电热水器若干理论问题的讨论（之二）环境介质和内胆分类

　　前一篇提到，贮水式热水器内胆（简称：内胆）的制造，是电热水器（含太阳能热水器）制造业的核心技术。制定“内胆”标准的目的之一是：确保其在使用的情况下不漏水。

　　如何才能保证“内胆”不漏水？1、承压标准高；2、耐腐蚀能力强。前者大家都认可。而后者，有人说耐水性强，就可以了。也有人说要耐腐防垢。因为造成内胆漏水的原因，有物理的也有化学的因素，其过程比较复杂。存在的问题是：内胆的承压标准定多高，如何确定耐腐蚀的标准才更合理？由于现有的“内胆”品种繁多，质量标准不一，因而存在着许多不同的看法。

　　现在有了QB/ T 2590—2003《贮水式热水器搪瓷制件》标准，不等于就有了搪瓷内胆的质量标准。因为一个内胆先通过耐压性能、耐温性能的检测，再通过耐酸、耐水性能的检测，或者检测的程序相反，其检测的结果是不同的；一个内胆通过所有的检测项目，和每个内胆只检测其中一个项目，所得的结果应该也是不同的……等等。只有将内胆放在具有一定的压力和温度的条件下，测得的各项性能指标才更有实际意义。

　　就算它能够作为搪瓷内胆质量的检测标准，那么不锈钢内胆、塑料内胆、水晶内胆、无垢内胆……等等，是否需要每一种材料制造的内胆，都制定一个行业标准呢？热水器行业共同的心愿是：“内胆”的国家标准能尽快地出台。

　　将来要制定出科学的、合理的“内胆”标准，就需要先明确内胆的使用环境介质和分类。

　　一、环境介质的“四要素”

　　影响“内胆”质量的因素有许多，但是主要体现在四个方面即：水质、呼吸压力、呼吸温度和含氯量被称为：影响“内胆”质量的“四要素”。

　　1、水质

　　水质是影响“内胆” 质量的主要因素。其中PH值、溶解氧、硬度和氯化物决定了“内胆”防护层的技术取向。

　　贮水式热水器是自来水管网末稍的终端设备。我国“内胆”的所处环境介质是：生活饮用水管网系统；使用介质是生活饮用水。在部分中等以上的发达国家，“内胆”的所处环境介质有的是：直饮水管网系统。

　　我国地域辽阔，给水资源复杂，分为地下水源和地面水源。地下水源包括上层滞水、潜水、承压水、裂隙水、溶岩水和泉水等。地面水源包括江河水、湖泊水、水库水。各地天然水源的水质特点区别很大，而可作为给水资源的水源又各不相同。因而又决定了它的硬度、总含盐量及总含盐量中离子也有所不同。

　　地下水含盐量和硬度都比较高。含盐量一般在200～500 mg/L之间，西北等地含盐量可高达700 mg/L。硬度也可高达700 mg/L（以CaO计）。CO2含量一般为30～100 mg/L之间。

　　如：广西、云南、贵州等喀斯特地区，就有许多城镇以溶岩水作为给水资源。其特征是为低矿化度的重碳酸盐水。

　　如：华北寒武、广东的雷州半岛、关中平原、河西走廊、北京附近等地，以承压水作为给水资源。

　　我国的江河水含盐量和硬度，除西北黄土高原及华北平原外，一般较地下水低。如东北松黑流域，长江、珠江流域及东南沿海地区，含盐量一般都小于100 mg/L；硬度一般低于30 mg/L（以CaO计），溶解氧含量一般为5～10 mg/L之间，CO2含量一般低于20～30 mg/L。但是有的水源溶解氧含量高达250 mg/L 。

　　同时还必须严格控制毒理学指标。

　　制定《生活饮用水水质标准》的基本原则是：严格控制酸性、卫生指标，放宽碱性和溶解性总固体（包括总含盐量）。所以说，在一定的指标范围内，生活饮用水的水质是受给水资源影响的。而恰好是符合这个波动指标范围内的水质，直接地影响“内胆”的质量。更无法掌握的是有的地方非达标供水，几乎供应的就是自然水。

　　需要针对水质的情况进行相应的技术处理，才能达到GB5749—85标准。如下表：

　　表一:我国GB5749—85《生活饮用水卫生标准》

　　2、呼吸压力

　　压力指“内胆” 内的液体和内壁所受到的作用力。液体和内壁所受到的作用力大于常压时，会发生许多在常压时，不会发生的变化，如曲线：水在常压时的沸点为99.974℃，当“内胆”的水受到压力为0.7Mpa时，沸点为154℃。之所以称呼为呼吸压力是因为它在一定的范围内不停地变化着。

　　给水管网系统的给水管材，可分为金属管材和非金属管材。金属管材又分为铸铁管和钢管，所承受的工作压力最高为0.98Mpa。非金属管材又分为钢筋混凝土管及预应力钢筋混凝土管，自应力钢筋混凝土管，石棉水泥管，塑料管所承受的工作压力最高为0.59Mpa。承压式“内胆”所承受的最高呼吸压力为0 ~ 0.7Mpa。当安全阀失效时，有可能承受的工作压力最高为0.98Mpa。

　　呼吸压力对“内胆”的危害:

　　（1）、产生形变、胀裂焊缝，增加制造成本；

　　（2）、产生“皮球”效应，破坏防护层和氧化层，造成部分金属基材暴露；

　　（3）、提高水的沸点，促进供水的化学反应。

　　3、呼吸温度

　　温度是物体内部分子无规则运动的剧烈程度的标致。物质获得内能的标致是温度上升，无规则的布朗运动促进水中离子极化，加快化学反应。

　　为了提高热水产量同时还要保证使用安全，符合电热水器的其它要求等因素，一般把电热水器的最高出水温度确定为85℃。所以，“内胆”有可能承受工作的呼吸温度为1 ~ 85℃。

　　呼吸温度对“内胆”的危害:

　　（1）、加快溶解氧的腐蚀速度。每提高10℃，所需的阴极保护电流将增加一倍；

　　（2）、加速防护层老化；

　　（3）、增加承受的压力

　　（4）、促进结水垢。

　　4、含氯量

　　之所以把含氯量做为一个项目来分析，是因为它作为一个危害“内胆”的特殊元素。水中存在着大量的Clˉ离子，导致表面钝化金属的孔蚀（也称为点蚀）。常说的局部腐蚀，是致使不锈钢内胆漏水的主要原因。产生孔蚀的离子一部分由自然水资源带进，而另一部分是人为加入的。

　　（1）、自然水资源中的含氯量

　　根据GB5749—85标准，允许生活饮用水的氯化物含量为250 mg/L，主要是钙、镁氯化物，属于永久性硬度，Clˉ离子含氯量可高达150 mg/L。这部分非金属盐的容解度非常大，其Clˉ根不会因为硬度消失而减少如：

　　CaCl2 + Na2CO3 ──→ CaCO3↓+ 2NaCl

　　CaCl2 + Na2SO4 ──→ CaSO4↓+ 2NaCl

　　CaCl2 + Na2SiO3 ──→ CaSiO3↓+ 2NaCl

　　MgCl2 + 2NaOH ──→ Mg(OH)2↓+ 2NaCl

　　由上述反应式看出，沉淀的是阳离子。

　　（2）、人为加入的含氯量

　　为了保障人们的身体健康，防止水致疾病的传播，在生活饮用水中，常用氯化法消毒，直接在水中加氯。我国生活饮用水卫生标准中规定出厂水游离性余氯在接触30min后应不低于0.3 mg/L，在管网末稍不低于0.05 mg/L。给水处理时加氯量一般为1.0～1.5 mg/L。如加氯气产生的阴离子元素：

　　氯容解于水（在20℃和0.098Mpa时, 容解度为7160 mg/L）。下列两个反应几乎瞬间发生，氯水解成盐酸和次氯酸：         ←──

　　Cl2 + H2O ──→ HOCl + HCl

　　当PH为中性时水中有大量的Clˉ离子存在。

　　二、贮水式热水器内胆的分类

　　现在市面上贮水式热水器内胆的名称有很多，如：蓝晶硅内胆、金刚瓷内胆、钛金内胆、水晶内胆、树脂内胆、双八字内胆等。本文根据防腐介质的区分，将其归类为三种类形的内胆，即是：搪瓷内胆、塑料内胆、不锈钢内胆。并且还介绍一种新的内胆——无垢防腐内胆。

　　1、搪瓷内胆。

　　上述所说的蓝晶硅内胆、金刚瓷内胆、钛金内胆，其实就是搪瓷内胆，或者说是搪玻璃内胆。是由于高温的作用下熔融而覆盖在金属坯体后的产物，也可以说是玻璃层与钢板层结合的产物。

　　搪瓷内胆的釉是酸性氧化物SiO2和碱性Na2O、CaO、BaO、PbO、ZnO等组成，在高温下熔成液态，而在冷却过程中逐渐凝固，最后形成玻璃态的硅酸盐。具有耐腐蚀、耐高温、耐电压、耐侯性、涂层厚的“永久型”涂层。属于屏蔽性保护涂层。

　　釉原料转变成釉瓷层的过程是非常复杂的过程。在这个过程发生一系列复杂的物理化学变化。如脱水、有机物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐等分解和固相反应，原料自身熔化，相互熔解形成低共熔物以金属坯体与釉之间加热过程的等。

　　搪瓷内胆的制造属于硅酸盐工业。它的质量好坏取决于多种因素，包括釉与金属坯体之间的膨胀系数是否匹配等。目前在金属坯体上施釉主要采取两种工艺：

　　（1）、荡釉法

　　荡釉操作指将一定浓度及一定量的釉浆注入器物内部，然后上下左右摇动，使釉浆布满其内表面，然后将余浆倒出。

　　荡釉法最关键的是倒余浆操作，因为如果釉浆从一边倒出，则釉层厚薄不匀，釉浆贴着内壁而流出的一边釉层较厚，这样会引起缺陷。因此，在倒余浆时动作要快，要在摇晃均匀后迅速使制品口朝下，使釉浆从制品口全圆周均匀流出，釉层才均匀。

　　荡釉工艺的特点是：设备简单、投资额小。

　　（2）、干法静电施釉法

　　干法静电施釉法的原理是：利用了带电物件的相互吸引和排斥作用。其工艺基本过程是：用一定的压缩空气将釉粉悬浮于气流中，并由空气输送穿过一个高压电场，这样空气中的离子和电子撞击釉颗粒而使其带电；釉粉和坯体所带电性相反，这样，带负电的釉粉在电荷吸引力作用下向坯体运动，并在坯体的表面积聚，当釉和坯体之间的电位接近于零时，釉粉便不会再吸引到坯体上，施釉的过程也就完成。

　　干法静电施釉具有很多优点，施釉工艺简单，省去了传统的釉浆池、釉浆泵及湿法施釉线，没有釉料损失，无水处理问题，设备省，节能。釉面品质好，釉层厚度均匀一致。因为釉的颗粒规程松散，坯体在低温下充分排气，高温时釉中无气体排出，釉面更加平整光滑，针孔、气泡很少。

　　干法静电施釉工艺投资额大。

　　2、塑料内胆

　　水晶内胆、树脂内胆、尼龙内胆等，其实就是普通塑料内胆。是指“内胆”的内表面覆盖一层塑料层的内胆。

　　塑料是一种在一定温度和压力下，能塑造成有一定形状，而当解除外力后，在常温下能保持既定形状的高分子有机材料。是具有以上特性的，以高分子化合物或以合成树脂为基础的一类物质。而树脂是塑料最基本的，也是最重要的有机聚合物。

　　塑料具有防腐性能好、涂层厚、质量轻和热塑性能优良，不会产生电化学腐蚀，大量地用在自来水管网系统的给水管材上。属于屏蔽性保护涂层。目前塑料内胆塑料层的制造工艺较简单，可以通过多次喷涂、烘干，或者常温涂层固化即可。也有采用搪塑成型工艺。

　　搪塑成型又称冷凝成型，它是采用糊状树脂（塑性溶胶）倾倒入已加温的模具中（只用阴模）接近模壁的塑料树脂即会因受热而胶凝，然后将没有胶凝的塑料溶胶倒出，将附在模具上的一层塑料进行热处理（烘熔）再进行冷却后即可以从模中取出空心制品。它是制造空心软制品的一种常用主要方法。

　　搪塑成型的优点是设备简单、投资少，生产速度高，工艺流程不复杂，易操作；缺点是厚度、重量准确性较差。用于搪塑成型的塑料，目前主要采用聚氯乙烯糊状树脂。

　　3、不锈钢内胆

　　双八字内胆、镍合金内胆、太空舱内胆等属于不锈钢内胆。它的制造工艺最简单，制成金属坯体即可使用，不需要任何防腐涂层。属于传统的钝化金属材料贮水容器。

　　4、无垢防腐内胆

　　无垢防腐内胆，学名为氟碳复合层内胆，也可以称为氟树脂内胆。“内胆”的内表面覆盖一层氟碳涂层，内层由纳米级防腐金属元素组成。共分为底层、中间过渡层和面层三部分。

　　底层的作用主要提高涂层与金属基体的结合强度，补平焊缝的缺口；中间过渡层为阴极保护层，实现底层与面层的有机结合；面层屏蔽性保护涂层，主要是满足各种不同性能要求的功能性部分。

　　底层和中间过渡层通过化学镀工艺方法获得，面层通过喷涂、380℃烘干获得。

　　氟碳涂料又称为氟树脂涂料，是特殊性塑料。具有热塑性能。属于“重防腐蚀涂料”（heavy—dutycoating）。能在严酷的腐蚀环境下应用并具有长效使用寿命的涂料。应用涉及现代工业各领域：海上设施、桥梁、船舶、铁路护栏、油管、油罐、石油化工、储槽。这种氟碳在家电领域也得到了广泛的应用，如：炊具内壁、电熨斗底板，电饭煲等随处可见。它的分子链结构中的C—F键，键能为485KJ/mol，在所有化学键中堪称第一。所以，也有人称呼其为“塑料之王”。

　　氟碳涂料与其它防腐涂料相比其特点：

　　①、不粘性能或防粘性能最好；

　　②、表面张力最小，自润滑性与低磨擦性能优越（固体润滑剂）；

　　③、化学稳定性能最高。防腐性能和耐热性能最好；

　　④、不含重金属离子和碱金属离子，不会产生电化学腐蚀。

　　有关氟碳涂料的特点和理论，在国际上已经得到普遍的认可。并且也已有了大量的报道。如果认为有必要，以后可以进行专题讨论。（待续）                （责编 蒋士桦）