Optimalizace čistícího procesu

Zjednodušeně platí, že čím vyšší nároky na čistotu dílů, tím vyšší náklady musíme vynaložit. Nejedná se pouze o přímé náklady na chemii, ale i na zařízení, pracnost výroby, vyšší náklady dané zmetkovitostí a likvidací odpadů. Správná optimalizace vede nejenom k dostatečné kvalitě, ale i k příznivým výrobním nákladům.

Znečištění dílců
Během výroby prochází výrobek až několika desítkami operací, které mají vliv na stav povrchu dílce. Surový kov je nejprve odlit nebo válcován. Během těchto operací se přetvoří krystalická struktura materiálu a vznikne povrchová vrstva oxidů kovů.
Další výrobní operace mohou zahrnovat lisování, řezání, protahování, pálení plasmou nebo laserem, frézování, vrtání, broušení, svařování, pískování, honování, kalení, leštění a další. Při mnoha operacích je dílec vystaven nejen působení mechanické síly, ale i značnému tepelnému namáhání a pochopitelně i kontaktu s rozličnými chemikáliemi. Mezi ty patří nejrůznější řezné a chladící emulze, brusné pasty, maziva, separační kapaliny, konzervační oleje, kalící kapaliny, ale i přípravky pro mezioperační mytí a pasivaci, vosky a samozřejmě voda. Nesmíme zapomenout ani na vliv manipulace a dopravy k provozovateli povrchové úpravy.
Na zboží se tak může dostat prach, zbytky třísek, otisky prstů nebo zboží může jednoduše zkorodovat.

Tab. 1: Výrobní operace a znečištění

Čistící procesy
Čistící médium a způsob čištění by měly vycházet z toho, čím je zboží znečištěno a jaký materiál čistíme. Při znečištění dílů především oleji lze s výhodou čistit v organických rozpouštědlech. Výhodu je nejen výtečné odmaštění, ale také absence vody, kterou je potřeba následně vysušit. Organická rozpouštědla lze odpařit mnohem snadněji než vodu. Naopak, znečištění vodou rozpustnými kontaminanty je v rozpouštědlových systémech obtížné. Co také může odradit zájemce o mytí v organických rozpouštědlech, je vyšší investiční náročnost mycího zařízení, které je ale po čase zpravidla kompenzováno nižšími náklady, zejména na likvidaci odpadu a absenci odpadních oplachových vod.
Čištění na vodní bázi je výhodné z důvodů vysoké univerzálnosti a relativně nižších investičních nákladů. Obvykle lze poměrně snadno upravovat proces pro nové materiály, nové díly nebo změnu v kontaminaci povrchu.

Tab. 2: Porovnání čištění na vodní a rozpouštědlové bázi

Typické složení odmašťovací lázně na vodní bázi
Odmašťovací lázeň se zjednodušeně skládá zejména z vody, základu z organických solí (tzv. builder) a povrchově aktivních látek (tenzidů). Základ lázně je obvykle tvořen hydroxidy, křemičitany, fosforečnany, boritany, uhličitany nebo organickými kyselinami či aminy. V součinnosti s tenzidy tak základní přípravek umožňuje efektivní odmaštění. Kromě jiného upravuje pH a tvrdost vody, disperguje mechanické nečistoty a pomáhá v emulgačním procesu. Tenzidy zjednodušeně slouží k převedení ve vodě nerozpustných látek (olejů, vosků apod.) na rozpustnou formu a jejich odstranění z povrchu dílce.
Odstraněná mastnota buď zůstává emulgována v lázni (viz obr. 1), nebo se vyloučí na hladině lázně (tzv. deemulgující systémy – obr. 2). Chemická povaha tenzidů a chemismus jejich účinku je značně různorodý a rozsahem překračuje rozsah tohoto článku.

Obr. 1: Emulgační odmašťovací lázeň: Po přídavku oleje dochází k sycení lázně olejem.

Obr. 2: Deemulgační odmašťovací lázeň: Po přídavku oleje (odstranění oleje z dílu) dochází k vyloučení oleje na hladinu, odkud jej lze jednoduše odstranit separátorem.

Odmašťovací účinek závisí na vzájemné souhře čistících přísad, vhodně zvolenou teplotou, mechanickým pohybem a časem aplikace. Pokud není některý z parametrů v optimálním stavu, je nutné posílit další parametry. To zná jistě každý ze své praxe.
Pokud je například na čištění málo času, je nutné zintenzivnit pohyb, zvýšit teplotu, či posílit chemické složení lázně.

Dvoukomponentní (modulární) systémy pro neutrální a alkalické odmaštění
Jak již bylo zmíněno, existuje nepřeberné množství nečistot. Odmašťovací lázeň je relativně bohatá směs různých látek, jejichž jednotlivá spotřeba při čistícím procesu se liší v závislosti na chemické reakci s konkrétní nečistotou. Obvykle používané lázně alkalického odmaštění se skládají z jediné přísady, která obsahuje všechny potřebné složky.
To je jistě jednodušší pro obsluhu a údržbu, ale je to i ekonomické? Dochází buď ke zbytečnému zvyšování obsahu základních solí, anebo častěji ke „spotřebování“ tenzidu, takže se lázeň při obvyklém analytickém rozboru alkality zdá v pořádku, ale kvalita odmaštění již optimální není, viz obr. 3 a 4. Proto firma SurTec doporučuje zejména v případě vysoce zatížených lázní používání modulárního systému odmaštění, odděleného dávkování tenzidu a základu. Obě dvě složky jsou v provozu jednoduše analyzovatelné a díky řízenému dávkování lze dosáhnout významných úspor. A to nejen prodloužením životnosti lázně. Díky optimální koncentraci obou složek v lázni (obr. 5) je zajištěno stálé kvalitní odmaštění, čímž se snižuje zmetkovitost a tím pádem klesají celkové náklady na čistící proces. Příklad z praxe si můžete prohlédnout pod grafem.

Obr. 3: Jednosložkový systém: Nežádoucí nárůst koncentrace základních solí při dávkování na základě sledování pracího účinku

Obr. 4: Jednosložkový systém: Nežádoucí pokles koncentrace tenzidu při dávkování na základě sledování alkality

Obr. 5: Modulární systém: Lázeň je v optimálním složení díky analyzovatelnosti a oddělenému dávkování jednotlivých složek.

Obr. 6: Příklad z praxe: Doplněním tenzidové složky do odmašťovací lázně lze obnovit funkčnost prací lázně.

Tab. 3: Porovnání výhod modulárního a jednosložkového systému dávkování přísad

Dlouhá životnost lázně – nízké provozní náklady
Nejjednodušší cestou k udržení příznivé ekonomiky provozu je prodloužení funkční životnosti lázně odstraňováním kontaminantů z odmašťovací lázně. To lze udělat několika cestami. Pro dosažení optimální životnosti by měla být odmašťovací lázeň deeemulgující, tj. absorbovaný olej se musí ochotně oddělit z lázně v odlučovači. Naproti tomu u emulgačních systémů se sytí odmašťovací lázeň olejem, takže po čase je nutné lázeň zlikvidovat a založit novou.
Existují i separační systémy pro emulgační odmašťovací lázně na bázi tzv. ultrafiltrace, ale je nutné počítat s vyšší cenou takového separátoru. Při separaci oleje se nesmí zapomínat, že spolu s olejem se z lázně odstraňují i tenzidy. Zde se uplatní níže zmiňovaný dvoukomponentní systém odmašťování.
Stanovení očekávané životnosti lázně odmašťovací je poměrně obtížně. Existují sice metody stanovení obsahu například emulgovaného oleje, ale nejjednodušeji je sledovat lázeň na základě jejího čistícího účinku. Pokud nelze efektivně udržet požadovaný čistící účinek doplněním lázně, úpravou provozních parametrů či provedením přečištění nebo recyklace lázně, nezbývá nic jiného než lázeň vyměnit.

* * * * *
Při sledování „životnosti“ lázně a kvality odmašťování lze využít celou řadu postupů (od provozně nejjednodušších):
1. Metoda tzv. bílé rukavice – otření dílce čistým hadrem;
2. Sledování smáčivosti – sledování trhání vodního filmu;
3. Stanovení povrchového napětí kalibrovanými inkousty nebo fixami;
4. Ponořením dílce do okyseleného roztoku modré skalice a sledováním cementace mědi na povrchu;
5. Zirca test – nanesení jemného písku ZrSiO4 na dílec;
6. Instrumentálně – například fluorescenční detekcí;
7. VDA 19 – zkoušení technické čistoty.
* * * * *

Závěrečné shrnutí
Všeobecně se čištění ve výrobě přisuzuje podřadná role. Oproti například následnému povlakování, zušlechťování, tepelné úpravě atd., je to proces, na který se prvotně nikdo nedívá jako na tvorbu hodnot (pokud se nejedná o finální čištění). Čištění stojí čas a peníze a je často považováno jen za nutné zlo. Nicméně bychom si ale měli uvědomit, že čištění je důležitá známka jakosti, která může zásadně ovlivnit následné procesy. Správně nastavené procesy čištění jsou funkční součástí výroby, která nemusí náklady jen vytvářet, ale naopak šetřit, ať už z hlediska nižší zmetkovitosti nebo vyšší kvality produkce. Proto je nutné věnovat čištění potřebnou pozornost a neváhat se obrátit na odborník

TEXT/FOTO Roman Konvalinka