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石材锯切加工冷却润滑剂的选择和使用

1冷却润滑剂的作用机理
　　冷却润滑剂能充分改善石材切割条件，主要由乳化剂与基础油组成，故亦有人称之为润滑剂，由于此类物质溶于水后一般呈乳化状态，也有称之为乳化冲洗液。石材切割加工冷却润滑剂作用机理比较复杂，对石材雕刻忉不同的对象有不同的冷却润滑剂方式，既有物理现象又有化学现象。

　　1.1对金刚石的作用机理

　　（1）降低金刚石一岩石锯割界面的温度

　　冷却润滑剂是一种表面活性剂，它能吸附在金刚石材雕刻刀一岩石的表面，而形成润滑膜，提高了金刚石界面的润滑性，降低了磨擦阻力，使锯割过程中产生最低的热量，从而降低了界面温度，或减少金刚石氧化或石墨化速度，有利于保持金刚石的硬度和强度。根据室内测定，含量0.2%的冷却润滑剂使金刚石一岩石界而磨擦系数比用清水时降低了60%以上。另外，由于冷却润滑剂分子在金刚石和岩石表面定向吸附形成的润滑膜，使得磨擦阻力减少。吸附能力的强弱和润滑膜的强度均与冷却润滑剂的分子结构及吸附基因有关。

　　（2）加快了金刚石一岩石锯割界面的热扩散速度

　　金刚石具有亲油、疏水不特性。冷却润滑剂水溶液表面张力较低，仅为32.5X10-3N/cm，还不到水的50%。对金刚石具有良好的浸润性，低的表面张力，能有效地提高界面的热扩散速度，缩短了金刚石受热作用的时间，减弱了金刚石氧化或石墨化的程度，改善了金刚石的工作作环境，有利于减少它的磨损，从而提高了金刚石的寿命。

　　1.2对金属结合剂的作用机理

　　金刚石节块（刀头）是由金刚石和各种金属粉料结合剂混合烧结而成的。各种粉料烧结成块后，起到包镶金刚石的作用，又成为胚体，在锯割过程中，由于金属合剂（胚体）不断磨损，新的金刚石不断露出，才使锯割过程得以延续，结合剂磨损快慢同样是影响锯片寿命的重要因素。

　　（1）冷却润滑剂降低结合剂一岩石界而的磨擦阻力

　　冷却剂滑剂不但能吸附在金刚石表面，同样，也能吸附在结合剂金属的表面，从而提高结合剂一岩石表面的润滑性，降低界而的磨擦阻力，有利于减少结合剂的磨损。室内试验证明：当使用0.2%的冷却润滑剂，岩石对结合剂磨损可减弱到使用清水1/10。这为结合剂保护金刚石创造了有利条件。

　　（2）冷却润滑剂加速冷却液中石粉的沉淀和尽快排出

　　冷却润滑剂含有一定量的高分子沉淀剂。它能快速聚结石粉颗粒，使其聚结成团而迅速沉降。因此，冷却液中石粉的浓度大为降低，减弱了冷却液在循环使用过程中对结合剂的磨损，保证了结合剂和金刚石的同步磨损，不致使金刚石过早脱落，石材雕刻刀延长了刀头的使用寿命。据测定，对于20μm直径的石英颗粒，1g可吸附0.1mg冷却润滑剂分子，而5μm以下的石英颗粒，吸附量可达0.8mg以上。这些石材切割过程中产生的炭粉在冷却剂冲洗下能迟早排出，减少岩粉重复破碎。

　　1.3减少锯片基体偏摆的作用机理

　　在锯割过程中，锯片可出现严重偏摆现象，导致设备电流增大，无法继续锯切。其原因有二：一是锯片基体变形而产生偏摆，主要表现为切缝宽度过大，这时可通过校正基体来解决；二是由于锯片基体和切缝两侧的岩石壁之间的磨擦作用，主要表现为切缝宽度基本正常，在上部锯切时机械运转正常，电流值正常，而进行深部锯切时，不得不降低锯片的进刀浓度或左右行走速度。在第二情况下，使用冷却润滑剂可有效的加以解决，冷却润滑剂在锯割界面（基体与岩石锯割表面）上产生物理化学吸附，形成一层层厚的润滑膜。该磨擦系数大到0.38以上；而改用含量为0.2%的冷却润滑液，磨擦系数立即可降低到0.1左右。即采用冷却润滑剂后，基体与岩石壁切缝问的磨擦阻力可比原来降低70%以上。由于锯割阻力减少，石材雕刻刀锯片受片状况得到改善。锯片基体的偏摆和振动得到控制，从而延长了锯片的使用寿命。

　　2冷却润滑剂的组成

　　完整的石材切割加工冷却润滑剂的应由乳化剂、润滑油和沉淀剂组成，也有些场合只采用乳化剂和沉淀剂，或者润滑油和沉淀剂。三种成分中各有多种类型，不同的类型性能也有所差异。

　　（1）乳化剂

　　它主要是由表面活性剂所组成。表面活性剂的分子由亲油基和亲水基两部分组成，加入很少量就能大大降低溶剂（一般为水）的表面张力或液一固界面张力，改变体系界面状态。按照亲水基结构的类型和它们各自溶于水的离子状态，可将冷却润滑剂分为四大类：阴离子型冷却润滑剂（烷基梭酸钠盐、烷基磺酸钠盐、烷基硫酸醋钠盐、烷基磷酸醋钠盐）；阳离子型冷却润滑剂（仲胺盐、仲胺盐、叔胺盐、季胺盐）；两性型冷却润滑剂（氨基酸型、甜菜碱型）；非离子型冷却润滑剂（聚乙二醇型多元醇型）。乳化剂主要起润滑及冷却作用。

　　（2）润滑油

　　润滑油可概括为三类：一是机油，通常是动物油和植物油；二类是矿物油，主要是石油产品；三是化学合成油。其中矿物油来源充足，成本低廉，实用范围广，石材雕刻机 墓碑雕刻机 石材雕刻刀 而且稳定性好，故应用最多。动植物油中因有较多的硬脂酸，化学稳定性差，而且来源有限，使用不多。合成油是通过化学合成法制成的新型润滑油，它能满足矿物油所不能满足的某些特性要求，但实用范围窄，成本高，一般应用也较少。该组分主要起分散及冷却作用。

　　（3）沉淀剂

　　沉淀剂作为冷却润滑剂中的助剂，能将切割过程中产生的石粉絮凝成团，并进一步沉淀掉，使冷却液中的石粉浓度大为降低，从而减弱了对刀头胎体的重复磨损，有利于延长刀头的寿命。根据沉淀剂沉淀石粉的作用原理，可以将它分为无机沉淀剂和有机沉淀剂两种。①无机沉淀剂主要由无机电解质（如NaCl、Na2SO4）；等）类组成。它的作用原理是靠无机电解质电离出的阳离子（如Na+）中和石粉表面的电性，使石粉间的排斥力下降和石粉表面水化层变薄，然后通过热运动发碰撞而聚结。电解质聚结后的沉淀物体积较小，比较结实。②有机沉淀剂主要由聚合物（如聚丙烯酞胺等）类组成。它的作用原理是靠聚合物分子链上的吸附基同时吸附在两个以上的石粉颗粒上，在它们之间架起“桥”来，然后再通过大分子的卷曲使这些石粉颗粒产生絮疑而最后失去沉降稳定性。由聚合物絮凝以后的石粉比较松散，体积较大。

　　3冷却润滑剂的选择

　　3.1冷却润滑剂类型的选择

　　能作为冷却润滑剂的材料种类很多，但这并不是说我们可以随便选取任何一种材料作为冷却润滑剂，因为我们配制石材切割冷却润滑剂时，要考虑的因素很多，如原材料来源的难易，冷却润滑剂的质量，消耗量的大小以及价格是否便宜等等。

　　（1）冷却润滑剂材料的选择

　　石材加工的对象主要是花岗石，有关研究已证实，在溶液pH值大于3.6的条件下，花岗石粉表面呈负电性，如果我们选用阳离子型冷却润滑剂，由于正负电性相吸作用，石粉势必吸附大量的冷却润滑剂，造成无谓的消耗而使冷却液失效。非离子冷却润滑剂在水中不产生电离，室内及现场试验都证明，上易于和石粉产生物理吸附而降低冷却润滑说的质量。而阴离子型冷却润滑剂的材料可克服这些缺点，它在水中电离，呈阴离子状态存在，由于同电性相斥原理，在冷却液中它将排斥石粉对它的吸附，从而减少自身的消耗，而发挥它的冷却润滑作用。

　　更为重要的是，一种冷却润滑剂能否发挥良好的作用，还要看它能否降低金刚石一花岗石和胎体一花岗石这两对摩操副之问的摩擦系数，以及降低的程度如何。在常用的阴离子型冷却润滑剂中，烷基羟酸钠盐溶液减摩系数最低，在金刚石锯片切割石材的过程中，能有效降低它们之间的摩擦阻力，减少切割过程中产生的热量，保证了金刚石的硬度和强度，大大提高锯片的寿命。因此，在配制石材切割冷却润滑剂时，应该优先选用烷基梭酸钠盐作为主材料。因为它 具有来源广、价格便宜、冷却和减摩特性好、消耗量低等综合性优点。

　　（2）沉淀剂材料的选择

　　无机和有机沉淀前都具有沉淀石粉的作用。究竞选用哪一种根据具体情况而定。如选择NaCl作为无机沉淀剂，当沉淀池中石粉的浓度较高时，只有冷却润滑剂中NaCl的含量很高时，才能起到有效的沉淀作用，而室内制备表明，冷却润滑剂中NaC1含量根本无法达到要求，因为不到这一浓度，冷却润滑剂早已产生严重的絮状分离，失去稳定性。因此，在冷却润滑剂中添加无机电解质作为沉淀剂是不行的。为便于使用，可选择聚合物类作为沉淀剂。聚丙烯酞胺就是较理想的一种。它属非离子型，加入冷却润滑剂中不会影响冷却剂的稳定性，而它的酞胺基（—CONH2）具有较强的极性，所以水溶性也不错。当水中遇到石粉时，酞胺基通过氢键作用将石粉颗粒吸附在聚丙烯酞胺的大分子链上，结果就象在许多石粉颗粒问架起了“桥”然后再通过高聚物大分子链的卷曲作用，将过许许多多的石粉颗粒絮凝成团，从而使石粉失去沉降稳定性而最终很快沉淀。

　　3.2冷却润滑剂质量的选择

　　仪正确选择了冷却润滑剂类型还不够，还要注意选择优质的产品。首选要选择正规厂家生产的合格产品，保证冷却润滑剂使用的可靠性。购买时查三证，生产保质期。其次，要注意冷却润滑剂的安全性。冷却润滑剂本身对环境、石料、人体不应有不良影响或危害等副作用，但有些配制不当或其他因素，也可能带来不良影响。因此购置选用时需注意，首先可用鼻子闻，无臭或无其他异味，接着可观察其形状，上层不能有任何大小的泡沫及其他固体漂浮物。当冷却剂溶于水不后配成工作液，应呈乳白色为佳。pH值检测为弱酸性，切不可呈酸性或强碱性。只有选择一种无副作用或副作用小的冷却剂，才能有效地保护我们的环境，保障现场工作人员的身心健康。

　　冷却可大幅度提高磨削比和可锯切平方数。但石材越硬、晶粒越大和石英含量越高，冷却液的作用效果越小。[Page]

　　4冷却润滑剂的使用

　　石材切割加工中采用冷却润滑剂时应配备相应的实施，一般冷却润滑剂的使用需要具备两个条件：

　　（1）有循环水系统及沉淀。沉淀池大小根据年产板材量而定，年产3000m2毛所需的沉淀池容积应不小于20m3。年产6000m2毛板所需的沉淀容积应不小于80m3。年产10000m2毛板所需的沉淀池容积应不小于150m3。年产1 00000m2毛板所需的沉淀容积应大于200m3，以保证石粉有足够的时间沉淀下来，并视石粉多少，定期清理沉淀池。

　　（2）因冷却润滑剂影响磨石研磨效果，而磨石研磨冷却水含有大量ca2+、Mg2+又影响研磨效果，故要求研磨机有独立的排水系统。在使用冷却润滑剂时还应注意以下事项：

　　4.1掌握润滑剂的用量。第一次使用时，按含量0.3%～0.5%，1m3清水中加入3～5kg润滑剂的量，一次加入清水池中，即可使用。如果浓度过高，只会加速冷却润滑剂的消耗和浪费，对于提高性能并无多大帮助。如果所购的冷却润滑剂质量较差，含水量过高（有的高达90%），即使采用更大的作用浓度，其效果也是不佳的。

　　4.2定期补充润滑剂。冷却润滑剂在使用过程中有一定的消耗，主要是由于石粉对冷却润滑剂的吸附造成的，其次是切割中产生的石粉很多很细，比表面积很大，由于范德华力的作用，它和冷却润滑剂分子胶团之间就会产生物理吸附而消耗冷却润滑剂。配制好的冷却液不必定期更换，可以连续使用，只需定期补充新配制的冷却液即可。一般情况下，锯切1m2毛板需加入0.7～1kg，每天一次性加入即可，并要及时。

　　4.3控制溶液的酸碱度。冷却润滑剂的pH值太低，石粉势必吸附大量的冷却润滑剂，造成无谓的消耗而使冷却液失效。因此应控制好冷却润滑剂的酸碱度，可用pH试纸测溶液pH值，一般要求保持pH7.0～7.5。若冷却润滑剂的pH值太低，可在溶液中添加一些阴离子型冷却润滑剂的材料进行中和。

　　4.4保持合适的溶液浓度。使用过的冷却液尽管浓度很高，但冷却润滑性能基本没有提高，反而防锈性能却很差，这是由于混入了外界的杂质或是成份均衡已被破坏所致。若冷却润滑剂浓度较大，应加少量清水稀释后再加入沉淀池中。

　　4.5注意稀释水的水质。配置润滑剂的水若为硬水，最好先进行水质软件化，以减少冷却润滑剂消耗，提高其使用效果。因为硬度太高，不仅会促进冷却润滑剂的腐蚀，而且还由于脂肪酸的损耗而造成冷却润滑剂性能下降。严禁Ca2+、M92+等高价离子的可溶性物质（如水泥、石灰等）混入循环冷却润滑液中，以免影响使用效果。

　　5结束语

　　锯切加工现象大都与锯切过程中的各种磨擦现象有关，而加入润滑冷却切削液后，切削液渗入到金刚石锯片的接触面之后，使金刚石锯片与石材表面产生抗极压作用，减少了金刚石锯片与石材之间的摩擦系数，从而减少了表面粗糙，延长了金刚石锯片的使用寿命。硬质石材锯切加工冷却液的合理组成成分，对于提高据切生产率，降低生产成本是非常重要的。选择冷却液中起润滑作用的成分及合适的使用量，必须根据石材材质、金沟组石结块质量和水质条件，在减缓金刚石和结合剂磨损的同时，使金刚石有合适的出刃。可采用水软化和复配非离子表面活性荆的方法，提高冷却液的抗钙能力。使用高分子絮凝剂和无机电解质絮凝沉淀岩粉，可得到较好的效果。