儲熱式電熱暖手器安全使用長效性改進(jìn)研究

辛勇 孫積凱 趙靜 王洪建

山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院 山東濟(jì)南 250102

1 引言

電熱暖手器一般分為硬殼、柔性及USB充電式三類產(chǎn)品。產(chǎn)品安全使用長效性研究是對產(chǎn)品能夠滿足長期安全使用特性的研究。該類研究由來已久，在過去40年間，工業(yè)化大生產(chǎn)不僅帶來了新產(chǎn)品的大量上市，也造成了較低的產(chǎn)品使用壽命和可靠性，增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性成為研究重點(diǎn)。當(dāng)今在工業(yè)和服務(wù)業(yè)的社會架構(gòu)領(lǐng)域，增長產(chǎn)品使用壽命的研究仍然比較前沿，消費(fèi)類產(chǎn)品的耐久性和高性能是研究的熱點(diǎn)。

安全使用長效性與安全使用年限有關(guān)，安全使用年限指家用電器按照使用說明書的要求，經(jīng)過一定時間后，其安全性能仍然符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)要求，評價與驗(yàn)證家用電器安全使用年限的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是GB 4706.1及其特殊標(biāo)準(zhǔn)[1]。在此原理基礎(chǔ)上，項(xiàng)目研究人員對所收集的不同使用年限的舊暖手器與購買的全新暖手器進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)，在數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了影響其長效性的缺陷并提出了改進(jìn)措施。

2 背景

電熱暖手器的相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)主要集中在浙江、廣東、上海及四川等地。該類產(chǎn)品由于消費(fèi)基數(shù)大、產(chǎn)品使用周期相對較短，因此2011年以來市場銷售一直穩(wěn)步增加，呈逐年上升態(tài)勢。預(yù)計(jì)到2020年我國柔性電熱暖手器市場銷售量將達(dá)到3810萬只，銷售額可達(dá)27.2億元[2]。雖然產(chǎn)業(yè)規(guī)模較大，但從行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r看，由于生產(chǎn)工藝相對簡單，存在大量家庭作坊式廠家，市場競爭激烈，該類產(chǎn)品整體來說技術(shù)含量低、品質(zhì)質(zhì)量差且安全隱患較多，行業(yè)亟需整合提升。

2009年至2016年，上海、貴州、溫州、廣州以及寧波等省市的質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門先后開展了電熱暖手器類產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督抽查，抽查不合格率在64%至90%，可見該類產(chǎn)品的質(zhì)量安全狀況不佳，出現(xiàn)頻次較高的不合格項(xiàng)目有標(biāo)志和說明、輸入功率和電流、結(jié)構(gòu)、電源連接和外部軟線、電氣間隙、爬電距離和固體絕緣等項(xiàng)目，說明該類產(chǎn)品存在較嚴(yán)重的安全質(zhì)量問題。

產(chǎn)品長效性在一定意義上與產(chǎn)品的耐久性相近，歐盟日益關(guān)注產(chǎn)品的耐久性設(shè)計(jì)，2016年歐盟委員會發(fā)布了一篇題為“更長的產(chǎn)品壽命：消費(fèi)者和企業(yè)的效益”的研究報告，該報告評估了更長的產(chǎn)品壽命對經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境的潛在影響，其結(jié)果是產(chǎn)品的長效性對以上三個領(lǐng)域均有積極的影響，尤其是對環(huán)境領(lǐng)域，例如通過延長10%的壽命來改變烤面包機(jī)的市場，可以節(jié)省大約4000噸的二氧化碳當(dāng)量，防止每年約60噸的廢物[3]。另外一個長效性的舉例為：在日本汽車壽命增加1年，在5年時間里，垃圾填埋場減少了20萬噸汽車相關(guān)垃圾[3]。

圖1 耐久性銘牌設(shè)計(jì)示例

圖2 電源連接器設(shè)計(jì)及故障示例

3 安全試驗(yàn)

根據(jù)安全使用長效性與經(jīng)過一段使用時間后，其安全性能應(yīng)仍然符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)要求的原理，對選取的試驗(yàn)樣品采用GB 4706.1家用和類似用途電器安全的通用要求和GB 4706.99電熱暖手器產(chǎn)品的特殊要求開展安全性試驗(yàn)。受材料尺寸限制未進(jìn)行耐熱耐燃試驗(yàn)。

3.1 回收樣品安全性

回收樣品12個批次，其中柔性暖手器11個批次，硬殼暖手器1個批次?；厥諛悠分杏?個批次為已經(jīng)發(fā)生了故障的樣品，經(jīng)過故障檢查該5個批次的樣品均為電極加熱式暖手器，分別是由于元器件老化或電極損壞導(dǎo)致。

由于部分產(chǎn)品銘牌信息已經(jīng)不全，未進(jìn)行標(biāo)志和說明及輸入功率和電流的相關(guān)驗(yàn)證。安全試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)主要不符合為：易觸及帶電部件，電氣間隙爬電距離過小，存在觸電危險；在結(jié)構(gòu)方面存在缺乏過壓保護(hù)、采用電極加熱、外形易被兒童當(dāng)作玩具等缺陷；機(jī)械強(qiáng)度方面，少數(shù)產(chǎn)品未能通過擠壓試驗(yàn)。

3.2 新樣品安全性

新樣品共計(jì)17個批次，其中柔性暖手器13個批次，硬殼暖手器2個批次，USB充電暖手器2個批次。經(jīng)檢測，11個批次的柔性暖手器不合格，在6個方面存在安全質(zhì)量問題，主要為標(biāo)志和說明信息缺失或不全、輸入功率和電流標(biāo)識不準(zhǔn)確、發(fā)熱試驗(yàn)部分電源連接器過熱、結(jié)構(gòu)方面存在諸多不安全因素（缺乏過壓保護(hù)、采用電極加熱、外形易被兒童當(dāng)作玩具等）、電源軟性實(shí)測截面不能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值、電氣間隙爬電距離超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值等。

銘牌的缺失，缺乏相應(yīng)的內(nèi)部過壓保護(hù)，不合理的電極加熱設(shè)計(jì)，不合理的連接器設(shè)計(jì)及不當(dāng)?shù)碾姎忾g隙和爬電距離設(shè)計(jì)，使得當(dāng)前的電熱暖手器產(chǎn)品存在一定的安全使用風(fēng)險，且降低了產(chǎn)品的使用周期。

4 長效性改進(jìn)措施

4.1 銘牌改進(jìn)措施

對于柔性暖手器，應(yīng)采用編織的柔性銘牌，不應(yīng)采用印刷銘牌，由于暖手器為人體經(jīng)常接觸器具，印刷銘牌不耐彎折摩擦，采用編織型銘牌能夠提高關(guān)系信息的保存時間。對于硬殼及USB充電式暖手器可采用圖1中所示的在器具平整表面上設(shè)置凹形銘牌粘貼區(qū)域，如圖1中左側(cè)照片所示，或者將銘牌內(nèi)容模制到硬質(zhì)外殼上，如圖1中右側(cè)照片所示。

銘牌粘貼于凹形平面上，邊角不再直接承受外力。將銘牌模制到外殼上，產(chǎn)品參數(shù)等信息不會因?yàn)殂懪频拿撀涠鴣G失。兩種設(shè)計(jì)能夠顯著的提升銘牌信息保持的長效性。

4.2 輸入功率測量改進(jìn)

功率的偏差直接影響電源導(dǎo)線的選擇，如果實(shí)測值與額定值存在較大的正偏差，按照額定功率選擇的電源線將發(fā)熱過大，影響使用的長效性。從功率測量數(shù)據(jù)可見，標(biāo)識額定功率與實(shí)際測量值存在一定的差異。器具輸入功率的檢驗(yàn)一般是直接通過功率計(jì)直接讀取器具實(shí)際工作功率，如果其典型工作時期最大值及最小值均未超過標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值，可取測量中間值為其額定功率，如果測量極值超過標(biāo)準(zhǔn)限值或測量過程中功率不夠穩(wěn)定，則通過計(jì)算典型工作周期中功率的平均值作為器具的額定功率。

因此生產(chǎn)商在標(biāo)定器具的額定功率時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)器具實(shí)際工作中功率的穩(wěn)定情況，實(shí)測相關(guān)數(shù)據(jù)后再確定器具的額定功率，進(jìn)而合理選擇電源導(dǎo)線。

4.3 電源連接器改進(jìn)

圖3 電源連接器改進(jìn)設(shè)計(jì)圖示

市場上銷售的電熱暖手器，其電源線與器具的連接均采用器具輸入插口，通過電源連接器與電源進(jìn)行耦合的方式。器具帶電源線的連接端，插口大多被設(shè)計(jì)成三端圓筒形接口，如圖2左側(cè)圖例所示。由于該類連接是剛性連接，隨著使用時間的增長，容易造成接觸不良，從而使插腳部位在工作時容易過熱，導(dǎo)致接口變形如圖2右側(cè)圖例所示。連接器過熱會造成火災(zāi)危害，連接器過熱使材料變形，連接器帶電部件露出，易導(dǎo)致觸電事故的發(fā)生。

將圖2中原連接器標(biāo)示部分集成到器具上，將原來三極筒型剛性支撐三極插口設(shè)置成圖3所示帶有彈性支撐的兩極插口結(jié)構(gòu)，圖3中設(shè)計(jì)的插口采用雙片結(jié)構(gòu)上層為連接電源線的良好導(dǎo)體，下層為帶有一定彈性的金屬片，該設(shè)計(jì)能夠保證連接器穩(wěn)定連接，降低了電極生產(chǎn)難度，并減少了一個電極，減少了材料的消耗，提高了電熱暖手器的安全使用長效性。

此外通過對連接電源線連接器端插口處電氣間隙和爬電距離的測量，發(fā)現(xiàn)大部分連接器插口內(nèi)部帶電部件與連接器外表面之間距離不滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的安全距離要求，存在安全隱患。應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加內(nèi)部帶電部件與外表面之間的距離，以增強(qiáng)元件的防觸電性能。

4.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)

電熱暖手器的特殊標(biāo)準(zhǔn)中等22.7條要求：柔性暖手器在結(jié)構(gòu)上應(yīng)有防止在通電過程中出現(xiàn)暖手器內(nèi)氣壓過高的保護(hù)裝置[4]。13個批次的柔性暖手器，僅有2個批次的產(chǎn)品設(shè)置了過壓保護(hù)裝置，對于安裝有加注液體接口（部分產(chǎn)品說明書標(biāo)注為排氣口）的暖手器，考慮到內(nèi)壓會對接口開啟有壓制作用，本次檢驗(yàn)不認(rèn)為該接口具備防止內(nèi)部壓力過大的保護(hù)功能。比較合理的過壓保護(hù)裝置設(shè)計(jì)是通過感知袋體膨脹的機(jī)械開關(guān)動作起到相應(yīng)過壓保護(hù)。

電極加熱方式在缺乏防護(hù)的情況下，由于易受擠壓、碰撞及跌落的影響，使內(nèi)部電極密封受損極易出現(xiàn)故障，且由于電化學(xué)反應(yīng)，在正常使用過程中電極會出現(xiàn)蝕損，易引起附加的電氣及物理危害，因此避免采用電極加熱方式，采用電阻加熱的形式能夠有效提高產(chǎn)品的安全性和長效性。

器具的外形設(shè)計(jì)采用卡通、動物及玩具等形象，容易引起孩子的注意而被當(dāng)作玩具，充電時孩子觸碰會存在一定的危險，且在充滿電的情況下，電熱暖手器的溫度通常高于70℃，相關(guān)研究表明，接觸70℃的溫度持續(xù)1分鐘，接觸60℃的溫度持續(xù)5分鐘，皮膚就會被燙傷，引起皮膚燙傷的最低溫度為44℃[5]。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證柔性電熱暖手器保持60℃的溫度可達(dá)10分鐘以上，因此應(yīng)注意使用安全，避免讓孩子接觸。

5 結(jié)束語

對于全新及回收樣品在安全試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，有些問題是由于對產(chǎn)品的安全要求及試驗(yàn)方法缺乏一定的認(rèn)知，如標(biāo)志信息不全，額定輸入功率實(shí)測偏差較大。有些問題的出現(xiàn)則是由于設(shè)計(jì)的不合理造成的，如標(biāo)志耐久性差，電源連接器溫升過高，電氣間隙爬電距離過小等。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)在熟悉相關(guān)領(lǐng)域安全標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，合理設(shè)計(jì)產(chǎn)品各個功能部件，以提高產(chǎn)品的安全使用長效性。