A ruházat hatása a műszaki tisztaságra

Ábra 2a: Kísérleti felépítés; keret és lépőfelület a testdobozban

Ábra 2b: Elemzőkendő kifeszítése

Ábra 2c: A vizsgált személy végigviszi a mozgásmenetet az elemző kendőn keresztül

Az új módszer bemutatása

ruházati rendszerek

A helyes választás: Ruha rendszerek a Műszaki Tisztaságban – első Body-Box tanulmány részecskeméret-tartomány felméréssel ≥ 0,5 µm-től > 3.000 µm-ig

Az új módszer bemutatása
Az alábbiakban bemutatjuk az új módszert. Ez a Body-Box mérési módszelen alapul, amely az IEST-RP-CC003.4-hez hasonló, és a Dastex 2004-ben implementálta [6]. Ez a módszer jelenleg az egyetlen mérési eljárás, amellyel a tisztatéri ruházati rendszerek gyakorlati körülmények között tesztelhetők. Egy tiszta területen, kb. 1,20 x 1,20 x 2,40 m méretű térben egy próbatest végrehajtja a vizsgált ruházati rendszerrel kapcsolatos meghatározott mozgásokat. A keletkező részecskéket optikai részecskeszámlálókkal (OPZ) detektálják, és ennek megfelelően értékelik.

A tisztatéri területeken az ember jelentős forrása a szennyeződésnek [8]. Nem szabad alábecsülni annak súlyát sem a gépjárműipari tisztatéri területeken [11]: A személyzet nemcsak a gyártásért, hanem a végtermékért is kritikus, részben működési vagy biztonsági szempontból releváns szennyeződéseket hozhat be. Mind a tisztatéri, mind a tisztasági területeken a helyes kiválasztású, a folyamatnak és annak specifikációinak megfelelő ruházati rendszer jelentősen hozzájárul az ilyen szennyeződések megelőzéséhez. Eddig nem álltak rendelkezésre mérési módszerek vagy adatok ezzel kapcsolatban. A Dastex saját kutatási és fejlesztési részlegén 2004 óta végzik a Body-Box tanulmányokat [6]. Ezek belső kérdések vagy ügyfélkérések alapján történnek. Eddig olyan témákban, mint például egyrészes vs. többször használatos [7], közbélés, sterilizálási mérések [9], és öregedési tanulmányok [10]. Eddig a részecskeméret-tartomány ≥ 0,5 µm-től ≥ 10 µm-ig (a DIN EN ISO 14644 szerint), és néhány tanulmányban a mikroorganizmus-szám bioTrak és mikroorganizmus-gyűjtők (GMP irányelvek szerint) felmérésére összpontosítottak. Az új módszer, amelyet a CleanControlling GmbH-val együttműködve vezettek be, a részecskeméret-tartományt felfelé 3.000 µm-ig bővíti, így egy kutatási hiányt pótol (lásd 1. ábra). A Body-Box mérési módszer a technikai tisztaság területén a VDA 19. kötet szerint sikeresen bevezetésre került. Az eredmények egyértelműen megmutatják, mely tisztatéri ruházati rendszerek alkalmazhatók a technikai tisztaság területén.

Az alkalmas részecskemérő módszer kiválasztása:

A részecskék optikai részecskeszámlálókkal történő detektálása csak bizonyos részecskeméretig megbízható és alkalmazható.

Ennek okai többek között:

- Különböző fizikai tulajdonságok. Súlyerő hatások például ≥ 5 µm részecskék esetén sedimentációt okozhatnak [3]. Ez a hatás különösen növekszik a vezetési hossz vagy a részecskeméret növekedésével. Továbbá, a tömeg- és turbulenciahatások miatt részecskék veszhetnek el [3]. > 100 µm részecskék a mérés során sedimentálódhatnak az OPZ-hez vezető úton, és nem kerülnek a számláló eredményébe.

- Továbbá, optikai szórásméréssel nem lehet ilyen nagy részecskéket detektálni. A piacon elérhető készülékek legfeljebb 500 µm részecskeméretig (Lég részecskeszámláló Abakus® mobil air LDS 2/2; 5 – 500 µm a Markus Klotz GmbH-tól [5]) alkalmazhatók, ha a részecskék a mérőkamrába érkeznek, annak ellenére, hogy a fent említett hatások befolyásolják a mérés pontosságát. K. Klotz készülékeinél például a mérőkamra közvetlenül a mintavételi szondától helyezkedik el, így a részecskék nem kell hosszú mintavevő csövön keresztül haladjanak, hanem közvetlenül a mérőkamrába kerülnek.

- Az optikai részecskeszámlálók általában monodiszperz polisztirol-latex részecskékkel (PSL) kalibráltak. A PSL részecskék ideális köralakúak. „Az összes számlálás és részecskeméret, amit ilyen kalibrált készülékkel mérnek, mind a PSL részecskék átmérőjére vonatkozik.” [3]. Ez azonban nem tükrözi a részecskék természetes formáját és előfordulását. Különösen egy bizonyos méret felett a részecskék jelentősen eltérő hossz- és szélességi kiterjedéssel rendelkezhetnek. Az optikai részecskeszámláló a részecskéket az orientáció és a fényviszonyok függvényében detektálja, nem pedig azok tényleges mérete szerint.

A gépjárműiparban a részecskék legnagyobb kiterjedését (Feretmax) használják a „legrosszabb eset károsodási potenciál” meghatározására [12]. Ezért a > 100 µm részecskék helyes mérésének nagy jelentősége van.

Az optikai részecskeszámlálókkal végzett mérés nem alkalmas a > 3000 µm részecskék detektálására a mérési felépítésben.

A Body-Box mérés során az légáramlást úgy alakították ki, hogy „reprezentatív mintavétel biztosított” [6]. Ez azonban csak a kicsi részecskék detektálására igaz. Ezt a fizikai tulajdonságokat már korábban ismertettem. A kisebb részecskék méréséhez elegendő csak egy részáramot mérni, és a részecskék számát a teljes térfogatra arányosan fel kell szorozni. A részecskék természetes eloszlása miatt a nagyobb részecskék száma jelentősen alacsonyabb. Emellett a nagy részecskék nem lesznek homogén módon eloszlatva a levegőben. Ezért a részáram vizsgálata nem elegendő, hanem a teljes légáramlást szűrni, felfogni és értékelni kell. A részecskék veszteségének minimalizálása érdekében a részecskeszűrőt közvetlenül a részecskék keletkezése közelében és alatt helyezik el. A technológiai tisztaság szempontjából a szűrőrendszert a részecskék keletkezése után közvetlenül alkalmazzák. Az elemzési módszer a szűrőanyagon történő részecskekivonásból és a VDA19. rész 1 szabvány szerinti értékelésből áll.

Az új, a Body-Box-ba integrált vizsgálati eljárás

A különböző koncepciók alapos vizsgálata után végül egy megközelítés finomhangolásra és megvalósításra került. Ahogy a 2a ábrán látható, a Body-Box-ba egy keret került beépítésre. Ebben egy meghatározott elemzőszövetet feszítenek ki a legmagasabb tisztasági követelmények mellett (2b ábra). Ez a szűrő a részecskék felfogására szolgál, amelyeket a vizsgált személy vagy ruházati rendszer bocsát ki. Olyan kialakítású, hogy a légáramlás minimálisan befolyásolt, ugyanakkor ≥ 15 µm részecskék megbízhatóan visszatartódnak. A vizsgált személy egy, az elemzőszövet fölé helyezett lépcsőn végzi el a szükséges mozgásokat (2c ábra). A vizsgálat ugyanúgy történik, mint minden más tanulmányban. A személy belép a Body-Box-ba, és először öt percig áll, majd öt percig jár, ismét öt percig áll, majd ismét öt percig jár, végül pedig öt percig áll. Ezután elhagyja a Body-Box-ot.

A vizsgálat utófeldolgozása során az elemzőszövetet egy előre meghatározott eljárás szerint feszítik ki és hajtogatják, hogy ne veszjenek el részecskék. Ezután tiszta légmentes zacskóba csomagolják, egyértelműen megjelölve, majd a CleanControlling részére küldik kivonás és értékelés céljából.

A szűrőanyag óvatos szállítása után a tisztatéri laborba, a CleanControllingba, a mérőtestet a anyagcsatornán keresztül bejuttatják az ISO 6-os osztályú tisztatérbe, és előkészítik a kivonáshoz.

A részecskekivonáshoz a kiterített szövetből egy megfelelő méretű kivonókamrát használnak, amelyet a gépjárműiparban teherautó-alkatrészek (pl. motorháztető) esetében alkalmaznak. A kivonókamra egy, a vakteszt során meghatározott és ismert tisztasági állapottal rendelkezik. A vakteszt eredményét a VDA19. 1. rész szerint értékelik. A szűrőanyagot keresztben helyezik el a kamrában, és mindkét oldalról 20 l hideg tisztítószerrel és meghatározott térfogatárammal öblítik. A vizsgálati folyadékot egy gyűjtőcsőrön keresztül a szűrőhelyre vezetik, ahol egy 1 µm hálós szűrő van beépítve. A szűrést vákuum segíti. A kamra utóöblítése után a szűrőt mikroszkópos vizsgálatra átadják.

A mikroszkópos részecske-elemzést egy sztereomikroszkópos rendszerrel végzik, automatikus xy-mozgatóasztallal és a JOMESA cég részecskeszámláló szoftverével. A rendszer a VDA19 1. rész szerinti szabvány szerint van paraméterezve. A fókusz a > 50 µm részecskéken van, és a részecskék Feretmax hosszát mérik, hogy a legnagyobb kiterjedést meghatározzák. A fénypolarizációs szűrő segítségével fém- és nemfém részecskéket számlálnak és mérnek, valamint szálakat is figyelembe vesznek hossz/breitefaktor szerint.

A nagyobb részecskék fókuszálásakor azokat a kezelő manuálisan ellenőrzi a mikroszkóp élőképen, és szükség esetén szerkeszti. Ezután a legnagyobb részecskéket képi formában rögzítik a protokollban.

A teljes elemzési eredményt a Dastex részére küldik további értékelés céljából.

Az eredmények feldolgozása:

A teljes tanulmány során egy optikai részecskeszámlálót használnak, amely a ≥ 0,5 – ≥ 10 µm részecskék detektálására alkalmas. Az eredmények értékelése és bemutatása során a részecskeszámokat az extrakciós eljárás és a mikroszkópos vizsgálat, valamint az optikai részecskeszámlálók eredményeit egységesen részecske/perc értékre konvertálják.

Az egyes részecstípusok részletes bemutatása nem szerepel a tanulmány eredményeiben, mivel a vizsgálati felépítés nem várható fém részecskéket. A jövőbeli kutatások során azonban ez elképzelhető, különösen, ha már viselt ruházatot vizsgálnak.

Az eredmények és a vita:

A 2. táblázat áttekintést ad a detektált részecskeszámokról. A ≥ 0,5 – ≥ 10 µm tartományban a részecskéket optikai részecskeszámlálóval detektálták. A 15 – > 1.500 µm tartományt kivonással és fényoptikai módszerrel értékelték.

Csak a szűrőelemzés eredménye már nagyon világosan mutatja, hogy a számokkal alátámasztva: egy köpeny viselése az utcai ruházat fölött nem elegendő. Ez a teljes részecskeméret-tartomány figyelembevételével 63%-os csökkenést eredményez, azonban a nagy részecskék továbbra is egyszerűen leesnek a köpenyről. Ez magyarázza a 100 µm feletti és 400 µm feletti részecskék esetében csupán 4–17%-os javulást.

Ha az utcai ruházatot tisztatéri közbélésre cserélik, akkor akár 99%-os csökkenést is el lehet érni. Hasonló eredményt érnek el, ha egy ION-NOSTAT LS Light 125.2 típusú overallt viselnek az utcai ruházat fölött. Ezen a nagyon alacsony részecskemennyiségen nem lehet megállapítani, melyik ruházati rendszer „jobb”. Mindkettő nagyon jó eredményt mutat, és hogy melyiket alkalmazzák a gyártásban, az más tényezőktől függ, amelyeket itt nem részletezünk.

A szűrőelemzés képeiből az is kiderül, hogy a mikroszkópos elemzés és az utóellenőrzés során külön kihívást jelentett a sok szálaszerű részecske szerkesztése, amelyek részben összefonódtak, hogy a mérési eredményt megbízható tisztasági összehasonlításként felhasználják.

A 3. táblázat összehasonlítja az új állapot (új) és az öregedést szimuláló állapot (60x) részecskeszámát. Az eredmények azt mutatják, hogy a textíliák a 60 dekontaminációs ciklus után ugyanúgy, vagy akár még több részecskét tartanak vissza, mint az új állapotban.

Amint az a ruházati rendszer rangsorában (Ábra 3) látható, a legkevesebb részecskét a 0 – 6 részecske/perc (különböző részecskeméret-tartományok szerint) a ION-NOSTATVI.2 típusú köpeny viselése mellett mérik, kombinálva egy tisztatéri közbéléssel. Ezután következik a ION-NOSTAT LS Light 125.2 overall 5–48 részecske/perc értékkel (különböző részecskeméret-tartományok szerint). Ugyanakkor ez a textil nagyon magas viselési kényelmet nyújt. Az utcai ruházat, mint várható, 59 vagy 198 részecske/perc értékkel a legtöbb részecskét bocsátja ki. Meg kell jegyezni, hogy ez egy frissen mosott pamut tréningruha, amit csak a Body-Box-ban viseltek. Normál utcai ruházat esetén jóval magasabb részecskeszennyezés várható, mivel a szennyeződések a ruházaton kívül háziállatok szennyezései és sok más forrás is hozzájárul. Ezek a részecskék leesnek a köpenyről, így az utcai ruházat + köpeny részecskeszámértéke kb. 32–165 részecske/perc, még a magas minőségű ION-NOSTAT VI.2 típusú textil ellenére is. A szennyeződések, amelyek leesnek, nem automatikusan szedődnek le a padlóra, és nem maradnak ott mozdulatlanul. A részecskék fajtájától függően hosszú ideig lebeghetnek a levegőben. Mozgások (pl. személy mozgása, légáramlások stb.) révén a részecskék felkavarodnak, és a munkaterületeken, illetve a termékeken rakódhatnak le. Ezért a utcai ruházat + köpeny alkalmazását bizonyos tisztasági követelmények mellett nem javasolt.

Összegzés és kilátások

A tanulmány eredményei egyértelműen megmutatják, mely ruházati rendszerek alkalmazhatók az egyes területeken. Emellett látható, hogy a textil és a szabás hogyan befolyásolja a tisztaságot. Az egyéni követelmények szerint különböző ruházati rendszerek képesek csökkenteni az emberi szennyezőforrást a tiszta- és tisztatéri környezetben.

A bevezetett mérési módszer kitölti a korábbi hiányosságokat, és lehetővé teszi a gyakorlatban releváns részecskeszám értékek meghatározását akár ≥ 3.000 µm méretig. A módszer nemcsak kvantitatív értékelést tesz lehetővé, hanem szükség esetén és célszerűség szerint a részecstípusokra is bontja az eredményeket. Amennyiben a felhasználó úgy dönt, hogy már viselt ruházattal végzi el a vizsgálatot, akkor esetleg következtetéseket vonhat le a fém részecskék eltávolításáról a dekontamináció révén. Elképzelhető, hogy a fém részecskék a szálakban tapadnak, és csak a személy mozgása révén szabadulnak ki. Egy ilyen tanulmánnyal például meghatározhatók a maximális viselési ciklusok, vagy optimalizálható a ruházati rendszer a leginkább igénybevett helyeken.

________________________
Tanulmány publikálva 2022 októberében, a Tiszta Felületek Lapja 10. számában
link.springer.com/journal/35144/volumes-and-issues

________________________
Források
[1] Dastex Reinraumzubehör GmbH & Co. KG (2019). ION-NOSTAT VI.2.
https://www.dastex.com/produktportfolio/oberbekleidung/gewebe-der-oberbekleidung-auf-einen-blick/ion-nostat-vi2/ [Hozzáférés: 2021.01.11]
[2] Dastex Reinraumzubehör GmbH & Co. KG. (2019). ION-NOSTAT LS Light 125.2
https://www.dastex.com/produktportfolio/oberbekleidung/gewebe-der-oberbekleidung-auf-einen-blick/ion-nostat-ls-light-1252/ [Hozzáférés: 2021.01.11]
[3] Hauptmann & Hohmann (1999). A tisztatéri gyakorlat kézikönyve III – 2. folyamatfelügyelet tisztatéri környezetben; Tisztatéri technológia S.18ff
[4] Jost, J. (2020). A Bodybox teszt módszerének bevezetése és ellenőrzése a részecskék detektálására ≥ 15 és > 3.000 µm között. Bachelor dolgozat, Albstadt-Sigmaringen Főiskola, Élet Tudományok Kara.
[5] Markus Klotz GmbH. Technikai adatlap a Abakus® mobil lég részecskeszámlálóról. https://www.fa-klotz.de/partikelzaehler-wAssets/docs/abakus-mobil-air-de.pdf [Hozzáférés: 2021.01.11]
[6] Moschner, C. & von Kahlden, T. (2004). Body-Box teszt: Egy tesztelési módszer a mérőálláson. Tisztatértechnika, 02, 38-39
[7] Moschner, C. (2006). Egyrészes ruházat – Valóban alternatíva a mosható textil tisztatéri ruházathoz? Tisztatértechnika 3, 28-31
[8] Moschner, C. (2010). Emberi szennyeződés forrása – részecskekibocsátás az ember által. Tisztatértechnika, 01, 30-33
[9] Moschner, C. (2015). Mikroorganizmus-mérések a Body-Boxban. tisztatér online, 04, 4-6
[10] Moschner, C. & Gaza, S. (2017). Steril tisztatéri ruházat öregedési jelei. Tisztatértechnika, 1, 52-54
[11] Az Autóipari Szövetség (VDA) (2010). Minőségirányítás az autóiparban – 19. kötet 2. rész Technikai tisztaság az összeszerelésben
[12] Az Autóipari Szövetség (VDA) (2015). Minőségirányítás az autóiparban – 19. kötet 1. rész A technikai tisztaság vizsgálata – részecske szennyeződés a funkció szempontjából fontos autóalkatrészekben