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1冷卻潤滑劑的作用機(jī)理

冷卻潤滑劑能充分改善石材切割條件，主要由乳化劑與基礎(chǔ)油組成，故亦有人稱之為潤滑劑，由于此類物質(zhì)溶于水后一般呈乳化狀態(tài)，也有稱之為乳化沖洗液。石材切割加工冷卻潤滑劑作用機(jī)理比較復(fù)雜，對不同的對象有不同的冷卻潤滑劑方式，既有物理現(xiàn)象又有化學(xué)現(xiàn)象。

1.1對金剛石的作用機(jī)理

（1）降低金剛石一巖石鋸割界面的溫度

冷卻潤滑劑是一種表面活性劑，它能吸附在金剛石一巖石的表面，而形成潤滑膜，提高了金剛石界面的潤滑性，降低了磨擦阻力，使鋸割過程中產(chǎn)生最低的熱量，從而降低了界面溫度，或減少金剛石氧化或石墨化速度，有利于保持金剛石的硬度和強(qiáng)度。根據(jù)室內(nèi)測定，含量0。2%的冷卻潤滑劑使金剛石一巖石界而磨擦系數(shù)比用清水時降低了60%以上。另外，由于冷卻潤滑劑分子在金剛石和巖石表面定向吸附形成的潤滑膜，使得磨擦阻力減少。吸附能力的強(qiáng)弱和潤滑膜的強(qiáng)度均與冷卻潤滑劑的分子結(jié)構(gòu)及吸附基因有關(guān)。

（2）加快了金剛石一巖石鋸割界面的熱擴(kuò)散速度

金剛石具有親油、疏水不特性。冷卻潤滑劑水溶液表面張力較低，僅為32。5X10-3N/cm，還不到水的50%。對金剛石具有良好的浸潤性，低的表面張力，能有效地提高界面的熱擴(kuò)散速度，縮短了金剛石受熱作用的時間，減弱了金剛石氧化或石墨化的程度，改善了金剛石的工作作環(huán)境，有利于減少它的磨損，從而提高了金剛石的壽命。

1.2對金屬結(jié)合劑的作用機(jī)理

金剛石節(jié)塊（刀頭）是由金剛石和各種金屬粉料結(jié)合劑混合燒結(jié)而成的。各種粉料燒結(jié)成塊后，起到包鑲金剛石的作用，又成為胚體，在鋸割過程中，由于金屬合劑（胚體）不斷磨損，新的金剛石不斷露出，才使鋸割過程得以延續(xù)，結(jié)合劑磨損快慢同樣是影響鋸片壽命的重要因素。

（1）冷卻潤滑劑降低結(jié)合劑一巖石界而的磨擦阻力

冷卻劑滑劑不但能吸附在金剛石表面，同樣，也能吸附在結(jié)合劑金屬的表面，從而提高結(jié)合劑一巖石表面的潤滑性，降低界而的磨擦阻力，有利于減少結(jié)合劑的磨損。室內(nèi)試驗證明：當(dāng)使用0。2%的冷卻潤滑劑，巖石對結(jié)合劑磨損可減弱到使用清水1/10。這為結(jié)合劑保護(hù)金剛石創(chuàng)造了有利條件。

（2）冷卻潤滑劑加速冷卻液中石粉的沉淀和盡快排出

冷卻潤滑劑含有一定量的高分子沉淀劑。它能快速聚結(jié)石粉顆粒，使其聚結(jié)成團(tuán)而迅速沉降。因此，冷卻液中石粉的濃度大為降低，減弱了冷卻液在循環(huán)使用過程中對結(jié)合劑的磨損，保證了結(jié)合劑和金剛石的同步磨損，不致使金剛石過早脫落，延長了刀頭的使用壽命。據(jù)測定，對于20μm直徑的石英顆粒，1g可吸附0。1mg冷卻潤滑劑分子，而5μm以下的石英顆粒，吸附量可達(dá)0。8mg以上。這些石材切割過程中產(chǎn)生的炭粉在冷卻劑沖洗下能遲早排出，減少巖粉重復(fù)破碎。

1.3減少鋸片基體偏擺的作用機(jī)理

在鋸割過程中，鋸片可出現(xiàn)嚴(yán)重偏擺現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備電流增大，無法繼續(xù)鋸切。其原因有二：一是鋸片基體變形而產(chǎn)生偏擺，主要表現(xiàn)為切縫寬度過大，這時可通過校正基體來解決；二是由于鋸片基體和切縫兩側(cè)的巖石壁之間的磨擦作用，主要表現(xiàn)為切縫寬度基本正常，在上部鋸切時機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常，電流值正常，而進(jìn)行深部鋸切時，不得不降低鋸片的進(jìn)刀濃度或左右行走速度。在第二情況下，使用冷卻潤滑劑可有效的加以解決，冷卻潤滑劑在鋸割界面（基體與巖石鋸割表面）上產(chǎn)生物理化學(xué)吸附，形成一層層厚的潤滑膜。該磨擦系數(shù)大到0。38以上；而改用含量為0。2%的冷卻潤滑液，磨擦系數(shù)立即可降低到0。1左右。即采用冷卻潤滑劑后，基體與巖石壁切縫問的磨擦阻力可比原來降低70%以上。由于鋸割阻力減少，鋸片受片狀況得到改善。鋸片基體的偏擺和振動得到控制，從而延長了鋸片的使用壽命。

2冷卻潤滑劑的組成

完整的石材切割加工冷卻潤滑劑的應(yīng)由乳化劑、潤滑油和沉淀劑組成，也有些場合只采用乳化劑和沉淀劑，或者潤滑油和沉淀劑。三種成分中各有多種類型，不同的類型性能也有所差異。

（1）乳化劑

它主要是由表面活性劑所組成。表面活性劑的分子由親油基和親水基兩部分組成，加入很少量就能大大降低溶劑（一般為水）的表面張力或液一固界面張力，改變體系界面狀態(tài)。按照親水基結(jié)構(gòu)的類型和它們各自溶于水的離子狀態(tài)，可將冷卻潤滑劑分為四大類：陰離子型冷卻潤滑劑（烷基梭酸鈉鹽、烷基磺酸鈉鹽、烷基硫酸醋鈉鹽、烷基磷酸醋鈉鹽）；陽離子型冷卻潤滑劑（仲胺鹽、仲胺鹽、叔胺鹽、季胺鹽）；兩性型冷卻潤滑劑（氨基酸型、甜菜堿型）；非離子型冷卻潤滑劑（聚乙二醇型多元醇型）。乳化劑主要起潤滑及冷卻作用。

（2）潤滑油

潤滑油可概括為三類：一是機(jī)油，通常是動物油和植物油；二類是礦物油，主要是石油產(chǎn)品；三是化學(xué)合成油。其中礦物油來源充足，成本低廉，實(shí)用范圍廣，而且穩(wěn)定性好，故應(yīng)用最多。動植物油中因有較多的硬脂酸，化學(xué)穩(wěn)定性差，而且來源有限，使用不多。合成油是通過化學(xué)合成法制成的新型潤滑油，它能滿足礦物油所不能滿足的某些特性要求，但實(shí)用范圍窄，成本高，一般應(yīng)用也較少。該組分主要起分散及冷卻作用。

（3）沉淀劑

沉淀劑作為冷卻潤滑劑中的助劑，能將切割過程中產(chǎn)生的石粉絮凝成團(tuán)，并進(jìn)一步沉淀掉，使冷卻液中的石粉濃度大為降低，從而減弱了對刀頭胎體的重復(fù)磨損，有利于延長刀頭的壽命。根據(jù)沉淀劑沉淀石粉的作用原理，可以將它分為無機(jī)沉淀劑和有機(jī)沉淀劑兩種。①無機(jī)沉淀劑主要由無機(jī)電解質(zhì)（如NaCl、Na2SO4）；等）類組成。它的作用原理是靠無機(jī)電解質(zhì)電離出的陽離子（如Na+）中和石粉表面的電性，使石粉間的排斥力下降和石粉表面水化層變薄，然后通過熱運(yùn)動發(fā)碰撞而聚結(jié)。電解質(zhì)聚結(jié)后的沉淀物體積較小，比較結(jié)實(shí)。②有機(jī)沉淀劑主要由聚合物（如聚丙烯酞胺等）類組成。它的作用原理是靠聚合物分子鏈上的吸附基同時吸附在兩個以上的石粉顆粒上，在它們之間架起“橋”來，然后再通過大分子的卷曲使這些石粉顆粒產(chǎn)生絮疑而最后失去沉降穩(wěn)定性。由聚合物絮凝以后的石粉比較松散，體積較大。

3冷卻潤滑劑的選擇

3.1冷卻潤滑劑類型的選擇

能作為冷卻潤滑劑的材料種類很多，但這并不是說我們可以隨便選取任何一種材料作為冷卻潤滑劑，因為我們配制石材切割冷卻潤滑劑時，要考慮的因素很多，如原材料來源的難易，冷卻潤滑劑的質(zhì)量，消耗量的大小以及價格是否便宜等等。

（1）冷卻潤滑劑材料的選擇

石材加工的對象主要是花崗石，有關(guān)研究已證實(shí)，在溶液pH值大于3。6的條件下，花崗石粉表面呈負(fù)電性，如果我們選用陽離子型冷卻潤滑劑，由于正負(fù)電性相吸作用，石粉勢必吸附大量的冷卻潤滑劑，造成無謂的消耗而使冷卻液失效。非離子冷卻潤滑劑在水中不產(chǎn)生電離，室內(nèi)及現(xiàn)場試驗都證明，上易于和石粉產(chǎn)生物理吸附而降低冷卻潤滑說的質(zhì)量。而陰離子型冷卻潤滑劑的材料可克服這些缺點(diǎn)，它在水中電離，呈陰離子狀態(tài)存在，由于同電性相斥原理，在冷卻液中它將排斥石粉對它的吸附，從而減少自身的消耗，而發(fā)揮它的冷卻潤滑作用。

更為重要的是，一種冷卻潤滑劑能否發(fā)揮良好的作用，還要看它能否降低金剛石一花崗石和胎體一花崗石這兩對摩操副之問的摩擦系數(shù)，以及降低的程度如何。在常用的陰離子型冷卻潤滑劑中，烷基羥酸鈉鹽溶液減摩系數(shù)最低，在金剛石鋸片切割石材的過程中，能有效降低它們之間的摩擦阻力，減少切割過程中產(chǎn)生的熱量，保證了金剛石的硬度和強(qiáng)度，大大提高鋸片的壽命。因此，在配制石材切割冷卻潤滑劑時，應(yīng)該優(yōu)先選用烷基梭酸鈉鹽作為主材料。因為它具有來源廣、價格便宜、冷卻和減摩特性好、消耗量低等綜合性優(yōu)點(diǎn)。

（2）沉淀劑材料的選擇

無機(jī)和有機(jī)沉淀前都具有沉淀石粉的作用。究競選用哪一種根據(jù)具體情況而定。如選擇NaCl作為無機(jī)沉淀劑，當(dāng)沉淀池中石粉的濃度較高時，只有冷卻潤滑劑中NaCl的含量很高時，才能起到有效的沉淀作用，而室內(nèi)制備表明，冷卻潤滑劑中NaC1含量根本無法達(dá)到要求，因為不到這一濃度，冷卻潤滑劑早已產(chǎn)生嚴(yán)重的絮狀分離，失去穩(wěn)定性。因此，在冷卻潤滑劑中添加無機(jī)電解質(zhì)作為沉淀劑是不行的。為便于使用，可選擇聚合物類作為沉淀劑。聚丙烯酞胺就是較理想的一種。它屬非離子型，加入冷卻潤滑劑中不會影響冷卻劑的穩(wěn)定性，而它的酞胺基（—CONH2）具有較強(qiáng)的極性，所以水溶性也不錯。當(dāng)水中遇到石粉時，酞胺基通過氫鍵作用將石粉顆粒吸附在聚丙烯酞胺的大分子鏈上，結(jié)果就象在許多石粉顆粒問架起了“橋”然后再通過高聚物大分子鏈的卷曲作用，將過許許多多的石粉顆粒絮凝成團(tuán)，從而使石粉失去沉降穩(wěn)定性而最終很快沉淀。

3.2冷卻潤滑劑質(zhì)量的選擇

儀正確選擇了冷卻潤滑劑類型還不夠，還要注意選擇優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。首選要選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的合格產(chǎn)品，保證冷卻潤滑劑使用的可靠性。購買時查三證，生產(chǎn)保質(zhì)期。其次，要注意冷卻潤滑劑的安全性。冷卻潤滑劑本身對環(huán)境、石料、人體不應(yīng)有不良影響或危害等副作用，但有些配制不當(dāng)或其他因素，也可能帶來不良影響。因此購置選用時需注意，首先可用鼻子聞，無臭或無其他異味，接著可觀察其形狀，上層不能有任何大小的泡沫及其他固體漂浮物。當(dāng)冷卻劑溶于水不后配成工作液，應(yīng)呈乳白色為佳。pH值檢測為弱酸性，切不可呈酸性或強(qiáng)堿性。只有選擇一種無副作用或副作用小的冷卻劑，才能有效地保護(hù)我們的環(huán)境，保障現(xiàn)場工作人員的身心健康。

冷卻可大幅度提高磨削比和可鋸切平方數(shù)。但石材越硬、晶粒越大和石英含量越高，冷卻液的作用效果越小。

4冷卻潤滑劑的使用

石材切割加工中采用冷卻潤滑劑時應(yīng)配備相應(yīng)的實(shí)施，一般冷卻潤滑劑的使用需要具備兩個條件：

（1）有循環(huán)水系統(tǒng)及沉淀。沉淀池大小根據(jù)年產(chǎn)板材量而定，年產(chǎn)3000m2毛所需的沉淀池容積應(yīng)不小于20m3。年產(chǎn)6000m2毛板所需的沉淀容積應(yīng)不小于80m3。年產(chǎn)10000m2毛板所需的沉淀池容積應(yīng)不小于150m3。年產(chǎn)100000m2毛板所需的沉淀容積應(yīng)大于200m3，以保證石粉有足夠的時間沉淀下來，并視石粉多少，定期清理沉淀池。

（2）因冷卻潤滑劑影響磨石研磨效果，而磨石研磨冷卻水含有大量ca2+、Mg2+又影響研磨效果，故要求研磨機(jī)有獨(dú)立的排水系統(tǒng)。在使用冷卻潤滑劑時還應(yīng)注意以下事項：

4.1掌握潤滑劑的用量。第一次使用時，按含量0。3%～0。5%，1m3清水中加入3～5kg潤滑劑的量，一次加入清水池中，即可使用。如果濃度過高，只會加速冷卻潤滑劑的消耗和浪費(fèi)，對于提高性能并無多大幫助。如果所購的冷卻潤滑劑質(zhì)量較差，含水量過高（有的高達(dá)90%），即使采用更大的作用濃度，其效果也是不佳的。

4.2定期補(bǔ)充潤滑劑。冷卻潤滑劑在使用過程中有一定的消耗，主要是由于石粉對冷卻潤滑劑的吸附造成的，其次是切割中產(chǎn)生的石粉很多很細(xì)，比表面積很大，由于范德華力的作用，它和冷卻潤滑劑分子膠團(tuán)之間就會產(chǎn)生物理吸附而消耗冷卻潤滑劑。配制好的冷卻液不必定期更換，可以連續(xù)使用，只需定期補(bǔ)充新配制的冷卻液即可。一般情況下，鋸切1m2毛板需加入0。7～1kg，每天一次性加入即可，并要及時。

4.3控制溶液的酸堿度。冷卻潤滑劑的pH值太低，石粉勢必吸附大量的冷卻潤滑劑，造成無謂的消耗而使冷卻液失效。因此應(yīng)控制好冷卻潤滑劑的酸堿度，可用pH試紙測溶液pH值，一般要求保持pH7。0～7。5。若冷卻潤滑劑的pH值太低，可在溶液中添加一些陰離子型冷卻潤滑劑的材料進(jìn)行中和。

4.4保持合適的溶液濃度。使用過的冷卻液盡管濃度很高，但冷卻潤滑性能基本沒有提高，反而防銹性能卻很差，這是由于混入了外界的雜質(zhì)或是成份均衡已被破壞所致。若冷卻潤滑劑濃度較大，應(yīng)加少量清水稀釋后再加入沉淀池中。

4.5注意稀釋水的水質(zhì)。配置潤滑劑的水若為硬水，最好先進(jìn)行水質(zhì)軟件化，以減少冷卻潤滑劑消耗，提高其使用效果。因為硬度太高，不僅會促進(jìn)冷卻潤滑劑的腐蝕，而且還由于脂肪酸的損耗而造成冷卻潤滑劑性能下降。嚴(yán)禁Ca2+、M92+等高價離子的可溶性物質(zhì)（如水泥、石灰等）混入循環(huán)冷卻潤滑液中，以免影響使用效果。

5結(jié)束語

鋸切加工現(xiàn)象大都與鋸切過程中的各種磨擦現(xiàn)象有關(guān)，而加入潤滑冷卻切削液后，切削液滲入到金剛石鋸片的接觸面之后，使金剛石鋸片與石材表面產(chǎn)生抗極壓作用，減少了金剛石鋸片與石材之間的摩擦系數(shù)，從而減少了表面粗糙，延長了金剛石鋸片的使用壽命。硬質(zhì)石材鋸切加工冷卻液的合理組成成分，對于提高據(jù)切生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本是非常重要的。選擇冷卻液中起潤滑作用的成分及合適的使用量，必須根據(jù)石材材質(zhì)、金溝組石結(jié)塊質(zhì)量和水質(zhì)條件，在減緩金剛石和結(jié)合劑磨損的同時，使金剛石有合適的出刃。可采用水軟化和復(fù)配非離子表面活性荊的方法，提高冷卻液的抗鈣能力。使用高分子絮凝劑和無機(jī)電解質(zhì)絮凝沉淀巖粉，可得到較好的效果。