On huomattava, että kun koneensuunnitteluopissa yleensä lasketaan erilaisiin voitelutapauksiin ns. riittävän voitelun viskositeettia, eli kuinka paksua käytetyn öljyn viskositeetin tulee olla, jotta voitelu olisi riittävä. Lastuamisnesteiden kohdalla tätä laskentamenetelmää ei voi käyttää, eikä öljyn paksuutta kasvattamalla voiteta käytännössä mitään erityistä. Paksusta öljystä muodostunut emulsion pisara on yleensä kooltaan iso, eikä se aina oikein mahdu työkalun, työkappaleen sekä lastun väliin voitelemaan työkalua. Lisäksi paksu öljy valuu hitaasti pois pinnoilta, eli se tarttuu runsaasti työkappaleisiin ja lastuihin, mikä kasvattaa nesteen käytönaikaista kulutusta (hukkaa) merkittävästi nesteen kulkeutuessa pois järjestelmästä.

Nesteeseen käytetyn öljyn viskositeetin ja tyypin mukaan voi nestetiivisteen kulutus käytössä vaihdella hyvinkin suuresti. Tämän nestehävikin kasvun takia voitelevuutta parannetaan yleensä käyttämällä voitelevia lisäaineita, eikä paksumpia öljyjä.

Eräässä konepajassa suoritetussa kokeessa heidän käyttämän nesteen konsentraatio oli 9% ja nesteen ylläpitoon käytetty väkevyys oli 6%. Samaan kohteeseen testattiin toisen tyyppistä ja merkkistä lastuamisnestettä samalla 9% väkevyydellä, mutta tälle testattavalle nesteelle ylläpitoon riitti 2-2.5% väkevyys.

Käytännössä tämä tarkoittaa, että pajan normaalisti käyttämää nestettä kuluu käytössä 2-3 kertaa enemmän, kuin testattavaa nestettä. Kaiken lisäksi tuo alemman kulutuksen testattu neste tuotti paremman työkalun kestoiän.

Käytännön kulutus on seikka, mikä voi useinkin olla vaikeaa ottaa huomioon käyttökustannuksia arvioitaessa nesteen hankinta prosessin yhteydessä. Nesteen litrahinta on siis käytännössä aivan liian yksinkertainen ja huono tapa ostopäätöksen yhteydessä vertailla eri nesteiden kustannusvaikutuksia. Kun lisäksi nesteiden kestoikä vaihtelee suuresti, parista kuukaudesta useampaan vuoteen, on nesteen pitkä vaihtoväli se seikka, jonka vaikutukset elinkaaren kustannuksiin ovat kaikista merkittävimmät varsinkin, kun nesteen hävittäminen on nestekustannusten suhteellisesti suurin ja merkittävin kuluerä (Kuva 1).

Eri perusöljyillä on lastuavassa työstössä hyvin erilaisia työstöominaisuuksia, joihin voidaan vaikuttaa suurestikin käyttämällä erilaisia voitelevuutta parantavia lisäaineistuksia kuten ns. EP- ja polaariset lisäaineet.

Polaariset lisäaineet ovat kasvi- ja eläinrasvojen rasvahappoja tai niiden estereitä ja ne muodostavat työstön yhteydessä metallisaippuoita. Näiden toiminta heikkenee työstölämpötilan kasvaessa yli 200 °C. Koska nämä orgaaniset voiteluaineet menettävät voitelukykyänsä työstön kannalta jo varsin alhaisessa lämpötilassa, käytetään lisäksi myös ns. EP-lisäaineita (Extreme Pressure) voitelevan kalvon synnyttämiseksi työkalun ja työkappaleen välille korkeissa lämpötiloissa ja kovassa paineessa. Voiteleva kalvo syntyy tällöin EP-lisäaineen ja metallipintojen välisessä kemiallisessa reaktiossa lisäaine kohtaisesti tietyssä lämpötilassa. EP-lisäaineina käytetään esim. rikkiä, klooria, fosforia sekä sinkkiä sisältäviä yhdisteitä, kuten rasvahappojen rikitettyjä estereitä, kloorattuja hiilivetyjä, orgaanisia estereitä ja fosforihapon estereitä. Reaktiotuotteina työstössä syntyy metallisulfiaatteja, -fosfaatteja ja -klorideja. Lisäaineiden vaikutusta lastuamisnesteen kitkakertoimeen eri lämpötiloissa (Kuva 2).

EP-lisäaineista Kloori on ollut varsin pitkään ns. ”paheksuttujen” lisäaineiden listalla ekologisista syistä. Kun klooria sisältävä lastuamisneste viimein hävitetään polttamalla jätteenkäsittelylaitoksella, on tässä prosessissa voinut kloorin takia muodostua dioksiinia, mikä supermyrkkynä on haitallista ympäristölle ja etenkin eläimille. Tästä syystä monessa valtiossa on klooripitoisen nesteen hävityskustannukset asetettu korkeiksi ja siten ohjattu käyttäjiä kohti ympäristöystävällisempiä tuotteita. Kuitenkin menetelmäteknisesti kloori on olut yksi parhaista lisäaineista lastuamisnesteessä ja sen paheksunta onkin aiheuttanut teollisuudessa suuria menetelmäteknisiä ongelmia.

Dioksiinin muodostus ei kuitenkaan ole ollut suoraan vain ainoastaan kloorilisäaineen vika, vaan taustalla ”juurisyynä” on ollut jätteenpolttolaitosten käyttämä liian alhainen polttolämpötila. Tästä syystä esim. Suomessa Ekokemin käyttämässä prosessissa palamislämpötila on valittua riittävän korkeaksi estämään dioksiinin muodostuksen. Näin klooria on ”turhaan” paheksuttu, kun oikeasti olisi pitänyt puuttua polttolaitosten polttolämpötilaan ja laittaa nämä jätelaitokset siltä osin asianmukaiseen kuntoon.

Nykyinen trendi on nestemarkkinoilla, että EP lisäaineistusta enää harvemmin käytetään, ainakin julkisesti em. ympäristösyistä ja että bakteerit käyttävät etenkin rikkiyhdisteitä ravintonaan.

Käytännön olosuhteissa lastuamisnestejärjestelmään joutuu runsaasti työstökoneista ja sen osista sekä laitteista valunutta vuotoöljyä. Näiden todellinen pitoisuus lastuamisnesteessä voi nousta huomattavankin korkeaksi. On huolehdittava, etteivät nämä vuotoöljyt pääse pilaamaan lastuamisnestettä ja sen toimintamahdollisuuksia ja -edellytyksiä.

Työstökoneessa käytetyt voiteluöljyt tulee valita siten, että niiden kemiallinen ja fysikaalinen yhteensopivuus on hyvä käytetyn nesteen kanssa. Olisi naivia edes ajatella, etteivät koneen voiteluöljyt ja käytetty lastuamisneste reagoisi keskenään nestesäiliössä työstölämmön ja nestepumppujen voimakkaan sekoittamisen seurauksena.

Huono fysikaalinen yhteensopivuus merkitsee, sitä että vuotoöljy emulgoituu lastuamisnesteeseen, mikä estää vuotoöljyn erkaantumisen öljykalvoksi nesteen pinnalle, vaan vuotoöljy kulkee nesteen mukana lopulta palaen karstaksi teräsärmää kiinni haitaten teräsärmän jäähdytystä. Samalla emulsion pisarakoko kasvaa ja sen mukana refraktometrin näyttämästä tulee epäselvä / suttuinen ja mittaustuloksesta parhaimmillaankin suuntaa antava. Erkautustestissä näytteiden erottuvuus nopeudessa on valtavia eroja. Nopeimmillaan vuotoöljy nousee emulsion pintaa sekunneissa ja hitaimmillaan öljy ja emulsio ovat sekaisin ilman toivoakaan erkaantumisesta (näytteet lopulta hävitettiin 20 vuoden odottelun jälkeen emulsion ja öljyn ollessa edelleen täysin sekaisin). Nopea erkaantuminen varmistaa, että vuotoöljyt voidaan ja saadaan poistetuksi lastuamisnesteen pinnalta käyttäen siihen öljynerottimia eli ”skimmereitä”.

Huono kemiallinen yhteensopivuus johtaa lastuamisnesteen kemiallisten ominaisuuksien muutoksiin, jolla on haitallisia vaikutuksia työstökoneen kumi ja muovi komponenttien kunnolle (sähköjohtimien hapertuminen, kumiosien kuivuminen ja turpoaminen). Lisäksi koneessa käytetyt tiivistemateriaalit degeneroituvat (tiivisteiden pettäminen) sekä lisäksi koneen maalipinnat saattavat irrota huonon kemiallisen yhteensopivuuden aiheuttamana. Kemiallisen epäyhteensopivuus voi aiheuttaa myös muutoksia lastuamisnesteen sähkönjohtavuuden ja nesteen pH:n tasoon, millä on havaittu suoria vaikutuksia korroosion esiintymiseen työstökoneessa ja työkappaleissa.

Nesteen vaihtovälin pidentäminen vaatii nesteeltä hyvää mikrobiologista stabiilisuutta ja vuotoöljyjen sietokykyä. On huolehdittava ns. nesteiden ja öljyjen fysikaalisesta ja kemiallisesta yhteensopivuudesta. Käytännössä tämä tarkoittaa yhteensopivuustestien tekemistä laboratoriossa, jossa mitataan ja arvioidaan nesteelle vuotoöljystä aiheutuneita muutoksia sekä niiden vaikutuksien muodostamaa uhkaa työstökoneelle ja sen komponenteille, nesteen toimivuudelle ja kestolle. Lastuamisnesteen ja vuotoöljyjen huono yhteensopivuuden aiheuttamat ongelmat ovat tyypillisesti esim. kumi ja muoviosien hapertuminen, maalien irtoaminen, tiivisteiden pettäminen, korroosio sekä emulsion pisarakoon kasvu.

Pelkkä itse tehty ns. erottuvuustesti (fysikaalinen yhteensopivuus), missä sekoitetaan suljetussa astiassa (esim. pullo) emulsiota (5%) ja kutakin vuotoöljyä 1:1 suhteessa ei ole pitkässä juoksussa riittävä toimenpide, koska se ei paljasta minkälaisia kemiallisia reaktioita ja muutoksia vuotoöljy nesteelle ja sen rakenteelle aiheuttaa (kemiallinen yhteensopivuus). Siksi nestetoimittajan olisi pystyttävä toimittamaan luotettavia yhteensopivuustestituloksia ja -suosituksia omien tuotteidensa osalta markkinoiden yleisimpien öljyjen kanssa testattuna. Tarvittaessa toimittajan pitää olla myös valmis testaamaan asiakkaan käyttämien öljyjen yhteensopivuuden omien nesteidensä kanssa, jos tätä tietoa ei ole muuten saatavilla.

Lastuamisnesteiden käyttöön liittyy paljon terveyteen vaikuttavia tekijöitä, joihin EU:n kemikaaliasetuksella ”REACH act:lla” on pyritty vaikuttamaan nostamalla nesteissä käytettävien raaka-aineiden työturvallisuuden vaatimuksia rajoittamalla joitain nesteiden raaka-aineita ja / tai niiden pitoisuuksia tiivisteessä. Samalla on nesteiden mikrobiologista stabiilisuutta parantamaan tarkoitettujen säilöntäaineiden ”biosidien” (bakterisidit ja fungisidit) käyttöä on voimakkaasti rajoitettu, mikä onkin tuonut ”uusia” bakterisidi vapaita tuotteita markkinoille. Tavallaan erikoiseksi tämän trendin tekee, että oikeasti näitä aidosti bakterisidi vapaita tuotteita on markkinoilla ollut jo yli 40 vuotta, mutta vasta nyt EU-viranomaisten vaatimusten kiristyessä on näiden ”puhtaampien ja käyttäjille turvallisempien” tuotteiden tarjonta selvästi laajentunut ja nyt näitä tuotteita sitten markkinoidaan ”uutuuksina”.

Näiden bakterisidi vapaiden nesteiden toiminta perustuu valtaosin ajatukseen, missä nesteen jollain komponentilla on ns. ”sekundaarinen funktio” toimia bakteerien kasvua hillitsevänä komponenttina, ilman virallista bakterisidi luokitusta.

Erotuksena edellisistä on markkinoilla myös nesteitä, joiden toiminta perustuu vaihtoehtoiseen ajatukseen missä annetaan nesteeseen hallitusti kasvaa harmittomia ei patogeenisiä (tauteja aiheuttavia) bakteereita, jolloin nesteeseen ei jää vapaata ekologista lokeroa patogeenisten (tauteja aiheuttava) bakteerien kasvulle. Näin neste voi säilyttää pitkän vaihtovälinsä aiheuttamatta käyttäjille turhaa altistusta haitallisille bakterisideille, (aiheuttavat tyypillisesti käyttäjille erilaisia iho-oireita).

Noin. 80kg painavassa ihmisessä on noin 1.5 – 2 kg elävää bakteerimassaa ilman, että hän olisi ”yhtään sairas”. Terve elimistö käyttää ja tarvitsee bakteereita moneen eri tarpeeseen, kuten esim. suolistossa ruoansulatukseen ja esim. suojaamaan ihon pintaa.

Aidosti bakterisidi vapaiden nesteiden kanssa on ymmärrettävä, ettei normaali bakteerien kokonaismäärää mittaavat viljelytestit vielä kerro totuutta nesteen mikrobiologisesta tilasta. Vain menetelmät, jotka perustuvat nestenäytteestä viljellyiden bakteeripesäkkeiden tunnistamiseen visuaalisesti tai DNA analyysia käyttäen, voivat aidosti määritellä nesteen mikrobiologisen tilan ja sen käyttöturvallisuuden.

Refraktometri
On nesteen optiseen taitekertoimeen perustuva mittalaite, jolla mitataan lastuamisnesteen konsentraatio, eli väkevyys %. Refraktometriä tulee kalibroida säännöllisesti ”mittaamalla” puhdasta vettä, jolloin mittalaitteen asteikko tulee säätää näyttämään nollaa, kiertämällä säätöruuvia laitteen kyljessä.

Koska erilaisten öljyjen ja emulgaattorien muodostaman nestetiivisteen optiset ominaisuudet vaihtelevat suuresti, tulee usein väkevyyden mittauksen yhteydessä huomioida nesteen ns. refraktometri kerroin, joka nimensä mukaan kertoo millä luvulla on mittatulos kerrottava, jotta tulos vastaisi todellista väkevyys %:a. Yleensä tämä kerroin voi vaihdella suurellakin välillä (1 – 4), tyypillisesti välillä 1 – 2 nesteen mukaan. Esimerkiksi refraktometrikerroin on 1,8 ja refraktometrin lukeman 5%. tällöin todellinen väkevyys on 5×1,8=9%.

PH-mittausliuskat
Nesteen pH pitäisi mitata ja kirjata ylös mielellään useamman kerran viikossa. Jos pH:n arvossa esiintyy suuria muutoksia viitearvoihin, tulee selvittää mistä pH:n muutos johtuu. Nesteen konsentraatio myös vaikuttaa sen pH:n arvoon, korkealla pitoisuudella on pH:n arvo korkeampi ja vastaavasti matalalla matalampi pH.
lastuamisnesteiden korroosionpuskurointikyky yleensä perustuu nesteen alkalisuuteen (emäksisyys), tyypillisesti nesteen pH:n vaihdellessa välillä 8,2-10. Usein nesteessä esiintyvät häiriöt näkyvätkin nopeinten nesteen pH:n muutoksina. Xylitoli purukumin tv mainoksista olemme jo nuorena oppineet, että bakteerit aiheuttavat suussa ruokailun jälkeen ns. ”happohyökkäyksen”. Sama analogia pätee myös lastuamisnesteisiin, eli mikrobien määrän kasvu nesteessä näkyy pH:n alenemisena (happohyökkäyksenä), koska bakteerien aineenvaihduntatuotteet ovat happamia. Lisäksi monet ei yhteensopivat vuotoöljyt voivat vaikuttaa nesteen pH arvoa alentavasti ja samalla vaarantamalla nesteen korroosionestokyvyn. Pitkään käyttämättä olleen nesteen pH yleensä alenee, varsinkin jos nesteen pinnalle on päässyt muodostumaan hapettumiselta ehkäisevä öljykalvo. Yleensä nesteen pH kohoaa takaisin normaalille tasolle, kun nestettä taas aletaan käyttää ja neste pääsee ilmaantumaan sen kiertäessä koneessa.

Veden kovuuden mittausliuskat
Käytetyn veden kovuus vaikuttaa suoraan nesteen taipumukseen muodostaa vaahtoa. Pehmeällä vedellä tyypillisesti esiintyy runsastakin vaahtoamista ja taas vastaavasti kovalla vedellä harvemmin. Keski-Euroopassa vesi on tyypillisesti kovaa, eli veteen liuenneiden mineraalisuolojen (kalkki ja magnesium suolat) määrä on suuri. Suomessa sekä skandinaavien alueella vesi on taas yleensä pehmeää. Nesteen ylläpito tankkauksen yhteydessä tuoreen nesteen veden mukana tulee järjestelmään lisää veteen liuenneita mineraalisuoloja, jolloin ne voivat ajan kanssa kumuloitua nesteeseen, kun vesi haihtuu, mutta suolat eivät. Tämä voi aiheuttaa järjestelmän veden kovuuden merkittävän kasvamisen ajan kuluessa. Äärimmäisessä tilanteessa korkea veden kovuus voi aiheuttaa emulsio hajoamisen kahdeksi faasiksi, vedeksi ja öljyksi. Tämän takia usein kovan veden esiintymisalueilla konepajojen vesijärjestelmään asennetaan erilaisia veden käsittelylaitteita, kuten käänteisen osmoosioon perustuvat suodatusjärjestelmät tai ns. pehmennys suodattimet, joilla alennetaan käytettävän veden kovuutta ja estetään suolojen kumuloituminen järjestelmään.

Nitraatti ja nitriitti mittausliuskat
Nitraattien ja nitriittien mittaus: Ei ole Suomen ja etenkään Blaser nesteiden käyttäjien ongelma. Taustalla on saksalainen työsuojelulainsäädäntö, joka määrää, että työstönesteissä, joissa on havaittu nitraatteja tai nitriittejä, tulee niiden pitoisuus mitata säännöllisesti viikottain ja työjohtajan on vielä allekirjoituksellaan vahvennettava em. mittaustulokset, joille on asetettu raskas 10 vuoden säilyttämisvelvoite. Pelkona tässä yhteydessä on työstönesteeseen mahdollisesti muodostuva nitrosamiinit.
Nitrosamiineja tunnetaan noin 300 erilaista yhdistettä ja niiden on havaittu olevan karsinogeenejä, eli syöpää aiheuttavia. Lastuamisnesteissä yleensä käytetään amiineja pH:n puskurointiin, korroosioinhibiittorina ja joskus myös osana emulgaattoria. Amiini on pitkäketjuinen typpiyhdiste, joita on kolmea tyyppiä, primaari, sekundaari sekä tertiaarinen amiini. Primaari amiini on haaroittumaton pitkä typpiketjuyhdiste, sekundaarinen amiini on kaksihaaraiseksi jakaantunut pitkä typpiketju ja tertiaarinen amiini taas on vastaavasti kolmihaarainen pitkä typpiketjuyhdiste. Nitrosamiinien muodostumisreaktiot ovat tarkemmin tuntemattomia, mutta korkealla lämpötilalla ja alhaisella pH:lla on ollut muodostumisreaktiota suosivia vaikutuksia. Lisäksi muodostumista varten tarvitaan tietysti nesteeseen myös nitraatteja tai nitriittejä. Amiini yhdisteistä sekundaarinen amiini on se suurin syntipukki, joka muodostaa isoimman riskin nitrosamiinien muodostukselle, primaarinen ja tertiaarinen amiini ovat liki neutraaleja tässä suhteessa, eivätkä siis ole riski käyttäjälle. Tämän takia esim. Blaser erikseen vakuuttaa tuote-esitemateriaalissaan, ettei neste sisällä sekundaarista amiinia tai nitrosamiinia monen muun tunnetun ongelmallisen aineen lisäksi.