沈阳产品质量监督检验院 曹明盛 刘畅

1 引言

随着电热毯、电热垫及类似柔性发热器具产品由生产许可证制度转为CCC强制认证管理，作为电热毯类产品关键元器件的发热线，其产品质量尤其得到各检测机构和生产企业的关注。国家标准GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1 部分：通用要求》[1]及GB 4706.8-2008《家用和类似用途电器的安全电热毯、电热垫及类似柔性发热器具的特殊要求》作为电热毯CCC强制认证检测依据，其中规定了多项检测项目，而直接与发热线相关的主要项目有机械强度（21.111.1条款）。文中对不同结构的发热线分析介绍，结合标准研讨其检验过程、检测方法、样品制作以及判定方法，为相关检验检测和研发生产人员提供参考。

2 发热线结构种类及特点

QB/T 2163-2012《电热毯、电热垫及类似柔性发热器具用发热线》[2]标准中第4章明确了产品分类。按产品特性：一是单一发热型发热线，二是感温型发热线，三是自恒温型发热线；按结构型式：一是单层发热线，二是双层发热线，三是多层发热线。综上，目前常见的发热线结构型式有碳纤维发热线、双螺旋发热线、单螺旋发热线等。

2.1 单螺旋发热线

单螺旋发热线的结构比较简单，有三层结构组成，分别是提供发热导体缠绕或并行以提供发热线机械强度的芯轴，缠绕在芯轴上的将电能转化成热能的发热导体，以及用以保持发热线内导体与外界绝缘的绝缘层，其结构见图一。

图一 单螺旋发热线结构示意图

单螺旋发热线结构仅3层，仅1层金属合金丝，只具有简单的发热功能，没有感温丝，不能控制温度，其发热导体的螺旋均匀度也影响产品发热，局部螺旋间距过小会导致该部分发热过高，安全性能差，容易出现超温事故。目前该结构发热线在电热毯类产品中已逐渐被淘汰。

2.2 双螺旋发热线

双螺旋发热线结构有5层，分别为芯轴、发热导体、过热保护层（感温层或熔融层）、为感应发热线温度或其他功能的传感导体以及绝缘层，其结构见图二。

图二 双螺旋发热线结构示意图

双螺旋发热线结构上比单螺旋发热线增加了感温层和传感导体，发热线为2层相互绝缘的合金丝，里层为发热丝，外层为温度检测丝或过热保护丝，与控制器超温保护装置配合共同完成保护作用。一是当电热毯在非正常状态工作导致局部温度过高时，感温层电阻降低或熔融，发热导体与传感导体之间形成大电流回路，熔断控制器内的预置薄弱元件，切断电源。二是作为感温元件将温度信号转化成电信号，温度控制器根据反馈回的电信号及芯片控制三极管等电子元器件通断，以切断电源降低温度，避免电热毯因折皱和通电时间过长等非正常使用造成的柔性部件温度过高而引发的火灾事故。

2.3 碳纤维发热线

碳纤维发热线的结构是由一发热体以及一包覆在发热体外的绝缘材料，其发热体为多条碳纤维丝所构成的碳纤维束 或碳纤维束与玻璃纤维束、岩石纤维束、陶瓷纤维束、杜邦纤维束中至少一种经编织、包绕或合股的结构，见图三。

图三 碳纤维发热线结构示意图

碳纤维发热线结构简单，因其只具备发热功能，一般在电热毯生产过程中还需要安装温度监测元件、过热保护器元件共同使用，以满足标准要求。碳纤维材料是一种新材料，具有抗疲劳、抗拉伸、抗弯曲以及耐高温的特性，以及升温迅速，电热转化效率高的特点。

3 抗弯曲强度试验

GB 4706.8-2008标准21.111.1条款规定，把发热元件连接到下图（见图四）所示的设备上，样品两端各带有一个质量为0.25kg的砝码，必要时增加负荷以保证发热线平行，滑动小车以恒定速度0.33m/s在1m的的长度上运行25000个周期。在试验过程中，发热线不能损坏。标准中注3：试验中，可使用一个不超过50mA的监控电流流过发热线。由此可以判断若监控电流归零中断，则可判定发热线在试验过程中损坏。试验结束后，将测试样品浸入到1%的Nacl的盐溶液中，施加500V直流电压在导体和盐溶液之间，测量绝缘电阻[3]。以上为标准规定的抗弯曲强度试验方法。

图四 发热元件弯曲试验设备

不同结构的发热线在试验过程中对样品的处理及试验后的判定不尽相同，对于单螺旋和碳纤维这种只含有一条导体线芯，无其他相互绝缘的两条或以上导体的发热线。试验中，只需要对仅含有的一条发热导体施加监控电流，用来监测样品是否损坏；试验后，在仅有的导体与盐溶液之间施加电压测量绝缘电阻。而对于双螺旋发热线，因其在发热线中含有发热导体与感温导体，在对双螺旋发热线的结构特点描述中可知，感温导体即可能是感知温度用，有可能作为高温保护装置，故在试验过程中及试验结束后对发热导体的要求同样适用感温导体上，所以在试验过程中需要两个独立的监控电流，分别监测发热导体和感温导体，用来判断发热线是否损坏。试验后为了考核发热线的绝缘性能，应将发热线内所有导体并接在一起，在并接的导体与盐溶液之间施加电压测量绝缘电阻，见图五。

图五 双螺旋发热线抗弯曲试验绝缘电阻测试示意图

综上，对于中只含有一根导体的发热线，试验中该导体不能损坏，试验后绝缘满足标准要求；对于含有两根或两根以上相互绝缘的导体的发热线，试验中每根导体（发热导体和感温导体等）均不能损坏，试验后绝缘应满足要求。

4 结论

本文通过对不同结构发热线的描述，阐述了产品不同结构下发热线的工作特性，结合对GB4706.8-2008标准的21.111.1测试条款的解读，明确了不同结构发热线的测试方式、判定准则。能够为此类产品的检验检测以及研发生产提供一定指导。