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电加热服的柔性加热元件的要求和发展趋势

电加热服装是利用电能驱动服装内的电热元件工作的一类服装的总称,因其温度响应速度快而受到越来越多研究人员的关注。电加热服装一般由电源、柔性加热元件、服装、安全保护装置、测温与控温模块等构成。柔性加热元件是智能加热服装服饰的关键部件,其性能的好坏直接影响到加热服装的安全性和舒适性。


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1.什么是柔性加热元件?

柔性加热元件是为智能加热服装服饰提供能量的重要部件,由导电材料和基底材料构成。导电材料选材可以分为金属和非金属材料。金属材料包括金属纤维、金属涂层纱线和金属纳米线等;非金属材料包括碳纤维、碳纳米材料和导电聚合物(聚毗咯、 聚廛吩、聚苯胺和PEDOT;PSS等)。柔性加热元件的基底材料决定了其柔性、稳定性和安全性。柔性加热元件主要分为柔性加热织物、柔性加热薄膜和多功能柔性加热元件。


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2.电加热服的加热元件有哪些要求?

(1)加热元件应该是柔性且能够弯曲折叠的,因为身体某些特定部位较为灵活,尤其是手指或脚趾。

(2)施加在加热元件的载荷电压必须低于6、12或24 V的安全电压。

(3)加热介质必须能够绝缘,以防止衣服的不同部分之间接触时发生短路。

(4)整件衣服应该是可清洁的(通过洗涤或干洗)。

(5)衣服系统运行的温度应适当,以确保穿戴者的皮肤温度不超过40 ~45℃,以防止疼痛或灼伤。

(6)通过加热元件的电流应当保证在可通过人体安全电流之下。

(7)应加入功率控制器,可以调节温度以保持人体在各种外部环境条件下的舒适度。

(8)加热元件不得影响人体的自由活动。


碳纤维发热片0323.jpg

3.柔性加热元件的发展趋势

随着材料科学技术和电子技术的发展,柔性加热元件与传感器和电子电路集成,实现真正的智能化将是未来发展的趋势。加热元件的材料都有各有各的缺陷,例如金属丝刚度大,导致织造困难,服用性能不佳;碳纤维虽然性能稳定,可成本较高;导电高聚物制备时电阻控制精度较低;镀金属类纤维易氧化等,因此材料的交叉研发势在必行。


4.总结

加热元件的稳定性、轻薄化、多功能化、耐高温性、防水透气性和安全稳定性都是今后研究的重点。 由于柔性加热元件的研发仍处于起步阶段,测试标准仍不够完善。在测试柔性加热元件的关键性能— 加热性能上,研究者们主要是采用红外摄像机采集织物加热后的表面最大平衡温度以及通过软件分析其温升速率,对于加热性能的评价较为单一,且分析不够全面。今后在测试热性能方面,应当开发出精度更高,适用于多种条件下的测试设备,进行多元化的分析,并建立相应的评价标准,为加热元件市场化、商业化打下基础。


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