CC BY
31ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ (TECHNICAL SCIENCES) УДК 10167.66
Ершова К.С.
магистрант кафедры «Химическая технология и промышленная экология» Самарский государственный технический университет (г. Самара, Россия)
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НА ПРОИЗВОДСТВАХ
Аннотация: в работе представлен анализ используемых на современном рынке смазочно-охлаждающих жидкостей. Представлена их классификация, проведен анализ составов. Также приведен усреднённый состав жидкостей и их возможная опасность.
Ключевые слова: СОЖ, минеральные масла, пеногаситель, эмульсии свойства.
В большинстве случаев смазка СОЖ находится в области контакта между резцом и стружкой, а также в контакте резца и заготовки. Это обусловлено способностью вещества вступать в химическое, физическое и физико-химическое взаимодействие с поверхностями зоны контакта и формировать на них химические, физические или физико-химические пленки. В зависимости от процесса резки такие пленки могут быть сформированы одновременно или по отдельности. Физические и химические плёнки обычно называют предельными плёнками. Их толщина варьируется от нескольких единиц до нескольких десятков нанометров. Сопротивление сдвигу выше, чем у гидродинамических пленок. В случае образования гидродинамических смазочных пленок при резке металлов (например, при обработке меди на низких скоростях) поверхности трения разделяются слоем СОЖ в несколько микрон или более. Здесь вязкость соединения имеет первостепенное значение и должна быть оптимальной. Иногда
вязкость может быть компенсирована серо-, хлоро- или фосфорсодержащими присадками [1,2].
Применение смазочно-охлаждающих жидкостей оказывает благоприятное воздействие на процесс резки металлов, значительно уменьшая износ режущего инструмента, повышая качество обработанной поверхности и снижая расход энергии. Смазочно-охлаждающие жидкости уменьшают коэффициент наружного трения (смазочное действие); облегчают процесс пластических деформаций и тем самым уменьшают потребляемую мощность (молекулы поверхностного активного вещества, проникая в микротрещины, создают расклинивающее действие) и снижают нагрев в зоне резка (охлаждающее действие). Применение смазочно-охлаждающих жидкостей препятствует также образованию нароста у режущей кромки инструмента и способствует удалению стружки и абразивных частиц из зоны резки.
Смазочно-охлаждающие жидкости должны обладать
антикоррозионными свойствами, быть нетоксичными и достаточно устойчивыми при хранении и эксплуатации. Они делятся на следующие группы:
- жидкости, обладающие только охлаждающими свойствами; к ним относится вода, смешанная с антикоррозионным раствором (1 - 1,5% кальцинированной соды и мыла);
- жидкости, обладающие охлаждающими и частично смазывающими свойствами, - вода, поверхностно-активные (0,1 - 1% олеиновой, стеариновой кислоты или их соли) и антикоррозионные вещества;
- эмульсии и прозрачные растворы водорастворимых масел. Эти жидкости имеют охлаждающие и частично смазывающие свойства. К таким жидкостям, в частности, относится спиртовой эмульсол, состоящий из 7% олеиновой кислоты, 10% канифоли, 4% раствора каустической соды, 2,5-4% спирта, остальное -индустриальное масло 12;
- жидкости, обладающие смазочными и частично охлаждающими свойствами, - минеральные масла (например, сульфофрезол - осеренное масло, содержащее в качестве активизированной добавки 1,5 (1,7% серы).
Сейчас существует разделение смазочно-охлаждающих жидкостей на классы в соответствии с их составом и физико-химическими свойствами и на группы в соответствии с областью применения.
Классы смазочно-охлаждающих жидкостей:
- водные: эмульсионные, полусинтетические;
- масляные: нефтяные, синтетические масла и их смеси, расплавы металлов, солей и других веществ;
Группы смазочно-охлаждающих жидкостей по назначению: массовые, специальные.
Авторы [3] разработали СОЖ для механической обработки металлов, которая содержит воду, продукт взаимодействия гидроксида № с жирными кислотами и отличается тем, что она дополнительно содержит триэтаноламин, кальцинированную соду, тринатрийфосфат, биоцид, противопенную присадку. Концентрат синтетической СОЖ [4] для механической обработки металлов, содержащий воду, алканоламин, неионогспное ПАВ, отличается от известного тем, что в качестве алканоламина употребляется триэтаноламин (30-55%) и дополнительно синтетические жирные кислоты фракции С7~С9 (20-30%), этилцеллозольв (8-14%) и алкилсалицилаг Са (0,5-3%).
Разработана СОЖ «Гретерол» [17], состоящая из продукта взаимодействия №ОН с жирными кислотами в среде оксиэтилированных 6 и 10 молями оксида этилена моноизононилфенолов 0,2-13%, триэтаноламина 0,3-15, №2С0 30,05-2,5, противопенной присадки 0,001-1%, вода - остальное. Предлагаемый в работе [5] концентрат СОЖ содержит гликолей 10-50%, высших жирных кислот 10-55, триэтаноламина 15-60, соли циклогексиламина и синтетических жирных кислот фракции С10-С13 - 15-60%.
Для удобства хранения, перевозок и упрощения технологии приготовления водного раствора концентрата СОЖ в него может быть добавлена вода в количестве I 40 % и пеногаситель 0,05-0,15%. В литературе [6] приводится концентрат водной СОЖ, состоящий из высших жирных кислот 10-15%, триэтаноламина 15-20%, гидроксилсодержащего компонента. В качестве гидроксилсодержащего компонента концентрат содержит гликоли п полиэтиленгликоль 10 - 50%, а также синтетические жирные кислоты фракции С10 - С16 - 0,5-3% и продукт взаимодействия борной кислоты с алканоламииами 10-50%. Концентрат может содержать 4-40% воды и 0,1-0,4% пеногасителя.
Рассматривается синтетический концентрат ГРЕТЕРОЛ для приготовления СОЖ на водной основе и ее эксплуатационные свойства. Отличительной особенностью данного концентрата является то, что он не содержит минеральных масел, хлорсодержащих присадок, а также NN^2. Наличие и нем жирных кислот, ПАВ, ингибиторов коррозии, бактерицидной присадки и других органических и неорганических веществ придает СОЖ высокие эксплуатационные свойства, практически по всем показателям.
Была получена СОЖ «УСОТС-1», содержащая асидола 0,9-2,5%, нафтеновых кислот 1-3,1, этилендиамина 0,1-0,4%, вода - остальное.
На основе синтетических нафтеновых кислот (СНК) синтезирована СОЖ [22]. Синтез проводился в следующих условиях: в реакционную колбу, снабженную мешалкой, термометром, обратным холодильником, капельной воронкой, помещали 4,4 г СНК, 98 г ортофосфорной кислоты, 160 г сульфонола, 20 г моноэтаноламина, 20 г глицерина. При сильном перемешивании смесь нагревали до 40-50 °С, после чего порциями в течение 1 ч добавляли раствор КОН (640 г) и моноэтаноламина (585 г), температура реакции при этом поднималась до 50-60 °С. Полученная вязкая композиция темно-коричневого цвета представляла собой комплексную соль СНК.
Таким образом в качестве поверхностно-активных веществ широко применяются соли органических кислот, в частности соли жирных кислот,
которые, в свою очередь, обладают отличными смазывающими свойствами. Доступность жирных кислот в виде их смеси - синтетических жирных кислот (российские), в животном жире или рапсовом масле (отечественные) в виде глицеридов жирных кислот (как сырье для получения жирных кислот) или мыл индивидуальных жирных кислот (например, олеиновые) - на отечественном рынке открывает широкие перспективы для создания на их основе новых рецептур СОЖ.
Исходя из приведенных выше рецептур, можно графически представить обобщенный состав СОЖ. На рис. 1 представлен графический обобщенный групповой состав СОЖ, включающий полный набор необходимых компонентов, которые в концентрате СОЖ или в ее рабочем растворе находятся в гомогенном эмульгированном состоянии.
Вода
где 1 - минеральные масла, водорастворимые полимеры;
2 - ПАВ;
3 - ингибиторы коррозии (нитрит натрия); 4 - ингибиторы коррозии (триэтаноламины); 5 - противоизносостойкие присадки (тринатрийфосфат); 6 - бактерицидные присадки. Рисунок 3 - Графическое изображение группового состава СОЖ
Назначение минерального масла и водорастворимых полимеров состоит в том, что тонкая пленка, образующаяся на поверхности обработанной детали, инструмента или станочного оборудования, защищает их от коррозии. Нитрит натрия и триэтаноламин выполняют роль ингибиторов коррозии, а фосфат натрия - противоизносостойкой добавки. Поверхностно-активные вещества переводят в эмульгированное состояние в воде указанные выше компоненты. Бактерицидные присадки служат для уничтожения микроорганизмов (аэробные и анаэробные бактерии, грибы, штаммы), жизнедеятельность которых ухудшает эксплуатационные качества СОЖ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.: дата введения 01.01.1989. - Москва: СтандартИнформ, 2008. - 48 с.
2. ГОСТ 12.3.025-80 Система стандартов безопасности труда. Обработка металлов резанием. Требования безопасности.: дата введения 30.06.1982. -Москва: СтандартИнформ, 2006. - 13 с.
3. ОСТ 92-0908-2014 Растворы для гидравлических испытаний. Технические требования.: дата введения 01.07.1981. - Москва: Стандарт, 2002. - 23 с.
4. ПОТ Р М-006-97 Межотраслевые правила по охране труда при холодной обработке металлов.: дата введения 27.10.1997. - Санкт-Петербург: ЦОТНБСП, 2003. - 218 с.
5. СТП 0141 -2009 Система менеджмента качества. Оборудование технологическое. Правила эксплуатации, обслуживания и контроля качества работы.: дата введения 01.01.2009. - Москва: Стандарт, 2004. - 53 с.
6. Инструкция №1 Инструкция по применению смазочно-охлаждающих жидкостей / АО «РКЦ «Прогресс»; отдел экологии - Инв. №11102. - С.2016.-34с.
Ershova K.S.
Samara State Technical University (Samara, Russia)
CHARACTERISTICS OF LUBRICANTS AND COOLANTS
Abstract: the paper presents an analysis of the lubricants used in the modern market. Their classification is presented, the analysis of compositions is carried out. The average composition of liquids and their possible danger is also given.
Keywords: coolant, mineral oils, defoamer, emulsions properties
