1.前言
高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)使水資源的污染日趨嚴(yán)霞，而人民群眾對(duì)生活用水的水質(zhì)要求越來越高。我國(guó)不少城鄉(xiāng)均面臨水質(zhì)性缺水的問題，加之目前自來水廠沿襲的傳統(tǒng)給水工藝和供水管網(wǎng)本身存在的實(shí)際問題，導(dǎo)致城市自來水的水質(zhì)提高非常困難。生產(chǎn)一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、操作簡(jiǎn)單而又安全可靠的家用凈水器可以很好地解決上述矛盾，對(duì)提高人民生活水平及衛(wèi)生水平大有幫助，可以收到良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
陶瓷濾芯是凈水器的核心部件，它通過過濾，吸附等物理方法，除去水中的雜質(zhì)及細(xì)菌，把普通自來水變成凈化水，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，不消耗能源，具有環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)。我所根據(jù)市場(chǎng)需要，組織陶瓷濾芯的開發(fā)，經(jīng)一年的試驗(yàn)研究，現(xiàn)已開始批量生產(chǎn)，產(chǎn)品經(jīng)國(guó)內(nèi)凈水器廠家試用，其使用效果達(dá)到進(jìn)口同類產(chǎn)品水平，產(chǎn)品價(jià)格只相當(dāng)于進(jìn)口產(chǎn)品的1／5，用戶反映良好，所研制的技術(shù)獲國(guó)家發(fā)明專利(專利號(hào)：ZL03l26598.7)。
2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
2.1技術(shù)路線確定
凈水器陶瓷濾芯屬于多孔陶瓷。多孔陶瓷的生產(chǎn)方法近年來應(yīng)用比較成功、研究比較活躍的有：添加造孔劑工藝、發(fā)泡工藝、有機(jī)泡沫浸漬工藝、溶膠—凝膠工藝等。添加造孔劑工藝能生產(chǎn)形狀復(fù)雜的產(chǎn)品，可制取各種氣孔結(jié)構(gòu)的多孔制品，使燒結(jié)制品既有高的氣孔率，又具有很好的強(qiáng)度。比較適合于凈水器濾芯生產(chǎn)。因此，本項(xiàng)目采用添加造孔劑的技術(shù)路線。
2.2配方研究添加造孔劑
工藝是通過在陶瓷配料中添加造孔劑，在坯體中占據(jù)一定的空間，然后經(jīng)過燒成，造孔劑分解離開基體，形成氣孔來制備多孔陶瓷。其配方結(jié)構(gòu)一般由基體材料、熔劑、造孔劑、粘合劑組成。根據(jù)基體材料不同有剛玉質(zhì)、堇青石質(zhì)、石英質(zhì)等。由于凈水器濾芯只在常溫使用，從生產(chǎn)成本和使用效果考慮，本項(xiàng)目采用石英質(zhì)配方。
凈水器陶瓷濾芯要求是在保證過濾精度的前提下，有盡可能大的過濾速度，這關(guān)鍵在于造孔劑的種類和用量選擇。我們經(jīng)反復(fù)篩選試驗(yàn)，成功地將造孔劑和粘合劑并為一體，通過選擇合適的有機(jī)粘合劑，在成型時(shí)與瘠性基體材料結(jié)合，賦與泥漿良好的成型性能和坯體強(qiáng)度；在燒成過程中揮發(fā)形成氣孔。既簡(jiǎn)化了配方，又較好地解決陶瓷濾芯小孔徑與大滲透量的矛盾。
2.3工藝研究
2.3.1成型工藝
注漿工藝能使基體材料與造孔劑較好的混合，制成的多孔陶瓷氣孔分布均勻，設(shè)備簡(jiǎn)單又能生產(chǎn)復(fù)雜器型的產(chǎn)品。該工藝的技術(shù)關(guān)鍵是料漿的制備，我們通過粘合劑的選擇，調(diào)整分散劑加入量等實(shí)驗(yàn)，采用球磨機(jī)混磨方法制備料漿。既保證混料的均勻性，又使料漿有良好的成型性能，可在石膏模中成型多種不同器型的產(chǎn)品。
2.3.2燒成方法
本項(xiàng)目研制的陶瓷濾芯，配方中含有大量有機(jī)添加劑，在燒成過程中以氣體形式集中排出；同時(shí)基體材料一石英在升降溫過程中均有晶型型轉(zhuǎn)變，引起體積變化。因此，極易在燒結(jié)過程中出現(xiàn)坯體開裂。通過燒成方法的研究，采取嚴(yán)格控制升溫速度，控制有機(jī)添加劑分解速度等方法。有效地解決燒成過程坯體開裂、黑心等問題，燒成的合格率達(dá)到80％以上。同時(shí)，通過對(duì)不同燒成溫度對(duì)陶瓷濾芯性能影響的研究，確定了合適的燒成溫度。
2.3.3后加工工藝
陶瓷濾芯需與塑料件裝配，尺寸精度要求高。表面需平滑，無裂紋。為達(dá)到客戶要求，我們專門設(shè)計(jì)二種專用機(jī)械，對(duì)燒成的坯體做后加工處理，保證了產(chǎn)品尺寸準(zhǔn)確，表面平滑。
2.3.4生產(chǎn)工藝流程
配料-球磨-注漿-修坯-燒成-后加工-檢驗(yàn)-包裝-成品
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
3.1不同粘合劑含量的影響
在配方中以同比例柯機(jī)粘合荊取代石英，注成m155盤狀濾芯，燒成后測(cè)過濾速度，吸水率、抗折強(qiáng)度，結(jié)果如下：
本項(xiàng)目將成4L齊JJ與粘合劑合為‘體，其加入量在18～26％均可滿足成型需要。從試驗(yàn)結(jié)果看，隨加膠革的增加過濾速度加快，加入量至26％時(shí)，過濾速度增加趨緩，繼續(xù)增加加膠量將增加成本，給成型、燒成_L藝帶來不便，故加膠量以26％為好。
3.2不同細(xì)度的影響
將不同細(xì)度泥漿注成m155盤狀濾芯，于同一燒成溫度下燒成，檢測(cè)過濾速度及細(xì)菌去除率等一降能如下：
試驗(yàn)結(jié)果，隨著3201：1篩余的增加，過濾速度加快，但由于結(jié)構(gòu)趨于疏松，除菌率逐步下降，同時(shí)，燒后坯體表面粗糙，易掉粉。岡此，細(xì)度以320目篩余0.5～2％為宜。
3.3不同燒結(jié)溫度的影響
將同批成型的坯體，于不同燒成溫度燒成，測(cè)其主要性能如下：
試驗(yàn)結(jié)果，隨著燒成溫度提高過濾速度加快，抗折強(qiáng)度增加，但超過1100。C以后，由于孔徑變大，過濾速度明顯加快，除菌效果變差，同時(shí)，坯體強(qiáng)度太高，不利于使用時(shí)對(duì)濾芯的再生處理，也給后加工帶來困難。因此，燒成溫度以1050℃為宜。
3.4陶瓷濾芯主要技術(shù)指標(biāo)
1、過濾速度：50ml／min(①155盤狀產(chǎn)品，Ap=200mmH20)
2、細(xì)菌去除率：大于97％
3、抗折強(qiáng)度：大于7.5Mpa
4、吸水率：50±2％
產(chǎn)品外觀平整、潔白，強(qiáng)度適中，易于再生，可用毛刷、砂紙打磨，清水沖洗或反洗。濾芯自身清潔狀態(tài)好，無毒、無味、無異物脫落，符合GBl7219—1998《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。成本低，質(zhì)量達(dá)到進(jìn)口產(chǎn)品水準(zhǔn)，價(jià)格僅是進(jìn)口產(chǎn)品的五分之一。
4.結(jié)論
1、本項(xiàng)目成功地將成孔劑與粘合劑并為一體，簡(jiǎn)化配方，減少成本，其配方燒成范圍廣，生產(chǎn)工藝經(jīng)批量生產(chǎn)檢驗(yàn)，穩(wěn)定可靠。
2、本項(xiàng)目開發(fā)的陶瓷濾：蒼，經(jīng)用戶試用達(dá)到進(jìn)口同類產(chǎn)品水平，成本大幅下降，有良好市場(chǎng)前景。
限于實(shí)驗(yàn)條件，未能對(duì)微孔直徑、形狀等顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)、分析。有待在今后做進(jìn)一步的研究。