電熱水器若干理論問(wèn)題的討論（之二）環(huán)境介質(zhì)和內(nèi)膽分類

　　前一篇提到，貯水式熱水器內(nèi)膽（簡(jiǎn)稱：內(nèi)膽）的制造，是電熱水器（含太陽(yáng)能熱水器）制造業(yè)的核心技術(shù)。制定“內(nèi)膽”標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)膽”不漏水？1、承壓標(biāo)準(zhǔn)高；2、耐腐蝕能力強(qiáng)。前者大家都認(rèn)可。而后者，有人說(shuō)耐水性強(qiáng)，就可以了。也有人說(shuō)要耐腐防垢。因?yàn)樵斐蓛?nèi)膽漏水的原因，有物理的也有化學(xué)的因素，其過(guò)程比較復(fù)雜。存在的問(wèn)題是：內(nèi)膽的承壓標(biāo)準(zhǔn)定多高，如何確定耐腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)才更合理？由于現(xiàn)有的“內(nèi)膽”品種繁多，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，不等于就有了搪瓷內(nèi)膽的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橐粋€(gè)內(nèi)膽先通過(guò)耐壓性能、耐溫性能的檢測(cè)，再通過(guò)耐酸、耐水性能的檢測(cè)，或者檢測(cè)的程序相反，其檢測(cè)的結(jié)果是不同的；一個(gè)內(nèi)膽通過(guò)所有的檢測(cè)項(xiàng)目，和每個(gè)內(nèi)膽只檢測(cè)其中一個(gè)項(xiàng)目，所得的結(jié)果應(yīng)該也是不同的……等等。只有將內(nèi)膽放在具有一定的壓力和溫度的條件下，測(cè)得的各項(xiàng)性能指標(biāo)才更有實(shí)際意義。

　　就算它能夠作為搪瓷內(nèi)膽質(zhì)量的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，那么不銹鋼內(nèi)膽、塑料內(nèi)膽、水晶內(nèi)膽、無(wú)垢內(nèi)膽……等等，是否需要每一種材料制造的內(nèi)膽，都制定一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)呢？熱水器行業(yè)共同的心愿是：“內(nèi)膽”的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)能盡快地出臺(tái)。

　　將來(lái)要制定出科學(xué)的、合理的“內(nèi)膽”標(biāo)準(zhǔn)，就需要先明確內(nèi)膽的使用環(huán)境介質(zhì)和分類。

　　一、環(huán)境介質(zhì)的“四要素”

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

　　1、水質(zhì)

　　水質(zhì)是影響“內(nèi)膽” 質(zhì)量的主要因素。其中PH值、溶解氧、硬度和氯化物決定了“內(nèi)膽”防護(hù)層的技術(shù)取向。

　　貯水式熱水器是自來(lái)水管網(wǎng)末稍的終端設(shè)備。我國(guó)“內(nèi)膽”的所處環(huán)境介質(zhì)是：生活飲用水管網(wǎng)系統(tǒng)；使用介質(zhì)是生活飲用水。在部分中等以上的發(fā)達(dá)國(guó)家，“內(nèi)膽”的所處環(huán)境介質(zhì)有的是：直飲水管網(wǎng)系統(tǒng)。

　　我國(guó)地域遼闊，給水資源復(fù)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(kù)水。各地天然水源的水質(zhì)特點(diǎn)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(dá)700 mg/L。硬度也可高達(dá)700 mg/L（以CaO計(jì)）。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(guān)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(guó)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(zhǎng)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(jì)），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(dá)250 mg/L 。

　　同時(shí)還必須嚴(yán)格控制毒理學(xué)指標(biāo)。

　　制定《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的基本原則是：嚴(yán)格控制酸性、衛(wèi)生指標(biāo)，放寬堿性和溶解性總固體（包括總含鹽量）。所以說(shuō)，在一定的指標(biāo)范圍內(nèi)，生活飲用水的水質(zhì)是受給水資源影響的。而恰好是符合這個(gè)波動(dòng)指標(biāo)范圍內(nèi)的水質(zhì)，直接地影響“內(nèi)膽”的質(zhì)量。更無(wú)法掌握的是有的地方非達(dá)標(biāo)供水，幾乎供應(yīng)的就是自然水。

　　需要針對(duì)水質(zhì)的情況進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)處理，才能達(dá)到GB5749—85標(biāo)準(zhǔn)。如下表：

　　表一:我國(guó)GB5749—85《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》

　　2、呼吸壓力

　　壓力指“內(nèi)膽” 內(nèi)的液體和內(nèi)壁所受到的作用力。液體和內(nèi)壁所受到的作用力大于常壓時(shí)，會(huì)發(fā)生許多在常壓時(shí)，不會(huì)發(fā)生的變化，如曲線：水在常壓時(shí)的沸點(diǎn)為99.974℃，當(dāng)“內(nèi)膽”的水受到壓力為0.7Mpa時(shí)，沸點(diǎn)為154℃。之所以稱呼為呼吸壓力是因?yàn)樗谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，自應(yīng)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(nèi)膽”所承受的最高呼吸壓力為0 ~ 0.7Mpa。當(dāng)安全閥失效時(shí)，有可能承受的工作壓力最高為0.98Mpa。

　　呼吸壓力對(duì)“內(nèi)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(yīng)，破壞防護(hù)層和氧化層，造成部分金屬基材暴露；

　　（3）、提高水的沸點(diǎn)，促進(jìn)供水的化學(xué)反應(yīng)。

　　3、呼吸溫度

　　溫度是物體內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度的標(biāo)致。物質(zhì)獲得內(nèi)能的標(biāo)致是溫度上升，無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)促進(jìn)水中離子極化，加快化學(xué)反應(yīng)。

　　為了提高熱水產(chǎn)量同時(shí)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(nèi)膽”有可能承受工作的呼吸溫度為1 ~ 85℃。

　　呼吸溫度對(duì)“內(nèi)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(hù)電流將增加一倍；

　?。?）、加速防護(hù)層老化；

　?。?）、增加承受的壓力

　　（4）、促進(jìn)結(jié)水垢。

　　4、含氯量

　　之所以把含氯量做為一個(gè)項(xiàng)目來(lái)分析，是因?yàn)樗鳛橐粋€(gè)危害“內(nèi)膽”的特殊元素。水中存在著大量的Clˉ離子，導(dǎo)致表面鈍化金屬的孔蝕（也稱為點(diǎn)蝕）。常說(shuō)的局部腐蝕，是致使不銹鋼內(nèi)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(jìn)，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(biāo)準(zhǔn)，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(dá)150 mg/L。這部分非金屬鹽的容解度非常大，其Clˉ根不會(huì)因?yàn)橛捕认Ф鴾p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(yīng)式看出，沉淀的是陽(yáng)離子。

　　（2）、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(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定出廠水游離性余氯在接觸30min后應(yīng)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(shí)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(shí), 容解度為7160 mg/L）。下列兩個(gè)反應(yīng)幾乎瞬間發(fā)生，氯水解成鹽酸和次氯酸：         ←──

　　Cl2 + H2O ──→ HOCl + HCl

　　當(dāng)PH為中性時(shí)水中有大量的Clˉ離子存在。

　　二、貯水式熱水器內(nèi)膽的分類

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

　　1、搪瓷內(nèi)膽。

　　上述所說(shuō)的藍(lán)晶硅內(nèi)膽、金剛瓷內(nèi)膽、鈦金內(nèi)膽，其實(shí)就是搪瓷內(nèi)膽，或者說(shuō)是搪玻璃內(nèi)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(shuō)是玻璃層與鋼板層結(jié)合的產(chǎn)物。

　　搪瓷內(nèi)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(guò)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(hù)涂層。

　　釉原料轉(zhuǎn)變成釉瓷層的過(guò)程是非常復(fù)雜的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化。如脫水、有機(jī)物、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等分解和固相反應(yīng)，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(guò)程的等。

　　搪瓷內(nèi)膽的制造屬于硅酸鹽工業(yè)。它的質(zhì)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(nèi)部，然后上下左右搖動(dòng)，使釉漿布滿其內(nèi)表面，然后將余漿倒出。

　　蕩釉法最關(guān)鍵的是倒余漿操作，因?yàn)槿绻詽{從一邊倒出，則釉層厚薄不勻，釉漿貼著內(nèi)壁而流出的一邊釉層較厚，這樣會(huì)引起缺陷。因此，在倒余漿時(shí)動(dòng)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(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)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(guò)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(guò)一個(gè)高壓電場(chǎng)，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(fù)電的釉粉在電荷吸引力作用下向坯體運(yùn)動(dòng)，并在坯體的表面積聚，當(dāng)釉和坯體之間的電位接近于零時(shí)，釉粉便不會(huì)再吸引到坯體上，施釉的過(guò)程也就完成。

　　干法靜電施釉具有很多優(yōu)點(diǎn)，施釉工藝簡(jiǎn)單，省去了傳統(tǒng)的釉漿池、釉漿泵及濕法施釉線，沒(méi)有釉料損失，無(wú)水處理問(wèn)題，設(shè)備省，節(jié)能。釉面品質(zhì)好，釉層厚度均勻一致。因?yàn)橛缘念w粒規(guī)程松散，坯體在低溫下充分排氣，高溫時(shí)釉中無(wú)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(nèi)膽

　　水晶內(nèi)膽、樹(shù)脂內(nèi)膽、尼龍內(nèi)膽等，其實(shí)就是普通塑料內(nèi)膽。是指“內(nèi)膽”的內(nèi)表面覆蓋一層塑料層的內(nèi)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(dāng)解除外力后，在常溫下能保持既定形狀的高分子有機(jī)材料。是具有以上特性的，以高分子化合物或以合成樹(shù)脂為基礎(chǔ)的一類物質(zhì)。而樹(shù)脂是塑料最基本的，也是最重要的有機(jī)聚合物。

　　塑料具有防腐性能好、涂層厚、質(zhì)量輕和熱塑性能優(yōu)良，不會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，大量地用在自來(lái)水管網(wǎng)系統(tǒng)的給水管材上。屬于屏蔽性保護(hù)涂層。目前塑料內(nèi)膽塑料層的制造工藝較簡(jiǎn)單，可以通過(guò)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(shù)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(shù)脂即會(huì)因受熱而膠凝，然后將沒(méi)有膠凝的塑料溶膠倒出，將附在模具上的一層塑料進(jìn)行熱處理（烘熔）再進(jìn)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(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，生產(chǎn)速度高，工藝流程不復(fù)雜，易操作；缺點(diǎn)是厚度、重量準(zhǔn)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(shù)脂。

　　3、不銹鋼內(nèi)膽

　　雙八字內(nèi)膽、鎳合金內(nèi)膽、太空艙內(nèi)膽等屬于不銹鋼內(nèi)膽。它的制造工藝最簡(jiǎn)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(wú)垢防腐內(nèi)膽

　　無(wú)垢防腐內(nèi)膽，學(xué)名為氟碳復(fù)合層內(nèi)膽，也可以稱為氟樹(shù)脂內(nèi)膽。“內(nèi)膽”的內(nèi)表面覆蓋一層氟碳涂層，內(nèi)層由納米級(jí)防腐金屬元素組成。共分為底層、中間過(guò)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(jié)合強(qiáng)度，補(bǔ)平焊縫的缺口；中間過(guò)渡層為陰極保護(hù)層，實(shí)現(xiàn)底層與面層的有機(jī)結(jié)合；面層屏蔽性保護(hù)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(guò)渡層通過(guò)化學(xué)鍍工藝方法獲得，面層通過(guò)噴涂、380℃烘干獲得。

　　氟碳涂料又稱為氟樹(shù)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(yán)酷的腐蝕環(huán)境下應(yīng)用并具有長(zhǎng)效使用壽命的涂料。應(yīng)用涉及現(xiàn)代工業(yè)各領(lǐng)域：海上設(shè)施、橋梁、船舶、鐵路護(hù)欄、油管、油罐、石油化工、儲(chǔ)槽。這種氟碳在家電領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，如：炊具內(nèi)壁、電熨斗底板，電飯煲等隨處可見(jiàn)。它的分子鏈結(jié)構(gòu)中的C—F鍵，鍵能為485KJ/mol，在所有化學(xué)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(diǎn)：

　?、?、不粘性能或防粘性能最好；

　　②、表面張力最小，自潤(rùn)滑性與低磨擦性能優(yōu)越（固體潤(rùn)滑劑）；

　?、邸⒒瘜W(xué)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(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

　　有關(guān)氟碳涂料的特點(diǎn)和理論，在國(guó)際上已經(jīng)得到普遍的認(rèn)可。并且也已有了大量的報(bào)道。如果認(rèn)為有必要，以后可以進(jìn)行專題討論。（待續(xù)）                （責(zé)編 蔣士樺）