微乳化金属切削液的研究

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微乳化金属切削液通常由油、水、表面活性剂、助表面活性剂等组成的透明或半透明的液状稳定体系。切削液广泛使用在现代金属切削加工中，成为机械制造过程中不可或缺的辅助材料。添加剂是金属切削液工艺技术中的核心要素，优良的添加剂配方已成为切削液生产企业提高自身品牌市场竞争力的必要条件，为了制备出更加环保、高效的切削液，对微乳化切削液进行了一系列深入而详细的研究。实验结果表明：加料顺序、搅拌方式、搅拌时间对微乳化金属切削液的制备基本无影响；但加料顺序和制备温度则对其稳定性有不同程度的影响，主要表现为：先加水后加增溶剂，温度为30℃所制得的微乳化金属切削液稳定性较高。此外，通过相图的绘制，我们也可以明显的发现：当乙醇添加量为1.0%时有最大的增溶水量。m（乙醇）:m（EM）=1:3，m（异戊醇）：m（EM）=1:5时单相微乳区面积最大，增溶的水量最多；通过热力学研究，发现乙醇和异戊醇影响此过程热力学函数的变化。在微乳液形成过程中，乙醇和异戊醇从连续相油相进入微乳液界面层的标准自由能变化△Gs<0；标准焓变△Hs=0，为无热效应过程；△Gs是由醇分子的混乱度熵变△Ss决定的。另外，用稳态荧光探针法测定脂肪醇聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂聚集行为可以发现：直链、支链、芳香族的脂肪醇聚氧乙烯醚的临界胶束浓度分别为0.2mmol/L，0.1mmol/L，0.05mmol/L。直链，支链，芳香族的脂肪醇聚氧乙烯醚的临界胶束聚集数依次为1168，255，6.0，结果表明：同系列非离子表面活性剂，不同碳链结构呈现出由直链→支链→芳香族，临界胶束浓度和聚集数依次减小的趋势。通过考察表面活性剂对切削液稳定性的影响，得出以下结论：（1）一种脂肪醇聚氧乙烯醚和一种助表面活性剂互配优于单个表面活性剂；（2）直链醇醚和芳香族醇醚相比另外两种醇醚更易形成稳定的微乳液；（3）对于同种类型的脂肪醇聚氧乙烯醚，它们的头部结构即EO数越多，越难形成稳定的微乳液，相比之下，EO数是5的可以形成更多稳定微乳液；（4）助表面活性剂吐温-60，吐温-20和MOA-6和4种表面活性剂能够形成稳定的微乳液，而聚乙二醇则不能；（5）从形成微乳液的泡沫高度来看，TX-5:油=2:1或3.5:1能够形成较小泡沫且容易消散；（6）三种助表面活性剂（吐温-60，吐温-20和MOA-6），研究发现他们和4种表面活性剂（EO数都是5）尾部结构（含C数）之差，发现对于吐温-60，△C=11和12能形成更多的稳定微乳液，对于吐温-20，△C=6和9；对于MOA-6，△C=1和3能形成稳定的微乳液；（7）从单独使用TX-5，TX-5和0.02M T-60互配，TX-5和0.02M MOA-6互配形成三种微乳液的粒径来看，单独使用TX-5，TX-5和0.02M MOA-6互配这两种所形成的微乳液效果要好（能形成纳米级液滴）；（8）对不同的表面活性剂形成微乳液，从油的种类（花生油，大豆油，合成酯）来考察表面活性剂包EO数的相似点，结果发现：都只能形成小于等于2个稳定的微乳液，在花生油和大豆油，花生油和合成酯体系中，直链醇醚和芳香族醇醚形成的微乳液数目最多，EO数分别占总数的52%和76%；在大豆油和合成酯体系中，支链和芳香族醇醚形成的微乳液数目最多，都是占66%。所有配方中使用石油磺酸钠（AM）这种阴离子表面活性剂的能提高石油基和生物基配方在硬水中的稳定性，即使配方中没有耦合剂的存在；油和总表面活性剂的摩尔比为0.5或更小能够形成在硬水中的稳定微粒尺寸；新开发的石油基和生物基配方在提高硬水稳定性方面与市售的金属切削液存在差异，它们是以接触角、攻丝扭矩效率这些作为评价指标的。

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第一章绪论

1.1 微乳化金属切削液的简介

1.2 微乳化金属切削液的评价指标

1.3 微乳化金属切削液的发展与现状

1.4 微乳化金属切削液添加剂的种类

1.4.1 表面活性剂

1.4.2 润滑防锈剂

1.4.3 防腐杀菌剂

1.4.4 消泡剂

1.4.5 极压剂

1.5 论文的研究思路

第二章制备条件对微乳化金属切削液性能的影响

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 仪器

2.2.2 实验材料

2.2.3 微乳化金属切削液各组分配比

2.3 结果与讨论

2.3.1 搅拌方式对微乳化金属切削液制备的影响

2.3.2 加料顺序对微乳化金属切削液制备的影响

2.3.3 温度对微乳化金属切削液制备的影响

2.3.4 水质对微乳化金属切削液制备的影响

2.4 性能测试

2.5 结论

第三章醇对微乳化金属切削液增溶水量影响研究

3.1 引言

3.2 实验

3.2.1 实验材料

3.2.2 仪器

3.2.3 增溶水量的测定方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 醇种类对微乳液增溶水量的影响

3.3.2 醇与表面活性剂配比对增溶水量的影响

3.3.3 醇对微乳液形成热力学函数的影响

3.3.4 醇的种类对微乳液△GS的影响

3.3.5 微乳液形成过程标准焓变△Hs 和标准熵变△Ss

3.4 结论

第四章稳态荧光探针法测定脂肪醇聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂聚集行为

4.1 引言

4.2 实验

4.2.1 仪器与试剂

4.2.2 荧光探针芘标准贮备溶液的配制

4.2.3 稳态荧光探针法测定临界胶束浓度（CMC）

4.2.4 胶束聚集数 N 的测定

4.3 结果与讨论

4.3.1 稳态荧光探针法测试条件的确定

4.3.1.1 合适的探针浓度（CP）的确定

4.3.1.2 合适的猝灭剂浓度（CQ）范围的确定

4.3.3 脂肪醇聚氧乙烯醚的临界胶束浓度（CMC）测定

4.3.4 脂肪醇聚氧乙烯醚胶束聚集数（N）的测定

4.3.5 芘探针荧光强度对脂肪醇聚氧乙烯醚水溶液聚集行为的影响

4.4 结论

第五章非离子表面活性剂结构对绿色微乳化切削液乳化性能影响研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 仪器与试剂

5.2.2 单个表面活性剂配方

5.2.3 两个表面活性剂互配形成的配方

5.3 结果与讨论

5.3.1 单个表面活性剂配方

5.3.2 两种表面活性剂互配形成的配方

5.3.3 助表面活性剂的选择

5.4 植物油类型的作用

5.5 结论

第六章石油基和生物基微乳化金属切削液乳化体系在硬水中稳定性研究

6.1 引言

6.2 实验部分

6.2.1 仪器与试剂

6.2.2 实验方法

6.2.3 金属切削液性能研究

6.2.4 金属切削液稳定性实验

6.3 结果与讨论

6.3.1 HLB 以及阴离子:非离子的摩尔比对金属切削液稳定性的影响

6.3.2 阴离子、非离子表面活性剂性能对金属切削液稳定性的影响

6.3.3 阴离子、非离子乳化剂体系对硬水条件中粒径尺寸稳定性的影响

6.3.4 油:乳化剂摩尔比对 MCFS微粒尺寸在硬水中的稳定性的影响

6.3.5 在硬水条件下耦合剂浓度对切削液微粒尺寸稳定性影响

6.4 金属切削液性能评估

6.4.1 接触角

6.4.2 机械性能

参考文献

致谢

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