暖贴温度特性测定的影响因素研究*

梁俊超 陈房勇 刘添房 赖法全

暖贴温度特性测定的影响因素研究*

梁俊超 陈房勇 刘添房 赖法全

（广州能源检测研究院）

为给暖贴质量评定中的温度特性测试标准化提供理论依据，对可能影响暖贴温度特性测试结果重复性和稳定性的因素进行研究。分别在不同的环境温度、湿度、抖动方式和背景温度下对暖贴产品发热温度进行测试，通过显著性检验评估各因素对测试结果的影响。经方差分析，环境温度、抖动方式和背景温度在各观测时刻下总体均值间显著不一致，环境湿度仅在最初观测时刻总体均值间显著不一致；结合变异系数分析，为提高暖贴温度特性测试结果的重复性和稳定性，标准化测试时应对上述4种因素进行规定，建议环境温度在20℃~23℃之间、环境湿度为60%RH，样品撕开前进行抖动处理，背景温度在30℃~34℃之间。

暖贴；温度特性；显著性检验；方差分析；变异系数

0　引言

暖贴是以铁粉为主要原料，与空气发生氧化反应而持续释放热量，用于人体取暖的一次性自反应贴[1]。与传统的取暖产品相比，暖贴具有体积小、质量轻、使用方便快捷和价格低廉等优点，广泛应用于便携式供暖[2]及医疗保健[3-4]等与民生密切相关的领域。随着人们接受程度逐渐提高以及线上、线下销售渠道的扩展，我国暖贴产品年产量逐年递增并连续多年超过5亿片[5]。然而暖贴产品原理简单、制作门槛较低而且市场需求量大，国内出现了大批生产厂家，行业利益驱动着质量低劣的暖贴产品涌向市场，不仅可能给使用者造成人身伤害[6-9]，还对行业的健康发展造成极大冲击，因此亟需建立该类产品质量评定方法。

2016年1月15日国家工信部发布行业标准《暖贴》（QB/T 4903-2016）并于当年7月1日实施。该标准规定了暖贴温度特性的试验条件和方法。按照标准要求对大量样品进行温度特性试验后发现，由于标准中部分温度特性试验条件范围较大，在规定范围内不同条件下得出的测试结果的稳定性存在差异。由此可见，影响因素直接关系到检测结果的准确性和可靠性，研究测试过程中的影响因素有助于进一步提高暖贴温度特性测试结果的重复性和稳定性。目前，国内外对暖贴产品的研究方向主要有生产过程中的质量影响因素[4]、发热物质最佳配比[10]和对实验动物皮肤的毒性作用[11]，未发现对温度特性测定过程中影响因素的相关研究。为给暖贴产品质量评定中温度特性测试标准化提供科学理论依据，本文分别在不同的环境温度、湿度、抖动方式和背景温度下对暖贴发热温度进行测试，并对结果进行方差分析[12-13]，确定各因素对各观测时刻下的发热温度是否产生显著影响；再利用多重比较进一步分析两两水平均值间的差异显著性；最后给出暖贴温度特性测试标准化建议。

1　影响因素的确定

1.1　环境温度与湿度

实验前，样品不打开外包装，放置于恒温恒湿环境24 h，以保证样品、与样品接触的仪器设备的温度、湿度与实验环境一致。本实验环境温度设置17℃、20℃和23℃三个水平，环境湿度设置55%RH、60%RH和70%RH三个水平。

1.2　抖动方式

撕开样品外包装前，抖动样品使样品原料层中发热材料分布均匀。实验样品经频率4 Hz、振幅3 mm抖动100次或以40 kHz超声振动30 s后，发热材料分散基本均匀。本实验抖动方式设置不抖动、抖动100次和超声振动30 s三个水平。

1.3　背景温度

背景温度模拟皮肤温度，即皮肤最外面一层表皮的温度。背景温度由温热装置控制，实验前设置背景温度并于该温度稳定至少1 h。本实验背景温度设置25℃、30℃和34℃三个水平。

2　实验设备

2.1　温热装置

温热装置主要用于调节背景温度。温热装置中恒温水浴用于模拟人体皮肤表面温度；为模拟暖贴实际使用时贴于内衣上，并被外衣覆盖，测试面上设置2层纱布，覆盖板上包覆绒布15层。

2.2　恒温恒湿实验室

恒温恒湿实验室主要用于调节环境温度、环境湿度的水平。恒温恒湿实验室经计量符合以下要求：实验室内任意两点在任意瞬间温度差不大于0.5℃，相对湿度差不大于1.5%RH；同一点任意30 min周期内波动值温度不大于0.5℃，相对湿度差不大于1.5%RH；同一点24 h任意2个30 min周期内波动值温度不大于0.5℃，相对湿度差不大于1.0%RH[14]。

3　实验方案设计

3.1　实验设计

选取同一批次的样品分成9组，每组6个样品。各组样品的处理方法见表1。

表1　样品处理方法

3.2　实验步骤

各组样品按表1对实验环境和样品进行处理后，打开暖贴外包装并揭去明胶层剥离纸，把暖贴看作4个等分的区域，并在暖贴里层每个区域中心放置4个铂电阻。将暖贴贴于测试面纱布上并合上覆盖板开始计时，在1.5 h、2.5 h、3.5 h和4.5 h观测时刻记录1~4号铂电阻读数，取其平均温度为发热温度。

3.3　统计分析

采用IBM SPSS Statistics 20软件对实验结果进行平均值、标准偏差、变异系数计算，检验和方差分析，通过最小显著差数法（LSD）对数据进行多重比较。显著水平＜0.05。

4　结果与分析

4.1　环境温度的影响

由表2可以看出，环境温度对测试结果影响显著（＜0.05）。由表3多重比较结果可知，在全部观测时刻下，环境温度17℃与20℃、23℃的测试结果间均存在显著差异（＜0.05），但全部观测时刻下环境温度20℃~23℃之间没有显著性差异。因此，环境温度越低，发热温度测试结果受到环境温度的影响越大。在不同环境温度条件下，为使发热温度测试结果保持在一个稳定范围，环境温度可选择在20℃~ 23℃之间。另外，环境温度20℃的发热温度变异系数与17℃、23℃相比最小，重复性最好。因此，推荐环境温度最好在20℃。

表2　环境温度方差分析表

表3　环境温度多重比较

4.2　环境湿度的影响

由表4可知，在2.5 h、3.5 h和4.5 h观测时刻环境湿度对测试结果无显著差异，但在1.5 h观测时刻存在显著差异。对1.5 h观测时刻进行多重比较发现，环境湿度60%RH的发热温度测试结果与55%RH、70%RH的无显著差异，如表5所示。在全部观测时刻环境湿度60%RH的发热温度变异系数最小。因此可知，在开始测试2.5 h以后，环境湿度对测试结果无显著影响，但在测试初期影响显著。为使整个测试过程测试结果具有较好的稳定性和一致性，测试时环境湿度宜选择60%RH，避免测试开始后短时间内环境湿度对测试结果造成影响。

4.3　抖动方式的影响

由表6可知，抖动方式对测试结果影响显著。在3.5 h观测时刻用红外成像仪对各抖动方式处理的样品外层温度进行测试，红外图像如图1所示。无抖动处理的样品外层温度不均匀，相同观测时刻4个铂电阻测得的温差可达2.59℃；经抖动100次和超声振动30 s处理的温差分别为0.91℃、1.50℃，外层温度较均匀。由表7可知，在全部观测时刻下，无抖动与抖动100次、超声振动30 s的测试结果间均存在显著差异，但全部观测时刻下抖动100次和超声振动30 s之间没有显著性差异。因此，撕开样品外包装前对样品进行抖动处理能使暖贴发热更均匀。另外，抖动100次的发热温度变异系数与无抖动、超声振动30 s相比最小、重复性最好。因此，建议测试前应进行抖动处理，使样品原料层中发热物质分布均匀。

表4　环境湿度方差分析表

表5　环境湿度多重比较

表6　抖动方式方差分析表

图1　暖贴表面红外图像

表7　抖动方式多重比较

4.4　背景温度的影响

由表8可知，全部观测时刻背景温度对测试结果影响极显著（＜0.01），背景温度越高，暖贴发热温度测试值越高，因此测试暖贴发热温度时必须明确规定背景温度。皮肤温度变化范围较大，一般在20℃~ 40℃之间。从表9可知，全部观测时刻3种背景温度测试结果两两存在显著差异，并且背景温度25℃变异系数明显大于30℃、34℃变异系数。为使测试值处于一个较稳定的状态，背景温度应选择在30℃~34℃之间。

表8　背景温度方差分析表

表9　背景温度多重比较

5　结语

为给暖贴质量评定中温度特性测试标准化提供理论依据，本文提出了可能影响暖贴温度特性测试结果的4种因素，对各影响因素不同水平进行比较。

环境温度对发热温度测试结果影响显著，并且环境温度越低，对测试结果影响越大，并且由于20℃时变异系数最小，建议测试时环境温度为20℃~23℃之间，此结论与QB/T 4903-2016要求温度基本一致。

环境湿度随着测试时间增加，对测试结果无显著差异，并且环境湿度为60%RH时，能有效降低测试开始后短时间内环境湿度对测试结果造成的影响。QB/T 4903-2016中相对湿度要求为（65±10）%RH，由于湿度允许范围较大，因此有可能降低测试开始后短时间内测试结果的准确性与重复性。

抖动方式对发热温度测试结果影响显著，样品经抖动处理后能使原料层发热材料分布均匀，从而降低样品表面发热温差。QB/T 4903-2016未要求对测试样品进行相关的处理，因此建议测试前应进行抖动处理。背景温度越高，发热温度测试值越高，对测试结果有极显著影响，选择30℃~34℃之间背景温度可使测试值处于一个较稳定的状态，此结论与QB/T 4903-2016要求基本一致。

综上所述，对暖贴温度特性进行测试时，为提高测试结果的重复性和稳定性，应对上述4种因素进行规定，建议环境温度20℃~23℃、环境湿度60%RH、样品撕开前进行抖动处理、背景温度30℃~34℃。

[1] 中华人民共和国工业和信息化部.暖贴：QB/T 4903-2016[S].北京:中国轻工业出版社,2016.

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Research on Influence Factors in Measurement of Disposable Spontaneous Exothermic Pad Temperature Characteristics

Liang Junchao Chen Fangyong Liu Tianfang Lai Faquan

(Guangzhou Institute of Energy Testing)

In order to provide theoretical basis for temperature characteristic testing in quality evaluation of disposable spontaneous exothermic pad, influence factors of temperature characteristic measurement are researched. Surface temperature of disposable spontaneous exothermic pad is respectively measured under different ambient temperature, ambient humidity, sample-shaking and background temperature. The significance tests of each factor are conduced to assess the impact on measurement. It shows that ambient temperature, sample-shaking and background temperature have significant effects on surface temperature measurement results in all observation times, and ambient humidity has significant effects on surface temperature measurement results only at the beginning of test. According to coefficient of variation, the four influence factors should be specified in standardized measurement in order to improve repeatability and stability of measurement results. The suggested conditions for measuring surface temperature are as follow: ambient temperature 20℃, ambient humidity 60%RH, to shake sample before opening the outer bag, background temperature between 30℃ and 34℃.

Disposable Spontaneous Exothermic Pad; Temperature Characteristic; Significance Test; Variance Analysis; Coefficient of Variation

梁俊超，男，1985年生，硕士研究生，工程师，主要研究方向：化学储能材料及产品检验技术。E-mail:13560156012@139.com

广东省质量技术监督局科技项目（2017CZ10）；广州市质量技术监督局科技项目（2015kj33）。