CN103146467B - 一种铝合金准干切削加工微乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金准干切削加工微乳液及其制备方法。该铝合金准干切削加工微乳液按以下方法制备：先制备母液：母液按重量百分比计由以下原料混合加热至30-50℃搅拌制备而成：多元醇油酸酯25-35%，失水山梨醇脂肪酸酯10-15%，聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂10-15%，阴离子型表面活性剂5-10%，硫化脂肪5-10%，C3～C6一元醇2-5%，磷酸盐1-3%，硼酸钾1-3%，水25-35%；将母液和水按重量比1：1-3混合，充分搅拌，再加入重量比0.005-0.01%的聚硅氧烷充分搅拌即得铝合金准干切削加工微乳液工作液。本发明的铝合金准干切削加工微乳液，具有很好的极压性、抗磨性和润滑性，配合准干切削润滑装置使用，使用量可以减少至原来的10%以下，还能达到良好的润滑和冷却效果，节能减排、环境保护效益显著。
Description
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种铝合金准干切削加工微乳液及其制备方法。
背景技术
传统的铝合金切削加工采用矿物油或植物油或切削液进行大量冲淋式润滑和冷却，润滑剂的使用量大，不仅浪费资源，造成加工场所和环境的巨大污染，同时还会严重影响操作工人的身体健康。在提倡节能减排、环境保护、绿色生产的今天，急需一种新的铝合金切削加工工艺。准干切削和微乳化技术是近几年发展起来的铝合金绿色加工新技术，就是在铝合金切削加工过程中使用准干润滑系统将极压抗磨性和润滑性极好的微乳液喷洒于加工刀具和加工表面进行润滑、冷却，解决传统加工时切削油、液使用量大，浪费泄漏量大等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于铝合金切削加工工艺中配合准干润滑装置使用的铝合金准干切削加工微乳液，以代替原有的传统的以矿物油或植物油或切削液作为铝合金加工切削油/液。
本发明的技术方案分以下两步骤进行：
步骤1：制备铝合金准干切削加工微乳液母液：
一种铝合金准干切削加工微乳液母液，按重量百分比计由以下原料混合并加热至30-50℃充分搅拌制备而成：
上述多元醇油酸酯主要指三羟甲基丙烷、季戊四醇、双季戊四醇等多元醇和油酸发生酯化反应生成的相应多元醇油酸酯：三羟甲基丙烷油酸酯、季戊四醇油酸酯、双季戊四醇油酸酯等，主要特点为：润滑性能好，生物降解性好，容易水解成多元醇和油酸，而水解生成的多元醇在整个微乳液体系中可以起到助表面活性剂的作用，而油酸在微乳液体系中又可起到亲油性表面活性剂作用；
上述失水山梨醇脂肪酸酯是亲油型非离子表面活性剂，商品名为司盘，常见的商品型号有：S-20，S-40，S-60，S-80等；
上述的聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂为亲水型非离子表面活性剂，主要有脂肪醇聚氧乙烯醚，化学式为RO(CH2CH2O)nH（要求n为7-30的整数），适合本配方要求的商品型号有AEO-9等；烷基酚聚氧乙烯醚，适合本发明使用的常见的商品型号：TX-10，TX-100，TX-9，OP-9，OP-10，NP-10等；聚氧乙烯醚失水山梨醇脂肪酸酯，主要商品型号有：吐温-20，吐温-40，吐温-60，吐温-80等；
上述阴离子型表面活性剂在本发明中主要选用同时具备优良防锈性、极压抗磨性、润滑性的磺酸盐类（主要有石油磺酸钠），羧酸盐类（如N-月桂酰基谷氨酸钠,N-月桂酰基丙氨酸钠）；
上述硫化脂肪主要提供好的极压抗磨性和润滑性，同时生物降解性能好，主要有硫化猪油、硫化棉籽油和硫化菜籽油等；
上述C3～C6一元醇主要作为助表面活性剂的作用，主要有正丙醇、异丙醇、正丁醇，异丁醇，正戊醇、异戊醇、正己醇、异己醇等，一般作用选用正丁醇或正戊醇效果最佳；
上述磷酸盐可选用三聚磷酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾中的一种或两种以上的混合物，钠、钾离子有助于降低O/W或W/O液滴的表面张力，有利于微乳液的形成，同时磷酸根可以和铁在刀具表面形成一层磷酸铁或磷酸亚铁的极压抗磨保护层；
上述硼酸钾是一种良好的极压抗磨剂和防锈剂，同时钾离子有助于降低O/W或W/O液滴的表面张力，有利于微乳液的形成；
上述的水可以使用自来水、去离子水等，不能使用钙、镁等离子含量过高的硬水，主要的作用是溶解无机盐，同时有利于微乳液的形成。
本发明所使用的表面活性剂总量超过组分的25%，有利于形成稳定的微乳液。
上述铝合金准干切削加工微乳液母液的制备方法如下：
将按所述比例称取的多元醇油酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂、非离子型表面活性剂、硫化脂肪、C3～C6一元醇放入搅拌器中，在30-50℃温度下搅拌10-15分钟后，加入已按所述比例称取并溶解在水中的磷酸盐、硼酸钾，充分搅拌30-60分钟，至溶液完全透明，即得到铝合金准干切削加工微乳液母液。
步骤2：将上述铝合金准干切削加工微乳液母液和水按重量比1：1-3混合，充分搅拌，再加入重量比为0.005-0.01%的聚硅氧烷充分搅拌，即得到铝合金准干切削加工微乳液工作液。
上述制备的工作液需加入0.005-0.01%的聚硅氧烷作为消泡剂使用；
上述制备的工作液可以加入重量比为0-0.05%的聚丙烯酸钠或0-0.2%的羧甲基纤维素钠作为增稠剂，提高工作液的粘度；
上述工作液可以加入重量比为0-0.2%的异噻唑啉酮或其衍生物作为杀菌剂，延长工作液的作用寿命。
本发明的有益效果：
本发明的铝合金准干切削加工微乳液，具有很好的极压性、抗磨性和润滑性，配合准干切削润滑装置使用，使用量可以减少至原来的10%以下，还能达到良好的润滑和冷却效果，节能减排、环境保护效益显著。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明：
实施例1：
步骤1：称取35kg三羟甲基丙烷油酸酯、10kg失水山梨醇单油酸酯（S-80）、10kg的烷基酚聚氧乙烯醚TX-10、5kg石油磺酸钠、5kg硫化猪油、5kg正丁醇放入搅拌器中在50℃温度下搅拌10分钟后，加入已溶解在27kg水中的2kg磷酸氢二钾、1kg硼酸钾，充分搅拌60分钟，观察溶液完全透明，即得铝合金准干切削加工微乳液母液。
步骤2：取上述铝合金准干切削加工微乳液母液100kg和100kg的水充分搅拌，同时加入10克消泡剂聚硅氧烷充分搅拌，即得一种铝合金准干切削加工微乳液工作液。
上述方法制备的铝合金准干切削加工微乳液工作液，经试验理化指标如下：
| 项目 | 基本数据 | 实验方法 |
| 外观 | 黄色半透明 | 目测 |
| 运动粘度40℃ mm2/s | 18 | GB/T265 |
| pH | 9.6 | SH/T0578 |
| 密度20℃ kg/m3 | 1003 | GB/T1884 |
| 四球极压试验 PD N | >6080 | GB/T12583 |
实施例2：
步骤1：称取25kg季戊四醇油酸酯、15kg失水山梨醇单月桂酸酯（S-20）、11kg的非离子表面活性剂AEO-9、8kg的N-月桂酰基谷氨酸钠、6kg硫化棉籽油、4kg正戊醇放入搅拌器中在30℃温度下搅拌15分钟后，加入已经按重量百分比溶解在27kg水中的2kg磷酸钠、2kg硼酸钾，充分搅拌30分钟，观察溶液完全透明，即得到铝合金准干切削加工微乳液母液。
步骤2：取上述铝合金准干切削加工微乳液母液100kg和150kg的水充分搅拌，同时加入15克消泡剂聚硅氧烷，50克聚丙烯酸钠，100克的异噻唑啉酮，充分搅拌，即得到铝合金准干切削加工微乳液工作液。
上述方法制备的铝合金准干切削加工微乳液工作液，经试验理化指标如下：
| 项目 | 基本数据 | 实验方法 |
| 外观 | 黄色半透明 | 目测 |
| 运动粘度40℃ mm2/s | 12 | GB/T265 |
| pH | 9.4 | SH/T0578 |
| 密度20℃ kg/m3 | 1005 | GB/T1884 |
| 四球磨斑直径 mm | 0.43 | SH/T0762 |
实施例3：
步骤1：称取28kg双季戊四醇油酸酯、12kg失水山梨醇单硬脂酸酯（S-60）、12kg的非离子表面活性剂OP-9、6kg的N-月桂酰基丙氨酸钠、10kg硫化菜籽油、3kg正戊醇放入搅拌器中在45℃温度下搅拌12分钟后，加入已溶解在25kg水中的3kg磷酸二氢钾、1kg硼酸钾，充分搅拌45分钟，观察溶液完全透明，即得到铝合金准干切削加工微乳液母液。
步骤2：取上述铝合金准干切削加工微乳液母液100kg和200kg的水充分搅拌，同时加入30克消泡剂聚硅氧烷，600克羧甲基纤维素钠，300克的异噻唑啉酮衍生物，充分搅拌，即得到铝合金准干切削加工微乳液工作液。
将上述反应制备的铝合金准干切削加工微乳液工作液应用于：高速圆锯床锯切直径320mm的大铝棒。之前采用的润滑方式为传统的乳化液淋浴式润滑。
使用准干切削系统（准干切削润滑装置+铝合金准干切削加工微乳液）改造效果对比表：
| 项目 | 改造前 | 改造后 |
| 切断一刀所需要时间 | 2分钟 | 2分钟 |
| 锯片使用寿命 | 2-3片/月 | 1片/月 |
| 润滑剂消耗 | 40kg/天 | 2.5kg/天 |
| 工作现场 | 典型脏乱差 | 十分干净 |
| 员工健康 | 有皮肤病等健康影响 | 安全 |
| 后处理 | 油液污染处理费用大 | 无后处理 |
实施例4：
步骤1：称取15kg三羟甲基丙烷油酸酯、10kg的季戊四醇油酸酯、5kg司盘S-40、5kg的司盘S-80、5kg的非离子表面活性剂NP-10、5kg的吐温-80、3kg的N-月桂酰基丙氨酸钠、2kg的石油磺酸钠、4kg硫化菜籽油、4kg的硫化猪油、1kg正戊醇、1kg的正丁醇放入搅拌器中在50℃温度下搅拌10分钟后，加入已溶解在35kg水中的1kg磷酸氢二钾、1kg的三聚磷酸钠、3kg硼酸钾，充分搅拌50分钟，观察溶液完全透明，即得到铝合金准干切削加工微乳液母液。
步骤2：取上述铝合金准干切削加工微乳液母液100kg和250kg的水充分搅拌，同时加入35克消泡剂聚硅氧烷，400克羧甲基纤维素钠，400克的异噻唑啉酮，充分搅拌，即得到铝合金准干切削加工微乳液工作液。
将上述制得的铝合金准干切削加工微乳液工作液使用于数控车床加工摩托车铝轮毂，24小时连续加工。之前采用的润滑方式为传统的乳化液淋浴式润滑。
使用准干切削系统（准干切削润滑装置+铝合金准干切削加工微乳液）改造效果对比表：
| 项目 | 改造前 | 改造后 |
| 加工一个轮毂所需要时间 | 3分钟 | 3分钟 |
| 润滑剂消耗 | 20升/天 | 1.8升/天 |
| 工作现场 | 典型脏乱差 | 十分干净 |
| 员工健康 | 有皮肤病等健康影响 | 安全 |
| 后处理 | 油液污染处理费用大 | 无后处理 |
实施例5：
步骤1：称取15kg三羟甲基丙烷油酸酯、10k的季戊四醇油酸酯、5kg的双季戊四醇油酸酯、5kg司盘S-20、5kg的司盘S-60、5kg的司盘S-80、5kg的TX-9、5kg的吐温-60、3kg的N-月桂酰基丙氨酸钠、3kg的N-月桂酰基谷氨酸钠、4kg的石油磺酸钠、2kg硫化菜籽油、1kg硫化棉籽油、2kg的硫化猪油、2kg正丁醇、放入搅拌器中在40℃温度下搅拌10分钟后，加入已经按重量百分比溶解在25kg水中的0.5kg磷酸钾、0.5kg的磷酸二氢钠、0.5kg磷酸氢二钠、1.5kg硼酸钾，充分搅拌60分钟，观察溶液完全透明，即得到铝合金准干切削加工微乳液母液。
步骤2：取上述铝合金准干切削加工微乳液母液100kg和300kg的水充分搅拌，同时加入40克消泡剂聚硅氧烷，200克聚丙烯酸钠，800克的异噻唑啉酮，充分搅拌，即得到铝合金准干切削加工微乳液工作液。
上述方法制备的铝合金准干切削加工微乳液工作液，经试验理化指标如下：
| 项目 | 基本数据 | 实验方法 |
| 外观 | 黄色半透明 | 目测 |
| 运动粘度40℃ mm2/s | 15 | GB/T265 |
| pH | 9.3 | SH/T0578 |
| 密度20℃ g/cm3 | 1.01 | GB/T1884 |
| 四球无卡咬负荷 PB N | >1569 | GB/T12583 |
Claims (8)
1.一种铝合金准干切削加工微乳液，其特征在于，所述铝合金准干切削加工微乳液母液，按重量百分比计由以下原料混合并加热至30-50℃充分搅拌制备而成：
所述多元醇油酸酯为三羟甲基丙烷油酸酯、双季戊四醇油酸酯中的一种或两种以上的混合物；所述失水山梨醇脂肪酸酯为S-20、S-40、S-60、S-80中的一种或两种以上的混合物；所述聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或两种以上的混合物；所述脂肪醇聚氧乙烯醚为AEO-9；所述聚氧乙烯醚失水山梨醇脂肪酸酯为吐温-20、吐温-40或吐温-60；所述阴离子型表面活性剂为羧酸盐类表面活性剂中的一种或两种以上的混合物；所述硫化脂肪为硫化猪油、硫化棉籽油、硫化菜籽油中的一种或两种以上的混合；所述磷酸盐为三聚磷酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾中的一种或两种以上的混合物。
2.如权利要求1所述的铝合金准干切削加工微乳液，其特征在于，它是将上述铝合金准干切削加工微乳液母液和水按重量比1：1-3混合，充分搅拌，再加入重量比为0.005-0.01％的聚硅氧烷充分搅拌后得到的工作液。
3.如权利要求2所述的铝合金准干切削加工微乳液，其特征在于，该微乳液工作液中还加有重量比为0-0.05％的聚丙烯酸钠或0-0.2％的羧甲基纤维素钠作为增稠剂，加有重量比为0-0.2％的异噻唑啉酮或其衍生物作为杀菌剂。
4.如权利要求1所述的铝合金准干切削加工微乳液，其特征在于，所述羧酸盐类表面活性剂为N-月桂酰基谷氨酸钠、N-月桂酰基丙氨酸钠中的一种或两种的混合。
5.如权利要求1所述的铝合金准干切削加工微乳液，其特征在于，所述C3～C6一元醇为正丁醇或正戊醇。
6.一种如权利要求1所述的铝合金准干切削加工微乳液的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
将按所述比例称取的多元醇油酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂、非离子型表面活性剂、硫化脂肪、C3～C6一元醇放入搅拌器中，在30-50℃温度下搅拌10-15分钟后，加入已按所述比例称取并溶解在水中的磷酸盐、硼酸钾，充分搅拌30-60分钟，至溶液完全透明，即得到铝合金准干切削加工微乳液母液。
7.如权利要求6所述的铝合金准干切削加工微乳液的制备方法，其特征在于，将上述铝合金准干切削加工微乳液母液和水按重量比1：1-3混合，充分搅拌，再加入重量比为0.005-0.01％的聚硅氧烷充分搅拌，即得到铝合金准干切削加工微乳液工作液。
8.如权利要求1或7所述的铝合金准干切削加工微乳液的制备方法，其特征在于，在所述铝合金准干切削加工微乳液工作液中加入重量比为0-0.05％的聚丙烯酸钠或0-0.2％的羧甲基纤维素钠作为增稠剂，加入重量比为0-0.2％的异噻唑啉酮或其衍生物作为杀菌剂。
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