切削液使用过程中的泡沫问题

专题一：切削液使用过程中的泡沫问题

一、泡沫的定义与性质

（1）泡沫是气体在液体中的一种粗分散体系。

气体占据大部分的体积，液体成为在气泡之间的薄膜。体系存在着巨大的气-液界面，是热力学上的不稳定体系。

（2）泡沫有球形和多面体两种类型。

泡沫中的气泡从球形开始，但很快会采取更紧密堆积的结构，气泡仅被很薄的液膜分开。在这些界面之间的压力差通常非常小，所以单个泡沫层形成了沿直边结合在一起的多面体。多面体泡沫为保持其力学上的稳定，总是按一定方式相交，三个气泡相交互成120°最为稳定。

二、泡沫的形成与稳定

当气体与液体连续充分地接触时，就可能产生泡沫。

纯液体（水）是很难形成泡沫的，因为泡沫间只有极薄的一层水膜相隔，这层水膜是很不稳定，极易被破坏。

（1）起泡剂（表面活性剂或高分子化合物）作为第三种物质加

入后，在气液界面上形成一层吸附膜，才可能形成比较稳定的泡沫。

在泡沫形成得过程中，气-液界面会急剧增加，因此体系的能量增加，这就需要在泡沫形成的过程中，外界对体系作功，如通气时加压或搅拌等。

当外界对体系施的功W为一定值时，体系因产生泡沫使体系的能量增加，其增加值为液体表面张力γ与体系气-液界面的面积Α得乘积（γ×Α）应等于外界对体系所作的功W。

因W为定值，Α＝W／γ，若液体的表面张力γ越低，则气-液界面的面积Α越大，泡沫得体积也就越大，说明此液体很容易起泡。×

表面活性剂降低水表面张力的能力越强，越有利于产生泡沫。具有低表面张力的阴离子表面活性剂一般都是很好的起泡剂，但产生的泡沫并不一定是稳定持久的。

（2）泡沫本来是极不稳定的，由于稳泡剂的存在才使泡沫变得稳定，延长了泡沫的寿命。

要得到稳定的泡沫其关键是看液膜能否保持恒定，决定泡沫稳定的关键因素是液膜的表面粘度与弹性。表面粘度和强度高，将阻碍液膜的变薄从而不易破裂；液膜有弹性能避免外界扰动下

的脆裂。

稳泡剂加强了液膜的性质，从而得到稳泡的结果。

三、泡沫的抑制与破坏

（1）由于泡沫是热力学上的不稳定体系，泡沫最终还是要破坏的。造成泡沫破坏的主要原因是液膜的排液减薄和泡内气体的扩散。

a. 液膜较厚时，存在于气泡间的液膜，由于液相密度大大的大于气相的密度，在地心引力作用下就会产生向下的排液现象，使液膜减薄，强度也随之下降，在外界的扰动下就容易破裂，造成气泡并聚。在多面体泡沫的边界，液膜的排液由表面张力起主要作用。

b. 小气泡的曲率半径较小，小气泡内的压力大于大气泡内的压力，小气泡会通过液膜向大气泡内排气，使小气泡变小以至于消失，大泡变大，液膜也随之变薄，最后破裂。

c. 液面上的气泡，泡内压力比大气压大，可通过液膜直接向大气排气，最后气泡破灭。

（2）泡沫的消除主要有两种方法，机械法和使用消泡剂。

a. 机械法利用物理作用，靠机械的强烈振动或压力的变化

促使泡沫破碎。此法不需引入外来物质，但效率不高，对粘度较大的流态型泡沫几乎没有作用，也不能消除引起泡沫稳定的根本原因。在必要时，作为辅助方法。

b. 消泡剂通过用完全不同类型的膜取代形成泡沫的表面膜而破坏泡沫，或者增加泡沫中膜的排液速度，缩短泡沫的寿命。

消泡剂分为破泡剂和抑泡剂。

破泡剂推开或挤掉液膜的表面活性剂分子，直接破除已生成的泡沫，在和泡沫接触的一瞬间有极好的破泡效果，但是当它被溶解后，就失去了作用，不能抑制泡沫的再生，是暂时性的消泡剂。

抑泡剂通过将小的局部区域的表面张力降到非常低的值起作用，使这些区域迅速变薄，在周围表面张力较高区域的牵引下使泡沫破裂，能抑制和防止泡沫的生成，是持续性的消泡剂。

一般每种消泡剂都是由多种成分配制而成。优秀的消泡剂，必须同时兼有破泡剂和抑泡剂的作用。一般的有机化合物，如烃类、醚类、醇类及磷酸酯类铺展系数较大，破泡作用强些，抑泡作用差些。有机硅乳消泡剂则二者兼顾。

c. 有些消泡剂在加入溶液一定时间后，就失去效力，若要防止泡沫生成，则还需再加入一些消泡剂。发生此种情况的原因，可能与溶液中起泡剂（表面活性剂）的CMC是否超过有关。在超过CMC的表面活性剂溶液中，消泡剂（一般为不易溶有机液体）可能被加溶，以致于失去在表面铺展的能力，降低了消泡的

作用。

不过，影响消泡剂消泡效力降低甚至失去活性，在大多数情况下是由于消泡剂自身的分散状态和表面性质发生变化所致。

消泡剂消泡作用是以微粒的形式吸附在泡膜上，通过微粒的破碎，使气泡穿孔、破灭或合并。微粒直径与泡沫厚度相近，效果较好。由于消泡剂微粒反复发挥作用，多次破碎会使消泡剂粒径变小。另外，消泡剂因受到起泡剂的影响，特别是与起泡液“亲和性”过强等原因，使消泡剂颗粒变得太小而失去活性。

消泡剂微粒在起泡液中的运动状况对消泡效力也有影响。消泡剂颗粒过大会使消泡剂微粒的运动迟缓，不能迅速聚集到泡膜气-液界面上起作用导致活性变差。

消泡剂在起泡液中，由于消泡剂微粒的相互碰撞，有可能并聚而变大。同时，消泡剂聚集在泡膜上，当源源不断的泡沫由液体中涌到表面时，黏附于气泡上会象“浮选作用”一样，把分布在液体内的消泡剂微粒，集中到液面上的泡沫层中，而泡沫破灭后化为少量液体，大量的消泡剂微粒聚集在少量液体里，很容易发生消泡剂微粒的并聚。此外消泡剂活性成分还会黏附于容器壁上而失效。

消泡剂微粒的表面性质往往会因吸附起泡剂而发生变化由亲油性变为亲水性而使消泡剂的活性下降而失去消泡作用。

四、切削液使用过程中的泡沫问题及消除（以下内容，暂未能

严格整理）

切削液中存在大量泡沫，将大大降低切削液的冷却作用。

（1）泡沫问题出现的原因：

切削液本身的原因：

a.切削液的添加剂大多数是表面活性剂物质，这使切削液（包

括所有乳液）在适宜搅拌情况下都有不同程度的发生表面泡沫的倾向。

b.切削液中抗泡沫添加剂的作用并不是能预防切削液的生泡

倾向，而只是降低泡沫吸附膜的稳定性，缩短泡沫存在的时间。当抗泡沫添加剂降低效力时，泡沫容易出现

c.切削液粘度越小，越容易产生泡沫

d.切削液抗氧化安定性差，也能促成泡沫产生

e.配液的水质过软或者含碱

f.浓度高

系统循环的原因：

a.液面太低，泵产生孔穴

b.切削液流速太快，气泡没有时间溢出，越积越多，导致大