电熨斗的基本原理之欧阳史创编.docx
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电熨斗的基本原理之欧阳史创编
第一章電熨斗的基本原理
时间：
2021.02.10
创作：
欧阳史
＆1.歷史過程中的電熨斗
大家知道，熨斗並不是現代社會突然發明的一種家用器具，遠在唐朝已經有了熨斗的雛形，不過，那時的熨斗比起現在的熨斗來，結構與外觀可是發生了非常大的變化。
＆2.熨燙的基本條件
織物經穿著，儲存，洗滌後會産生皺褶，變形。
去撣這些變形，皺褶，一般需要對織物“加溫”，“加壓”，“加濕”。
所以溫度，壓力是實現對織物熨燙的必要條件，蒸汽是是實現對織物熨燙的充分條件。
熨斗創造上述三個條件一般是以下述手段實現：
1.溫度：
1）用外部熱源預先對熨斗底加熱，使熨斗底儲存熱能，當底盤與織物接觸時，將熱能傳遞給織物，使織物溫度升高。
2）用木炭作燃料，直接對底盤加熱，這種加熱持續整個熨燙過程。
3）利用電流的熱效應，將電流通過電阻絲，産生焦耳熱，熱量傳遞到電熱盤，從而實現對被燙物加熱。
4）利用半導體發熱元件。
2.加濕：
1）對被燙物噴霧，潤濕織物，在熱熨斗熨燙時，水變成蒸汽，使織物纖維變形。
2）直接對熨燙物噴蒸汽。
3）織物半幹時就熨燙，或在織物上隔一層濕布。
3.加壓：
加溫並有蒸汽使織物纖維舒展開後，施加一定壓力，就可使織物按我們的需求整燙。
這就是有部分熨斗需加上加重鐵的原因。
一部分來自南亞，南美洲的客戶都要求有加重鐵，特別對幹式熨斗。
由於各種織物的耐溫特性不同，各種織物熨燙時所需溫度是不一樣的，國際上有一種通用的織物洗滌和整燙標示，這些標示一般都縫製上衣內左側下擺縫線處。
選擇溫度時要注意。
高溫整燙（約200℃）
中溫整燙（約150℃）
低溫整燙（約100℃）
不可熨燙
隔層布熨燙
現有機種由於可延伸各種功能，爲方便管理，我們用下述字母代碼尾隨機種之後，以便區別。
這些功能代碼是：
S：
噴水
C:
塗裝
E:
電子式溫
A:
自動斷電
B:
低溫止漏
D:
水平爆炸
V:
水平/垂直爆炸
N:
不鏽剛包底
P:
無水位窗
L:
加長型
HS:
軟質握把
W:
加重鐵
T:
加水質軟化劑
無任何功能代碼者，對6字開頭的表示幹式熨斗，對7字開頭的表示基本功能（蒸汽）。
第二章電熨斗基本結構及主要元部件
下面以一台蒸汽電熨斗爲例看一看熨斗由哪些典型部分所構成
（剖析實物）
＆1電熱盤
任何一台電熨斗的電熱盤總是有下述共同規律：
有發熱單元，有一個可與欲整燙的織物相接觸的平整是底面，這個底面多由金屬製造。
有的表面上還有一些特殊塗裝物。
對蒸汽式熨斗來說，內表面在結構上一定有蒸汽腔，其表面還塗覆有擴散劑。
對調溫式熨斗而言，電熱盤上一定會有鎖附恒溫器的鎖台，以及與水箱組（或隔熱基座）聯接的鎖台。
（以實物講解）
＆2發熱元件
現代電熨斗發熱元件一般採用電熱管或半導體發熱元件。
過去曾使用過將電阻絲纏繞在雲母片所組成的電熱絲元件，由於安全性能差，現已被淘汰。
1.電熱管
它是一種目前電熱類電器中應用廣泛，結構簡單，性能可靠，使用壽命長的一種密封式電熱元件。
三十年代英國霍特波因特（HOTPOINT）公司將其應用於家用電器上的。
（以實物講解）
1）金屬護管：
常用剛，銅或鋁管制。
（燦坤用的電熱管多用剛制）
2）引出棒：
低碳剛或電熱合金棒製作，其截面積是電熱絲的若干倍。
燦坤公司使用的電熱管引出棒常採用Ø1.8的SWRM-8。
3）填充材料：
一般要求填充材料採用絕緣性好，導熱性好的氧化物介質。
要求導熱係數大於0.015KCAL/CM.H.℃，高溫下不與電熱絲管壁發生化學反應，與電熱絲膨脹係數相近。
如結晶氧化鎂（氧化鋁，潔淨石英砂等）。
使用MgO最佳，因爲其導熱較好。
填充的MgO等填充材料還要用縮管機將直徑縮小，以提高填充密度（密度要達3.3g/cm³以上），以保證電熱絲與空氣絕緣，其中心絲重心偏移，防止電熱絲碰及管壁。
使壽命增長，單位面積發熱量（能量密度）增加十幾倍。
4）封口材料：
採用的封口材料有漆膜，環氧（<150℃），甲基矽油，室溫硫化矽橡膠玻璃，雲母玻璃，琺瑯質（此二項僅當溫度>300℃時用），矽膠塞，矽膠帽。
一般選擇視安裝方式，引出線是否受力，器件是否振動，使用溫度來確定。
5）電熱絲：
常用電熱絲爲Cr,Ni合金，常用國產電熱絲牌號有Cr20Ni80;Cr15Ni60;1Cr13Al14;1Cr13Al6Mo2;0Cr25Al5;0Cr27Al7Mo2等。
常用電熱絲合金材料物理參數表
合金牌號
20℃時電阻率ρx10（Ω.m）
密度ρˊx10¯³kg/m³
比熱C
J/kg.k
膨脹係數α
20-1000℃x10/℃
導熱係數λ
w/m.k
熔點
℃
抗壓強度
x10Pa
伸長率
δ10>=%
Cr20Ni80
1.09±0.05
8.4
448
14.0
1005
1400
637-785
20
Cr15Ni60
1.12±0.05
8.2
461
16.0
754
1390
637-785
20
1Cr13Al4
1.26±0.03
7.4
490
15.4
879
1450
588-834
12
0Cr13Al6Mo2
1.4±0.10
7.2
494
15.6
816
1500
686-834
12
0Cr25Al5
1.4±0.10
7.1
494
16.0
766
1500
673-785
12
0Cr27Al7Mo2
1.5±0.10
7.1
494
16.0
754
1520
686-785
10
關於電熱絲的電阻溫度係數
電熱絲的電阻R=ρ（L/S）ρ爲電阻率
隨溫度升高原子熱振動加強，導致導電率上升，將工作溫度時的電阻率與20℃的電阻率之比值稱爲電阻率修正係數Ct
Ct=ρt/ρ20
這裏告訴我們一個十分重要的問題，在生産中，對電熱器件功率的控制和檢查是指在額定電壓下，穩定狀態下的功率，在穩定狀態下所測得的功率和所施加的電壓之比是穩定狀態下的電阻，這時電阻（熱態電阻）對特定的電壓而言是可以代表其功率的。
但生產線，我們常常用測試電阻來代替測試功率，對産品進行管控。
而這時所測試的電阻是冷態電阻（因測試僅僅1~2秒）。
若我們用歐姆定律由額定電壓和額定功率來計算R值，並以此來管控功率就會犯錯誤了。
就中日電熱有限公司所使用的電熱絲及電熱管結構而言，考慮到電阻率修正係數及測試方法後，我們提供下述公式供參考:
按IEC標準，電熱器件功率允許範圍是：
P（+5%,-10%）P爲額定功率
這時相應的電阻值範圍：
Rmin=U²/1.037PRmax=U²/0.925P
爲確保電熱器件最終功率範圍，電熱管我們要求按P（+3%,-8%）管控，其相應的電阻值範圍應按下式計算管控：
Rmin=U²/1.053PRmax=U²/0.946P
請注意上述公式中在歐姆定律原式分母中加入了一個係數，這個係數是經驗值。
6）表面負載：
電熱管表面負載可以使用在高功率：
如
電熨斗雲母骨架5~8W/cm²
電熱管控溫式20~30W/cm²
如TKC現用的電熱管以1100W爲例，電熱管表面負載約在18W/cm²。
表面負載高也是電熱管使用的一大優點。
2.PTC半導體發熱元件
全名爲：
正溫度係數熱敏電阻
屬鈦酸鋇（BaTiO3）系列化合物，摻雜微量稀土元素製成，1960年進入實用化階段。
1）溫度特性
PTC元件一個主要特徵是其溫度自限能力。
PTC元件通電後，初始階段其電阻值隨溫度上升而逐步下降，通常在0.1~10Ω.cm。
但溫度上升到居裏點Tc時，這點的阻率值最低。
此後隨溫度上升，其電阻值急劇上升，其倍數可達10³~10以上。
從而使加熱功率迅速下降，結果保持器件表面溫度始終處於某個恒定溫度。
其中有兩個重要的溫度參數。
Tc：
爲PTC的居裏點的溫度-即PTC加熱元件最高工作溫度。
Tc可以通過不同摻雜來調節。
如用鑭族（La）元素來置換鈦酸鋇中的鋇，可以調節Tc。
摻雜錫Sn，鍶Sr，鋯Zr等，可使Tc向低溫側移動。
摻雜鉛，可使Tc向高溫側移動。
2）電流特性
元件到達最高工作溫度，PTC所消耗的功率爲P=UI=D（T1-T2）
T1：
元件表面最高溫度
T2：
被加熱介質溫度
D：
放熱係數
*PTC元件可按外界的需要供應功率，它隨外部環境條件變化能改變自身發熱功率。
*電流時間特性：
電流接通達到最後穩定所表現出來的電流與時間關係，其由PTC熱容量，放熱係數，輸入電壓決定。
3）特性機理：
PTC在低溫時與一般熱敏電阻相似，阻值隨溫度升高而縮小。
爲此低溫時，移動電荷處於“冬眠狀態”。
但到達並超過居裏點溫度時，隨溫度上升，其電阻急劇上升，按“粒場”的說法是在結晶粒場上有座妨礙電子移動的電位“山”（壁障），電子要越過這座電位“山”，從一個結晶場進入另一個結晶場。
4）常見結構型式：
片式，圓盤式，蜂窩式，口琴式，帶式
＆3塗料
1.擴散劑
1.1在荷葉表面的水珠通常呈現的是珠狀的，落到地面上的水銀也總是球狀，我們在物理學中稱水不潤濕荷葉表面，水銀不潤濕底面。
在物理學中解釋上述現象的産生是由於液體內部的內聚力，液體與氣體交界面的相互作用力，以及液體與固定介面上相互之間的作用力共同作用的結果。
大家不知到是否注意到：
“不潤濕”的結果最終使液體和固定介面之間相互作用的面積減小，這一點很重要。
對於電熨斗而言，水變爲蒸汽是依靠電熱盤蒸汽腔內表面與水充分接觸，並將熱量傳導給水，使水汽化。
一般而言，水對高溫的鋁材所呈現的特性也是不潤濕，結果是滴入的水呈球狀，在蒸汽腔內跳動，不易迅速蒸發，且容易造成蒸汽中夾雜水滴，沖出底盤面。
塗敷擴散劑的作用能使水能浸潤熱態蒸汽腔，並迅速在腔內表面形成一層薄水膜，使水與盤充分有效熱交換。
1.2TKC目前使用的擴散劑有：
*xylan（長旺）1022擴散劑，原料外觀爲淡黃色液體
固含量：
38%（質量比）21%（體積比）
密度：
1.2±0.02kg/升
塗敷厚度：
10-15μm
粘度：
27±3S
閃點：
21℃
有機物成分含量：
747g/升
塗敷工藝注意事項：
1）塗料使用前要充分攪拌：
塗料長期放置後會出現沈澱，這是所有塗料使用中最忌諱的。
所以使用前務必將其充分攪拌。
攪拌使用“剪切式”葉輪低速攪拌至完全分散。
若無攪拌器，採用滾瓶機滾動料筒方式來對存儲後的物料整桶滾動分散也可以。
無論採用何方法，再次分散後儲存時間不能超過4小時，否則仍需再處理。
2）素材準備：
素材表面塗敷前必須進行預處理，其目的是去除待塗表面的油污及其它雜質。
噴砂：
增強表面附著力（建議採用177或149μm的Al2O3（80-100目）砂噴砂處理）
去油：
氧化或氧化處理，以去除油脂用清洗劑去油，或加熱高溫去油，規範爲400-425℃x15min,使表面油脂碳化。
沖洗：
用高壓風沖洗。
3）噴塗：
根據噴塗需要，若需調整粘度可使用Whitford99,99A或99B來調整粘度。
但需注意，99A的乾燥能力溶解能力較弱，這在高溫低濕的環境溫度時才宜用。
加入上述調粘度溶液時應注意每次只能加2%爲限，否則會引起塗料解析團聚，加入後要攪拌均勻。
塗敷後應進行烘烤，其規範爲204℃x15min。
2.底盤底面的處理
第一章已介紹過電熱盤表面因客戶需要一般有三種處理方式：
磨光底
塗裝底
包不銹鋼底
其他
電熱盤在TKC而言，對幹式熨斗底我們一般使用ADC-10;對蒸汽式熨斗底我們一般使用ADC-3。
1）磨光底：
有許多歐美客戶偏愛鋁底盤磨光處理。
一般要求：
底面磨光後周邊無銳角，手觸無割手感，色澤均勻無氧化，色斑及明顯鑄孔。
特別要求：
a.表面不平度，部分公司會提出表面不平度的要求，如0.2mm,0.5mm。
b.表面粗糙度
評價方法有三：
輪廓算術平均偏差Ra
微觀不平度10點高度Rz
輪廓最大高度Ry
*TKCR95
這種擴散劑是TKCR/D開發的特別適用于爆炸腔塗敷，由三種組分組成。
電熱盤的預處理應遵循1022擴散方式。
塗敷方法是將電熱盤加熱至200-250℃,然後用噴槍將R95噴塗于需塗敷區域。
熱的盤噴上液態擴散劑後，液體煮沸蒸汽，將固體成分燒結到盤上。
經驗證明：
塗層太薄時，擴散效果不佳，一般噴塗的厚度亦可達到良好狀態，厚一些基本不影響擴散效果。
*C＆SX7740是Sunbeam公司熨斗所用的擴散劑，外觀爲銀色半液態。
粘度：
20±2秒
密度：
1.417kg/升
固含量：
49.079±1%（重量比）27.929±1%（體積比“）
幹膜厚度：
20~25.4μm
用量：
10.99m²/升
乾燥：
室溫1小時
使用前先用300目篩細過濾，並充分混合，可用通常的噴槍或高容量低壓噴槍噴塗。
粘度調整方法用摻加2%的水（容積）的方法減少粘度。
2）包不銹鋼底
TK集團現存模式：
在底盤外包一層厚度爲0.6mm左右的鏡面不銹鋼板。
主要缺點：
不銹鋼板與鋁底板之間常存在間隙，由於這個間隙的存在，常常會造成四點溫度的均勻性。
同時，由於空氣間隙在同一恒溫器同樣ON角情況下，測溫點溫度偏低等。
國際上一些著名品牌採用的方式不是我們的方式。
他們是採用鋁和不銹鋼的複合板，再將此複合板與底盤基座粘合再一起，這是不會出現TK集團現有的缺陷，但造價較高。
3）不粘層塗敷
Teflon塗料是英國杜幫公司開發的聚合氧塗料，這種塗層耐高溫，工作溫度可達300℃。
有這種塗層的有一個特點，其他東西不易粘再其表面-“不粘特性”。
所以它被廣泛應用於許多家用電器和T1工業産品表面的塗敷中。
現有Teflon塗料有水性塗料和油性塗料二種，又可分爲單層，雙層，三層塗料。
顔色也由過去單一的深灰色衍變出各種顔色，如金黃色，藍，綠，桔黃，紫色………，以適應各種外觀裝飾的需要。
電熨斗也引用了這類塗料來做底盤之保護。
對電熨斗底塗層而言，我們希望的特性有：
耐溫：
短時間耐溫300℃
長時間耐溫250℃
表面光滑，磨擦係數小：
用戶再熨燙時省力，且不會刮傷織物。
磨耗小：
熨斗使用中一直與各類織物相磨擦，不會因磨損而弄髒了衣物。
硬度高且有韌性：
熨斗使用中可能與其他物體碰撞，希望用戶不小心的碰撞不會將塗層碰掉。
有些客戶明確要求冷態硬度>=312,熱態>=112，這時不粘性已降低到次要地位。
Teflon塗料至所以有它的特性，是由於其塗層表面一定有粒狀聚合氟粒子，在高溫（400℃）下表面溶化，將一粒一粒聯結在一起，形成一層膜。
燒結溫度鍋低時，聚合氟表面無溶化，粒與粒之間未聯結，這樣的塗層將是不牢固的。
常用聚合氟塗料：
長旺：
（1）91000-733深灰
（2）91000-633-D0266深灰
（3）91000-8516乳白
（4）91000-1518-K0954珍珠藍
（5）91000-1518-K0955珍珠綠
（6）91000-1518-K0956珍珠橘
（7）91000-1514-K0815珍珠金
（8）91000-463-K05016
91000-463-211黃金色
（9）91000-463-8211
91000-463-8213黑色（Sunbeam用）
C＆CC
91000-45367A
91000-45488黑色（Sunbeam用）
杜邦：
（1）91000-456-236
91000-456-300
91000-456-516S.S銀色塗料
（2）91000-463-210
91000-463-K-10001
91000-463-K-10002黃金色
上述有一層，二層，三層的塗料，一般來說第一層（底層），第二層爲顔色層，最表層爲聚合氟層。
此層對表面特性影響較大。
但前二層的厚薄或烘烤溫度過低會有不潤濕問題，溫度過高則出現橘皮現象。
4）其他類似底表保護
a.塘瓷塗料-琺瑯質塗料，以Tefal爲代表。
b.超硬錫極化表面處理-飛力浦爲代表。
＆4水箱
水箱組成方式有以下幾種類別：
*水箱及水箱蓋全部由熱塑性樹脂製造。
*水箱由熱塑性樹脂，水箱蓋由熱固性樹脂（電木）。
1.對前一類聯接方法：
以磨擦加熱方式：
超聲波焊接
旋轉焊接
振動焊接
直接加熱：
熱板焊
熱空氣焊
電磁波磁接：
EMAWELD
2.對水箱熱塑性樹脂與熱固性材料製備的水箱蓋焊接，一般採用RTV粘接或EMAWELD焊接方式。
TKC通常方法1：
對PC料水箱與水箱蓋採用超聲方法焊接。
方法2：
對PP料水箱，PP水箱蓋焊接採用熱板法焊接。
方法3：
對PP水箱與電木水箱蓋聯接採用RTV粘連。
從經濟角度來看第2種方法較爲經濟。
3.採用RTV粘接時注意事項
當採用RTV來聯接水箱與水箱蓋時，特別應注意的有：
a.待粘接部位清潔處理，去油，去塵。
b.如果粘接物件是PP時，由於PP料對RTV親和力極差，所以必須在粘接以前對待粘接件進行“活化”處理。
活化處理是使用Primer-p處理劑，這種處理劑塗敷或配料到PP上以後，須自然乾燥10min以上在塗RTV，方可保證RTV與PP粘接牢固。
Primer-P是多功能基元聚合物，了與PP和多種材質粘接，廣泛用於PP塑膠之底塗與粘接。
物理性質
外觀：
透明液體（略呈淡黃）
含固量：
10±1%
比重：
0.87
沸點：
115℃
溶劑：
甲苯，二甲苯
固化後
抗傳強度：
1b/in²4000±200
軟化點：
148℃
4.檢漏
水箱組立後，爲管制焊接或粘接質量，一般都要進行檢漏。
常用檢漏方法：
對內部通以0.10~0.15MP的壓縮空氣，將所有焊接浸入水中，有漏的地方，會觀察到氣泡來判斷。
其他公司則有在大氣中，也採用通氣以氣壓可否維持來判斷。
但前者設備簡單，可以觀察到漏氣部位，造價低廉之優點，在TK集團普遍採用。
＆5電源線
1.電熨斗産品常用電源線如下表所示：
規格
長度（外露）
備註
UL/CSA
HPN
>=δft
2.45M
HPN是Hppalon氯磺酰化聚乙烯合成橡膠
VDE及歐洲國家
H03RT-F
>=1.8M
H：
HAR
03：
工作電壓300V
R：
橡膠絕緣
T：
TEXTILE編織
F：
FLEXIBLECORD可彎軟線
T-MARK
HHFF
>=1.8M
耐熱扁平型天然橡膠電纜
中國
RX
RX：
橡皮絕緣總編織圓形電源（GB3958-83=IEC245=BS6500）
2.電流限度
電源線截面積選擇：
1）IEC標準
器具標稱電流
截面積mm²
3~6A
6~10A
10~16A
0.75
|
1.5
3A以下可使用0.5mm²截面積，但長度不得長於2m.
2）UL標準
美國線規AWG:
AMERAWIREGAUGE
AWG18
10A
AWG16
13A
AWG14
18A
3）T-MARK
器具標稱電流
截面積mm²
>=7A
0.75
>=12A
1.25
>=17A
2.0
>=23A
3.5
4）電源線拉力
UL
CSA
T-MARK
TUV
電源線拉力
9kgf
9kgf
6kgf
6kgf
5）溫升
電源線分歧點溫升：
UL/CSA→電源線額定溫度
IEC→溫升<=50℃
6）電源線與內配線接法：
見附圖1
＆6內配線
1.電熨斗內配線分爲二類：
軟質線內配線---詳見下面附表
常用內配線
TAYAELECTRICWIRE&CABLECO.LTD（臺灣）
RHYTHMWIREINDUSTRIALCO.LTD（臺灣）
PACIFICELECTRICWIREW.（臺灣）
KURABEINDUSTRIALCO.LTD
（日本）
NISSEIELECTRICCO.LTD
（日本）
NISSEIELECTRICCO.LTD
（日本）
型號
ULAWM1015105℃VM-1（TEW）
UL1015CSATEW
1007VW-1（TR64）
（SEW-1）3122AWM
1726AWMUL2594
3122AWM（SEW-1）
UL5128
UL1180
絕緣材料絕緣厚度
PVC30MILS
PVC30MILS
PVC15MILS
SILICONERUBBER-INSULATEDWIRE1/64inch
PFA（Teflon）13MILS
SILICONERUBBERINSULATEDWIRECLASS22.1/64inch
最高工作溫度
105℃
105℃
80℃
200℃
250℃
200℃
450℃
最高工作電壓
600V
600V
300V
300V
300V
300V
300V
瞬間耐壓
2500V
600V
20AWG（單根）
21/0.18mm
7/0.32mm
24AWG（單根）
28AWG（單根）
18AWG
7/0.4mm
7/0.4mmTinned-copper
確認號
LLL48506CSATYPETEW105℃E50032白
ULFILENO.E-88232CSAFILENOLL58118紅黑NO17-16CHUNGSHANROAD,JEN-TEHSIANGTAINANTAIWANR.O.C.
E41396LL30603（F46057）
CSALL32798E46702（UL）黃白
VW-1E56198UL2594
U-1942E56198黃綠線CSA（FS580114）300/1000LL48403
料號
4200-LG-SY-UL
UL
LG線黃–SYG黃綠
鐵氟龍線
LG線
鐵氟龍線
電熨斗內配線製作規格
TUV/VDE三線220V~230V
SAA
UL
SDFIN
T-Mark
內配線
LG線（UL-3122）18AWG
LG線（UL-3122）18AWG
LG線（UL-3122）18AWG
LG線（UL-3122
）18AWG
接地線
黃綠相間LG線UL-312218AWG
黃綠相間LG線UL-312218AWG
黃綠相間LG線UL-312218AWG
保險絲
A.MICROTEMP4468A240℃B.NECSF240VORSF240E240℃C.ELMWOODD242240℃（VDE只承認ELMWOOD到220V.因爲230V以上不適用）
MICROTEMP4468A240℃保險絲套雙層絕緣套管（外纖內矽或外矽內纖Φ4.5x85mm）其餘內配線用矽臘管
A.MICROTEMP4468A240℃B.NECSF340VORSF240E240℃C.ELMWOODD242240℃
MICROTEMP4468A240℃保險絲鐵氟龍套管（Φ4x85mm）
氖燈電阻
220KΩ
220KΩ
100KΩ
220KΩ
100KΩ
插頭
九國VDE插
SAA插
極性二插頭（火線接恒溫器）
九國插
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