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1、精密清洗技术述评清洗世界CleaningWorld第27卷第6期2011年6月文章编号:16718909(2011)06001707精密清洗技术述评瞿德勤,郑安新,王计桥(1.江苏德美化工科技有限公司,江苏泰州225505;2.海南蓝星清洗防腐有限公司,海南海口570100)摘要:论述了精密清洗的概念,常见清洗工艺和应用领域.比较了与传统工业清洗的区别和特点.对精密清洗技术的清洗剂性能特点,配方成分,清洗运行成本,环境因素等方面进行了阐述.关键词:精密清洗;工业清洗;替代清洗技术;清洗剂组成中图分类号:TQ051文献标识码:BReviewofprecisecleaningtechniqueQD
2、eqin,ZHENGAnxin,WANGJiqiao(1.JiangsuDymaticChemicalsTechnologyCo.,Ltd.,Taizhou,Jiangsu225505,China;2.HainanBluestarCleaningandAnticorrosionCo.,Ltd.,Haikou,Hainan570100,China)Abstract:Thispaperdiscussestheconceptofprecisecleaning,generalcleaningprocessanditsapplications.Thedifferencesandperformanceof
3、traditionalindustrialcleaningarecompared.Besides,theperformanceofcleaningagent,componentsofformula,cleaningoperationcostsandenvironmentalfactorsofprecisecleaningtechniquearediscussed.Keywords:precisecleaning;industrialcleaning;cleaningalternativetechnique;componentsofcleaningagent精密清洗主要指清除各种精密机械零部件,
4、电子零部件,光学零部件等在加工制作生产过程表面残留的微小的颗粒性污染物,助焊剂和油脂,是不同于大型工业设备清洗的高端清洗的技术总称.精密清洗领域主要为金属清洗,电子元器件清洗,光学材料清洗和LCD,LED,硅晶片,精密铸造蜡模,医疗器械,印刷线路板以及纺织品等的清洗.1精密清洗常用工艺精密清洗技术主要体现在精密清洗剂,特殊的清洗设备,清洗工艺.其中清洗剂是关键技术.主要有水基清洗剂,半水基清洗剂,非ODS溶剂类清洗剂,ODS溶剂类清洗剂,特点是除油能力强,作用时间短,清洗后部件上清洗剂残留量小.清洗工艺常见的有超声波清洗,蒸气浴洗,滚刷清洗,喷射清洗,静态浴洗等多种清洗工艺.2精密清洗主要应用
5、领域精密清洗按照主要用途分为以下多个行业:汽车,飞机,船舶等外表的清洗;用于内燃机,发动机,收稿日期:20100715作者简介:瞿德勤(1964一),男,湖北人,工程师,主要从事金属表面清洗研究开发和生产经营活动.清洗世界第6期压缩机,汽缸等重要部件组装前的清洗;精密仪器仪表,通信设备,计算机等加工组装前和修理时的清洗;印刷电子线路板,光学镜片等零部件过程清洗;电气,机械等重要零部件的清洗;金属零部件,机器,设备表面喷粉,涂漆,电镀等表面处理前的清洗,脱脂预处理;压缩气体缸,耐压贮罐等内表面的清洗;感光胶片,合成树脂,纺织品,皮革等的表面清洗;服装,纺织品干洗;彩电,汽车,空调等行业金属部件,
6、电子组件的清洗;程控交换机,移动机站,配电机柜维修的清洗;其他设备或部件的清洗.气溶胶喷雾剂,溶剂直接配制成气雾罐型清洗剂.按照清洗的对象并兼顾所在行业,国际上习惯将精密清洗分类为:电子清洗行业,金属清洗行业,精密清洗行业及其他清洗行业.2.1电子清洗行业精密清洗是各类电子产品在生产,使用等过程中必须进行的重要工序之一,也是ODS清洗较大的市场之一,涉及印刷线路板(PCB板),真空元器件,程控交换机,半导体,集成电路,精密机电,电子仪器仪表,电子零部件等.电子行业需要清洗物品的主要污染物为颗粒性残留物,包括助焊剂,带静电粉尘和污物.非极性残留污染物包括油脂,蜡和树脂残留物.极性残留污染物包括卤
7、化物和盐等.2.2金属清洗行业金属精密清洗是涉及各个行业的普遍性工艺,诸如机器,机电零部件制造,制冷设备制造,医疗器械加工等.各行各业多多少少都存在金属清洗任务.金属加工业是金属清洗最为集中的行业.技术进步使加工精度提高的同时,对金属的表面清洁度提出了更高的要求.金属清洗的无机污染物包括磨料颗粒,飞尘,金属粉末等;有机污物包括:植物油脂研磨剂中的油脂,切削油,润滑油等,矿物油脂机油,防锈油,润滑油,石蜡等矿物油,动植物油与矿物油的混合油脂根据加工需要而配置的一种混合油,热粘附物机器油,润滑油等油类因磨擦发热烧焦或淬火烧焦而生成的热粘附污物,抛光膏残留物抛光时,抛光膏在从抛光轮移向抛光面时,粘附
8、在工件表面上的物质,指纹一种动物油脂,对金属有腐蚀作用,其他污物如涂料,粘污剂,油墨等.2.3精密产品清洗行业主要清洗对象是液晶显示器面板,硅晶片,显像管,精密仪器,光学镜片等产品.这类产品对清洗的洁净度一般要求很高.精密产品主要污染物是:在前工序与贮存中沾附于物件表面的污物或灰尘等;指纹,头皮,毛发及化妆品等人体污染物;衣着,纸制品,薄纱,掉落的纤维毛;换气装置性能欠佳或维护不良造成作业空间污染;生产装置及夹持工具的污染;夹持工具或反应管中磨耗部产生的金属粉末;玻璃及橡胶等的磨耗粉末;光刻胶等油污,溶剂蒸汽等;处理流体内的微粒,管道与阀门产生的尘土;处理药品所含微粒与微生物.2.4其他清洗行
9、业主要清洗业务是除上述三个行业以外的所有精密清洗行业的总称,例如感光行业的感光胶片,合成树脂片清洗;纺织行业丝织品,毛织品,皮革制品的产品的干洗,修补清洗;精密铸造行业蜡膜清洗;也包括各种灌装清洗剂,清洗剂配置行业,如带电清洗剂,卡板清洗剂,荧屏清洗剂,配置蜡膜清洗剂,铁轨润滑剂,电接触表面润滑保护剂等.3精密清洗与大型工业设备清洗的不同3.1清洗的对象不同工业设备清洗的对象主要是大型设备,如:塔器,容器,产热设备(如锅炉),换热设备(加热器,冷却器等),反应设备,管道及其它们组成的大型生产装置.精密清洗的对象是精密金属零部件,电子元器件,集成电子线路板,医疗器件,光学元器件,第27卷瞿德勤等
10、.精密清洗技术述评LCD,LED,硅晶片,纺织品等精密部件.3.2清洗的污垢种类不同工业清洗以除油,除锈,除垢,钝化,预膜为主要目的,旨在提高设备传热性能,防腐性能和设备运行稳定性能,降低产品的污染,消减环境污染等.常见的污垢主要有:无机钙镁盐,金属氧化物,高温碳化物,重质油脂,物料残留物,微生物等可以视觉分辨厚度的污垢.精密清洗主要以除油,除尘,除助焊剂为主,少量辅助除锈,防锈,目的是提高部件表面清洁度,提高部件的二次加工性能,长效使用质量.常见污垢与产品所处行业密切相关,各有所不同.3.3要求的清洁度不同工业清洗对于长期运行设备而言,清洗主要指标洗净率,除垢率大于90%时一般就认为清洗效果
11、良好.清洗后,被清洗表面上还会残留较多的污染物.对于新建设备而言,除油,除锈效果达到洗净率大于95%时,认为效果良好(详见国家标准GB/T25146-201032业设备化学清洗质量验收规范规定).精密清洗主要以表面清洁度来表示清洗效果,一般对清洁度的要求都很高.部件,用途不同时清洗质量要求各异,要求最高的是精密电子行业和光学仪器行业,要达到高精度,无残留,无印迹,无离子.有时,要求干燥速度快,挥发速度快,不腐蚀,不生锈,不变色.这些要求都远高于工业清洗的质量要求.3.4清洗的材质不同工业清洗中清洗剂通常接触的材质以碳钢,铸铁,不锈钢,铝,石墨为主,少量的有陶瓷,塑料,钛材.一般为大型设备和装置
12、.而精密清洗中清洗剂通常接触的材质主要是不锈钢,碳钢,塑料,玻璃,硅片,石蜡,导电贵金属,如金,银,铜,锌等多种材料,也可能是金属和非金属连接体.一般为小型零部件,元器件.3.5清洗的工艺,时间和清洗装置不同工业清洗工艺的一般采用循环清洗,喷淋清洗,浸泡清洗.清洗步骤一般是除油,除锈(垢),漂洗,钝化.清洗方法多为间歇式清洗.每个清洗工序至少需要4h,设备从开始清洗到结束需要的总施工时间最少需要8h,大型清洗工程一般用时需要510天,甚至一两个月的操作时间.其清洗装备,设备一般是适合于流动作业的撬装式清洗装备,比较先进的是全自动清洗工程车.精密清洗大多数采用超声波清洗工艺,部分采用浸泡清洗,极
13、少数采用手工擦洗.通常是连续清洗工艺,清洗步骤一般是”一直两道”粗洗,”一直两道”精洗,”两道”清水漂洗,”一道”干燥等一个较长的连续清洗工艺.清洗中,每个节拍只有l8rain,需要清洗的部件从开始进入到完成,完整的清洗工艺总时问一般仅1030min.清洗装备一般为固定式的,多槽式的,超声波清洗装备或循环式喷淋清洗设备.3.6清洗剂的种类和使用方式不同工业清洗按工艺阶段和污垢类型不同,使用的清洗剂不同.一般除油使用碱洗,采用强碱和表面活性剂组成的清洗剂为主;除锈或除垢工艺一般采用酸洗或络合清洗,采用盐酸,硫酸,硝酸,氢氟酸,磷酸,柠檬酸,氨基磺酸,羟基乙酸,醋酸,甲酸等强酸或多种酸组成的复合酸
14、为清洗助剂,也有可能采用乙二胺四乙酸(EDTA),氮川三乙酸(NTA),乙二胺四甲叉膦酸(HEDP),氨基三甲叉膦酸(ATMP)等常见络合剂为清洗主剂,再复配以缓蚀剂,促进剂,渗透剂,表面活性剂,氧化剂或还原剂.漂洗一般是采用柠檬酸,氨水,EDTA等组成的漂洗剂进行漂洗.钝化则采用氨水,氢氧化钠,磷酸三钠,三聚磷酸钠等碱性物质,配合一些氧化剂(如亚硝酸钠,双氧水)作为钝化成膜剂.精密清洗在粗洗和精洗阶段通常都采用除油能力很强,挥发速度快的有机溶剂或除油能力强的水清洗世界第6期基清洗剂组成精密清洗剂进行清洗.精密清洗剂有多种类型,除部分是由表面活性剂配合一定的碱性除油促进剂组成的水基清洗剂外,大
15、部分是由具有很强除油能力的有机溶剂组成.漂洗多用纯水.干燥一般用热风.3.7清洗后废液处理方式不同工业清洗的废液单次流量大,污染性强,为强酸,强碱性废水或高COD废水,其清洗剂浓度较低,没有回收再利用价值.一般采用中和处理后再进行生化处理,个别直接排放.其清洗剂为一次性产品,残留废物不允许破坏臭氧层.精密清洗如采用有机溶剂清洗时,则其清洗废液大多数要回收再利用.回收方法主要是蒸馏一冷凝法,回收率90%以上.精密清洗只有采用水基清洗时才有废水处理问题,其清洗设备一般都有独立的生化处理池.溶剂清洗可以无限次蒸馏回收,几乎没有废水,只有少量挥发性废气泄漏到大气.有些清洗剂废气的ODP高,能破坏臭氧层
16、,GWP高易引起全球变暖.3.8市场领域不同工业清洗服务领域主要是石油,化工,冶金,电力,交通,运输,机械,纺织,印染,建筑业,核工业,轻工业等重要工业领域中的设备,装置的除油,除垢,防腐钝化,干燥等.精密清洗服务领域主要是金属加工,精密电子,光学仪器,医疗器械等领域,如金属加工业,汽车空调,家用空调,冰箱冰柜等与制冷有关和太阳能行业;主要目的是零部件除尘,去油,提高表面再加工性能等.3.9清洗服务方式不同工业清洗专业性很强,技术操作难度较大,清洗对象的形状,大小,材质,污垢类型随时变化,要求清洗条件和清洗工艺必须进行个性化的设计和调整,对清洗剂的要求宽松,可以根据需要自由组合,清洗质量主要取
17、决于综合施工水平,所以工业清洗主要以提供全方位的清洗工程服务为主.精密清洗部件的材质,大小,形状,污染程度,清洗操作人员,清洗的环境,条件相对固定,清洗工艺大部分程序化,对清洗剂的要求很高,清洗质量主要取决于清洗剂的综合质量,所以精密清洗主要以提供优质清洗剂产品为主.4精密清洗技术分类精密清洗根据不同的行业和应用领域,所用的清洗技术各不相同,从大的方面来说大致分为以下几种技术类型:免清洗技术,水基清洗技术,半水基清洗技术,不燃型非ODS溶剂清洗,可燃型非ODS溶剂清洗.4.1免清洗技术主要应用于金属行业和电子行业.在金属行业,利用可挥发性冲压油,在加工完成后加热部件,使冲压油挥发,达到表面清洁
18、目的.这种技术关键是挥发性冲压油要有良好的润滑性和挥发性.该业务主要用于部件精度要求不高,材质较软的零部件加工领域.电子行业应用非松香,低残留免清洗助焊剂,利用特种的波峰焊技术完成焊接,工件表面残留的离子物质较少,不再需要清洗.该业务主要用于民用领域,安全性要求不高的领域,如电视,音响等,对安全性高的如医疗,军工,应急设施不采用此技术.4.2水基清洗剂和半水基清洗剂水基清洗技术包括高纯水清洗,电解离子水清洗和水基清洗剂清洗三大类.高纯水清洗主要用于精密清洗行业,如光学玻璃,LCD,硅片的清洗等.水基清洗是国内目前金属清洗的主流,技术进步很快,原材料供应充足,清洗设备规格齐全,清洗现场不燃不爆,
19、操作安全可靠,清洗成本略高于ODS清洗.无论是清洗剂还是清洗工艺都是成熟可靠的.水基清洗存在的较为普遍的问题是清洗废水处理问题.其实,水基清洗废水处理在技术层面上不存在第27卷瞿德勤等.精密清洗技术述评问题,只是金属清洗行业的清洗废水量往往太小,专业水处理公司不愿提供小型化处理设备,或设备一次性投资较高,企业环保意识尚未达到一定高度等原因造成的.水基清洗剂应用范围很广,是最有前途的精密清洗剂.水基清洗的优点是水基清洗剂ODP值为0,大多数具有生物降解性,不燃不爆,对健康和环境的危害性低,能很好地去除无机及极性有机污染物.半水基清洗剂是水基清洗剂和有机溶剂的组合清洗,因存在废液处理问题,应用有限
20、.4.3可燃性非ODS溶剂清洗技术可燃型非ODS清洗剂主要是以c,H,O等元素组成的化合物,其中碳氢化合物清洗剂是最典型的代表.碳氢化合物清洗剂一般是从石油中提取的,所以具有优良的去油脱脂性能,不含卤素,不会对臭氧层构成危害,属于环保型ODS替代清洗剂.碳氢化合物应用于金属清洗是由日本专家最早提出来的技术方案,现在已是ODS替代清洗剂的主流产品.由于碳氢化合物清洗剂具有较低的闪点(一般在4868之问较多),易燃易爆,用于清洗存在安全隐患;碳氢化合物清洗剂沸点较高(一般在150190之间),清洗后工件快干性和溶剂回收再利用性不如传统低沸点卤代烃溶剂.所以,使用碳氢溶剂清洗,一般需要制作特殊的专用
21、清洗,干燥设备和真空回收设备,同时要准备相应的安全预防和自动消防设施.其设备,设施造价较高.常见清洗剂有碳氢化合物,如:正戊烷,正己烷,正庚烷,环己烷,苯,甲苯,二甲苯,萜烯等;醇类,酯类,醚类,酮类溶剂,如:丙酮,异丙醇,乙酸乙酯,乙酸丁酯,丙二醇甲醚,二乙二醇二甲醚等.可燃型非ODS清洗剂的优点如下.(1)清洗性能好.碳氢化合物清洗剂与大多数的润滑油,防锈油,机加工油同为非极性的石油馏分.根据相似相溶的原理,碳氢清洗剂清洗这些矿物油污垢的效果要好于卤代烃和水基清洗剂.(2)蒸发损失小.碳氢化合物清洗剂沸点一般在150C以上,在使用保管过程中挥发损失要比沸点在4O80C的卤代烃小得多,对包装
22、物和设备的密封要求较低.(3)无毒.经毒理试验,碳氢化合物清洗剂的吸人毒性,经口毒性和皮肤接触毒性均属低毒,且不属于致癌物质.与卤代烃相比,对清洗操作人员更安全.(4)材料相容性好.碳氢化合物清洗剂中不含水分,氯,硫等腐蚀物,对各种金属材料不会产生腐蚀和锈蚀.另外,由于其属于非极性溶剂,对大部分塑料和橡胶没有溶解,溶胀和脆化作用,因此应用范围极广.(5)可彻底挥发,无残迹.碳氢化合物清洗剂是非常纯净的精制溶剂,在常温或加温状态下可完全挥发,没有任何残留.(6)环境友好.碳氢化合物清洗剂可以自然降解,清洗废液可以放人燃煤或燃油锅炉中焚烧.焚烧的生成物主要为CO和水,对空气没有污染.碳氢化合物清洗
23、剂中不含氯,对臭氧破坏系数为零.4.4不燃性非ODS溶剂替代清洗技术不燃性非ODS清洗剂主要是含有卤素的有机溶剂,主要包括卤代烷烃,如二氯甲烷,三氯甲烷,二氯乙烷,1,l,2一三氯乙烷,四氯乙烷,正溴丙烷,异溴丙烷;卤代烯烃,如三氯乙烯,四氯乙烯;HCFC溶剂,如141B,AK225;氟醚和全氟烷烃HFC,如十氟戊烷等.这类清洗剂除油作用强,不易燃,价格便宜,没有ODP值,挥发速度快,但对人体毒性较大,部分有麻醉作用,选择它们作为替代清洗时需十分慎重.三氯乙烯,四氯乙烯是TCA诞生之前最常用的工业清洗剂,不燃不爆,除油能力强.但其气味较浓,毒性较大,在保证良好通风和封闭清洗设备中是理想的ODS
24、替代清洗溶剂.已商品化的溴系清洗剂,如正溴丙烷或正丙基?22?清洗世界第6期溴(凡一PB),其清洗能力基本上与TCA相同,而且它的密度,气化潜热,表面张力,KB值,无着火点等物理性质都非常接近于TCA,所以只要对原有的清洗设备加以改造即可使用.氟醚和全氟烷烃HFC类清洗剂ODP值等于0,不燃,不爆,无毒,味小,是可以长期选择的ODS替代品清洗剂,但这类清洗剂价格非常高,每千克索价高达数百元,目前不太适合国内企业大量使用.5常用精密清洗剂组成为了方便参考,现将精密清洗剂按照其分类和常见的组成列于表1.表1常用精密清洗剂分类和组成组成分类水基清洗未处理水经处理水表面活性剂等添加剂水溶液半水基清洗有
25、机烃类有机酯或醚类吡咯烷酮类萜烯类硅氧烷类非ODS有机溶剂清洗可燃型有机烃类有机醇类有机酯,酮,醚类不可燃型氟类氢氟烃类全氟烃类氢氟醚类氯类氯代烃类溴类氢溴烃类自来水,温水,工业用水脱氧水,去离子水,超纯水离子型表面活性剂,非离子型表面活性剂,碱性添加剂,酸性添加剂,防腐剂烷烃,石油烃,环烷烃或芳香烃+表面活性剂+水乙二醇酯或乙二醇醚+表面活性剂+水一甲基一2一吡咯烷酮+表面活性剂+水萜烯+表面活性剂+水甲基硅氧烷或乙基硅氧烷+表面活性剂+水烷烃,石油烃,矿物油,环烷烃,芳香烃乙醇,丙醇,异丙醇正丁醇,环己醇,戊醇丙酮,丁酮,二乙醚,环己酮HFC一4310,HFC一356,HFC一338全氟丙
26、烷,全氟丁烷,全氟戊烷,全氟己烷HFE一7100,HFE一7200二氯甲烷一三氯乙烯一四氯乙烯正丙基溴一二溴甲烷6精密清洗性能比较为了方便企业在众多的精密清洗剂中选择一款适合自身情况的产品,现将各类精密清洗剂从清洗能力,运行成本,环境性能几个方面进行对比(见表2).(下转第32页)?32?清洗世界第6期负担,大大提高了工作效率.高压水喷淋系统结合水基金属清洗剂能有效地清除零件表面的各种污垢,杂质,从而进一步提高壳体类产品的使用寿命和可靠性,为公司产品清洗品质的提升起到关键的支撑作用.具有较好的实际应用效果,已达到预期的设计目标.(上接第16页)9蒋连生.COW油罐清洗工艺在现场的应用J.化学清
27、洗,1998(3):3540.10顾德哲,李国兴.COW清洗工艺在黄岛库储罐中的应用J.石油工程建设,2002(4):4446.11蒋连生,戴良,徐峰,贺立平,马成山.油罐机械清洗设备COW在我国的首次应用J.油气储运,1998(2):3741.12徐如良.工业油罐喷射清洗,底泥生成机理及其资源化研究D.杭州:浙江大学,2004.从表2可以看出,各种清洗剂无论在清洗性能,运行成本,还是环境性能,各有所长.清洗性能和环境性能好的产品,要么易燃,易爆,安全防护成本较大,要么毒性较大,劳动保护成本增加,环境安全可靠的,可能挥发性,快干性,残留量等方面又不尽人意,所以要根据企业自身条件和产品特征选择清洗剂产品.参考文献1孙良欣.中国清洗行业现状与展望J.净洗技术,2004,12(10):27.2曹以慧,于晓宁,马文超,等.清洗行业一三氯乙烷替代溶剂及替代技术应用J.清洗世界,2007,23(12):913.3唐艳冬,马文超,王铎.一三氯乙烷淘汰现状与替代技术J.清洗世界,2007,23(10):1621.
