唐 燦，劉榮平，徐志強

（揚州市職業(yè)大學(xué)，江蘇揚州 225009）

科技的進步和社會的發(fā)展使得人們的生活水平得到了大幅度提高，也使得人們的活動范圍得到廣泛擴展，人們在低溫或者極寒的氣溫下活動越來越普遍，這就催生了對于加熱服裝的需求。電加熱服作為一種加熱服裝，可以通過自主發(fā)熱為低溫環(huán)境下的活動提供熱量，在所有加熱服裝中被關(guān)注和研究得較早。電加熱服裝具有加熱效率高、輕薄、工藝簡單等優(yōu)點。電加熱服通過將電熱元件嵌入到服裝中，將電源和控制元件鏈接起來從而實現(xiàn)電能到熱能的轉(zhuǎn)換。電加熱服中使用的電熱元件一般包括柔性電加熱線、導(dǎo)電纖維、導(dǎo)電橡膠、炭黑導(dǎo)電材料、電熱薄膜和碳加熱高分子等。近年來電加熱服也逐漸向智能化方向發(fā)展，通過信號處理、通訊系統(tǒng)、溫度監(jiān)測系統(tǒng)和用戶界面等實現(xiàn)智能化溫度控制和人衣交互[1]。

電加熱服裝在功能服裝當(dāng)中屬于市場化進程比較快的一種服裝，在市場化的進程中，電加熱服裝的服用性能越來越凸顯出重要的地位。尤其目前市場上，電加熱類服裝和用品種類越來越多，競爭日趨激烈，服用性能成為了在競爭中脫穎而出，得到市場和消費者認(rèn)可的關(guān)鍵。電加熱服裝由于加熱部件的嵌入，在使用過程中，耐久性、舒適性以及保養(yǎng)簡便性成為了消費者在選擇電加熱服裝時重要因素。

1 電熱性能

電加熱服裝電熱性能的研究主要集中在電熱性能測試和新型電熱元件制備兩個領(lǐng)域。

1.1 電熱性能測試

在電熱性能測試方面，主要指標(biāo)包括電加熱織物的熱穩(wěn)定性、加熱均勻度、加熱功率密度和升溫速度等。

1.1.1 熱穩(wěn)定性

電加熱服裝的熱穩(wěn)定涵蓋兩個方面：一方面是和電加熱服裝電阻穩(wěn)定性有關(guān)，即在穩(wěn)定狀態(tài)工作溫度情況下，電阻變化率越小，說明電加熱服裝的熱穩(wěn)定性越高；另一方面，電加熱服裝的加熱功率變化同樣影響著熱穩(wěn)定性，即在穩(wěn)定狀態(tài)工作溫度情況下，加熱功率的變化率越小，說明電加熱服裝熱穩(wěn)定性越高。在熱穩(wěn)定性能測試中，常用數(shù)字萬用表測量電加熱服裝在不同穩(wěn)定工作溫度情況下的電阻值和發(fā)熱功率，來確定電阻變化率和發(fā)熱功率變化率。在制備過程中，受工藝流程、材料性質(zhì)和后處理等因素的影響，電加熱服裝的電阻會產(chǎn)生變化，因此在設(shè)計使用電加熱服裝過程中要充分考慮到影響電阻的各種因素，來保證電加熱服裝的熱穩(wěn)定性。

1.1.2 加熱均勻度

電加熱服裝的加熱均勻度是指在加熱范圍內(nèi)加熱溫度的一致性。通常使用紅外熱像儀來測量電加熱服裝表面瞬時溫度的分布情況，從而來評價加熱均勻度。加熱均勻度受多方面因素影響，如材料性質(zhì)、導(dǎo)電纖維分布情況等。在材料性質(zhì)方面，包括導(dǎo)電纖維的細(xì)度、纖維和導(dǎo)線之間連接情況等。在電加熱服裝的加熱系統(tǒng)里，導(dǎo)電纖維部分溫度較高，普通織物纖維以及服裝邊緣位置溫度較低。導(dǎo)電纖維分布情況也會影響加熱均勻度。在實驗中，可通過測算服裝表面溫度分布均勻系數(shù)來評價電加熱服裝的加熱均勻度，其中溫度分布系數(shù)越小，織物的發(fā)熱均勻度越好。如果電加熱服裝的加熱溫度差異過大，可能會發(fā)生加熱部位局部燒穿的情況，存在較嚴(yán)重的安全隱患[2]。

1.1.3 加熱功率密度

加熱功率密度即電加熱服裝單位面積的加熱功率。測試中，常用數(shù)字萬用表測量電加熱織物發(fā)熱功率，除以織物表面積得到發(fā)熱功率密度。不同材料加熱功率密度不同，發(fā)熱功率越大，則說明電熱性能越好。

1.1.4 升溫速度

升溫速度即電加熱服裝達(dá)到設(shè)定溫度的快慢。通常通過紅外測溫儀和紅外成像儀來進行測量。當(dāng)使用紅外測溫儀來測量電加熱服裝的升溫速度時，升溫速度越快，則說明電加熱服裝的電熱性能越好。

1.2 新型電熱原件制備

在新型電熱元件制備方面，影響電熱服裝發(fā)熱效果的主要是織物的材料和結(jié)構(gòu)。一般電加熱服裝主要分為兩大類，一類是涂層織物，即利用涂層導(dǎo)電；另外一類是使用導(dǎo)電纖維制成。涂層類電加熱服裝的優(yōu)點是發(fā)熱效率高、制備簡單，缺點是容易老化、舒適性比較差，多用于汽車內(nèi)飾和家紡。曾經(jīng)有學(xué)者對比研究了不同導(dǎo)電涂層的電加熱服裝的加熱效果，結(jié)果表明涂層電加熱服裝的制備工藝會影響其加熱效果。

導(dǎo)電纖維制成的電加熱服裝優(yōu)點是柔軟舒適，結(jié)構(gòu)簡單，服用舒適性好，缺點是導(dǎo)電纖維在織成織物時容易受損，材料加工工藝有待改良[3]。電加熱服裝常使用碳纖維作為導(dǎo)線纖維，碳纖維制成的加熱元件的規(guī)格、加熱功率、部位都可以靈活調(diào)整，但是發(fā)熱欠均勻，效率不高。

天津工業(yè)大學(xué)以及東華大學(xué)都有學(xué)者將鍍銀紗線織成不同織物結(jié)構(gòu)的電加熱服裝，研究結(jié)果表明，在低電壓測試條件下，鍍銀紗線電加熱服裝能明顯發(fā)熱；測試中，機織平紋、針織平針、滿針羅紋3種織物結(jié)構(gòu)的電加熱服裝穩(wěn)定溫度都能達(dá)到60℃以上[1]。

具有低電阻和高熱傳導(dǎo)率的碳納米管和石墨烯材質(zhì)電熱元件是研究焦點。有學(xué)者使用浸涂法將單壁碳納米管涂覆在棉織物表面制成了電加熱服裝，并對其電熱性能等方面進行了研究。其中，有學(xué)者將石墨烯沉積在聚乙烯對苯二甲酸基底上形成電熱膜，這種電熱膜在多次彎曲試驗后，電熱性能仍保持穩(wěn)定[2]。

2 保暖性能

電加熱織物的保暖性是指織物阻止熱量散發(fā)的能力。通常通過暖體假人試驗和真人試驗，分別從客觀和主觀的角度評價電加熱織物的保暖性。

Wang等人通過使用新型暖體假人來評價典型的三層服裝組合中電加熱服裝的保暖性能。電加熱服裝位于三層服裝組合的中間層時，它能夠有效地為暖體假人的軀干提供舒適的空氣溫度。同時，研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度降低會使得電加熱服裝的加熱效率大幅度下降。根據(jù)環(huán)境溫度的變化調(diào)整加熱功率可以使得人體微環(huán)境的溫度保持在相對舒適的范圍內(nèi)[4]。

Huiju Park等還研究了電熱元件位于服裝不同層次條件下，有效熱阻和加熱效率的變化，研究發(fā)現(xiàn)電熱元件在多層服裝組合中，其處于的層次距人體的距離越近，有效熱阻和加熱效率就越高，環(huán)境溫度的變化也會使得電加熱服裝加熱效率發(fā)生對應(yīng)的變化。當(dāng)然，當(dāng)電熱元件在最內(nèi)層服裝時，會影響人體的穿著舒適性，需要綜合考慮電熱元件的放置層次[1]。

3 舒適性能

電加熱服裝的舒適性評價一般通過人體穿著試驗，通過穿著電加熱服裝，在測試環(huán)境和特定的活動水平下，監(jiān)測人體生理指標(biāo)的變化情況。同時，讓試驗參與者進行主觀舒適性評價，并從主客觀兩方面結(jié)合起來綜合評價電加熱服裝的舒適性能。

Brajkovic和Song等都使用人體著裝生理實驗法，研究在實驗溫度條件下，電加熱服裝對人體血管舒張情況和舒適感所造成的影響。實驗表明，電加熱服裝可以提升肢體末梢溫度、皮膚平均溫度和循環(huán)末梢血流速率，從而使得穿著者的舒適感得到提高。

目前，電加熱服裝對人體體型的適應(yīng)性還比較低，在穿著過程中嵌入的電熱元件、控制元件以及傳感器等的位置常會發(fā)生偏移。此外，隨著智能化和更多功能的發(fā)展，電熱元件體積增加，也會影響服裝的舒適性[3]。

4 安全性能

安全性能是電加熱服裝使用過程中要考慮的重要因素。電加熱服裝尤其要考慮到電學(xué)安全性，包括移動電發(fā)熱安全性、短路保護等[5]。

由于電加熱服裝的特殊性，當(dāng)它穿著在人體上時，電加熱電學(xué)安全性對于服用者人身安全至關(guān)重要。由于在電加熱服裝中的電熱元件存在安全隱患，所以在使用過程中要考慮到用電安全及局部高溫燙傷等安全因素，確保輸出電壓在12V以下，輸出電流在2A以下，并且設(shè)置短路保護裝置，保證服用者的人身安全[2]。

5 洗護性能

在市場化過程中，電加熱服裝要充分考慮到用戶對洗護性能的要求，要求做好電熱元件防水，可以洗滌。電加熱服裝中電熱元件的防水一般是通過密封和防水涂層來實現(xiàn)。

朱江波團隊設(shè)計了可水洗的電加熱服裝，使用柔性納米材料發(fā)熱片，根據(jù)人體工程學(xué)的要求，利用嵌入式工藝，將發(fā)熱片與織物密封固定?？伤措娂訜岱bUSB接口使用304不銹鋼壓鑄而成，以全系統(tǒng)實現(xiàn)防水和可洗滌[6]。

6 耐用性能

電加熱服裝中通常嵌入有電熱元件、導(dǎo)電元件，有的還有涂層，在服裝穿著、洗滌過程中，這些部件受到拉伸、扭轉(zhuǎn)、磨損和水浸等作用，一旦其中某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會使得服裝電加熱功能受損，影響服裝的耐用性和日常使用，導(dǎo)致電加熱服裝使用壽命及周期縮短[7]。

7 結(jié)語

目前，電加熱服在電熱性能和保暖性能上已經(jīng)比較成熟，而在舒適性能、洗護性能和安全性能等方面的還有待進一步深入細(xì)致的研究。