一、示溫涂料的類型及特點
示溫涂料是一種利用顏色變化測量物體表面溫度及溫度分布的特殊功能涂料。換言之，因受熱而發(fā)生顏色變化以指示溫度的涂料即稱示溫涂料。示溫涂料在一定條件下（時間、壓力、氣氛），當加熱到某一溫度時，出現(xiàn)某一顏色變化，由此可確定該涂料的指示溫度。這種顏色變化有可逆和不可逆兩種?？赡嫘褪緶赝苛鲜侵竿磕な軣岬侥骋粶囟葧r，顏色發(fā)生改變，冷卻時又恢復到原來的色相。例如Cu2HgI4制成的示溫涂料，原色為洋紅色，加熱至70℃左右變?yōu)榧t棕色，冷至常溫又恢復為洋紅色。而不可逆型示溫涂料，是指涂膜受熱到某一溫度時，顯示出新的顏色，當冷卻時不能再恢復到原來的顏色。例如用堿性橙制成的示溫涂料，原色為紅色，當加熱到130℃時，由紅色變?yōu)樽霞t色，再冷到常溫紫紅色不變。
另外，由于涂膜隨溫度變化而出現(xiàn)顏色改變次數(shù)不同，可將示溫涂料分為單變色和多變色示溫涂料，其中也有可逆和不可逆之分。
示溫涂料具有以下特點。
①特別適用于一般溫度計無法測量和難以測量的部件。
②多變色示溫涂料能夠測量溫度分布，對設備設計、選材和改進結(jié)構方面有指導意義。
③用示溫涂料測溫簡單、方便、經(jīng)濟，尤其適用于大面積的溫度測量。
④可用做超溫報警材料，不僅價廉易得，而且避免事故發(fā)生，做到防患于未然。
二、示溫涂料的變色原理
示溫涂料形成的涂膜受熱時，涂膜內(nèi)的變色顏料會發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變、pH值變化、失去結(jié)晶水、升華、熔融、氧化、分解及固相反應等物理-化學變化，因此引起示溫涂膜變色。
1.可逆型示溫涂料變色原理
（1）晶型轉(zhuǎn)變 有些變色顏料是結(jié)晶物質(zhì)，在一定溫度下其晶格發(fā)生位移，即由一種晶型變?yōu)榱硪环N晶型，從而導致顏色改變。當冷卻至室溫時，晶型復原，顏色也復原。例如HgI2（紅色）當加熱至137℃時變?yōu)榍嗌狈骄w，冷卻至室溫時又變?yōu)榧t色?？捎肏gI2制成137℃單變色可逆型示溫涂料。
（2）pH值變化 有些物質(zhì)與高級脂肪酸混合后，加熱至一定溫度時，酸分子中離解出的質(zhì)子活化，會與某種物質(zhì)作用出現(xiàn)明顯顏色變化。一旦冷卻，羧酸質(zhì)子復原，物質(zhì)顏色也隨之復原。例如硬脂酸與溴酚藍在55℃時顏色由黃色變?yōu)樗{色，冷卻至室溫顏色又復原。
（3）失去結(jié)晶水 含有結(jié)晶水的物質(zhì)加熱到一定溫度后會失去結(jié)晶水，從而引起物質(zhì)顏色的變化，但冷卻后又吸收空氣中的水，會逐漸恢復原色。例如粉紅色的氯化鈷·六亞甲基四胺，在35℃時失去結(jié)晶水而變?yōu)樘焖{色：
 2.不可逆型示溫涂料變色原理
（1）升華 具有升華性質(zhì)的物質(zhì)與填料配合后顯示一種顏色，但在一定壓力下加熱至一定溫度時，它由固態(tài)分子直接變?yōu)闅鈶B(tài)分子逸出涂膜，此時涂膜只顯示填料的顏色。例如靛藍在（240±10）℃時就會升華，涂膜失去藍色。
（2）熔融 結(jié)晶物質(zhì)在一定溫度下會由有色的固態(tài)物質(zhì)變?yōu)橥该鞯囊簯B(tài)物質(zhì)，由此引起示溫涂膜外觀顏色變化，達到指示溫度作用。例如硬脂酸鉛和乙基纖維素溶液噴在深色底材上形成白色涂膜，當加熱至100℃時，白色硬脂酸鉛熔融成透明液體，從而立即呈現(xiàn)出深色底材的顏色。
（3）熱分解 物質(zhì)在一定壓力和一定溫度下發(fā)生熱分解反應，分解產(chǎn)物與原來物質(zhì)的化學性質(zhì)截然不同，會呈現(xiàn)出新的顏色。同時，伴隨分解可有CO2、SO3、H2O、NH3等氣體放出。例如用碳酸鎘作變色顏料，以改性環(huán)氧樹脂為基料配制成示溫涂料，涂膜在300℃就發(fā)生如下反應：
 （4）氧化 在空氣中加熱時，有些顏料會發(fā)生氧化反應，生成一種與原顏料組成不同的物質(zhì)，同時產(chǎn)生新的顏色，達到示溫目的。例如黃色硫化鎘在空氣中受熱發(fā)生氧化反應，生成白色硫酸鎘：
 （5）固相反應 利用兩種或兩種以上物質(zhì)的混合物作示溫涂料的顏填料時，在特定溫度范圍內(nèi)會發(fā)生固相間化學反應，并生成新物質(zhì)使涂膜顏色發(fā)生變化。例如鋼灰色氧化鈷與白色氧化鋁配成灰色涂料，當加熱到1000℃左右，會生成藍色鋁酸鈷：
 上述固相反應速度較慢，所以涂膜變色溫區(qū)較寬，因而精確度不高。
三、示溫涂料的組成
1.變色顏料 眾所周知，顏料受熱能產(chǎn)生顏色變化的品種很多，但作為示溫涂料的顏料，必須具備下列條件：
①顏料對熱作用要敏感，在常溫下有固定明顯的顏色，當達到一定溫度時變色要迅速；
②顏料應有明顯的變****限，即變色溫區(qū)要窄、變色前后色差要大；
③受外界環(huán)境影響要小，在光照、潮濕氣候條件下，顏料應性能穩(wěn)定，不分解、不褪色。
常用的變色顏料包括有機和無機兩大類，有機顏料耐溫性差，一般選作300℃以下的示溫涂料用，無機顏料耐溫性較好，一般選作300℃以上的示溫涂料用。表7-20和表7-21給出可逆型和不可逆型變色顏料的變色溫度及顏色變化，供選用時參考。
  2.基料 在示溫涂料中，基料（膠黏劑）也是重要組成部分?；蠎邆涞臈l件是耐溫性好、附著力強、顏色淺且與顏料組分不起化學反應。低溫變色的示溫涂料可選擇蟲膠清漆、醇酸樹脂、脲醛樹脂、氨基樹脂、丙烯酸樹脂和乙烯類樹脂作低溫變色示溫涂料的基料。選用環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂和酚醛樹脂作較高溫變色示溫涂料的基料。
3.填料 填料在示溫涂料中是一種輔助材料，有些填料可使示溫涂膜顏色鮮艷穩(wěn)定、色調(diào)均勻、調(diào)節(jié)變色顏料的變色溫度并能改善涂膜附著力。示溫涂料中常用的填料見表7-22。
 另外，填料的品種對示溫涂料的變色性能也有影響。如表7-23所示，填料在不同溫度下，某些活化元素對變色顏料能起一種催化或抑制作用，當加入不同填料時，有導致變色溫度升高或降低的作用。
 4.助劑 助劑是示溫涂料中一種特效組成部分。它有利于示溫涂料的貯存性和施工性。例如防沉淀劑和流平劑就是比較重要的助劑成分。在特殊情況下，加入助劑可能改變示溫涂膜的變色機理，以達到預定目的。
5.溶劑 示溫涂料需選用適當?shù)娜軇┱{(diào)整涂料黏度，以便于施工。若要使被涂表面上獲得均勻的涂膜，選擇恰當?shù)娜軇┦欠浅Ｖ匾?。在選用溶劑時，必須考慮溶劑對基料的溶解性、使用安全性和揮發(fā)性等因素。因此，對溶劑的選擇絕對不可忽視。
四、示溫涂料的制備及施工
1.示溫涂料制備
（1）示溫涂料性能及配方
①單變色不可逆示溫涂料單變色不可逆示溫涂料，多數(shù)只含有一種變色顏料，與適量的填料配合達到顯色清晰為準，一般顏填料占涂料總量的30%～50%，典型配方及變色性能見表7-24。
 ②多變色不可逆示溫涂料多變色不可逆示溫涂料中，含有多種變色顏料，它們在不同的溫度區(qū)間可連續(xù)進行物理一化學變化，顯示出不同顏色。在航空工業(yè)應用最廣泛的SW-D-1示溫涂料中，含有五種變色顏料，可在400～600℃范圍內(nèi)顯現(xiàn)五種顏色，起到良好的示溫效果，其配方及變色性能見表7-25。
③單變色可逆示溫涂料可逆型示溫涂料的組成與不可逆型示溫涂料相似，只是選用的變色顏料作用原理不同而已。例如，用HW-28環(huán)氧有機硅樹脂作基料將Ag2HgI4制成單變色可逆型示溫涂料，其變色性能為黃色→50℃→橙色，溫度恢復至常溫時，涂膜又為黃色。
 （2）示溫涂料生產(chǎn)工藝 將各配方中給定的基料、顏填料用溶劑調(diào)制成漿料，然后在三輥機上研磨至細度20～40μm即可包裝。
2.施工方法 施工前對底材應進行表面處理，保證被涂物件表面清潔、干燥；采用噴涂或刷涂施工，涂膜厚度應控制在20～40μm，涂料應采用溶劑調(diào)至施工黏度；涂裝后，在室溫下干燥4h以上即可測溫，若涂膜不干，會導致測溫失敗；
配制好的涂料不宜放置時間過長，施工前必須充分攪勻。
可將示溫涂料制成示溫片，然后將示溫片貼在測溫部位。
五、示溫涂料的用途
示溫涂料能有效地在溫度計和毫伏計不能測溫的情況下使用。因此，受到高度重視。
用示溫涂料測溫迅速、準確、簡便，不需任何特殊的輔助儀器，操作人員不需任何操作培訓即可使用示溫涂料，其已在廣泛領域獲得應用。
①超溫報警示溫涂料是利用涂膜在一定溫度下變色來測溫的。當某種設備局部發(fā)熱而達到臨界危險溫度時，可以通過涂膜顏色變顯示出來，從而告誡操作者采取應急措施，做到防患于未然。所以，示溫涂料是一種很好的超溫報警材料。
②物體大面積表面溫度分布的測量對于大面積表面溫度分布的測量，使用溫度計、毫伏計等儀器儀表就無能為力了，而示溫涂料是測量大面積溫度分布的理想材料。將示溫涂料涂在整個欲測物體表面上，一旦表面溫度分布不均勻，則在特定的溫度下涂膜的各部位將顯現(xiàn)不同的顏色變化，這樣可準確觀測到整個物體表面溫度分布狀態(tài)。例如，用SW-D-2不可逆示溫涂料測量飛機發(fā)動機發(fā)散葉片的溫度分布，達到預定目的。
示溫涂料在航空工業(yè)中用途頗廣，除發(fā)動機葉片外，如渦輪盤、火焰筒、發(fā)動機等均可用示溫涂料測溫。
③復雜構件溫度測量連續(xù)轉(zhuǎn)動機件、復雜結(jié)構機件的表面溫度測量用一般的溫度計或毫伏計是無法實施的。例如密閉機組的各個元件、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的葉片、軸承、轉(zhuǎn)子和高速飛行器表面測溫，都可采用示溫涂料快速而簡便地判定所示溫度，準確可靠，效果明顯。
④非金屬材料的溫度測量隨著科學技術的發(fā)展，非金屬材料（如陶瓷、玻璃、塑料、纖維等）的應用日趨廣泛。但對它們工作時承受熱載的測量還是個難題，如果采用示溫涂料這個問題就可迎刃而解。例如飛機駕駛艙內(nèi)的各種儀表、控制系統(tǒng)溫度測量，既不能連接熱電偶又不能使用溫度計，采用示溫涂料就可獲得滿意效果。
⑤指示消毒滅菌的溫度有待消毒的物品先涂一層薄薄的示溫涂料標記，然后通過高溫高壓蒸汽進行消毒，如果示溫涂膜呈現(xiàn)預定溫度的顏色，說明被消毒物品達到消毒所需要的溫度，表明達到了消毒作用。
⑥其他用途示溫涂料在機械加工、焊接、醫(yī)療、鍋爐、人造衛(wèi)星、能源利用及原子彈爆炸溫度測量方面都展示了它的應用優(yōu)越性。
目前示溫涂料尚存在一些不足之處，如測溫間隔較寬、精確度比儀表差、使用時受周圍介質(zhì)環(huán)境影響較大，這都有待于今后改進提高，更好地滿足實際應用要求。
六、示溫涂料的發(fā)展
示溫涂料作為新型測溫材料早在國防科研和工業(yè)各個部門普遍采用。隨著宇航事業(yè)的發(fā)展，各種飛行器速度越來越快，其設計結(jié)構變得更加復雜，因而精確測量結(jié)構溫度也更為重要。目前大部分產(chǎn)品測量精度在10～30℃。針對示溫涂料在測溫方面的獨特作用，必須提高測溫精度，以適應科學技術發(fā)展之需要。今后研究工作重點是提高示溫涂料的精度、縮小示溫涂料指示溫度的間隔、增加示溫涂料新品種。
熔融型示溫涂料的測溫速度快、精度高、使用簡單、性能勝過其他類型示溫涂料。特別是把它作成各種形式貼片（示溫片）以后，更擴大了其應用領域和作用。例如，北方涂料工業(yè)研究設計院開發(fā)出示溫片，利用物質(zhì)受熱熔融后被基材吸收呈明顯色差作測溫依據(jù)，其示溫誤差≤±1℃。湖南大學和佛山市石灣園林陶瓷廠采用鎳鹽（NiCl2·2C6H12N4·10H2O）作變色顏料，SiO2、CaO、MgO和Al2O3作填料，制成低溫可逆示溫涂料，該涂料組成配比為基料：顏料：填料：=1:1:1（質(zhì)量），涂膜變色溫區(qū)70～80℃。
另外，示溫涂料的理論研究有待加強，應對變色顏料的結(jié)構、物性、顏料與顏料之間、顏料與外界因素之間的相互作用機理等多方面開展研究工作。在理論與實踐結(jié)合上取得突破性進展，讓更多更好的新品種滿足日益發(fā)展的需要。
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