CS261247B2 - Method of solid lubricants suspending - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu suspendování pevných maziv, obsahujících grafit a polymery ve vodě jakožto nosném prostředí. Uvedených pevných maziv se používá při beztřískovém obrábění, kovů za tepla.

Ze švýcarských patentových spisů číslo 596 294 a 609 728 jsou známa pevná maziva pro beztřískové obrábění kovů za vysokých teplot. Tato maziva obsahují grafit, polymery, pomocné supsenzační přísady a popřípadě další pomocné přísady jako baktericidy, které s vodou vytvářejí suspenzi. Přísada baktericidů je nutná, aby nedocházelo к bakteriálnímu rozkladu suspenze pevných maziv při skladování. Úkolem suspenzačních pomocných přísad je udržet kapalné a pevné podíly ve formě homogenní směsi i po delší časové období. Suspenze pevného maziva se v průběhu použití spotřebovává, to znamená, že se voda odpařuje na zpracovávaném dílu a polymeřní podíl ^vyhořívá. Při zpracování však podléhají odpařování i baktericidní přísady suspenzních pevných maziv. To je ale nežádoucí se zřetelem na jejich možnou jedovatost. Baktericidní přísady kromě toho spolu se suspenzačními pomocnými přísadami vytvářejí nezanedbatelný podíl v mazacím prostředku.

Úkolem vynálezu bylo vyvinout způsob, který by umožnil připravovat bezprostředně na místě spotřeby homogenní a stabilní suspenzi pevných maziv, obsahujících nosnou kapalinu, zpravidla vodu, grafit a polymery bez přísady baktericidních látek a s pokud možno nízkým obsahem pomocných suspenzačních prostředků.

Úkol byl vyřešen a nedostatky dosud známých postupů byly odstraněny způsobem suspendování pevných maziv, obsahujících grafit a polymery ve vodě jakožto nosném prostředí, zejména pro beztřískové tepelné obrábění kovů, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se složky pevného maziva a voda předběžně suspendují koloidním mletím přechodem přes štěrbinu Sirkou 0,01 a 3,0 mm při obvodové rychlosti mlecího válce 10 až 40 m/s, výhodně 15 až 20 m/s, po dobu 0,01 až 5,0 s, načež se bezprostředně potom podrobují dalšímu jemnému dělení intenzivnímu míšením nebo mícháním v kaskádovitém mísícím, případně míchacím zařízení při střední době prodlevu 60 až 3 000 s, výhodně 150 až 300 s, přičemž suspenze obsahuje hmotnostně 1 až 70 % pevných podílů.

Výhodně se společně suspenduje voda a předmísené podíly pevného maziva.

Rovněž se může společně suspendovat grafit a ve vodě předmísený polymer.

Suchými, předem smíšenými podíly se zde rozumí směs grafitu, polymeru a případných přísad, jako jsou suspenzační pomocné prostředky, stabilizátory filmu a popřípadě také smáčedla a anorganické přísady. Do vody se mohou rovněž jako přísady přidávat například smáčedla, rozpouštědla, filmotvorné látky, stabilizátory hodnoty pH, rozpustné anorganické soli, například fosfáty, předběžně před smísením se směsí pevných látek.

Při provádění způsobu podle vynálezu je také možné předběžně mísit vodu, popřípadě se shora uvedenými přísadami, jako jsou suspenzační pomocné přísady, smáčedla nebo rozpouštědla, s polymerem, například ve formě disperze plastické hmoty, a pak je možno tuto směs zavádět do koloidního mlýna s grafitem, který se popřípadě homogenně promísí například se suspenzačním pomocným prostředkem nebo se stabilizátorem filmu.

Při provádění způsobu podle vynálezu se jakožto koloidního mlýnu může používat obchodně běžných přístrojů, přičemž může být nutné přizpůsobení pro speciální účel a se zřetelem na vlastnosti zpracovávaných produktů. К takovému přizpůsobení patří dimenzování pohonu, dopravník pro prášky, otvory pro zavádění kapaliny a prášků a ventily pro tento účel, stěrka a přepínače, šířka štěrbiny mezi rotorem a pláštěm nádoby se nastaví na 0,01 až 3 mm a obvodová rychlost, vypočtená z obvodu rotoru a z počtu otáček, je 10 áž 40 m/s.

Způsobem podle vynálezu se mohou připravovat suspenze s obsahem pevných látek hmotnostně 1 až 70 %. Možnost dosahovat tak vysokého obsahu pevných látek v suspenzi je tím překvapivější,

261247' že jednotlivé podíly pevného maziva mají velmi nízkou sypnou hmotnost. Sypná hmotnost pro grafit je 0,2 až 0,5 kg/litr, polymeru a přísad 0,2 až 0,7 kg/litr a sypná hmotnost například typické suché směsi je 0,2 až 0,5 kg/litr. Tím je již v případě hmotnostně 25% suspenze objem pevného maziva větší než objem vody potřebné pro výrobu suspenze.

Při použití koloidního mlýna způsobem podle vynálezu se daří zabránit vytváření shluků pevných látek. Doba prodlevy složek v oblasti míšení v koloidním mlýnu je 0,01 až 5 s.

Stabilita suspenze vyrobená takto způsobem podle vynálezu je však omezená a pevné částice rychle sedimentují. Proto dalším bezprostředním stupněm způsobu podle vynálezu je zpracování suspenze v intenzivním mísiči při dodržení střední doby prodlevy v takovémto intenzivním mísiči 60 až 3 000 s, s výhodou 150 až 300 s. Tím se dosáhne stabilních suspenzí.

Vhodnými intentivními mísiči pro provádění způsobu podle vynálezu jsou mísiče s alespoň jednou souběžnou vlnou míchacích lopatek nebo s protiběžnou vlnou míchacích lopatek, kulové mlýny s prohrabávacím ramenem, míchadla s vodicím paprskem nebo šneková míchadla, s výhodou v kaskádovém uspořádání. Jestliže se složky smísí například jen v intenzivním mísiči na suspenzi pevných maziv, přičemž se složkami rozumí mazivo a voda, nelze ani předejít ani odstranit vytváření shluků a nehomogenit v suspenzi.

Při provádění způsobu podle vynálezu, to znamená zařazení intenzivního míchadla za koloidní mlýn, se daří získat homogenní suspenzi pevných látek z nosné kapaliny a z pevných látek zcela bez shluků, přičemž jednotlivé podíly suspenze jsou dokonale smočeny. Kromě toho se dosáhne, že podíly jsou dokonale rozmělněny. Tímto způsobem vyrobená suspenze je prostá shluků a má úměrně druhu a množství suspenzačních pomocných prostředků podstatně prodlouženou dobu stání. Přitom к sedimentaci pevných podílů dochází za podstatně delší dobu než při míchání a suspendování pouze jedním z míchacích zařízení, používaných společně při způsobu podle vynálezu.

Maziva, připravovaná způsobem podle vynálezu, jsou známa. Výchozími látkami jsou alespoň jedno pevné mazivo, s výhodou grafit, zvláště grafit vysoce čistý, například více než 90% a se střední velikostí částic nejvýše 300 mikrometrů. Nejlepších výsledků je možno dosahovat s grafitem o čistotě 96 a 99,5%a se střední velikostí částic 100 mikrometrů. Při způsobu podle vynálezu se popřípadě může jakožto pevného maziva používat sulfidu molybdeničitého, fluoridu vápenatého nebo nitridu bóru samotných nebo ve směsi s grafitem.

Jakožto polymery přicházejí při způsobu podle vynálezu v úvahu teplem se beze zbytku rozkládající produkty, například alkylenové homopolymery nebo kopolymery. Do skupiny těchto látek patří homopolymery a kopolymery alkenů, například monoolefiny a diolefiny, vinylové estery,vinylalkoholy, nenasycené dvojsytné kyseliny a estery, například dikarboxylové kyseliny a estery dikarboxylových kyselin, alkylestery a acyklické kyseliny a estery.

Jakožto alkenové homopolymery a kopolymery se uvádějí příkladně polyethylen, pólymethylmetakrylát, polystyren, polybutadien, polyvinylacetát, polyvinylpropionát, kopolymer metylmetakrylátu a styrenu, kopolymer methylmetakrylátu a alfametylstyrenu, polydiallylftalát, polypropylen, kopolymer styrenu a butadienu, polymethylmetakrylát, kopolymer vinylacetátu a dibutylmaleinátu, kopolymer vinylacetátu a ethylenu a polyisobutylen. Uvedených polymerů je možno používat jednotlivě nebo ve vzájemných směsích v suché formě nebo popřípadě ve formě disperze.

Jakožto pomocných suspenzačních látek se může například používat látek ze skupiny polysachadirů jako jsou škroby, celulózy, inulin, glykogen, agar, levan, dichinon, pektin, lignin a araban, dále je možno používat látek jako jsou alkylcelulózy, například metylcelulóza, etylcelulóza, propylcelulóza a butylcelulóza nebo algináty, jako je natriumalginát, kaliumalginát, propylenglykolalginát a amoniumalginát, a to jednotlivě nebo ve vzájemných směsích.

Pevné mazivo má být při svém použití ve formě hmotnostně 1 až 70% homogenní vodné disperze a mít dynamickou viskozitu 100 až 30 000 MPa.s při teplotě 5 až 50 °C. Aby se dosáhlo požadované viskozity disperze, dostačuje někdy i organický stabilizátor, obsažený v pevném mazivu. Také je možno zlepšit viskozitu směsi zahušřovadlem nebo směsi zahušřovadel. Z řady zahušbovadel jsou vhodné například ve vodě rozpustné pólysacharidy, alkylcelulózy, polovinylalkoholy, polyakryláty, polyvinylpyrrolidon a popřípadě i anorganické látky, zvláště minerály jako jsou hlinky a kyselina křemičitá.

Dalšími přísadami mohou být anorganické přísady, které je možno volit ze souboru zahrnujícího sloučeniny bóru, polyfosfáty a alkalické silikáty, přičemž se jich může používat jednotlivě nebo ve vzájemných směsích. К těmto sloučeninám patří polyfosfát v nerozpustné nebo v těžko rozpustné formě. S výhodou se jakožto polyfosfátů používá Madrellových nebo Kurrolových solí. Přitom jde o sloučeniny obecného vzorce typu (NaPO₃)_n, kde n znamená 6 až 50 000, s výhodou 6 až 10 000. Sloučenin bóru se může používat v rozpustné formě, avšak s výhodou v těžko rozpustné nebo v nerozpustné formě. Jakožto sloučeniny bóru přicházejí v úvahu například borax, kyselina boritá, oxid boritý, boritan zinečnatý nebo sloučenina bóru vzorce ΚΒ^Οθ.4 H₂O.

Pro použití je výhodným silikátem sodné vodní sklo nebo draselné vodní sklo s obsahem oxidu křemičitého hmotnostně 21 až 47 %.

К bezpečnějšímu smáčení práškovité směsi maziva může velmi přispět, když se do směsi nebo/a vody přidá smáčedlo. Jakožto příklady takových smáčedel se uvádějí alkylarylsulfonáty, aminy mastných kyselin, mastná mýdla, substituované amidy alkylfosfátů, sulfonované estery dikarboxylových kyselin, sulfonované mastné amidy, alkylaminy, natriumalkylsulfáty, alifatické aminové estery, polyether jako polyoxyethylen a polyoxypropylen, sulfonované vyšší fenoly a naftalensulfonáty.

Suspenze pevných maziv, připravené způsobem podle vynálezu, mohou například obsahovat pevnou složku mazivo, s výhodou grafitu, 1 až 50 % polymeru, 1 až 80 % anorganických přísad a 0,2 až 80 % organického stabilizačního prostředku.

Jakožto nosné kapaliny se používá vody, přičemž voda může obsahovat případné příměsi, jako jsou smáčedla, rozpouštědla, například alkoholy, estery, ketony nebo aldehydy. Takovéto přísady do vody jsou nutné, aby se například pevné mazivo a přitom vysoce obtížně smáčitelný grafit uvedl rychle do formy suspenze nebo aby se například polymerní podíl rychle rozpustil nebo zbobtnal.

Pevná maziva se hodí pr»o použití při vysokých teplotách, například při teplotě 300 až 1 300 °C, například pro mazání nástrojů, jako trnů, trnových tyčí nebo matric nebo předmětů jako jsou děrované předvalky trubek nebo trubky, pro tepelné tváření tak zvaných multiple pipe mills, pro poutnické válcovací stolice, pro lisování tyčí, pro pěchovací lisování a pro podobné účely a pro válcovací linky к válcování profilů a plechů. Pevná maziva, připravená způsobem podle vynálezu, se s výhodou používají při zpracování železa a oceli.

Suspenze vyrobená způsobem podle vynálezu se na horký předmět, případně na válec nanáší natřením, nakartáčování, s výhodou však nastříkáním, přičemž se nosná kapalina, v tomto případě voda, a případné těkavé přísady odpaří a vznikne vodě odolávající film z roztaveného polymeru a obsahující grafit. Podporuje se odolnost filmu proti působení vody, aby bylo popřípadě možné chladit pevné mazivo nanesené na povrch.

Příklad provedení

V zařízení, sestávajícím v podstatě z koloidního mlýna a intenzivního mísiče, se zpracovalo suché mazivo a voda na suspenzi maziva.

Koloidní mlýn měl maximální hnací výkon 5,5 kW a šířku štěrbiny 1 mm.

Intenzivním mísičem byl kaskádový mísič s míchacími lopatkami na hřídeli. Pracovní výkon činil maximálně 3 kW, průměrný počet otáček míchacích lopatek na hřídeli činil 1 000 otáček za minutu a průměr mísícího prostoru byl 16 cm. Oba přístroje vytvářely spolu přístrojovou jednotku a výpusť z koloidního mlýna ústila bezprostředně do vstupního otvoru intenzivního mísiče.

Nasadilo se 3,5 1/min. vody a 1,5 kg/min. předmíšených komponent maziva, obsahující grafit v hmotnostní koncentraci 74,3 %, polymer v hmotnostní koncentraci 23,3 % a pomocné látky v hmotnostní koncentraci 2,4 %. S přihlédnutím к množství přidávaného materiálu činila doba promíchávání směsi v intenzivním mísiči 80 sekund. Vzorek (1) suspenze, odebraný u výpusti z intenzivního mísiče, byl za účelem odzkoušení nalit do stojatého válce a suspenze byla sledována z hlediska usazování. Pro srovnání byl odebrán ještě jeden vzorek (2) supsenze, a to již u výpusti z koloidního mlýna. Další vzorek (3) byl připraven tak, že se voda a komponenty maziva ve stejných poměrných množstvích nechaly projít pouze intenzivním mísičem.

Pro zkušební vzorky (2) a (3) byly stanoveny vždy stejné základní přístrojové hodnoty jako pro vzorek (1).

Tabulka

Vzorek	Koloidní mlýn	Intenzivní mísič	Usazenina po
jednom dvou čtyřech dnech	osmi
(1)	ano	ano	stále homogenní
(2) srovn.	ano	ne	nehomogenní první	značné
pokus			uzazenina	odděl.
(3) srovn.
pokus	ne	ano	homogenní homogen.	první

usazen.

Důležitou vlastností pevných maziv je filmotvorná vlastnost. Filmotvorné vlastnosti se však neprojevují teprve na místě použití, tedy na zpracovávaném dílu nebo na zpracovávacím prostředku, nýbrž již v průběhu míšení, tedy při styku s pevnou látkou a pak zvláště při styku polymeru s vodou. Proto je tím překvapivější, že se nyní podařilo při způsobu podle vynálezu mimořádně špatně smáčitelnou látkou jako je grafit a polymer se silně filmotvornými až lepivými vlastnosmi homogenně smísit bez vzniku shluků s vodou, přičemž vytvořený film může být nadto odolný proti působení vody. Přítěží při způsobu je skutečnost, že objem pevné látky musí být v důsledku své nízké hmotnosti větší než objem vody. Dále musí být suspenze mimořádně stálá, posuzováno podle množství přísady suspenzačních pomocných látek, a nesmí vykazovat po delší dobu žádné odměšování ani sedimentaci.

Zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu je schematicky znázorněno na připojeném obrázku. Koloidní mlýn může mít šířku štěrbiny 0,01 až 3 mm a může být poháněn obvodovou rychlostí 10 až 40 m/s. Celá jednotka je účelně vytvořena pro nasazení 25 až 1 200 kg materiálu za hodinu, s výhodou až 2 000 kg za hodinu.

Koloidní mlýn χ sestává v podstatě z pláště χ a rotoru χ, který je uváděn v pohybu pohonem χ. Do koloidního mlýnu X se ze zásobníku 5 zavádí směs grafitu a polymeru nebo jen samotný grafit, když s dalšími možnými přísadami, a potrubím X se zavádí voda rovněž ve směsi s polymerem a dalšími případnými přísadami. Bezprostředně za výpustí 7_ ^z koloidního mlýna χ je předmísená suspenze zaváděna hadicí 8 do intenzivního mísiče 9, znázorněného v tomto konkrétním případě jako kaskádovitý listový mísič 10. Za intenzivním mísičem 9 je napojen zásobník 11, který může být vybaven měřidlem a podle stavu naplnění jednotku zapíná nebo vypíná.

Claims (3)

1. Způsob suspendování pevných maziv, obsahujících grafit a polymery ve vodě jakožto nosném prostředí, zejména pro beztřískové tepelné obrábění kovů, vyznačující se tím, že se složky pevného maziva a voda předběžně suspendují koloidním mletím přechodem přes štěrbinu širokou 0,01 až 3,0 mm při obvodové rychlosti mlecího válce 10 až 40 m/s, výhodně 15 až 20 m/s po dobu 0,01 až 5,0 s, načež se bezprostředně potom podrobují dalšímu jemnému dělení intenzivním míšením nebo mícháním v kaskádovitém mísícím, případně míchacím zařízení při střední době prodlevu 60 až 3 000 s, výhodně 150 až 300 s, přičemž suspenze obsahuje hmotnostně 1 až 70 % pevných podílů.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se společně suspenduje voda a předmíšené podíly pevného maziva.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, žé se společně suspenduje grafit a ve vodě předmísený polymer.