CN107841371A - 一种全合成水晶切削液的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种全合成水晶切削液，属于切削液行业，特别是人造水晶切削液的生产技术领域。本发明所提供的切削液主要由清洗剂十二烷基苯磺酸钠、防腐剂三乙醇胺硼酸酯、润滑剂甘油、防锈剂三乙醇胺、消泡剂二甲基硅油及去离子水组成。本发明切削液呈碱性，主要由大量的纯水和多种超强功能助剂经科学复合配合而成，不含对人体有致癌作用的亚硝酸钠，具有在切削过程中始终保持pH值不变的功效，单组份直接使用，无毒无污染，适用于多种工艺的半自动、自动磨削生产线，工艺简单，操作方便，润滑性优，切削质量好，切削效率高，泡沫生成少，可以达到极好的表面光洁度。与国内外同类产品相比，用量少，寿命长，可以节约成本1/6‑1/8。

Description

一种全合成水晶切削液的制备方法

技术领域

本发明涉及切削液行业，特别是一种人造水晶切削液的生产技术领域。

背景技术

切削液是一种用在工业生产过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体，从大类上分为水基切削液和油基切削液。水基切削液冷却效果好，润滑性能差；油基切削液与之相比润滑性能好，冷却效果较差。但由于在高速切削时发热量大，油基切削液的传热效果差，会使切削区的温度过高，导致切削油产生烟雾、起火等现象，存在诸多安全隐患及环境污染；并且由于工件温度过高产生热变形，影响工件加工精度；从价格上考虑，水基切削液可大幅度降低切削液成本，因而目前多用水基切削液。

水基切削液又称为水溶性切削液，从其外观上可分为乳化液、半合成切削液和全合成切削液，其分类通常取决于产品中基础油的类别，也各有其特点。一般来说，仅以矿物油作为基础油的水溶性切削液为乳化液，乳化液的稀释液在外观上呈乳白色；既含有矿物油又含有化学合成基础油的水溶性切削液为半合成切削液，半合成液的稀释液通常呈半透明状，也有一些产品偏乳白色；仅使用化学合成基础油而不含矿物油的水溶性切削液为全合成切削液，全合成液的稀释液通常完全透明如水或略带某种颜色。

由于人造水晶(也适应其它晶体片)表面透明度高，材质脆性大，因而其切削过程的金属及有机物沾污、崩边崩片、加工精度差、微粗糙度等会严重影响器件的品质和成品率，因而选择合适的人造水晶切削液至关重要。

切削液基本性能主要包括以下几个方面：冷却、清洗、防腐、润滑、防锈等，为达到切削液的目的，相应添加以下化学成分。

1.冷却剂

一般来说，水是切削液中最优质便捷的冷却剂。水基切削液的含水量一般为50～80％(W/W％)，高水基切削液在常规使用状态时含水量甚至可达95％以上；切削液中水的加入，不仅能将切削热从刀具和工件处带走，有效降低切削温度，还能减少工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。

2.润滑剂

在切削加工过程中，切削液中的润滑剂会渗入磨粒-工件及磨粒-磨屑之间形成润滑膜，使界面间的摩擦减小，防止磨粒切削刃磨损和粘附切屑，从而减小切削力、摩擦热和功率消耗，降低刀具与工件坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工性能，提高刀具耐用度以及工件表面质量。

水溶性润滑剂一般采用醇类,如单元醇，二元醇、三元醇，聚醇类等，最常见的有聚乙烯醇、甘油等。

3.防锈剂

由于切削过程温度上升，切削液中部分物质会分解或氧化变质而产生油污，这些油污会在切削液的酸碱介质下与工件接触腐蚀机床部件及工件表面。此外，在工件加工后或工序之间流转过程中暂时存放时，也要求切削液有一定的防锈能力，防止环境介质及残存切削液中的油污等腐蚀性物质侵蚀机器及工件，潮湿多雨的环境应特别加强防锈措施。

水溶性防锈剂品种较多，通常分为有机防锈剂与无机防锈剂两类。无机防锈剂一般采用钼酸钠(0.05％)替代亚硝酸钠，以减少污染；有机防锈剂(硼胺)复合使用也可达到很好的防锈效果；研究表明，有机物三乙醇胺可起防锈、润滑的作用，价廉易得，且能改善溶液pH值，因此广泛采用且用量较大。试验证实：切削液pH值控制在9.0-9.5之间为宜，此时细菌繁殖速度最小。

4.清洗剂

切削过程产生的切屑、磨屑、油污等，势必会对机床、工件、刀具等造成沾污，影响切削效果。为使刀具的切削刃口保持锋利，加入清洗剂保持刀具及工件表面的清洁大有必要。在生产实践中发现：在水基切削液加入表面活性剂可以起到清洗效果，因为表面活性剂能在表面上形成吸附膜，阻止粒子和油泥等粘附在工件、刀具表面，同时它能渗入到粒子和油泥粘附的界面上，把它从界面上分离，随切削液带走，保持界面清洁。

非离子性表面活性剂(如平平加、太古油等)和阴离子表面活性剂(烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等)的加入均能显著降低切削液表面张力，达到清洗的目的，因而在切削液中被广泛采用。

5.防腐剂

防腐剂又叫腐蚀钝化剂。当切削液遇到夏季高温、强光照射、环境潮湿等情况时，容易使细菌、霉菌繁殖，使切削液中的有效成分产生化学分解而发霉、发臭、变质，导致切削液出现沉淀或分层、析油、析皂和老化等现象，影响其稳定性差及寿命，所以一般都加入毒性小的有机杀菌剂，起到防腐防霉变的作用，延长切削液的稳定性与耐候性，磺酸钠、硼酸酯或其配伍使用较为常见。

6.消泡剂

泡沫是一种有大量气泡分散在液体连续相中的分散体系,其分散相为气体。纯液体形成泡沫时，其体系自由能必将随着体系面积的增加而增加，从热力学理论上来讲，体系熵值增加，体系不稳定。在溶液中加入消泡剂，为了能使液体表面的泡沫大量减少或消失，降低液-气界面的界面张力与表面能，提高溶液的相容性及稳定性。

充当消泡剂的化学成分一般为有机化合物,如烃类、醚类、醇类、酰胺、脂肪酸或脂肪酸盐及磷酸酯类等，以及能增强表面张力的钙盐、矿物油等。目前较具有代表性的消泡剂大致可分为两类，一类是聚醚型消泡剂，另一类则是有机硅型消泡剂(甲基硅油、改性聚硅氧烷)，还有复合型--即将聚醚和改性聚硅氧烷复配，兼具抑泡和消泡功能。

7.其它

环保、清洁、操作简单、便于回收等，都是切削液配制过程中需要考虑的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于工业生产中脆性材料切削加工的全合成水基切削液，适用于人工晶体及光学玻璃(如光学镜头、手机镜片、陶瓷、手表玻璃、LCD、ITO、水晶)等加工过程的表面切削，特别适用于人造水晶的精密切削。切削过程中，本发明切削液和水晶表面进行复杂的物理和化学反应(如螯合，络合,皂化等)，润滑性优，切削质量好，切削效率高，泡沫生成少，可以达到极好的表面光洁度。

切削液由多种加工助剂经科学复合配伍而成，为一款全合成型无色或淡黄色透明产品，呈碱性，单组份使用，无毒无污染，适用于多种工艺的半自动、自动磨削生产线。

其特征在于：本发明的切削液由清洗剂、防腐剂、润滑剂、防锈剂、消泡剂和水组成，其重量百分组成为：防锈剂三乙醇胺占10-20％，润滑剂甘油占3.0-5.0％，清洗剂十二烷基苯磺酸钠占0.3-1.8％，防腐剂三乙醇胺硼酸酯占0.5-0.8％，消泡剂二甲基硅油占0.2-0.5％，余量为去离子水作为冷却剂。

本发明的切削液是一种用在人造水晶磨削加工过程中，用来冷却和润滑刀具和水晶加工件的工业用液体，具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗功能、防腐功能、易稀释特点，属当前一款领先的磨削产品。大量试验证明，本发明的优越性在于：

1.切削液呈碱性(PH≤10.5)，主要由大量的纯水和多种超强功能助剂经科学复合配合而成，具有在切削过程中始终保持pH值不变的功效，不用搭配其他组分，可直接使用，工艺简单，操作方便，与国内外同类产品相比，用量少，切削效果好，班次长；

2.切削液为一款全合成型产品，为无色或呈淡黄色透明澄清液体，被切削材水晶的加工状态容易观察；

3.本发明切削力强：通过切削液成分对人造水晶表面的作用，弱化水晶中Si-O(硅氧键)的结合势能，减弱水晶材料的去除难度，提高材料的去除效率，使用寿命长；

4.加工性能稳定，持续性强，能够延长削磨工具的寿命及得到精密表面，沉降性好，易于清洗；不依赖于附加的强化条件，对温度、压力、机械能等不需要过高的要求，企业能耗更低；

5.本发明添加防锈剂及防腐剂，有效防止工作机械和工件生锈问题，防止霉菌及乳酸菌的发生，不腐败；

6.加入适量的消泡剂和抑泡剂，既使强烈的搅拌也不用担心泡沫生成；

7.切削液为环境友好型产品，无毒、无味、对人体无侵蚀、对设备不腐蚀、对环境不污染，安全环保。

具体实施方式

切削液配制步骤：

1.将10～20g三乙醇胺溶于50～60ml的去离子水中，搅拌均匀，制成pH为9.0-10.5的碱性溶液，随后将3～5g的润滑剂甘油加入，得到溶液A。

2.将0.5～0.8g的防腐剂三乙醇胺硼酸酯溶于10～15ml的去离子水中，搅拌均匀，制成溶液B。

3.将0.3～1.8g的清洗剂十二烷基苯磺酸钠溶于10ml的去离子水中，搅拌均匀，制成溶液C。

4.将所得到的溶液A及溶液B先后加入溶液C中，混合搅拌均匀，制成溶液D。

5.将0.2～0.5g的消泡剂二甲基硅油加入到溶液D，搅拌均匀，制成溶液E。

6.上述各步骤均在常温常压下进行，且所有的复配过程须边搅拌边配制。

对比例：

准确称取15g的三乙醇胺溶于50ml的去离子水中搅拌均匀，制成pH值为10.5的碱性溶液，随后用移液枪称取3.5g的甘油加入到三乙醇胺溶液中，记为A；分别将0.6g的三乙醇胺硼酸酯、1.0g的十二烷基苯磺酸钠溶于10ml去离子水中，搅拌均匀备用，记为B、C；将溶液A及溶液B先后加入溶液C中，混合搅拌均匀，制成溶液D；再将0.4g的消泡剂二甲基硅油加入到溶液D，搅拌均匀制成无色透明澄清液体E，即得到全合成水晶切削液。

该切削液为无色透明溶液，无毒、无味、无泡沫生成，适用于多种工艺的半自动、自动磨削生产线，润滑性优，切削质量好，切削效率高，用量少，寿命长，可以达到极好的表面光洁度，且可节约成本1/6-1/8。

实施例1：

准确称取20g的三乙醇胺溶于50ml的去离子水中搅拌均匀，制成pH值为10.5的碱性溶液，随后用移液枪称取3.0g的甘油加入到三乙醇胺溶液中，记为A；分别将0.5g的三乙醇胺硼酸酯、1.0g的十二烷基苯磺酸钠溶于10ml去离子水中，搅拌均匀备用，记为B、C；将溶液A及溶液B先后加入溶液C中，混合搅拌均匀，制成溶液D；再将0.5g的消泡剂二甲基硅油加入到溶液D，搅拌均匀制成淡黄色透明澄清液体E，即得到全合成水晶切削液。

该切削液为淡黄色透明溶液，无毒、无味、无泡沫，润滑性优，切削质量好，切削效率高，用量少，寿命长，可以达到极好的表面光洁度。

实施例2：

准确称取10g的三乙醇胺溶于50ml的去离子水中搅拌均匀，制成pH值为10.0的碱性溶液，随后用移液枪称取5.0g的甘油加入到三乙醇胺溶液中，记为A；分别将0.5g的三乙醇胺硼酸酯、1.0g的十二烷基苯磺酸钠溶于10ml去离子水中，搅拌均匀备用，记为B、C；将溶液A及溶液B先后加入溶液C中，混合搅拌均匀，制成溶液D；再将0.3g的消泡剂二甲基硅油加入到溶液D，搅拌均匀制成无色透明澄清液体E，即得到全合成水晶切削液。

该切削液为无色透明溶液，无毒、无味、有少量细小泡沫，润滑性优，切削质量好，切削效率高，用量少，寿命长，可以达到极好的表面光洁度。

实施例3：

准确称取15g的三乙醇胺溶于50ml的去离子水中搅拌均匀，制成pH值为10.5的碱性溶液，随后用移液枪称取3.5g的甘油加入到三乙醇胺溶液中，记为A；分别将0.8g的三乙醇胺硼酸酯、1.8g的十二烷基苯磺酸钠溶于10ml去离子水中，搅拌均匀备用，记为B、C；将溶液A及溶液B先后加入溶液C中，混合搅拌均匀，制成溶液D；再将0.2g的消泡剂二甲基硅油加入到溶液D，搅拌均匀制成无色透明澄清液体E，即得到全合成水晶切削液。

该切削液为无色透明溶液，无毒、无味、有些许泡沫，润滑性优，切削质量好，切削效率高，用量少，寿命长，可以达到极好的表面光洁度。

实施例4：

准确称取15g的三乙醇胺溶于50ml的去离子水中搅拌均匀，制成pH值为10.5的碱性溶液，随后用移液枪称取3.5g的甘油加入到三乙醇胺溶液中，记为A；分别将0.6g的三乙醇胺硼酸酯、0.3g的十二烷基苯磺酸钠溶于10ml去离子水中，搅拌均匀备用，记为B、C；将溶液A及溶液B先后加入溶液C中，混合搅拌均匀，制成溶液D；再将0.2g的消泡剂二甲基硅油加入到溶液D，搅拌均匀制成无色透明澄清液体E，即得到全合成水晶切削液。

该切削液为无色透明溶液，无毒、无味、有些许泡沫，润滑性优，切削质量好，切削效率高，用量少，寿命长，可以达到极好的表面光洁度。

大量试验证明：切削液中占比最大的的是防锈剂三乙醇胺和润滑剂甘油，只要两者的占比总量之和达到15％以上，切削液的润滑性变好，切削效率提高，说明两者兼具防锈、润滑、磨削等多种有益的作用；再者，消泡剂加入量以0.4％为宜，加入量过大会造成不必要的浪费，加入量小泡沫消除不干净。

切削液的日常维护

1.浓度控制：每周1-2次用阿贝折射仪根据不同的折光系数判断相应的浓度，检测水晶切削液浓度是否在合适的范围内，并根据实际加工需求进行调整；设定浓度范围的中值作为目标值，低于此值应补液。补液时，建议使用混配器，如果没有配备混配器，加液时应加在流量最大处，这样可使原液尽快分散；

2.液位控制：由于生产过程会带走部分切削液，故要按时补充，使系统总液量保持合理的液位，一般来说，集中供液系统的液位控制在液箱容量的60％-80％之间，单机的液位尽量不要低于液箱容量的80％；

3.切削液的pH值监控:pH值太低或太高都是不利的。一般而言，切削液的PH值最佳范围在8.8-9.5之间。当pH值≤8.5，切削液的防锈性变差；当pH值≥10.5，人体不小心接触时会腐蚀皮肤；

4.本身及环境维护：保持切削液本身的清洁，不与污油、食物、烟草等污物接触；保持加工车间和机床的清洁，设备如果没有过滤装置，每2周需定期撇除油槽中之浮油、切削粉屑等杂质；

5.严格做好切削液日常维护管理记录工作。

切削液的检测更换

切削液每使用6-8小时应检测一次，并及时添加新切削液；为确保加工部件的光泽度、防锈效果,切削液每七个工作日更换一次；每半年将系统彻底清洗一次，以保证切削液工作时的磨削效果，其具体步骤为：

1.底部液箱或水桶清洗：将机床下面液箱或水桶打开，把废液及脏物清理干净；

2.上层台面清洗：由于本发明为全合成切削液，更换时只需用适量清水从机床工作台面处冲洗两遍，待水流至水箱再清理干净；

3.新切削液的配制：在机台水箱中加入清水至箱体的60％-70％处，而后倒入新切削液，注意要边加入边搅拌，使得清水与切削液混合均匀，充分稀释到1：10～1：20倍；

4.管内储存旧液清除：新切削液配制完成后，打开切削液开关，直到新切削液将备空桶至工作台上之间管道里的废液替换排出，避免原切削液的污染；

5.新液稳定检测：打开切削液开关保持新配液体的循环，以便充分稀释。稍后检测新切削液的浓度并循环10-20分钟，待稳定后即可进行削磨加工。

注意事项

1.本品加入时搅拌均匀即可，在水晶加工过程中需稀释10-20倍使用；

2.调整加工切削液的浓度时，请务必在水中加入原液补充；

3.该液呈碱性，操作员应减少与皮肤、眼、嘴直接接触，若接触后应立即用大量清水冲洗。

包装储运

25kg、50kg桶包装或按顾客要求，储存于阴凉干燥处，运输时桶口向上，防止泄漏。

保质期

本剂保质期为一年。

Claims (2)

1.一种全合成水晶切削液，其特征在于：包含清洗剂、防腐剂、润滑剂、防锈剂、消泡剂及去离子水组成，其组合物的重量百分含量分别为防锈剂三乙醇胺占10-20％，润滑剂甘油占3.0-5.0％，清洗剂十二烷基苯磺酸钠占0.3-1.8％，防腐剂三乙醇胺硼酸酯占0.5-0.8％，消泡剂二甲基硅油占0.2-0.5％，余量为去离子水作为冷却剂。

2.制备如权利要求1所述的全合成水晶切削液的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将10～20g三乙醇胺溶于50～60ml的去离子水中，搅拌均匀，制成pH为9.0-10.5的碱性溶液，随后将3～5g的润滑剂甘油加入，得到溶液A；

(2)将0.5～0.8g的防腐剂三乙醇胺硼酸酯溶于10～15ml的去离子水中，搅拌均匀，制成溶液B；

(3)将0.3～1.8g的清洗剂十二烷基苯磺酸钠溶于10ml的去离子水中，搅拌均匀，制成溶液C；

(4)将所得到的溶液A及溶液B先后加入溶液C中，混合搅拌均匀，制成溶液D；

(5)将0.2～0.5g的消泡剂二甲基硅油加入到溶液D，搅拌均匀，制成溶液E；

配制过程须按顺序进行且边加料边搅拌。