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汽车精密零件的清洗和碳氢化合物的清洗技术 1.前言 破坏臭氧层物质（ODS）的清洗剂氟里昂（CFC-113）以及1，1，1-三氯乙烷（TCA）面临被淘汰。作为CFC-113和TCA的替代品，开始使用是以含氯溶剂为首的水基清洗剂、半水基溶剂、氟里昂的替代品以及碳氢化合物溶剂等。可是，无论哪种清洗剂都有其长处和短处，因此，彻底替代CFC-113和TCA的溶剂还比较遥远。表1是这些清洗剂的汇总表。 表1 替代清洗剂 含氯溶剂 三氯乙烷（TCE）、二氯甲烷（MC） 含溴溶剂 2-溴丙烷（2PB）、1-溴丙烷（nPB） 含氟溶剂 HCFC、HFC、PFC、HFE 碳氢化合物溶剂 标准链烷、异链烷、环烷 含醇溶剂 IPA、乙醇、高分子醇 半水基溶剂 高分子醇（碳氢化合物）+界面活性剂+水 水基清洗剂 碱皂化、界面活性剂、纯水、功能水 从表1中选择替代清洗剂时，关键要考虑“清洗性”、“环保性”和“经济性”。 “清洗性”系指除污力、防止再次粘附污物和干燥性。“环保性”系指作业环保和地球环保。“经济性”系指购买清洗设备的成本和清洗剂以及设备的运行费用。 2.替代清洗剂的比较分析 (1) 替代清洗剂的清洗性 清洗汽车精密零件时，要对各种形状的零件进行清洗和干燥。因此，替代清洗剂的表面张力、沸点和蒸发潜热的特性是重要因素。表2表示主要替代清洗剂的典型特性。 表2 表面张力 沸点 蒸发潜热cal/g HCFC225 16.2 54 34.6 HFE 13.6 61 30 水 72.7 100 539.8 碳氢化合物溶剂 21.1 170 66 IPA 20.8 82.3 161.8 二氯甲烷 28.5 39.8 78.7 NPB 25.9 71 58.8 汽车的精密零件形状各异，有细孔、窄缝、甚至零件和零件重叠在一起的情况，表面张力小的清洗剂的清洗效果好。另外，沸点和蒸发潜热小，干燥零件的耗能也少。如果干燥的能源一定，沸点和蒸发潜热小的，干燥的时间短。 用清洗剂去污，结果污物混入清洗剂中，该污物又粘附在已清洗的零件上。为防止零件再次被污物污染，混有污物的清洗剂需要经常保持一定程度的清洁度。保持清洁度的方法有：利用清洗剂与加工油等的污物沸点不同、比重不同以及分子大小不同等特性，进行分离。 由于水的蒸发潜热大，采用油水分离装置净化。该油水分离装置是利用油和水的比重不同的特点。采用膜净化，防止污物再次粘附到零件上。膜净化是利用分子大小不同的原理。 水以外的其它替代清洗剂，由于蒸发潜热小，采用蒸馏再生装置净化，防止再次被污物污染。蒸馏再生装置是利用沸点不同的原理。如果碳氢化合物溶剂或高分子醇溶剂的沸点高，要采用减压蒸馏再生装置进行净化。 表3 主要替代清洗剂对环保的影响 对地球环保的影响 对作业环境的影响 HCFC225 破坏臭氧层 - HFE - - 水 - - 碳氢化合物溶剂的沸点高，蒸气的消耗量少碳氢化合物溶剂 - 可燃性 IPA - 可燃性 二氯甲烷 - 毒性 NPB 破坏臭氧层？ 毒性？ 表3明确指出其中的含氯溶剂和含溴溶剂对人体有毒，部分含氟溶剂破坏臭氧层，使地球变暖。部分半水基溶剂和水基清洗剂，存在废水处理以及影响环境的荷尔蒙问题，碳氢化合物溶剂和含醇溶剂有可燃性的问题。 3. 碳氢化合物溶剂的清洗技术 如何有效利用具有优缺点的替代清洗剂，关键在于采用清洗效果与CFC-113和TCA同等以上的清洗系统。除可燃性外，应采用不影响环保的使用碳氢化合物溶剂的清洗系统。 （1） 清洗性 碳氢化合物溶剂的净化技术，和CFC-113、TCA一样，利用加工油等高沸点的污物与碳氢化合物溶剂的沸点不同的特点，通过蒸馏再生可以进行分离。和CFC-113和TCA相比，由于碳氢化合物溶剂的沸点高、可燃，需要在减压状态下进行蒸馏再生。蒸馏锅在减压状态下，经常处于沸腾状态，被蒸发的碳氢化合物溶剂在冷凝器中冷凝液化、回收。没有蒸发的高沸点污物留在蒸馏锅里，与清洗剂分离。采用这种蒸馏再生系统，清洗剂能够保持清洁状态。 碳氢化合物溶剂的干燥系统有热风干燥系统和真空干燥系统。高沸点、可燃的碳氢化合物溶剂，采用真空干燥方法干燥的时间短。为更有效地进行真空干燥，有必要使被清洗物具有充分的热量。 在大气压下（760mmHg）的沸点为170左右，减压状态下（100mm Hg）的沸点为110左右。如同CFC-113和TCA的蒸气清洗，在100mm Hg的减压状态下进行蒸气清洗时，在清洗物表面上冷凝的碳氢化合物溶剂的液体温度为90左右。蒸汽清洗还有最终漂洗的作用，因此，对精密零件的清洗来讲，是不可缺少的。 真空干燥时，隔绝溶剂蒸气，将真空度提高到10 mm Hg左右。根据图1的蒸气压力曲线，真空度为10 mm Hg时，碳氢化合物溶剂沸点大约在60左右。此时，在大约90时粘附的溶剂，由于超过沸点，变成崩沸状态，就连小的盲孔也能迅速干燥。因此，使用高沸点的可燃性溶剂，进行减压蒸气清洗和真空干燥，就可以达到与CFC-113或TCA等低沸点难燃性溶剂同样的清洗效果。 和低沸点难燃性的溶剂一样，真空系统是高沸点可燃性溶剂技术的具体体现。 有机溶剂型清洗剂配方 质量份煤油 67 三乙醇胺 3.6 丁基溶纤剂 1.5 松节油 22.5 月桂酸 5.4制法在煤油中按配方顺序依次加入各组分，搅拌均匀即成。用途本品适用于黑色金属上油漆前的油垢清除。特性 本品具有除油效果好、对金属无腐蚀性、不需加热、除油效率高等优点。 TCA溶剂替代技术 TCA替代清洗技术有水洗、半水洗、易挥发有机溶剂清洗和低挥发性有机溶剂清洗等，下面对这些技术作一简单介绍。 1、水洗水洗清洗剂可以使用在超声波、浸渍、喷射清洗设备中，漂洗剂为纯水或附加少量添加剂的纯水，干燥过程选用热风或离心旋转干燥器。水洗清洗剂有三种，它们分别为碱性、酸性和中性清洗剂，其中碱性清洗剂在电子和金属清洗中应用最为广泛。碱性清洗剂中常包含离子和非离子表面活性剂作为湿润剂，并增添防锈剂以减少碱性清洗剂对金属材料的侵蚀。水洗清洗剂可应用于PCB板清洗、金属清洗、精密清洗，也可用于着擦洗溶剂。 2、半水洗半水洗清洗剂是有机溶剂和表面活性剂的结合体，其清洗原理是清洗剂溶解被洗物品上的污垢，再用水漂洗残留的溶剂和表面活性剂。半水清洗剂能够像水清洗剂一样以浓缩液或水乳化形式使用。根据所使用的原料种类不同，半水清洗剂可分为石油碳氢基、萜基、醇醚基的清洗剂等。半水洗清洗剂可应用于PCB板清洗、金属清洗、精密清洗，也可用于着擦洗溶剂。 3、易挥发有机溶剂清洗 （1）、卤代烃清洗 A、氯代烃 常用于清洗的氯代烃有二氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙烯。这类产品的特性和TCA相当，使用时仅对设备作适当调整即可直接替代TCA用于蒸汽、常温浸渍、加热浸渍、高压喷射和手工清洗系统。氯代烃不破坏臭氧层，运行成本低，但氯代烃缺点是毒性较高。氯代烃可用于金属清洗、精密清洗，并能够除去粘合剂及涂料。 B、正溴丙烷正溴丙烷的物化特性和TCA相近，可直接替代TCA用于蒸汽、常温浸渍、加热浸渍、高压喷射和手工清洗系统。正溴丙烷的缺点是对臭氧层有轻微的破坏作用，且毒性较高。另外，随着石油价格不断攀升，正溴丙烷价格也出现较大幅度上涨。正溴丙烷可用于金属清洗、精密清洗，并能除去粘合剂及涂料。 C、氟代烃及氟醚 这类产品有： i. 美国杜邦公司的HFC-4310和3M公司的HFE-7100及全氟烷烃（PFC）物质产品。它们的共同特征是清洗能力较弱，价格偏高，仅作为精密清洗过程中蒸洗或漂洗清洗剂； ii. HFC-365 mfc产品该类产品国外已有，具有代表性的是德国的苏为公司。该产品技术性能与上述产品的性能基本一致，但价格比上述产品便宜，为上述产品的约40%左右（虽然目前仍比淘汰品价格高）。航天科创的HFC-365 mfc产品技术是由航天科创自主研发，虽然与德国苏为公司的产品同属一类，但技术路线不同，其工业化产品价格也将比国外的便宜。目前，该产品在国内尚未开始工业化，是否进入工业化，主要取决于国内市场的需求是否能上来。这要看替代所要求的时间和市场政策如何制定。 D、HCFC-141B和AK-225HCFC-141B和AK-225都是过渡性替代品，它们的清洗能力较弱，可作为精密清洗过程中蒸洗剂或漂洗剂，也可作为擦洗溶剂或干燥剂使用。 （2）醇和丙酮醇和丙酮通常作为擦洗溶剂或干燥剂。丙酮能有效地除去某些油膏，如油、蜡、墨水和未烧结玻璃纤维树脂、油漆和亮漆等。这类产品的最大缺点之一是可燃性高。 4、低挥发性有机溶剂清洗 （1）高沸点碳氢溶剂碳氢溶剂包括石油溶剂（精制矿物油、精制煤油、加氢重整的石脑油）和从植物的提取物萜类溶剂。石油溶剂的毒性较低，而萜类溶剂基本无毒。这类产品主要用于浸渍或手洗过程，也可用于蒸汽清洗过程。可应用于金属清洗、擦洗溶剂、粘合剂除去剂和预清洗剂。 （2）其它高沸点溶剂除碳氢溶剂外，常用的高沸点溶剂清洗剂还有：N-甲基吡咯烷酮，-丁内酯，碳酸丙烯酯，二甲基亚砜，乳酸酯，聚丙二醇醚等。这些产品的毒性较低，也可用于浸渍或手洗过程。可应用于金属清洗、擦洗溶剂、粘合剂除去剂和预清洗剂。 5、溶剂常温清洗与氟代烃蒸洗组合清洗方法这一清洗方法选用的常温清洗溶剂有高沸点碳氢溶剂及其它高沸点溶剂，氟代烃蒸洗有HFC-365mfc、HFC-4310、HFE-7100、HCFC-141B及PFC产品,清洗工艺是先用常温溶剂清洗溶解污垢，而后用氟代烃蒸洗去除溶剂和微粒。本清洗工艺可用于精密清洗、金属清洗、电子清洗。表1. TCA替代清洗技术的比较技术种类 水 半水 高沸点溶剂 氯代烃 正溴丙烷 氟代烃 HCFC溶剂清洗氟代烃蒸洗 清洗能力评价有机污物的清洗 一般 好 好 好 好 差 一般 好微粒污物的清洗 好 好 差 好 好 好 好 好清洗剂残留 一般 好