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超聲波清洗機(jī)原理及工藝
文章來(lái)源:蘇州富怡達(dá)超聲波有限公司  未經(jīng)同意禁止轉(zhuǎn)載  2008年12月9日
超聲波清洗技術(shù)以其潔凈度高、清洗快速、并節(jié)省大量人力而得到廣泛應(yīng)用。本文簡(jiǎn)單介紹超聲波的清洗原理、超聲波清洗工藝、清洗劑的配制等幾個(gè)方面 的問(wèn)題。
一、超聲波清洗原理
超聲波清洗機(jī)理極為復(fù)雜，到目前為止，還有許多問(wèn)題有待研究人員論證。目前，相關(guān)人員對(duì)以下提法形成了共識(shí)，利用超聲場(chǎng)所產(chǎn)生強(qiáng)大的作用力，以促使物質(zhì)發(fā)生一系列物理、化學(xué)變化而達(dá)到清洗目的。具體來(lái)說(shuō)：當(dāng)超聲波的高頻(20-100KHZ)聲能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并傳給清洗液介質(zhì)以后，液體介質(zhì)在這種高頻波振動(dòng)下將會(huì)產(chǎn)生近真空的“空腔泡”，“空腔泡”對(duì)清洗對(duì)象的強(qiáng)烈的作用稱(chēng)為“空化作用”。
“空化作用”的有關(guān)理論如下：
1．主腔泡在液體介質(zhì)中不斷碰撞、消失、合并時(shí)，可使用周?chē)植慨a(chǎn)生極大的壓力，這種極其強(qiáng)大的壓力足以能使物質(zhì)分子發(fā)生變化，引起各種化學(xué)變化(斷裂、裂解、氧化、還原、分解、化合)和物理變化(溶解、吸附、乳化、分散等)。
2．共振作用，當(dāng)空泡胞的本征變化頻率與超聲波的振動(dòng)頻率相等時(shí)，便可產(chǎn)生共振，共振的空腔泡內(nèi)因聚集了大量的熱能，這種熱能足以能使周?chē)镔|(zhì)的化學(xué)鍵斷裂而引起一系列的化學(xué)、物理變化。
3．當(dāng)空腔泡形成時(shí)，兩泡壁間因產(chǎn)生較大的電位差而引起放電，致使腔內(nèi)的氣體活化，這種活化了的氣體進(jìn)而引發(fā)了周?chē)镔|(zhì)活化，從而使物質(zhì)發(fā)生一系列化學(xué)、物理變化。可見(jiàn)，“空化作用”提供了物質(zhì)在發(fā)生物理、化學(xué)變化時(shí)所需的能量，但是理想的清洗速度和效果還要取決于清洗介質(zhì)，即清洗液的性質(zhì)。這種性質(zhì)體現(xiàn)在清洗液與污物間所發(fā)生的各種物理、化學(xué)變化，要能夠削弱和去除污物與玻璃零件表面間的附著力和結(jié)合力，并伎清洗保持原有的表面外觀(guān)。
二、清洗劑的配制
    在討論清洗劑的配制時(shí)，首先要想到清洗劑對(duì)污物的清洗原理及清洗過(guò)程。洗滌歷史雖然已久，但因洗滌過(guò)程及體系的高度復(fù)雜，至今理論界對(duì)之仍只具備理論上研究而對(duì)洗滌過(guò)程難以達(dá)到數(shù)據(jù)控制。這是因?yàn)槿芤后w系是多相分散體系。分散介質(zhì)又是含有各式各樣組分的復(fù)雜溶液：體系中涉及的表面和界面，以及污垢的性質(zhì)都極為復(fù)雜。具體到光學(xué)鏡片鍍膜前的清洗，簡(jiǎn)言之：由于清洗液的存在，使水的表面張力得到極大程度的降低，并使固液面發(fā)生極大程度的潤(rùn)濕、滲透、乳化等一系列的化學(xué)作用，從而使污物脫離固體表面而使鏡片表面干凈、無(wú)塵。特別要注意的是，由于光學(xué)鏡片的組成材料及比例差別很大，造成其表面硬度和化學(xué)活性也相徑庭。為保護(hù)鏡頭表面在消洗過(guò)程中不受清洗劑的腐蝕以及鏡片能得到快速地清洗，所以要十分注意清洗劑原料的選擇及合理的比例。
    超聲波清洗機(jī)所用的清洗劑多為液體洗滌劑，組成模式為：表面活性劑、贅合劑、其他助劑，其它有機(jī)溶劑如三氯乙烯。 某物質(zhì)當(dāng)其溶于水即使?jié)舛群苄r(shí)，能顯著降低水同空氣的表面張力，或水同其他物質(zhì)的界面張力，則該物質(zhì)稱(chēng)為表面活性劑。水溶性表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)都具有不對(duì)稱(chēng)的、極性的特點(diǎn)。分子中同時(shí)具有親水基和親油基，由于這種不對(duì)稱(chēng)的極性結(jié)構(gòu)，表面活性劑被定向吸附在水溶液同其他相的界面上，這樣大大改變了體系的物理性質(zhì)，特別是各相界面的界面張力。根據(jù)表面活性劑溶于水時(shí)親水基團(tuán)所表現(xiàn)出來(lái)的電性，可把表面活性劑分為陰離子、陽(yáng)離子、中性及兩性表面活性劑。螯合劑和溶液中的某些金屬離子如Ca2+、Mg2+等形成穩(wěn)定的螯合體，從而使洗滌劑具有抗硬水性的功能，具體到鏡片清洗時(shí)，又可和鏡片表面的某些含Ca2+、Mg2+的物質(zhì)螯合而達(dá)到清洗作用。
    某些助劑的加入，再起到以下作用：
1、緩沖作用：使洗滌劑的PH值能維持穩(wěn)定。
2、對(duì)金屬的抗腐蝕作用。
3、能增加洗滌劑的乳化能力和乳化穩(wěn)定性。
4、可使溶液具有很好的懸浮能力和穩(wěn)定懸浮系統(tǒng)的能力，可防止污垢再次沉降。表面活性劑、螫合劑、助劑的選擇原則：(1)組成的洗滌劑具有較強(qiáng)的清洗能力；(2)化學(xué)性質(zhì)柔和，不損傷被洗物；(3)組分之間不發(fā)生化學(xué)作用而使組分失效；(4)具有良好的漂清性。配制洗滌液的使用溫度及濃度應(yīng)由具體實(shí)驗(yàn)確定。三氯乙烯的作用是通過(guò)對(duì)它上盤(pán)膠、蠟、瀝青的溶解作用而達(dá)到清洗目的。
 三、超聲波清洗工藝
    以光學(xué)鏡片為例，光學(xué)鏡片加工中不同的工序應(yīng)有不同的清洗工藝，從整體流程看，可分為四道工序：洗滌、漂洗、脫水、干燥。洗滌主要利用有機(jī)溶劑如三氯乙烯對(duì)上盤(pán)膠、蠟、防霉劑等的高度溶解而達(dá)預(yù)洗目的，然后利用洗滌劑對(duì)鏡片表面的濕潤(rùn)、滲透、乳化而綜合成的去污作用。漂洗，通過(guò)清水對(duì)鏡片表面的沖洗及超聲作用，使洗滌后松散于鏡片表面的洗滌劑脫離鏡片表面。脫水：經(jīng)漂洗后的鏡片表面含有大量水分，進(jìn)入脫水劑中進(jìn)行脫水，脫水劑多為有機(jī)溶劑，和水能充分混溶。干燥：干燥劑應(yīng)和脫水劑沸點(diǎn)相近，互溶性好，干燥過(guò)程大略為：(1)干燥劑蒸汽在鏡片表面冷凝為液體；(2)干燥劑液體和鏡片表面的脫水劑形成共沸物；(3)一部分共沸物形成蒸汽離開(kāi)鏡片表面；(4)一部分共沸物以液體的狀態(tài)流經(jīng)鏡片表面對(duì)鏡片引沖洗作用。經(jīng)過(guò)這些過(guò)程后，使鏡片表面潔凈、干燥。由于使用的脫水劑及干燥劑均為有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境及操作人員都有或多或少的影響，為了避免這些影響，現(xiàn)代的超聲波清洗技術(shù)已對(duì)干燥工藝進(jìn)行了改良，使用純水漂洗，而省略脫水，漂洗后的鏡片表面為純水狀態(tài)，再由過(guò)濾的熱風(fēng)干燥，既為快速、有效地干燥鏡片，又可避免有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境及工作人員的影響。 超聲波清洗工藝應(yīng)用剛剛起步，它還可推廣到光學(xué)冷加工的各個(gè)工序、主機(jī)裝配、金屬精密件、醫(yī)療器械的清洗等方面，所以在還有很大的發(fā)展空間。