示温涂料的应用与发展示温涂料的应用与发展张佩金

示温涂料的应用与发展,示温涂料的应用与发展

示温涂料的应用与发展 刘正堂 摘要：介绍了示温涂料的定义、原理、以及分类，分别介绍了不同类型示温涂料的性能特点、应用与发展。 关键词：示温涂料，测温，温度，应用，发展 1. 前言 1.1 示温涂料的定义及测温原理 当涂层被加热到一定温度而发生颜色或其他现象变化来指示物体表面温度及温度分布的涂料，称作示温涂料。通常也称为变色涂料或热敏涂料 有一些化合物及其混合物，能够伴随外界温度的改变而迅速引起其固有颜色的变化。示温涂料就是利用这种原理达到测温目的的。将此类化合物配制成涂料，涂在欲测物体表面上，当涂层在一定条件下加热到某一温度时，即出现颜色的变化。反之，在同样的条件下用它来测温，只要发现涂层出现同样的颜色变化，证明涂层已达到确定的变色温度，从而直到测温的作用。 1.2 示温涂料的分类 根据示温涂料变色后出现颜色的稳定性，可以分成可逆型示温涂料和不可逆型示温涂料；又可根据涂层随温度变化所出现的颜色的多少分为单变色示温涂料和多变色示温涂料。当受热到一定温度，涂层颜色发生变色，显出一种新的颜色，而再冷却到常温时，重新又恢复到原来的颜色，这种涂料称为可逆型示温涂料；如果冷却到常温时，涂层颜色不能恢复到原来的颜色，则称为不可逆型示温涂料。随温度上升，涂层在某一温度范围只出现一种新的颜色，此类涂料称为单变色示温涂料；如果随温度上升涂层在不同的温度阶段能出现两种以上的新的颜色，则称为多变色示温涂料。一般命名为：单变色不可逆示温涂料。 1.3 示温涂料的发展 在二次世界大战前后，一些国家对示温涂料就进行了研究和生产。最早出现的示温涂料是 1938 年德国的 I . G 法贝宁达斯公司的热色线 (Thermcolor line) 。 20 世纪 40 年代，示温涂料的研究和应用有了很大的发展，主要国家有德国、英国、法国、美国和前苏联，其主 要产品为高温单变色不可逆示温涂料和高温多变色不可逆示温涂料。 在 20 世纪 50 年代至 70 年代，为满足航空发动机及炮弹等动态部件测温及超温报警的需要，国外对示温涂料进行了大量的研究工作。其间也出现了易于使用和灵敏变色的示温片和可逆示温涂料。 20 世纪 70 年代以后，则逐渐转向低温及可逆示温涂料的研究。英国和前苏联在高温多变色示温涂料的研究和应用方面要领先于其它国家，而日本着重于低温和可逆示温涂料的研制和应用。 1960 年，原化工部涂料工业研究设计院的前身—天津化工研究院军工涂料室开始了对示温涂料的研究并生产国家急需的示温涂料。所研制的示温涂料在航空，国防和民用设备上广泛应用。其主要产品有 SW-S 单变色不可逆示温涂料系列 25 个品种； SW-M 多变色不可逆示温涂料系列 7 个品种；示温贴片系列及超温报警漆等其它示温涂料。近年来，我国某些高校及科研单位也开始研制可逆型示温涂料，其产品正在应用推广之中。 2. 单变色不可逆示温涂料 2.1 概述 单变色不可逆示温涂料是最早研制和应用的示温涂料，发展至今，各国均有各自的品种。德国的单变色不可逆示温涂料的温度范围在 30 ℃ ~650 ℃ 之间，示温误差小于 6 ℃；英国的 Headland工程研究部研制了一系列的示温涂料，能测出℃ 的变化，从 50 ℃ ~520 ℃有 13 个品种；前苏联莫斯科白捷列夫化学工艺学院涂料教研室的从 45 ℃ ~780 ℃的示温涂料；美国 Cutiss Wright公司的Deteototemp 单变色来可逆示温涂料，温度范围为 40 ℃ ~1368 ℃ [1~3] 。我国主要有北方涂料工业研究设计院生产的从 37 ℃ ~960 ℃的 40 个品种的单变色不可逆示温涂料。其中 37 ℃ ~300 ℃ 隔 10 ℃一个变色点，误差为℃； 300 ℃ ~960 ℃ 隔 10 ℃ ~50 ℃一个变色点，误差为℃。 2.2 单变色不可逆示温涂料的应用 2.2.1 应用范围 单变色不可逆示温涂料主要用于飞机仪表、蒙皮各部的温度分布的测量；炼油厂裂解反应釜测温和超温报警；电气设备的发热监控；以及其他场所如产品热处理过程的监控和标记等等。 2.2.2 单变色不可逆示温涂料的正确使用 • 使用方法 ①清除底材表面油污和灰尘； ②调节示温涂料黏度以宜于刷涂或喷涂；控制涂层厚度在要求的范围之内； ③待涂膜完全干燥后，进行测温，升温时间、恒温时间均应按 照每个品种的具体要求； ④待自然冷却后，对照色卡判读温度或根据颜色的变化来示警。 • 使用注意事项 单变色不可逆示温涂料必须正确使用才能达到示温效果，这除 产品性能有关外，还与实际使用环境有关。如果涂层实际使用条件与其所规定的技术指标之间相差越大，涂层所出现的变色温度与标定的变色温度之间误差也越大。因此，在使用单变色不可逆示温涂料时，必须尽量使使用环境和技术指标相符或相近。另外，漆膜厚度也要与技术指标一致。 2.3 单变色不可逆示温涂料的发展前景 单变色不可逆示温涂料发展至今，已有温度跨度为 30 ℃ ~1350 ℃，约 100 多种产品，但各国的产品品种和温度范围不同。目前的品种仍不能完全满足测温的需求。例如国产高温段的品种存在温度间隔大，品种少，误差大等缺点；有些产品因原材料原因濒临绝种，有些品种亟需改进等问题。因此，单变色不可逆示温涂料仍需要改进和完善。不过，单变色不可逆示温涂料具有测温精度较高，在飞机、火炮等部件的测温上，电气设备、机器设备、化工设备的安全警报指示和科研上，仍将继续发挥作用。 3. 多变色不可逆示温涂料 3.1 概述 在动态大面积温度场的测温上，最有效且经济，而且可以说是唯一的手段就是使用多变色不可逆示温涂料。自二次世界大战至今，多变色不可逆示温涂料为航天、航空及国防科研作出了巨大贡献，并仍在发挥着重要作用。多变色不可逆示温涂料具有大面积场测温功能，记忆最高温度不破坏物体表面形状，不影响气流状态，使用方便，测量结果直观等特点。因此广泛应用于发动机燃烧室，涡轮外环导各叶片，加力扩散器等部件的测温。 世界各国都重视对多变色不可逆示温涂料的开发研制。目前已有几十个品种，温度跨度为 60 ℃ ~1300 ℃。然各国的情况有所不同，如德国研制生产 9 种双变色示温涂料，温度范围从 55 ℃ ~1300 ℃； 5 种三变色示温涂料料范围为 65 ℃ ~340 ℃。如美国的多变色示温涂料有三种，温度范围为 285 ℃ ~1800 ℃。如英国生产的有 450 ℃ ~1100 ℃八变色示温涂料，牌号为 C3 ； 600 ℃ ~1070 ℃十变色示温涂料，牌号为 GT1 ；以及牌号分别为 TP6 、 TP7 、 TP8 的六变色、七变色、八变色的示温涂料，测温跨度分别为 500 ℃ ~1150 ℃、 600 ℃ ~1070 ℃、 420 ℃ ~910 ℃。 我国现有 SW-M 多变色不可逆示温涂料系列 7 个品种，由北方涂料工业研究设计院研制并生产；测温跨度分别为 400 ℃ ~600 ℃、 600 ℃ ~750 ℃、 570 ℃ ~780 ℃、 550 ℃ ~900 ℃、 550 ℃ ~900 ℃、 790 ℃ ~950 ℃、 800 ℃ ~1150 ℃、 900 ℃ ~1250 ℃。 3.2 多变色不可逆示温涂料的特性 用多变色不可逆示温涂料测温，只用一种涂料就能测出一个温度区间的温度分布，极为方便和经济，所以要比单变色不可逆示温涂料用途广。其一般能精确到℃，测量结果及精度与使用条件有很大的关系。有些品种只能在特定的环境中使用。例如国产 SW-M-3 只能在煤油燃烧产物和大量空气混和物中使用，而在其他气氛中使用时，必须重新标定。 3.3 多变色不可逆示温涂料的应用 3.3.1 应用范围 多变色不可逆示温涂料主要用于发动机主燃烧室，火焰筒，涡轮外环导向叶片，加力扩散器以及其他动态或大面积场的测温。 3.3.2 多变色不可逆示温涂料的正确使用 使用方法 同于单变色不可逆示温涂料。现场试验后试件出现大面积不同的变色区域，判读温度时先划好区域，然后对照标准板颜色确定出现的温度范围。 注意事项 ①多变色不可逆示温涂料的示温精度要差于一般的温度计，它只能给出一个温度区间，要想进一步准确测量某一点温度，需采取其他方法或几种示温涂料交替使用。 ②每种示温漆的使用环境条件各不相同，使用之前应确定该品种是否适用于使用环境。 3.4 多变色不可逆示温涂料的发展前景 多变色不可逆示温涂料是目前应用最广和最多的示温涂料，经几十年的发展，现已有几十个品种问世，其温度范围为 300 ℃ ~1600 ℃之间，极大地满足了高温测温的需要。现在需要解决的问题有： 开发温度跨度大，间隔小，色差明显，精度高的新型品种； 探索其发色机理，以指导新品种的开发研制。 4 ．单变色不可逆示温贴片 4.1 概述 示温贴片的出现是在 70 年代初，它是在示温涂料基础上发展起来的一种新产品。它不仅具备了示温涂料的全部优点，而且还克服了示温涂料精确度不高，施工、运输不便，受外界因素影响大等缺点。在 300 ℃以下温度，基本上可以代替单变色不可逆示温涂料测温。示温贴片是把示温涂料或颜料经过特殊加工，制成黏贴片，对各种物体表面均有良好的附着力。 我国现有的示温贴片产品主要有北方涂料工业研究设计院研制生产的 SW-P 系列单变色不可逆示温贴片，温度范围为 37 ℃ ~265 ℃，每隔 10 ℃左右一个测温点。 4.2 单变色不可逆示温贴片的应用 4.2.1 应用范围 单变色不可逆示温贴片由于具有体积小、使用简便、测温精度高、不受环境<

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