A statikus problémákat okozhat az orvostechnikai eszközök gyártási folyamataiban, de az aktív légionizáció hatékony és praktikus megoldás.
Matt Fyffe (alelnök/vezérigazgató – Meech USA)
Kr.e. 600-ban a milétoszi Thalész filozófus és matematikus arról számolt be, hogy miután egy borostyándarabbal egy macska bundáját dörzsölte, a borostyán magához vonzotta és megtartotta a tollakat. Ez volt az első beszámoló a statikus elektromosságról (szó szerint: nyugalmi elektromosság).
Thales azt figyelte meg, amit ma triboelektromos töltésként ismerünk, amikor bizonyos anyagok elektromosan feltöltődnek, miután egy másik anyaggal érintkeznek súrlódás következtében. Míg az ellenőrzött statikus töltés előállítása bizonyos gyártási forgatókönyvekben pozitív alkalmazásokat tesz lehetővé – például lehetővé teszi két vagy több ellentétes polaritású felület közötti átmeneti tapadást –, számos műveletben számos iparágban, a szabályozatlan statikus elektromosság komoly termelési problémákat okoz. Ezek a termékek szennyeződése miatti gépelakadások miatti leállástól az olyan iparágakban, mint például az elektronikai iparban előforduló termékvesztésig terjednek, ahol még az alacsony statikus feszültség is tönkreteheti az érzékeny alkatrészeket. Az emberek is megsérülhetnek, ha az alkalmazottak áramütést szenvednek. Ahol gyúlékony anyagokat használnak, ott a tüzek és robbanások valós lehetősége is fennáll, amint azt egy pennsylvaniai férfi tragikus halála 2010-ben, miközben autójába benzint töltött, grafikusan is bemutatta.
Az ellenőrizetlen statikus vonzás különös problémát jelent a műanyagiparban és ennek következtében az orvostechnikai eszközök gyártóiban. Azok a folyamatok, ahol ez problémát jelenthet, a fröccsöntés, a fúvás, a hőformázás, az alkatrészek szállítása és begyűjtése, valamint az összeszerelési eljárások. A statikus töltés még a legszigorúbb tisztaterekben is magához vonzza a részecskéket az emberekből, a folyamatokból és a berendezésekből, ezért fontos, hogy megfelelő intézkedéseket hozzunk annak biztosítására, hogy a statikus feltöltődés a lehető legkisebbre csökkenjen, ha nem is teljesen megszűnik.
Ez a cikk megvizsgálja a statikus terhelésből eredő gyakori gyártási kihívásokat, elmagyarázza, mi az a statikus, és leírja a statikus semlegesítés főbb technikáit. Ez különösen azt magyarázza, hogy az aktív légionizáció miért különösen hatékony és praktikus megoldás.
A statikus károkat okozhatja
Az elektrosztatikus töltésekből eredő elsődleges problémák az elektrosztatikus vonzás, az anyagok helytelen viselkedése és a kezelő ütései.
Elektrosztatikus vonzás (ESA). Nemcsak a levegőben lévő szennyező részecskéket vonzzák a töltött felületek; töltött levegőben lévő részecskék is töltés nélkül vonzhatók a felületekre. Ez a probléma a legtöbb műanyag alapú iparágat érinti ilyen vagy olyan formában, de az orvostechnikai eszközök gyártásában a statikusság a leggyakoribb oka az elutasított termékeknek. A probléma számos eszközt érint, beleértve a katétereket, fecskendőket, csereízületeket, pacemakereket és stenteket.
Anyagi helytelen viselkedés. Az ellenőrizetlen ESA a termék szennyeződése mellett problémákat is okoz. Megzavarhatja az automatizált folyamatokat azáltal, hogy helytelenül irányítja, taszítja vagy az alkatrészeket egymáshoz vagy a berendezéshez tapad. Ez jelentős költségbüntetéssel jár, mert arra kényszeríti a gyártókat, hogy sokkal kisebb sebességgel fussanak gépeiket, mint ahogy egyébként szükséges lenne.
Kezelői sokk. A kezelő ütései általában a felgyülemlett töltés vagy akkumulátorhatás következményei, amelyek az alkatrészek gyűjtőedényben vagy összeszerelési területen történő összegyűjtése során lépnek fel. Bár fájdalmasak lehetnek, a legtöbb esetben a hatások nem életveszélyesek és rövid életűek. Mindazonáltal a kezdeti lökéshez kapcsolódó visszarúgási reakciónak költségvonzata is van, amely után egy pillanatnyi tájékozódási zavar léphet fel, ami további veszélyeket, például más kezelőkkel vagy gépekkel való ütközést hozhat magával. A szigorúbb egészségügyi és biztonsági előírások egyre nagyobb felelősségi terhet rónak a gyártókra, hogy megvédjék a személyzetet a statikus feltöltődéstől.
A statika megértése Ha egy anyag vagy tárgy nettó elektromos töltést tartalmaz – pozitív vagy negatív –, akkor statikus töltésről beszélünk. A statikus kifejezés relatív, mivel sok esetben a statikus töltések lassan csökkennek az idő múlásával. Az, hogy mennyi idő alatt csökken a töltés, az anyag ellenállásától függ. Gyakorlati szempontból a két szélsőség a műanyag és a fém. A műanyagok általában nagyon nagy ellenállással rendelkeznek, így hosszú ideig képesek fenntartani a statikus töltéseket; A fémek nagyon alacsony ellenállásúak, és egy földelt fémtárgy észrevehetetlenül rövid ideig tartja töltését.
Az anyagon jelenlévő feszültség az anyagon lévő töltés mértékétől és az anyag kapacitásától függ. Az egyszerű összefüggés Q=CV, ahol Q a töltés, V a feszültség, C pedig az anyag kapacitása. Egy anyag adott töltésénél minél kisebb a kapacitás, annál nagyobb a feszültség és fordítva. A műanyagok általában nagyon alacsony kapacitív értékekkel rendelkeznek, ezért kis töltés nagyon magas feszültséget eredményezhet. A statikus problémák a legszembetűnőbbek a műanyaggal végzett munka során, mivel a feszültségszint a por vonzását, a kezelő sokkot és az anyagok helytelen viselkedését okozza.
A statikus elektromosság az anyag molekuláris felépítésének kiegyensúlyozatlanságából adódik. Egy kiegyensúlyozott atomban az atommag pozitív töltései megegyeznek az atommag körül keringő elektronok negatív töltéseivel, így a teljes töltés nulla. Ez az egyensúly azonban változhat. Ha az elektronokat eltávolítjuk, az eredmény nagyobb pozitív töltés lesz az atommagban; ha extra elektronokat adunk hozzá, a teljes töltés negatív lesz. Mindkét esetben statikus elektromosság keletkezik.
Az ilyen egyensúlyhiánynak három fő oka van: súrlódás, szétválás és indukció.
Súrlódás. Amikor két anyagot egymáshoz dörzsölnek, az egyes anyagok felületi atomjaihoz kapcsolódó elektronok nagyon közel kerülnek egymáshoz, és egyik anyagról a másikra mozoghatnak. Az elektronok mozgásának iránya – az A anyagból a B anyagba vagy fordítva – a triboelektromos sorozattól függ, amely a töltéselválás polaritásának sorrendjén alapul, amikor egy anyagot egy másik anyag érint. Ha hozzáérnek egy anyaghoz a sorozat teteje közelében, a sorozat alja felé eső anyag negatívabb töltést ér el, és fordítva.
Ráadásul minél erősebben nyomják össze őket, annál nagyobb az elektroncsere és annál nagyobb a keletkező töltés. Gyakorlati példa, hogy ha egy polietilén darabot enyhe erővel dörzsölünk egy nejlon szőnyegre, akkor mérsékelt negatív töltés keletkezik a polietilénen, míg az erő növelésével nagyobb negatív töltés érhető el. A dörzsölés sebessége a töltés szintjét is befolyásolja; minél gyorsabb a dörzsölés, annál magasabb a töltési szint. Ennek az az oka, hogy a felületi elektronok a súrlódás által generált hőenergiát nyernek, és ez a többletenergia lehetővé teszi számukra, hogy megszakítsák atomi kötéseiket és átadják más atomoknak.
Szétválasztás. Amikor anyagok érintkeznek egymással, a felületi elektronok közel vannak egymáshoz, és amikor elkülönülnek, hajlamosak az egyik vagy a másik anyaghoz tapadni, attól függően, hogy hol helyezkednek el a triboelektromos sorozatban. Minél gyorsabb az elválasztás, annál nagyobb töltés keletkezik, és minél lassabb az elválasztás, annál kisebb a töltés. Gyakori példa a PVC-szalag, amely egy teflonbevonatú hengeren mozog. Mivel a kettő elválik, az elektronok hajlamosak a teflonhoz tapadni, nettó negatív töltést generálva a teflonon és nettó pozitív töltést a PVC-n.
Indukció. A nagy pozitív feszültséghez közel eső anyag felülete hajlamos pozitív töltésűvé válni. Ezt az anyag felülete és a feszültségforrás közötti levegő ionizációja okozza, amely a felületi elektronokat elviszi az anyagtól a forrás felé. Ez akkor fordulhat elő, ha a kezelő töltött anyagok közelében dolgozik, és maga is feltöltődik. Ha megérint egy földelt tárgyat, az kisül, és áramütést kap.
Semlegesíti a statikus feszültséget az aktív levegő ionizációval
Ugyanez az alapelv vezérel minden statikus semlegesítési technikát: Ha egy anyagnak pozitív felületi töltése van, elektronokat kell hozzáadni a felülethez a töltés egyensúlyának helyreállítása érdekében; ahol a felületi töltés negatív, a felesleges elektronokat el kell távolítani.
A töltés kiegyensúlyozásának két alapvető technikája a vezetőképesség és a csere. Az előbbi magában foglalja a szigetelő vezetőképessé tételét, majd földelését. Ennek elérésének módjai közé tartozik a párásítás és az antisztatikus vegyszerek felhordása (akár bevonatként, akár a gyártás során a műanyagokhoz való hozzáadása). Hasonló módon a gyártás során szén hozzáadható, hogy a műanyag vezetőképes legyen.
Ha a gyártási folyamat során a statikus elektromosság kezeléséről van szó, az aktív légionizációt alkalmazó cseretechnika praktikusabb. Az aktív légionizáció nagyfeszültségű váltakozó áramot vagy impulzusos egyenáramot alkalmaz, hogy ionizált levegőt állítson elő a felületi töltések semlegesítésére. A feszültséget egy ionizáló rúdra szerelt titán emittertüskékre táplálják. Ez nagy energiájú ionfelhőt hoz létre, amely nagyszámú pozitív és negatív ionból áll, amelyek vonzódnak az ellentétes töltésű részecskékhez vagy felületekhez, így gyorsan semlegesítik a felületet.
Az AC vagy DC választását az alkalmazás határozza meg. Egy váltakozó áramú rendszer csak a váltakozó áramú frekvenciának megfelelően képes ionokat generálni. Az impulzusos egyenáramú ionizáció lehetővé teszi a frekvencia és a pozitív és negatív ionok közötti relatív egyensúly szabályozását, optimális megoldást kínálva speciális anyagokhoz és nagyobb igénybevételt jelentő alkalmazásokhoz. Például az alacsonyabb frekvenciák lehetővé teszik az ionizációt nagyobb távolságokon, az egyensúlyszabályozás pedig lehetővé teszi a kimenet beállítását a cél töltési polaritásának megfelelően.
Az alacsony frekvenciájú működés impulzusos egyenáram-leválasztókat kölcsönöz a hosszú távú semlegesítéshez. A ciklus minden felének viszonylag hosszú időtartama miatt váltakozó polaritású ionok nagy felhői bocsátanak ki a rúdból. Ez a távolság a pozitív és negatív ionok között a rúd közelében nagymértékben csökkenti a rekombináció sebességét (a pozitív és negatív ionok összeérnek, és kioltják egymást). Vegye figyelembe, hogy a rúdtól nagy távolságra kevesebb ion jut egy statikusan feltöltött felületre, így a semlegesítés sebessége csökken. Ezért impulzusos egyenáramú berendezés használatakor ügyeljen arra, hogy a rudat milyen távolságra kell felszerelni a célfelülettől.
Az impulzusos egyenáramú rendszerek további jellemzője, hogy a kimeneti hullámforma változtatható, valamint a negatív és pozitív szakaszok időtartama növelhető vagy csökkenthető. Például, ha a semlegesítendő töltésről tudjuk, hogy pozitív, a negatív szakasz időtartama növelhető, és a hullámforma pozitív része csökkenthető. Ez növeli a negatív ionok termelődését és csökkenti a pozitív ionok termelését, így a rendszer hatékonyabban semlegesíti a pozitív töltést. Hasonlóképpen, ismert negatív töltés esetén a kimenet a pozitív iontermelés felé torzítható.
Ahogy egyre jobban tudatosul az ellenőrizetlen statikus elektromosság által okozott problémák, egyre több orvostechnikai eszköz gyártó telepít statikus feszültség-semlegesítő berendezést. Például az egyik gyártó, amely fröccsöntő szerszámok, műanyag fröccsöntött alkatrészek fejlesztésére és gyártására, valamint komplex eszközök összeszerelésére szakosodott a gyógyszer-, gyógyszerszállító, orvosi és egészségügyi iparban, statikus vezérlőberendezést használ a fröccsöntés összeszereléséhez. - fröccsöntött gyógyszeradagoló eszközök és az egész fröccsöntő folyamat során, egészen a kézi összeszerelésig.
A műanyag alkatrészek összeszerelése során az ionizáló fúvókák és fúvókák semlegesítik az alkatrészeket, és eltávolítják a felesleges műanyag-felvillanást és a statikusan vonzott levegőben lévő szennyeződéseket. Ez egy 7. osztályú tisztatérben történik. Az asztalra szerelt ionizáló fúvóka működése során az eltávolított részecskék egy tapadószőnyeg-terület felé kerülnek, ahol felfogják, hogy elkerüljék a termék későbbi újraszennyeződését. Miután megtisztult, a gyógyszeradagoló eszközt manuálisan ellenőrizzük egy megvilágított nagyító alatt a tisztaság szempontjából.
-VÉGET ÉR-