RIWA-809S卷發棒材料設計及制造的實例研究

王蕤

摘? ?要：本文針對RIWA-809S卷發棒的加熱元件、夾板以及外殼和手柄，從設計、材料及制造三個方面展開測評。以用戶需求為標準評估產品設計是否合理，材料性能是否滿足其所承擔的功能作用，制造工藝是否環保、易行。結論是RIWA-809S卷發棒設計滿足安全、實用及便攜的一般需求;材料選擇合理，成本低廉;制造工藝成熟可行。

關鍵詞：RIWA-809S卷發棒? 設計? 材料? 制造

中圖分類號：G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（a）-0065-02

卷發棒是人們常用的美發工具。其工作原理是：通過提供高溫改變頭發蛋白質結構，從而使頭發的形狀發生改變。

用戶對卷發棒的要求主要有3個方面：方便、安全、環保。卷發棒應該易于操作、方便隨身攜帶;提供的溫度不能高于人類頭發的安全溫度（150℃）;所選材料應易于回收利用，制造過程中所用的能源應清潔。

RIWA（雷瓦）品牌成立于2012年，其產品已通過多項國內外認證，包括CCC、UKAS、EMC2電池兼容性認證等[1]。RIWA-809S卷發棒外觀上包括手柄、模式開關、卷夾板、直夾板、絕熱頭部和絕熱外殼（見圖1）。RIWA-809S卷發棒有兩種夾板可打造不同發型，可以自動斷電以保證安全，體積適中便于攜帶，價格47.9元，適合收入一般的大多數人群。

1? 實例研究

以下對RIWA-809S卷發棒的加熱元件、夾板、外殼及手柄的材料、設計及制造進行分析。

1.1 加熱元件

1.1.1 設計

加熱元件位于直夾板內（兩層直夾板內各有一塊），由三部分組成，從內到外分別是：一個半導體陶瓷、兩個電極連接電路和一條膠帶。半導電陶瓷的長度、寬度和厚度分別為3.41cm、1.49cm和0.21cm（見圖2），其長度大約是直夾板長度的一半。加熱元件產生的熱量可以改變頭發的形狀[1]。焦耳定律公式如下。

其中Q是熱量，I是電流，R是電阻，t是時間。由于該電路是純電阻電路，故該公式可變形為。

其中U是電壓。要想單位時間內產生的熱量越多，電阻就需要越小。電阻的決定因素如下。

其中ρ是電阻率，L是厚度，S是橫截面面積。由此可知，加熱元件的長度設計為夾板的一半，其目的是減小電阻。兩個電極的尺寸與半導體陶瓷相似，分別置于陶瓷的一側，形成一個能有效提供熱量的渦流。膠帶的作用是捆綁固定陶瓷和電極。

1.1.2 材料

RIWA-809S卷發棒加熱元件的材料是一種PTC（正溫度系數）陶瓷，具有熱敏特性。當溫度升高時，電阻升高，電流變小，當電流趨于零時，即可達到自動斷電的效果。這種性能可以控制溫度，保證安全。

電極板由5%的鋁、95%的鋅組成，具有耐腐蝕、塑性好、附著性好的特點。耐腐蝕性保證了性能的穩定，塑性好保證了制造的方便，鋅對鋁良好的附著力[3]可減少點焊過程中鋅的蒸發，節約成本。

膠帶采用聚酰亞胺薄膜，耐高溫（400℃以上），高絕緣。由于耐熱性，加熱時不會熔化。高絕緣能防止漏電。

1.1.3 制造

擠壓法成型。擠壓法是一種常用的制合金方法[4]，其特點是材料利用率高、操作簡單、生產率高。方法是將鋁、鋅加熱至液態，然后將混合液放入鋼坯中，通過直接擠壓或間接擠壓，液體出來冷卻成固體。

1.2 夾板

1.2.1 設計

RIWA-809S卷發棒有兩種夾板，一個呈弧形，另一個呈直線（見圖3），可以打造不同的發型。夾板上設有雙豎管通風孔，讓頭發水汽蒸發，干發濕發皆可使用。夾板頂部有絕熱材料，防止使用時受傷。

1.2.2 材料

夾板由鋁合金和陶瓷電氣石涂層制成。鋁合金具有良好的導熱性能。因此，加熱元件產生的熱量可以平均分布（加熱元件僅為夾板的一半長度）。陶瓷電氣石能使溫度緩慢上升，使頭發不受傷害。

1.2.3 制造

等離子噴涂是一種材料表面強化和表面改性技術。它具有超高溫特性，涂層致密，結合強度高，抗氧化[5]。

等離子體氣體隨陰極和水冷陽極產生的電流進入裝置。當它們到達出口時，粉末端口開始噴灑粉末。之后，粉末和等離子氣體混合在一起，然后繼續向工件射擊。目標區域完全覆蓋后，該過程停止。

1.3 外殼和手柄

1.3.1 設計

外殼是夾板的蓋子（見圖1）。當使用完成，卷發棒的夾板仍然有熱量殘留。外殼可以保護用戶不被意外燙傷。手柄上有兩個模式開關（見圖1），一個用于開關，另一個用于更換夾板。為了便于抓握，把手上印有紋路以增大摩擦。

1.3.2 材料

外殼和手柄均由ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）塑料制成。廉價、可加工性、耐熱性和耐化學性以及韌性是這種材料的特性 ，使得產品便于攜帶，成本低，使用壽命長。

1.3.3 制造

注塑是最常見的聚合物加工技術之一，它簡單、可重復且成本低。塑料顆粒通過漏斗加入裝置，并在桶內加熱。然后將它們放入模具中冷卻。在桶中，有一個往復螺桿，它將塑料顆粒轉移到加熱器。聚合物將繼續盡可能多地填充模具，直到熔融塑料的噴射流消失。

2? 結語

RIWA-809S卷發棒設計與材料選擇合理，工藝流程成熟。該產品設計方面的優勢有：具有兩種夾板，雙豎管通風口，方便用戶打造出不同的發型，有自動斷電的功能，設計簡潔故易于攜帶和包裝，更適合無特殊要求的用戶。其材料使用的優勢還有：鋁合金耐用，ABS塑料成本低，陶瓷電氣石控制溫度緩慢上升，避免頭發受損。但RIWA-809S卷發棒最高溫度為180℃，高于安全溫度，使用時產生煙霧。RIWA-809S卷發棒具有10年的環保壽命，即廢棄后需在10年內回收使用，否則電路中的鉛鎘等重金屬的溢出會對環境造成危害[6]。

基于以上分析，可作如下改進方案：通過創建一個換檔開關來控制溫度，或改善加熱元件的設計，使RIWA-809S卷發棒的最高溫度低于安全溫度150℃，安全性能將更高。同時，應提高鉛鎘等重金屬的回收利用技術，以確保在廢棄后10年內及時被回收使用。

參考文獻

[1] 京東網站.在線資源來源，19年6月23日訪問https：//item.jd.com/6424239.html網站.

[2] 京東網站.在線資源來源，19年6月23日訪問網址：https：//item.jd.com/33684084212.html.

[3] 馮永華，王克海，高發，等.不同冷金屬防銹鋁板/鍍鋅鋼板過渡釬焊接頭的組織與拉伸強度[J].機械工程材料，2013，37（6）：89-92.

[4] 安拉·迪塔，李俊偉，等.熱擠壓和最佳固溶處理對噴射成形AL-113Zn-2.65 Mg-1Cu合金組織和性能的影響[J].合金和化合物雜志，2019797.

[5] Chen L.M，Li Q，等離子噴涂技術現狀與發展[J].熱處理技術與設備，2006，27（1）.

[6] 富士通有限公司.電路板和電子設備專利（USPTO 10306757）[J].計算機、網絡和通信，2019（27）：12.