CN104703744A - 具有uv激活或热致变色激活图像的焊弧服饰 - Google Patents

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Abstract

公开一种焊接附件，以及一种用于在焊接操作期间检出热和/或UV辐射曝露的系统。所述焊接附件可以具有曝露于由电弧焊生成的热和/或UV辐射的表面，在没有曝露于所述热和/或UV辐射时可见的第一图像，以及由UV激活染料或者热致变色染料形成的一第二图像，所述由UV激活染料形成的第二图像只在曝露于由所述电焊弧生成的UV辐射后是可见的，所述由热致变色染料形成的第二图像仅在曝露于预设水平的由所述电焊弧生成的热辐射后是可见的。系统可以包括具有一第一态和至少一第二态的热或UV曝露指示器，并且包括适合于一旦曝露于辐射就提供可逆的或者持续的视觉指示的热致变色染料或UV激活染料。所述视觉指示可以包括符号、徽标、图像、文字或其他如期望的装饰性的或信息性的设计的任意组合。

Description

具有UV激活或热致变色激活图像的焊弧服饰
对相关申请的交叉引用
本申请要求2009年11月13日递交的美国专利申请序列号12/618,231的优先权，所述申请通过引用被完全并入本文。
技术领域
本公开涉及焊接附件，以及更具体地，涉及具有被来自电焊弧的UV辐射激活的图像，或者具有在各种焊接曝露温度下被激活的图像的焊接服饰。
背景技术
焊接是在各种产品和结构的制造和建造中一种重要的工艺。用于焊接的应用广泛并且使用遍及全世界，所述应用包括，例如，举几个例子，船舶、建筑物、桥梁、车辆和管线的建造和修理。焊接在不同的地点进行，比如在具有固定的焊接操作的工厂中或在具有便携式焊机的现场。
在手动或半自动焊接中，使用者/操作者(即焊工)引导焊接设备以制作焊缝。例如，在电弧焊中，焊工可以手动放置焊条或焊丝并且在焊接位置生成产生热的电弧。在这类焊接中，焊材与焊接位置的间隔与产生的电弧有关，并且与获得基材与焊条或焊丝金属的最优化熔化/熔合有关。这种焊缝的质量经常直接取决于焊工的技能。
电焊弧已知会产生紫外(UV)辐射。由电焊弧产生的UV辐射能够造成类似晒伤的损伤。也已知UV辐射造成眼睛刺激，一种常被叫做“焊工眼炎(welder’s flash)”或“电光性眼炎(arc eye)”的情况。在电弧焊期间产生的UV辐射的强度取决于许多因素，比如工艺类型、焊接参数、焊材和基材金属组成、焊剂以及在基材金属上的任何涂层或镀层。此外，影响UV辐射生成量的其他变量还有导电嘴尺寸、保护气以及填充金属组成。除了直接曝露于UV辐射之外，UV辐射可以从在焊接环境中常见的表面反射，比如未上漆的金属和混凝土地面，导致间接的曝露。进一步地，UV辐射曝露的影响是累积的并且重复曝露可以导致视网膜损伤和其他健康危害。
产生的热(thermal)(热量(heat))辐射可以同样是对焊工有害的，并且过量的量可以反映出焊接操作的不适当的设置，或者不适当的焊接技术，或者大量其他的技术的和/或使用者相关的问题。因此，检出热量曝露，特别是临界温度，也是重要的，因为它可以反映出焊工需要休息。
UV辐射一般被分为三个波段，UV-A、UV-B和UV-C，按波长递减的顺序。自然太阳光是在全部三个波段中UV辐射最常见的来源，然而UV-C实质上被臭氧层吸收了。大体上，UV-A具有从320至380纳米的波长；UV-B具有从290至320纳米的波长；而UV-C具有从200至290纳米的波长。波长越短，UV辐射的生物影响越大。电弧焊产生在全部三个波段中的UV辐射，但是在UV-C波段的上端具有实质性发射。
在过去，各种方法和装置已被用来遮蔽焊工以防由电弧产生的UV辐射和/或热量。例如，习惯上穿戴焊接面罩、夹克和手套，所述穿戴实质性地遮蔽焊工避免热量或者阻碍UV辐射到达焊工的眼睛和身体。在焊接环境中，其他人员一般也穿戴个人保护装置，比如限制曝露于UV辐射和/或生成的热量的安全眼镜。
针对在焊弧周围工作的人员的UV曝露程度变化很大，并且经常不能被准确知晓。为了限制非故意曝露给附近的人，各类帘幕和遮蔽物已被建造以隔离焊接操作。然而，来自未上漆的金属、混凝土和其他表面的UV辐射的反射限制了遮蔽焊接操作的有效性。虽然焊接操作也已位于远离人行道、通道和其他人员工作的其他区域，以减少曝露给其他人员，然而，当焊接操作在有限区域进行时，这经常是不切实际的。其他用于避免UV曝露的技术也已被采用，包括在焊接环境周围铺设警告标志，突出UV曝露的可能性。
发明内容
本公开涉及能够提供在焊接操作期间存在由电焊弧生成的UV辐射和/或热(热量)辐射能量的视觉指示的焊接附件。除了用于焊接环境的其他附件之外，该焊接附件可以包括，例如，焊接面罩、焊接夹克、焊接衬衫、安全帽、布无檐便帽、球帽式帽子、安全眼镜、手套、标识、工作靴、腰带和饰品。视觉指示可以是在第一图像和第二图像之间的转变，并且该转变可以是永久的或可逆的。焊接附件可以是焊接面罩、焊接夹克、手套、安全眼镜、指示器标识或其他焊接附件。UV激活染料、颜料或印墨的一种或更多种被采用以提供存在来自电焊弧的UV辐射的指示。此外，热致变色染料、颜料、涂料或印墨的一种或更多种被采用以向焊接操作提供焊工曝露于一定温度的指示。必须被理解的是，在用于此应用时，术语“UV激活染料”是要包括UV激活染料、颜料、印墨和任何其他相似的物质。UV曝露指示器可以也具有一第一态和至少一第二态，其中视觉指示是在所述第一态和至少所述第二态之间的转变。各种符号、徽标(logo)、文字、图像或其他装饰性的或信息性的设计可以被采用以指示UV辐射存在或不存在。类似地，“热致变色”反应包括一旦累积的曝露于热能，或者达到指定温度的临界值，可逆的或者不可逆的颜色改变。
还公开一种用于检出在焊接操作期间累积UV辐射曝露或者累积热量曝露的系统，该系统具有有多个分等级的态的UV曝露指示器或者热致变色曝露指示器。
从以下的详细描述以及附图和权利要求，本公开的各种方面和实施方案对于本领域技术人员将变得明显。
附图简要说明
图1是焊接环境的示意图；
图2是焊接面罩的透视图；
图3是曝露于UV辐射之后的焊接面罩的透视图；
图4是曝露于UV辐射之后另一个焊接面罩的透视图；
图5A-B是再另一个焊接面罩的透视图；
图6A-B是安全眼镜的透视图；
图7A-B是焊接夹克的透视图；以及
图8A-B是UV指示器标识的透视图。
具体实施方式
现在参考附图，图1说明了一焊接环境10。所述焊接环境10包括焊接面罩12、焊接系统14、焊枪16和工件18。焊接环境还可以包括，例如，焊条夹钳、TIG焊炬或其他供电弧焊使用的器具。工件18大体上定义了焊接工作区域20，在那里，焊枪可以被用于形成焊缝。各种非限制性的类型的示例的焊接，包括焊条电弧焊(SMAW)、气体保护金属极弧焊(GMAW)(即熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG welding))，以及钨极惰性气体保护焊(GTAW)(即钨极惰性气体保护电弧焊(TIG welding))，可以在焊接环境中被实施。
焊接系统14包括用于生成焊接电流和电压的焊接设备、用于控制焊接电流和电压的焊接控制系统以及用于监控焊接电流和电压的监控系统。所述监控系统可以也监控各种各样的其他操作参数，比如但不限于，送丝速度、焊丝剩余的量、任意种类的操作者期望的焊接反馈以及任意其他期望的操作参数。
与图1-7有关的讨论不但适合UV激活的材料，而且适合热量激活的材料，例如，热致变色材料。现在公开的是焊接附件，所述焊接附件包括在焊接操作期间曝露于电焊弧的一表面，所述表面具有一第一图像和一第二图像，在没有曝露于所述电焊弧时，所述第一图像在所述焊接附件的所述表面上是可见的，并且所述第二图像由UV激活染料在所述表面上形成，并且在所述焊接操作期间只在曝露于由所述电焊弧生成的UV辐射后是可见的。焊接附件可以是焊接面罩、焊接夹克、焊接衬衫、安全眼镜、手套、标识、工作靴、腰带或饰品，或者在可能具有曝露于UV辐射的表面的焊接环境中使用或穿戴的任意其他合适的附件。当与热量有关时，应该意识到，热量从具有较高温度的系统自发地流动到具有较低温度的系统。当两个系统形成热接触时，所述两个系统通过它们的颗粒的微观相互作用交换能量。当所述两个系统在不同的温度时，这导致能量从较热的系统到较冷的系统的自发的净流动(net flow)，从而所述较热的系统温度降低，而所述较冷的系统温度增加。这将持续，直到所述两个系统的温度相等。随后能量的净流动归于零，并且所述系统被称处在热平衡的关系中。自发的热量传递是不可逆的过程。
在操作期间，焊接系统14操作以在焊枪16和工件18之间生成电焊弧。在其他实施例中，焊接系统14可以在电焊条夹钳、GTAW或TIG焊炬或另一焊接器具和工件18之间生成电焊弧。在每一个实施例中，电焊弧生成包括在UV、可见光和红外光谱中的发射的电磁辐射以及热能。由电焊弧生成的UV辐射可以包括在UV-A、UV-B和UV-C波段的辐射。由电焊弧产生的UV辐射常常会集中在波长为大约200和290纳米之间的UV-C波段。UV辐射还会集中在波长为大约260和280纳米之间。
焊接附件可以具有一第一图像，所述第一图像在没有曝露于电焊弧时，在焊接附件的表面上可见的。例如，所述第一图像可以是徽标、符号、文字或其他装饰性的或信息性的设计。可替换地，第一图像可以是焊接附件的未加装饰的表面。例如，焊接面罩12的外表面22可以具有第一图像(比如公司徽标)。
焊接附件可以也具有由UV激活染料或者颜料在焊接附件的表面上形成的一第二图像，在那里，所述第二图像在焊接操作期间只在曝露于由电焊弧生成的UV辐射后是可见的。类似的考虑适用于温度敏感型涂料、染料和/或颜料。所述第二图像也可以是徽标、符号、文字或其他如期望的装饰性的或信息性的设计。例如，第二图像可以是指示存在UV辐射的警告符号或可以是指示曝露于至少预设量的UV辐射的警告。类似地，一旦曝露于被认为对于合适的焊接环境过高的温度时，可以形成所述第二图像。在另一实施例中，第二图像可以是表明焊接附件的提供者的装饰性的设计。
参照图2-4，说明了焊接面罩12具有外表面22和观察窗口24。焊接面罩12遮蔽焊工的头和眼睛以防电焊弧、由电焊弧生成的UV辐射和热量。焊接面罩12也可以保护焊工以防一般在焊接环境遭遇到的火星和其他危害。焊接面罩12的外表面22在焊接操作期间曝露于电焊弧。
如图2所示，外表面22具有一第一图像，在本发明的一个方面，所述第一图像是焊接面罩的未装饰的表面。外表面22也具有由UV激活材料或者热致变色材料形成的一第二图像。第二图像可以是如在图3中说明的警告符号26。第二图像可以是如在图4中说明的公司徽标28。如将是明显的，第二图像可以选自由如期望的许多设计。
第二图像是由附在焊接附件的表面的UV激活材料或者热致变色材料形成的。在一个方面，第二图像被结合到形成焊接附件的表面的材料中。可替换地，第二图像被施用于焊接附件的表面。在再另一可替换方案中，UV激活材料或者热致变色材料被合并到UV曝露指示器或者温度指示器中，并且以标识、粘贴物或其他可比的装置的形式附着于焊接附件的表面。
UV激活染料或颜料可以大体上被描述为一旦曝露于UV辐射时就经历颜色或状态的改变的物质。UV激活染料也被叫做光致变色的、光可改变的和光反应性的染料。如在本文使用的，术语UV激活染料意图代表一旦曝露于UV辐射时就经历颜色或状态的改变的物质。各种的UV激活染料是已知的和商业上可获得的，并且被预期用于本公开。响应于UV辐射但在存在自然太阳光或人造光的条件下是稳定的UV激活染料是已知的。UV激活染料可以被选择以响应于UV辐射的具体波长。例如，UV激活染料可以被选择以响应于在200和290纳米之间的波长。在另一实施例中，UV激活染料可以被选择以响应于在260和280纳米之间的波长。UV激活染料和非激活材料的组合可以被利用以提供期望的特征。这些和其他已知的UV激活染料可以被本公开采用。
如在现有技术中已知的，一种UV激活染料，可消除的/可变色(erasable/mutable)的不可逆紫外辐射转移吸收剂(transorber)，通过紫外辐射转移吸收剂/可变的着色剂/分子包含体的复合物被示例，其中可变的着色剂为孔雀绿或维多利亚纯蓝BO(碱性蓝7)，并且紫外辐射转移吸收剂是IRGACURE 184(1-羟基环己基苯基酮)，并且分子包含体是β-环糊精。
在进一步的示例中，可变色的着色剂的示例的且非限制性的列表包括三芳基甲基染料，比如孔雀绿甲醇碱{4-(二甲氨基)-α-[4-(二甲氨基)苯基]-α-苯基苯-甲醇}、孔雀绿甲醇盐酸盐{N-4-[[4-(二甲氨基)苯基]苯基亚甲基]-2,5-环己二烯-1-亚基]-N-甲基-氯化甲铵或双[对-(二甲氨基)苯基]苯甲基氯化物}和孔雀绿草酸盐{N-4-[[4-(二甲氨基)苯基]苯基亚甲基]-2,5-环己二烯-1-亚基]-N-甲基氯化甲铵或双[对-(二甲氨基)苯基]苯甲基草酸盐}；单偶氮染料，比如花青黑、柯衣定[碱性橙2；4-(苯基偶氮)-1,3-苯二胺单盐酸盐]、维多利亚纯蓝BO、维多利亚纯蓝B、碱性品红和β-萘酚橙；噻嗪染料，比如亚甲基绿、氯化锌复盐[3,7-双(二甲氨基)-6-硝基酚噻嗪-5-氯合，氯化锌复盐]；噁嗪染料，比如光色素(Lumichrome)(7,8-二甲基咯嗪)；萘二甲酰亚胺染料，比如荧光黄CH{6-氨基-2-[(联氨基羰基)氨基]-2,3-二氢-1,3-二氧-1H-苯并异喹啉-5,8-二磺酸二锂盐}；吖嗪染料，比如詹纳斯绿B{3-(二乙氨基)-7-[[4-(二甲氨基)苯基]偶氮]-5-苯基吩嗪氯化物}；花青染料，比如吲哚花青绿{卡迪欧绿(Cardio-Green)或福克斯绿(Fox Green)；2-[7-[1,3-二氢-1,1-二甲基-3-(4-磺丁基)-2H-苯并吲哚-2-亚基]-1,3,5-庚三烯基]-1,1-二甲基-3-(4-磺丁基)-1H-苯并吲哚氢氧化内盐钠盐}；靛蓝染料，比如靛蓝{靛蓝或还原蓝1；2-(1,3-二氢-3-氧-2H-吲哚-2-亚基)-1,2-二氢-3H-吲哚-3-酮}；香豆素染料，比如7-羟基-4-甲基香豆素(4-甲基伞形酮)；苯并咪唑染料，比如Hoechst 33258[双苯甲亚胺或2-(4-羟基苯基)-5-(4-甲基-1-哌嗪基)-2,5-双-1H-苯并咪唑三盐酸盐五水合物]；类对醌染料，比如苏木精{天然黑1；7,11b-二氢苯并[b]茚并[1,2-d]吡喃-3,4,6a,9,10(6H)-五醇}；荧光素染料，比如荧光素胺(5-氨基荧光素)；重氮盐染料，比如重氮红RC(偶氮重氮No.10或固红RC盐；2-甲氧基-5-氯苯重氮氯化物，氯化锌复盐)；偶氮重氮染料，比如固蓝BB盐(偶氮重氮No.20；4-苯甲酰氨基-2,5-二乙氧基苯重氮氯化物，氯化锌复盐)；苯二胺染料，比如分散黄9[N-(2,4-二硝基苯基)-1,4-苯二胺或溶剂橙53]；重氮染料，比如分散橙13[溶剂橙52；1-苯偶氮基-4-(4-羟基苯偶氮基)萘]；蒽醌染料，比如分散蓝3[Celliton固蓝FFR；1-甲氨基-4-(2-羟乙基氨基)-9,10-蒽醌]、分散蓝14[Celliton固蓝B；1,4-二(甲氨基)-9,10-蒽醌]和茜素蓝黑B(媒染黑13)；三偶氮染料，比如直接蓝71{苯并浅蓝FFL或Sirius浅蓝BBR；3-[(4-[(4-[(6-氨基-1-羟基-3-磺基-2-萘基)偶氮]-6-磺基-1-萘基)偶氮]-1-萘基)偶氮]-1,5-萘二磺酸四钠盐}；呫吨染料，比如2,7-二氯荧光素；原黄素染料，比如3,6-二氨基吖啶半硫酸盐(原黄素)；磺酞染料，比如甲酚红(临甲酚磺酞)；酞菁染料，比如铜酞菁{颜料蓝15；(SP-4-1)-[29H,31H-酞菁酰(2-)-N29,N30,N31,N32]铜}；类胡萝卜素染料，比如反-β-胡萝卜素(食品橙)；胭脂红酸染料，比如胭脂红、胭脂红酸的铝或钙铝色淀(7-a-D-吡喃葡萄糖基-9,10-二氢-3,5,6,8-四羟基-1-甲基-9,10-二氧-2-蒽羰基酸)；天青染料，比如天青A[3-氨基-7-(二甲氨基)吩噻嗪-5-氯化物或7-(二甲氨基)-3-亚氨基-3H-吩噻嗪盐酸盐]；以及吖啶染料，比如吖啶橙[碱性橙14；3,8-双(二甲氨基)吖啶盐酸盐，氯化锌复盐]和吖啶黄(吖啶黄中性；具有3,6-吖啶二胺的3,6-二氨基-10-甲基吖啶氯化物混合物)。
如在现有技术中已知的，不可逆紫外辐射转移吸收剂的非限制性的且示例的列表可以包括稳定化化合物，比如，邻苯二甲酰甘氨酸-2959、DARCUR 2959和其他光反应剂，比如1-羟基-环己基-苯基甲酮(“HCPK”)(IRGACURE 184，Ciba-Geigy)；α,α-二甲氧基-α-羟基乙酰苯(DAROCUR 1173，Merck)；1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基-丙烷-1-酮(DAROCUR 1116，Merck)；1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-丙-1-酮(DAROCUR2959，Merck)；聚[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲乙烯基)苯基]丙-1-酮(ESACURE KIP，FratelliLamberti)；安息香(2-羟基-1,2-二苯乙酮)(ESACURE BO，Fratelli Lamberti)；安息香乙醚(2-乙氧基-1,2-二苯乙酮)(DAITOCURE EE，Siber Hegner)；安息香异丙醚(2-异丙氧基-1,2-二苯乙酮)(VICURE 30，Stauffer)；安息香正丁醚(2-丁氧基-1,2-二苯乙酮)(ESACURE EB1，Fratelli Lamberti)；安息香丁醚的混合物(TRIGONAL 14，Akzo)；安息香异丁醚(2-异丁氧基-1,2-二苯乙酮)(VICURE 10，Stauffer)；安息香正丁醚和安息香异丁醚的共混物(ESACURE EB3，ESACURE EB4，Fratelli Lamberti)；安息香双甲醚(2,2-二甲氧基-1,2-二苯乙酮)(“BDK”)(IRGACURE 651，Ciba-Geigy)；2,2-二乙氧基-1,2-二苯乙酮(UVATONE 8302，Upjohn)；α,α-二乙氧基乙酰苯(2,2-二乙氧基-1-苯基-乙酮)(“DEAP”，Upjohn)，(DEAP，Rahn)；以及α,α-二-(正丁氧基)-乙酰苯(2,2-二丁氧基-1-苯乙酮)(UVATONE 8301，Upjohn)。
光致变色试剂的几个示例包括二炔(共轭丁二炔)，并且特别包括至少约8个碳原子且不多于约36个碳原子、更通常从约12至30个碳原子的酸、酯、尿烷、酰胺、腈或醇单体。这些炔基团大体可以被至少1个碳原子从末端碳原子取代。二炔的功能性基团的各种衍生物可以用于调整二炔的性质以供在特别的配方中使用。透明UV激活涂料/抛光剂可以通过将单体10,12-二十五二炔酸(PDA)添加到清澈的商业上可获得的指甲抛光剂成品(比如Orly Snap，奥利国际有限公司，用乙酸乙酯、乙酸丁酯、异丙醇、硝化纤维、邻苯二甲酸二丁酯、聚乙烯醇缩丁醛、依托立林(etocrylene)、D&C红#6钡色淀、D&C紫#2制作)或添加到商业上可获得的清澈的涂层涂料直至100PDA/ml抛光剂/涂料成品的最终浓度而制作。PDA单体被混合至澄清。随后可以将薄膜施用于要曝露于UV辐射的表面。同样，粘贴上的传感器标牌可以包括用100mg PDA/ml氯仿的溶液盖覆的具有厚度为约200微米的覆层的透明带粘贴物(例如，直径为1/4英寸的圆形物，该圆形物用基于丙烯酸的胶粘标签染料制作，被切好并放置在方便移除的带状物上)。
例如，用于UV染料的合适的光致变色剂的一个非限制性的示例为螺噁嗪。噁嗪的螺形式是无色的隐色染料；噁嗪和分子的另一芳香部分的共轭系统被sp3-杂化“螺”碳原子分开。在用UV光照射之后，在螺碳和噁嗪之间的键断裂，环打开，螺碳完成sp2杂化并且变为平面，芳香基团旋转，将芳香基团的π-轨道与分子的其余部分对齐，且具有吸收可见光的光子的能力的共轭系统形成，并因此显现为彩色的。当UV源被移除，分子逐步地放松至其基态，碳-氧键重新形成，螺碳再次变为sp3杂化，且分子返回其无色状态。此示例说明了可逆的颜色改变。
在另一非限制性的实施例中，合适的UV为一旦曝露于预设剂量的UV-C辐射就经历颜色改变的UV敏感组合物。UV-C敏感组合物包括卤代聚合物，比如一旦曝露于UV辐射就产生酸的聚偏氯乙烯，以及pH敏感染料。一旦曝露于UV-C辐射，卤代聚合物就经历降解并且产生HCl。作为体系中HCl增加的结果，所述pH敏感染料改变颜色。此组合物可以也包括酸清除组合物和/或稀释剂以控制在体系中产生的HCl的量。由UV-C曝露释放的HCl的量可以被选择性地控制，这样颜色改变可以在期望的UV-C剂量产生。此示例说明了单向性的颜色改变。
可以使用卤代聚合物，比如聚氯乙烯(PVC)、聚偏氯乙烯(PVDC)、乙烯-氯三氟乙烯共聚物、氯化橡胶及其共聚物，而在一些情形中，卤代聚合物也可以与一个或更多个具有很少或没有卤素含量的单体组合。pH敏感染料可以是溴酚蓝、酚红、百里酚蓝、乙基橙、间甲酚紫、新品红、p-甲基红、丽丝胺绿、苯胺蓝、甲基紫、结晶紫、乙基紫、亮绿、oralochite绿草酸盐、甲基绿、甲酚红、喹哪啶红、对甲基红、溴百里酚蓝、间胺黄、橙IV、苯偶氮苯胺、赤藓红B、苯紫红素4B、刚果红、甲基橙、刃天青、甲基红、茜素红、溴甲酚紫、氯酚红或用于多种颜色改变的染料的组合。
在进一步的非限制性的实施例中，UV染料可以是“二芳基乙烯”。二芳基乙烯类大体上具有高热力学的稳定性。二芳基乙烯类借助6-π电环化反应操作，所述反应的热模拟由于空间位阻是不可能的。一些其他光致变色染料具有结晶粉末状的外观，并且为了完成颜色改变，所述染料可能不得不溶解在溶剂中或分散在合适的基体中。然而，一些二芳基乙烯类在异构化时要求形状改变太小了，以致它们具有在保持结晶形式的同时可以在多个态之间转化的优点。
此外，UV染料可以是晶体，Del Sol,L.C.注册的美国商标登记号2,531,301。在此示例中，除了其他之外，所述染料可以被采用于要被绣到制品上的线中。
如在本申请中使用的，“热致变色材料”或者“热致变色组合物”是随着温度改变颜色的组合物。大体上有两类热致变色系统：基于液晶的系统和依赖于分子重排的系统。在任一种情形中，在给定的温度下，材料结构上的改变的发生会引起颜色上的明显改变。所述改变优选地是可逆的，以随着材料冷却下来，所述材料将颜色改变回其初始的状态。在液晶中，从有颜色的状态到透明状态的改变发生在小的温度范围跨度上，典型地小于约5℃，更优选地小于约3℃，并且甚至更优选地小于约1℃。当材料中的晶体改变晶体取向时，出现所述改变。针对于分子重排，典型地无色染料被采用，并且所述染料的活性温度范围通过改变分子的转角和中心位点上的化学基团来控制。无色染料具有比液晶更宽的温度改变范围。
在两种情形中，热致变色材料典型地(但不必需)被包封在微小球形颗粒内部的，以保护所述热致变色材料。这些包封分子必须自身是透明的，并且能够经受住所述热致变色材料将经历的热循环。
在实践中，热致变色材料自身通常不产生两种或更多种颜色。所述材料的被包封的颗粒被印到或者混到另一种第二颜色的材料上。在室温下，样品是热致变色染料的颜色，但是当热致变色染料被加热到它的转变温度以上时，热致变色材料变成透明的，因此表现出下面的底色。例如，如果在室温下将一层红色的热致变色颜料施用到蓝色基体上，基体将显示为红色，但是当基体变热时，其变成蓝色。当温度再次下降时，红颜色会再出现。
如在本文使用的，本发明的一个方面的非限制性和示例的说明涉及“无色染料”，所述“无色染料”常常指在显影之前被当作基本上是无色的或者白色的无色形式的染料，而一旦曝露于热量，所述染料与另一种物质反应，以形成有颜色的染料。变色现象典型地是由于热量曝露造成的化学变化，比如通过氧化作用。
术语“激活剂”指一旦引入热量就与无色染料相互作用的或者反应的组合物。
术语“生成酸的源”包括在热量辐射或者IR辐射的影响下反应以提供酸或者形成酸的原子团(radicals)的组合物。
如在本文使用的，“显影(developing)”或“显影(development)”指无色染料与另一种试剂(比如激活剂)的相互作用或反应，以产生具有期望的颜色的可见的组合物。
如在本文使用的，“吸收剂”通常指一旦曝露于预设频率的电磁辐射可以产生热量的电磁辐射敏感型试剂。所述预设频率可以从一种吸收剂到下一种吸收剂是不同的。根据本发明的实施方案，当与无色染料和/或激活剂共混或者热接触时，吸收剂可以以足够的量存在，以便产生足够使无色染料至少部分地显影的热量。
术语“热接触”指吸收剂和颜色形成组合物之间的空间关系。例如，当吸收剂通过与电磁辐射的相互作用被加热时，由吸收剂生成的热量应该足够引起颜色形成组合物的无色染料通过与激活剂的反应变暗。热接触可以包括吸收剂和无色染料之间的紧密靠近，所述紧密靠近允许从吸收剂朝无色染料和/或激活剂的热量传递。热接触也可以包括吸收剂和无色染料之间的实际接触，如紧邻的层，或者在包括所述两种成分的共混物中。
“稳定试剂”指可以被用来减少当曝露于环境或其他光源时无色染料的不期望的显影的组合物。
“载体”或“液体载体”被定义为包括可以被用来向基体运载无色染料、激活剂、稳定试剂和/或吸收剂的液体组合物。水、表面活性剂、溶剂、助溶剂等可以以各种组合作为液体载体使用。无色染料、激活剂、生成酸的源、吸收剂和稳定试剂的组合可以在共同的液体载体内，或者可以在多种单独的载体中以连续地被施用到基底。在一些实施方案中，液体载体还可以运载其他添加剂，比如聚合物、UV可固化材料和/或着色剂。
术语“可旋转涂覆的组合物(spin-coatable composition)”包括具有溶解或者分散在其中的各种组分的液体载体。在一些实施方案中，所述可旋转涂覆的组合物可以在共同的液体载体中包括颜色形成组合物、吸收剂和稳定试剂。在其他实施方案中，较少的组分可以存在于液体载体形成的可旋转涂覆的组合物中。可替换地，多种液体载体可以被用来运载任意组合的颜色形成组合物、吸收剂和稳定试剂，其中所述颜色形成组合物、吸收剂和稳定试剂中的至少一种是可旋转涂覆的。重要的是要注意到，列出了各种组分的可旋转涂覆的组合物并不需要所述组合物的所有组分都是独立地可旋转涂覆的。换言之，如果具有多种组分的可旋转涂覆的组合物的至少一种组分被描述为可旋转涂覆的，针对本公开的目的，整个组合物被定义为可旋转涂覆的。因此，例如，颜色形成组合物可以是可旋转涂覆的并且被施用到基体，并且随后稳定试剂可以被形成为单独的层，所述层可以通过喷涂、丝网印刷(screen-printing)或者其他不需要可旋转涂覆性能的方法被施用。当在本文提到可旋转涂覆的组合物时，要理解，这个名称仅为示例的目的提供。涂覆组合物可以在一个实施方案中是可旋转涂覆的，或者还可以被配置用于其他施用方法。
注意到，针对无色染料、激活剂、生成酸的源、吸收剂、稳定试剂和其他非液体载体组分，重量百分数的值是相对于干燥基(dry basis)测量的，因此排除液体载体。换言之，除非以其他方式指出，“％重量”或者“重量百分数”的值指排除载体(典型地MEK和/或乙醇)，将存在于颜色形成组合物中的组合物。因此，这样的值是基于在添加具有液体载体的共混物以形成可旋转涂覆的组合物之前的涂覆组合物的干重百分数测量的。总的干的涂覆重量可以包括无色染料、激活剂、生成酸的源、吸收剂、稳定试剂、粘结剂、增塑剂和其他可选的添加剂。应该注意到，所列出的组分中的一些可以是未溶解的固体，并且当与典型的溶剂载体混合时一些组分，例如，稳定试剂等，可以溶解。
当指“固体”时，会出现上述重量百分数的说明的一个例外情况。术语“固体”指组合物的在液体载体中不溶解的组分。典型地，在液体载体干燥以后，无色染料、激活剂、生成酸的源、稳定试剂和/或吸收剂将留在基底上，但是因为这些组分典型地溶解在液体载体中，它们不被包括在固体中。添加剂，比如颜料、聚合物、增塑剂等，可以分散在液体载体中，而不是溶解，并且构成固体含量。该区别对理解是有用的，因为在颜色形成组合物(包括载体)中固体重量的总的量具有上限，以便组合物是可旋转涂覆的。在一个实施方案中，在颜色形成组合物中的固体的总百分比可以是少于10％重量。
浓度、量和其他数值数据在本文中可以以范围格式呈现。要理解，这样的范围格式仅为方便和简洁使用，并且应该被灵活地理解为不仅包括明确叙述为范围的界限点的数值，还包括在该范围内的所有单个数值或者包含在该范围内的子范围，只要每个数值和子范围都被明确叙述。例如，约1μm至约200μm的尺寸范围应该被理解为不仅包括明确叙述的1μm至约200μm的集合界限点，还包括单个的集合，比如2μm、3μm、4μm，以及子范围，比如10μm至50μm、20μm至100μm等。
本发明的热致变色方面大体上涉及使用具体的涂覆组合物将焊接部件标记为焊工在使用，所述涂覆组合物可以可选地为可旋转涂覆的。本发明的可以可选地为可旋转涂覆的涂覆组合物可以以各种方式被制备并施用到各种基底上。例如，可以制备包括液体载体(一旦干燥将被基本上移除)的可旋转涂覆的组合物，所述液体载体包括，不被限制，无色染料、六芳基联咪唑激活剂、生成酸的源、电磁辐射吸收剂和稳定试剂。可旋转涂覆的组合物包括可以作用来改进涂覆性能的液体载体，但是当涂覆时所述液体载体可以通过已知的液体移除方法被移除。典型地，在涂覆过程完成以后，液体载体的至少一部分可以被除去(driven off)或者被允许蒸发。液体载体可以包括，但不被限制于，溶剂(比如甲基乙基酮、异丙醇或者其他醇类)、水、表面活性剂及其混合物。
在可替换的实施方案中，相对于形成颜色的层，例如，无色染料、激活剂、生成酸的组合物，电磁辐射吸收剂可以以单独的层的形式被施用，其中所述单独的层在颜色形成组合物之前或者之后被放置在基底上。
在本发明的一个方面，颜色形成组合物可以被施用为其自己的层，或者可以与吸收剂和/或稳定剂一起被施用。所述颜色形成组合物可以包括无色染料、激活剂和生成酸的源。在本发明的一个方面，适合于在本发明中使用的非限制性和示例的无色染料是选自由氨基-三芳基甲烷、氨基氧杂蒽、氨基硫杂蒽、氨基-9,10-二氢-吖啶、氨基吩噁嗪、氨基吩噻嗪、氨基二氢-吩嗪、氨基氢化肉桂酸和相应的酯、2(p-羟苯基)-4,5-联苯咪唑、茚酮及其混合物组成的组中的成员。在本发明的一个方面，无色染料是氨基三芳基甲烷，比如具有以下结构的无色结晶紫：
通常，无色染料是基本上无色的，并且一旦移除一个或两个氢原子，转换至有颜色的染料。上文提到的类别内多种多样的具体的无色染料可以适合于使用在本发明中，并且是本领域技术人员已知的。
在激活剂存在的情况下，一旦发生热量诱导的氧化作用、质子化作用、开环反应等，上文叙述的无色染料可以形成具有各种可选特性的染料。尽管大范围的组合物适合于在本发明中使用，涂覆组合物可以包含至少约3％重量的无色染料，并且更详细地，可以以从约4％和约20％重量存在。这个重量比范围假定颜色形成组合物(所述颜色形成组合物包括无色染料)、吸收剂和稳定试剂是在共同的涂覆层中，所述共同的涂覆层可以是可选地可旋转涂覆的。然而，本领域技术人员将意识到，如果颜色形成组合物相对于吸收剂和/或稳定剂被施用为单独的层，这个比率可以改变。这些范围仅是示例的，并且取决于期望的图像特性和其他考虑可以使用其他的重量范围。
如所述，无色染料和激活剂之间的相互作用引起无色染料的化学变化，由此在外观上将无色染料的颜色从基本上的白色或者无色改变为基本上有颜色的。有颜色的外观可以是大体上的暗色，比如具有高的光密度的黑色或者深色。通常，一旦施用预设量的热量，无色染料的化学变化发生。适合于在本发明中使用的激活剂通常被称为六芳基联咪唑(HABIs)，并且是可以由本领域技术人员选择的。适合的HABIs激活剂的几个非限制性例子包括2,2'-双(2-乙氧苯基)-4,4',5,5'-四苯基-2',1,1'-二-1H-咪唑(o-EtO-HABI)；2-(o-氯苯基)-4,5-双(m-甲氧基苯基)咪唑二聚物(CMD-HABI)；2,2'-双(2-氯苯基)-4,4',5,5'-四苯基-1,1'-二-1H-咪唑(o-Cl-HABI)；2-(2-甲苯基)-2'-[2-(2-甲苯基)-4,5-联苯-2H-咪唑-2-基]-4,5-联苯-1H-咪唑(o-Me-HABI)；2,2',5-三(2-氯苯基)-4-(3,4-二甲氧基苯基)-4',5'-联苯联咪唑(TCDM-HABI)；2,2',4,4'-四(2-氯苯基)-5,5'-双(3,4-二甲氧基苯基)-2',1'–二-l'-1H-咪唑(TCTM-HABI)；2,2'-二(2'-萘基)-4,4',5,5'-四苯基-l,1'-二-1H-咪唑(N-HABI)；2,2'-双(1-萘基)-4,4'-双(2-氯苯基-5,5'-双(3-甲氧基苯基)-2',1'-二-1H-咪唑(MCN-HABI)；和2,2'-双(1-萘基)-4,4',5,5'-四(3-甲氧基苯基)-2,1'-二-1H-咪唑(MN-HABI)，及其组合。在本发明的一个方面，HABI激活剂是o-EtO-HABI。其他的HABI激活剂可以被使用在本发明中，并且对于本领域技术人员是已知的。在一个实施方案中，本发明的涂覆组合物可以包含从约6％至约45％重量的HABI激活剂。在另一个实施方案中，HABI激活剂可以以从约20％至约40％重量存在。在进一步的详细的方面，HABI激活剂可以以从约25％至约38％重量存在。然而，如果涂覆组合物以多层的方式被施用，所述多层可以是各自可旋转涂覆的，包括这样的一层，在所述一层中颜色形成组合物作为吸收剂和/或稳定试剂不在共同的液体载体中被施用，这些范围值可以被改变，这对于本领域技术人员将是明显的。
在本发明的另一个方面，颜色形成组合物还可以包括生成酸的化合物。所述生成酸的化合物可以被配置为在热量或IR辐射影响下反应，以提供酸或者形成酸的原子团。适合于在本发明中使用的生成酸的化合物包括卤素源，比如，但不被限制于，三溴甲基苯砜、1,2-二溴四氯乙烷、三三氯甲基三嗪、二溴苯亚甲基乙酰苯及其混合物。在本发明的一个方面，卤素源可以是三溴甲基苯砜。
电磁辐射吸收剂可以是涂覆组合物的一部分，并且可以作为可以可选地是可旋转涂覆的单独的层被施用，或者可以在具有颜色形成组合物和/或稳定试剂的共同的液体载体中被施用。吸收剂可以充当能量天线(antenna)，一旦与能量源相互作用就向周围区域提供热量。当电磁辐射吸收剂提供预设量的热量时，可以进行电磁辐射频率和强度与所使用的吸收剂的匹配，以优化系统。吸收剂可以以约0.001％和约10％重量之间的量，并且典型地，约1％和约5％重量之间的量，存在于可旋转涂覆的组合物中，尽管取决于具体的吸收剂的活性，其他的重量范围可以是符合期望的。如之前陈述的，这些重量百分数代表可以存在于单层可旋转涂覆的组合物中的吸收剂的量。在其他实施方案中，这些重量百分数可以被改变，比如当吸收剂针对一个或更多个其他的层被单独地施用时。
各种吸收剂将充当吸收特定频率和范围的电磁辐射的天线。所述吸收剂可以被配置为与本发明的无色染料处于导热关系。例如，吸收剂可以与无色染料被放置在同一层作为共混物的一部分，或者可以被放置在单独的层中。因此，吸收剂可以与颜色形成组合物共混或者热接触。在本发明的一个方面，在施用作为一个层的颜色形成组合物之前或者之后，吸收剂可以作为单独的邻近层被施用到基底。在一个实施方案中，还可以考虑选择吸收剂，从而任何在可见光范围内被吸收的光不会不利地影响未显影的无色染料的图形显示或者外观。
尽管可以使用无机化合物，吸收剂典型地可以是有机化合物，比如，但不被限制于，聚甲基吲哚盐、金属络合物IR染料、吲哚菁绿、杂环化合物及其组合。适合的聚甲基吲哚盐化合物包括2-[2-[2-氯-3-[2-(1,3-二氢-1,3,3-三甲基-2H-吲哚-2-亚基)-亚乙基]-1-环戊烯-1-基-乙烯基]-1,3,3-三甲基-3H-吲哚高氯酸盐；2-[2-[2-氯-3-[2-(1,3-二氢-1,3,3-三甲基-2H-吲哚-2-亚基)-亚乙基]-1-环戊烯-1-基-乙烯基]-1,3,3-三甲基-3H-吲哚氯化物；2-[2-[2-氯-3-[(1,3-二氢-3,3-二甲基-1-丙基-2H-吲哚-2-亚基)亚乙基]-1-环己烯-1-基]乙烯基]-3,3-二甲基-1-丙基吲哚碘化物；2-[2-[2-氯-3-[(1,3-二氢-1,3,3-三甲基-2H-吲哚-2-亚基)亚乙基]-1-环己烯-1-基]乙烯基]-1,3,3-三甲基吲哚碘化物；2-[2-[2-氯-3-[(1,3-二氢-1,3,3-三甲基-2H-吲哚-2-亚基)亚乙基]-1-环己烯-1-基]乙烯基]-1,3,3-三甲基吲哚高氯酸盐；2-[2-[3-[(1,3-二氢-3,3-二甲基-1-丙基-2H-吲哚-2-亚基)亚乙基]-2-(苯基硫代)-1-环己烯-1-基]乙烯基]-3,3-二甲基-1-丙基吲哚高氯酸盐；及其混合物。在本发明的一个方面，IR吸收剂是2-[2-[2-氯-3-[2-(1,3-二氢-1,3,3-三甲基-2H-吲哚-2-亚基)-亚乙基]-1-环戊烯-1-基-乙烯基]-1,3,3-三甲基-3H-吲哚高氯酸盐。其他适合的吸收剂也可以使用在本发明中，并且是本领域技术人员已知的。尽管本文讨论的具体的激活剂和吸收剂是单独的化合物，但是这样的活性还可以由无色染料的构成基团提供，所述构成基团将激活和/或辐射吸收作用并入在所述无色染料分子内。
本发明的涂覆组合物还可以包括可以可选地是可旋转涂覆的稳定试剂。根据本发明的一个方面，稳定试剂可以被包括在颜色形成组合物中。在另一个方面，稳定试剂可以以单独的层存在，并且在颜色形成组合物之后被施用到基底。本发明使用包括二芳基胍染料盐的稳定试剂，以提高环境光稳定性。适合的二芳基胍染料盐包括具有酸基团和二芳基胍的黄色、棕色和橘色染料的盐，比如二苯基胍、二-o-甲苯基胍、二甲苄基胍和二-o-氧胍(di-o-oxylguanidines)。在一个实施方案中，稳定试剂是间胺黄或酒石黄的盐和二-o-甲苯基-苯基胍的共混物。所述共混物的两种组成的结构示出如下。
在本发明的一个方面，二-o-甲苯基苯基胍黄色染料不仅显著增加室内光稳定性，而且还提供不过度暗的良好的“背景”颜色(尽管二-o-甲苯基苯基胍黄色染料技术上并不作为背景存在，因为它或者共混在无色染料层内，或者作为涂覆在无色染料层顶上的层的一部分存在)。其他适合的二芳基胍染料盐包括商业上可获得的LUXOL染料，比如LUXOL耐晒棕K/G、LUXOL耐晒黄T、LUXOL耐晒橘GS、其他的LUXOL染料，及类似的化合物。也可以使用其他有颜色的染料，比如LUXOL耐晒红、黑、蓝等。在一个实施方案中，稳定试剂可以与粘结剂(比如纤维素酯粘结剂)混合，以形成外覆组合物。这个外覆组合物可以继颜色形成组合物层之后被施用到适合的基底。
稳定试剂可以以从约5％重量至约20％重量，并且在一个方面从约7％至约15％重量，比如约10％重量，存在于可旋转涂覆的组合物中。再次，这些重量比假定稳定试剂与颜色形成组合物和吸收剂在一共同的层中一起存在。本领域技术人员将意识到，如果作为单独的层施用，这些范围可以被改变。例如，外覆层可以包含从约10％至约20％重量的稳定试剂。
在本发明的更详细的方面，稳定试剂可以还包括多羟苯甲酮、羟胺、三芳基咪唑、羟苯基苯并三唑及其混合物。在本发明的一个方面，稳定试剂还包括2,2',4,4',-四羟基苯甲酮。在另一个方面，稳定剂还包括二苄基-羟胺。这样的附加的稳定剂可以独立于上文的二芳基胍染料盐以直到约20％重量存在。如果以单独的层存在，这些重量百分数可以被改变。
典型地，激活剂和无色染料存在于一共同的层中，并且因此，可以为预期效果考虑浓度比。然而，如果颜色形成组合物自身包括多个层，可以考虑邻近度(proximity)。
有许多可选的成分可以存在于本发明的可旋转涂覆的组合物中。例如，本发明的组合物中，在单层或者多层的实施方案中，还可以包括粘结剂。适合的粘结剂对于本领域技术人员是已知的，并且包括，但不被限制于，聚合材料，比如来自单体或低聚物的聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷、聚乙烯、多酚或多酚酯、聚氨酯、丙烯酸聚合物及其混合物。为了提供符合期望的形成颜色的性质，可以考虑各种因素，比如粘性和固体含量。本发明的可旋转涂覆的组合物可以具有少于约10％重量的固体，所述固体典型地提供良好的涂覆性质。例如，在一个方面，可旋转涂覆的组合物的固体含量可以是约7％重量。
有时候符合期望的是添加增塑剂以提高覆层的柔性、耐久性和涂覆性能。增塑剂可以是固体的或者液体的增塑剂。这样的适合的增塑剂对于本领域技术人员是已知的。如果无色染料、激活剂、生成酸的源、吸收剂和/或稳定试剂被施用在共同的液体载体中，增塑剂和粘结剂也可以被包括在所述载体中。如果无色染料、激活剂、生成酸的源、稳定试剂和/或吸收剂被施用在多个层中，增塑剂和粘结剂可以被包括在各个液体载体中的任意一个至所有的液体载体中。
也可以进行其他的变化，包括添加非无色着色剂以赋予图像额外的期望的颜色。例如，遮光剂颜料或者其他非无色着色剂的使用可以被利用来提供背景颜色。非无色着色剂可以被添加到涂覆组合物(所述涂覆组合物可以包括颜色形成组合物层、激活剂层和稳定试剂层，或者可以是所述三种层的共混物形成的一个层或者两个层)或者一个或多个保护性层，只要无色染料的显影不会由于可选的着色剂的存在被阻止至少一些显影。在另一个实施方案中，无色染料的部分随后可以被显影，以产生具有有颜色的背景的图像。遮光剂的例子包括碳酸钙、二氧化钛和其他已知的遮光剂。此外，其他非无色着色剂的例子包括染料或者其他颜料。换言之，如果期望保持独立于无色染料显影的有颜色的背景，遮光剂颜料、其他颜料和/或染料可以被混合在载体中，以赋予期望的颜色。
在制备颜色形成组合物时，这样的成分可以被制备成基本上透明或者半透明的溶液。可以使用任何适合的液体载体，比如醇或者表面活性剂，所述液体载体是与被选择使用的具体的无色染料(及其他成分)相容的。当颜色形成组合物以溶液形式被制备时，将有颜色的覆层底印(underprint)在无色染料溶液下方的基底的至少一部分上可以是符合期望的。可选的有颜色的覆层产生在溶液层下面的可见的背景颜色。这个有颜色的覆层可以包含各种非无色着色剂，比如其他颜料和/或染料。可替换地，无色着色剂可以被添加到数据层，以产生期望的背景颜色。激活剂可以被混合在溶液内，或者在溶液被涂覆在所述基底上之前或者之后，被涂覆到基底上。如果背景颜色是预先印制的，这样的覆层和组合物可以使用各种已知的技术中的任何一种被施用到基底，比如丝网印刷、旋转涂覆、溅射或者喷涂。每个覆层可以按顺序被施用并且随后干燥。另外，这样的有颜色的覆层可以被施用在本发明的颜色形成组合物之上。已经发现，当有颜色的外覆层被施用到本发明的颜色形成组合物时，获得提高的环境光稳定性。
无色染料和液晶两者都被限制在它们的感温范围内。向更多基于无机的热致变色组合物的转移(shifting)增加感温上限，并且允许至少大约100-500°F的感温工作环境。
较高温度的热致变色材料的非限制性的示例的实施例包括：元素周期表第I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII族的重金属的晶体，以及基于碱或碱土金属的硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐的粘结剂混合物或者纯组分，热致变色组分与粘结剂的重量比为从2:98到98:2。
为了强化热致变色特征，可以添加热稳定的、非热致变色或低热致变色组分。
热致变色组分的示例的非限制性的例子包括：(i)基于通式(Bi2O3)1-z(MxOy)z的氧化二铋化合物的组合物，其中z的范围从0-0.5，其中M选择由重金属、碱金属、碱土金属及其混合物组成的组——例如，M可以选自以下：Zr(IV)、Hf(IV)、Sn(II)、Sn(IV)、Nb(V)、Ta(V)、Mo(VI)、W(VI)、Cr(III)、Cr(VI)、Mn(II)、Fe(III)、Co(II)、Ni(II)、Pb(II)、Ca(II)、Sr(II)、Ba(II)、Li、Na、K、Rb、Cs；(ii)基于通式(MxOy)m(Bi2O3)nNb(Ta)2O5的铌酸盐和钽酸盐的组合物，其中m的范围从0-1，n的范围从1-2，并且其中M选择由重金属、碱金属、碱土金属及其混合物组成的组——例如，M可以选自以下：Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Pb(II)、Co(II)、Ni(II)、Cr(III)、Cu(II)、Cu(I)；(iii)基于通式(MxOy)m(Bi2O3)nMo(W)O3的钼酸盐和钨酸盐的组合物，其中m的范围从0-1，n的范围从0-12，并且进一步其中M选择由碱金属、碱土金属、重金属及其混合物组成的组——例如，M可以选自以下：Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sn、Ti、Zr、Pb(II)、Mn(II)、Mn(III)、Co(II)、Ni(II)、Cr(III)、Cu(II)；(iv)基于通式(MxOy)m(MexCy)nMo(W,Cr)O3的铬酸盐、钼酸盐和钨酸盐的组合物，其中m的范围从0-1，n的范围从0-1，并且进一步其中M选择由碱金属、碱土金属、重金属及其混合物组成的组，Me是重金属——例如，M可以选自以下：Na、K、Pb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sn、Ti、Zr、Pb(II)，并且Me的例子是Cu(II)、Mn(II)、Mn(III)、Co(II)、Ni(II)、Cr(III)；(v)基于通式(MxOy)m(MexOy)nNb(Ta)2O5的铌酸盐和钽酸盐的组合物，其中m的范围从0-1，n的范围从0-1，并且进一步其中M选择由碱金属、碱土金属、重金属及其混合物组成的组，并且Me选自由Cu(II)、Mn(II)、Mn(III)、Co(II)、Ni(II)、Cr(III)组成的组——例如，M是Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sn、Ti、Zr、Pb(II)。
稳定的非热致变色或低热致变色颜料的例子是钴蓝(blue cobalt)，CoAl2O4或CoWO4或Co1-xZnxWO4或CoMoO4，以及用于热致变色化合物Bi2O3或者选自(ii)和(iii)的化合物。另一个例子是作为热致变色组分的(Bi2O3)x(CrO3)x和作为热稳定颜料的Cr2O3的混合物。热致变色化合物与热致变色颜料的质量比在从50:1到1:30的范围。
不固执于任何一种理论或者操作方式，热致变色现象与固态的相变(多态转变)有关。这类固体热致变色化合物的典型的代表是碘代汞化物(iodomercurates)、铊、汞和银的碘化物中的一些，所述化合物在相变点具有清楚的并且可逆的颜色改变。这些化合物随温度具有高对比度的颜色改变，但是所述化合物只有在低温下是稳定的。对于大部分热致变色化合物，如Ag2HgI4，具有200℃的最大允许温度。
在焊接操作期间，电焊弧生成到达焊接附件的表面的热量和UV辐射。在焊接附件的表面上形成第二图像的热致变色材料或者UV激活材料响应于热量或UV辐射引起所述第二图像出现指示存在热量或UV辐射。第一图像和第二图像可以被选择以强调存在热量或UV辐射或可以因其他理由而被选择。
其他实施方案包括各种各样的其他焊接附件。例如，大体参照图5A和图5B，图示说明另一种焊接面罩12。在如图5A所示没有曝露于电焊弧时，焊接面罩12具有初级图像58。如图5B所示，焊接面罩12也具有由热致变色染料或者UV激活染料形成的次级图像60。如所述图说明的，第一图像和第二图像可以重叠。第一图像和第二图像也可以组合以在焊接附件的表面上形成复合图像。这种第一图像和第二图像的组合容许当被施用于焊接附件时，各种徽标、符号、文字和其他装饰性的或信息性的设计一体化。
大体参照图6A和图6B，说明具有镜架32和镜片34的安全眼镜30。如那些图示说明的安全眼镜30一般在发生焊接操作的建筑、建造和维修现场之内或周围是需要的。安全眼镜也可以具有一个或更多个热量和/或UV曝露指示器36。如图6A所示，热量或UV曝露指示器36可以被放置在镜片34上。可替换地，热量或UV曝露指示器可以被放置在镜架32上。在一个实施方案中，整个镜架32可以是热量或UV曝露指示器。一旦曝露于热或UV辐射，曝露指示器36将改变颜色，或以其他方式，以视觉的方式指示存在热或UV辐射。如图6B所示，指示器转变为变暗的指示器38。热或UV曝露指示器可以如先前讨论的由热致变色染料或UV激活染料形成或者包括热致变色染料或UV激活染料。在一个实施方案中，指示器可以被放置在镜片34的外侧上。在另一实施方案中，指示器可以被放置在镜片34的内侧上。在镜片的内侧放置指示器可以提供到达眼睛的更好的热或UV辐射的量的指示。佩戴安全眼镜30的人以及在焊接环境10中或周围的其他人两者可以通过指示器36被警告存在过量的热量或UV辐射。
在再另一个实施例中，图7A和图7B图示说明了包括热或UV曝露指示器42的焊接夹克40。焊接夹克40可以被曝露于电焊弧和由电焊弧生成的热或UV辐射。一旦曝露，当曝露于过量的量的热量或UV辐射时，指示器将从第一图像转变为第二图像。如图7B所示，第二图像可以是指示焊接操作进行中的消息44。
如前面所解释的，在焊接环境10中，焊接系统14可以在焊枪16或另一焊接器具和工件18之间生成电焊弧，在那里，所述电焊弧生成过量的热量和/或UV辐射。参照图2-4，焊接附件，比如焊接面罩12，可以具有热或UV曝露指示器。这些指示器可以是焊接面罩22的外表面22的一部分。可替换地，UV曝露指示器可以是单独的组件，比如有背胶的指示器，所述指示器可以被附着到焊接附件。
热或UV曝露指示器将具有至少一第一态和一第二态。参照图2，热或UV曝露指示器的第一态可以是焊接面罩12的未装饰的外表面22。第二态可以是如图3-4所示，在曝露于热或UV辐射(或两者)后，出现在焊接面罩12的外表面22上的符号26或徽标28。相似地，如图5A-5B所示，第一态可以是初级图像58而第二态可以是与初级图像56一起显示的次级图像60。
一旦曝露于热量或UV辐射，热或UV曝露指示器就可以提供可逆的视觉指示。例如，焊接面罩12的指示器部分可以在存在热量和/或UV辐射下，从初级图像58转变至次级图像60，并且可以在其后，当热量和/或UV辐射不再存在时，从次级图像60转变回至初级图像58。热或UV激活染料可以被选择以提供针对第二态的期望的持久度。例如，在曝露于来自已经停止的电焊弧的热量或UV辐射后，第二态可以持续至少2、3、5、10或15分钟，或任意其他合适的时间段。
参照图8A-8B，作为一实施例，热量或UV曝露指示器可以也具有相应于关联的热量和/或UV辐射曝露强度的多个态。在一个实施例中，曝露指示器可以是包括充当曝露指示器的分等级的部分52以及包含一种或更多种曝露激活染料的标识50。一旦曝露于预设强度的辐射，分等级的部分52就可以在第一态和第二态之间转变。一旦曝露于更大强度的适当检出的辐射(热或UV)，分等级的部分52就可以转变为第三态和一个或更多个附加态。例如，图8B图示说明了具有分等级的部分52的已激活的部分54和未激活的部分56的标识50。如所图示说明的，分等级的部分52可以被分为不连续的段，每一段相应于预设强度的被吸收的辐射，但不连续的部分不是必需的，且具有基本连续变化的分等级的部分52是可以预期的。
从曝露指示器的第一态至第二态的转变可以包括视觉指示，比如在可见光谱中的颜色的改变。颜色的改变可以包括在不同的颜色之间改变或可以包括在单一的颜色的不同明暗之间改变。如先前讨论的，第二态可以包括徽标、符号、文字或其他装饰性的或信息性的设计。曝露指示器可以与焊接面罩合并，其中曝露指示器与焊接面罩的外表面成一体。如本文描述的曝露指示器也可以与焊接面罩的内表面成一体，以指示在焊接操作期间辐射的侵入焊接面罩的内部。这种辐射的的侵入可以指示在焊接面罩中的缺陷，这样的缺陷降低了焊接面罩在保护焊工的眼睛和头部不辐射侵害的有效性。
曝露指示器的其他设计也是可能的。例如，包括曝露激活染料的曝露指示器可以在具有背胶的基体上形成，比如粘贴物，并且被施用于由接近焊接操作的人员穿戴的衣物。这样的指示器会提供便利的手段以监控曝露、特别是提供给通常不在焊接环境中工作的来访者或嘉宾。
也公开一种用于在焊接操作期间检出累积的辐射曝露的系统，所述系统包括适合于在焊接操作期间生成电焊弧的焊接系统，所述电焊弧生成辐射；具有曝露指示器的焊接附件；以及具有多个分等级的态的曝露指示器，所述曝露指示器包括曝露激活染料，所述曝露激活染料适合于一旦曝露于由电焊弧生成的辐射就提供视觉指示，所述视觉指示是在焊接操作期间一旦曝露于由电焊弧生成的辐射就在多个所述分等级的态之间的转变，以指示累积的曝露。
如上文解释的，标识50可以具有分等级的部分52，所述分等级的部分52适合于通过在多个分等级的态之间的转变来指示曝露的水平。一旦曝露于UV辐射就提供不可逆的改变的曝露激活染料是已知的。这样的染料可以被称为光可改变的或光反应性的，并且也是商业上可获得的。本文使用的曝露激活染料可以也参照这些种类的染料。
分等级的部分52可以适合于在多个态之间转变以指示累积的辐射曝露。分等级的部分52的每一段可以被选择以一旦预设水平的辐射曝露就转变。工作在或接近焊接环境的人可以因此能监控他们的累积的辐射曝露并且采取适当的预防或保护措施以防范这种曝露的影响。
也公开一种用于在焊接操作期间检出辐射曝露的方法，所述方法包括提供适合于在焊接操作期间生成电焊弧的焊接系统，所述电焊弧能够生成UV和热辐射；提供具有至少一第一态和一第二态的曝露指示器，所述曝露指示器包括曝露激活染料，所述曝露激活染料适合于一旦曝露于由电焊弧生成的辐射就提供视觉指示，所述视觉指示是所述曝露指示器的从所述第一态至至少所述第二态的转变；操作所述焊接系统以生成所述电焊弧，所述电焊弧生成辐射，所述辐射引起所述曝露指示器在至少所述第一态和所述第二态之间转变，以指示曝露于来自所述电焊弧的辐射；以及监控所述曝露指示器并且在曝露的预设水平在所述曝露指示器上被指示之后停止所述焊接操作。
如上文所解释的，曝露指示器可以既指示存在辐射又可以适合于指辐射的强度。在一些情形中，当存在由曝露指示器指示的预设水平的辐射时，可以期望停止焊接操作。可替换地，当在焊接环境中的辐射水平超过预设水平时，可以要求附加的保护措施，比如帘幕或遮蔽物。在焊接操作期间检出辐射曝露的方法可以由此提供给焊接操作者和在焊接环境中的其他人信息，以确保随后有恰当的安全预防。
也公开一种用于在焊接操作期间检出累积的辐射曝露的方法，所述方法包括提供适合于在焊接操作期间生成电焊弧的焊接系统，所述电焊弧能够生成辐射；提供具有多个分等级的态的曝露指示器，所述曝露指示器包括曝露激活染料，所述曝露激活染料适合于一旦曝露于由电焊弧生成的辐射就提供视觉指示，所述视觉指示是在多个所述分等级的态之间的转变，以指示累积的曝露；操作所述焊接系统以生成所述电焊弧，所述电焊弧生成辐射，所述辐射引起所述曝露指示器在多个所述分等级的态之间转变，以指示曝露于来自所述电焊弧的预设量的辐射；以及监控所述曝露指示器并且在累积的曝露的预设水平在所述曝露指示器上被指示之后停止所述焊接操作。
尽管某些实施方案已被描述，但是必须被理解的是在没有偏离这样的精神或范围的情况下，可以做出各种改变并且等同体可以被取代。另外，可以对本公开的教导做出许多修改以适合特定的情况或材料，而不偏离本公开的精神或范围。
公开一种焊接附件，以及一种用于在焊接操作期间检出热和/或UV辐射曝露的系统。所述焊接附件可以具有曝露于由电弧焊生成的热和/或UV辐射的表面，在没有曝露于所述热和/或UV辐射时可见的第一图像，以及由UV激活染料或者热致变色染料形成的一第二图像，所述由UV激活染料形成的第二图像只在曝露于由所述电焊弧生成的UV辐射后是可见的，所述由热致变色染料形成的第二图像仅在曝露于预设水平的由所述电焊弧生成的热辐射后是可见的。系统可以包括具有一第一态和至少一第二态的热或UV曝露指示器，并且包括适合于一旦曝露于辐射就提供可逆的或者持续的视觉指示的热致变色染料或UV激活染料。所述视觉指示可以包括符号、徽标、图像、文字或其他如期望的装饰性的或信息性的设计的任意组合。
参考编号：
10  焊接环境
12  焊接面罩
14  焊接系统
16  焊枪
18  工件
22  外表面
24  观察窗口
26  警告符号
28  公司徽标
30  安全眼镜
32  镜架
34  镜片
36  指示器
38  变暗的指示器
40  焊接夹克
42  指示器
44  消息
50  标识
52  分等级的部分
54  已激活的部分
56  未激活的部分
58  初级图像
60  次级图像

Claims (17)

1.一种用于在焊接操作期间检出热辐射曝露的临界温度的系统，所述系统包括：
焊接系统(14)，所述焊接系统(14)适合于在焊接操作期间生成电焊弧，所述电焊弧生成热辐射；
焊接附件(12)，所述焊接附件(12)具有热曝露指示器；并且
所述热曝露指示器具有至少一第一态和一第二态，所述热曝露指示器包括热致变色激活组合物，所述热致变色激活组合物适合于在所述焊接操作期间一旦曝露于由所述电焊弧生成的临界温度就提供视觉指示，所述视觉指示是，在所述焊接操作期间，一旦曝露于由所述电焊弧生成的热辐射，所述热曝露指示器的从所述第一态至至少所述第二态的转变。
2.如权利要求1所述的系统，其中
所述视觉指示是在可见光谱中的颜色改变。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中
所述第二态包括一符号。
4.如权利要求1至3之一所述的系统，其中
所述焊接附件是焊接面罩，其中所述热曝露指示器与所述焊接面罩的一外表面被结合在一起，和/或其中所述热曝露指示器被结合到所述焊接面罩的内表面上，以在所述焊接操作期间指示热辐射侵入所述焊接面罩内部。
5.如权利要求1至4之一所述的系统，其中
所述热曝露指示器是适合于被施用于衣物的粘贴物，所述衣物是临近所述焊接操作的人员穿戴的。
6.如权利要求1至5之一所述的系统，其中
所述热曝露指示器选自由无色材料、基于液晶的材料和无机热致变色组合物组成的组。
7.如权利要求1至6之一所述的系统，其中
一旦曝露于预设量的热辐射，所述热致变色激活组合物就提供视觉指示。
8.如权利要求1至7之一所述的系统，其中
所述视觉指示是可逆的。
9.如权利要求1至8之一所述的系统，其中
所述视觉指示在曝露于UV辐射后持续至少约2分钟。
10.如权利要求1至9之一所述的系统，其中
所述热曝露指示器具有多个分等级的态，其中所述视觉指示是在所述焊接操作期间一旦曝露于由所述电焊弧生成的热辐射在多个所述分等级的态之间的转变，以指示累积的热曝露。
11.一种焊接附件，特别地用于根据权利要求1至10之一所述的系统，所述焊接附件包括：
一表面，所述表面用于在焊接操作期间曝露于电焊弧，所述表面具有一第一图像和一第二图像，
在没有曝露于所述电焊弧时，所述第一图像在所述焊接附件的所述表面上是可见的，并且
所述第二图像由UV激活染料在所述表面上形成，并且在所述焊接操作期间只在曝露于由所述电焊弧生成的热辐射后是可见的，并且其中由热致变色激活组合物在所述表面上形成的所述第二图像是可逆的，以在所述焊接操作期间在从曝露于由所述电焊弧生成的所述热辐射撤出后是不可见的。
12.如权利要求11所述的焊接附件，其中
所述热致变色激活组合物选自由无色材料、基于液晶的材料和无机热致变色组合物组成的组。
13.如权利要求11或12所述的焊接附件，其中
在所述焊接操作期间，由热致变色激活组合物在所述表面上形成的所述第二图像仅在曝露于预设量的由所述电焊弧生成的热辐射后是可见的。
14.如权利要求11至13之一所述的焊接附件，或者如权利要求1至10之一所述的系统，其中
所述焊接附件选自由焊接面罩(12)、焊接夹克、安全帽、布无檐便帽、球帽式帽子、焊接衬衫、安全眼镜、手套、标识、工作靴、腰带和饰品组成的组。
15.如权利要求11至14之一所述的焊接附件，或者如权利要求1至10之一所述的系统，其中
所述热致变色激活组合物是微胶囊化的。
16.一种用于在焊接操作期间检出热辐射曝露的方法，所述方法包括：
提供焊接系统(14)，所述焊接系统(14)适合于在焊接操作期间生成电焊弧，所述电焊弧能够生成热辐射；
提供热致变色曝露指示器，所述热致变色曝露指示器具有至少一第一态和一第二态，所述热致变色曝露指示器包括热致变色激活染料，所述热致变色激活染料适合于一旦曝露于由所述电焊弧生成的热辐射就提供视觉指示，所述视觉指示是所述热致变色曝露指示器的从所述第一态至至少所述第二态的转变；
操作所述焊接系统以生成所述电焊弧，所述电焊弧生成热辐射，所述热辐射引起所述热致变色曝露指示器在至少所述第一态和所述第二态之间转变，以指示曝露于来自所述电焊弧的热辐射；以及
监控所述热致变色曝露指示器并且在预设水平的热曝露在所述热致变色曝露指示器上被指示之后停止所述焊接操作。
17.一种用于在焊接操作期间检出热辐射曝露的系统，所述系统包括：
焊接系统(14)，所述焊接系统(14)适合于在焊接操作期间生成电焊弧，所述电焊弧生成热辐射；
焊接附件(12)，所述焊接附件(12)具有用于指示热曝露的装置；并且
所述用于指示热曝露的装置具有至少一第一态和一第二态，并且包括用于在所述焊接操作期间一旦曝露于由所述电焊弧生成的热辐射就提供视觉指示的装置。
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