新型微乳切削液的研究[1]

新型微乳切削液的研究

杜郢(江苏石油化工学院　常州市　213016)

摘要:本文介绍了一种新型微乳切削液的性能、特点及研究应用情况,指出了这一类型产品的优越性及发展前景。同时介绍了微乳切削液的制备过程和方法及微乳切削液性能的评定方法和测试、应用结果。众多数据表明本文介绍的微乳化切削液是透明稳定的,且具有优良的安贮性、消泡性、防腐性以及防锈性。该产品不仅可用于一般的金属加工,还可在金属精密加工中广泛应用。

关键词:金属加工液　微乳切削液　制备　评定

R esearch on N e w Microemulsion Cutting Fluid

Du Y ing(Jiangsu Institute of Petrochemical T echn ology,Changzh ou213016)

Abstract:In this paper,the properties,characters and the application of a new ty pe microemulsion cutting fluid were presented,and its advance and future als o were described1Meantime,the meth od and porcedure of preparation,property evaluation,measuring and application of the microemulsion cutting fluid were introduced1Results sh ow that this microemulsion cutting fluid is stable,transparent,excellent storage stability, defoaming,antiseptic and antirust1

K eyw ords:Metal Processing Fluid　Microemulsion Cutting Fluid　Prep aration　Evalu ation

微乳切削液是一种介于乳化油和合成切削液之间的切削液。一般它的分散相液滴直径在011μm以下。它既具有乳化油的润滑性,又具有合成切削液的冷却清洗性[1]。与乳化油相比,由于微乳切削液中大量表面活性剂的使用,使微乳切削液的渗透、清洗能力比乳化油大大增强;同合成液相比,由于目前国内水润滑添加剂的研究状况,制约了合成切削液润滑性能的提高,而微乳切削液中油性添加剂和油溶性极压添加剂的使用提高了微乳切削液的润滑性,且微乳切削液的废液比合成切削液更易处理,由于微乳切削液中大量水的存在,可使用水溶性缓蚀剂。改革开放以来,引进了大批成套机械加工设备、而国产切、磨削液品种不全或性能不过硬,满足不了工艺要求,必须随机引进大量微乳切削液产品,该产品价格昂贵,几乎是国产切削液价格10倍左右[2]。因而大力开发微乳切削液是极具市场潜力的,研究并试制这种新产品已是发展我国精密机械工业所必须解决的问题。

本文所研究的微乳液是O/W型微乳液。它无异味,无毒,无污染,有优良的稳定性,防腐性,洗涤清洗性和防锈性。

1　实验部分

(1)实验步骤

采用与D相法类似的乳化法,把表面活性剂(乳化剂)、水溶性助剂及水混合均匀作为D相,然后将油相(包括机械油、油性剂和油溶性添加剂)在搅拌条件下(可适当加热)缓慢地加入到D相中,然后再加入偶合剂。

(2)产品表征

主要测试微乳切削液的使用性能,评定浓缩液的安全贮定性,稀释液的防锈性、防腐性、消泡性。具体方法参见国标G B6144-85。2　结果与讨论

(1)乳化剂的选择

通过选择不同乳化剂和改变乳化剂加量,考察了乳化剂的种类及加量对切削液乳化性的影响,结果列于表1。

表1　乳化剂种类及加量对切削液乳化性的影响

组成

编号

样品1样品2样品3样品4

基础油18%10%8%18%

油性剂5%3%3%2%

太古油14%

阴离子活性剂20%

非离子活性剂11%50%20%10%多元醇5%17%17%10%

水47%20%52%40%

现象

D相(水、乳化

剂,多元醇)混

浊,且溶液分层

两天

后分

层

白色奶

状,不分

层

透明

稳定从表2可以看出乳液的透明性、稳定性顺序为4 >3>2>1,说明乳液乳化状态越好,乳液越透明稳定。据文献报道微乳液的分散相颗粒直径为011μm以下,胶液呈透明状。可见样品4已达到微乳状态。

影响乳化剂的因素有很多,乳化剂的结构和种类的影响最大。选择适宜的乳化剂,不仅可以促进乳化液的形成,有利于形成细小的颗粒,提高乳化体的稳定性,而且可以控制乳化体的类型(即O/W或W/O 型)。表面活性剂的亲水、亲油平衡值—H LB值是制取乳化体的重要因素,乳化剂的H LB值表示其同时对水与油的相对吸引作用。H LB值小表示亲油性强,反之,则表示亲水性强,H LB值在3～6的物质适宜于作W/O型乳化剂;H LB在8～18的物质适宜于作O/W型乳化剂[3]。

44《润滑与密封》

选择乳化剂时,通常可先计算油相所需要的H LB,然后用一系列有相应H LB值与化学类型的乳化剂来试验。当油相为一混合物时,其所需H LB值也象乳化剂H LB值一样,具有加和性,只有使乳化剂所能提供的H LB值与油相所需要的H LB值吻合,才能得到性能良好的稳定的乳化体。

(2)添加剂的选择对微乳切削液性能的影响[4]

1)消泡剂的选择

切削液在循环供液的使用条件下,由于搅拌和快速流动易产生大量的泡沫,加入消泡剂可以消除供液系统的泡沫,以确保切削液润滑、防锈和冷却作用的实现。常用的消泡剂有很多,如表2所示(表中数据以总量为20g,泡沫体积均为浓度5%时的稀释液在充分振荡下放置10m in的泡沫体积计,该值越少消泡越好)。

表2　几种消泡剂的消泡性能比较

消泡剂用量(g)泡沫体积外观稳定性

甲基硅油015>2透明稳定

凡士林015>2透明不稳定

低分子醇015>2透明稳定聚醚015>2透明稳定磷酸三丁酯015>2透明稳定

消泡剂A015<2半透明稳定磷酸三丁酯和

消泡剂A混合

015<2透明稳定由表可见只有用消泡剂A和磷酸三丁酯混合使用,消泡才能达到国家G B6144-85的合格标准,而且所制的微乳液透明稳定。

2)防锈剂的选择

本文中选择了表中几种试验进行实验,稀释液浓度为10%,于35℃时在保湿器中进行点滴防锈试验,测试结果见表3。

表3　几种防锈剂的防锈性能比较

防锈剂用量

(g)

试验时

间(h)

铸铁碳钢外观稳定性

钼酸铵01248生锈生锈透明稳定

苯并三氮唑01548生锈生锈透明稳定

重铬酸钾01548生锈生锈透明稳定

石油磺酸钠248生锈生锈透明稳定

二壬基石油磺酸钙248生锈生锈透明稳定六偏磷酸钾01548生锈生锈透明稳定

磷化液01548生锈生锈透明稳定

复配物348无锈无锈透明稳定

从表3看出只有最后一个复配物满足无锈要求,并且对外观和稳定性影响。

(3)微乳液的制备

在微乳液制备中,采用与D相法类似的乳化方法,即把阴离子表面活性剂以及能溶于水的添加剂溶于水中,把油溶性添加剂和基础液溶于油相中,将两相混合,再加入偶合剂,适当地搅拌、加热,即形成透明的微乳液。最终确定的组成如表4所示。

表4　微乳液的组成及含量

物质组成(wt%)

阴离子表面活性剂715～1010

非离子表面活性剂410～510

基础油1010～3010

油性剂810～1210

缓蚀性315～515

偶合剂215～510

消泡剂015～110

防腐剂110～210

去离子水余量

(4)性能评定结果

微乳切削液是介于乳化油与合成切削液之间的产品,国内尚无统一标准,只能暂时借鉴现行的合成切削液国标指标(G B6144-85),性能评定结果见表5。

表5　本实验微乳切削液性能评定结果

项目指标值测试值

浓

缩

液

外观透明液体透明液体

贮存安定性

无分层、

无相变

无分层、

无相变

pH值8～10108

稀

释

液

消泡性(m l/m in)<2015

表面张力(×10-5N/cm)<4023腐蚀

试验

紫铜

铝合金

灰口铸铁

55±2℃全浸(h)

24h无锈

8h无锈

8h无锈

24h无锈

24h无锈

24h无锈防锈

试验

灰口铸铁

碳钢

35±2℃(h)

48h无锈

48h无锈

48h无锈

48h无锈结果表明,本实验得到的微乳切削液各项性能均已达到指标要求,可以进行使用实验。

(5)自制新型微乳切削液与M-3水性拉削液使用性能对比

将自制的新型微乳切削液送本院金工车间做使用试验,并与M-3水性拉削液做对比。初步试验表明:M-3水性拉削液长期使用有腐蚀性,尤其是对油漆的腐蚀,造成设备的损坏,而新型微乳切削液无明显腐蚀,消泡性,防锈性等均已达到要求。

3　结论

(1)本实验所得微乳液为黄色至橙黄色透明液体。

(2)该产品润滑性、冷却性、清洗性好,低泡沫、无毒、无污染、无腐蚀、对身体无害,长期使用无霉变。

(3)它不仅可以用于一般的金属加工,还可在金属精密加工中广泛应用。

(4)随着国外先进精密设备的不断引进及国产精密设备的更新换代,微乳切削液的用量必然大幅度提高。

参考文献

[1]杨文庆,石油商技,1997,(3):22～24。

[2]杨文庆,许金兰,润滑与密封,1997,(3):65～69。

[3]徐燕莉,表面活性剂的功能,北京:精细化工出版社。

[4]周耀华,张广林,金属加工润滑剂,北京:中国石化出版

社。

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2002年第4期