2024-02-22 14:37:11, 大昌华嘉 大昌华嘉科学仪器
介绍
金属工作液(MWF)在金属零件加工中发挥着重要作用,因为它能使工件保持在稳定的温度下,从而保持公差。它们还润滑切削工具以延长其使用寿命,防止工件和刀具生锈,并通过不断清除切削工具和工件表面的金属粉末、碎屑和切屑来帮助提高工件的质量。
实现MWF所需的所有性能通常需要精心设计的配方,其中包含大约20种不同的成分,包括润滑添加剂、乳化剂、润湿剂、洗涤剂、消泡剂等。这些成分中的每一种都对最终产品的性能有着复杂的影响。成分之间经常以难以预测的方式相互作用。许多MWF被用作乳液,这是一种由两种材料组成的不相互混合的系统,其中一种材料以单独的液滴悬浮或分散在另一种材料中。最常见的是,微小的油滴被水包围。破乳剂分子由一个亲水的亲水头和一个亲油的亲油(或疏水)尾组成。乳化剂的亲水部分和亲油部分之间的平衡称为亲水亲油平衡(HLB)。主要亲脂性的乳化剂具有较低的HLB值(低于9.0),而主要亲水性的乳化剂则具有较高的HLB值(高于11.0)。在9-11个HLB值的范围内,均为中等。
以前的配方方法
过去,化学家们制备了许多配方,并测量了它们的性质,以评估不同添加剂的效果。最近Houghtonintl的一个项目开发了一种现有乳化油的替代品。它被设计成在与水混合时形成稳定的乳液。新产品的目标是提供增强的乳液稳定性,同时减少泡沫,同时保持良好的自发乳化特性。(自发乳化性能Blooming是指浓缩液与水混合的容易程度和速度。)浓缩液的稳定性很重要,因为它可以使产品储存更长的时间。化学家们希望限制新产品中的泡沫量,因为泡沫可能会模糊操作员对工件的视觉,并造成内务管理问题。
实验方法
对因子和乳化剂浓度进行了关联,软件生成了九次运行的测试矩阵(见表1)。
表1 样品配方
然后,化学家们为每种配方准备并进行了一系列评估:
• 在乳液自发乳化Blooming试验(见图1)中,将浓缩物注入水中,化学家记录每个样品的乳液行进距离。
• 通过Turbiscan Tower评估乳液稳定性,在这种情况下,样品用850 nm单色光束自下而上进行扫描,同时收集背向散射强度。它们取决于油滴的大小和浓度。给定样品中的任何不稳定都会改变后向散射强度,在24小时内收集Turbiscan扫描线。给定高度下的背向散射值被绘制为时间的函数,以在特定的管位置产生动力学分布(见图2)。具有恒定背向散射值的样品具有更高的稳定性。
• 化学家还评估了不同配方的发泡性能。
结果与讨论
图1 自发乳化(Blooming)性能测试结果
在自发乳化实验中,可以发现2、5、8、9具有较高的扩散距离。
图2 乳液稳定性测试结果
在Turbiscn测试中,样品初始温度为30℃,将样品放入50℃的仪器中后,立即开始测量。由于乳液的不稳定现象逐渐增加,ΔBS逐渐升高。从图2可见,Formula 5和Formula 6具有较好的乳液稳定性。
表2 金属工作液优化前后性能对比
配方人员根据数据规定了金属工作液的Prediction Range,如表2所示,泡沫破裂时间尽量短(5.7-40s),自发乳化距离(89-100mm在60s),乳液稳定性的ΔBS尽量小(6-7在24h)。从表中可见,优化后的配方达到了配方人员设定的Prediction Range。
图3 优化前后金属加工液乳液稳定性对比
把优化前的配方Control Formula与优化后的配方Optimal Formula的稳定性结果放在一个图中,可以发现优化后的配方稳定性大幅度提高了。
结论
TURBISCAN 可以用于评价金属工作液的自发乳化过程,并且可以精确地评价金属工作液乳液的稳定性。TURBISCAN 定量的数据与微米级的高分辨率,缩短了稳定性测试周期,可以为配方开发节约大量时间。
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