Cutting fluids spoil, leading to issues either technically, with occupational health, or often both simultaneously. So, why do the fluids actually spoil?
Water-dilutable cutting fluids are a complex mixture of various substances. Often, there are up to ten different compounds, each necessary to ensure the proper and effective function of the fluid. Due to the large number of compounds, there are also multiple contamination mechanisms. Here are some key examples:
Alla neljä tärkeintä esimerkkiä.
Bacteria and other microbes:
Työstönesteet koostuvat yleensä orgaanisista yhdisteistä, eli ravinnosta ja vedestä. Samalla niiden käyttölämpötila on noin 20 astetta. Yhdessä nämä tarkoittavat,että bakteereilla ja muilla mikrobeilla, kuten hiivoilla ja homeilla, on erinomaiset edellytykset kasvaa ja lisääntyä työstönesteissä.
Microbes use the fluid's compounds as nutrients, essentially breaking down the fluid's components by consuming them. At the same time, they produce various compounds, such as acids, which create additional problems in the fluids.
Most bacteria are aerobic, meaning they require oxygen. When bacteria are present in fluids, they multiply rapidly, and their numbers often reach up to 10 million bacteria per milliliter of fluid. In a 1,000-liter tank, this amounts to ten trillion bacteria. No wonder the properties of the fluids deteriorate.
Samalla suurin osa näistä bakteereistä on ns. gram-negatiivisia. Näiden bakteerien solukalvot ovat ns. endotoksiineja, jotka taas ovat suuri työterveysongelma, koska ne aiheuttavat erilaisia tulehdustiloja elimistössä.
The most significant occupational risks are associated with microbes and endotoxins in cutting fluids, as well as heavy metals and other contaminants in the fluids used during machining. (Occupational Health Institute, KAMAT database)
If the fluids begin to smell, it usually indicates the presence of anaerobic bacteria in the tank, which do not use oxygen in their metabolism. While these bacteria are almost always present in the fluids, they remain inactive as long as there is oxygen in the fluids. These bacteria not only degrade the properties of the fluids but also cause noticeable odor problems.
Usein mekanismi pilaantumisessa onkin se, että ensin kasvaa huomattava määrä aerobisia bakteereja, jotka syövät nesteestä pois hapen ja mahdollistavat anaerobisten mikrobien kasvun, jolloin nesteet alkavat haista ja ovat usein jo heikossa kunnossa. Onneksi tämäkin tilanne on yleensä ennaltaehkäistävissä pitämällä neste kattavasti kunnossa ja reagoimalla ongelmiin riittävän nopeasti.
Leakage oils
Nesteisiin päätyy lähes poikkeuksetta vähintään johdeöljyä, mutta usein myös hydrauliikka-, kara- ja korroosionestoon käytettäviä öljyjä. Näiden vaikutukset riippuvat paljon nestetyypistä, mutta yleisimmät ongelmat ovat pinnalle kertyvien öljyjen aiheuttama happikato nesteissä (kts. edellisen kohdan anaerobiset bakteerit), emulgoituminen nesteeseen, lisäaineiden toiminta mikrobien ateriana. Lisäksi vaikutukset pH-arvoon, eli nesteen happamuuteen, ovat merkittävät.
Riippumatta nestetyypistä tai vaikutusmekanismista, vuotoöljyt on tärkeää saada nopeasti ja tehokkaasti pois, jotta nesteet voivat toimia oikein ja pitkään.
pH level
The pH level is a crucial measure for the functioning of fluids. Many of the functions of the compounds in the fluids are pH-dependent, meaning they only work correctly within a specific, often precisely defined, pH range. The pH level roughly indicates how acidic or basic the fluid is.
Most cutting fluids operate near a pH level of 9.0. The reason for specifying the first decimal place is important. As mentioned, the pH level generally needs to remain within precise limits, and "precise" means exact. If the normal pH is 9.0, a value of 8.7 already requires significant corrective actions, and at a value of 8.5, the fluid is often already spoiled.
Fluids often contain so-called buffering agents, which means that the pH level does not drop with the addition of the first drop of acid. Conversely, when the pH begins to decrease, the buffering agents are already depleted, and the decline can be rapid. Additionally, a falling pH often triggers a vicious cycle: as the pH drops, bacterial growth accelerates, microbes acidify the fluid more quickly, and the bacteria proliferate even faster.
pH-arvon laskuun varautumiseen on useita keinoja, joilla pystytään ennaltaehkäisemään ja korjaamaan ongelmia. Puskuriaineiden mekanismista johtuen, näiden tehokas käyttö ja varsinkin ennaltaehkäisy vaatii tarkkoja, mielellään reaaliaikaisia mittauksia. Usein näkyy vieläkin käytössä ns. pH-liuskoja, joiden tarkkuus on auttamatta liian huono, koska niiden erottelukyky parhaimmillaankin on luokkaa 0.3 yksikköä.
Electrically charged particles
Varautuneet atomit ja molekyylit, eli ionit, aiheuttavat usein harmaita hiuksia nesteiden kanssa, kun nesteeen käyttöikä alkaa olla vähänkään pidempi. Varautuneita hiukkasia kertyy nesteeseen pääosin metallien mukana ja vesijohtovedestä. Koska ioneilla on varaus ja monilla työstönesteiden komponenteilla on varaus, ne reagoivat tehokkaasti keskenään. Yksinkertaistaen: plus ja miinus vetävät toisiaan puoleensa ja yhdistyvät, minkä jälkeen kyseessä on eri yhdiste.
Monet työstönesteiden komponentit ovat sähköisesti varautuneita, mikä tarkoittaa, että nesteessä kiertävät (metalli-)ionit kiinnittyvät mielellään niihin ja muodostavat uusia yhdisteitä. Käytännössä tämä tarkoittaa, että yhdiste ei enää toimi siten, kuin sen pitäisi ja esimerkiski öljypisaran halkaisija kasvaa moninkertaiseksi.
Ionien kertymistä nesteeseen pystytään vähentämään huomattavasti tehokkailla nesteiden suodatusmenetelmillä ja vähentämällä tarvittaessa veden kovuutta.
Can anything be done about these?
Onneksi kyllä. Tärkein asia ongelmien korjaamisessa ja erityisesti ennaltaehkäisyssä on se, että tilannekuva on oikea. Käytännössä siis se, että nesteiden kuntoa mitataan riittävän säännöllisesti ja kattavasti.
Kerran viikossa tehty mittaus on huomattavasti parempi kuin ei mitään, mutta mitä tiheämmin, sitä parempi pätee myös tässä, koska muutokset ovat usein erittäin nopeita. Varsinkin ongelmien ennaltaehkäisy vaatii nopeaa reagointia, mikä on suositeltavaa jo siitä syystä, että, ongelmien korjaaminen on huomattavasti vaikeampaa, kuin niiden ehkäisy.
Yleisesti ongelmien korjaaminen kannattaa aloittaa seuraavasti:
- Huolehdi, että nesteen pitoisuus pysyy mahdollisimman hyvin suositelluissa arvoissa, sillä se auttaa ehkäisemään todella monia ongelmia.
- Säädä nesteen pitoisuutta ja pH-arvoa mittausten perusteella. Reagoi muutoksiin nopeasti, koska silloin riittää pienemmät korjaustoimenpiteet
- Puhdista nesteet niin lastuista kuin mikrometrikokoluokan partikkeleista mahdollisimman nopeasti. Ioniongelmat ovat verrannollisia partikkelien pinta-alaan ja aikaan, eikä niinkään massaan. Suuremmat lastut ja epäpuhtaudet kertyvät säiliöön, jolloin ne edistävät mikrobikasvustoa.
- Vuotoöljyt (ja muut pintaan nousevat yhdisteet, joita käsitellään tarkemmin tulevissa kirjoituksissa) on tärkeää saada mahdollisimman nopeasti pois. Käytä tehokkaita ja luotettavia menetelmiä.
- Mittaa ja varmista, että vesi ei ole liian kovaa. Jos tarvetta, puhdista lisättävä vesi ioneista, bakteereista ja muista epäpuhtauksista.
- Kierrätä nestettä jatkuvasti, jotta neste hapettuu.
- Mittaa, mittaa ja mittaa. Kirjaa tulokset ja reagoi ajoissa.
Tärkeää on myös seurata mittaustulosten kehittymistä ja ymmärtää miten muutokset vaikuttavat työstönesteeseen. Analyysin perusteella voidaan määrittää oikeat toimenpiteet, joilla nesteiden turvallinen elinikä voidaan maksimoida.
Why do cutting fluids spoil?