半合成極壓切削液的研究

1、半合成極壓切削液的研究          半合成極壓切削液的研究，主要是在微乳液產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，引入合適的極壓添加劑，從而提高產(chǎn)品的使用性能，減少切削阻力，提高切削效率，并解決引入極壓添加劑后對(duì)防銹性能的影響，提高產(chǎn)品的儲(chǔ)存穩(wěn)定性尤其是低溫穩(wěn)定性，選擇具有抗腐能力的添加劑，引入高效防腐劑，使產(chǎn)品具有較長的使用壽命。此外，注意對(duì)產(chǎn)品的粘度、氣味、顏色、透明度等外觀性能作合理調(diào)配，滿足客戶心理需求，使產(chǎn)品更具商業(yè)價(jià)值。  一、 原理    半合成極壓切削液又稱極

2、壓微乳液，主要由礦物油、表面活性劑、防銹劑、極壓劑、防霉劑和水組成。含礦物油530。乳化微粒直徑小于01m，呈半透明狀態(tài)。由于半合成極壓切削液，集乳化液和合成液的優(yōu)點(diǎn)于一體，又具有合適的極壓性能，是非常有發(fā)展前景的一類切削液。    半合成極壓切削液制備的關(guān)鍵是：乳化劑的合理選配，解決濃縮液、稀釋液的穩(wěn)定性以及極壓劑、防銹劑、防霉劑的合理配伍，使其具有良好的極壓潤滑、防銹、防霉性能。    (1)乳化劑的選擇    配制極壓微乳切削液時(shí)，乳化劑的選擇尤為重要。目前應(yīng)用較多的方法有：1)選擇乳化劑的HLB(

3、hydrophile and lipophile balance親水親油平衡)值法；2)選擇乳化劑的PTlr(Phaseinversion temperatuIe轉(zhuǎn)相溫度)法。我們主要選擇HLB值法，在具體調(diào)配試驗(yàn)時(shí)，參照PIT法。      通過查閱或?qū)嶒?yàn)求得被乳化物質(zhì)的HLB值，找出相應(yīng)HLB值的乳化劑(對(duì))。并通過試驗(yàn)選擇效率高、價(jià)格合理的最佳乳化劑(對(duì))。      HLB值未包括被乳化物和乳化劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及兩者之間的關(guān)系。所以還要考慮以下因素：

4、1)一般選用乳化劑要考慮其離子型，以便得到比較穩(wěn)定的乳液。2)乳化劑與分散相的親和性。根據(jù)相似互溶原理，要使油分散，要求乳化劑的憎水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和油的結(jié)構(gòu)越相似越好。因?yàn)檫@樣的乳化劑和分散相的親合力強(qiáng)，分散效果好，乳化劑的用量也少。3)乳化劑的配合作用。在某些特殊情況下必須使用某特定乳化劑。如果該乳化劑的HLB值與分散相所要求的HLB值差別很大，可以預(yù)料乳化效果一定不佳。為了改善這種狀況，就要選擇適當(dāng)?shù)腍LB值的乳化劑來進(jìn)行調(diào)節(jié)。并且混合乳化劑的HLB值應(yīng)接近分散相所要求的HLB值。4)乳化劑體系的特殊要求。作為切削液用乳化劑還應(yīng)考慮是否對(duì)環(huán)境造成危害，最好選擇無毒副作用，容易生物降解和利于排放

5、，起泡性不很強(qiáng)，氣味不大，兼具潤滑防銹等作用的表面活性劑。5)乳化劑的制造工藝。作為工業(yè)化生產(chǎn)，原料來源應(yīng)豐富，使用方便，乳化劑的制造不宜過分復(fù)雜。否則成本過高。      總之，如何制備性能優(yōu)良的極壓微乳液，乳化劑的選擇是關(guān)鍵。最可靠的方法是實(shí)驗(yàn)室篩選，但太費(fèi)時(shí)費(fèi)事。所以不管乳化何種油或添加劑，都先找出被乳化物質(zhì)的HLB值并確定相應(yīng)乳化劑(對(duì))。并參考上述原理，反復(fù)試驗(yàn)，最后確定所要選擇的乳化劑。      (2)極壓潤滑劑的選擇      在

6、半合成極壓切削液中，僅僅依靠乳化礦油的潤滑性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。需要加入極壓潤滑添加劑。目前可供選用的極壓潤滑劑可分為油溶性和水溶性兩大類。油溶性極壓潤滑劑，主要以含S、P、Cl等極壓活性元素的化合物為主。由于S、P極壓劑加入到水溶性切削液中容易對(duì)多種金屬產(chǎn)生腐蝕，尤其含P化合物，在廢液排放時(shí)，因?yàn)槿菀仔纬晌⑸锔粻I養(yǎng)源，受到嚴(yán)格控制，而盡量慎用。含Cl極壓劑，如氯化石蠟等，由于價(jià)格低廉，效果也不錯(cuò)，其腐蝕性通過加入合適的緩蝕劑而得到抑制。目前，仍是比較常用的切削液極壓劑。加入量以濃縮物815為宜。鉬系極壓劑，雖然價(jià)格稍高，但效果好。尤其是有機(jī)鉬類化合物，不但極壓潤滑效果好，而且兼具防銹作用，是具

7、有發(fā)展前景的一類極壓潤滑劑。作為水溶性極壓潤滑添加劑，目前使用較多的還有硼酸鹽。硼酸鹽極壓劑與含S、P、Cl活性基團(tuán)極壓劑的極壓潤滑機(jī)理有本質(zhì)上的不同。S、P、Cl極壓劑作用實(shí)質(zhì)上是一種控制性腐蝕現(xiàn)象。因?yàn)橹挥型ㄟ^它和金屬摩擦表面起化學(xué)反應(yīng)，生成熔點(diǎn)較低和剪切強(qiáng)度較小的化學(xué)反應(yīng)膜，才會(huì)起到減少摩擦和防止擦傷及熔焊的作用。一個(gè)好的極壓潤滑劑，應(yīng)該只在極壓抗磨范圍內(nèi)才能與金屬表面反應(yīng)，而在較低溫度下是足夠穩(wěn)定的。目前認(rèn)為硼酸鹽極壓作用主要是靠其沉積在金屬摩擦副之間，形成一個(gè)比基體金屬和SP型極壓薄膜都軟的良好的彈性薄膜。在高溫和低粘度基礎(chǔ)油中，這種極壓薄膜的形成更為迅速。硼酸鹽極壓劑制備工藝簡(jiǎn)單，

8、原料易得，價(jià)格低廉。生產(chǎn)中基本無三廢產(chǎn)生。產(chǎn)品無毒、無味，加入量一般不受限制，除具極壓潤滑性能外，往往兼有殺菌防霉及防銹性能。從多年的切削液研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)得知，硼酸鹽還能明顯改善加工工件的光潔度。高碳羧酸鹽、羧酸酯亦在切削液中應(yīng)用十分廣泛。    (3)防銹劑的選擇     切削液在使用過程中，必須對(duì)工件和設(shè)備有防銹作用。在選擇防銹劑時(shí)，既要考慮到水溶性和油溶性的好壞。還要考慮對(duì)各種材質(zhì)的防銹效果。在半合成極壓切削液中主要選擇高級(jí)羧酸皂、鉬酸鹽、硼酸鹽、石油磺酸鹽等。     防銹劑的選

9、擇是一個(gè)十分復(fù)雜的過程。同一種防銹劑因生產(chǎn)廠家不同，原料、生產(chǎn)工藝也不同，性能相差甚遠(yuǎn)。要通過大量實(shí)踐才能找到合適的防銹添加劑。      (4)殺菌防霉劑的選擇     在乳化油液中，發(fā)臭變質(zhì)占切削液變質(zhì)的首位。近20年來開發(fā)了多種長效廣譜殺菌劑，可供選用。由于細(xì)菌有一定的選擇性和抗藥性。故在切削液中，最好選擇兩種以上殺菌劑，交替使用。(5)助溶劑、穩(wěn)定劑、抗硬劑、抗泡劑的選擇和氣味、顏色、透明度、粘度等感官性能的調(diào)配。     助溶劑、穩(wěn)定劑、抗硬劑、抗泡劑雖然

10、加量不大，但作用不小，可根據(jù)需要加入。至于氣味、顏色、透明度、粘度等感官性能雖然對(duì)產(chǎn)品的使用性能沒有什么影響，但對(duì)于商業(yè)上的需求是必要的。可視市場(chǎng)需求，進(jìn)行調(diào)配。 二、 試驗(yàn)研究     根據(jù)上述原理和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參照相關(guān)資料，首先考慮幾個(gè)比較重要的因素并進(jìn)行簡(jiǎn)單的優(yōu)化試驗(yàn)。然后，就各組分的配伍性進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出較為理想的切削液配方，并經(jīng)小樣試驗(yàn)合格后，試制中樣，進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用考察。     (1)基礎(chǔ)油的選擇     根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們將基礎(chǔ)油含量初步確定在25wt左右

11、。如果含油量過高，則一些水溶性添加劑難以加入，而且產(chǎn)品成本較高。高粘度油生產(chǎn)出的產(chǎn)品的粘度較高，成本高。低粘度油，成本稍低，產(chǎn)品穩(wěn)定性好，但潤滑性不夠理想。在實(shí)際配方中我們采用高低結(jié)合的方法，讓較高粘度油如N32與較低粘度油如 N5復(fù)配，效果較佳。      (2)防銹劑的選擇      防銹劑選用羧酸皂油溶性防銹劑和硼酸鹽、鉬酸鹽、石油磺酸鹽等水溶性防銹劑。      (3)極壓潤滑劑的選擇    

12、60; 主要選用了氯系極壓劑(含量812)，并與硼酸鹽，鉬酸鹽、高碳羧酸鹽等復(fù)配。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，極壓劑的含量對(duì)產(chǎn)品的PB值和PD值影響較大。如果不加極壓劑，則產(chǎn)品(5稀釋液)PB<<800N，PD1200N。      (4)乳化劑的選擇      根據(jù)以上主要原料的選擇，可計(jì)算出乳化這些油劑所需的HLB=914。根據(jù)HLB值，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，選擇非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑復(fù)配成對(duì)，其乳化效果較好。對(duì)于羧酸皂，必須是在調(diào)配過程中形成的。如油酸鈉是良好的乳化劑。在堿性的

13、乳液中不斷加入油酸，形成新油酸鈉，表現(xiàn)出良好的乳化效果。如果是將已制好的油酸鈉，加入到油水表面上，就很難達(dá)到乳化的預(yù)期效果。在油酸調(diào)制的乳液中，加入少量油酸，其乳化效果更好。一方面可從物理化學(xué)性質(zhì)方面得到解釋，油酸的加入抑制了油酸鈉的水解。另一方面從HLB值亦可解釋。油酸鈉HIB=18，加入少量的油酸(HLB=1)，可使乳化劑HLB值稍微變小，接近被乳化物質(zhì)的HLB值。事實(shí)上，加入另外的油溶性表面活性劑，產(chǎn)品穩(wěn)定性有所提高。我們?cè)诟黝惾榛瘎┡c產(chǎn)品穩(wěn)定性方面，做了一些探索。     (5)抗硬劑、消泡劑、穩(wěn)定劑的選擇    &

14、#160; 抗硬劑選擇容易絡(luò)合的Ca2+、Mg+的高效有機(jī)酸鹽絡(luò)合劑，消泡劑基本上用油劑即可。穩(wěn)定劑選擇乙醇和三乙醇胺，效果良好。由于這類添加劑加量不大，在極壓微乳切削液配方基本確定以后，再補(bǔ)充加入，其配方稍作調(diào)整，產(chǎn)品穩(wěn)定性不受影響?？褂矂┑募尤耄瓜♂屢旱耐该鞫雀?，而穩(wěn)定劑的加入，使產(chǎn)品的乳化范圍更大，產(chǎn)品更穩(wěn)定。    (6)染料的選擇    由于消費(fèi)習(xí)慣和操作者的需要，產(chǎn)品的顏色益顯重要。通過對(duì)熒光綠、亮藍(lán)、胡藍(lán)等多種染料的試驗(yàn)，以熒光綠較受歡迎，濃縮液和稀釋液都呈漂亮的熒光綠色。加入胡藍(lán)，局部有些反應(yīng)，但搖勻后，

15、對(duì)穩(wěn)定性無影響。由于染料加入量很少，對(duì)產(chǎn)品性能幾乎沒有影響。同時(shí)，為了防止他人假冒，采用復(fù)合染料較為理想。一方面可以滿足客戶的需求，另一方面可以簡(jiǎn)單直接表現(xiàn)自己產(chǎn)品獨(dú)特的一面。再則，由于原材料或工藝微小的差異，導(dǎo)致外觀的差別可以用染料加以掩飾。商業(yè)性顏色調(diào)整在現(xiàn)代社會(huì)越來越顯重要。    (7)配方組成及生產(chǎn)工藝    通過對(duì)各組份的選擇和配伍優(yōu)化，最后確定極壓微乳切削液的典型配方如表3。    切削液的研制和生產(chǎn)是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的工藝過程。由于原材料和工藝的差別，往往導(dǎo)致同一配方切削液的穩(wěn)定性有所差異。

16、只有不斷總結(jié)，嚴(yán)格把握，  才能生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)良的產(chǎn)品。 工藝流程示意圖如圖1所示。    三、產(chǎn)品的理化性能測(cè)試      我們對(duì)小樣和中試產(chǎn)品，都進(jìn)行了一系列的理化性能測(cè)試和潤滑承載能力及切削阻力評(píng)價(jià)。      (1)產(chǎn)品的理化性能測(cè)試(表4)     (3)切削扭矩測(cè)試      1)與普通LMAE樣品對(duì)照(表6)    

17、 2)與某一進(jìn)口樣品對(duì)照(表7)        (4)與兩種目前使用較多的同類進(jìn)口切削液性能對(duì)照(表8)     從測(cè)試結(jié)果看，半合成極壓切削液的防銹性能(鑄鐵疊片)優(yōu)于進(jìn)口同類產(chǎn)品。其它性能接近或相當(dāng)。  四、產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用考察      半合成極壓切削液，主要用于數(shù)控機(jī)床、加工中心及自動(dòng)化生產(chǎn)線加工鋁合金、鑄鐵、鋼、銅等材質(zhì)工件，實(shí)際使用效果簡(jiǎn)述如下：      

18、(1)某輕工機(jī)械集團(tuán)公司用加工中心、數(shù)控機(jī)床，加工不銹鋼、鋁、銅和塑料件。由于切削液箱藏在機(jī)床底下：封閉無法清洗。近十年來，用過國內(nèi)外多種切削液，均不理想，主要是容易發(fā)臭。進(jìn)口切削液效果好些，但12周需大量補(bǔ)充，以保持堿性和濃度，后試用半合成極壓切削液，效果很滿意。使用少量防霉劑效果更佳。      (2)新捷機(jī)械模具實(shí)業(yè)有限公司主要加工鑄鐵、模具鋼。原使用W-R一1切削液，由于該產(chǎn)品不含極壓劑，效果一般。后改用半合成極壓切削液，在帶鋸床和銑床使用，加工效率提高225，刀具壽命延長15，使用近一年未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題。      (3)某獨(dú)資金屬制品有限公司主要用帶鋼加工家電用鋼管。有兩套集中循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其中一套每次加入600k9半合成極壓切削液，稀釋為5水溶液使用。另一冷卻系統(tǒng)用臺(tái)灣某公司產(chǎn)品，經(jīng)對(duì)照試驗(yàn)，性能相當(dāng)。      (4)寶潤潤滑油有限公司主要經(jīng)營潤滑油切削液產(chǎn)品。該公司每月購12批半合成極壓切削液，在