電熱毯、電熱墊及類似柔性發熱器具用發熱線結構特點及測試問題探討

沈陽產品質量監督檢驗院 曹明盛 劉暢

1 引言

隨著電熱毯、電熱墊及類似柔性發熱器具產品由生產許可證制度轉為CCC強制認證管理，作為電熱毯類產品關鍵元器件的發熱線，其產品質量尤其得到各檢測機構和生產企業的關注。國家標準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熱器具的特殊要求》作為電熱毯CCC強制認證檢測依據，其中規定了多項檢測項目，而直接與發熱線相關的主要項目有機械強度（21.111.1條款）。文中對不同結構的發熱線分析介紹，結合標準研討其檢驗過程、檢測方法、樣品制作以及判定方法，為相關檢驗檢測和研發生產人員提供參考。

2 發熱線結構種類及特點

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

2.1 單螺旋發熱線

單螺旋發熱線的結構比較簡單，有三層結構組成，分別是提供發熱導體纏繞或并行以提供發熱線機械強度的芯軸，纏繞在芯軸上的將電能轉化成熱能的發熱導體，以及用以保持發熱線內導體與外界絕緣的絕緣層，其結構見圖一。

圖一 單螺旋發熱線結構示意圖

單螺旋發熱線結構僅3層，僅1層金屬合金絲，只具有簡單的發熱功能，沒有感溫絲，不能控制溫度，其發熱導體的螺旋均勻度也影響產品發熱，局部螺旋間距過小會導致該部分發熱過高，安全性能差，容易出現超溫事故。目前該結構發熱線在電熱毯類產品中已逐漸被淘汰。

2.2 雙螺旋發熱線

雙螺旋發熱線結構有5層，分別為芯軸、發熱導體、過熱保護層（感溫層或熔融層）、為感應發熱線溫度或其他功能的傳感導體以及絕緣層，其結構見圖二。

圖二 雙螺旋發熱線結構示意圖

雙螺旋發熱線結構上比單螺旋發熱線增加了感溫層和傳感導體，發熱線為2層相互絕緣的合金絲，里層為發熱絲，外層為溫度檢測絲或過熱保護絲，與控制器超溫保護裝置配合共同完成保護作用。一是當電熱毯在非正常狀態工作導致局部溫度過高時，感溫層電阻降低或熔融，發熱導體與傳感導體之間形成大電流回路，熔斷控制器內的預置薄弱元件，切斷電源。二是作為感溫元件將溫度信號轉化成電信號，溫度控制器根據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間過長等非正常使用造成的柔性部件溫度過高而引發的火災事故。

2.3 碳纖維發熱線

碳纖維發熱線的結構是由一發熱體以及一包覆在發熱體外的絕緣材料，其發熱體為多條碳纖維絲所構成的碳纖維束 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編織、包繞或合股的結構，見圖三。

圖三 碳纖維發熱線結構示意圖

碳纖維發熱線結構簡單，因其只具備發熱功能，一般在電熱毯生產過程中還需要安裝溫度監測元件、過熱保護器元件共同使用，以滿足標準要求。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，電熱轉化效率高的特點。

3 抗彎曲強度試驗

GB 4706.8-2008標準21.111.1條款規定，把發熱元件連接到下圖（見圖四）所示的設備上，樣品兩端各帶有一個質量為0.25kg的砝碼，必要時增加負荷以保證發熱線平行，滑動小車以恒定速度0.33m/s在1m的的長度上運行25000個周期。在試驗過程中，發熱線不能損壞。標準中注3：試驗中，可使用一個不超過50mA的監控電流流過發熱線。由此可以判斷若監控電流歸零中斷，則可判定發熱線在試驗過程中損壞。試驗結束后，將測試樣品浸入到1%的Nacl的鹽溶液中，施加500V直流電壓在導體和鹽溶液之間，測量絕緣電阻[3]。以上為標準規定的抗彎曲強度試驗方法。

圖四 發熱元件彎曲試驗設備

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

圖五 雙螺旋發熱線抗彎曲試驗絕緣電阻測試示意圖

綜上，對于中只含有一根導體的發熱線，試驗中該導體不能損壞，試驗后絕緣滿足標準要求；對于含有兩根或兩根以上相互絕緣的導體的發熱線，試驗中每根導體（發熱導體和感溫導體等）均不能損壞，試驗后絕緣應滿足要求。

4 結論

本文通過對不同結構發熱線的描述，闡述了產品不同結構下發熱線的工作特性，結合對GB4706.8-2008標準的21.111.1測試條款的解讀，明確了不同結構發熱線的測試方式、判定準則。能夠為此類產品的檢驗檢測以及研發生產提供一定指導。