关注石材锯切加工冷却润滑剂选择和使用

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，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，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，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 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（