一、亲水亲油平衡（HLB）
配方技术分享 | 水基切削液配方设计理念
关键词：配方,技术,分享,水基,切削,液,设计理念,随着, 新闻来源：微谱 发布时间：2020-05-11 17:31 浏览次数：
【摘要】随着摩擦学理论(包括相应的评价设备)的发展和实际应用经验的积累,使得人们对水基金属加工液的组成与性能有了进一步的认识。研究工作从单纯的经验摸索发展到理论与实践相结合
随着摩擦学理论(包括相应的评价设备)的发展和实际应用经验的积累,使得人们对水基金属加工液的组成与性能有了进一步的认识。研究工作从单纯的经验摸索发展到理论与实践相结合,大大缩短了研究周期和节省了费用。
水基金属加工液也从纯粹满足某一特定加工工艺要求发展到不仅可同时满足多种加工工艺要求,而且注重上下工序的衔接、设备的保护和工作环境的改善,也降低了管理维护和终端处理费用。
本文探讨了目前水基金属加工液的组成成分及其相互间的平衡关系,以及对实际性能的影响。
在水-油-表面活性剂体系中,当表面活性剂的亲水性远大于亲油性时,表面活性剂表现为水溶性,反之表现为油溶性。当亲水性与亲油性相当时,则称亲水性与亲油性达到了平衡,这就是亲水亲油平衡(hydrophile-lipophile balance)的概念,简称HLB。
它是以表面活性剂分子中亲水基团与亲油基团的相对百分比为基础的。这种亲水基团和亲油基团既可以是同一分子内的基团,也可以是不同表面活性剂组合体系中亲水亲油基团各自的总和。各种表面活性剂的HLB值,可以通过查表得到,也可以通过Griffin推导的经验公式简单求得。
在实际应用中,很少单独使用某种表面活性剂作为水基金属加工液乳化液, 往往是各种表面活性剂的复配,因为这样效果好。应当指出的是, HLB值是半定量的指标,乳化剂的HLB 值要受温度及pH等因素的影响。
油所需要的HLB值也要受油的种类和质量等因素的影响。因此,仅根据HLB值选择乳化剂是困难的,必须每次都要根据实验来确定。不过,HLB理论可以帮助寻找实验的努力方向。如消泡剂肯定是HLB较小的。要想润湿性、渗透性增强,可适当提高HLB值。尤其是在同一系列产品中选择不同HLB值的产品,十分方便。
二、起泡性与油性的平衡
“油性”是针对油性剂的润滑作用而言的。
主要是指润滑液中的油性剂的一些带有机极性原子,如S、O、N、P 等或极性基团,如-OH、COOH、-COOR、-COR、等与金属表面亲和活性较强的组分,它和金属表面依分子间的范德华力而发生物理吸附,形成润滑膜,起到了减摩的作用。
作为水基金属加工液中的油性剂主要是脂肪酸的胺盐及酰胺盐、脂肪酸皂,引进-(CH2CH2O)n-的脂肪酸(醇)衍生物,水溶性磷酸盐、硼酸盐等。在分子一端具有很强极性基团的同时,重要的是另一端必须具有长链烃基。烃基碳链长度,***少要在10个碳原子以上。
但是作为脂肪酸盐(皂)等油性剂, 在C原子数>10时,非常容易起泡。这给此类添加剂的应用带来了限制。
1、在合成和选用脂肪酸盐(皂)时,尽可能选用枝链的。因为枝链的比直链的起泡性小,而润滑效果相当。
2、在脂肪酸(醇)等物质中,引进-(CH2CH2O)n-水溶性基团,在具有润滑性的同时,赋予其水溶性,而且通过控制-(CH2CH2O)n- 的加成量,可使起泡性得到控制。
3、如果一定要用起泡性强的水溶性油性剂,则可以通过与低泡或抑泡的聚醚、酰胺或有消泡作用的乳化剂( 如Span、MOA)共同使用,满足油性和消泡的平衡。
4、硼酸盐(脂)、磷酸盐(脂)和钼酸盐、磺酸盐及有机钼系的油性剂,通常没有起泡作用,在水基金属加工液中,广泛应用。
三、极压性与腐蚀性的平衡
极压性与腐蚀性的平衡是作为水基金属加工润滑剂在使用性能上*需要把握好的一个平衡。前面提到的HLB,主要是指在调配过程中对产品的稳定性、分散性方面十分重要。
金属加工过程,不论是车、铣、钻、刨、磨等切削过程,还是冲压、拉伸、轧制等无切削工艺,都属于极压润滑状态,而且每个加工过程,都在不断产生新的表面,在大多数情况下,加工工艺苛刻,其表面光洁度都不会太高。这都需要良好的极压剂。
极压添加剂的作用实际上就是对金属表面层的一种可控制腐蚀作用,所生成腐蚀层抗剪切强度极弱,从而在运动的金属界面间起到减摩作用。要根据工艺的严苛程度和加工材质的可加工性能选择合适的极压剂。否则, 不是加工工艺满足不了要术(如光洁度不够,刀具、模具容易损坏),就是使工件设备发生锈蚀。
四、酸碱平衡
水基金属加工液按照其性能要求,希望其pH值为8～10(当然根据不同的工况和配方,也有更高或更低的)。这是因为在这个pH范围内有以下优点:
1、 工件和设备难锈蚀。
2、 对操作者的健康有利,如果碱性太强,会腐蚀皮肤,引起脱脂。
3、在碱性环境下,不容易产生细菌,有利于金属加工液的维护。
五、润滑性、防锈性与清洗性的平衡
为了加强金属加工液的润滑性、防锈性和清洗性,通常都大量使用高碳脂肪酸(皂)、脂肪醇、脂肪胺及其衍生物、聚醚等吸附性强的高碳有机化合物。
有些添加剂能同时具有润滑性、防锈性和清洗性,如油酸三乙醇胺(但起泡严重)；有些则相互矛盾,如羊毛脂(包括镁皂),防锈性能好,吸附性很强,但清洗能力差,很难用水基清洗剂洗净。从润滑性、防锈性的作用原理来看,其作用机理基本相同。润滑、防锈、清洗是金属加工液*重要的功能。
三者既相互联系,又相互制约。目前,这方面的理论、机理研究很少报道,更多的是实践经验的积累。
以上论述了水基金属加工液研制和应用中的一些重要平衡关系,主要来自各种文献报道和多年研究过程中的经验总结及对理论的印证。还有一些平衡关系, 如抗腐败与生物降解的平衡,工作用水硬度的平衡等,将在今后讨论。
金属加工液的研制应用是一种经验性极强的工作。一种金属加工液的成功与否关键还得靠实践去摸索和检验。
