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超声波清洗工艺

文章出处:东莞市南方力劲机械有限公司 人气:-发表时间:2017-05-26

现代大规模的光学加工行业,超声波清洗技术以其清洗洁净、清洗快速,并节省大量人力、物力而得到广泛应用。进厂后,我一直在进行超声波清洗工艺的工作,现从超声波的清洗原理、超声波清洗工艺、清洗剂的配制等几个方面谈谈自己的体会,以供同行参考。

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一、超声波清洗原理

超声波清洗机理极为复杂,到目前为止,还有许多问题有待研究人员论证,目前,相关人员对以下提法形成了共识,利用超声场所产生强大的作用力,以促使物质发生一系列物理、化学变化而达到清洗目的。具体来说:当超声波的高频(20-50KHZ)机械振动传给清洗液介质以后,液体介质在这种高频波振动下将会产生近真空的“空腔泡”,“空腔泡”对清洗对象的强烈的作用称为“空化作用”。“空化作用”的有关理论如下:

1.主腔泡在液体介质中不断碰撞、消失、合并时,可使用周围局部产生极大的压力,这种极其强大的压力足以能使物质分子发生变化,引起各种化学变化(断裂、裂解、氧化、还原、分解、化合)和物理变化(溶解、吸附、乳化、分散等)。

2.共振作用,当空泡胞的本征变化频率与超声波的振动频率相等时,便可产生共振,共振的空腔泡内因聚集了大量的热能,这种热能足以能使周围物质的化学键断裂而引起一系列的化学、物理变化。

3.当空腔泡形成时,两泡壁间因产生较大的电位差而引起放电,致使腔内的气体活化,这种活化了的气体进而引发了周围物质活化,从而使物质发生一系列化学、物理变化。可见,“空化作用”提供了物质在发生物理、化学变化时所需的能量,但是理想的清洗速度和效果还要取决于清洗介质,即清洗液的性质。这种性质体现在清洗液与污物间所发生的各种物理、化学变化,要能够削弱和去除污物与玻璃零件表面间的附着力和结合力,并伎清洗保持原有的表面外观。

二、清洗剂的配制 

在讨论清洗剂的配制时,首先要想到清洗剂对污物的清洗原理及清洗过程。洗涤历史虽然已久,但因洗涤过程及体系的高度复杂,至今理论界对之仍只具备理论上研究而对洗涤过程难以达到数据控制。这是因为溶液体系是多相分散体系。分散介质又是含有各式各样组分的复杂溶液:体系中涉及的表面和界面,以及污垢的性质都极为复杂。具体到光学镜片镀膜前的清洗,简言之:由于清洗液的存在,使水的表面张力得到极大程度的降低,并使固液面发生极大程度的润湿、渗透、乳化等一系列的化学作用,从而使污物脱离固体表面而使镜片表面干净、无尘。特别要注意的是,由于光学镜片的组成材料及比例差别很大,造成其表面硬度和化学活性也相径庭。为保护镜头表面在消洗过程中不受清洗剂的腐蚀以及镜片能得到快速彻底地清洗,所以要十分注意清洗剂原料的选择及合理的比例。

超声波清洗机所用的清洗剂多为液体洗涤剂,组成模式为:表面活性剂、赘合剂、其他助剂,其它有机溶剂如三氯乙烯。 某物质当其溶于水即使浓度很小时,能显著降低水同空气的表面张力,或水同其他物质的界面张力,则该物质称为表面活性剂。水溶性表面活性剂的分子结构都具有不对称的、极性的特点。分子中同时具有亲水基和亲油基,图示如下:

由于这种不对称的极性结构,表面活性剂被定向吸附在水溶液同其他相的界面上,这样大大改变了体系的物理性质,特别是各相界面的界面张力。根据表面活性剂溶于水时亲水基团所表现出来的电性,可把表面活性剂分为阴离子、阳离子、中性及两性表面活性剂。螯合剂和溶液中的某些金属离子如Ca2+、Mg2+等形成稳定的螯合体,从而使洗涤剂具有抗硬水性的功能,具体到镜片清洗时,又可和镜片表面的某些含Ca2+、Mg2+的物质螯合而达到清洗作用。

某些助剂的加入,再起到以下作用: 

1、缓冲作用:使洗涤剂的PH值能维持稳定。

2、对金属的抗腐蚀作用。

3、能增加洗涤剂的乳化能力和乳化稳定性。

4、可使溶液具有很好的悬浮能力和稳定悬浮系统的能力,可防止污垢再次沉降。表面活性剂、螫合剂、助剂的选择原则:(1)组成的洗涤剂具有较强的清洗能力;(2)化学性质柔和,不损伤被洗物;(3)组分之间不发生化学作用而使组分失效;(4)具有良好的漂清性。配制洗涤液的使用温度及浓度应由具体实验确定。三氯乙烯的作用是通过对它上盘胶、蜡、沥青的溶解作用而达到清洗目的。

三、超声波清洗工艺

光学镜片加工中不同的工序应有不同的清洗工艺,从整体流程看,可分为四道工序:洗涤、漂洗、脱水、干燥。洗涤主要利用有机溶剂如三氯乙烯对上盘胶、蜡、防霉剂等的高度溶解而达预洗目的,然后利用洗涤剂对镜片表面的湿润、渗透、乳化而综合成的去污作用。漂洗,通过清水对镜片表面的冲洗及超声作用,使洗涤后松散于镜片表面的洗涤剂脱离镜片表面。

脱水:经漂洗后的镜片表面含有大量水分,进入脱水剂中进行脱水,脱水剂多为有机溶剂,和水能充分混溶。

干燥:干燥剂应和脱水剂沸点相近,互溶性好,干燥过程大略为:(1)干燥剂蒸汽在镜片表面冷凝为液体;(2)干燥剂液体和镜片表面的脱水剂形成共沸物;(3)一部分共沸物形成蒸汽离开镜片表面;(4)一部分共沸物以液体的状态流经镜片表面对镜片引冲洗作用。经过这些过程后,使镜片表面洁净、干燥。由于使用的脱水剂及干燥剂均为有机溶剂,对环境及操作人员都有或多或少的影响,为了避免这些影响,现代的超声波清洗技术已对干燥工艺进行了改良,使用纯水漂洗,而省略脱水,漂洗后的镜片表面为纯水状态,再由过滤的热风干燥,既为快速、有效地干燥镜片,又可避免有机溶剂对环境及工作人员的影响。

超声波清洗工艺应用刚刚起步,它还可推广到光学冷加工的各个工序、主机装配、金属精密件、医疗器械的清洗等方面,所以在还有很大的发展空间。


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