Применение вакуумных технологий от Leybold GmbH в оборудовании для промышленной чистки.

Данное применение можно разделить на следующие процессы:

• Проведение вакуумной сушки после моечных операций
• Вакуумное обезжиривание с помощью специальных агентов

Области применения

• 1) IT индустрия
• - Средства коммуникации
• - Компьютеры и компоненты
• - Полупроводниковая промышленность
• 2) Производство дисплеев и оптоэлектроника
• 3) Автомобильная промышленность
• 4) Машины и оборудование
• 5) Медицинская техника

Компоненты, нуждающиеся в очистке

• Компоненты из металла: литые изделия из стали или алюминия, а также штампованные и кованые детали, которые нуждаются в очистке в процессе производства
• Очистка и обезжиривание заготовок до и после термической обработки также являются очень важными технологическими этапами
• Неметаллические материалы, такие как смола, резина, стеклянная подложка ЖК-дисплея, также могут нуждаться в очистке
• Процедуры влажной очистки на основе растворителей позволяют достичь оптимального эффекта, в том числе и для деталей сложной формы

Типы машин

• По типу работы, машины делятся на:
• Отдельные, машины циклического действия
• Непрерывные, машины поточного действия

• По степени автоматизации их можно разделить на:
- Ручной тип управления
- Полуавтоматический тип
- Полностью автоматический тип

• По количеству моющих емкостей делятся на:
  - Машины с одним резервуаром
  - Машины с двумя резервуарами
  - Многоемкостные машины

Три основных вида агента растворителя для влажной очистки

На водной основе

Вода имеет главные преимущества - экологически чистая и не горючая

• Степень очистки достаточна для большинства применений
• Необходима хорошая сушки, для избежания коррозии продукта
• Экологичность
• Безопасное обращение (не горюч)
• Наиболее часто используемый

На углеводородной основе

Углеводородные чистящие средства обычно представляют собой алканы с температурой кипения около 140-190 °С. Это огнеопасный материал (температура возгорания: 50 °C - 75 °C, температурный класс: T3).

• Очень хорошая степень очистки
• Не вызывает коррозию металлов
• Экологически чистое использование
• Для предотвращения возгорания требуется соответствующая концепция безопасности
• Использование углеводородов на рынке демонстрирует тенденцию к росту

На основе галогенированных углеводородов

Поскольку известно, что галогенированные растворители воздействуют на озоновый слой Земли, их использование строго ограничено.

• Превосходная степень очистки, отвечающая даже самым высоким требованиям
• Не вызывает коррозию металлов
• Необходимы высокие меры по защите окружающей среды для предотвращения выбросов
• Безопасное обращение (не горючий)
• Редкое использование, только для определенных очень высоких требований к степени очистки

Методы сушки (после очистки)

Сушка горячим воздухом

Преимущества

• Подходит для сушки холодных частей деталей
• Возможна сушка тонкостенных деталей с низкой теплоемкостью

Трудности

• Поток воздуха может достигать только внешних поверхностей, а не скрытого пространства (полости или отверстия)

Преимущества

• Облегчает сушку всех типов поверхностей (в том числе полостей)

Трудности

• Детали должны быть достаточно нагреты, так как они должны иметь достаточную тепловую энергию, необходимую для испарения растворителя
• Детали не должны быть слишком тонкостенными, так как в противном случае локально запасенной энергии может быть недостаточно
• Если запасенная тепловая энергия слишком мала, растворитель (вода) может замерзнуть, что препятствует быстрой сушке

Основные технологические этапы влажной очистки

1. Очистка деталей растворителем
2. Предварительная сушка - продувка сжатым воздухом
3. Окончательная сушка в вакууме

• Объединяют различные методы, такие как: распыление растворителя, пенообразование в вакууме, погружение в растворитель или ультразвуковая чистка
• Повторные этапы очистки с различными чистящими средствами

• Предварительная откачка камеры и деталей
  
  - Гарантирует смачивание всех поверхностей чистящим средством (в том числе, например, глухие отверстия)
  - Кислород удаляется, что является частью концепции безопасности при использовании чистящих средств на основе легковоспламеняющихся углеводородов.
  
• Поддержка вспомогательных технологий очистки, например, вакуумное пенообразование
• Финальная сушка: обеспечивает давление ниже точки кипения, необходимое для испарения всего растворителя со всех поверхностей (включая полости)

Чистящие машины на водной основе

Отдельные камерные системы

• Выбор чистящего средства зависит от обрабатываемых материалов и типа загрязнения
• На водной основе в основном используют щелочные, нейтральные или кислотные чистящие средства.
• Часто системы очистки используют поэтапный процесс, в результате объединяющий различные чистящие средства
• Обычно, даже вода для полоскания на последнем этапе в основном не является чистой водой, а содержит добавки

Методы комбинированной очистки

Для достижения достаточного уровня очистки в систему могут быть встроены механические средства, такие как ультразвуковая чистка, вакуумное пенообразование или инжекционная промывка.

• Ультразвуковая чистка
  -Очищающее действие ультразвуковых волн основано на принципе кавитации. Их колебание создает мельчайшие пустоты (пузырьки) в жидкости, которые затем немедленно разрушаются (кавитация). Это фактически «взрывает» частицы загрязнения с очищаемых деталей
  - Этот шаг часто выполняется в вакууме для удаления растворенного воздуха
• Вакуумное пенообразование
  - Во время промывки (если применяется) резервуар может быть откачан до ~ 600 мбар и в то же время закачан газ. Пузырьки газа бегут снизу вверх, перемешивая среду, отшелушивая грязь.
• Инжекционная промывка (IFW) - вихрь для деталей
  - Этот процесс используется для предварительной очистки деталей, сильно загрязненных стружкой и маслом или эмульсией. Цель операции - удаление загрязнений на первом этапе обработки.
  - Данный процесс в основном выполняется, с помощью использования набора водяных форсунок, направленных на деталь.
  - Высокие объемные скорости потока обеспечивают очень хорошее проникновение в полости.

Финальная сушка

Вакуумная сушка

• Полный процесс сушки можно разделить на два этапа:
1. Предварительная сушка горячим воздухом при температуре ~ 90 - 110 °C (опционально)
2. Финальная сушка под вакуумом

• Необходимые циклы сушки зависят от конкретных характеристик продукта. Они обычно определяются на основе экспериментов, за которыми следуют исследования на влажность продукта.
• Пример программы сушки:
1. Создать давление ~ 50 мбар
2. Запустите таймер и продолжайте откачку еще 60-90 секунд
Или:
1. Создать давление ~ 250 мбар
2. Запустите таймер и продолжайте откачку еще 40 секунд

Очистка на основе углеводородных соединений

Обезжиривание паром:

• Машины для очистки, использующие углеводородные растворители («холодные очистители»), обычно испаряют углеводородный растворитель и направляют пары в камеру очистки.
• Обычно это делается в «грубом вакууме»
• Пар конденсируется на всех поверхностях деталей и затем смывается
• Из-за испускаемого тепла при конденсации деталь нагревается быстро и эффективно (важно для заключительного этапа вакуумной сушки)
• Промывка конденсата-растворителя по поверхностям обеспечивает хорошую очистку
• На последнем этапе вся емкость вакуумируется, что приводит к быстрому испарению очищающей жидкости с поверхности детали.
• Время сушки можно сократить до нескольких минут

Вакуумная дистилляция:

• Чистящие средства очищают поверхности деталей от загрязняющих частиц и маслянистых слоев (оставшихся, например, от смазочно-охлаждающих жидкостей), тем самым они сами загрязняются и нуждаются в регулярной регенерации.
• Чистящие средства на основе углеводородов непосредственно рециркулируются внутри машины с помощью процесса вакуумной дистилляции или собираются и централизованно обрабатываются отдельным дистилляционным модулем на регулярной основе (например, 1 раз в день для, если используется 10 машин небольших размеров).
• Загрязненный органический растворитель нагревают в вакууме до температуры кипения.
• Поскольку твердые частицы не испаряются, а растворенные масла имеют более высокую температуру кипения, то пар состоит почти из чистого органического растворителя.
• Пар конденсируется и возвращается обратно в бак для очистки
• Таким образом, очищающие средства могут быть переработаны и поддерживаться в хорошем состоянии.
• Оставшаяся жидкость после процесса дистилляции (твердые частицы и масла с более высокой температурой кипения) остается на дне перегонного устройства, которое должно регулярно очищаться

Прикладные задачи для вакуумных насосов

• Обработка горячего воздуха или паров → Потенциальный перегрев
• Большое количество конденсирующихся паров → Потенциальная конденсация внутри насоса
• Повторяющиеся процессы с коротким циклом → Быстрое время восстановления
• Работа рядом с людьми → Требуется низкий уровень шума

• Использование легковоспламеняющихся паров → Требуется концепция безопасности, например необходимо избегать взрывоопасных газов путем инертизации или использовать взрывозащищенные продукты (к примеру, продукты, сертифицированные по ATEX)

• Предотвращение выбросов растворителя в окружающую среду → Использование герметичных насосов

Основные виды используемых вакуумных насосов

Водокольцевые насосы

• Небольшие начальные инвестиции
• Вода - Легкодоступная рабочая среда
• Ограниченная потребность в обслуживании
• Нет необходимости в конденсаторе со стороны всасывания

• Высокие эксплуатационные расходы:
- Высокое энергопотребление
- Загрязнение сточных вод

• Высокий уровень шума
• Рабочее давление зависит от температуры охлаждающей жидкости
• Плохой вакуум при работе с углеводородными растворителями
• Опасность кавитации и повреждения насоса

Масляные пластинчато-роторные вакуумные насосы

• Лучшее соотношение цены/скорости откачки
• Низкий уровень шума
• Низкое энергопотребление
• Хорошая паростойкость

• Регулярное обслуживание
• Обычно требуется конденсатор со стороны всасывания

• Большой газобалласт → Высокая устойчивость к парам
• Специальное вакуумное масло LVO130 → Длительный срок службы
• Маленький вентилятор охлаждения → Теплый насос с высокой стойкостью к парам
• Нет масляного фильтра → Фильтр не сможет забится от влажности
• Если требуются взрывозащищенные насосы: сертифицированные насосы ATEX или насосы с защищенными двигателями → Полная безопасность для углеводородных растворителей.

Винтовые насосы сухого сжатия

• Простое обслуживание с большими интервалами
• Высочайшая устойчивость к парам
• Часто используется без конденсатора со стороны всасывания
• Низкий уровень шума
• Низкое энергопотребление
• Доступно высокогерметичное исполнение (предпочтительно для галогенированных растворителей)

• Необходимы более высокие инвестиции

• Напуск газа к уплотнению вала со стороны двигателя → Пары не могут попасть в зону уплотнения / подшипника / двигателя
• Работа газобалласта → Нет конденсации пара в рабочей полости
• Глушитель с отверстием для слива → Шумоподавление и определенное место сбора конденсата
• Если требуются взрывозащищенные насосы: сертифицированные насосы ATEX → Полная безопасность для углеводородных растворителей.