陶瓷PTC電加熱器異味的研究與防治

付道明 李冬陽(yáng) 任 亞

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000）

概述

陶瓷PTC電加熱器（下面簡(jiǎn)稱陶瓷PTC）是一種由陶瓷PTC發(fā)熱元件與鋁散熱件組成的具備低熱阻、高換熱效率的恒溫電加熱器。廣泛應(yīng)用于空氣調(diào)節(jié)器、干衣機(jī)、暖風(fēng)機(jī)等提供暖風(fēng)的設(shè)備上。其本體散熱結(jié)構(gòu)主要由鋁合金組件構(gòu)成。為增加電加熱器的鋁散熱件的耐腐蝕性、絕緣性、硬度等性能，普遍采用硫酸陽(yáng)極氧化工藝處理[1]。在產(chǎn)品品質(zhì)檢驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了陶瓷PTC存在異味的情況。為杜絕異味產(chǎn)品產(chǎn)生，本文主要對(duì)陶瓷PTC發(fā)生異味的原因進(jìn)行研究，并提出具體防治辦法。

1 陶瓷PTC異味的原因

1.1 異味現(xiàn)象介紹及產(chǎn)生原因研究

首先，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行大量收集，不同時(shí)間段生產(chǎn)的進(jìn)行分類，然后組織異味評(píng)定小組，對(duì)收集的產(chǎn)品進(jìn)行氣味體驗(yàn)和評(píng)價(jià)，初步評(píng)估認(rèn)為異味產(chǎn)生來(lái)源分為電加熱器本體散發(fā)的味道和電加熱器吸附的紙箱包裝味道。歸納異味的情況見(jiàn)表1。

表1 異味來(lái)源及味道描述

1.2 陽(yáng)極氧化生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

陶瓷PTC陽(yáng)極氧化生產(chǎn)工藝見(jiàn)圖1。

圖1 陽(yáng)極氧化生產(chǎn)工藝流程

另外，氧化過(guò)程分為三個(gè)階段，最終形成多孔氧化膜，氧化膜的生長(zhǎng)模型如圖2，氧化膜的生長(zhǎng)曲線如圖3。

圖2 氧化膜的生長(zhǎng)模型[2]

圖3 氧化膜生長(zhǎng)曲線

ab段是陽(yáng)極氧化的初始階段，通電電壓短時(shí)間升至最大值，PTC的鋁管表面阻擋層開(kāi)始形成，該層具有硬度大、導(dǎo)電率低、無(wú)孔性、致密性等特性。此時(shí)控制適當(dāng)?shù)碾娏髅芏?，阻擋層厚度隨電壓線性增長(zhǎng)，隨著厚度不斷增大，電阻增大抑制了阻擋層的繼續(xù)增厚。

bc段開(kāi)始，阻擋層厚度和陽(yáng)極氧化電壓均達(dá)到了最大值，與此同時(shí)電解液與阻擋層的氧化鋁發(fā)生反應(yīng)，微孔開(kāi)始形成。阻擋層不斷被溶解，出現(xiàn)微孔，電解液又可與鋁進(jìn)行反應(yīng)，阻擋層繼續(xù)生長(zhǎng)，微孔向內(nèi)部不斷形成。此時(shí)電阻因阻擋層被溶解而減小，電壓隨之下降，多孔層出現(xiàn)[3]。

cd段是陽(yáng)極氧化的穩(wěn)定階段，阻擋層厚度與陽(yáng)極氧化的電壓穩(wěn)定不變化，多孔層不斷向內(nèi)擴(kuò)展。最終電解液中酸的還原反應(yīng)與鋁的氧化反應(yīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后反應(yīng)停止。

鋁散熱件經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化工藝后表面呈現(xiàn)出緊密排列的孔室結(jié)構(gòu)，這樣的金屬氧化膜具有多孔性、吸附性等性能。膜層孔率、孔徑、厚度及膜層生長(zhǎng)速率等依靠電解液成分、氧化時(shí)間及溫度等工藝因素決定。通常情況下，在以硫酸為基礎(chǔ)電解液得到的氧化膜中，每平方微米中大約可以形成800個(gè)孔[4]。這種多孔結(jié)構(gòu)表面活性較大，盡管后道封孔工序會(huì)應(yīng)用水合封孔等方法對(duì)孔質(zhì)層進(jìn)行封閉，但無(wú)法使孔隙率降到0 %，氧化膜仍然存在藏匿、吸附污染物的情況。

（2）菜單頁(yè)面設(shè)置“開(kāi)始游戲”、“象棋歷史”、“象棋 規(guī)則”、“退出游戲”幾個(gè)板塊。點(diǎn)擊“象棋歷史”與“象棋 規(guī)則”可分別進(jìn)入象棋歷史介紹與游戲玩法介紹頁(yè)面；

1.3 異味的產(chǎn)生

根據(jù)實(shí)物分析情況，異味分為本體異味和吸附異味。

1.3.1 本體異味

1）在上述的陽(yáng)極氧化過(guò)程中，鋁材表面在軋制，擠壓或機(jī)加工后有油性物質(zhì)，首先要對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行的脫脂處理，使用的脫脂粉中含的堿類，為產(chǎn)生異味的物質(zhì)。

2）陽(yáng)極氧化環(huán)節(jié)采用硫酸直流氧化法，其中硫酸也是具有強(qiáng)烈異味的物質(zhì)。

3）封孔采用含Ni-F類的金屬鹽、有機(jī)添加劑的封孔粉，溶于水有刺激性異味。

4）每道工序的清洗環(huán)節(jié)，清洗不徹底將導(dǎo)致異味物質(zhì)殘留，而上述的多孔結(jié)構(gòu)，更易于藏匿異味物質(zhì)。

5）清洗水池長(zhǎng)期不更換，導(dǎo)致殘留物質(zhì)較多，無(wú)法徹底清洗干凈。這些是本體異味的來(lái)源。

1.3.2 吸附異味

主要是產(chǎn)品吸附封膠膠水、包材、工作臺(tái)面等揮發(fā)性物質(zhì)。

1）在陶瓷PTC電加熱器加工為成品后，會(huì)進(jìn)行硅膠密封，再進(jìn)行打包裝箱。硅膠的氣味源于交聯(lián)反應(yīng)釋放出的丁酮肟小分子，單組份室溫固化硅橡膠的固化機(jī)理是空氣中的水與硅橡膠所含交聯(lián)劑反應(yīng)，該過(guò)程需要一定反應(yīng)時(shí)間，是一個(gè)從外至內(nèi)的交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程。該物質(zhì)若未散發(fā)干凈，較容易地被產(chǎn)品吸附。

2）另一異味來(lái)源是用于打包的包材，其粘合劑最常見(jiàn)的就是淀粉膠。而淀粉膠極易揮發(fā)，在高溫高濕的環(huán)境下容易產(chǎn)生酸臭味，被產(chǎn)品吸附。

3）產(chǎn)品之間放置珍珠棉相隔用來(lái)防止相互碰撞，而珍珠棉的主要生產(chǎn)工藝為聚乙烯發(fā)泡，會(huì)產(chǎn)生丁烷氣體帶有刺激性氣味，會(huì)被產(chǎn)品的鋁材吸附。

4）產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)所經(jīng)過(guò)的工作臺(tái)面，若存在易產(chǎn)生異味的或受熱易產(chǎn)生異味的材質(zhì)，也存在吸附異味的風(fēng)險(xiǎn)。

2 陶瓷PTC電加熱器異味的防治方法

2.1 本體異味的改善方案

1）保證陽(yáng)極生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性，在脫脂、中和、氧化、封孔工序后多道自來(lái)水或RO水的循環(huán)水清洗，其中陽(yáng)極氧化后的水洗，因鋁材帶有酸液，需清洗4次以上。最終使用熱純水清洗，以達(dá)到快干的目的。非循環(huán)水至少24 h更換一次。

2）槽中的化學(xué)藥品定期更換。各化學(xué)品槽制定《槽液分析記錄表》，每2 h檢測(cè)一次槽液濃度，按照實(shí)際濃度變化使用定時(shí)器制定更換時(shí)間，最長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)一周。

3）成品檢驗(yàn)方法的制定。陽(yáng)極氧化后的成品，采用常溫、高溫和低溫三種狀態(tài)使用嗅覺(jué)法進(jìn)行異味識(shí)別，操作者應(yīng)受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練。分別在常溫、干燒（200～300 ℃）、制冷5～10 min后轉(zhuǎn)送風(fēng)三種模式下通過(guò)仔細(xì)嗅聞樣品氣味，判斷是否有異味。

2.2 吸附異味的改善方案

1）包裝方式的改善。即在陶瓷PTC電加熱器外使用塑料薄膜包裹，使電加熱器與紙箱隔離，杜絕吸附淀粉膠酸臭味的可能性。其次，電加熱器之間的珍珠棉在使用前，必須進(jìn)行2 h以上的晾曬，確保丁烷氣體的揮發(fā)。

2）涂膠工藝優(yōu)化。生產(chǎn)工藝要求，涂膠后應(yīng)靜止12 h，使交聯(lián)反應(yīng)充分，但快速包裝會(huì)導(dǎo)致交聯(lián)反應(yīng)還沒(méi)有完全進(jìn)行，異味小分子物質(zhì)殘留在塑料薄膜內(nèi)被吸附。

做了以下試驗(yàn)以驗(yàn)證該可能性，選用同一批次陽(yáng)極氧化的產(chǎn)品，分為以下三種涂膠工藝：

1#產(chǎn)品涂膠后1 h內(nèi)，包裝在塑袋內(nèi)。

2#產(chǎn)品涂膠后3 h內(nèi)，包裝在塑袋內(nèi)。

3#產(chǎn)品涂膠后12 h后，包裝在塑袋內(nèi)。

放置72 h后，測(cè)試結(jié)果如表2。

表2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)論，涂膠工藝后要確保12 h的靜置時(shí)間，讓交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行充分。再者尋找氣味低的交聯(lián)劑體，進(jìn)行源頭控制。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)陶瓷PTC電加熱器的異味問(wèn)題，本文確定了異味來(lái)自陽(yáng)極氧化本體和吸附異味，據(jù)此從陽(yáng)極氧化工藝、藥水的工藝、包裝工藝、涂膠工藝以及檢驗(yàn)方法等方面進(jìn)行優(yōu)化，以防止陶瓷PTC電加熱器異味問(wèn)題的發(fā)生。