Дым в производстве электроники: пайка, лазеры, 3D-принтеры

Ни одно производство, к сожалению, не обходится без вредных факторов. Постоянно разрабатываются различные приборы, фильтры, системы очистки для снижения негативного влияния на здоровье сотрудников, а также других людей, не имеющих непосредственного отношения к производству.

Наряду с самыми очевидными и вредными явлениями, такими как химические выбросы различных масштабов, разной степени радиация, загрязнение воздуха пылью и микрочастицами есть и такие, которым не всегда придается особое значение и с которыми не ведется борьба на производстве. Например, воздействие дыма, возникающего при пайке электроники, работе лазеров и 3D принтеров и т.п.

Как правило, дым возникает в результате нагревания или соединения элементов.

Что такое дым – каков его состав и почему его воздействие опасно для здоровья человека? Если рассматривать именно состав дыма, то условно можно сказать, что он состоит из пыли, газов, волокон и наночастиц. Каждый из компонентов опасен по-своему.

На любом современном производстве одним из требований безопасности является его оснащение системами дымоудаления.

Как видно из таблицы выше, дым, возникающий в результате различных технологических процессов, способен вызвать различные серьезные заболевания, в том числе эмфизему, астму и рак легких. Эти заболевания возникают не сразу. Химические продукты горения постепенно оседают в органах дыхания, поэтому заболевания способны проявляться спустя десятилетия, приводя к летальному исходу.  Но есть и такие продукты горения, которые вызывают мгновенную реакцию организма, например, пары кислот – они быстро попадают на слизистую, в органы дыхания, блокируя дыхание или вызывая приступы кашля или удушья. Одним из самых опасных химических соединений является формальдегид.

Пайка

Самым распространенным технологическим процессом, сопровождающимся возникновением дыма, является пайка. Не смотря на то, что процесс пайки может быть как самым простым – ручным с обычным паяльником, так и промышленным – пайка в печах, блоками, электронагревательными элементами – в любом случае абсолютно всегда необходима система дымоулавления.

Вещества, выделяемые с дымом при пайке, могут быть очень разные по составу и принципу действия на организм. Самыми распространенными являются канифольные флюсы. Продуктом горения некоторых из них является абиетиновая кислота, она самая опасная среди всех, потому что способна вызвать мгновенную астматическую реакцию, а также спровоцировать появление хронической астмы. Адипиновая кислота, выделяемая при нагревании флюсов, менее опасна, однако длительное воздействие противопоказано.

Если раньше нагрев флюсов сопровождался неприятным горючим или едким запахом, то современные флюсы имеют приятный запах, однако на степень вредного воздействия это не оказывает никакого влияния. Другие виды флюсов также оказывают негативное воздействие на организм из-за вредных веществ, входящих в состав, но, к сожалению, качественная результат пайки невозможен без их присутствия в составе.

Из таблицы видно, что основными компонентами флюсов являются канифоли различного происхождения (натуральные и синтетические) и кислоты. Основа флюса может быть различной – жидкой, вязкой гелеобразной. Кроме того, в состав флюсов часто входят фенолы – высокотоксичные органические соединения.  В процессе пайки - нагреве флюсов, его составляющие распадаются в том числе на формальдегид.

Не только канифоль и флюсы выделяют вредные химические вещества при пайке. Чаще всего пайке подвергаются элементы из пластика и других различных полимеров, химический состав которых может быть очень и очень разным. При пайке нагреваются и плавятся поверхности соединяемых элементов, при этом выделяются продукты горения, которые так же токсичны. На производстве часто требуется пайка печатных плат. Они, в свою очередь, изготавливаются из стеклотекстолита, из которого при нагреве помимо различных химических компонентов, может выделяться и формальдегид, а при промышленной резке плат неизбежно появление пыли и микрочастиц стекловолокна. Учитывая все эти факторы, наличие вытяжек и дымоуловителей там, где производится пайка и любые другие работы с печатными платами обязательно.

Помимо всего перечисленного, для пайки используются припои. Припой – это металлическая проволока различной толщины, используемая для заполнения стыков между спаиваемыми элементами. Большинство припоев содержат свинец. В процессе пайки флюс или канифоль перемешиваются с припоем, припой плавится и частицы свинца вместе с дымом в случае отсутствия вытяжек попадают в дыхательные пути.

Кроме свинца, припои содержат бериллий, который при нагреве становится очень токсичным и легко распространяется в воздухе. Присутствие рабочей вытяжки не исключает оседание свинцовых микрочастиц и частиц бериллия  на ее элементах и воздуховодах, поэтому необходимо оборудовать вытяжку специальными закрытыми коробами, подходящими фильтрами, а также постоянно производить очистку всех поверхностей, а так же частей вытяжек от пыли, налетов и грязи.

Дымоприемники и дымоуловители

В зависимости от масштабов производства устройства отвода дыма могут быть разными.

При ручной пайке обычным паяльником используют специальные небольшие металлические трубки-дымоуловители. Они эффективны, но требуют тщательного ухода и каждый раз при пайке его необходимо крепить на паяльник и настраивать снова.

Дымоприемник, как правило, имеет косой срез и крепится на паяльнике так, чтоб срез был как можно ближе расположен к месту возникновения дыма, то есть логично то, что чем ближе к месту спаивания расположен дымоуловитель, тем эффективнее его работа. В некоторых случаях может быть установлено более одного дымоуловителя.

Дополняет трубку-дымоуловитель специальная воронка, которая при работе затягивает вредные вещества, но для ее эффективной работы в помещении должны быть исключены сквозняки.

Чем дальше срез дымоуловителя находится от источника дыма, тем более высокая мощность у него должны быть. Этот же принцип относится и к вытяжкам.

Если процесс пайки сопровождается активным выделением токсичных химических веществ, но необходимо обеспечить не только безопасность сотрудников, работающих непосредственно с паяльным оборудованием, но и предотвратить попадание продуктов горения в окружающую среду – в воздух. Существует большое количество оборудования, в том числе вытяжные шкафы и прозрачные вытяжные кабины для работы с химикатами, которое отвечает всем требованиям безопасности и обеспечивает надежную защиту.

Хорошо зарекомендовавшими себя российскими локальными системами дымоудаления являются дымоуловители DUET для пайки и лазера. Это современные приборы, которые могут использоваться при работах с повышенными требованиями к безопасности труда, в том числе, при работе с токсичными паяльными материалами. За счет высокой производительности, а также современных высокотехнологичных фильтров дымоуловители DUET принципиально отличаются от обычных вытяжек тем, что не просто «собирают» дым с различными химическими примесями, но и очищают воздух многоступенчатой системой фильтрации, благодаря чему очищенный воздух возвращается в помещение. Кроме того, дымоуловители можно зафиксировать в любом месте и положении относительно рабочего места, где осуществляется пайка.

Работы с лазером

Современный и, на первый взгляд, безопасный метод работы – лазер. Его применяют при резке металлов, для сварки, гравировки и других целей. Лазер используют при работе с любыми материалами, но чаще всего - с металлами. Он работает очень быстро и эффективно, но у него есть свои недостатки. При работе лазером обязательно появляется дым. Лазерная резка отличается от других способов скоростью и точностью, но в результате выделяется огромное количество различных химических веществ, в том числе токсичных. Это и частицы самого материала, и различные органические и неорганические соединения, а так же дым и пыль (в зависимости от материала). Процессы, происходящие при лазерной резке, настолько отличаются от процессов, происходящих при других, применяемых для этих же целей, что они получили название лазерная абляция.

Мощность лазеров бывает разная, и степень вредного воздействия, чаще всего, тем больше, чем мощнее лазер. Поэтому в помещениях, где осуществляется лазерная резка, используются особо мощные вытяжки с многоступенчатой системой фильтров.

В зависимости от того, какой материал подвергается лазерной обработке или резке, в воздух попадают различные по составу и размеру вредные частицы.

Отдельно стоит сказать, что лазерная обработка применяется и в случае работы с различными пластиками и полимерами. С учетом того, что работа лазером очень специфична сама по себе, а полимеры и пластики могут содержать различные химические вещества в своих соединениях, в результате могут выделяться очень опасные и токсичные соединения, в том числе бензол, который при длительном воздействии на организм может стать причиной онкологических заболеваний.

Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод, что важным этапом работ с лазером является выбор дымоуловителя и самое главное – подбор фильтров.

Еще одним важным нюансом лазерных работ является то, что микрочастицы от его  работы способным нанести вреди самому лазеру и его механизмы. Поэтому профессионально подобранная вытяжка здесь особо нужна.

Специалисты рекомендуют оснащать дымоприемники лазерной резки и сварки закрытыми коробами таким образом, чтоб он защищал область непосредственной работы лазера со всех сторон. При этом не обязательно использовать вытяжку с большой мощностью. Кроме того, рекомендуется использовать простейшие дымоприемники, как при пайке обычным паяльником, которые крепятся непосредственно на лазер и всасывают дым в точке работы.

Система фильтрации у дымоуловителей для работ с лазером должна быть достаточно продуманная, так как в состав дыма входят и крупные частицы, и микронная пыль, и наночастицы, и практически невидимые глазу газы. Как правило, используют три типа фильтров:

• предварительный – для пыли с размером частиц не более 1 мкм;
• фильтр HEPA для микронных частиц;
• классический газовый угольный фильтр.

В такой очередности загрязненный воздух и дым попадают в приемник: в первую очередь в предварительном фильтре оседают крупные частицы. Следующей ступенью фильтрации является фильтр HEPA – более мелкие частицы пыли задерживаются волокнами фильтра этой ступени благодаря его особому переплетению, кроме того, волокна фильтра обладают электростатическим притяжением, и частицы словно притягиваются к ним.

3D печать

Широкое распространение получила 3D печать благодаря своим уникальным возможностям. На первый взгляд данная технология может показаться абсолютно безопасной. Но если рассмотреть суть процесса печати более досконально, то становятся очевидные вредные факторы, но с ними не сложно справиться, если подходить к вопросу ответственно и профессионально.

3D печать – это создание объекта при помощи послойного нанесения материала с помощью цифрового автоматизированного управления. Чаще всего создаются детали и объекты из пластика или металла, хотя технология позволяет работать с абсолютно разными материалами. Послойное нанесение материала происходит с его нагревом и расплавлением, а значит, есть необходимость установки дымоуловителей и системы фильтров, сложность которой зависит от материала. Нагрев такого рода, как при 3D печати сопровождается выделением абсолютно разных веществ – твердых частиц пыли, микро и нано частиц, а также паров и газов. Их негативное влияние на органы дыхания очевидны, кроме того, они способны воздействовать и на другие органы, ЦНС, кровеносную систему и т.п.

О вреде нано частиц проведено множество исследований. Они способны, в том числе, проникать в организм через кожу, а также накапливаться в теле человека. К чему способны привести такого рода концентрации нано частиц в теле человека – однозначно сказать трудно, однако очевидно, что положительного эффекта они не вызывают точно.

Если говорить о парах и газах, выделяемых в процессе 3D печати, то они имеют едкий и довольно резкий запах. При нагреве пластика выделяется бензол, об опасном влиянии которого на организм человека упоминалось ранее, причем именно при  3D печати выделяется его наибольшее количество. Бензол обладает высокой летучестью, поэтому очень быстро распространяется в помещении. Этот фактор необходимо учитывать при подборе дымоуловителя и системы фильтров. Большинство 3D принтеров оснащены специальными патрубками для подключения дымоуловителя. Благодаря фильтрам воздух очищается и возвращается обратно без резких перепадов температур, что позволяет не нарушать технологический процесс печати.

Вывод

Большое количество технологических процессов включают в себя нагрев обрабатываемых элементов, деталей, плат и т.п. Выделение вредных и опасных веществ неизбежно, но современные технологии очистки воздуха и возможности использования вспомогательных приборов в любом процессе позволяют привести риски загрязнения воздуха и негативного влияния на организм человека к минимуму, а в большинстве случаев полностью исключить.