CN201965124U

CN201965124U - 泡沫性能测试装置

Info

Publication number: CN201965124U
Application number: CN2010206969853U
Authority: CN
Inventors: 何集宝; 侯海燕; 李集周; 张清丰; 欧博明; 阮永忠; 胡建
Original assignee: Dongguan Pacific Oil & Chemical Co Ltd
Current assignee: Dongguan Pacific Oil & Chemical Co Ltd
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2020-12-31

Abstract

本实用新型涉及一种泡沫性能测试装置，包括有循环管道依次连接的泵、阀和竖直设置的透明直管，所述透明直管为内径20mm～100mm，容积为2200ml～3500ml，且预先加入待测液800ml～1200ml；所述透明直管上端连接的管道出口距透明直管内液面高度为30cm～80cm；所述阀控制管道中待测液的流速为2L/min～12L/min。本实用新型操作、使用方便，可避免人工操作产生的诸多误差；可根据实际加工工况设定相应的测试标准并量化测试结果；不但适用于加工液用消泡剂在各种温度下的消泡效果评价，而且可用于评价未添加消泡剂的各种体系的抗泡效果还可以作为其它水性产品(如清洗剂等)消泡性能的检验。

Description

泡沫性能测试装置

技术领域

本实用新型涉及泡沫测试技术领域，尤其涉及一种泡沫性能测试装置。

背景技术

泡和泡沫是人们日常生活和化工生产中常见的现象，但是对泡和泡沫比较了解的人却很少，至今还没有形成一个成熟、完整而统一的泡沫理论体系。工业上人们对于如何更好的利用和消除泡沫越来越重视，在金属加工液行业，尤其是水基金属加工液中显得尤为迫切，因为泡沫的存在对加工液的冷却、防锈、润滑等性能造成破坏，同时也给机床环境带来压力，如机床堵塞、泡沫溢出液槽等，此外还会造成消泡剂及切削液的无效损耗等。因此泡沫性能对金属加工液来说一个重要的监测指标，必须对金属加工液的泡沫效果进行严格的控制。

水基加工液的泡沫控制体现在两个方面：一是消泡，即将已产生的泡沫消除；二是抗泡或抑泡，即防止或抑制加工液在使用过程中气泡的产生。对金属加工液行业而言，这两个方面都非常重要，是泡沫效果进行评价的两个重要方面，也是进行消泡剂筛选的重要衡量指标。目前对于水基金属加工液泡沫效果的评价方法比较简单。如手摇动力法之一的国标测试方法GB/T6144-85，也称为泡沫消除法，即将水基加工液5％开稀后，置于量筒中通过剧烈摇动，产生大量的泡沫后，再通过泡沫体积减少到一定量所需的时间来确定消泡性能，所需时间越短，说明消泡性能越强；或按一定时间后的泡沫体积来确定消泡性能，泡沫体积越小，其消泡能力越强。然而此方法存在以下的缺点：(1)由于存在人为操作的偏差，因而不可避免的会引入系统误差；(2)此测试方法存在重复性较差的缺点；(3)不能模拟工厂实际操作的动态过程；(4)只能显示终态的泡沫数据，不能显示泡沫的动态数据；(5)不能体现消泡性能与温度的关系；(6)不能进行抗泡效果的测试；(7)衡量标准单一，不能有效地根据不同工况来确定相应的标准；(8)精确度较差，对几种泡沫效果相差不大的加工液不能进行有效的比较测试。正是由于该种方法存在操作不易规范统一，极易引入误差，导致测定结果误差较大的问题，因此该方法已不能适应当前金属加工液发展的需求。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，提供一种泡沫性能测试装置，能在动态下有效测量抗泡性能测试方法和消泡性能测试方法，重复性好。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种泡沫性能测试装置，包括有循环管道依次连接的泵、阀和竖直设置的透明直管，所述透明直管为内径20mm～100mm，容积为2200ml～3500ml，且预先加入待测液800ml～1200ml；所述透明直管上端连接的管道出口距透明直管内液面高度为30cm～80cm；所述阀控制管道中待测液的流速为2L/min～12L/min。

优选的，所述透明直管上端连接的管道出口位于透明直管内液面中央处的正上方。

优选的，该装置还包括恒温水浴装置，所述透明直管设有夹套，所述恒温水浴装置与夹套连通。

优选的，该装置还包括有流量计，所述流量计设在阀和透明直管之间的管道中。

优选的，所述透明直管上设有对应管内容积的刻度。

优选的，所述阀为节流阀。

优选的，所述流量计为转子流量计。

与现有技术相比，本实用新型将待测液从一定高度以一定流速垂直落到透明直管中预装相同溶液的液面，同时下面的溶液以相同的速度从底部流出，此过程中产生泡沫；根据产生的泡沫体积(为透明直管中泡沫和液体的总体积减去预装溶液的体积)和实验时间来确定抗泡效果，时间越长而泡沫体积越小，则说明抗泡性越好。

同样以待测液在透明直管中循环流动，使待测液从一定高度以一定流速垂直落到相同溶液表面，循环一定时间后停泵测试消泡，根据泡沫消除到一定量体积时所需的时间来确定其消泡效果，时间越短，说明消泡效果越好。

当待测液固定流速，并使用同一仪器时，泡沫体积和成泡时间可以作为抗泡效果的度量；因为此时泡沫体积和成泡时间是在一定液体流速和一定位差时，泡沫生成和破坏共同作用的结果，所以此量包括了成泡和消泡两种性能(也即抗泡性能)；而在一定温度、流速及位差下，待测液先循环定量时间后的消泡时间反应了消泡性能。

本实用新型充分考虑到水基加工液中泡沫产生的原因、液体流速、喷射压强及温度等多种因素的影响，模拟实际工况动态循环的工作方式，以测量成泡时间和体积表示测试结果，时间越长，而泡沫体积又越小，则抗泡效果越好；同样消泡测试时，消泡时间越短则消泡效果越好。

本实用新型操作、使用方便，可避免人工操作产生的诸多误差；可根据实际加工工况设定相应的测试标准并量化测试结果；不但适用于加工液用消泡剂在各种温度下的消泡效果评价，而且可用于评价未添加消泡剂的各种体系的抗泡效果；模拟了工厂中循环流动的实际工况，从而对加工液在实际工况下的运用具有可行的指导作用。总之，该方法既可用于消除由泡沫发生而引起的售后服务因素，提高产品的信赖度和品牌形象，进而提高客户的满意度；同时也可为国内水基加工液行业泡沫性能检测标准的建立提供一个可行的方向，也可推广用于其它行业水性产品的泡沫性能的评价。

本实用新型测试装置具有以下有益效果：具有结构合理，操作、使用、维护方便，运行成本低等显著特点，可避免因人工操作而产生的诸多误差，实验可重复性较好，测试记录可以获得泡沫的一定动态性数据；并考虑到实际工况中流速、喷射压力及温度等多种因素的影响，模拟了动态循环的实际工况，能客观评价水性加工液在不同温度、流速等条件下的动态消泡效果，对实际工况起到一定的指导作用；总之，该实用新型适用于水基加工液在各种温度下的泡沫效果评价，对加工液的实际应用和完善加工液产品具有实际意义，该方法在水基金属加工液行业中具有很好的推广前景。

附图说明

图1为本实用新型的泡沫效果动态循环测试装置的结构示意图。

图2为消泡剂添加量不同的抗泡曲线图；

图3为不同离子水硬度新方法测得的抗泡性曲线；

图4为不同离子水硬度新方法测得的消泡性曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示的泡沫效果动态循环测试装置，其由恒温夹套(有机)玻璃管1、循环增压泵2、节流阀3、超级恒温水浴锅4、不锈钢转子流量计5及适量的硅胶管组成。

恒温夹套(有机)玻璃管1的内径20mm～100mm，容积为2200ml～3500ml，外径30mm～110mm，整体呈圆柱型，上下两端各接一根直径

的L型导管，玻璃管1的外管上有刻度。若要控制温度时，从恒温夹套(有机)玻璃管1下方的进水口进水，上方的出水口出水，形成水浴循环，达到保温效果。通过启动循环增压泵2及根据不锈钢转子流量计5来调整节流阀3，从而使得待测液以一定流速循环流动，以模拟加工液的实际工作状态。

采用上述测试装置测量泡沫的性能参数的工作过程如下：

1)配制至少1500ml的待测液作为待测对象。

2)先如图1所示组装装置并检漏；然后每次用1500ml去离子水循环清洗装置3～5次；清洗后再用300ml待测液润洗装置3～5分钟；润洗后往装置中注入待测液至800ml～1200ml刻度处，同时调整喷头处于中心且垂直液面并距液面的高度为30cm～80cm；

3)打开超级恒温水浴锅4升至适宜的温度，并启动电动泵形成水浴循环，使得恒温夹套(有机)玻璃管1内的温度升到规定的温度(若对温度要求不严格时，此步可忽略)。

4)启动循环增压泵，调整至特定流量(一般为2～12L/min)。

5)若测抗泡性，则待液面无泡时启动泵同时按下秒表进行实验；每生成100ml泡沫(泡沫体积＝液体总体积-预装待测液的体积)记录一次时间，直至泡沫体积为1000ml时记录此刻的总时间(T₁/s)并记录泡沫体积1000ml，或当总时间为150min时泡沫体积仍未达到1000ml时记录此刻的泡沫体积(V/ml)及时间(T₂＝150min)作为抗泡性(也即泡沫生成和破坏的综合性能)的评定指标(其时间越长且泡沫体积越小，则抗泡性越好)；此刻立即停止循环泵，同时用秒表重新开始记录时间，每消去100ml泡沫记录一次时间，直至泡沫为40ml，记下此时的总时间(T₃/s)作为该体系于此状况下消泡性的评定指标。

6)若要进行消泡性能评价，则待液面无泡时启动泵同时按下秒表进行实验，先将测试对象循环时间80min～100min(一般为90min)后，立即停止循环泵及将秒表归零，并立刻又重新启动秒表计时，每消去100ml泡沫记录一次时间，直至泡沫为40ml，记下此时的总时间(T₄/s)作为消泡性的评定指标(其时间越短则表明其消泡性能越好)。

7)测试中一般取三次平行测试的算术平均值作为分析结果。

8)试验完成后立即将待测液排出，同时每次用1500ml去离子水对装置进行循环清洗3～5次，以待下次试验。

对比实验例

1、消泡剂添加量不同的同一乳化体系

在同一乳化体系中，加入同一消泡剂(硅氧烷型)，只是添加量各有不同，分别采用手摇动力法和上述本实用新型方法测试其消泡性。

1.1、采用手摇动力法测试其消泡性，结果见下表1。

表1消泡剂不同添加量消泡性(5％)的手摇动力法测试结果

从表1的结果可以看出，当该添加剂的量超过0.3％量时，用该种方法测试其消泡性的误差就比较大了，不能很好地区分消泡程度。

1.2、采用上述本实用新型方法测试其抗泡性(即抑泡性)，测试结果见表2和图2所示。

表2消泡剂添加量不同时新方法的抗泡性测试结果

将表中测得的数据绘制成曲线，如图2所示。

从上面表2和图2可知，该消泡剂的添加量越多，体系的表观抗泡性也就越好(也即其抑泡性也就越好)，其在金属加工工艺中也就越有利。由于他们的发泡体系都是一样的，也就是说其抗泡(抑泡)本质应该是一样，而造成表观抗泡性不同的是由于消泡效果的不同而引起的，也即该测量结果实质上也间接地反应了其消泡效果。

以上测量结果表明：在此消泡体系中少量添加消泡剂时，该种消泡剂的添加量越多，其表观抗泡性就越好，也即从侧面反映其消泡效果越好。此外，从图1可以看出，当泡沫量越少时，生成相同单位泡沫量所花的时间也就越多，也即抗泡性越好(实质上是消泡效果也就越好)；造成这一现象的原因有三：一是由于该消泡剂是分散在体系中的，在体系中处于亚稳定状态，而泡沫量的增多对该亚稳定状态的影响也就越大，也就会对其消泡效果造成影响；二是该含硅型消泡剂在泡沫中的分布随泡沫厚度的增加而减少，因此，消泡效果也会随之下降；三是随着泡沫量的增多，体系中气体的含量也会随之增加，这也就会造成体系抗泡性的迅速下降。

在一定范围内，消泡效果虽然随着消泡剂添加量的增加而迅速提升，但是还要综合考虑到消泡剂到体系中的稳定性和消泡持久性的因素来选择合理的添加量。

2、稀释用水的硬度对抑泡消泡效果的影响

对于水性金属加工液来说，一般开稀所用的水的硬度越高，对工作中切削液的抑泡消泡效果就越有利。为了验证这一结论，通过在一体系X中人为添加0.4％(质量分数)CaCl₂或1.0％(质量分数)MgSO₄.10H₂O来模拟不同离子引起的几乎同一水硬度下对体系抑泡消泡的影响。通过手摇动力法和本文中的新测试方法进行测试。

2.1、手摇动力法测试结果见表3所示。

表3不同离子水硬度对消泡效果的影响的手摇动力法测试结果

体系	X	X+0.4％CaCl₂	X+1.0％MgSO₄.10H₂O
				完全消泡时间(s)	22	11	15

2.2、采用本实用新型方法测试其抗泡性和相同循环时间内(均为9000s)的消泡性，抗泡性测试结果见表4和图3，消泡性测试结果见表5和图4所示。

表4不同离子水硬度新方法的抗泡性测试结果

将表4中的数据绘制成曲线，如图3所示。

表5循环相同时间(9000s)后不同离子水硬度新方法的消泡性测试结果

将表5中的数据绘制成曲线，如图4所示。

从表5和图4可知，含镁离子和钙离子的化合物的加入，也即相当于工作时，用一定硬度值的硬水来进行稀释，这是有利于工作液的抗泡和消泡的；这是因为电解质的加入，使得电斥性削弱了泡沫的稳定性，这不利于泡沫的形成，同时，电解质的加入可以减弱双电层的相斥，这有利于小泡团聚成大泡进而可以达到加快消泡的目的；上面的实验测量结果也证实了这一结论。同时，从上面的结果还可以看出，虽然加入0.4％CaCl₂和1.0％MgSO₄.10H₂O模拟的稀释用水硬度基本一致，但是加入0.4％CaCl₂的抗泡和消泡效果要明显好于添加1.0％MgSO₄.10H₂O，因此，仅从抑泡和消泡方面来看，选择加入0.4％CaCl₂是更佳的选择，但是我们还要考虑到电解质的加入(即类似于水水硬度)对工作液防锈性和某些金属的抗腐蚀性等方面影响(如加入0.4％CaCl₂对铝的抗腐蚀性要远差于添加1.0％MgSO₄.10H₂O的)，只有兼顾工作液多方性能的考虑和客户实际工艺的要求，我们才能确定较优的添加方案。

通过以上两种方法的原理、实验步骤及实验案例等方面的分析可知，抗泡消泡性测试新方法(即动态抗泡消泡测试法)具有下面的优势：

(1)由本实用新型装置图及实验步骤可知，该测试新方法相对国标方法而言，其屏除了不可避免的人为因素偏差；

(2)本实用新型方法由于没有引入不可控的人为偏差因素，因此可以通过重复实验取平均值来降低误差；

(3)本实用新型测试方法的测试过程模拟了工厂中循环流动的实际工况，因而其结果对实际工况具有指导作用；

(4)本实用新型方法测试过程中是每100ml泡沫量记录一次数据，这也就在一定程度上获得了泡沫在一段时间内的动态数据，从而可从中获得更加生动具体的泡沫形成状况；

(5)只要在该装置中增加一个恒温组件(如放在超级恒温水浴中的一个适当的容器等)，即可进行恒温或高低温测试实验；

(6)本实用新型测试方法可根据不同的加工工况、不同的设备要求等方面来设定量化指标的阈值(即合格标准值)，也即合格标准随实际工况而定，这种方式更加符合切削液的实际使用状况；

(7)本实用新型方法中的三个物性数据的记录即能够很好地反映消泡性，也能显示其成泡性，也即该方法可同时对试液的消泡性和成泡性进行测试；

(8)本实用新型测试方法中对成泡时间、泡沫体积和消泡时间进行了精确的记录，这些数据能精确地反映出试液的成泡性和消泡性的程度，从而可在度上进行精确的比较。

总之，采用本实用新型动态抗泡消泡测试方法，可以依据实际加工工况，对水基加工液的抗泡性和消泡性进行更贴合实际工况且比较确切的评估；在目前水基金属加工液泡沫评介方面，本实用新型方法是一种相对比较精确的方法，因此在行业中进行普遍推广是有意义的。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种泡沫性能测试装置，其特征在于：该装置包括有循环管道依次连接的泵、阀和竖直设置的透明直管，所述透明直管为内径20mm～100mm，容积为2200ml～3500ml，且预先加入待测液800ml～1200ml；所述透明直管上端连接的管道出口距透明直管内液面高度为30cm～80cm；所述阀控制管道中待测液的流速为2L/min～12L/min。

2.如权利要求1所述的泡沫性能测试装置，其特征在于：所述透明直管上端连接的管道出口位于透明直管内液面中央处的正上方。

3.如权利要求1所述的泡沫性能测试装置，其特征在于：该装置还包括恒温水浴装置，所述透明直管设有夹套，所述恒温水浴装置与夹套连通。

4.如权利要求1所述的泡沫性能测试装置，其特征在于：该装置还包括有流量计，所述流量计设在阀和透明直管之间的管道中。

5.如权利要求1或3所述的泡沫性能测试装置，其特征在于：所述透明直管上设有对应管内容积的刻度。

6.如权利要求1所述的泡沫性能测试装置，其特征在于：所述阀为节流阀。

7.如权利要求4所述的泡沫性能测试装置，其特征在于：所述流量计为转子流量计。