陶瓷PTC電加熱器異味的研究與防治

付道明 李冬陽 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（下面簡稱陶瓷PTC）是一種由陶瓷PTC發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。廣泛應用于空氣調節器、干衣機、暖風機等提供暖風的設備上。其本體散熱結構主要由鋁合金組件構成。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，普遍采用硫酸陽極氧化工藝處理[1]。在產品品質檢驗過程中，發現了陶瓷PTC存在異味的情況。為杜絕異味產品產生，本文主要對陶瓷PTC發生異味的原因進行研究，并提出具體防治辦法。

1 陶瓷PTC異味的原因

1.1 異味現象介紹及產生原因研究

首先，對產品進行大量收集，不同時間段生產的進行分類，然后組織異味評定小組，對收集的產品進行氣味體驗和評價，初步評估認為異味產生來源分為電加熱器本體散發的味道和電加熱器吸附的紙箱包裝味道。歸納異味的情況見表1。

表1 異味來源及味道描述

1.2 陽極氧化生產工藝簡介

陶瓷PTC陽極氧化生產工藝見圖1。

圖1 陽極氧化生產工藝流程

另外，氧化過程分為三個階段，最終形成多孔氧化膜，氧化膜的生長模型如圖2，氧化膜的生長曲線如圖3。

圖2 氧化膜的生長模型[2]

圖3 氧化膜生長曲線

ab段是陽極氧化的初始階段，通電電壓短時間升至最大值，PTC的鋁管表面阻擋層開始形成，該層具有硬度大、導電率低、無孔性、致密性等特性。此時控制適當的電流密度，阻擋層厚度隨電壓線性增長，隨著厚度不斷增大，電阻增大抑制了阻擋層的繼續增厚。

bc段開始，阻擋層厚度和陽極氧化電壓均達到了最大值，與此同時電解液與阻擋層的氧化鋁發生反應，微孔開始形成。阻擋層不斷被溶解，出現微孔，電解液又可與鋁進行反應，阻擋層繼續生長，微孔向內部不斷形成。此時電阻因阻擋層被溶解而減小，電壓隨之下降，多孔層出現[3]。

cd段是陽極氧化的穩定階段，阻擋層厚度與陽極氧化的電壓穩定不變化，多孔層不斷向內擴展。最終電解液中酸的還原反應與鋁的氧化反應達到動態平衡后反應停止。

鋁散熱件經過陽極氧化工藝后表面呈現出緊密排列的孔室結構，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、厚度及膜層生長速率等依靠電解液成分、氧化時間及溫度等工藝因素決定。通常情況下，在以硫酸為基礎電解液得到的氧化膜中，每平方微米中大約可以形成800個孔[4]。這種多孔結構表面活性較大，盡管后道封孔工序會應用水合封孔等方法對孔質層進行封閉，但無法使孔隙率降到0 %，氧化膜仍然存在藏匿、吸附污染物的情況。

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1.3 異味的產生

根據實物分析情況，異味分為本體異味和吸附異味。

1.3.1 本體異味

1）在上述的陽極氧化過程中，鋁材表面在軋制，擠壓或機加工后有油性物質，首先要對這些物質進行的脫脂處理，使用的脫脂粉中含的堿類，為產生異味的物質。

2）陽極氧化環節采用硫酸直流氧化法，其中硫酸也是具有強烈異味的物質。

3）封孔采用含Ni-F類的金屬鹽、有機添加劑的封孔粉，溶于水有刺激性異味。

4）每道工序的清洗環節，清洗不徹底將導致異味物質殘留，而上述的多孔結構，更易于藏匿異味物質。

5）清洗水池長期不更換，導致殘留物質較多，無法徹底清洗干凈。這些是本體異味的來源。

1.3.2 吸附異味

主要是產品吸附封膠膠水、包材、工作臺面等揮發性物質。

1）在陶瓷PTC電加熱器加工為成品后，會進行硅膠密封，再進行打包裝箱。硅膠的氣味源于交聯反應釋放出的丁酮肟小分子，單組份室溫固化硅橡膠的固化機理是空氣中的水與硅橡膠所含交聯劑反應，該過程需要一定反應時間，是一個從外至內的交聯反應過程。該物質若未散發干凈，較容易地被產品吸附。

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

3）產品之間放置珍珠棉相隔用來防止相互碰撞，而珍珠棉的主要生產工藝為聚乙烯發泡，會產生丁烷氣體帶有刺激性氣味，會被產品的鋁材吸附。

4）產品生產時所經過的工作臺面，若存在易產生異味的或受熱易產生異味的材質，也存在吸附異味的風險。

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

2）槽中的化學藥品定期更換。各化學品槽制定《槽液分析記錄表》，每2 h檢測一次槽液濃度，按照實際濃度變化使用定時器制定更換時間，最長不應超過一周。

3）成品檢驗方法的制定。陽極氧化后的成品，采用常溫、高溫和低溫三種狀態使用嗅覺法進行異味識別，操作者應受過專業訓練。分別在常溫、干燒（200～300 ℃）、制冷5～10 min后轉送風三種模式下通過仔細嗅聞樣品氣味，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，必須進行2 h以上的晾曬，確保丁烷氣體的揮發。

2）涂膠工藝優化。生產工藝要求，涂膠后應靜止12 h，使交聯反應充分，但快速包裝會導致交聯反應還沒有完全進行，異味小分子物質殘留在塑料薄膜內被吸附。

做了以下試驗以驗證該可能性，選用同一批次陽極氧化的產品，分為以下三種涂膠工藝：

1#產品涂膠后1 h內，包裝在塑袋內。

2#產品涂膠后3 h內，包裝在塑袋內。

3#產品涂膠后12 h后，包裝在塑袋內。

放置72 h后，測試結果如表2。

表2 實驗測試結果對比

根據以上實驗結論，涂膠工藝后要確保12 h的靜置時間，讓交聯反應進行充分。再者尋找氣味低的交聯劑體，進行源頭控制。

3 結語

針對陶瓷PTC電加熱器的異味問題，本文確定了異味來自陽極氧化本體和吸附異味，據此從陽極氧化工藝、藥水的工藝、包裝工藝、涂膠工藝以及檢驗方法等方面進行優化，以防止陶瓷PTC電加熱器異味問題的發生。