介紹

金屬工作液（MWF）在金屬零件加工中發(fā)揮著重要作用，因為它能使工件保持在穩(wěn)定的溫度下，從而保持公差。它們還潤滑切削工具以延長其使用壽命，防止工件和刀具生銹，并通過不斷清除切削工具和工件表面的金屬粉末、碎屑和切屑來幫助提高工件的質量。

實現MWF所需的所有性能通常需要精心設計的配方，其中包含大約20種不同的成分，包括潤滑添加劑、乳化劑、潤濕劑、洗滌劑、消泡劑等。這些成分中的每一種都對最終產品的性能有著復雜的影響。成分之間經常以難以預測的方式相互作用。許多MWF被用作乳液，這是一種由兩種材料組成的不相互混合的系統(tǒng)，其中一種材料以單獨的液滴懸浮或分散在另一種材料中。最常見的是，微小的油滴被水包圍。破乳劑分子由一個親水的親水頭和一個親油的親油（或疏水）尾組成。乳化劑的親水部分和親油部分之間的平衡稱為親水親油平衡（HLB）。主要親脂性的乳化劑具有較低的HLB值（低于9.0），而主要親水性的乳化劑則具有較高的HLB值（高于11.0）。在9-11個HLB值的范圍內，均為中等。

以前的配方方法

過去，化學家們制備了許多配方，并測量了它們的性質，以評估不同添加劑的效果。最近Houghtonintl的一個項目開發(fā)了一種現有乳化油的替代品。它被設計成在與水混合時形成穩(wěn)定的乳液。新產品的目標是提供增強的乳液穩(wěn)定性，同時減少泡沫，同時保持良好的自發(fā)乳化特性。（自發(fā)乳化性能Blooming是指濃縮液與水混合的容易程度和速度。）濃縮液的穩(wěn)定性很重要，因為它可以使產品儲存更長的時間。化學家們希望限制新產品中的泡沫量，因為泡沫可能會模糊操作員對工件的視覺，并造成內務管理問題。

實驗方法

對因子和乳化劑濃度進行了關聯(lián)，軟件生成了九次運行的測試矩陣（見表1）。

表1 樣品配方

然后，化學家們?yōu)槊糠N配方準備并進行了一系列評估：

? 在乳液自發(fā)乳化Blooming試驗（見圖1）中，將濃縮物注入水中，化學家記錄每個樣品的乳液行進距離。

? 通過Turbiscan Tower評估乳液穩(wěn)定性，在這種情況下，樣品用850 nm單色光束自下而上進行掃描，同時收集背向散射強度。它們取決于油滴的大小和濃度。給定樣品中的任何不穩(wěn)定都會改變后向散射強度，在24小時內收集Turbiscan掃描線。給定高度下的背向散射值被繪制為時間的函數，以在特定的管位置產生動力學分布（見圖2）。具有恒定背向散射值的樣品具有更高的穩(wěn)定性。

? 化學家還評估了不同配方的發(fā)泡性能。

結果與討論

圖1 自發(fā)乳化(Blooming)性能測試結果

圖2 乳液穩(wěn)定性測試結果

表2 金屬工作液優(yōu)化前后性能對比

配方人員根據數據規(guī)定了金屬工作液的Prediction Range，如表2所示，泡沫破裂時間盡量短（5.7-40s），自發(fā)乳化距離（89-100mm在60s），乳液穩(wěn)定性的ΔBS盡量小（6-7在24h）。從表中可見，優(yōu)化后的配方達到了配方人員設定的Prediction Range。

圖3 優(yōu)化前后金屬加工液乳液穩(wěn)定性對比

結論

TURBISCAN 可以用于評價金屬工作液的自發(fā)乳化過程，并且可以精確地評價金屬工作液乳液的穩(wěn)定性。TURBISCAN 定量的數據與微米級的高分辨率，縮短了穩(wěn)定性測試周期，可以為配方開發(fā)節(jié)約大量時間。