CN106928640B - 包含光致变色着色剂的应变仪聚合物 - Google Patents

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Abstract

一种复合材料制成品包括可挤出的热塑性基质和光致变色着色剂，所述光致变色着色剂赋予所述复合材料可逆的应变诱导的颜色变化性质。方法包括将光致变色着色剂添加至可挤出的热塑性聚合物基质以形成混合物、加热所述混合物以形成复合材料，其中所述光致变色着色剂赋予所述复合材料可逆的应变诱导的颜色变化性质。所述复合材料制成品可用于缆线涂层中，所述缆线涂层允许基于可逆的应变诱导的颜色变化性质而可视化检测电线中的机械应力。

Description

包含光致变色着色剂的应变仪聚合物
背景技术
本公开涉及检测聚合物中的应变。更特别地，本公开涉及复合材料结构，其中可在目测时检测应变。
对材料中的应变的测量通常使用仪器完成。仅有极少的可提供应变的可视化测量的材料的例子。一个例子是液晶体系，其非常依赖于厚度，并且是成本较高的选择。需要聚合材料中的应变的低成本可视化指示。
发明内容
在一些方面，本文的实施例涉及复合材料制成品，其包括可挤出的热塑性基质和光致变色着色剂，其中所述光致变色着色剂赋予所述复合材料可逆的应变诱导的颜色变化性质。
在一些方面，本文的实施例涉及方法，其包括将光致变色着色剂添加至可挤出的热塑性聚合物基质以形成混合物、加热所述混合物以形成复合材料，其中所述光致变色着色剂赋予所述复合材料可逆的应变诱导的颜色变化性质。
在一些方面，本文的实施例涉及允许可视化检测电线中的机械应力的缆线涂层，所述缆线涂层包括复合材料，所述复合材料包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯基质和光致变色着色剂，其中所述光致变色着色剂赋予所述复合材料可逆的应变诱导的颜色变化性质。
具体实施方式
在实施例中，提供了复合材料制成品，其包括可挤出的热塑性基质和光致变色着色剂，其中选择所述光致变色着色剂以赋予所述复合材料可逆的应变诱导的颜色变化性质。
如本文所用，“可挤出的”指能够例如通过熔体流动指数(MFI)挤出机或迫使热塑性聚合物熔体通过孔口的类似装置而熔体挤出的热塑性基质材料。孔口形状无需为圆形，孔口可包括任意几何形状，如方形、矩形、三角形等。这些几何形状中的任意者也可以中空的形式(如中空圆柱体)获得。可挤出的热塑性基质材料可具有在约50℃至约400℃，或约750℃至约340℃范围内的聚合物熔融温度。
如本文所用，“热塑性基质”指复合材料的聚合物基质组分。热塑性基质可为本文公开的复合材料的本体材料。在实施例中，复合材料也可组合超过一种类型的热塑性基质。热塑性基质可被选择为具有某些挠曲性质，例如材料可具有小于2GPa，如小于1GPa，或小于0.5GPa的弯曲模量。
在实施例中，可挤出的热塑性基质可为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。在实施例中，组分丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的比例可分别为约15至约35％:约5至约30％:约40至约60％。在其他实施例中，可挤出的热塑性基质可基于丙烯酸类聚合物，如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、尼龙、聚乳酸(PLA)、聚苯并咪唑(PBI)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI，如来自萨比克公司(Sabic)的Ultem 9085)、聚苯醚(PPO)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯醚、聚苯砜(PPSF，亦称来自索尔维公司(Solvay)的Radel R)、聚己内酯。前述可挤出的热塑性基质材料中的任意者可组合使用或者可作为上述的共聚物使用。
如本文所用，“光致变色着色剂”通常指当暴露于光照射时可改变颜色的颜料和染料。根据本文的实施例，已发现某些光致变色着色剂不仅在光照射时，而且在经受物理应力时响应颜色变化。在实施例中，光致变色着色剂选择为第一类型，由此颜色变化在光诱导的颜色变化方面也是可逆的。光致变色着色剂的例子包括但不限于三芳基甲烷、芪、氮杂芪、硝酮、俘精酸酐、螺吡喃、萘并吡喃、螺恶嗪、醌、二芳基乙烯。在实施例中，可在本文的复合材料结构中使用光致变色着色剂的任意组合。
在实施例中，光致变色着色剂(或染料和其他化合物类型)可选自多种类别，包括但不限于三芳基甲烷、芪、氮杂芪、硝酮、俘精酸酐、螺吡喃、萘并吡喃、螺恶嗪、醌和二芳基乙烯。在实施例中，光致变色着色剂可包括公开于Dürr等人，‘Photochromism,Molecules&Systems’,Elsevier Publishing 2003中的那些。
在实施例中，光致变色着色剂可为螺吡喃或螺恶嗪。在实施例中，光致变色着色剂可具有式A的结构：
Figure BDA0001185835270000031
其中：X为CH或N；R1可为卤素或C1-C4烷氧基；R2、R3、R4和R5独立地选自硝基、卤素和C1-C4烷氧基；或者R2、R3、R4和R5的任意相邻(即，邻位的)对在一起可形成另一稠合苯环。卤素可包括例如Cl、Br、I和F。C1-C4烷氧基可包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、异丁氧基和叔丁氧基。
例如，光致变色着色剂可为式1的结构：
Figure BDA0001185835270000032
其他式A的化合物如下示于实例中。
在实施例中，光致变色着色剂可为三芳基甲烷，如：取代的无色氰化物(leucocyanide)族。
在实施例中，光致变色着色剂可为芪，如：取代的DHP(4a,4b-二氢菲)。
在实施例中，光致变色着色剂可为氮杂芪。
在实施例中，光致变色着色剂可为硝酮，如：二芳基硝酮。
在实施例中，光致变色着色剂可为俘精酸酐，如：二苯基俘精酸酐。
在实施例中，光致变色着色剂可为螺吡喃，如：螺1,3,3-三甲基吲哚啉-β-萘并吡喃(1)。
在实施例中，光致变色着色剂可为萘并吡喃，如：如公开于U.S.5,411,679中的3-(2,4-二甲氧基苯基),3-(4-甲氧基苯基)-(3H)-苯并(b)呋喃并[2,3-f]-1-苯并吡喃。
在实施例中，光致变色着色剂可为螺恶嗪，如：1,3-二氢-1,3,3-三甲基螺[2H-吲哚-2,3’-[3H]萘并[2,1-b][1,4]恶嗪]。
在实施例中，光致变色着色剂可为二芳基乙烯，如：公开于U.S.2010/0215599中的1,2-双(2-甲基-5-苯基-3-噻吩基)-3,3,4,4,5,5-六氟环戊烯(商标名DAE-MP(山田化学公司(Yamada Chemical)))。
在实施例中，光致变色着色剂可为偶氮苯。
在实施例中，光致变色着色剂可为醌，如1-苯氧基蒽醌。
在实施例中，光致变色着色剂基于无机银或锌盐，包括卤化物盐。例子包括但不限于氯化银、氯化钠、氯化钾、氯化锌(II)、氯化钴(II)、硝酸铜(II)、氯化汞(II)、氯化锡(II)。也可使用有机金属盐，如环烷酸钡、环烷酸锌、环烷酸钴、环烷酸铅和环烷酸锑(III)。其他包括公开于U.S.2004/0259975中的那些。
在实施例中，光致变色着色剂可以以在复合材料的约0.1重量％至复合材料的约5.0重量％，或复合材料的约0.2重量％至约3.0重量％，或复合材料的约0.3重量％至约1.0重量％范围内的量存在。
在实施例中，通过对复合材料施加热量，可逆的应变诱导的颜色变化性质为可逆的。如本文所用，“应变诱导的颜色变化”意指在复合材料处于物理应力(包括但不限于弯曲、挠曲、冲击、剪切应力及其组合)下的区域处，复合材料结构的颜色改变。
在实施例中，复合材料制成品可采取长丝、涂层或膜的形式。在实施例中，复合材料制成品为长丝。在实施例中，复合材料制成品为涂层。在实施例中，复合材料制成品为中空管，所述中空管设计为包覆电线或包覆作为缆线的一束电线。在一些这种实施例中，对于观察者的眼睛可视的颜色变化可表示缆线上物理应力的位置。
在实施例中，本文的复合材料制成品可具有在约0.01吉帕斯卡至约4.0吉帕斯卡范围内的弹性模量。
在实施例中，提供了方法，其包括将光致变色着色剂添加至可挤出的热塑性聚合物基质以形成混合物，以及加热所述混合物以形成复合材料，其中选择所述光致变色着色剂以赋予所述复合材料可逆的应变诱导的颜色变化性质。
在实施例中，所述方法还包括将所述复合材料研磨成丸粒。在实施例中，所述方法还包括在熔体挤出机中挤出所述丸粒以提供复合材料的长丝。在实施例中，可将所述长丝缠绕至线轴上以包装和运输用于下游使用。
在实施例中，长丝可选择为具有适用于增量制造(即3-D打印机)装置中的直径。在这种实施例中，方法还可包括使用长丝3-D打印三维物体。所得三维物体可包括一个部分，在使用时需要在所述部分处进行应力评估。例如，打印的螺母/螺栓组件，其中当通过扳手紧固螺母/螺栓时，其上的应变可通过颜色变化而可视化显示。
在实施例中，方法还包括在缆线和/或电线上由本文公开的复合材料形成涂层。涂布过程可起始于丸粒或长丝，或甚至糊剂。例如，可通过围绕缆线模制或者浸涂而将所述糊剂施用至缆线。在实施例中，作为挤出的替代方式，可使丸粒或其他形式的复合材料制成品进一步经受模制技术。复合材料制成品领域的技术人员将了解，可使用其他技术来操作本文公开的复合材料制成品。
在实施例中，可在本文的方法中使用前述光致变色着色剂中的任意者，包括具有式1的结构的光致变色着色剂：
Figure BDA0001185835270000051
在实施例中，本文公开的方法可以以如下量使用光致变色着色剂：所述量在复合材料的约0.1重量％至复合材料的约5.0重量％范围内。
在实施例中，产生复合材料制成品的本文的方法可包括本领域使用的任何另外的复合材料制造技术。复合材料的另外的操作的非限制性的例子包括注塑成型、吹塑成型、压缩成型、气体注塑成型、热成型和挤出。
在实施例中，提供了允许可视化检测电线中的机械应力的缆线涂层，所述缆线涂层包括复合材料，所述复合材料包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯基质和光致变色着色剂，其中所述光致变色着色剂赋予所述复合材料可逆的应变诱导的颜色变化性质。在实施例中，缆线涂层中使用的复合材料可包含光致变色着色剂，所述光致变色着色剂在光诱导的颜色变化方面为可逆的。
在实施例中，在缆线涂层复合材料中使用的光致变色着色剂具有式1的结构：
Figure BDA0001185835270000052
在实施例中，缆线涂层的复合材料可具有以如下量存在的光致变色着色剂：所述量在复合材料的约0.1重量％至复合材料的约5.0重量％范围内。在实施例中，通过将热量施加至缆线涂层，所述缆线涂层可提供可逆的应变诱导的颜色变化。
在实施例中，一旦由本文公开的复合材料制成品形成的任意物体(包括用于电线的缆线涂层)为其最终形式，则其可被进一步涂布。所述进一步的涂层可设计为降低在环境暴露时的光氧化和其他劣化。
在实施例中，缆线涂层的复合材料设计为具有在约0.1mm至约5mm范围内的厚度。举例而言，约2mm的孔口适于具有约1.74mm的直径的长丝的目标涂层。
在示例性实施例中，提供了一种复合材料，其包含与光致变色分子共混的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。所述复合材料可通过如下方式制得：熔融混合，随后挤出通过熔体流动指数机以提供长丝。长丝可被挠曲，并在应变区域中褪色。褪色可在膜中保持，并可在复合材料被加热至其软化温度以上时再次着色。此类复合材料可用于例如电线的缆线涂层中。
在特定实施例中，着色剂/聚合物复合材料可通过将约0.5wt％的螺吡喃1(螺1,3,3-三甲基吲哚啉-β-萘并吡喃)加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)中而制得。
Figure BDA0001185835270000061
在混合之后，可研磨复合材料，并将其进料通过MFI(熔体流动指数)挤出机以提供约2至3英尺的长丝，尽管长度不必如此限定。
呈递如下实例以说明本公开的实施例。这些实例旨在仅仅为说明性的，且不旨在限制本公开的范围。而且，除非另外指出，否则份数和百分数以重量计。如本文所用，“室温”指约20℃至约25℃的温度。
实例
实例1
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在ABS中包含约0.5％的光致变色化合物1。
将49.75g的ABS聚合物(ABS MG94，开源3D打印有限责任公司(Open Source 3DPrinting LLC))进料至加热至190℃的Haake混合器中。将0.25g光致变色化合物1(1,3,3-三甲基吲哚啉-β-萘并吡喃，TCI化学公司(TCI Chemical)，产品号T0423)逐渐进料至料斗中，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。(回收43.91g)。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置，并在190℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。将温度增加至200℃以改进流动。产生4.48g具有亮品红色的长丝部分。长丝为1.07m长，具有2.12-2.25mm的直径。
实例2
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在PCL(聚己内酯)中包含约0.5％的光致变色化合物1。
将49.75g的PCL聚合物(InstaMorph，亚利桑那州斯科茨代尔的快乐线狗有限责任公司(Happy Wire Dog,LLC,Scottsdale,AZ))进料至加热至62℃的Haake混合器中。将0.25g光致变色化合物1(1,3,3-三甲基吲哚啉-β-萘并吡喃(T0423)，奥勒冈州波特兰的TCI化学公司(TCI Chemical,Portland,OR))逐渐进料至料斗中，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。(回收43.87g)。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置，并在90℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。在挤出9.18分钟之后，产生5.55g具有半透明品红色的长丝部分。长丝为1.48m长，具有1.67-2.02mm的直径。
实例3
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在PLA(聚乳酸)中包含约0.5％的光致变色化合物1。
将49.75g的PLA聚合物(Ingeo Biopolymer 4043D，明尼苏达州明尼唐卡的萘琪沃克有限责任公司(NatureWorks LLC,Minnetonka,Minnesota))进料至加热至170℃的Haake混合器中。将0.25g光致变色化合物1(1,3,3-三甲基吲哚啉-β-萘并吡喃(T0423)，奥勒冈州波特兰的TCI化学公司(TCI Chemical,Portland,OR))逐渐进料至料斗中，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。(回收44.69)。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置，并在170℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。在挤出4.83分钟之后，产生7.24g具有不透明品红色的长丝部分。长丝为1.91m长，具有1.36-2.04mm的直径。
如下实例4至13为预示的，其使用如实例1中的ABS聚合物，预计可得自西格玛奥德里奇公司(Sigma Aldrich)的各种光致变色染料(螺吡喃和螺恶嗪)以基本上相同的方式起作用。
实例4
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在ABS中包含约0.5％的光致变色化合物2(1’,3’-二氢-1’,3’,3’-三甲基-6-硝基螺[2H-1-苯并吡喃-2,2’-(2H)-吲哚)。
Figure BDA0001185835270000081
将49.75g的ABS聚合物(ABS MG94，犹他州普莱森特格罗夫的开源3D打印有限责任公司(Open Source 3D Printing LLC,Pleasant Grove,UT))进料至加热至190℃的Haake混合器中。然后将0.25g光致变色化合物2逐渐进料至料斗，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置中，并在190℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。将温度增加至200℃以改进流动。产生具有亮色的长丝部分。
实例5
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在ABS中包含约0.5％的光致变色化合物3(1’,3’-二氢-8-甲氧基-1’,3’,3’-三甲基-6-硝基螺[2H-1-苯并吡喃-2,2’-(2H)-吲哚)。
Figure BDA0001185835270000082
将49.75g的ABS聚合物(ABS MG94，犹他州普莱森特格罗夫的开源3D打印有限责任公司(Open Source 3D Printing LLC,Pleasant Grove,UT))进料至加热至190℃的Haake混合器中。然后将0.25g光致变色化合物3逐渐进料至料斗，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置中，并在190℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。将温度增加至200℃以改进流动。产生具有亮色的长丝部分。
实例6
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在ABS中包含约0.5％的光致变色化合物4(1,3-二氢-1,3,3-三甲基螺[2H-吲哚-2,3’-[3H]萘并[2,1-b][1,4]恶嗪)。
Figure BDA0001185835270000091
将49.75g的ABS聚合物(ABS MG94，犹他州普莱森特格罗夫的开源3D打印有限责任公司(Open Source 3D Printing LLC,Pleasant Grove,UT))进料至加热至190℃的Haake混合器中。然后将0.25g光致变色化合物4逐渐进料至料斗，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置中，并在190℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。将温度增加至200℃以改进流动。产生具有亮色的长丝部分。
实例7
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在ABS中包含约0.5％的光致变色化合物5(6,8-二溴-1’,3’-二氢-1’,3’,3’-三甲基螺[2H-1-苯并吡喃-2,2’-(2H)-吲哚)。
Figure BDA0001185835270000092
将49.75g的ABS聚合物(ABS MG94，犹他州普莱森特格罗夫的开源3D打印有限责任公司(Open Source 3D Printing LLC,Pleasant Grove,UT))进料至加热至190℃的Haake混合器中。然后将0.25g光致变色化合物5逐渐进料至料斗，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置中，并在190℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。将温度增加至200℃以改进流动。产生具有亮色的长丝部分。
实例8
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在ABS中包含约0.5％的光致变色化合物6(5-氯-1,3-二氢-1,3,3-三甲基螺[2H-吲哚-2,3’[3H]菲并[9.10-b][1,4]恶嗪)。
Figure BDA0001185835270000101
将49.75g的ABS聚合物(ABS MG94，犹他州普莱森特格罗夫的开源3D打印有限责任公司(Open Source 3D Printing LLC,Pleasant Grove,UT))进料至加热至190℃的Haake混合器中。然后将0.25g光致变色化合物6逐渐进料至料斗，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置中，并在190℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。将温度增加至200℃以改进流动。产生具有亮色的长丝部分。
实例9
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在ABS中包含约0.5％的光致变色化合物7(6-溴-1’,3’-二氢-1’,3’,3’-三甲基-8-硝基螺[2H-1-苯并吡喃-2,2’-(2H)-吲哚)。
Figure BDA0001185835270000102
将49.75g的ABS聚合物(ABS MG94，犹他州普莱森特格罗夫的开源3D打印有限责任公司(Open Source 3D Printing LLC,Pleasant Grove,UT))进料至加热至190℃的Haake混合器中。然后将0.25g光致变色化合物7逐渐进料至料斗，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置中，并在190℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。将温度增加至200℃以改进流动。产生具有亮色的长丝部分。
实例10
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在ABS中包含约0.5％的光致变色化合物8(5-氯-1,3-二氢-1,3,3-三甲基螺[2H-吲哚-2,3’[3H]萘并[2,1-b][1,4]恶嗪)。
Figure BDA0001185835270000111
将49.75g的ABS聚合物(ABS MG94，犹他州普莱森特格罗夫的开源3D打印有限责任公司(Open Source 3D Printing LLC,Pleasant Grove,UT))进料至加热至190℃的Haake混合器中。然后将0.25g光致变色化合物8逐渐进料至料斗，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置中，并在190℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。将温度增加至200℃以改进流动。产生具有亮色的长丝部分。
实例11
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在ABS中包含约0.5％的光致变色化合物9(1’,3’-二氢-5’-甲氧基-1’,3’,3’-三甲基-6-硝基螺[2H-1-苯并吡喃-2,2’-(2H)-吲哚)。
Figure BDA0001185835270000121
将49.75g的ABS聚合物(ABS MG94，犹他州普莱森特格罗夫的开源3D打印有限责任公司(Open Source 3D Printing LLC,Pleasant Grove,UT))进料至加热至190℃的Haake混合器中。然后将0.25g光致变色化合物9逐渐进料至料斗，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置中，并在190℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。将温度增加至200℃以改进流动。产生具有亮色的长丝部分。
实例12
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在ABS中包含约0.5％的光致变色化合物10(1,3-二氢-1,3,3-三甲基螺[2H-吲哚-2,3’-[3H]菲并[9,10-b][1,3]恶嗪)。
Figure BDA0001185835270000122
将49.75g的ABS聚合物(ABS MG94，犹他州普莱森特格罗夫的开源3D打印有限责任公司(Open Source 3D Printing LLC,Pleasant Grove,UT))进料至加热至190℃的Haake混合器中。然后将0.25g光致变色化合物10逐渐进料至料斗，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置中，并在190℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。将温度增加至200℃以改进流动。产生具有亮色的长丝部分。
实例13
该实例描述了用于制备根据本文的实施例的示例性复合材料的过程，所述复合材料在ABS中包含约0.5％的光致变色化合物11(5-甲氧基-1,3,3-三甲基螺[吲哚啉-2,3’-[3H]萘并[2,1-b]吡喃)。
Figure BDA0001185835270000131
将49.75g的ABS聚合物(ABS MG94，犹他州普莱森特格罗夫的开源3D打印有限责任公司(Open Source 3D Printing LLC,Pleasant Grove,UT))进料至加热至190℃的Haake混合器中。然后将0.25g光致变色化合物11逐渐进料至料斗，混合物在30RPM下配混30分钟。在30分钟之后，关闭Haake混合器，将混合物从混合器中移出。在冷却之后，将材料研磨成细丸粒，进料至熔体流动指数(MFI)装置中，并在190℃下平衡6分钟。接着，使用16.96kg砝码将丸粒挤出通过2mm直径的冲模。将温度增加至200℃以改进流动。产生具有亮色的长丝部分。
实例14
应变计性质演示
用手将来自实例1的长丝片段手动挠曲至约60度。挠曲部分立即在挠曲区中褪色。在矫直材料之后，褪色保持。在使用热风枪将挠曲的长丝加热至约140℃之后，挠曲长丝返回至其初始品红色。
尽管本文的实施例提供了允许目测应变的复合材料，但也可基于未弯曲区域与弯曲区域之间的光密度差来测量应变。
在挠曲载荷下光致变色长丝的光密度的测量：使用Keyence数字显微镜获取长丝的高分辨率图像并打印。在每个图像的十字区域中使用GretagMacBeth光密度计在打印的图像上测量L*光密度。由于长丝的曲率和小的横截面积，不可能直接在部件上测量密度。L*a*b*值和密度的概要如下示于表1中。
表1
Figure BDA0001185835270000132
Figure BDA0001185835270000141

Claims (10)

1.光致变色着色剂用于在目测时检测复合材料应变的用途，所述复合材料包括：
可挤出的热塑性基质；和
光致变色着色剂；
其中所述光致变色着色剂赋予所述复合材料可逆的应变诱导的颜色变化性质，并且所述光致变色着色剂具有式A的结构：
Figure FDA0002911517360000011
其中：X为CH或N；R1为卤素或C1-C4烷氧基；R2、R3、R4和R5独立地选自硝基、卤素和C1-C4烷氧基；或者R2、R3、R4和R5的任意相邻对在一起形成另一稠合苯环。
2.根据权利要求1所述的用途，其中所述可挤出的热塑性基质为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
3.根据权利要求1所述的用途，其中所述复合材料具有在0.01吉帕斯卡至4.0吉帕斯卡范围内的弹性模量。
4.根据权利要求1所述的用途，其中所述复合材料具有在2GPa至0.1GPa范围内的弯曲模量。
5.根据权利要求1所述的用途，其中所述复合材料的制备方法包括：
将所述光致变色着色剂添加至所述可挤出的热塑性基质以形成混合物；
加热所述混合物以形成复合材料。
6.根据权利要求5所述的用途，其中所述制备方法还包括将所述复合材料研磨成丸粒。
7.一种允许可视化检测电线中的机械应力的缆线涂层，所述缆线涂层包括复合材料，所述复合材料包含：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯基质；和
光致变色着色剂；
其中所述光致变色着色剂赋予所述复合材料可逆的应变诱导的颜色变化性质，并且所述光致变色着色剂具有式A的结构：
Figure FDA0002911517360000021
其中：X为CH或N；R1为卤素或C1-C4烷氧基；R2、R3、R4和R5独立地选自硝基、卤素和C1-C4烷氧基；或者R2、R3、R4和R5的任意相邻对在一起形成另一稠合苯环。
8.根据权利要求7所述的缆线涂层，其中所述光致变色着色剂在光诱导的颜色变化方面为可逆的。
9.根据权利要求7所述的缆线涂层，其中所述光致变色着色剂以在所述复合材料的0.1重量％至所述复合材料的5.0重量％范围内的量存在。
10.一种允许可视化检测电线中的机械应力的缆线涂层，所述缆线涂层包括复合材料，所述复合材料包含：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯基质；和
光致变色着色剂；
其中所述光致变色着色剂赋予所述复合材料可逆的应变诱导的颜色变化性质，并且所述光致变色着色剂具有式1至11中任一项的结构：
Figure FDA0002911517360000022
Figure FDA0002911517360000031
Figure FDA0002911517360000041
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