電加熱服裝的電學(xué)安全性和發(fā)熱功能性評價(jià)方法

鄭兆和，伍偉新

(國家紡織品服裝服飾產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心, 廣東 廣州 510000)

電加熱服裝的電學(xué)安全性和發(fā)熱功能性評價(jià)方法

鄭兆和，伍偉新

(國家紡織品服裝服飾產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心, 廣東 廣州 510000)

電加熱服裝是一種用途廣泛的功能性服裝。文章著重從安全性和功能性出發(fā)，通過實(shí)例闡述了電加熱服裝在電學(xué)安全性和發(fā)熱功能性的考核要求及測試方法。電學(xué)安全性包括移動(dòng)電源安全性、電器安全性、電磁兼容性、電發(fā)熱安全性、特殊存放安全性的要求；發(fā)熱功能性包括溫度控制器額定輸入電壓、溫度控制器的輸出電壓、加熱元件工作功率、溫度控制器短路保護(hù)性能、溫度控制器調(diào)溫功能、最小溫升、低溫工作性能、耐洗滌性能、耐老化性能等功能性指標(biāo)，電學(xué)安全性和發(fā)熱功能性的考核確保了產(chǎn)品使用過程中的用電安全和發(fā)熱有效性。文章為電發(fā)熱服裝標(biāo)準(zhǔn)制定提供了思路，以期填補(bǔ)此類跨界產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的空白。

電加熱服裝；電學(xué)安全性；發(fā)熱功能性

1 引言

電加熱服裝是利用電能驅(qū)動(dòng)衣服內(nèi)的電熱元件工作的一類服裝的總稱，一般由電源、發(fā)熱元件、控溫裝置、安全保護(hù)裝置等構(gòu)成，相互之間通過導(dǎo)線連接。電源一般采用12 V以下人體安全直流電壓[1]；發(fā)熱元件一般使用三種發(fā)熱材料，即發(fā)熱金屬絲、碳纖維發(fā)熱材料和石墨烯，布置在前胸、前腹、后腰、后背、關(guān)節(jié)等人體熱敏感部位；控溫裝置的作用，是根據(jù)人體溫度變化來調(diào)控電熱元件的開閉；保護(hù)裝置的作用，是當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)關(guān)閉電源，保護(hù)人體安全。電加熱服裝由于其工藝簡單、加工方便、發(fā)熱效率高、溫度可控，近年來得到長足發(fā)展。可為士兵、工人、戶外運(yùn)動(dòng)員等需要在極寒溫度下作業(yè)的人員提供幫助，確保其在人體熱舒適的狀態(tài)下工作或鍛煉，避免凍傷事件的發(fā)生。另外，電加熱服在醫(yī)療領(lǐng)域也有許多用途，如為一些風(fēng)濕、關(guān)節(jié)炎患者，以及血液循環(huán)不佳者提供熱療；電熱服還可同其它技術(shù)(如通信、監(jiān)測、保健、理療等)相結(jié)合，由此延伸的服裝品種,被稱為“多功能智能服裝”[2]。

目前市場上電加熱服裝逐漸流行，眾多品牌公司躍躍欲試，紛紛推出電加熱服裝產(chǎn)品。然而，由于目前沒有合適的國家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對此類產(chǎn)品的性能要求進(jìn)行規(guī)范，導(dǎo)致企業(yè)無法對產(chǎn)品的安全性及加熱功能性進(jìn)行有效把關(guān)。

本文以某企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容為實(shí)例闡述電加熱服裝在電學(xué)安全性和發(fā)熱功能性的考核要求及測試方法，以期早日解決電加熱服裝此類跨界產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)空白，使其考核科學(xué)化和規(guī)范化。

2 電學(xué)安全性評價(jià)

本文討論的電加熱服裝產(chǎn)品額定輸入電壓不大于12 V，屬于特低安全電壓的范疇，然而由于此類產(chǎn)品使用時(shí)直接附著在人體上，因此其電學(xué)安全性仍然是安全性能的首要考核內(nèi)容。電學(xué)安全性包括移動(dòng)電源安全性、電器安全性、電磁兼容性、電發(fā)熱安全性、特殊存放安全性等方面的要求，確保使用過程中的用電安全。

2.1 移動(dòng)電源安全性

為確保電加熱服裝使用的移動(dòng)電源安全性，移動(dòng)電源應(yīng)符合《GB 31241—2014便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組 安全要求》的要求。該標(biāo)準(zhǔn)考慮了鋰離子電池和電池組最基本的安全要求以提供對人身和財(cái)產(chǎn)的安全保護(hù)。

2.2 電氣安全性

電加熱服裝是利用電能驅(qū)動(dòng)衣服內(nèi)置電熱元件工作的一類特殊服裝，一般由電源、發(fā)熱元件、控溫裝置等構(gòu)成，它也是一件特殊的電器產(chǎn)品，因此，在按照使用說明的條件下正常使用時(shí)，該產(chǎn)品的電氣、機(jī)械、熱、火災(zāi)以及輻射等危險(xiǎn)防護(hù)安全指標(biāo)均應(yīng)符合《GB 4706.1—2005家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求》的規(guī)定要求。

2.3 電磁兼容性

電磁輻射以某種方式影響大多數(shù)的電子設(shè)備，為評估電氣和電子設(shè)備遭受靜電放電、從人體到靠近關(guān)鍵設(shè)備的物體之間可能發(fā)生的靜電放電以及受到射頻電磁場輻射時(shí)的性能，電加熱服裝應(yīng)符合《GB/T 17626.2—2006電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗(yàn)》和《GB/T 17626.3—2006電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn)》所規(guī)定的電磁兼容性的要求。

2.4 電發(fā)熱安全性

在正常使用時(shí)，為防止電加熱服裝因溫度過高而導(dǎo)致傷人狀況，電加熱服裝在開始工作一段時(shí)間達(dá)到平衡后，用熱電偶測試復(fù)合了加熱絲的部位的溫升，其最高溫升不得超過一定的溫度值，建議不大于50 K。

2.5 特殊存放安全性

防止電加熱服裝脫卸后未關(guān)閉電源且疊加堆放等類似的合理濫用情況產(chǎn)生危險(xiǎn)的可能，電加熱服裝還必須測試特殊存放安全性，將服裝水平放置在測試臺上，加壓5 kg非金屬物(面積不小于加熱服裝加熱區(qū)的面積)，正常加熱2 h后應(yīng)無異常。

3 發(fā)熱功能性評價(jià)

發(fā)熱功能性從溫度控制器額定輸入電壓、溫度控制器的輸出電壓、加熱元件工作功率、溫度控制器短路保護(hù)性能、溫度控制器調(diào)溫功能、最小溫升、低溫工作性能、耐洗滌性能、耐老化性能等對電加熱服裝的功能性指標(biāo)進(jìn)行了全面考核。

3.1 溫度控制器額定輸入電壓

溫度控制器的額定輸入電壓應(yīng)為DC 5 V，接口應(yīng)為USB公口形式。

3.2 溫度控制器輸出電壓

溫度控制器的輸出電壓應(yīng)分為三檔，一檔：6.9 V；二檔：7.8 V；三檔：9 V。正常工作狀態(tài)下，每一檔的輸出電壓與額定輸出電壓的偏離不應(yīng)大于±10%。

3.3 加熱元件工作功率

加熱元件在正常工作狀態(tài)下，每一檔的輸入功率對額定輸入功率的偏離不應(yīng)大于±20%。

3.4 溫度控制器短路保護(hù)性能

溫度控制器應(yīng)具有短路保護(hù)性能，在短路時(shí)應(yīng)自動(dòng)關(guān)斷，短路消除后應(yīng)可以正常啟動(dòng)和工作。

3.5 溫度控制器調(diào)溫功能

溫度控制器應(yīng)有明顯的檔位或升降溫標(biāo)志，應(yīng)能正常開關(guān)并切換加熱檔位。

3.6 最小溫升

加熱服裝在規(guī)定條件下，溫升應(yīng)不小于5 K。

3.7 低溫工作性能

加熱服裝在低溫(-20 ℃)環(huán)境中應(yīng)能正常工作。

3.8 耐洗滌性能

加熱服裝經(jīng)水洗30次后應(yīng)仍符合電學(xué)安全性和發(fā)熱功能性的所有要求。

3.9 耐老化性能

加熱服裝經(jīng)耐老化試驗(yàn)后加熱功能工作正常。

4 測試方法

4.1 移動(dòng)電源安全性

按GB 31241—2014進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.2 電器安全性

按GB 4706.1—2005進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.3 電磁兼容性

按GB/T 17626.2—2006、GB/T 17626.3—2006進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.4 電加熱安全性

4.4.1 試驗(yàn)條件，加熱服應(yīng)在以下規(guī)定的條件下進(jìn)行測試：

(1)加熱服在0 ℃的環(huán)境溫度下放置4 h；

(2)將加熱服(將拉鏈拉合或鈕扣扣起)平攤在實(shí)驗(yàn)室臺上；

(3)開啟溫度控制器加熱并調(diào)到最高溫度或最大功率；

(4)熱電偶的直徑不應(yīng)超過0.3 mm；

(5)溫升在加熱服開啟加熱后8 min時(shí)進(jìn)行；

(6)在加熱元件對應(yīng)位置的里料表面上測量；

(7)熱電偶應(yīng)焊接到65 mm×65 mm×0.5 mm的銅或黃銅片上，銅片的放置位置為其一邊平行于走線的方向且能覆蓋住最多數(shù)量的加熱元件，溫度至少在5個(gè)位置上測量。

4.4.2 加熱服最大溫升

在以上條件下測出各點(diǎn)的溫度并計(jì)算出平均值后減去測試環(huán)境溫度(0℃)后所得值為溫升值。

4.5 特殊存放安全性

將加熱服裝(將拉鏈拉合或鈕扣扣起)平攤在測試臺上，加壓5 kg非金屬物(面積不小于加熱服裝加熱區(qū)的面積)，正常加熱2 h后目視檢查是否有異常。

4.6 溫度控制器額定輸入電壓

目視檢驗(yàn)。

4.7 溫度控制器輸出電壓

將溫度控制器USB端連接到DC 5 V～12 V電源，長按溫度控制器開關(guān)啟動(dòng)加熱，輕按開關(guān)切換加熱檔位，將萬用表測試筆正極連接到溫度控制器按扣端中心插針，將萬用表測試筆負(fù)極連接到溫度控制器按扣端鍍金底座，讀取電壓值，每檔循環(huán)讀取5次，取平均值，得到每檔位的溫度控制器的工作電壓。

4.8 加熱元件工作功率

將溫度控制器USB端連接到DC 5 V～12 V電源，按溫度控制器開關(guān)啟動(dòng)加熱，按開關(guān)切換加熱檔位，將萬用表測試筆正極連接到溫度控制器輸出端的藍(lán)色線，將萬用表測試筆負(fù)極連接到溫度控制器輸出端的紅色線，讀取每檔工作電壓值，循環(huán)讀取5次，取平均值，用每檔電流平均值乘電壓值，得到每檔位的工作功率，并計(jì)算與額定值之間的偏差。

4.9 溫度控制器短路保護(hù)性能

將溫度控制器USB端連接到DC 5 V～12 V電源，按溫度控制器開關(guān)開機(jī)，再將紅藍(lán)連接線短路，檢查溫度控制器是否自動(dòng)關(guān)斷，移除短路后，重新開機(jī)是否正常工作。

4.10 溫度控制器調(diào)溫功能

將溫度控制器USB端連接到DC 5 V～12 V電源，按溫度控制器開關(guān)啟動(dòng)加熱，檢查是否可正常切換加熱檔位。

4.11 最小溫升

按照4.4.1測試條件，開啟溫度控制器加熱并調(diào)到最高溫度或最大功率；在加熱服工作0.5 h后進(jìn)行溫升測試，測出的各點(diǎn)的溫度并計(jì)算出平均值減去測試環(huán)境溫度(0 ℃)后所得值為溫升值。

4.12 低溫工作性能

將加熱服連接好DC 5 V～12 V外接電源，長按溫度控制器開關(guān)啟動(dòng)加熱，將溫度控制器和加熱服一同放入低溫試驗(yàn)箱中，逐步降溫至-20 ℃，保持0.5 h后，觀察加熱服工作是否正常。

4.13 耐洗滌性能

產(chǎn)品按GB/T 8629—2001規(guī)定，采用5A洗滌方法連續(xù)洗滌30次后懸掛晾干。洗滌干燥后測試相應(yīng)的功能性指標(biāo)。

4.14 耐老化性能

按溫度85℃，相對濕度85%下老化72 h后回復(fù)到室溫，工作正常。

5 結(jié)語

電加熱服裝作為一種功能性服裝既是服裝同時(shí)也是一款特殊的電器產(chǎn)品。然而，目前并無合適的服裝產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對電發(fā)熱服裝進(jìn)行規(guī)范，電學(xué)發(fā)熱安全性和功能性也尚未在《GB 4706.1—2005家用和類似用途電器的安全 第一部分：通用要求》中進(jìn)行規(guī)范。本文闡述的電加熱服裝的電學(xué)安全性和熱功能性評價(jià)方法可作為企業(yè)對生產(chǎn)的電加熱服裝產(chǎn)品質(zhì)量控制的參考，同時(shí)也可為電發(fā)熱服裝行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)乃至國家標(biāo)準(zhǔn)制定提供有益的思路，促進(jìn)此類跨界產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定，盡早彌補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)的空白，為市場產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管提供考核的依據(jù)。

[1] 唐世君，郭詩珧.電加熱服裝的研制[J].防護(hù)裝備技術(shù)研究，2013，6(6)：5—8.

[2] 任萍，劉靜.可加熱服裝技術(shù)的研究進(jìn)展[J].紡織科學(xué)研究，2008，12(3)：12—18.

Evaluation Method for Electrical Safety and Heating Functionof Electrically-heated Garment

ZhengZhaohe,WuWeixin

(Guangzhou Fiber Product Testing and Research Institute, National Quality Supervision and InspectionCenter of Textile Garment and Accessories(GZ), Guangzhou 510000, China)

Electrically-heated garment is a kind of functional garments which is widely used. This article focused on the safety and function of electrically-heated garment. It expounded the requirements and test methods for electrically-heated garment in electrical safety and thermal function through an example of application. Electrical safety included requirements for mobile power safety, electrical safety, electromagnetic compatibility, electrical heating safety and special storage security; heating function included temperature controller input voltage and output voltage, heating element working power, short-circuit protection function, thermoregulation function of temperature controller, the minimum temperature rise, low temperature performance, washing resistance and aging resistance performance. Assessment of electrical safety and thermal function ensures the using security and heating effectiveness. An idea for the standard setting of electrically-heated garment is provided which expected to fill gaps in such interdisciplinary product standards.

electrically-heated garment; electrical safety; heating function

2017-06-23

鄭兆和(1984—)，男，廣東揭陽人，工程師。

TS941.79

A

1009-3028(2017)04-0022-04