CN102589728B - 感温变色线缆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种感温变色线缆，包括至少一金属导线和包覆在所有所述金属导线外层的包覆层，所述包覆层包括基材和温变色粉，所述温变色粉以所述基材作为基质，使所述包覆层的颜色随温度的变化而改变。本发明的优点在于，本发明所述线缆的可加工性强；由于线缆本身具有直观可视的温变效果，使得安全隐患可视化，无需采用任何热电偶即可以容易地直观检验线缆的温度状态，使得安全隐患可视化，使终端用户更加安全使用线缆。

Description

感温变色线缆

技术领域

本发明涉及线缆安全技术领域，尤其涉及一种感温变色线缆。

背景技术

在电子、家电、重电和建筑行业都会用到线缆，传统线缆只是在讨论如何确保客户在使用上的安全性，一般无法从外观目视识别当前线缆的运行负荷情况，故在使用中无法提供用户预警的作用，只有正常使用跟烧毁两种形态存在。线缆安全性中有一最重要的安全电流值，因线缆负荷运作所产生热量不同会导致线材本身温度不同，在电器使用超过安全电流过载造成温升时，无法根据线材本身通过变色来提醒用户此条线材的安全性及是否适合此场合，只有等到烧毁或出现事故时才发现。而对于高电流电压的线缆，其布线终端均在室内机房，每一条线缆每天均要用红外线感温仪测线缆温度，操作十分不便。

目前已有油墨涂敷在线材表面使线材感温变色的方法，一般温变色粉直接添加时无法分散，故采用溶剂，将温变色粉融于溶剂中，制成涂料印刷在线材表面。参考附图1所示，现有技术中油墨涂敷感温线材示意图，包括金属导线11、线材12、油墨涂敷感温层13。但由于油墨是可擦除的，若线材表面受刮磨或是去薄皮，其感温效果就不存在，牢固性差；由于油墨涂敷是很薄的一层，所以耐久性不长；参考附图2所示，油墨涂敷感温线材去薄皮无感温效果示意图。且油墨涂敷感温线材不具有耐弯折性，弯折后表面龟裂无感温效果；参考附图3所示，油墨涂敷感温线材弯折后表面龟裂无感温效果示意图。

为了使终端用户更加安全使用线缆、以及对线缆的维护与检修提供便利性，需要对现有的线缆进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种感温变色线缆，解决现有技术中终端用户无法更加安全使用线缆、以及对线缆的维护与检修不便，需要对现有的线缆进行改进的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种感温变色线缆，包括至少一金属导线和包覆在所有所述金属导线外层的包覆层，所述包覆层进一步包括基材和温变色粉，所述温变色粉以所述基材作为基质，使所述包覆层的颜色随温度的变化而改变。

进一步，所述包覆层具有一预定耐热温度范围，当所述线缆的温度超过所述预定耐热温度范围时，所述包覆层改变为预定颜色。

进一步，所述包覆层包括至少两种颜色变化。

进一步，所述包覆层包括至少两种不同温度感应范围的颜色变化。

进一步，所述温变色粉的规格在3-8nm之间。

进一步，所述温变色粉为有机热敏变色材料。

进一步，所述温变色粉通过瑞士Erocarb或瑞士Microdia可微调免调芯式机台与所述基材混炼制成着色粒后包覆在所有所述金属导线的外层。

本发明的优点在于，本发明所述线缆可以用作三芯电源线、入户线缆、马达引出线、充电器用线缆等，线缆的可加工性强；由于线缆本身具有直观可视的温变效果，使得安全隐患可视化，无需采用任何热电偶即可以容易地直观检验线缆的温度状态，使得安全隐患可视化，使终端用户更加安全使用线缆；本发明所述线缆的包覆层采用将纳米材料温变色粉直接均匀融入到基材中，因此即使线缆表面磨损、或线缆弯折时，仍能表现出很好的感温效果；由于不改变传统线缆外形与结构，因此增加成本比率低；本发明所述线缆的包覆层还具有多种温度等级的变化，以及多种颜色的变化，对线缆的维护与检修提供极大的便利性。

附图说明

附图1，现有技术中油墨涂敷感温线材示意图。

附图2，油墨涂敷感温线材去薄皮无感温效果示意图。

附图3，油墨涂敷感温线材弯折后表面龟裂无感温效果示意图。

附图4，本发明所述感温变色线缆示意图。

附图5，本发明所述线缆去薄皮仍有感温效果示意图。

附图6，本发明所述线缆弯折后仍有感温效果示意图。

附图7，本发明所述着色粒的示意图。

其中，11、金属导线；12、线材；13、油墨涂敷感温层；41、金属导线；42、基材；43、温变色粉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的感温变色线缆的具体实施方式做详细说明。

本发明是以线缆安全使用为基础，通过线缆负荷运作所产生热量不同会导致线材本身温度不同，引起线材变色，以起到警示。

参考附图4所示，本发明所述感温变色线缆示意图，包括至少一金属导线41和包覆所有所述金属导线41的包覆层，所述包覆层包括基材42和温变色粉43，所述温变色粉43以所述基材42作为基质，使所述包覆层的颜色随温度的变化而改变。

所有所述金属导线41均为用于传输信号或传输电力的导电体。

所述包覆层为包覆在所有所述金属导线41上的外被层，用以保护所有所述金属导线41以及使所有所述金属导线41电绝缘。所述包覆层包括基材42和温变色粉43。所述包覆层具有一预定耐热温度范围，当本发明所述线缆所感知的温度超过所述预定耐热温度范围时，所述包覆层改变为预定颜色；所述包覆层具有多种温度等级的颜色变化，例如可从-40℃～150℃均有对应的颜色变化。通过选用不同的温变色粉材料，当所述线缆所感知的温度在预定温度范围例如30℃以内时颜色不变，当所述线缆所感知的温度超过30℃时，所述包覆层由绿色变为黑色，或由蓝色变为红色；再比如当所述线缆所感知的温度超过60℃时，所述包覆层由黑色变为红色，或由黑色变为无色。以上颜色变化过程均为可逆过程，当所述线缆所感知的温度恢复为预定温度范围以内后，所述包覆层的颜色也恢复成改变前的颜色，即所述包覆层包括至少两种颜色变化。通过在预定温度下线缆能够显示出预定的颜色，可以容易地直观检验线缆的温度状态；并且可以在整条线缆上确定线缆的温度状态。所述线缆所感知的温度为由线缆本身负载产生的温升，或是线缆所置环境温度变化而产生的温度改变。

所述基材42为从PVC（Poly Vinyl Chloride，聚氯乙烯树脂）、PE（Poly Ethylene ，聚乙烯，是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂）、TPU(Thermoplastic Poly Urethanes，热塑性聚氨酯弹性体塑胶)、TPE（Thermoplastic Elastomer，热塑性弹性体）、TPO(聚烯烃热塑性弹性体)、ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）以及PS（Poly Styrene，聚苯乙烯塑料）等中选择至少一种构成的化合物。

所述温变色粉43采用纳米级高灵敏度有机热敏变色材料，其规格在3-8nm（纳米）之间。有机热敏变色材料是由隐色染料、显色剂和增稠剂（减敏剂）组成。所述线缆所感知的温度在预定温度范围的临界值的±3℃范围时，就会产生颜色变化。

术语“热敏变色材料”是指具有热致变色性能的材料，即物质可在特定环境温度下由于结构变化而发生颜色变化，当温度降低时，颜色又复原。具有热敏变色性的有机化合物数量较多，可分为三苯甲烷类、荧烷类、螺吡喃类等，根据颜色变化及变色温度不同，组成成分也不同。当所述线缆所感知的温度在预定温度范围例如30℃以内时颜色不变，当所述线缆所感知的温度超过30℃时，若温变色粉的组成成分包括：双酚A、结晶紫内酯以及脂肪酸，则所述包覆层由绿色变为黑色；若温变色粉的组成成分包括：五氯苯酚、三芳甲烷以及高级脂肪酸，则所述包覆层由蓝色变为红色。再如当所述线缆所感知的温度在预定温度范围例如60℃以内时颜色不变，当所述线缆所感知的温度超过60℃时，若温变色粉的组成成分包括：间苯二酚、结晶紫内酯以及高级脂肪酸，则所述包覆层由黑色变为红色；若温变色粉的组成成分包括：邻苯二酚、三芳甲烷以及脂肪酸，则所述包覆层由黑色变为无色。

为了增强本发明所述线缆包覆层的牢固性与耐久性，提高感温效果，利用高聚合工艺，可以将所述温变色粉43与所述基材42充分搅拌，使二者均匀的混合后制成着色粒，并经过高温熔化后涂敷在所有所述金属导线41的外层。

由于温变色粉与基材属于两种物质，固在聚合时需要采用适当的温度与精密的螺杆、精准的模具冶具配合才能完成最好的效果，使温变色粉分布均匀；可以采用瑞士Erocarb或瑞士Microdia可微调免调芯式机台，其采用的机头与螺杆公差控制在0.001mm。

加工温度是由基材决定的，色粉的加入是不影响基材的加工温度的。基材选用不同的材料，其相对应的加工温度范围不同，例如，PVC的加工温度（即电线电缆挤出时绝缘材料的加工温度）一般都在160-190℃之间；TPE的加工温度一般在150-180℃之间；PE的加工温度一般在160-200℃之间。在基材与可塑剂，助剂等材料搅拌聚合时加入温变色粉，再经过搅拌使色粉均匀分散在基材之中。温变色粉与基材的用料比例可根据成本及变色效果调节，只要不影响基材的特性都可以，例如可以采用基材与温变色粉比例为50:1。

以PVC为例：把PVC基材、可塑剂以及助剂等材料按比例（例如可为约5:3:2）加入粉缸里，通过瑞士Erocarb或瑞士Microdia可微调免调芯式机台的螺杆高速搅拌，搅拌过程中螺杆与缸内材料会摩擦生热；当缸内温度上升到100℃左右，加入温变色粉后继续搅拌，当温度升到140℃左右时粉缸里的材料已经混炼均匀，之后切割造粒，制成直径为3.5mm，高4mm大小的着色粒，所述着色粒为固体。如附图7所示本发明所述着色粒的示意图，图中黑点部分即为温变色粉粒，分布均匀。

将所述金属导线放置在操作台上，将制好的所有所述着色粒加入储料桶里，采用瑞士Erocarb或瑞士Microdia可微调免调芯式机台，并采用温度范围为160℃-190℃的温度，通过螺杆高速搅拌所产生的热量将着色粒熔化后，将其包覆在所述金属导线的外层。因为每一着色粒都是包含温变色粉的基材，故每一着色粒都具有感温变色效果。

由于温变色粉对温度非常敏感，故在包覆过程中对温度的控制尤其重要。温度过高，温变色粉会移色消散；温度过低，无法使温变色粉与基材完全熔融，做出的线材外观粗糙，线径不均。

线缆安全性中有一最重要的安全电流值，用户在电器使用超过所述安全电流值时，会因过载造成线缆温度升高，当线缆温度超过包覆层耐热温度范围时，包覆层就会改变为预定颜色；这样除电器本身的安全装置外，通过感知温度引起颜色的改变使得线缆本身也可当成一可看得见的安全警示的被动组件，使得安全隐患可视化。

在高电流电压的线缆中，其布线终端均在室内机房，通过设置所述包覆层的预定耐热温度范围，将各线缆的容许电流和温度关联一起，通过感知温度引起颜色的改变形成线缆自身的安全警示作用，从而避免了每一条线缆每天均要用红外线感温仪测线缆温度。

当本发明所述感温变色线缆作为家用电源线作组装使用时，在制造厂亦可通过电流和温变持性，进行入料检验及各类安全电流设定，从而通过感知温度引起颜色的改变使得家用电源线本身成为可看得见的安全警示的被动组件。

另外，因各类线缆有其环境温度使用限制，例如60℃的额定线缆，不可用于80℃以上的环境使用，如硬性使用时，会加速线缆老化，造成线缆过载起火或使得包覆层无保护作用而造成电流外泄；因此通过设置所述包覆层的预定耐热温度范围，利用线缆的感温变色特性可作为线缆使用环境正确与否的判定作用。即在线缆施工时，在线缆未连接状态时，若将使用所述包覆层的线缆置于不适宜的安装环境，导致温度超过所述预定耐热温度范围，线缆通过感知外界环境的温度产生颜色变化，提示操作人员当前所使用的线缆与当前的温度环境不适合，即由线缆来起到第一阶材料安全性防误用的功能，从而防止不当高温环境的误用线缆。

本发明所述线缆的包覆层采用将纳米材料温变色粉43直接融入到外被材料基材42中，因此其中的温变色粉是无法用外力清除的，即使表面受刮磨，甚至去掉一层或一块薄皮，其感温效果持续存在，具有耐磨性；参考附图5所示，本发明所述线缆去薄皮仍有感温效果示意图。

本发明所述线缆配合所述包覆层中所述基材42的塑化性，具有了耐弯折性，且由于所述温变色粉43均匀分布在所述基材42中，可使线缆在布线弯折时，表面无变化，仍能表现出很好的感温效果；参考附图6所示，本发明所述线缆弯折后仍有感温效果示意图。

本发明所述线缆是将纳米级的温变色粉43均匀的溶合于所述基材42中，因此可与所使用的基材42的使用寿命相同，具有持久性强的特性；且由于只是在原有的基材42中增加纳米级的温变色粉43，不改变传统线缆外形与结构，因此线缆的相关电气及物理特性均无任何变化，即保持了线缆特性。

接下来给出上述技术方案的多个实施例。

实施例一，本实施例以家用电器的三芯电源线为例。

一般家用电器三芯电源线的额定温度为60℃，采用本发明所述感温变色线缆作为三芯电源线，在正常使用（未超过负荷）时三芯电源线的包覆层颜色为黑色；当运行时间过久、负荷增大或外部温度增高时，导致三芯电源线本身的温度超过其额定温度60℃时，三芯电源线包覆层颜色由黑色变为红色。

实施例二，本实施例以入户线缆为例。

因一般入户线缆大部分均曝光在户外，受环境温度影响较大；同时，随着使用时间的推移，其包覆层受外部环境的影响（UV、高温、雨淋等）会出现老化现象，其安全作用将降低。采用本发明所述感温变色线缆作为入户线缆，当负荷已超过线缆的耐受温度时，包覆层颜色由黑色或其它颜色，变为红色或其它颜色，提前起到直观的警示作用，使用户能提前知道目前线缆的状态。

实施例三，本实施例以马达引出线（电源线）为例。

在工业应用领域中，尤以马达、压缩机等大功率的重电设备使用最为频繁，且存在功率大、发热量高、所需电流量大等因素，由于马达一般是24小时日夜运转，加上所使用的环境未知，所以马达在所有重电设备中，最容易产生过载，甚至烧毁。采用本发明所述感温变色线缆作为马达引出线（电源线）时，可以在过载前由于马达的电流量加大，发热量突出，包覆层可以提前做出外观颜色的变化，对用户起到警示作用。

实施例四，本实施例以消费电子类充电器用电源线为例。

日新月异的消费电子行业，层出不穷的消费电子设备，都对线缆的使用提出了很高的要求。由于用电量的加大，充电电源线自身的负荷也在加大，类似手机充电器长时间充电导致电源线起火烧毁的案例屡见不鲜。采用本发明所述感温变色线缆，可以在临界过载时使包覆层产生明显的颜色变化，从而对用户起到警示作用。

本发明所述线缆可以用作三芯电源线、入户线缆、马达引出线、充电器用线缆等，线缆的可加工性强；由于线缆本身具有直观可视的温变效果，无需采用任何热电偶即可以容易地直观检验线缆的温度状态，使得安全隐患可视化；且本发明所述线缆的包覆层采用将纳米材料温变色粉直接均匀融入到基材中，因此即使线缆表面磨损、或线缆弯折时，仍能表现出很好的感温效果；由于不改变传统线缆外形与结构，因此增加成本比率低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种感温变色线缆，包括至少一金属导线和包覆在所有所述金属导线外层的包覆层，其特征在于：所述包覆层包括基材和温变色粉，所述温变色粉以所述基材作为基质，使所述包覆层的颜色随温度的变化而改变；其中，所述温变色粉与所述基材搅拌混合制成着色粒后涂敷在所有所述金属导线的外层。

2.根据权利要求1所述感温变色线缆，其特征在于：所述包覆层具有一预定耐热温度范围，当所述线缆的温度超过所述预定耐热温度范围时，所述包覆层改变为预定颜色。

3.根据权利要求1或2所述感温变色线缆，其特征在于：所述包覆层包括至少两种颜色变化。

4.根据权利要求1或2所述感温变色线缆，其特征在于：所述包覆层包括至少两种不同温度感应范围的颜色变化。

5.根据权利要求1所述感温变色线缆，其特征在于：所述温变色粉的规格在3-8nm之间。

6.根据权利要求1所述感温变色线缆，其特征在于：所述温变色粉为有机热敏变色材料。

7.根据权利要求1所述感温变色线缆，其特征在于：所述温变色粉通过瑞士Erocarb或瑞士Microdia可微调免调芯式机台与所述基材混炼制成着色粒后包覆在所有所述金属导线的外层。

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