電熱水器若干理論問題的討論（之二）環(huán)境介質和內膽分類

　　前一篇提到，貯水式熱水器內膽（簡稱：內膽）的制造，是電熱水器（含太陽能熱水器）制造業(yè)的核心技術。制定“內膽”標準的目的之一是：確保其在使用的情況下不漏水。

　　如何才能保證“內膽”不漏水？1、承壓標準高；2、耐腐蝕能力強。前者大家都認可。而后者，有人說耐水性強，就可以了。也有人說要耐腐防垢。因為造成內膽漏水的原因，有物理的也有化學的因素，其過程比較復雜。存在的問題是：內膽的承壓標準定多高，如何確定耐腐蝕的標準才更合理？由于現(xiàn)有的“內膽”品種繁多，質量標準不一，因而存在著許多不同的看法。

　　現(xiàn)在有了QB/ T 2590—2003《貯水式熱水器搪瓷制件》標準，不等于就有了搪瓷內膽的質量標準。因為一個內膽先通過耐壓性能、耐溫性能的檢測，再通過耐酸、耐水性能的檢測，或者檢測的程序相反，其檢測的結果是不同的；一個內膽通過所有的檢測項目，和每個內膽只檢測其中一個項目，所得的結果應該也是不同的……等等。只有將內膽放在具有一定的壓力和溫度的條件下，測得的各項性能指標才更有實際意義。

　　就算它能夠作為搪瓷內膽質量的檢測標準，那么不銹鋼內膽、塑料內膽、水晶內膽、無垢內膽……等等，是否需要每一種材料制造的內膽，都制定一個行業(yè)標準呢？熱水器行業(yè)共同的心愿是：“內膽”的國家標準能盡快地出臺。

　　將來要制定出科學的、合理的“內膽”標準，就需要先明確內膽的使用環(huán)境介質和分類。

　　一、環(huán)境介質的“四要素”

　　影響“內膽”質量的因素有許多，但是主要體現(xiàn)在四個方面即：水質、呼吸壓力、呼吸溫度和含氯量被稱為：影響“內膽”質量的“四要素”。

　　1、水質

　　水質是影響“內膽” 質量的主要因素。其中PH值、溶解氧、硬度和氯化物決定了“內膽”防護層的技術取向。

　　貯水式熱水器是自來水管網(wǎng)末稍的終端設備。我國“內膽”的所處環(huán)境介質是：生活飲用水管網(wǎng)系統(tǒng)；使用介質是生活飲用水。在部分中等以上的發(fā)達國家，“內膽”的所處環(huán)境介質有的是：直飲水管網(wǎng)系統(tǒng)。

　　我國地域遼闊，給水資源復雜，分為地下水源和地面水源。地下水源包括上層滯水、潛水、承壓水、裂隙水、溶巖水和泉水等。地面水源包括江河水、湖泊水、水庫水。各地天然水源的水質特點區(qū)別很大，而可作為給水資源的水源又各不相同。因而又決定了它的硬度、總含鹽量及總含鹽量中離子也有所不同。

　　地下水含鹽量和硬度都比較高。含鹽量一般在200～500 mg/L之間，西北等地含鹽量可高達700 mg/L。硬度也可高達700 mg/L（以CaO計）。CO2含量一般為30～100 mg/L之間。

　　如：廣西、云南、貴州等喀斯特地區(qū)，就有許多城鎮(zhèn)以溶巖水作為給水資源。其特征是為低礦化度的重碳酸鹽水。

　　如：華北寒武、廣東的雷州半島、關中平原、河西走廊、北京附近等地，以承壓水作為給水資源。

　　我國的江河水含鹽量和硬度，除西北黃土高原及華北平原外，一般較地下水低。如東北松黑流域，長江、珠江流域及東南沿海地區(qū)，含鹽量一般都小于100 mg/L；硬度一般低于30 mg/L（以CaO計），溶解氧含量一般為5～10 mg/L之間，CO2含量一般低于20～30 mg/L。但是有的水源溶解氧含量高達250 mg/L 。

　　同時還必須嚴格控制毒理學指標。

　　制定《生活飲用水水質標準》的基本原則是：嚴格控制酸性、衛(wèi)生指標，放寬堿性和溶解性總固體（包括總含鹽量）。所以說，在一定的指標范圍內，生活飲用水的水質是受給水資源影響的。而恰好是符合這個波動指標范圍內的水質，直接地影響“內膽”的質量。更無法掌握的是有的地方非達標供水，幾乎供應的就是自然水。

　　需要針對水質的情況進行相應的技術處理，才能達到GB5749—85標準。如下表：

　　表一:我國GB5749—85《生活飲用水衛(wèi)生標準》

　　2、呼吸壓力

　　壓力指“內膽” 內的液體和內壁所受到的作用力。液體和內壁所受到的作用力大于常壓時，會發(fā)生許多在常壓時，不會發(fā)生的變化，如曲線：水在常壓時的沸點為99.974℃，當“內膽”的水受到壓力為0.7Mpa時，沸點為154℃。之所以稱呼為呼吸壓力是因為它在一定的范圍內不停地變化著。

　　給水管網(wǎng)系統(tǒng)的給水管材，可分為金屬管材和非金屬管材。金屬管材又分為鑄鐵管和鋼管，所承受的工作壓力最高為0.98Mpa。非金屬管材又分為鋼筋混凝土管及預應力鋼筋混凝土管，自應力鋼筋混凝土管，石棉水泥管，塑料管所承受的工作壓力最高為0.59Mpa。承壓式“內膽”所承受的最高呼吸壓力為0 ~ 0.7Mpa。當安全閥失效時，有可能承受的工作壓力最高為0.98Mpa。

　　呼吸壓力對“內膽”的危害:

　?。?）、產(chǎn)生形變、脹裂焊縫，增加制造成本；

　?。?）、產(chǎn)生“皮球”效應，破壞防護層和氧化層，造成部分金屬基材暴露；

　　（3）、提高水的沸點，促進供水的化學反應。

　　3、呼吸溫度

　　溫度是物體內部分子無規(guī)則運動的劇烈程度的標致。物質獲得內能的標致是溫度上升，無規(guī)則的布朗運動促進水中離子極化，加快化學反應。

　　為了提高熱水產(chǎn)量同時還要保證使用安全，符合電熱水器的其它要求等因素，一般把電熱水器的最高出水溫度確定為85℃。所以，“內膽”有可能承受工作的呼吸溫度為1 ~ 85℃。

　　呼吸溫度對“內膽”的危害:

　?。?）、加快溶解氧的腐蝕速度。每提高10℃，所需的陰極保護電流將增加一倍；

　?。?）、加速防護層老化；

　　（3）、增加承受的壓力

　?。?）、促進結水垢。

　　4、含氯量

　　之所以把含氯量做為一個項目來分析，是因為它作為一個危害“內膽”的特殊元素。水中存在著大量的Clˉ離子，導致表面鈍化金屬的孔蝕（也稱為點蝕）。常說的局部腐蝕，是致使不銹鋼內膽漏水的主要原因。產(chǎn)生孔蝕的離子一部分由自然水資源帶進，而另一部分是人為加入的。

　?。?）、自然水資源中的含氯量

　　根據(jù)GB5749—85標準，允許生活飲用水的氯化物含量為250 mg/L，主要是鈣、鎂氯化物，屬于永久性硬度，Clˉ離子含氯量可高達150 mg/L。這部分非金屬鹽的容解度非常大，其Clˉ根不會因為硬度消失而減少如：

　　CaCl2 + Na2CO3 ──→ CaCO3↓+ 2NaCl

　　CaCl2 + Na2SO4 ──→ CaSO4↓+ 2NaCl

　　CaCl2 + Na2SiO3 ──→ CaSiO3↓+ 2NaCl

　　MgCl2 + 2NaOH ──→ Mg(OH)2↓+ 2NaCl

　　由上述反應式看出，沉淀的是陽離子。

　?。?）、人為加入的含氯量

　　為了保障人們的身體健康，防止水致疾病的傳播，在生活飲用水中，常用氯化法消毒，直接在水中加氯。我國生活飲用水衛(wèi)生標準中規(guī)定出廠水游離性余氯在接觸30min后應不低于0.3 mg/L，在管網(wǎng)末稍不低于0.05 mg/L。給水處理時加氯量一般為1.0～1.5 mg/L。如加氯氣產(chǎn)生的陰離子元素：

　　氯容解于水（在20℃和0.098Mpa時, 容解度為7160 mg/L）。下列兩個反應幾乎瞬間發(fā)生，氯水解成鹽酸和次氯酸：         ←──

　　Cl2 + H2O ──→ HOCl + HCl

　　當PH為中性時水中有大量的Clˉ離子存在。

　　二、貯水式熱水器內膽的分類

　　現(xiàn)在市面上貯水式熱水器內膽的名稱有很多，如：藍晶硅內膽、金剛瓷內膽、鈦金內膽、水晶內膽、樹脂內膽、雙八字內膽等。本文根據(jù)防腐介質的區(qū)分，將其歸類為三種類形的內膽，即是：搪瓷內膽、塑料內膽、不銹鋼內膽。并且還介紹一種新的內膽——無垢防腐內膽。

　　1、搪瓷內膽。

　　上述所說的藍晶硅內膽、金剛瓷內膽、鈦金內膽，其實就是搪瓷內膽，或者說是搪玻璃內膽。是由于高溫的作用下熔融而覆蓋在金屬坯體后的產(chǎn)物，也可以說是玻璃層與鋼板層結合的產(chǎn)物。

　　搪瓷內膽的釉是酸性氧化物SiO2和堿性Na2O、CaO、BaO、PbO、ZnO等組成，在高溫下熔成液態(tài)，而在冷卻過程中逐漸凝固，最后形成玻璃態(tài)的硅酸鹽。具有耐腐蝕、耐高溫、耐電壓、耐侯性、涂層厚的“永久型”涂層。屬于屏蔽性保護涂層。

　　釉原料轉變成釉瓷層的過程是非常復雜的過程。在這個過程發(fā)生一系列復雜的物理化學變化。如脫水、有機物、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等分解和固相反應，原料自身熔化，相互熔解形成低共熔物以金屬坯體與釉之間加熱過程的等。

　　搪瓷內膽的制造屬于硅酸鹽工業(yè)。它的質量好壞取決于多種因素，包括釉與金屬坯體之間的膨脹系數(shù)是否匹配等。目前在金屬坯體上施釉主要采取兩種工藝：

　?。?）、蕩釉法

　　蕩釉操作指將一定濃度及一定量的釉漿注入器物內部，然后上下左右搖動，使釉漿布滿其內表面，然后將余漿倒出。

　　蕩釉法最關鍵的是倒余漿操作，因為如果釉漿從一邊倒出，則釉層厚薄不勻，釉漿貼著內壁而流出的一邊釉層較厚，這樣會引起缺陷。因此，在倒余漿時動作要快，要在搖晃均勻后迅速使制品口朝下，使釉漿從制品口全圓周均勻流出，釉層才均勻。

　　蕩釉工藝的特點是：設備簡單、投資額小。

　?。?）、干法靜電施釉法

　　干法靜電施釉法的原理是：利用了帶電物件的相互吸引和排斥作用。其工藝基本過程是：用一定的壓縮空氣將釉粉懸浮于氣流中，并由空氣輸送穿過一個高壓電場，這樣空氣中的離子和電子撞擊釉顆粒而使其帶電；釉粉和坯體所帶電性相反，這樣，帶負電的釉粉在電荷吸引力作用下向坯體運動，并在坯體的表面積聚，當釉和坯體之間的電位接近于零時，釉粉便不會再吸引到坯體上，施釉的過程也就完成。

　　干法靜電施釉具有很多優(yōu)點，施釉工藝簡單，省去了傳統(tǒng)的釉漿池、釉漿泵及濕法施釉線，沒有釉料損失，無水處理問題，設備省，節(jié)能。釉面品質好，釉層厚度均勻一致。因為釉的顆粒規(guī)程松散，坯體在低溫下充分排氣，高溫時釉中無氣體排出，釉面更加平整光滑，針孔、氣泡很少。

　　干法靜電施釉工藝投資額大。

　　2、塑料內膽

　　水晶內膽、樹脂內膽、尼龍內膽等，其實就是普通塑料內膽。是指“內膽”的內表面覆蓋一層塑料層的內膽。

　　塑料是一種在一定溫度和壓力下，能塑造成有一定形狀，而當解除外力后，在常溫下能保持既定形狀的高分子有機材料。是具有以上特性的，以高分子化合物或以合成樹脂為基礎的一類物質。而樹脂是塑料最基本的，也是最重要的有機聚合物。

　　塑料具有防腐性能好、涂層厚、質量輕和熱塑性能優(yōu)良，不會產(chǎn)生電化學腐蝕，大量地用在自來水管網(wǎng)系統(tǒng)的給水管材上。屬于屏蔽性保護涂層。目前塑料內膽塑料層的制造工藝較簡單，可以通過多次噴涂、烘干，或者常溫涂層固化即可。也有采用搪塑成型工藝。

　　搪塑成型又稱冷凝成型，它是采用糊狀樹脂（塑性溶膠）傾倒入已加溫的模具中（只用陰模）接近模壁的塑料樹脂即會因受熱而膠凝，然后將沒有膠凝的塑料溶膠倒出，將附在模具上的一層塑料進行熱處理（烘熔）再進行冷卻后即可以從模中取出空心制品。它是制造空心軟制品的一種常用主要方法。

　　搪塑成型的優(yōu)點是設備簡單、投資少，生產(chǎn)速度高，工藝流程不復雜，易操作；缺點是厚度、重量準確性較差。用于搪塑成型的塑料，目前主要采用聚氯乙烯糊狀樹脂。

　　3、不銹鋼內膽

　　雙八字內膽、鎳合金內膽、太空艙內膽等屬于不銹鋼內膽。它的制造工藝最簡單，制成金屬坯體即可使用，不需要任何防腐涂層。屬于傳統(tǒng)的鈍化金屬材料貯水容器。

　　4、無垢防腐內膽

　　無垢防腐內膽，學名為氟碳復合層內膽，也可以稱為氟樹脂內膽。“內膽”的內表面覆蓋一層氟碳涂層，內層由納米級防腐金屬元素組成。共分為底層、中間過渡層和面層三部分。

　　底層的作用主要提高涂層與金屬基體的結合強度，補平焊縫的缺口；中間過渡層為陰極保護層，實現(xiàn)底層與面層的有機結合；面層屏蔽性保護涂層，主要是滿足各種不同性能要求的功能性部分。

　　底層和中間過渡層通過化學鍍工藝方法獲得，面層通過噴涂、380℃烘干獲得。

　　氟碳涂料又稱為氟樹脂涂料，是特殊性塑料。具有熱塑性能。屬于“重防腐蝕涂料”（heavy—dutycoating）。能在嚴酷的腐蝕環(huán)境下應用并具有長效使用壽命的涂料。應用涉及現(xiàn)代工業(yè)各領域：海上設施、橋梁、船舶、鐵路護欄、油管、油罐、石油化工、儲槽。這種氟碳在家電領域也得到了廣泛的應用，如：炊具內壁、電熨斗底板，電飯煲等隨處可見。它的分子鏈結構中的C—F鍵，鍵能為485KJ/mol，在所有化學鍵中堪稱第一。所以，也有人稱呼其為“塑料之王”。

　　氟碳涂料與其它防腐涂料相比其特點：

　?、?、不粘性能或防粘性能最好；

　?、?、表面張力最小，自潤滑性與低磨擦性能優(yōu)越（固體潤滑劑）；

　?、?、化學穩(wěn)定性能最高。防腐性能和耐熱性能最好；

　　④、不含重金屬離子和堿金屬離子，不會產(chǎn)生電化學腐蝕。

　　有關氟碳涂料的特點和理論，在國際上已經(jīng)得到普遍的認可。并且也已有了大量的報道。如果認為有必要，以后可以進行專題討論。（待續(xù)）                （責編 蔣士樺）