RIWA-809S卷发棒材料设计及制造的实例研究
来源:用户上传
作者:王蕤
摘 要：本文针对RIWA-809S卷发棒的加热元件、夹板以及外壳和手柄，从设计、材料及制造三个方面展开测评。以用户需求为标准评估产品设计是否合理，材料性能是否满足其所承担的功能作用，制造工艺是否环保、易行。结论是RIWA-809S卷发棒设计满足安全、实用及便携的一般需求;材料选择合理，成本低廉;制造工艺成熟可行。
关键词：RIWA-809S卷发棒 设计 材料 制造
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（a）-0065-02
卷发棒是人们常用的美发工具。其工作原理是：通过提供高温改变头发蛋白质结构，从而使头发的形状发生改变。
用户对卷发棒的要求主要有3个方面：方便、安全、环保。卷发棒应该易于操作、方便随身携带;提供的温度不能高于人类头发的安全温度（150℃）;所选材料应易于回收利用，制造过程中所用的能源应清洁。
RIWA（雷瓦）品牌成立于2012年，其产品已通过多项国内外认证，包括CCC、UKAS、EMC2电池兼容性认证等[1]。RIWA-809S卷发棒外观上包括手柄、模式开关、卷夹板、直夹板、绝热头部和绝热外壳（见图1）。RIWA-809S卷发棒有两种夹板可打造不同发型，可以自动断电以保证安全，体积适中便于携带，价格47.9元，适合收入一般的大多数人群。
1 实例研究
以下对RIWA-809S卷发棒的加热元件、夹板、外壳及手柄的材料、设计及制造进行分析。
1.1 加热元件
1.1.1 设计
加热元件位于直夹板内（两层直夹板内各有一块），由三部分组成，从内到外分别是：一个半导体陶瓷、两个电极连接电路和一条胶带。半导电陶瓷的长度、宽度和厚度分别为3.41cm、1.49cm和0.21cm（见图2），其长度大约是直夹板长度的一半。加热元件产生的热量可以改变头发的形状[1]。焦耳定律公式如下。
其中Q是热量，I是电流，R是电阻，t是时间。由于该电路是纯电阻电路，故该公式可变形为。
其中U是电压。要想单位时间内产生的热量越多，电阻就需要越小。电阻的决定因素如下。
其中ρ是电阻率，L是厚度，S是横截面面积。由此可知，加热元件的长度设计为夹板的一半，其目的是减小电阻。两个电极的尺寸与半导体陶瓷相似，分别置于陶瓷的一侧，形成一个能有效提供热量的涡流。胶带的作用是捆绑固定陶瓷和电极。
1.1.2 材料
RIWA-809S卷发棒加热元件的材料是一种PTC（正温度系数）陶瓷，具有热敏特性。当温度升高时，电阻升高，电流变小，当电流趋于零时，即可达到自动断电的效果。这种性能可以控制温度，保证安全。
电极板由5%的铝、95%的锌组成，具有耐腐蚀、塑性好、附着性好的特点。耐腐蚀性保证了性能的稳定，塑性好保证了制造的方便，锌对铝良好的附着力[3]可减少点焊过程中锌的蒸发，节约成本。
胶带采用聚酰亚胺薄膜，耐高温（400℃以上），高绝缘。由于耐热性，加热时不会熔化。高绝缘能防止漏电。
1.1.3 制造
挤压法成型。挤压法是一种常用的制合金方法[4]，其特点是材料利用率高、操作简单、生产率高。方法是将铝、锌加热至液态，然后将混合液放入钢坯中，通过直接挤压或间接挤压，液体出来冷却成固体。
1.2 夹板
1.2.1 设计
RIWA-809S卷发棒有两种夹板，一个呈弧形，另一个呈直线（见图3），可以打造不同的发型。夹板上设有双竖管通风孔，让头发水汽蒸发，干发湿发皆可使用。夹板顶部有绝热材料，防止使用时受伤。
1.2.2 材料
夹板由铝合金和陶瓷电气石涂层制成。铝合金具有良好的导热性能。因此，加热元件产生的热量可以平均分布（加热元件仅为夹板的一半长度）。陶瓷电气石能使温度缓慢上升，使头发不受伤害。
1.2.3 制造
等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性技术。它具有超高温特性，涂层致密，结合强度高，抗氧化[5]。
等离子体气体随阴极和水冷阳极产生的电流进入装置。当它们到达出口时，粉末端口开始喷洒粉末。之后，粉末和等离子气体混合在一起，然后继续向工件射击。目标区域完全覆盖后，该过程停止。
1.3 外壳和手柄
1.3.1 设计
外壳是夹板的盖子（见图1）。当使用完成，卷发棒的夹板仍然有热量残留。外壳可以保护用户不被意外烫伤。手柄上有两个模式开关（见图1），一个用于开关，另一个用于更换夹板。为了便于抓握，把手上印有纹路以增大摩擦。
1.3.2 材料
外壳和手柄均由ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）塑料制成。廉价、可加工性、耐热性和耐化学性以及韧性是这种材料的特性 ，使得产品便于携带，成本低，使用寿命长。
1.3.3 制造
注塑是最常见的聚合物加工技术之一，它简单、可重复且成本低。塑料颗粒通过漏斗加入装置，并在桶内加热。然后将它们放入模具中冷却。在桶中，有一个往复螺杆，它将塑料颗粒转移到加热器。聚合物将继续尽可能多地填充模具，直到熔融塑料的喷射流消失。
2 结语
RIWA-809S卷发棒设计与材料选择合理，工艺流程成熟。该产品设计方面的优势有：具有两种夹板，双竖管通风口，方便用户打造出不同的发型，有自动断电的功能，设计简洁故易于携带和包装，更适合无特殊要求的用户。其材料使用的优势还有：铝合金耐用，ABS塑料成本低，陶瓷电气石控制温度缓慢上升，避免头发受损。但RIWA-809S卷发棒最高温度为180℃，高于安全温度，使用时产生烟雾。RIWA-809S卷发棒具有10年的环保寿命，即废弃后需在10年内回收使用，否则电路中的铅镉等重金属的溢出会对环境造成危害[6]。
基于以上分析，可作如下改进方案：通过创建一个换档开关来控制温度，或改善加热元件的设计，使RIWA-809S卷发棒的最高温度低于安全温度150℃，安全性能将更高。同时，应提高铅镉等重金属的回收利用技术，以确保在废弃后10年内及时被回收使用。
参考文献
[1] 京东网站.在线资源来源，19年6月23日访问https：//item.jd.com/6424239.html網站.
[2] 京东网站.在线资源来源，19年6月23日访问网址：https：//item.jd.com/33684084212.html.
[3] 冯永华，王克海，高发，等.不同冷金属防锈铝板/镀锌钢板过渡钎焊接头的组织与拉伸强度[J].机械工程材料，2013，37（6）：89-92.
[4] 安拉·迪塔，李俊伟，等.热挤压和最佳固溶处理对喷射成形AL-113Zn-2.65 Mg-1Cu合金组织和性能的影响[J].合金和化合物杂志，2019797.
[5] Chen L.M，Li Q，等离子喷涂技术现状与发展[J].热处理技术与设备，2006，27（1）.
[6] 富士通有限公司.电路板和电子设备专利（USPTO 10306757）[J].计算机、网络和通信，2019（27）：12.
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