加工机用液剂的制作方法

本发明涉及对航空器用纤维强化复合材料和/或金属材料的层压材料进行加工时使用的加工机用液剂。

本申请是基于2017年5月25日在日本提出的日本特愿2017-103528号并主张其优先权，并将其内容援引至本申请。

背景技术：

在进行开孔、切削、研磨等机械加工时，使用进行规定的机械加工的钻头、立铣刀等的工具。这些工具安装于加工机。加工机通过使工具绕中心轴旋转，从而对加工对象物实施机械加工。

在利用加工机使用工具进行机械加工的情况下，在工具与加工对象物之间供给被称为切削油等的加工机用液剂。加工机用液剂对工具与加工对象物之间进行润滑，降低工具与加工对象物之间产生的摩擦力从而提高加工性。另外，加工机用液剂抑制工具与加工对象物之间的摩擦热所引起的工具、加工对象物的温度上升。

在加工机用液剂中，具有以油为主要成分的油性的加工机用液剂(例如，参照专利文献1)以及将表面活性剂和润滑成分用水稀释而使用的水溶性的加工机用液剂。油性的加工机用液剂与水溶性的加工机用液剂相比，润滑性优异。水溶性的加工机用液剂与油性的加工机用液剂相比，冷却性优异。因此，根据加工时需要优先的特性，即润滑性还是冷却性等，选择所使用的加工机用液剂。

在加工对象物为碳纤维复合材料的情况下，已知有使用与其对应的液剂(例如，参照专利文献2)的方法。但是，在加工对象物为含有碳纤维复合材料的层压材料的情况下，该液剂对加工面精度变得不充分，难以适用于主加工。

另外，在加工对象物为钛材料的情况下，作为加工技术，已知有配合有脂肪酸酯、矿物油等的乳液型切削油剂(例如，参照专利文献3)的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-163115号公报。

专利文献2：日本特开2012-250341号公报。

专利文献3：日本特开2011-111593号公报。

技术实现要素：

发明所要解决的课题

但是，在加工对象物为钛材料与复合材料的层压材料的情况下，上述油剂由于存在层间剥离、残渣、面精度的问题而难以适用于主加工。另外，根据实施的加工的内容，在选择油性的加工机用液剂和水溶性加工机用液剂的任一方的情况下，都可能存在加工机用液剂无法满足全部要求的特性的情况。

例如，在将由碳纤维强化树脂等构成的构件与由铝或钛合金等金属材料构成的构件重叠的状态下，在进行开孔等的机械加工时，要求高润滑性、高冷却性、以及高清洗性。

另外，在加工后，为了去除油性的加工机用液剂，需要使用溶剂等进行清洗，花费功夫。

并且，最适合对航空器用纤维强化复合材料和/或金属材料的层压材料进行加工时使用的加工机用液剂目前尚不存在。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种兼备高润滑性、高冷却性、以及高清洗性的在对航空器用纤维强化复合材料和/或金属材料的层压材料进行加工时使用的加工机用液剂。

用于解决课题的手段

本发明为了解决上述课题，采用以下的手段。

本发明的第一方案中，加工机用液剂包含含有聚亚烷基二醇的润滑基剂、氟系表面活性剂或阳离子系表面活性剂、以及水。

根据这样的构成，加工机用液剂成为包含含有聚亚烷基二醇的润滑基剂、氟系表面活性剂或阳离子系表面活性剂的水溶液。这样的加工机用液剂通过含有聚亚烷基二醇的润滑基剂而具有高润滑性，并且发挥高冷却性。另外，通过氟系表面活性剂或阳离子系表面活性剂和水，能够得到高清洗性。

本发明的第二方案是在上述第一方案中，所述润滑基剂中，作为聚亚烷基二醇，可以包含聚氧乙烯/聚氧丙烯逆嵌段(polyoxyethylene/polyoxypropylenereverseblock)、乙二胺聚氧化烯缩合物(fusionproductofethylenediaminewithpolyoxyalkylene)、聚氧乙烯聚氧丙烯二醇(polyoxyethylenepolyoxypropylenegrycol)、环氧乙烷环氧丙烷聚合物(ethyleneoxidepropyleneoxidepolymer)中的至少一种。

本发明的第三方案是在上述第一或第二方案中，所述氟系表面活性剂可以包含具有含氟基/亲水性基/亲油性基的低聚物、具有全氟烷基的羧酸盐、全氟丁烷磺酸盐中的至少一种。

本发明的第四方案是在上述第一或第二方案中，所述阳离子系表面活性剂可以包含辛基二甲基乙基铵乙基硫酸盐、硬脂基二甲基羟基乙基铵对甲苯磺酸盐、硬脂基二甲基氨基丙基胺、二癸基二甲基氯化铵、四烷基铵羧酸盐中的至少一种。

根据本发明的第五方案，在上述第一至第四方案中，还可以包含异壬酸、壬酸中的至少一种的脂肪酸。

根据本发明的第六方案，在上述第一至第五方案中，可以含有三乙醇胺、1，3-双氨基环己烷中的至少一种的胺。

根据本发明的第七方案，在上述第一至第六方案中，在20.5℃的环境下测定的表面张力可以为24mn/m以下。

根据本发明的第八方案，在上述第一至第七方案中，在25℃的环境下测定的运动粘度可以为0.95mm²/s以上。

根据本发明的第九方案，在上述第一至第八方案中，ph可以为6～9。

发明的效果

根据本发明的加工机用液剂，能够兼备高润滑性、高冷却性、和高清洗性。

附图说明

图1是表示使用本发明的实施方式的加工机用液剂进行的机械加工的一例的立体图。

具体实施方式

以下，对本发明的一个实施方式的加工机用液剂进行说明。

图1是表示使用本发明的实施方式的加工机用液剂进行的机械加工的一例的立体图。

如图1所示，该实施方式的加工机用液剂例如在利用工具3对加工对象物1进行开孔加工时使用。

加工对象物1例如是将第一构件2a和第二构件2b重叠而成的。

第一构件2a例如通过由碳纤维、玻璃纤维等强化纤维与环氧树脂或聚氨酯树脂等树脂构成的纤维强化树脂材料来形成。

第二构件2b例如由钛合金、铝合金、不锈钢合金、镍合金等金属材料形成。

除此以外，第一构件2a、第二构件2b，例如也可以由陶瓷材料、玻璃材料等形成。

在此，在加工对象物1中，对第一构件2a、第二构件2b的材料的组合、第一构件2a、第二构件2b的形状没有任何限定。例如，在构成航空器的构件中，为了在由金属材料构成的托架等第二构件2b上紧固由纤维强化树脂材料构成的外皮等第一构件2a，也可以在第一构件2a和第二构件2b重叠的状态下形成孔4。

工具3例如是用于对加工对象物1开孔4的钻头。工具3根据其加工内容，也可以是钻头以外的例如立铣刀、切刀、各种的铣削等。

这样的工具3安装于加工机(未图示)的加工头上，绕工具3的中心轴被旋转驱动。

为了利用工具3对加工对象物1进行开孔，对工具3与加工对象物1接触的加工部位供给加工机用液剂。加工机用液剂的供给，例如，能够通过朝向工具3与加工对象物1的接触部位喷出加工机用液剂或者对加工机用液剂喷雾的喷嘴6进行。另外，加工机用液剂的供给，例如，也能够通过形成于工具3且沿工具3的中心轴方向延伸的液流路7来进行。液流路7，例如，在工具3的前端部或外周面具有开口(未图示)，从该开口喷出加工机用液剂。

接着，对本实施方式的加工机用液剂进行说明。

加工机用液剂包含含有聚亚烷基二醇的润滑基剂、氟系表面活性剂或阳离子系表面活性剂、以及水。

含有聚亚烷基二醇的润滑基剂，优选包含聚氧乙烯/聚氧丙烯逆嵌段、乙二胺聚氧化烯缩合物、聚氧乙烯聚氧丙烯二醇、环氧乙烷环氧丙烷聚合物中的至少一种。

这样的润滑基剂在加工机用液剂中优选含有5～95wt％。

润滑基剂的含量的更优选范围为30～90wt％。

氟系表面活性剂优选包含具有含氟基/亲水性基/亲油性基的低聚物、具有全氟烷基的羧酸盐、全氟丁烷磺酸盐中的至少一种。

阳离子系表面活性剂优选包含辛基二甲基乙基铵乙基硫酸盐、硬脂基二甲基羟基乙基铵对甲苯磺酸盐、硬脂基二甲基氨基丙基胺、二癸基二甲基氯化铵、四烷基铵羧酸盐中的至少一种。

这些氟系表面活性剂或阳离子系表面活性剂例如优选含有0.1～15wt％。氟系表面活性剂或者阳离子系表面活性剂的含量的更优选范围为0.1～10wt％。

加工机用液剂还可以含有脂肪酸。脂肪酸优选含有异壬酸、壬酸中的至少一种。

脂肪酸在加工机用液剂中，例如优选含有3～25wt％。润滑基剂的含量的更优选范围为5～20wt％。

另外，加工机用液剂还可以含有胺。胺优选含有三乙醇胺、1，3-双氨基环己烷中的至少一种。

胺在加工机用液剂中，例如优选含有3～15wt％。胺的含量的更优选范围为5～10wt％。

加工机用液剂通过将如上所述的材料溶解于水中而形成。即，在加工机用液剂中，除了如上所述的材料以外的余部为水。

优选如上所述的加工用液剂降低表面张力、提高对加工部位的渗透性。加工用液剂优选以例如在20.5℃的环境下测定的表面张力为24mn/m以下的方式生成。

通过降低加工用液剂的表面张力，能够使对工具与加工对象物的边界摩擦点的侵入变得容易。由此，在摩擦热的发生源的附近，能够有效地吸收来自工具和加工对象物的摩擦热。

另外，优选提高加工用液剂的运动粘度。加工用液剂优选例如在25℃的环境下测定的运动粘度为0.95mm²/s以上。

通过提高加工用液剂的运动粘度，确保工具与加工对象物之间的加工用液剂的膜厚。由此，能够抑制工具与加工对象物的直接接触，使在加工部位产生的摩擦稳定化。

另外，优选减少加工用液剂的摩擦系数的偏差。由于摩擦系数的偏差，工具表面的摩擦量的变化变大，成为边界磨损等异常磨损的主要原因。因此，加工用液剂优选以与金属材料的摩擦系数的偏差为0.010～0.018的方式生成。

这样一来，通过抑制因加工用液剂的摩擦系数的偏差，能够抑制工具的磨损，并提高加工效率。

另外，加工用液剂，在加工对象物1例如使用铝合金而形成的情况下，优选ph为6～9的中性。由此，铝合金稳定。

另外，这样的加工用液剂由水溶性的亲水性材料形成。由此，在使用加工用液剂对加工对象物1进行加工后，使用水就能够容易地冲洗加工用液剂。因此，无需使用例如甲乙酮等溶剂进行清洗，能够减少对环境的影响、操作人员的负担。

根据上述的加工用液剂，是包含含有聚亚烷基二醇的润滑基剂、氟系表面活性剂或阳离子系表面活性剂的水溶液。这样的加工机用液剂具有高润滑性，并发挥高冷却性。另外，该加工用液剂是水溶性的，因此，在加工后，不使用溶剂而通过用水流过就能够容易地清洗。

需要说明的是，在上述实施方式中，作为构成加工机用液剂的含有聚亚烷基二醇的润滑基剂以及氟系表面活性剂或阳离子系表面活性剂，分别举出了复数种物质的具体例，但是，各个物质中可以仅使用一种，也可以两种以上组合使用。

另外，也可以添加上述以外的添加剂等来生成加工机用液剂。

需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，也包括对上述实施方式施加各种变更后的实施方式。即，在实施方式中列举的具体的形状、结构等都只不过是一个例子，能够适当地变更。

例如，在上述实施方式中，将加工机用液剂用于利用工具3对将如图1所示的由纤维强化树脂材料构成的第一构件2a与由金属材料构成的第二构件2b重叠后的加工对象物1进行开孔加工，但不限定于此。即，加工对象物1的材料、用途、工具3的加工内容等也可以与上述实施方式所示的不同。

接下来，对本发明的加工用液剂的实施例进行说明。

(实施例)

(实施例1～19)

使用如表1、表2所示的材料，生成加工用液剂。在此，表中的各物质的数字表示在加工用液剂中的含量(wt％)。

表1

表2

在实施例1～19中，在润滑基材中，作为聚亚烷基二醇，使用了聚氧乙烯/聚氧丙烯逆嵌段(材料(制品)名：adekapluronic17r4，艾迪科公司(adeka公司)制)、乙二胺聚氧化烯缩合物(材料名：adekapluronictr-913r，艾迪科公司制)、聚氧乙烯聚氧丙烯二醇(材料名：epan450，第一工业制药公司制)、环氧乙烷环氧丙烷聚合物(材料名：synativerpe1720，巴斯夫公司制)中的一种。

另外，在实施例1～4、6、9～19中，将润滑基剂的含量设为30wt％，在实施例5、7、8中，使润滑基剂的含量与10、70、90wt％不同。

另外，在实施例1、2、18、19中，作为表面活性剂，包含作为氟系表面活性剂的具有含氟基/亲水性基/亲油性基的低聚物(材料名：f477，dic公司制)、具有全氟烷基的羧酸盐(材料名：f410，dic公司制)、全氟丁烷磺酸盐(材料名：fc-4430，3m公司制)中的一种。

在实施例3～17中，作为表面活性剂，包含作为阳离子系表面活性剂的辛基二甲基乙基铵乙基硫酸盐(材料名：es-o，第一工业制药公司制)、硬脂基二甲基羟基乙基铵对甲苯磺酸盐(材料名：catiogend2，第一工业制药公司制)、硬脂基二甲基氨基丙基胺(材料名：catiogenspa，第一工业制药公司制)、二癸基二甲基氯化铵(材料名：pionineb0011，竹本油脂公司制)、四烷基铵羧酸盐(材料名：osmolinda50，三洋化成公司制)中的一种。

表面活性剂的添加量在实施例1～15、18、19中，均设为1wt％，在实施例16、17中分别设为0.1wt％、10wt％。

进而，在实施例1～4中，添加了作为脂肪酸(酸)的异壬酸、壬酸中的一种。这些脂肪酸的添加量在实施例1中为5wt％，在实施例2～4中为20wt％。

另外，在实施例1～4中，添加了作为胺(碱)的三乙醇胺和1，3-双氨基环己烷。三乙醇胺的添加量为5wt％，1，3-双氨基环己烷的添加量为10wt％。

进一步地，在实施例1～19中，将除了上述物质以外的余部设为纯水，使上述物质混合于纯水。

(比较例1～4)

为了比较，准备了如表3所示的比较例1～4。

表3

在比较例1、2中，作为润滑基材，使用了作为油性剂的三羟甲基丙烷三油酸酯。其添加量设为15wt％。在比较例1、2中，进一步地，作为表面活性剂，添加了10wt％的非离子系的聚氧化烯月桂基醚(材料名：nl-dash403，第一工业制药公司制)、15wt％的作为脂肪酸的缩合蓖麻油脂肪酸、15wt％的作为胺的单异丙醇胺。另外，在比较例2中，作为表面活性剂，添加了1wt％的作为氟系表面活性剂的具有含氟基/亲水性基/亲油性基的低聚物。

比较例3与实施例1～8、12～19同样地，作为润滑基剂，使用了作为聚亚烷基二醇的聚氧乙烯聚氧丙烯逆嵌段(材料名：adekapluronic17r4、艾迪科公司制)。其添加量为30wt％。在比较例3中，未添加表面活性剂，添加了作为脂肪酸的5wt％的壬酸、5wt％的缩合蓖麻油脂肪酸、作为胺(碱)的5wt％的三乙醇胺、10wt％的1，3-双氨基环己烷。

在比较例4中，作为润滑基剂，使用了作为油性剂的石蜡油。其添加量为40wt％。在比较例4中，作为表面活性剂，添加了1wt％的作为阳离子系表面活性剂的辛基二甲基乙基铵乙基硫酸盐(材料名：es-o，第一工业制药公司制)、10wt％的非离子系的聚氧化烯月桂基醚(材料名：nl-dash403，第一工业制药公司制)。进而，在比较例4中，添加了10wt％的作为脂肪酸的油酸、15wt％的作为胺的三乙醇胺。

进而，比较例1～4，将除了上述物质以外的余部设为纯水，使上述物质混合于纯水。

(实施例、比较例的物性的评价)

接着，分别评价上述实施例1～19、比较例1～4的物性。作为要评价的物性，包括运动粘度、ph、渗透性、润滑性、工具耐磨损性、清洗性的六个项目。其结果示于表1～3。

运动粘度在25℃的环境下进行了测定。

其结果是，在实施例1～19中，运动粘度均为0.95mm²/s以上。

与此相对地，在润滑基材中使用了作为聚亚烷基二醇的聚氧乙烯聚氧丙烯逆嵌段的比较例3中，运动粘度为0.98mm²/s。但是，在润滑基材中使用了作为油性剂的三羟甲基丙烷三油酸酯、石蜡油的比较例1、2、4中，运动粘度小于0.95mm²/s。

ph是将实施例1～19、比较例1～4分别稀释20倍进行了测定。

其结果是，在实施例2～19中，均为ph7.7～8.7的中性。在添加了脂肪酸和胺的实施例1～4中，相对于胺，脂肪酸的添加量较少的实施例1相对于实施例2～4，为ph10。这样一来，在添加脂肪酸和胺的情况下，优选以ph在适当范围的方式调整其添加量。

渗透性通过测量表面张力来进行了评价。若表面张力小，则向工具与加工对象物之间的间隙的渗透性变高。表面张力在20.5℃的环境下进行了测定。在表1～3中，将表面张力为24mn/m以下的用“○”标记表示、将25～34mn/m的用“△”标记表示、将35mn/m以上的用“×”标记表示。

其结果是，在实施例1～19中，表面张力均为24mn/m以下，确认到良好的渗透性。

与此相对，在比较例1～4中，表面张力均大，与实施例1～19相比，渗透性低。

润滑性基于摩擦系数的偏差进行了评价。在表1～3中，摩擦系数的偏差为0.02以下的用“○”标记表示，0.03以上的用“×”标记表示。

在此，摩擦系数的偏差通过使用了球板的试验机来测定平均摩擦系数，由其标准偏差σ算出。

测定条件如下所示。

·板：ti6al4v(28×18×0.1mm)的板材。

·球：suj-23/16英寸。

·载荷：500g。

·周期：30次/分钟。

·往返行程：5mm。

·试验时间：10分钟。

·温度：室温(15-25℃)。

·试样浓度：5wt％(用水稀释)。

·试样量：5ml。

其结果是，在实施例1～19中，摩擦系数的偏差均为0.02以下，确认到良好的润滑性。

与此相对地，在润滑基材中使用了作为聚亚烷基二醇的聚氧乙烯聚氧丙烯逆嵌段的比较例3的摩擦系数的偏差小，其余的比较例1、2、4的偏差大。

工具耐磨损性，通过实际用工具对加工对象物开孔。在利用相同的工具，依次连续地开孔时，对工具未磨损而形成了规定直径、规定的表面状态的孔的数量进行了计数。在表1～3中，连续地形成的孔的数量为10以上的表示为“○”标记，将5～9的表示为“△”标记，将4以下的表示为“×”标记。

其结果是，在实施例1～19中，均能够连续地加工形成10以上的孔，通过使用加工机用液剂，能够实现高工具耐磨损性。

与此相对地，在比较例1～4中，均只能连续地形成9以下的孔。

清洗性是通过用水对一边供给加工机用液剂一边进行加工后的工具、加工对象物进行规定时间的清洗后，通过用手触摸，确认黏性的有无。将未残留加工用液剂并且工具、加工对象物的表面没有黏性的情况用“○”标记表示，将有残留加工用液剂并且工具、加工对象物的表面有黏性的情况用“×”标记表示。

其结果是，在实施例1～19中，均无黏性残留，仅通过用水的清洗，能够去除加工用液剂。

与此相对地，在比较例1～4中，均有黏性残留，仅用水的清洗无法去除加工用液剂。

从上述的物性的评价可以确认，在实施例1～19中，运动粘度、ph、渗透性、润滑性、工具耐磨损性、清洗性均良好。

工业利用性

本发明能够应用于对航空器用纤维强化复合材料和/或金属材料的层压材料进行加工时使用的加工机用液剂。

附图标记的说明

1：加工对象物；2a：第一构件；2b：第二构件；3：工具；4：孔；6：喷嘴；7：液流路。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种加工机用液剂，其中，其是对航空器用纤维强化复合材料和/或金属材料的层压材料进行加工时使用的加工机用液剂，

其包含：

含有聚亚烷基二醇的润滑基剂；

氟系表面活性剂或阳离子系表面活性剂；

水；

异壬酸、壬酸中的至少一种的脂肪酸；以及

三乙醇胺、1，3-双氨基环己烷中的至少一种的胺，

并且，含有5～95wt％的所述润滑基剂、0.1～15wt％的所述表面活性剂、3～25wt％的所述脂肪酸、3～15wt％的所述胺。

2.如权利要求1所述的加工机用液剂，其中，

所述润滑基剂中，作为聚亚烷基二醇，包含聚氧乙烯/聚氧丙烯逆嵌段、乙二胺聚氧化烯缩合物、聚氧乙烯聚氧丙烯二醇、环氧乙烷环氧丙烷聚合物中的至少一种。

3.如权利要求1或2所述的加工机用液剂，其中，

所述氟系表面活性剂包含具有含氟基/亲水性基/亲油性基的低聚物、具有全氟烷基的羧酸盐、全氟丁烷磺酸盐中的至少一种。

4.如权利要求1或2所述的加工机用液剂，其中，

所述阳离子系表面活性剂包含辛基二甲基乙基铵乙基硫酸盐、硬脂基二甲基羟基乙基铵对甲苯磺酸盐、硬脂基二甲基氨基丙基胺、二癸基二甲基氯化铵、四烷基铵羧酸盐中的至少一种。

5.如权利要求1至4中任一项所述的加工机用液剂，其中，

在20.5℃的环境下测定的表面张力为24mn/m以下。

6.如权利要求1至5中任一项所述的加工机用液剂，其中，

在25℃的环境下测定的运动粘度为0.95mm²/s以上。

7.如权利要求1至6中任一项所述的加工机用液剂，其中，

ph为6～9。