乾冰是固態二氧化碳(CO2)的統稱。CO2是存在於環境中的天然氣體,是我們每次呼吸都呼出的氣體。而乾冰通常有4種形式即大塊、板狀、塊狀及顆粒。而用於生產乾冰的90%的CO2是從氨氣、天然氣或乙醇生產過程中作為副產物回收的。90%的乾冰用作食品和製藥行業的冷卻劑,其餘大多用作清洗噴射介質。而設備選取決定了使用哪一種形式的乾冰。有些設備可選用各種形式的乾冰。
1、理論與工藝
要弄清楚清洗工藝的原理是什麼。乾冰清洗是一種非腐蝕、無毒、具有獨特熱效應和升華效應的清浩方法。而乾冰清洗過程基於以下三個效應:力學或顆粒動力學效應、熱效應和氣體擴散或升華效應。乾冰清洗過程是用高速固態乾冰作為清洗介質的。
2、熱效應
熱效應是由乾冰的天然特性引起的,溫度極低,達到-79.5℃。而乾冰固有的低溫會使汙染物層收縮並脆化,有利於脫除。汙染物和模具基底材料表面之間的溫度梯度或ΔT會使汙染物快速產生微裂紋,使汙染物與模具基材之間的黏合破壞。這就是不同材料熱膨脹收縮係數的原理。Markkrieg的研究表明,熱效應對室溫物體的總體清洗效應的貢獻為10%,對於500℃的物體為50%。所以,模具溫度越高,清洗便越快、越容易。在橡膠加工範圍內,超過200℃清洗模具是很普遍的。
3、顆粒動力學或機械效應
乾冰清洗的機械(動力學)效應是在環境溫度和正常加工模具溫度下清洗效應的主要因素。而在正常加工過程中,模具受熱能夠改善並加快乾冰的清洗過程。因機械效應是最重要的因素,故粒子速度和尺寸是乾冰清洗的重要參數。而粒子速度主要依賴於清洗壓力(非線性),但一些因素,如噴嘴類型,粒子尺寸、形狀,機器和膠管尺寸都有影響。鑑於乾冰粒子硬度大,所以它們可加速到600~1000ft/s的超音速來達到這種力學效應。
4、氣體膨脹及升華效應
有關乾冰的一種特性是衝擊後升華,無二次汙染或噴射介質夾雜現象。Markkrieg的研究還表明,乾冰清洗的升華效應是可以忽略的。當衝擊時,CO2粒子將迅速升華,返回到天然氣體狀態。從固態到氣態(升華)的相轉變過程中,乾冰的體積(vt)膨脹為固體體積800倍左右,並將基材內部的汙染物衝出來。
5、可持久發展
清潔、綠色的精益工藝採用乾冰清洗是具有可持續性的工藝,其使用回收CO2這種存在於自然環境中的材料,對環境不但無危害,而且無二次汙染。而對模具清洗是生產高質量產品的關鍵因素。乾冰清洗可達到極好的清潔效果,並可提高產品質量。其使用含CO2飲料中相同食品級的CO2,是幹態過程,無二次汙染。相比之下,採用傳統清洗方法時溶劑會殘留在之後的一些模壓零部件上。該工藝也是環保工藝。乾冰清洗採用煉油行業回收的CO2,不會出現室溫效應。是大氣中存在氣體的固態形式。CO2無色、無味、無毒、安全、與食品接觸安全。也無需使用有危害的,可消耗臭氧的清洗化學品。無需處理的廢氣,從而達到了零填埋的目標,由於大幅減少了與有害化學品和危險清洗方法的接觸機會,因此降低了健康風險,並提高了操作安全性,且創造了安全工作環境。