一、示温涂料的类型及特点
示温涂料是一种利用颜色变化测量物体表面温度及温度分布的特殊功能涂料。换言之，因受热而发生颜色变化以指示温度的涂料即称示温涂料。示温涂料在一定条件下（时间、压力、气氛），当加热到某一温度时，出现某一颜色变化，由此可确定该涂料的指示温度。这种颜色变化有可逆和不可逆两种。可逆型示温涂料是指涂膜受热到某一温度时，颜色发生改变，冷却时又恢复到原来的色相。例如Cu2HgI4制成的示温涂料，原色为洋红色，加热至70℃左右变为红棕色，冷至常温又恢复为洋红色。而不可逆型示温涂料，是指涂膜受热到某一温度时，显示出新的颜色，当冷却时不能再恢复到原来的颜色。例如用碱性橙制成的示温涂料，原色为红色，当加热到130℃时，由红色变为紫红色，再冷到常温紫红色不变。
另外，由于涂膜随温度变化而出现颜色改变次数不同，可将示温涂料分为单变色和多变色示温涂料，其中也有可逆和不可逆之分。
示温涂料具有以下特点。
①特别适用于一般温度计无法测量和难以测量的部件。
②多变色示温涂料能够测量温度分布，对设备设计、选材和改进结构方面有指导意义。
③用示温涂料测温简单、方便、经济，尤其适用于大面积的温度测量。
④可用做超温报警材料，不仅价廉易得，而且避免事故发生，做到防患于未然。
二、示温涂料的变色原理
示温涂料形成的涂膜受热时，涂膜内的变色颜料会发生晶型转变、pH值变化、失去结晶水、升华、熔融、氧化、分解及固相反应等物理-化学变化，因此引起示温涂膜变色。
1.可逆型示温涂料变色原理
（1）晶型转变 有些变色颜料是结晶物质，在一定温度下其晶格发生位移，即由一种晶型变为另一种晶型，从而导致颜色改变。当冷却至室温时，晶型复原，颜色也复原。例如HgI2（红色）当加热至137℃时变为青色斜方晶体，冷却至室温时又变为红色。可用HgI2制成137℃单变色可逆型示温涂料。
（2）pH值变化 有些物质与高级脂肪酸混合后，加热至一定温度时，酸分子中离解出的质子活化，会与某种物质作用出现明显颜色变化。一旦冷却，羧酸质子复原，物质颜色也随之复原。例如硬脂酸与溴酚蓝在55℃时颜色由黄色变为蓝色，冷却至室温颜色又复原。
（3）失去结晶水 含有结晶水的物质加热到一定温度后会失去结晶水，从而引起物质颜色的变化，但冷却后又吸收空气中的水，会逐渐恢复原色。例如粉红色的氯化钴·六亚甲基四胺，在35℃时失去结晶水而变为天蓝色：
 2.不可逆型示温涂料变色原理
（1）升华 具有升华性质的物质与填料配合后显示一种颜色，但在一定压力下加热至一定温度时，它由固态分子直接变为气态分子逸出涂膜，此时涂膜只显示填料的颜色。例如靛蓝在（240±10）℃时就会升华，涂膜失去蓝色。
（2）熔融 结晶物质在一定温度下会由有色的固态物质变为透明的液态物质，由此引起示温涂膜外观颜色变化，达到指示温度作用。例如硬脂酸铅和乙基纤维素溶液喷在深色底材上形成白色涂膜，当加热至100℃时，白色硬脂酸铅熔融成透明液体，从而立即呈现出深色底材的颜色。
（3）热分解 物质在一定压力和一定温度下发生热分解反应，分解产物与原来物质的化学性质截然不同，会呈现出新的颜色。同时，伴随分解可有CO2、SO3、H2O、NH3等气体放出。例如用碳酸镉作变色颜料，以改性环氧树脂为基料配制成示温涂料，涂膜在300℃就发生如下反应：
 （4）氧化 在空气中加热时，有些颜料会发生氧化反应，生成一种与原颜料组成不同的物质，同时产生新的颜色，达到示温目的。例如黄色硫化镉在空气中受热发生氧化反应，生成白色硫酸镉：
 （5）固相反应 利用两种或两种以上物质的混合物作示温涂料的颜填料时，在特定温度范围内会发生固相间化学反应，并生成新物质使涂膜颜色发生变化。例如钢灰色氧化钴与白色氧化铝配成灰色涂料，当加热到1000℃左右，会生成蓝色铝酸钴：
 上述固相反应速度较慢，所以涂膜变色温区较宽，因而精确度不高。
三、示温涂料的组成
1.变色颜料 众所周知，颜料受热能产生颜色变化的品种很多，但作为示温涂料的颜料，必须具备下列条件：
①颜料对热作用要敏感，在常温下有固定明显的颜色，当达到一定温度时变色要迅速；
②颜料应有明显的变****限，即变色温区要窄、变色前后色差要大；
③受外界环境影响要小，在光照、潮湿气候条件下，颜料应性能稳定，不分解、不褪色。
常用的变色颜料包括有机和无机两大类，有机颜料耐温性差，一般选作300℃以下的示温涂料用，无机颜料耐温性较好，一般选作300℃以上的示温涂料用。表7-20和表7-21给出可逆型和不可逆型变色颜料的变色温度及颜色变化，供选用时参考。
  2.基料 在示温涂料中，基料（胶黏剂）也是重要组成部分。基料应具备的条件是耐温性好、附着力强、颜色浅且与颜料组分不起化学反应。低温变色的示温涂料可选择虫胶清漆、醇酸树脂、脲醛树脂、氨基树脂、丙烯酸树脂和乙烯类树脂作低温变色示温涂料的基料。选用环氧树脂、有机硅树脂和酚醛树脂作较高温变色示温涂料的基料。
3.填料 填料在示温涂料中是一种辅助材料，有些填料可使示温涂膜颜色鲜艳稳定、色调均匀、调节变色颜料的变色温度并能改善涂膜附着力。示温涂料中常用的填料见表7-22。
 另外，填料的品种对示温涂料的变色性能也有影响。如表7-23所示，填料在不同温度下，某些活化元素对变色颜料能起一种催化或抑制作用，当加入不同填料时，有导致变色温度升高或降低的作用。
 4.助剂 助剂是示温涂料中一种特效组成部分。它有利于示温涂料的贮存性和施工性。例如防沉淀剂和流平剂就是比较重要的助剂成分。在特殊情况下，加入助剂可能改变示温涂膜的变色机理，以达到预定目的。
5.溶剂 示温涂料需选用适当的溶剂调整涂料黏度，以便于施工。若要使被涂表面上获得均匀的涂膜，选择恰当的溶剂是非常重要的。在选用溶剂时，必须考虑溶剂对基料的溶解性、使用安全性和挥发性等因素。因此，对溶剂的选择绝对不可忽视。
四、示温涂料的制备及施工
1.示温涂料制备
（1）示温涂料性能及配方
①单变色不可逆示温涂料单变色不可逆示温涂料，多数只含有一种变色颜料，与适量的填料配合达到显色清晰为准，一般颜填料占涂料总量的30%～50%，典型配方及变色性能见表7-24。
 ②多变色不可逆示温涂料多变色不可逆示温涂料中，含有多种变色颜料，它们在不同的温度区间可连续进行物理一化学变化，显示出不同颜色。在航空工业应用最广泛的SW-D-1示温涂料中，含有五种变色颜料，可在400～600℃范围内显现五种颜色，起到良好的示温效果，其配方及变色性能见表7-25。
③单变色可逆示温涂料可逆型示温涂料的组成与不可逆型示温涂料相似，只是选用的变色颜料作用原理不同而已。例如，用HW-28环氧有机硅树脂作基料将Ag2HgI4制成单变色可逆型示温涂料，其变色性能为黄色→50℃→橙色，温度恢复至常温时，涂膜又为黄色。
 （2）示温涂料生产工艺 将各配方中给定的基料、颜填料用溶剂调制成浆料，然后在三辊机上研磨至细度20～40μm即可包装。
2.施工方法 施工前对底材应进行表面处理，保证被涂物件表面清洁、干燥；采用喷涂或刷涂施工，涂膜厚度应控制在20～40μm，涂料应采用溶剂调至施工黏度；涂装后，在室温下干燥4h以上即可测温，若涂膜不干，会导致测温失败；
配制好的涂料不宜放置时间过长，施工前必须充分搅匀。
可将示温涂料制成示温片，然后将示温片贴在测温部位。
五、示温涂料的用途
示温涂料能有效地在温度计和毫伏计不能测温的情况下使用。因此，受到高度重视。
用示温涂料测温迅速、准确、简便，不需任何特殊的辅助仪器，操作人员不需任何操作培训即可使用示温涂料，其已在广泛领域获得应用。
①超温报警示温涂料是利用涂膜在一定温度下变色来测温的。当某种设备局部发热而达到临界危险温度时，可以通过涂膜颜色变显示出来，从而告诫操作者采取应急措施，做到防患于未然。所以，示温涂料是一种很好的超温报警材料。
②物体大面积表面温度分布的测量对于大面积表面温度分布的测量，使用温度计、毫伏计等仪器仪表就无能为力了，而示温涂料是测量大面积温度分布的理想材料。将示温涂料涂在整个欲测物体表面上，一旦表面温度分布不均匀，则在特定的温度下涂膜的各部位将显现不同的颜色变化，这样可准确观测到整个物体表面温度分布状态。例如，用SW-D-2不可逆示温涂料测量飞机发动机发散叶片的温度分布，达到预定目的。
示温涂料在航空工业中用途颇广，除发动机叶片外，如涡轮盘、火焰筒、发动机等均可用示温涂料测温。
③复杂构件温度测量连续转动机件、复杂结构机件的表面温度测量用一般的温度计或毫伏计是无法实施的。例如密闭机组的各个元件、旋转状态的叶片、轴承、转子和高速飞行器表面测温，都可采用示温涂料快速而简便地判定所示温度，准确可靠，效果明显。
④非金属材料的温度测量随着科学技术的发展，非金属材料（如陶瓷、玻璃、塑料、纤维等）的应用日趋广泛。但对它们工作时承受热载的测量还是个难题，如果采用示温涂料这个问题就可迎刃而解。例如飞机驾驶舱内的各种仪表、控制系统温度测量，既不能连接热电偶又不能使用温度计，采用示温涂料就可获得满意效果。
⑤指示消毒灭菌的温度有待消毒的物品先涂一层薄薄的示温涂料标记，然后通过高温高压蒸汽进行消毒，如果示温涂膜呈现预定温度的颜色，说明被消毒物品达到消毒所需要的温度，表明达到了消毒作用。
⑥其他用途示温涂料在机械加工、焊接、医疗、锅炉、人造卫星、能源利用及原子弹爆炸温度测量方面都展示了它的应用优越性。
目前示温涂料尚存在一些不足之处，如测温间隔较宽、精确度比仪表差、使用时受周围介质环境影响较大，这都有待于今后改进提高，更好地满足实际应用要求。
六、示温涂料的发展
示温涂料作为新型测温材料早在国防科研和工业各个部门普遍采用。随着宇航事业的发展，各种飞行器速度越来越快，其设计结构变得更加复杂，因而精确测量结构温度也更为重要。目前大部分产品测量精度在10～30℃。针对示温涂料在测温方面的独特作用，必须提高测温精度，以适应科学技术发展之需要。今后研究工作重点是提高示温涂料的精度、缩小示温涂料指示温度的间隔、增加示温涂料新品种。
熔融型示温涂料的测温速度快、精度高、使用简单、性能胜过其他类型示温涂料。特别是把它作成各种形式贴片（示温片）以后，更扩大了其应用领域和作用。例如，北方涂料工业研究设计院开发出示温片，利用物质受热熔融后被基材吸收呈明显色差作测温依据，其示温误差≤±1℃。湖南大学和佛山市石湾园林陶瓷厂采用镍盐（NiCl2·2C6H12N4·10H2O）作变色颜料，SiO2、CaO、MgO和Al2O3作填料，制成低温可逆示温涂料，该涂料组成配比为基料：颜料：填料：=1:1:1（质量），涂膜变色温区70～80℃。
另外，示温涂料的理论研究有待加强，应对变色颜料的结构、物性、颜料与颜料之间、颜料与外界因素之间的相互作用机理等多方面开展研究工作。在理论与实践结合上取得突破性进展，让更多更好的新品种满足日益发展的需要。
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