沈陽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院 曹明盛 劉暢

1 引言

隨著電熱毯、電熱墊及類似柔性發(fā)熱器具產(chǎn)品由生產(chǎn)許可證制度轉(zhuǎn)為CCC強(qiáng)制認(rèn)證管理，作為電熱毯類產(chǎn)品關(guān)鍵元器件的發(fā)熱線，其產(chǎn)品質(zhì)量尤其得到各檢測機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1 部分：通用要求》[1]及GB 4706.8-2008《家用和類似用途電器的安全電熱毯、電熱墊及類似柔性發(fā)熱器具的特殊要求》作為電熱毯CCC強(qiáng)制認(rèn)證檢測依據(jù)，其中規(guī)定了多項(xiàng)檢測項(xiàng)目，而直接與發(fā)熱線相關(guān)的主要項(xiàng)目有機(jī)械強(qiáng)度（21.111.1條款）。文中對不同結(jié)構(gòu)的發(fā)熱線分析介紹，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)研討其檢驗(yàn)過程、檢測方法、樣品制作以及判定方法，為相關(guān)檢驗(yàn)檢測和研發(fā)生產(chǎn)人員提供參考。

2 發(fā)熱線結(jié)構(gòu)種類及特點(diǎn)

QB/T 2163-2012《電熱毯、電熱墊及類似柔性發(fā)熱器具用發(fā)熱線》[2]標(biāo)準(zhǔn)中第4章明確了產(chǎn)品分類。按產(chǎn)品特性：一是單一發(fā)熱型發(fā)熱線，二是感溫型發(fā)熱線，三是自恒溫型發(fā)熱線；按結(jié)構(gòu)型式：一是單層發(fā)熱線，二是雙層發(fā)熱線，三是多層發(fā)熱線。綜上，目前常見的發(fā)熱線結(jié)構(gòu)型式有碳纖維發(fā)熱線、雙螺旋發(fā)熱線、單螺旋發(fā)熱線等。

2.1 單螺旋發(fā)熱線

單螺旋發(fā)熱線的結(jié)構(gòu)比較簡單，有三層結(jié)構(gòu)組成，分別是提供發(fā)熱導(dǎo)體纏繞或并行以提供發(fā)熱線機(jī)械強(qiáng)度的芯軸，纏繞在芯軸上的將電能轉(zhuǎn)化成熱能的發(fā)熱導(dǎo)體，以及用以保持發(fā)熱線內(nèi)導(dǎo)體與外界絕緣的絕緣層，其結(jié)構(gòu)見圖一。

圖一 單螺旋發(fā)熱線結(jié)構(gòu)示意圖

單螺旋發(fā)熱線結(jié)構(gòu)僅3層，僅1層金屬合金絲，只具有簡單的發(fā)熱功能，沒有感溫絲，不能控制溫度，其發(fā)熱導(dǎo)體的螺旋均勻度也影響產(chǎn)品發(fā)熱，局部螺旋間距過小會(huì)導(dǎo)致該部分發(fā)熱過高，安全性能差，容易出現(xiàn)超溫事故。目前該結(jié)構(gòu)發(fā)熱線在電熱毯類產(chǎn)品中已逐漸被淘汰。

2.2 雙螺旋發(fā)熱線

雙螺旋發(fā)熱線結(jié)構(gòu)有5層，分別為芯軸、發(fā)熱導(dǎo)體、過熱保護(hù)層（感溫層或熔融層）、為感應(yīng)發(fā)熱線溫度或其他功能的傳感導(dǎo)體以及絕緣層，其結(jié)構(gòu)見圖二。

圖二 雙螺旋發(fā)熱線結(jié)構(gòu)示意圖

雙螺旋發(fā)熱線結(jié)構(gòu)上比單螺旋發(fā)熱線增加了感溫層和傳感導(dǎo)體，發(fā)熱線為2層相互絕緣的合金絲，里層為發(fā)熱絲，外層為溫度檢測絲或過熱保護(hù)絲，與控制器超溫保護(hù)裝置配合共同完成保護(hù)作用。一是當(dāng)電熱毯在非正常狀態(tài)工作導(dǎo)致局部溫度過高時(shí)，感溫層電阻降低或熔融，發(fā)熱導(dǎo)體與傳感導(dǎo)體之間形成大電流回路，熔斷控制器內(nèi)的預(yù)置薄弱元件，切斷電源。二是作為感溫元件將溫度信號轉(zhuǎn)化成電信號，溫度控制器根據(jù)反饋回的電信號及芯片控制三極管等電子元器件通斷，以切斷電源降低溫度，避免電熱毯因折皺和通電時(shí)間過長等非正常使用造成的柔性部件溫度過高而引發(fā)的火災(zāi)事故。

2.3 碳纖維發(fā)熱線

碳纖維發(fā)熱線的結(jié)構(gòu)是由一發(fā)熱體以及一包覆在發(fā)熱體外的絕緣材料，其發(fā)熱體為多條碳纖維絲所構(gòu)成的碳纖維束 或碳纖維束與玻璃纖維束、巖石纖維束、陶瓷纖維束、杜邦纖維束中至少一種經(jīng)編織、包繞或合股的結(jié)構(gòu)，見圖三。

圖三 碳纖維發(fā)熱線結(jié)構(gòu)示意圖

碳纖維發(fā)熱線結(jié)構(gòu)簡單，因其只具備發(fā)熱功能，一般在電熱毯生產(chǎn)過程中還需要安裝溫度監(jiān)測元件、過熱保護(hù)器元件共同使用，以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。碳纖維材料是一種新材料，具有抗疲勞、抗拉伸、抗彎曲以及耐高溫的特性，以及升溫迅速，電熱轉(zhuǎn)化效率高的特點(diǎn)。

3 抗彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)

GB 4706.8-2008標(biāo)準(zhǔn)21.111.1條款規(guī)定，把發(fā)熱元件連接到下圖（見圖四）所示的設(shè)備上，樣品兩端各帶有一個(gè)質(zhì)量為0.25kg的砝碼，必要時(shí)增加負(fù)荷以保證發(fā)熱線平行，滑動(dòng)小車以恒定速度0.33m/s在1m的的長度上運(yùn)行25000個(gè)周期。在試驗(yàn)過程中，發(fā)熱線不能損壞。標(biāo)準(zhǔn)中注3：試驗(yàn)中，可使用一個(gè)不超過50mA的監(jiān)控電流流過發(fā)熱線。由此可以判斷若監(jiān)控電流歸零中斷，則可判定發(fā)熱線在試驗(yàn)過程中損壞。試驗(yàn)結(jié)束后，將測試樣品浸入到1%的Nacl的鹽溶液中，施加500V直流電壓在導(dǎo)體和鹽溶液之間，測量絕緣電阻[3]。以上為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法。

圖四 發(fā)熱元件彎曲試驗(yàn)設(shè)備

不同結(jié)構(gòu)的發(fā)熱線在試驗(yàn)過程中對樣品的處理及試驗(yàn)后的判定不盡相同，對于單螺旋和碳纖維這種只含有一條導(dǎo)體線芯，無其他相互絕緣的兩條或以上導(dǎo)體的發(fā)熱線。試驗(yàn)中，只需要對僅含有的一條發(fā)熱導(dǎo)體施加監(jiān)控電流，用來監(jiān)測樣品是否損壞；試驗(yàn)后，在僅有的導(dǎo)體與鹽溶液之間施加電壓測量絕緣電阻。而對于雙螺旋發(fā)熱線，因其在發(fā)熱線中含有發(fā)熱導(dǎo)體與感溫導(dǎo)體，在對雙螺旋發(fā)熱線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)描述中可知，感溫導(dǎo)體即可能是感知溫度用，有可能作為高溫保護(hù)裝置，故在試驗(yàn)過程中及試驗(yàn)結(jié)束后對發(fā)熱導(dǎo)體的要求同樣適用感溫導(dǎo)體上，所以在試驗(yàn)過程中需要兩個(gè)獨(dú)立的監(jiān)控電流，分別監(jiān)測發(fā)熱導(dǎo)體和感溫導(dǎo)體，用來判斷發(fā)熱線是否損壞。試驗(yàn)后為了考核發(fā)熱線的絕緣性能，應(yīng)將發(fā)熱線內(nèi)所有導(dǎo)體并接在一起，在并接的導(dǎo)體與鹽溶液之間施加電壓測量絕緣電阻，見圖五。

圖五 雙螺旋發(fā)熱線抗彎曲試驗(yàn)絕緣電阻測試示意圖

綜上，對于中只含有一根導(dǎo)體的發(fā)熱線，試驗(yàn)中該導(dǎo)體不能損壞，試驗(yàn)后絕緣滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；對于含有兩根或兩根以上相互絕緣的導(dǎo)體的發(fā)熱線，試驗(yàn)中每根導(dǎo)體（發(fā)熱導(dǎo)體和感溫導(dǎo)體等）均不能損壞，試驗(yàn)后絕緣應(yīng)滿足要求。

4 結(jié)論

本文通過對不同結(jié)構(gòu)發(fā)熱線的描述，闡述了產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)下發(fā)熱線的工作特性，結(jié)合對GB4706.8-2008標(biāo)準(zhǔn)的21.111.1測試條款的解讀，明確了不同結(jié)構(gòu)發(fā)熱線的測試方式、判定準(zhǔn)則。能夠?yàn)榇祟惍a(chǎn)品的檢驗(yàn)檢測以及研發(fā)生產(chǎn)提供一定指導(dǎo)。