水基金属加工液用消泡剂的实验室及现场效果评价

刘德明

(安徽銮威化工科技开发有限公司马鞍山市消泡剂工程技术研究中心，安徽 马鞍山 243000)

水基金属加工液用消泡剂的实验室及现场效果评价

刘德明

(安徽銮威化工科技开发有限公司马鞍山市消泡剂工程技术研究中心，安徽 马鞍山 243000)

近年来水基金属加工液迅速发展、用量增大，由此产生的泡沫问题尤其突出。文章就水基金属加工液的特点，详细阐述了该行业对消泡剂性能的特殊要求及其选择方法；通过一系列的实验方法，对一种金属加工液专用消泡剂XP-5025的消抑泡性能、相容性、稳定性及现场应用效果进行了评价，结果表明，XP-5025具有良好的消抑泡性能、相容性、稳定性，适合在水基金属加工液中使用。

金属加工液；消泡剂；评价

1 概述

金属的机械加工通常包括两种类型：金属的去除和金属的变形。前者作业是靠刃具把金属从被加工件上除掉，使用的润滑剂称为切削液；后者则是用模具使金属在应力下塑性变形，如轧、 拉拔、冲压、 挤压等，使用的润滑剂称为金属加工成型液。金属加工液则是上述两类加工、作业用润滑剂的统称。

金属加工液按油品化学组成分为非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液两大类。ASTM D2881则把金属加工用的液体划为三类：(1)油和油基液体；(2)水基乳液及分散体；(3)化学溶液(真溶液及胶体溶液)。2类与3类之间的基本区别在于分散相的粒度和粒度分布。

近年来，水基切削液发展迅速。由于这类液体以水为基质，其传热速度高(水的传热速度为油的2.5倍)。等量的水吸收一定热量后，比油的温升要慢得多，从而提高了冷却效果，且可减少油雾，因此水基切削液的用量增大。但是水基切削液存在着润滑性差、锈蚀、胶体稳定性、化学稳定性、生物稳定性、可滤性、泡沫性等问题。其中，泡沫性问题尤其突出。

产生泡沫的原因:水质硬度偏小；机器系统；循环泵压力过大；循环速度过快，使切削液在液槽中停留时间不充分；切削液液槽容积过小，导致切削液静置时间不足；系统设计不合理，尤其是回流管和液槽的布局不合理；防锈剂、乳化剂等表面活性的添加等等。

水基金属加工液为满足润滑、冷却、除垢、化学钝化等各种不同要求，要顾及乳化系统的稳定，既要考虑诸成分的HLB值，又要达到各项性能的平衡，还要考虑诸成分的水溶性或在水中分散的性质，其配方设计成分复杂。对水基金属加工液各种起泡因素有针对性地消泡去沫，成为金属材料加工液生产厂家的一个难点。

由于水质所产生的泡沫，可以通过调整水的硬度或添加消泡剂解决。消泡剂可分为初始消泡剂、长效消泡剂和快速消泡剂，可在配制水时用来提高水的初始硬度;在加工初期及过程中出现泡沫时投入，作用时效长；采用快速消泡剂，作用时间迅速，现场效果明显。若是由于机器系统所导致的泡沫问题，应向用户指明唯一的办法是修改乳化液循环系统或者定期添加消泡剂。由于外界异杂物污染所致的泡沫问题，应堵塞源流。有时没有上述问题也会产生泡沫，可能是因为存在于乳化液内的钙皂损失所致(钙皂有防泡性)，如过滤后流失。此时可通过加入消泡剂进行改善。

2 消泡剂的介绍

2.1消泡剂的基本特性

“不溶于或微溶于起泡介质”和“表面张力比起泡介质更低”。消泡剂在起泡介质中是以细小微粒分散存在的。

2.2消泡剂的工作原理

消泡剂的工作原理有多种不同说法，较常规的解释是由于消泡剂低的表面张力和良好的渗透性特性，吸附在泡膜表面时使局部表面张力降低，干扰被消泡物质气液界的表面张力，因泡膜表面张力不均匀而破泡，导致消泡效果。当消泡剂加到泡沫介质中时，消泡粒子分散到泡的表面时，有效地降低接触点的表面张力，在泡外皮引起一个薄弱点，受力失衡，从而引起泡沫破裂，挤在一起的泡沫由于临近处泡沫的破裂，引起不稳定态，加快引起连续破泡的效果，至最后达到稳定态。

2.3消泡剂的评估

消泡剂的评估一般涉及到消泡性能(或初始瞬间消泡)、抑泡性能、稀释稳定性、储存稳定性、离心稳定性、抗剪切性能、相容性等，但不同消泡剂的评价重点不同。

3 消泡剂的应用实例

水基金属加工液必须实现低泡、无泡，需要在加工液体系中添加消泡剂。但许多金属加工液产品的高浓度、高酸碱值，使得一般的消泡剂不能适应苛刻的化学环境，添加后，在体系中迅速被破坏，以致失去消泡活性。

3.1金属加工液对消泡剂的要求

3.1.1 相容性好

加入消泡剂后，金属加工液(或工作液)不能变浑浊(或清晰度达到一定要求)，尤其是在储存一定时间后。

3.1.2 抑泡性好

一般金属加工液对消泡(或初始瞬间消泡)要求不是很高，主要是侧重于抑泡性能，也就是储存一段时间以后，不能有泡沫反复出现，当然，储存一段时间后，消泡剂性能肯定会下降，出现少许的泡沫反复属于正常现象，前提是不能影响金属加工液(或工作液)的使用。

3.1.3 对后续的加工物负面影响小

根据以上要求和金属加工液的特性，安徽銮威化工科技开发有限公司研发了一款金属加工液专用消泡剂XP-5025(改性硅聚醚类)。现将该消泡剂和现场2款金属加工液用消泡剂做以下对比测试和实验。

3.2消泡剂性能实验

实验样品：半合成切削液(A公司提供)；消泡剂XP-5025(有机硅，乳液型)；消泡剂X-32C(B公司提供，有机硅，乳液型)；TL-56-1(B公司提供，有机硅，乳液型)。

测试起泡介质：半合成切削液的15%的工作液。

(1)消泡剂的消泡性能测试按照试验文献[1]5.5的步骤进行，用具塞量筒量取(50(±0.5))mL测试起泡介质，恒温至规定温度，加入约0.2 g(精确到0.001 g)消泡剂，盖上瓶塞，以2次/秒的频率、(30～35)cm的摆幅上下摇动量筒10次、100次，静置并用秒表开始计时，记录泡沫消至液面出现所用时间，单位为s。所用时间越短，证明效果越好，消泡性能(消泡时间)结果见表1。

表1 不同消泡剂的消泡性能测试数据 s

由表1数据可知，XP-5025的消泡性能略优于TL-56-1,TL-56-1的消泡性能明显优于XP-32C。

(2)消泡剂的抑泡性能测试按照试验文献[1]5.6的步骤进行，开启润滑油(消泡剂)泡沫特性测定仪(应符合CB/T 12579的要求)的流量泵，开始测试，记录气鼓30 min的泡沫体积(mL)，以气鼓30 min的泡沫体积来表示抑泡性能的结果。泡沫体积越小，证明效果越好，抑泡性能结果见表2( 测试起泡介质为半合成切削液的15%的工作液)。

表2 不同消泡剂的抑泡性能测试数据

由表2数据可知，XP-5025的抑泡性能略优于TL-56-1,TL-56-1的消泡性能明显优于XP-32C。

综合表1和表2的数据可知，XP-5025的消、抑泡性能优于TL-56-1，TL-56-1的消、抑泡性能优于X-32C。

(3)采用循环鼓泡法[2]测试消泡剂的消、抑泡性能, 测试起泡介质为半合成切削液的15%的工作液。实验结果见表3。

实验中，泡沫体积从300 mL到最低点所需的时间越短，说明消泡剂的消泡性能越好，反之消泡性能越差；泡沫体积重新达到300 mL时所需的时间越长，则说明消泡剂的抑泡性能越好，反之越差。

由表3的数据可知，重新达到300 mL时，XP-5025所用的时间最长，效果最好，X-32C所用的时间最短，效果也最差。XP-5025的消、抑泡效果明显优于TL-56-1和X-32C。

表3 不同消泡剂的消、抑泡性能测试数据

表3(续)

3.3相容性及稳定性

在半合成切削液(C公司提供)的15%的工作液中，加入0.15%的消泡剂，装于具塞容器内，然后将容器置于台式振荡器(型号：ZTY-70S)上连续高速震荡剪切24 h，观察液体的状态。

因为有机硅消泡剂是亚稳定体系，所以它受到高温或暴晒、暴冻、剪切、絮凝等时，其状态就会变差甚至破乳。在24 h内，工作液中无析出物或少许浑浊的，说明消泡剂的相容性和稳定性比较好。

由实验结果和表4数据可知：XP-5025相容性和稳定优于TL-56-1，TL-56-1的相容性和稳定性明显优于X-32C。

表4 不同消泡剂的相容性及稳定性实验

表4(续)

3.4现场监控

现场监空位置(消泡剂添加点)：C公司金属切削液工作液循环槽(2 L)；

实验仪器或工具：秒表、钢尺；

测试条件：在循环槽内注入1.5 L金属切削液的工作液(不含消泡剂)，静止至泡沫为0 mL,再加入2.5 kg消泡剂XP-5025,此时启动循环槽开始工作，用秒表和钢尺记录实验数据直至泡沫溢出。实验结束后，清洗循环槽，按照同样的方法切换另外的消泡剂。实验时，泡沫溢出循环槽所用的时间越长，说明消泡剂的消抑泡性能越好，反之，所用的时间越短，消泡剂的消抑泡性能越差。实验数据见表5。

表5 不同消泡剂的现场数据监控

由以上现场监控数据表5来看，使用9 h后，使用消泡剂X-32C时循环池内泡沫开始溢出，X-32C失去消泡作用；而使用XP-5025和TL-56-1消泡剂时泡沫的溢出时间均为16 h， XP-5025消泡剂的效果优于TL-56-1,TL-56-1的效果优于X-32C。

4 结束语

消泡剂作为工业生产中一种有效的消、抑泡手段，已日趋成熟。金属加工液生产过程中的泡沫问题完全可以得到解决，关键在于消泡剂的选型要正确，一款匹配的消泡剂可以在不影响产品自身性能的前提下，达到优良的消、抑泡效果。安徽銮威化工科技开发有限公司生产的XP-5025的应用之所以成功，是由于比较注重实验室相关测试和企业的生产实际，从而取得了很好的应用效果。

[1] GB/T 26527-2011有机硅消泡剂国家标准[S].北京：中国标准出版社，2011.

[2] 吴飞，曹治平.两种新型消泡剂的现场应用测试[J].江苏造纸，2007(2)：41.

Laboratory and Field Evaluation of Defoaming Agent for Water-based Metalworking Fluids

LIU De-ming

(Anhui Luanwei Chemical Technology Development Co.，Ma' anshan Defoaming Agent Engineering Technology Research Center, Ma' anshan 243000, China)

Water-based metalworking fluids have been developed rapidly in recent years，the consumption continues to increase. As a result, foam problem is particularly prominent. In this paper, based on the characteristics of water-based metalworking fluids, the special requirements for defoamer performance and selection methods of defoamer in this industry are described in detail. Through a series of experiments，the antifoaming performance，compatibility，stability and field application effect of the defoamer XP-5025 which is a special defoamer for water-based metalworking fluid are evaluated.The result shows the defoamer XP-5025 has good antifoaming performance，compatibility and stability in field application. It is a suitable defoamer for the application of water-based metalworking fluid.

metalworking fluid; defoamer; evaluation

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.05.010

1002-3119(2017)05-0045-04

TE624.82

A

2017-06-21。

刘德明,工程师，2005年毕业于周口师范学院化学系，现从事于消泡剂的应用技术和研究工作，曾公开发表论文4篇。E-mail:ldmth88@163.com