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半合成极压切削液的研究
时间:2022-07-22  浏览:1435次

  半合成极压切削液的研究,主要是在微乳液产品的基础上,引入合适的极压添加剂,从而提高产品的使用性能,减少切削阻力,提高切削效率,并解决引入极压添加剂后对防锈性能的影响,提高产品的储存稳定性尤其是低温稳定性,选择具有抗腐能力的添加剂,引入防腐剂,使产品具有较长的使用寿命。此外,注意对产品的粘度、气味、颜色、透明度等外观性能作合理调配,满足客户心理需求,使产品更具商业价值。

  一、 原理

  半合成极压切削液又称极压微乳液,主要由矿物油、表面活性剂、防锈剂、极压剂、防霉剂和水组成。含矿物油5~30%。乳化微粒直径小于0.1μm,呈半透明状态。由于半合成极压切削液,集乳化液和合成液的优点于一体,又具有合适的极压性能,是非常有发展前景的一类切削液。

  半合成极压切削液制备的关键是:乳化剂的合理选配,解决浓缩液、稀释液的稳定性以及极压剂、防锈剂、防霉剂的合理配伍,使其具有良好的极压润滑、防锈、防霉性能。

  (1)乳化剂的选择

  配制极压微乳切削液时,乳化剂的选择尤为重要。目前应用较多的方法有:1)选择乳化剂的HLB(hydrophile and lipophile balance亲水亲油平衡)值法;2)选择乳化剂的PTlr(Phase—inversion temperatuIe转相温度)法。我们主要选择HLB值法,在具体调配试验时,参照PIT法。

  通过查阅或实验求得被乳化物质的HLB值,找出相应HLB值的乳化剂(对)。并通过试验选择效率高、价格合理的乳化剂(对)。

  HLB值未包括被乳化物和乳化剂的化学结构以及两者之间的关系。所以还要考虑以下因素:1)一般选用乳化剂要考虑其离子型,以便得到比较稳定的乳液。2)乳化剂与分散相的亲和性。根据相似互溶原理,要使油分散,要求乳化剂的憎水基团的结构和油的结构越相似越好。因为这样的乳化剂和分散相的亲合力强,分散效果好,乳化剂的用量也少。3)乳化剂的配合作用。在某些特殊情况下必须使用某特定乳化剂。如果该乳化剂的HLB值与分散相所要求的HLB值差别很大,可以预料乳化效果一定不佳。为了改善这种状况,就要选择适当的HLB值的乳化剂来进行调节。并且混合乳化剂的HLB值应接近分散相所要求的HLB值。4)乳化剂体系的特殊要求。作为切削液用乳化剂还应考虑是否对环境造成危害,选择无毒副作用,容易生物降解和利于排放,起泡性不很强,气味不大,兼具润滑防锈等作用的表面活性剂。5)乳化剂的制造工艺。作为工业化生产,原料来源应丰富,使用方便,乳化剂的制造不宜过分复杂。否则成本过高。

  总之,如何制备性能优良的极压微乳液,乳化剂的选择是关键。可靠的方法是实验室筛选,但太费时费事。所以不管乳化何种油或添加剂,都先找出被乳化物质的HLB值并确定相应乳化剂(对)。并参考上述原理,反复试验,确定所要选择的乳化剂。

  (2)极压润滑剂的选择

  在半合成极压切削液中,仅仅依靠乳化矿油的润滑性能是远远不够的。需要加入极压润滑添加剂。目前可供选用的极压润滑剂可分为油溶性和水溶性两大类。油溶性极压润滑剂,主要以含S、P、Cl等极压活性元素的化合物为主。由于S、P极压剂加入到水溶性切削液中容易对多种金属产生腐蚀,尤其含P化合物,在废液排放时,因为容易形成微生物富营养源,受到严格控制,而尽量慎用。含Cl极压剂,如氯化石蜡等,由于价格低廉,效果也不错,其腐蚀性通过加入合适的缓蚀剂而得到抑制。目前,仍是比较常用的切削液极压剂。加入量以浓缩物8~15%为宜。钼系极压剂,虽然价格稍高,但效果好。尤其是有机钼类化合物,不但极压润滑效果好,而且兼具防锈作用,是具有发展前景的一类极压润滑剂。作为水溶性极压润滑添加剂,目前使用较多的还有硼酸盐。硼酸盐极压剂与含S、P、Cl活性基团极压剂的极压润滑机理有本质上的不同。S、P、Cl极压剂作用实质上是一种控制性腐蚀现象。因为只有通过它和金属摩擦表面起化学反应,生成熔点较低和剪切强度较小的化学反应膜,才会起到减少摩擦和防止擦伤及熔焊的作用。一个好的极压润滑剂,应该只在极压抗磨范围内才能与金属表面反应,而在较低温度下是足够稳定的。目前认为硼酸盐极压作用主要是靠其沉积在金属摩擦副之间,形成一个比基体金属和S—P型极压薄膜都软的良好的弹性薄膜。在高温和低粘度基础油中,这种极压薄膜的形成更为迅速。硼酸盐极压剂制备工艺简单,原料易得,价格低廉。生产中基本无三废产生。产品无毒、无味,加入量一般不受影响,除具极压润滑性能外,往往兼有杀菌防霉及防锈性能。从多年的切削液研究开发经验得知,硼酸盐还能明显改善加工工件的光洁度。高碳羧酸盐、羧酸酯亦在切削液中应用十分广泛。

  (3)防锈剂的选择

  切削液在使用过程中,必须对工件和设备有防锈作用。在选择防锈剂时,既要考虑到水溶性和油溶性的好坏。还要考虑对各种材质的防锈效果。在半合成极压切削液中主要选择羧酸皂、钼酸盐、硼酸盐、石油磺酸盐等。

  防锈剂的选择是一个十分复杂的过程。同一种防锈剂因生产厂家不同,原料、生产工艺也不同,性能相差甚远。要通过大量实践才能找到合适的防锈添加剂。

  (4)杀菌防霉剂的选择

  在乳化油液中,发臭变质占切削液变质的首位。近20年来开发了多种长效广谱杀菌剂,可供选用。由于细菌有一定的选择性和抗药性。故在切削液中,选择两种以上杀菌剂,交替使用。(5)助溶剂、稳定剂、抗硬剂、抗泡剂的选择和气味、颜色、透明度、粘度等感官性能的调配。

  助溶剂、稳定剂、抗硬剂、抗泡剂虽然加量不大,但作用不小,可根据需要加入。至于气味、颜色、透明度、粘度等感官性能虽然对产品的使用性能没有什么影响,但对于商业上的需求是必要的。可视市场需求,进行调配。

  二、 试验研究

  根据上述原理和实践经验,参照相关资料,首先考虑几个比较重要的因素并进行简单的优化试验。然后,就各组分的配伍性进行试验研究,得出较为理想的切削液配方,并经小样试验合格后,试制中样,进行实际应用考察。

  (1)基础油的选择

  根据经验,我们将基础油含量初步确定在25wt%左右。如果含油量过高,则一些水溶性添加剂难以加入,而且产品成本较高。高粘度油生产出的产品的粘度较高,成本高。低粘度油,成本稍低,产品稳定性好,但润滑性不够理想。在实际配方中我们采用高低结合的方法,让较高粘度油如N32与较低粘度油如 N5复配,效果较佳。