CN1100129C - 一种石材切割用冷却润滑液及制造方法 - Google Patents
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一种石材切割用冷却润滑液及制造方法。本发明所制备的冷却润滑液包括松香、氢氧化钠溶液、OP-10溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和水。可有效降低金刚石和岩石间的摩擦力，并易于散热，大大提高冷却润滑液抗硬水的能力和大大提高岩粉的沉淀效果，同时使岩粉快速沉淀并凝聚成块，减少冷却润滑液的消耗，节约成本，方便用户的清理和冷却液的循环利用，避免环境污染。
Description
本发明涉及一种金钢石刀具锯切花岗岩等硬石材的冷却润滑液及其制造方法。
随着对金刚石圆盘锯锯切石材过程中冷却润滑剂作用机理研究的逐步深入，所用的冷却润滑液(剂)也由清水、矿物油、类金属切削液发展到目前针对石材切割特点开发的专用冷却液，中国专利89105790.0(公开号CN1041611A)公开了一种石材切割用的冷却润滑剂，它由羧酸或含羧酸的混合物与强碱液作用生成羧酸盐，配加一定量的柴油(或煤油)、沉淀剂和水混合而成，该冷却液与使用清水相比，可提高金刚石锯片的切割寿命50-140％，提高切割效率40％以上；中国专利89105921.0(公开号CN1047643A)公开了一种高效切割加工石材工艺，它主要是石材切割机的冷却循环泵采用减磨润滑液，该减磨润滑液采用高聚糖植物粉(如水麻、苎庥等的根或块茎干粉或罗望子等的种子胚乳干粉)和NaOH或NaCO3及清水按一定比例混合而成，该工艺与使用清水相比可提高切割效率70％，延长刀具使用寿命50％；《非金属矿》杂志1992年第六期介绍了隆威等的“金刚石圆锯片切割石材过程中冷却润滑剂的作用机理探讨”一文，提供了一种冷却润滑剂，该冷却润滑剂也是采用脂肪酸和树脂酸及碱金属盐、非离子表面活性剂、分散稳定剂、防锈剂和少量矿物油组成，但上述各冷却润滑液(剂)由于不同程度地含有矿物油以及有强烈刺激性气味的防腐剂，对环境污染大，冷却液使用成本高，且粘手、粘头发、粘污锯切板材，岩粉沉淀效果较差，造成清理困难，同时，上述的冷却润滑液均是针对某一地的加工条件进行生产性应用的研究而得出，没有充够的理论基础，尤其是对刀具寿命的冷却润滑效果没有针对各种具体的使用条件进行适配，因而造成在各地的使用效果不是很好。
本发明的目的是提供一种可在现有基础上再提高刀具寿命15％以上，锯切噪声小和岩粉飞溅小、沉淀快易清洗、无污染、适应范围广、经济效益高的优选冷却润滑液及制造方法。
本发明所制备的冷却润滑液包括松香、氢氧化钠溶液、辛烷基酚聚氧乙烯醚(Op-10)溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和水，其中各成份的重量百分比为松香8-15％，氢氧化钠溶液1-3％，辛烷基酚聚氧乙烯醚(Op-10)溶液1-4％，十二烷基苯磺酸钠1-3.5％，b聚丙烯酰胺0.06-0.2％，余量为水。
该冷却润液的制造方法是先将一定重量的松香加热至80℃-140℃，待其溶化后与一定重量的预配制好的浓度为20-50％的NaOH溶液在保温70℃-80℃的条件下进行皂化反应，再加入一定量的预配制好的浓度为10-30％的辛烷基酚聚氧乙烯醚(Op-10)溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺，然后加入适当量的水配制成所需配比成分的冷却润滑液。
本发明由于根据石材的材质和金刚石的结块质量及水质条件等实际情况，优选出几种合适的复配表面活性剂、高分子絮凝剂和无机电解质等并在适当的条件下配制成新型石材切割用冷却润滑液，可有效降低金刚石和岩石间的摩擦力，并易于散热，大大提高岩粉的沉淀效果，从而进一步改善金刚石锯片刀头的工作条件，提高金刚石锯片的切割寿命，与现有冷却液相比可再提高15％以上，同时使岩粉快速沉淀并凝聚成块，既减少了岩粉对冷却润滑液的吸附，从而减少冷却润滑液的消耗，节约成本，有效提高经济效益，又方便用户的清理和冷却液的循环利用，还避免了岩粉对环境的污染。且该冷却润滑液原料来源广，生产工艺简单，无刺激性气味，不粘手、无腐蚀性，并可广泛应用于各地区的岩石锯切，经济效益高。
以下结合实施例详细说明本发明的内容及制备方法；
实施例1：
本实施例包括松香、氢氧化钠溶液、OP-10溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和水，其中各成份的百分比为松香15％，氢氧化钠溶液3％，Op-10溶液4％，十二烷基苯磺酸钠3.5％，聚丙烯酰胺0.2％，余量为水。为进一步改善冷却润滑液的性能，本发明还包括有无机电解质，如氯化钠等，氯化钠的重量百分比为2.5％，该冷却润滑液的制备方法是先将一定重量的松香加热至80℃-140℃，待其熔化后与一定重量的预配制好的浓度为20-50％的NaOH溶液在保温70℃-80℃的条件下进行皂化反应，再加入一定量的预配制好的浓度为10-30％的OP-10溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和氯化钠，然后加入适当量的水配制成所需配比成分的冷却润滑液。
实施例2：
本实施例包括松香、氢氧化钠溶液、OP-10溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和水，其中各成份的百分比为松香8％，氢氧化钠溶液1％，Op-10溶液1％，十二烷基苯磺酸钠1％，聚丙烯酰胺0.06％，余量为水。为进一步改善冷却润滑液的性能，本发明还包括有无机电解质，如氯化钠等，氯化钠的重量百分比为2.5％，该冷却润滑液的制备方法是先将一定重量的松香加热至80℃-140℃，待其熔化后与一定重量的预配制好的浓度为20-50％的NaOH溶液在保温70℃-80℃的条件下进行皂化反应，再加入一定量的预配制好的浓度为10-30％的OP-10溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和氯化钠，然后加入适当量的水配制成所需配比成分的冷却润滑液。
实施例3：
本实施例包括松香、氢氧化钠溶液、OP-10溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和水，其中各成份的百分比为松香11％，氢氧化钠溶液2％，Op-10溶液2.5％，十二烷基苯磺酸钠1.5％，聚丙烯酰胺0.15％，余量为水。为进一步改善冷却润滑液的性能，本发明还包括有无机电解质，如氯化钠等，氯化钠的重量百分比为1.5％，该冷却润滑液的制备方法是先将一定重量的松香加热至80℃-140℃，待其熔化后与一定重量的预配制好的浓度为20-50％的NaOH溶液在保温70℃-80℃的条件下进行皂化反应，再加入一定量的预配制好的浓度为10-30％的OP-10溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和氯化钠，然后加入适当量的水配制成所需配比成分的冷却润滑液。
根据本实施例所制备的冷却润滑液与云浮当地产冷却润滑液(该冷却润滑液的成分与中国专利ZL89105790.0所公开的冷却润滑液成分相近)在配制成同浓度的冷却液及其他同等条件下进行的电机进给转速与主电流值的对比如表1所示，
表1为两种冷却润滑液的使用情况对比，其中
使用机器：1.6米圆盘锯切机
使用花岗岩种类：阳江中花
工作条件：总电源电压338～420V
主电机室载电流20A
每刀切削深度：3cm其中表1.1、1.2分别为两次的对比情况表表1.1、
表1.2
| 进刀顺序 | 本发明所述冷却润滑液 | 云浮产冷却液 | ||||
| 进给电机转速(rpm) | 主电机电流(A) | 进给电机转速(rpm) | 主电机电流(A) | |||
| 逆切 | 顺切 | 逆切 | 顺切 | |||
| 1 | 对 | 刀 | ||||
| 2 | 300 | 25-28 | 500 | 32-34 | 37.5-38 | |
| 3 | 700 | 37.5-38 | 38-39 | 500 | 38-40 | 38-39 |
| 4 | 700 | 37.5-38 | 39-40 | 600 | 39.5-40.5 | 39-40 |
| 5 | 700 | 37.5-38.5 | 39-40 | 500 | 39.5-40.5 | 40-41 |
| 6 | 700 | 38-39 | 41-42 | 520 | 41-42.5 | 42-43 |
| 7 | 520 | 39.5-40.5 | 42-43 | 520 | 42.5-43.5 | 44-46 |
| 8 | 700 | 41-41.5 | 42-43 | 500 | 43-44 | 45-47 |
| 9 | 700 | 41-41.5 | 39-40(605rpm) | |||
| 10 | 605 | 38-39 | 40-41 | |||
| 11 | 605 | 38-39 | ||||
| 进刀顺序 | 本发明所述冷却润滑液 | 云浮产冷却液 | ||||
| 进给电机转速(rpm) | 主电机电流(A) | 进给电机转速(rpm) | 主电机电流(A) | |||
| 逆切 | 顺切 | 逆切 | 顺切 | |||
| 2 | 200 | 22.5 | 30-31(600rpm) | 400 | 33-34 | 33-34 |
| 3 | 600 | 29-30 | 38-39(920rpm) | 605 | 40-41.5 | 39.5-40.5 |
| 4 | 920 | 37.5-38.5 | 38-39 | 605 | 40-41.5 | 40-41.5 |
| 5 | 920 | 38-39 | 39-40 | 605 | 42-42.5 | 42-43 |
| 6 | 920 | 38-39 | 41.0-42.0 | 605 | 43-44 | 43-44 |
| 7 | 920 | 39.5-40.5 | 41.5-42.5 | 605 | 43-45 | 44-45 |
| 8 | 880 | 39-40 | 42-43 | 605 | 44-45 | 44-45 |
| 9 | 880 | 40-41 | 43-45 | 594 | 44-45.5 | 44-45 |
| 10 | 880 | 40-41.5 | 43-45 | 540 | 41-42 | |
实施例4：
本实施例包括松香、氢氧化钠溶液、OP-10溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和水，其中各成份的百分比为松香13％，氢氧化钠溶液2.5％，Op-10溶液3.5％，十二烷基苯磺酸钠3％，聚丙烯酰胺0.1％，余量为水。为进一步改善冷却润滑液的性能，本发明还包括有无机电解质，如氯化钠等，氯化钠的重量百分比为1.5％，该冷却润滑液的制备方法是先将一定重量的松香加热至80℃-140℃，待其熔化后与一定重量的预配制好的浓度为20-50％的NaOH溶液在保温70℃-80℃的条件下进行皂化反应，再加入一定量的预配制好的浓度为10-30％的OP-10溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和氯化钠，然后加入适当量的水配制成所需配比成分的冷却润滑液。
根据本实施例所制备的冷却润滑液与云浮产冷却液(该冷却液的成分与中国专利ZL89105790.0的公开的冷却液成分相近)在配制成同浓度的冷却液及其他同等条件下进行的使用性能对比表如下表2、表3所示，其中表2为主电机电流值/进给速度比与切削次数和平均噪音/进给速度比与切削次数的对比表，表3是锯切面积与金刚石结块径向磨损量的对比关系表。
使用机器：1.6圆盘锯切机
使用花岗岩种类：西丽红
工作条件：总电源电压380V～420V
主电机空载电流20A
每刀切削深度3.2cm
表2
| 切削次数 | 本发明所述冷却润滑液 | 云浮产冷却液 | ||
| 主电机电流值/进给速度(A.S/m) | 平均噪音/进给速度(dB.s/m) | 主电机电流值/进给速度(A.S/m) | 平均噪音/进给速度(dB.s/m) | |
| 5 | 20.8 | 51.8 | 21.2 | 51.8 |
| 7 | 20.4 | 51.25 | 21.6 | 51.6 |
| 9 | 20.4 | 50.9 | 22.05 | 51.3 |
| 11 | 20.45 | 50.3 | 21.6 | 50.8 |
| 13 | 20.9 | 50.1 | 22.05 | 50.45 |
| 15 | 21.8 | 49.3 | 24.2 | 50.35 |
| 17 | 23.2 | 25.3 | ||
表3
| 锯切面积(m2) | 结块径向磨损量(um) | |
| 本发明所述冷却润滑液 | 云浮产冷却液 | |
| 1.5 | 12 | 41 |
| 3 | 58 | 88 |
| 4 | 86 | 130 |
综上所述，本发明所述的冷却润滑液由于采用的脂肪酸或树脂酸碱金属盐，属于阴离子表面活性剂，它能提高水对锯片中金刚石和结合剂的润湿作用，易于散热。又由于脂肪酸碱金属盐属于阴离子表面活性剂中的羧酸盐，具有较好的润湿性，它与金刚石表面相吸附形成固体润滑膜，降低了岩石和金刚石的摩擦力和锯切温度，可避免金刚石氧化和减少金刚石热冲击破碎。表面活性剂与基体间也可产生润滑膜，减小基体——岩粉间的摩擦力。金刚石结合剂磨损通常是由岩屑的磨损引起的，岩石被切削面对锯片结合剂的磨损和冷却液对结合剂的冲蚀是极次要的，锯切时，岩粉聚集在切刃前，引起结合剂重复研磨。由于金刚石锯片结合剂合金中的W、WC和Ni等多种金属与脂肪酸盐吸附作用很小，而Cu、Zn、Mn离子虽与脂肪酸及脂肪酸钠盐有较好吸附作用，但含量很小，因此阴离子表面活性剂对结合剂——岩石的润滑作用均不太好。金刚石的出刃，必须要求结合剂的磨损和金刚石的磨损相同步或适当超前。当结合剂磨损过大时，金刚石出刃过高，将易使金刚石颗粒脱落。而结合剂磨损与冷却液成分、结合剂材料耐磨性和岩粉颗料研磨能力有关，综合考虑石材材质、金刚石结块质量和润滑性能，选择合适的表面活性剂是至关重要的，即存在一个临界润滑浓度值，使金刚石的磨损最小而金刚石出刃切削性能最好。金刚石和结合剂温度随冷却液量的增加而迅速下降，存在一个临界最小冷却液量值。由于含钙镁离子的水溶液会与脂肪酸树脂酸碱金属盐生成不溶于水的脂肪酸钙和脂肪酸镁，产生沉淀；而Ca2+、Mg2+离子又会活化硅酸盐矿物颗粒组成的花岗岩岩粉，使之吸附消耗大量冷却液，因此必须提高冷却液的抗钙镁能力。可采用先软化冷却液用水的方法，防止钙镁离子对冷却液的吸附。本发明所述冷却液采用抗钙镁能力强的非离子表面活性剂，与脂肪酸树脂酸碱金属盐复配，添加量对润滑性影响很小。可形成混合胶团，降低临界胶团浓度，防止和分散脂肪酸钙和脂肪酸镁沉淀。石材锯切冷却液的清洗作用是冲洗金刚石结块上的岩粉和油垢。锯切热量随冷却液带出，一旦岩粉大量形成，而冷却液不足以清除岩粉时，金刚石和结合剂与岩石和岩粉的接触温度迅速上升，因岩粉堵塞金刚石出刃空间而会产生火花，使金刚石磨耗增加。脂肪酸树脂酸在反应生成碱金属盐时，若反应不完全脂肪酸树脂酸仍旧存在，会产生油垢，堵塞金刚石出刃空间。所以应根据石材材质、金刚石结块质量和冷却液润滑性能，考虑保留一定量的岩粉，以便磨损结合剂，保证有效切刃出现。另外保证足够压力使冷却液可通过微小出刃直接冷却金刚石，并冲刷岩粉，消除油垢，防止堵塞。考虑以上因素，根据生产情况，进行针对性调整后，使用本发明的冷却液的锯片，在金刚石结块上，无油垢出现，金刚石出刃良好，使用时无火花，金刚石磨损和破损正常。硅铝酸盐矿物等组成的花岗岩石粉表面呈负电荷，相斥不易沉淀，锯切岩粉粒细，下降沉淀慢。冷却液中的岩粉浓度太高时，将增加金刚石结块磨耗，必须及时更换，因此必须采取沉淀措施。本发明的冷却液使用高分子絮凝剂和无机电解质絮凝沉淀岩粉，岩粉飞溅小，经过沉淀池的沉淀，迅速下降，并不会被水泵泵起，增加了冷却液的有效期，经沉淀后的岩粉可定期方便地清除。在絮凝效果方面，存在一个最适合的高分子絮凝剂絮凝浓度，超过这一个浓度，在单个颗粒表面大部分早已被絮凝剂覆盖，只有很少量使颗粒间形成新的粘结，造成颗粒悬浮而不能再沉淀下降。本发明利用无机电解质的电荷中和作用和高分子絮凝剂的吸附架桥作用，既可取得良好絮凝效果，节约费用；又可使岩粉不易因高分子絮凝剂用量过多或被水泵泵起而出现沉淀不好的现象。
Claims (8)
1、一种石材切割用冷却润滑液，其特征在于包括松香、氢氧化钠溶液、辛烷基酚聚氧乙烯醚(Op-10)溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和水，其中各成份的百分比为松香8-15％，氢氧化钠溶液1-3％，辛烷基酚聚氧乙烯醚(Op-10)溶液1-4％，十二烷基苯磺酸钠1-3.5％，聚丙烯酰胺0.06-0.2％，余量为水。
2、根据权利要求1所述石材切割用冷却润滑液，其特征在于上述各成份的重量的百分比的较佳值为松香10-13％，氢氧化钠溶液1.5-2.5％，辛烷基酚聚氧乙烯醚(Op-10)溶液2-3％，十二烷基苯磺酸钠1.5-3％，聚丙烯酰胺0.1-0.2％，余量为水。
3、根据权利要求2所述石材切割冷却润滑，其特征在于上述各成份的重量的百分比的最佳值为松香12％，氢氧化钠2％，辛烷基酚聚氧乙烯醚(Op-10)溶液3％，十二烷基苯磺酸钠2％，聚丙烯酰胺0.1％，余量为水。
4、根据权利要求1所述石材切割用冷却润滑液，其特征在于该冷却润滑液还包括氯化钠，其中氯化钠的重量百分比为0.5-2.5％。
5、根据权利要求4所述石材切割用冷却润滑液，其特征在于上述氯化钠的重量百分比的较佳值为1-2％。
6、根据权利要求4所述石材切割用冷却润滑液，其特征在于上述氯化钠的重量比的最佳值为1.5％。
7、一种制备如权利要求1或2或3所述石材切割用冷却润滑液的方法，其特征在于先将一定重量的松香加热至80℃-140℃，待其熔化后与一定重量的预配制好的浓度为20-50％的NaOH溶液在保温70℃-140℃的条件下进行皂化反应，再加入一定量的预配制好的浓度为10-30％的OP-10溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺，然后加入适当量的水配制成所需配比成分的冷却润滑液。
8、根据权利要求7所述制备石材切割用冷却润滑液的方法，其特征在于在加入一定量的预配制好的浓度为10-30％的OP-10溶液、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺的同时加入一定量的氯化钠，然后加入适当量的水配制成所需配比成分的冷却润滑液。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20030129 Termination date: 20120309 |