RU221997U1 - Необратимая термоиндикаторная наклейка - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для регистрации факта превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, а именно к устройствам, представляющим собой термоиндикаторную наклейку с необратимым визуальным эффектом срабатывания и обладающим высокой скоростью и точностью срабатывания. Термоиндикаторная наклейка для необратимой регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, включающая: клеевой слой; гибкую основу, на которую нанесены информационные элементы, включающие численное значение по меньшей мере одной пороговой температуры, и по меньшей мере один покрытый защитной полимерной пленкой термочувствительный материал, который в исходном состоянии непрозрачен по крайней мере для части видимого света и имеет микроструктуру, включающую твердое органическое вещество и распределенные по объему термочувствительного материала пустоты, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.%. Полезная модель обеспечивает повышение безопасности эксплуатации как контролируемого оборудования, так и самого устройства регистрации превышения по меньшей мере одной пороговой температуры на всем сроке эксплуатации. 15 з.п., 9 ил., 21 пр., 3 табл.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к устройствам для регистрации факта превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, а именно к устройствам, представляющим собой термоиндикаторную наклейку с необратимым визуальным эффектом срабатывания и обладающим высокой скоростью и точностью срабатывания.

Уровень техники

Повышение температуры - один из первых и самых частых признаков развития дефектов различного оборудования, таких как, рост переходного контактного сопротивления в электроэнергетике, нарушения в работе подшипников в механике, межвитковые замыкания в обмотке электродвигателей, выход из строя зарядных устройств или аккумуляторов в бытовых приборах. Своевременное выявление таких перегревов позволяет заблаговременно устранить неисправность и не допустить выхода из строя оборудования, возникновения аварийных ситуаций и связанных с ними пожаров или отключений. В технических и нормативных документах установлены предельно допустимые температуры, нагрев выше которых следует рассматривать как дефект, требующий незамедлительного прекращения эксплуатации и вывода оборудования в ремонт (например, РД 34.45-51.300-97, РД 153-34.0-20.363-99, ГОСТ 8865-93, 8024-90, 10693-81, 2213-79, 10434-82, 16708-84, 2585-81, 32397-2020, 26346-84, 839-2019, ГОСТ Р 51321.1-2007 и др.).

Для выявления дефектов, связанных с превышением предельно допустимых температур, используются различные методы диагностики. Самым широко используемым методом тепловой диагностики является тепловизионный контроль. Однако тепловизионная диагностика имеет фундаментальное ограничение, связанное с тем, что с ее помощью можно увидеть тепловую картину только в момент осмотра. Поскольку нагрев оборудования, в большинстве случаев, напрямую связан с его нагрузкой, наиболее информативной и достоверной является диагностика в момент пиковой нагрузки (при номинальных или пусковых токах, максимальных оборотах и т.п.). В соответствии с руководящими документами для проведения тепловизионной диагностики рекомендовано создание специальных режимов нагрузки оборудования, механизмов и агрегатов. Кроме того, большинство современного оборудования не допускает проведение осмотра под нагрузкой в силу конструкционных особенностей или требований безопасности. Таким образом, выявляемость дефектов с помощью тепловизоров является невысокой.

Для автоматического непрерывного контроля температуры используют электронные приборы, например, термоэлектрические преобразователи (термопары), пирометры и другие сенсоры со специальным записывающим устройством, либо различные индикаторы перегрева. Особенностью электронных датчиков является измерение температуры только в точке контакта сенсора и устройства. Это не позволяет выявлять локальные дефекты, возникающие на отдельном участке большой поверхности, например, межвитковые замыкания трансформаторов или возникновение частичных разрядов в оболочке кабелей или кабельных муфт. В этом случае происходит нагрев небольшого участка внешней изоляции кабеля, имеющий площадь несколько квадратных миллиметров. Увидеть такой нагрев, например, термопарой, закрепленной всего в нескольких сантиметрах от дефекта или проложенной внутри кабеля, невозможно. Кроме того, электронные датчики имеют сложную конструкцию, требуют подвод питания, не позволяют измерять температуру движущихся частей или участков электрической цепи под высоким напряжением.

Также известно, использование температурных индикаторных красок и лаков, принцип действия которых основан на плавлении пигмента, описано в ряде документов, среди которых, например, CN 112322134 A (дата публикации 23.09.2020), CN 111849346 A (дата публикации 11.07.2020), CN 108610694 А (дата публикации 09.12.2016), SU 1765145 A1 (дата получения 30.10.1989), SU 576334 A1 (дата публикации 25.05.1976). Как правило, такие краски состоят из синтетических смол, наполнителей и плавких компонентов, диспергированных в воде или растворителе. При нагревании выше заданной температуры происходит расплавление термочувствительного компонента, что приводит к изменению цвета состава за счет изменения коэффициента преломления. Как правило, после остывания цвет таких составов не меняется или меняется незначительно, что позволяет легко фиксировать факт происходившего перегрева при визуальном осмотре. Большая площадь, которую можно покрыть с использованием термочувствительной краски, позволяет локализовать точное место превышения температуры. Другим достоинством таких индикаторов является возможность их нанесения на поверхности любой формы и размера.

Тем не менее, индикаторные краски обладают рядом особенностей, к которым следует отнести:

- на краске нельзя указать температуру. При визуальном осмотре оборудования оператор может увидеть только факт превышение температуры, но не может определить численное значение превышенного порога. Для этого необходимо делать специальные пометки. Отсутствие таких записей может привести к ошибке.

- стекание индикаторной краски при превышении пороговой температуры. Под воздействием температуры после расплавления термочувствительного компонента краска становится менее вязкой и может стечь с поверхности на открытые токопроводящие элементы электроустановки или подвижные элементы механизмов, что может привести к коротким замыканиям, потере электрической прочности, нагревам, заклиниваниям, возгораниям и прочим авариям.

- невозможность определения температуры с высокой точностью, поскольку краска наносятся на поверхности неоднородным слоем. Особенно это касается элементов со сложной геометрией поверхности. Как следствие, участки с более толстым слоем краски будут прогреваться дольше, а разница между температурой поверхности и температурой фазового перехода (срабатывания) будет больше, чем на участках с более тонким слоем.

- низкая адгезия и сложность нанесения краски на провода из неадгезионных материалов (силикон, полиэтилен, фторопласт). Большое количество термоплавкого пигмента, необходимое для отчетливой визуализации перегрева, как правило, приводит к снижению доли полимерного связующего в составе и уменьшает адгезию краски. Это приводит к тому, что состав легко отлепляется при механических воздействиях.

- зависимость температуры срабатывания краски от химического покрытия поверхности. Поскольку краска вступает в прямой контакт с материалом, на который она наносится, например, изоляцию кабеля или лакокрасочное покрытие корпуса двигателя, в состав краски могут экстрагироваться различные вещества, в первую очередь, антипирены и пластификаторы. Такие вещества могут приводить к образованию эвтектических смесей с термоплавким компонентом или иным образом влиять на температуру фазового перехода.

Другой особенностью представленных выше изобретений является их ограниченная способность работы в условиях пониженных давлений или вакуума из-за возгонки основных веществ. В источниках SU 867919 A1 (дата публикации 30.09.1981), SU 401214 A1 (дата публикации 08.05.1976) описаны термочувствительные составы, предназначенные для визуального и фотографического определения температуры поверхности тел при атмосферном давлении и в вакууме до 10-4 мм рт.ст.. В них раскрываются смеси термочувствительных компонентов, в роли которых используют соли или сложные эфиры высших карбоновых кислот, связующего и этилового спирта. В качестве связующего применяют спиртовые растворы клеев БФ-2 или БФ-4. Однако их исполнение предлагается только в виде термокрасок, общие недостатки которых приведены выше.

К другим средствам непрерывного контроля перегрева относят индикаторы температуры, которые могут быть выполнены в виде специальных индикаторных устройств (таких как наклейки, кембрики, клипсы и т.п.), в которых термоплавкий состав в заводских условиях, равномерно, тонким слоем наносится на основу, обеспечивающую хорошую адгезию к требуемой поверхности, и, зачастую, дополнительно покрывается полимерной пленкой, которая защищает термоплавкий состав от механического или химического воздействия и не позволяет ему стечь при расплавлении после срабатывания.

Как уже говорилось ранее, температурные индикаторы применяются в самых различных областях, однако, пожалуй, самые сильные и сложные требования предъявляются температурным индикаторам, используемым в энергетике.

Так, для безопасного использования температурных индикаторов в энергетике устройство должно обладать рядом необходимых характеристик:

- иметь низкую горючесть и воспламеняемость;

- иметь высокую электрическую прочность и диэлектрические свойства;

- необратимо регистрировать превышение пороговых температур с высокой точностью;

- обладать гибкостью и прочностью;

- обладать сильными адгезионными свойствами для плотного прилегания к различным поверхностям.

При этом, устройство, обладающее такими характеристиками, может быть с легкостью использовано в любой другой области.

Лучше всего в большинстве случаев, перечисленным требованиям отвечают температурные индикаторы выполненные в виде наклеек. Они уже получили наиболее широкое использование, в частности из-за простоты монтажа, доступности и удобства использования.

Используемые для таких устройств термоплавкие составы бывают двух видов: обратимые (изменяющие внешний вид только в нагретом состоянии и возвращающие его при охлаждении) и необратимые (изменяющие внешний вид после превышения заданной температуры и сохраняющие его после охлаждения).

Примером обратимых устройств может служить изобретение, описанное в документе US 7600912 B2 (дата публикации 20.03.2007) и представляющее собой однослойную или двухслойную наклейку, термочувствительный элемент которой содержит лейко-красители и проявитель в связующем веществе. При достижении определенной температуры связующее плавится и проявитель реагирует с красителем, окрашивая этикетку. После снижения температуры краситель кристаллизуется и цвет восстанавливается. Неорганический обратимый температурный индикатор, основанный на комплексном соединении хрома (III), описан в документе RU 2561737 C1 (дата публикации 12.09.2014). Предлагаемый термохромный материал обладает способностью обратимо изменять окраску при нагревании выше температуры 120°С. Особенностью подобного рода изобретений является необходимость визуально фиксировать нагрев в момент превышения температуры без возможности детектирования дефектов вне пиковых нагрузок, поэтому данные устройства не получили широкого распространения.

В отличие от обратимых индикаторов необратимые индикаторы позволяют не только выявить, но и зафиксировать факт превышения пороговой температуры. При этом, в отличие от тепловизора или обратимых индикаторов, осмотр таких устройств может проводиться без создания режима максимальной нагрузки и даже на выведенном в ремонт оборудовании.

Необратимые термочувствительные наклейки могут быть выполнены в однотемпературном и многотемпературном вариантах. Однотемпературные индикаторные устройства позволяют однозначно зафиксировать превышение предельно допустимой температуры, регламентируемой для контролируемых электротехнических устройств и узлов электроустановок, обеспечивая тем самым своевременное информирование персонала, проводящего осмотр, о возникновении аварийной или предаварийной ситуации и возможность оперативного реагирования для устранения возможных последствий. Преимуществом необратимых многотемпературных индикаторных устройств является то, что они позволяют определить не только факт превышения заданной температуры, но и определить численное значение максимальной температуры поверхности, до которой нагревался контролируемый элемент в процессе эксплуатации, а также отследить динамику развития дефекта, и обеспечить возможность сравнения температур перегревов идентичных элементов (узлов оборудования). Необратимые индикаторы нагрева, в том числе в виде наклеек, можно также классифицировать по принципу действия. Известны индикаторы, основанные на механическом разрушении термочувствительного элемента, на химической реакции компонентов состава или на фазовом переходе термочувствительного компонента.

Пример температурного индикатора, основанного на механическом разрушении, описан в источнике [US 6176197 B1, дата публикации 02.11.1998], согласно которому индикатор температуры представляет собой замкнутую полую прозрачную удлиненную трубку с двумя отличными по цвету составами, изолированными друг от друга полимерной перегородкой, имеющей температуру плавления, близкую к температурам плавления составов. При достижении заданной пороговой температуры происходит разрушение перегородки, плавление составов и их смешение, в результате чего цвет содержимого трубки изменяется. Однако, конструкционные особенности описываемого изобретения и особенности термочувствительного материала, не позволяют создавать гибкое устройство, плотно прилегающее ко всей контролируемой поверхности.

Химическая реакция травления металлической подложки активатором, начинающаяся при достижении определенной температуры, описана в патенте [ЕР 2288879 В1, дата публикации 04.06.2008]. Индикатор меняет цвет с серебристо-белого или зеркального до бесцветного и может использоваться для контроля температуры в пищевых и медицинских изделиях, а также в электрооборудовании. Среди коммерчески доступных индикаторов, принцип действия которых основан на протекании химической реакции, можно выделить индикатор модели Ретомарк, поставляемый ООО «Инновационная компания «ЯЛОС» (https://www.yalosindicator.com/product/termoindikatory-kontrol-temperatury). Однако, поскольку в соответствии с уравнением Аррениуса степень протекания химической реакции определяется не только температурой, но и временем, то длительная выдержка состава при температуре, незначительно меньшей порогового значения, может привести к срабатыванию изделия. В тоже время, приведенные выше стандарты регламентируют конкретные пороговые значения температур с интервалом не более 5°С.

Наиболее точными являются индикаторы температуры, основанные на фазовом переходе, а именно на плавлении термочувствительного компонента. Поскольку, в отличие от химической реакции температура фазового перехода не зависит от времени воздействия, такие индикаторы имеют наибольшую точность и способны неограниченное время сохранять исходный вид при температуре, незначительно меньшей пороговой. Необратимые индикаторы, основанные на принципе фазового перехода термочувствительного компонента, могут быть выполнены в виде наклеек или красок.

В качестве веществ, использующихся в качестве термочувствительного компонента, в таких индикаторах обычно применяются высшие карбоновые кислоты и их соли, парафины, воски, сложные эфиры многоатомных спиртов, комплексные соединения переходных металлов, сплавы металлов и другие составы.

Известные из уровня техники термочувствительные устройства, основанные на фазовом переходе термоплавкого компонента, можно классифицировать по принципу работы, обеспечивающему изменение цвета устройства: изменение прозрачности термоплавкого компонента при плавлении или растворение в расплаве красителей. Среди изобретений, содержащих красители, известен термочувствительный материал, в котором краситель равномерно распределен в твердом полимерном связующем (WO 2018176266 A1, дата публикации 04.10.2018). При нагревании материала до температуры плавления связующего краситель растворяется в нем, изменяя его цвет. В качестве полимерного связующего используют воски, низкоплавкие полимеры, неполимерные органические вещества (ванилин или трифенилфосфин) или их смеси. Аналогичным образом устроен материал по изобретению US 6602594 B2, дата публикации 05.08.2003, в котором гранулированный или порошкообразный краситель в исходном состоянии смешан с термоплавким веществом и способен диффундировать в него путем диспергирования или растворения при достижении заданной температуры. В качестве термоплавкого компонента используются производные жирных кислот, спиртов, простых эфиров, альдегидов, кетонов, аминов, амидов, нитрилов, углеводородов, тиолов и сульфидов. К особенностям предложенных методов можно отнести недостаточно контрастный цветовой переход, поскольку краситель в твердом связующем также придает ему соответствующую окраску, а также коагуляция частиц красителя при остывании в некоторых изделиях, что приводит к возвращению исходной окраски при охлаждении.

Ряд изобретений основан на проникновении термоплавкого компонента в материал основы, в результате которого происходит изменение цвета устройства. Воски, нанесенные на цветную бумажную подложку, при достижении температуры плавления становятся прозрачными и пропитывают бумажную основу, проявляя ее цвет (US 20060011124 А1, дата публикации 15.07.2004). Другим вариантом исполнения является устройство, состоящее из непрозрачной пористой мембраны и нанесенного на нижний слой этой мембраны аморфного полимера или цветного композитного слоя, включающего в себя полимерное связующее, кристаллический материал и краситель (US 4428321 A, дата публикации 16.11.1981; WO 2019090472 A1, дата публикации 07.11.2017). При повышении температуры происходит плавление термочувствительного материала и проникновение его в пористую мембрану, в результате чего она становится прозрачной из-за одинакового показателя преломления этого материала и мембраны. Отличительной особенностью устройств такого типа является кристаллизация материала в порах мембраны или основы, за счет которой она может потерять прозрачность, и цветовая индикация, как следствие, будет нарушена.

Из уровня техники известно изобретение, описанное в источнике WO 2018176266 A1 (дата публикации 14.10.2018) и представляющее собой термическую индикаторную композицию, содержащую органический твердый материал, имеющий температуру плавления выше температуры окружающей среды, и краситель, который контактирует с органическим твердым материалом и способен растворяться в органическом твердом материале при нагревании до температуры плавления органического твердого материала. При этом органический твердый материал представлен в виде непрерывной фазы, в которой распределены частицы красителя в виде кластеров или кристаллов. При достижении устройством температуры плавления органического твердого материала происходит плавление данного материала, в результате чего частицы красителя растворяются в расплавленном материале, окрашивая тем самым весь объем материала в соответствующий красителю цвет. В некоторых вариантах изобретения индикаторная композиция наносится на подложку, содержащую бороздки и углубления. При плавлении органического твердого материала и растворения в нем красителя происходит не только изменение цвета индикаторного слоя, но и проникновение материала в бороздки и углубления подложки, с проявлением соответствующего рисунка. В другом варианте изобретения устройство изготавливают послойным нанесением органического твердого материала с толщиной слоя 1-25 мкм, красителя с толщиной слоя 0,1-0,5 мкм и дополнительных слоев, обеспечивающих необходимые эксплуатационные характеристики: адгезию устройства к поверхности, защиту устройства от внешних воздействий, в том числе, от УФ-излучения. Тем не менее, описанное изобретение имеет ряд особенностей, таких как низкая контрастность цветового перехода при достижении температуры плавления, невысокая точность срабатывания индикаторного состава, если температура устройства не превышает температуру плавления органического материала, а также необходимость подбирать сочетание красителя и твердого органического материала, обеспечивающее максимальную растворимость и образование окрашенного раствора. Кроме того, в источнике не указано, насколько необратимо происходит изменение окраски при охлаждении устройства до температуры ниже температуры плавления органического материала.

На принципе изменения цветности самого термоплавкого компонента без использования дополнительного красителя основаны некоторые коммерческие устройства, представляющие собой наклейки с нанесенным на них слоем термочувствительного вещества, которое при достижении заданной температуры плавится и изменяет прозрачность, при этом не происходит проникновение расплавленного вещества в поры основы. Среди производителей и/или поставщиков таких температурных индикаторных элементов можно выделить ООО «ТермоЭлектрика», ООО «Инновационная компания «ЯЛОС», ЗАО НПФ «Люминофор», а также японскую компанию NiGK Corporation.

Основными задачами, которые пытаются решить производители подобных термоиндикаторных наклеек, в частности являются:

- повышение точности срабатывания;

- обеспечение возможности использования веществ с узким диапазоном температур плавления;

- обеспечение необратимости срабатывания (даже при длительной выдержке при температуре ниже пороговой);

- уменьшение толщины изделия в целом и термочувствительного слоя в частности;

- обеспечение возможности регистрации локальных перегревов;

- увеличение скорости срабатывания;

- увеличение срока службы.

Точность определения температуры в приведенных термоиндикаторах достигается за счет использования эффекта изменения прозрачности очищенного стабильного пигмента при достижении им точки плавления, а заметность за счет проявления цвета основы. При этом производители утверждают, что индикаторы являются необратимыми и не возвращают первоначальную окраску после срабатывания. Тем не менее, срок действия некоторых из приведенных выше наклеек составляет 3-5 лет.

Приведенные индикаторные наклейки обладают рядом особенностей, существенно ограничивающих их массовое применение:

- недостаточный срок службы, так как крайне важно, чтобы срок действия устройств для регистрации факта превышения температур был равен или больше срока службы оборудования, на которое они устанавливаются, поскольку доступ к некоторым узлам электроустановок в процессе эксплуатации может быть исключен, а крепление термочувствительных элементов на такие узлы должно происходить на этапе сборки или ремонтных работ;

- необходимость крепления наклеек только к ровной поверхности, поскольку крепление к изогнутым поверхностям или углам может привести к неточному срабатыванию устройства, о чем производитель предупреждает на стр. 2 приведенного каталога. Это свидетельствует о недостаточной гибкости как основы наклейки, так и слоя термочувствительного материала, крепление которого к поверхностям сложной формы может приводить к образованию трещин и к отслойке слоя состава от основы, а также неравномерному прогреву термочувствительного материала, что также будет уменьшать точность регистрации перегрева;

- низкая достоверность срабатывания устройства, поскольку имеет место возможность потери непрозрачности состава в течение срока эксплуатации, особенно при выдерживании наклеек с пороговой температурой более 130°С при высоких температурах, а также частичный возврат непрозрачности после срабатывания устройства.

Указанные особенности обусловлены следующим.

Для того, чтобы обеспечить максимальную непрозрачность термочувствительного слоя и сохранить невидимым цвет окрашенной основы в исходном состоянии необходимо, чтобы термочувствительный материал имел высокие коэффициенты поглощения и рассеивания света. Такими свойствами обладают материалы, имеющие в своем составе множественные границы раздела фаз, попадая на которые свет рассеивается в различных направлениях. В известных из уровня техники устройствах создание большой площади границ раздела фаз достигают путем распределения кристаллов термоплавкого компонента в связующем, то есть система «твердое в твердом». Свет, падая на материал такого строения, отражается от многочисленных граней кристаллов, рассеивается и не достигает цветной основы, что делает ее невидимой, а материал непрозрачным. При плавлении твердые кристаллы изменяют свое фазовое состояние, становятся жидкими и, тем самым, приобретают форму сферических капель, что сокращает общую площадь границ раздела фаз и придает материалу прозрачность. Дальнейшее охлаждение приводит к тому, что термоплавкий компонент затвердевает также в форме сфер и прозрачность материала сохраняется.

Тем не менее, с течением времени в таких материалах могут происходить процессы, в результате которых значительно снижаются их эксплуатационные характеристики:

- на поверхности кристаллов могут образовываться твердые растворы с полимерным связующим за счет проникновения молекул связующего в кристаллическую решетку термочувствительного компонента. Это приведет к сглаживанию границ кристаллов, снижению площади границ раздела фаз и, как следствие, увеличению прозрачности материала и риску ложной фиксации перегрева;

- возможное протекание перекристаллизации за счет частичного растворения кристаллов в связующем, в результате которой произойдет укрупнение кристаллов, что также приведет к уменьшению числа границ раздела фаз и снижению непрозрачности;

- при образовании твердых растворов на границах раздела фаз могут возникать твердые эвтектические смеси, обладающие меньшей температурой плавления, чем каждый из компонентов в отдельности. Это приведет к изменению температуры срабатывания устройства и снизит точность регистрации факта превышения температуры.

Перечисленные выше процессы могут значительно ускорятся при эксплуатации устройств при температурах, незначительно ниже пороговых значений, особенно для наклеек с высокой пороговой температурой. Как результат, срок службы таких устройств будет сильно снижен даже относительно заявляемых в прототипе значений, о чем и заявляют производители.

Необходимость использования относительно большого слоя термочувствительного компонента также может приводить к:

- недостаточной гибкости приведенных устройств;

- стать причиной стекания избытка термосостава на участки контролируемой поверхности, что недопустимо при эксплуатации электрооборудования;

- неравномерному прогреву всего объема вещества и большой разнице в значениях между температурой контролируемой поверхности и верхним слоем материала, что особенно заметно при регистрации кратковременных перегревов.

В результате, даже если нижний слой термочувствительного компонента, расположенный ближе к нагреваемой поверхности, расплавится и поменяет цвет, внешний слой может остаться в исходном состоянии. Это нарушит точность регистрации факта превышения температур и снизит общую безопасность эксплуатации оборудования.

Следует также отметить, что при достижении пороговых температур кристаллы термочувствительного компонента плавятся с образованием сферических капель, которые при достаточно долгом нагреве выше температуры срабатывания устройства могут диффундировать в полимерном связующем, слипаясь и образуя капли большего размера. При охлаждении сработавшего устройства происходит затвердевание этих укрупненных сферических капель, чья общая площадь поверхности, составляющая площадь границы раздела фаз, будет существенно ниже, чем в исходном материале. Это будет обеспечивать прозрачность материала после охлаждения. Однако, если устройство зафиксирует кратковременный нагрев, при котором кристаллы термочувствительного компонента расплавятся, однако диффузия не успеет произойти в силу низкой скорости диффузионных процессов в твердых телах и вязких жидкостях, то и слипания и укрупнения капель не произойдет. В результате при остывании устройства в материале будет наблюдаться большое количество отдельных маленьких сферических капель, чья площадь поверхности, а значит и общая площадь границ раздела фаз, будет незначительно ниже, чем у материала в исходном состоянии до нагрева. Это может приводить к обратному цветовому переходу после срабатывания, особенно при охлаждении или длительной выдержке при температуре, ниже температуры плавления термочувствительного компонента, нарушению контрастности изменения цвета, и ложноотрицательному результату.

Таким образом, известные термоиндикаторные устройства и термочувствительные материалы, решают поставленные задачу лишь частично, не удовлетворяя всем требованиям одновременно.

Термочувствительный материал, наиболее отвечающий приведенным выше требованиям, описан в изобретении US 20100247900 А1, дата публикации 30.09.2010, которое описывает термохромный индикатор, включающий подложку и покрытие из частиц кристаллического полимера и воздушных пустот, прозрачность которого уменьшается при превышении пороговой температуры. Полимерные частицы, состоящие из кристаллических гомо- или сополимеров, полученных из акриловых, метакриловых, олефиновых, эпокси-, винил, эфирсодержащих или амидсодержащих мономеров, предпочтительно содержащих линейные полиметиленовые радикалы с 12-50 атомами углерода и/или от 5 до 49 перфторированные метиленовые фрагменты с концевой перфторированной или незамещенной метальной группой, имеют внутреннее ядро с заданной температурой плавления и оболочку, обеспечивающих частичную коалесценцию частиц. При этом в источнике не раскрывается микроструктура материала, в частности, взаимное расположение пустот, их связанность и изолированность. Также, в данном документе не раскрывается, что происходит с микроструктурой указанного материала (с ее твердыми частицами и пустотами с газовой фазой) при превышении пороговой температуры.

Как уже говорилось выше, скорость срабатывания термочувствительного материала является важным критерием для термоиндикаторов, высокая скорость срабатывания необходима, в частности, для регистрации кратковременных перегревов электрооборудования. Несмотря на то, что микроструктура термочувствительного материала в приведенном источнике не раскрывается, в нем говорится, что время полного обесцвечивания материала составляет 30 секунд при нагреве до температуры срабатывания. Это не позволит зафиксировать кратковременные аварийные перегревы, вызванные пусковыми токами, прохождением токов короткого замыкания, перегревом электрооборудования в период пиковой нагрузки или другими подобными процессами, длительность которых может составлять 2-5 секунд.

Использование в приведенном источнике частиц небольшого размера (менее 10 мкм, предпочтительно менее 5 мкм и более 0,03 мкм) позволяет уменьшить толщину слоя термочувствительного материала до 0,1-0,2 мм, что должно обеспечивать высокую гибкость покрытия. Однако, в источнике не указано, в каком исполнении может эксплуатироваться приведенный термочувствительный материал, используется ли для его нанесения какая-либо подложка, растворитель и т.п. Поэтому при нанесении материала в виде краски непосредственно на контролируемые поверхности, помимо общих особенностей термокрасок, освещенных выше на стр. 3, может наблюдаться также возникновение механических напряжений, избыточное давление на термочувствительный материал, изменение его температуры плавления и, как следствие, недостоверное и неточное определение нагрева, особенно при нанесении покрытия на неровные поверхности или при деформации поверхностей в процессе эксплуатации.

Также в приведенном источнике используются полимерные термоплавкие композиции, что приводит к существенной разнице между температурами начала плавления (То), при которой появляется первая капля, и окончания плавления (Тр), при которой исчезает последний кристалл: (Тр-То) < Тр^0.6. При этом Тр может лежать в диапазоне 0-135°С, предпочтительно 35-105°С, т.е. в этих случаях точность срабатывания будет составлять 8-16°С. Широкий диапазон срабатывания полимерных термоплавких композиций может объясняться сложностью изготовления полимеров с узким молекулярным распределением, поскольку процесс полимеризации сложно контролировать и останавливать на стадии получения полимеров с требуемым числом мономерных звеньев. Тем не менее, для целей электротехники необходимо использовать термоиндикаторные устройства с точностью не ниже 5°С, предпочтительно - не ниже 2°С, что регламентируется техническими и нормативными документами, приведенными выше. Также следует отметить, что полимерные материалы подвержены деполимеризации, особенно под воздействием ультрафиолета, что может приводить к изменению молекулярно-массовых характеристик полимеров, а также к образованию сложных смесей мономеров и олигомеров, температура плавления которых будет непредсказуемо отличаться от заявленной температуры срабатывания исходных полимерных термоплавких композиций. Также может происходить деградация полимеров, сопровождающаяся сшивкой, охрупчиванием, разрушением макромолекул, что также приводит к снижению точности срабатывания термоиндикаторов.

Авторами в ходе многочисленных экспериментов было установлено, что важными характеристиками подобной микроструктуры, в том числе, является объемное содержание пустот, а также их распределение по объему термочувствительного материала.

Было выявлено, что увеличение объемной доли пустот позволяет значимо уменьшить толщину слоя участков термочувствительного материала, необходимого для перекрытия цвета основы, по сравнению с толщиной слоя материала, в котором пустоты отсутствуют, необходимой для обеспечения такой же укрывистости. Это достигается за счет множественного преломления света на границе поверхности твердое - газообразное. Уменьшение толщины слоя термочувствительного материала положительно сказывается на таких характеристиках как скорость срабатывания, необратимость, возможность использования низкомолекулярных веществ, что в свою очередь повышает достоверность и точность выявления фактов перегревов.

При этом установлено, что распределение пустот по объему термочувствительного материала также влияет на указанные характеристики, что наглядно показано нами на фиг. 9, описание которых будет приведено ниже.

Тем самым, использование термочувствительного материала, обладающего микроструктурой, включающей твердое органическое вещество и распределенные по объему термочувствительного материала пустоты, доля которых в термочувствительном материале не ниже экспериментально выявленного значения, позволяет устранить ряд указанных недостатков решения, раскрытого в US 20100247900 А1, дата публикации 30.09.2010.

При этом, возможность эксплуатации на элементах электрооборудования с различной геометрией поверхности, температура которых может значительно меняться в процессе эксплуатации, может быть обеспечена равномерным нанесением термочувствительных материалов на основу с клеевым слоем, обеспечивающим плотное прилегание к контролируемой поверхности, в частности, выполнение термоиндикатора в виде наклейки.

Исходя из детально изученного нами уровня техники следует, что, несмотря на большой выбор температурных индикаторов, различных как по механизму действия, так и по конструкционному исполнению, существует потребность в удобных, простых в изготовлении и безопасных для монтажа и эксплуатации устройствах регистрации превышения по меньшей мере одной пороговой температуры, имеющих:

- высокую точность и скорость срабатывания,

- необратимость срабатывания,

- низкую горючесть и воспламеняемость,

- высокую электрическую прочность и диэлектрические свойства,

- обладающих гибкостью, прочностью и возможностью надежного крепления для плотного прилегания к поверхностям различной формы.

При этом принцип действия таких термоиндикаторов должен обеспечивать:

- необратимость визуального эффекта при срабатывании;

- сохранение исходного состояния при температуре, незначительно меньшей пороговой,

- высокую скорость, точность и достоверность выявления факта нагрева,

- независимость температуры срабатывания от времени воздействия,

- отсутствие преждевременного срабатывания.

Полезная модель направлена на создание безопасного, удобного и простого для монтажа и эксплуатации термоиндикатора для регистрации факта нагрева электрооборудования выше по меньшей мере одной пороговой температуры, представляющего собой термоиндикаторную наклейку с необратимым визуальным эффектом срабатывания.

Термины и определения, используемые в полезной модели

"Наклейка" (а также стикер, этикетка, ярлык и т.п.) это бумажная, полимерная или другая основа, лицевая сторона которой имеет какой-либо информационный, декоративный или другой характер, а оборотная сторона покрыта клеевым слоем и является липкой. В общем виде наклейка - это то, что наклеено на что-нибудь [С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. Толковый словарь русского языка]. Применительно к настоящей полезной модели, термин "термочувствительная наклейка" включает в себя наклейку, на лицевой стороне которой располагаются термочувствительные элементы, а также, при необходимости, информационные знаки.

Под термином "термочувствительный материал" понимается материал, который становится более прозрачным для по крайней мере части видимого света относительно исходного состояния при нагреве выше пороговой температуры, и не возвращается в исходное состояние после последующего охлаждения. Термочувствительный материал может состоять, например, из индивидуального органического соединения или соли органической кислоты, претерпевающих фазовый переход при достижении пороговой температуры, или из смеси веществ. Кроме того, термочувствительный материал может дополнительно включать связующее, представленное, например, органическими смолами, для лучшей адгезии термочувствительного материала на гибкой основе, и другие добавки.

Под термином "непрозрачный по крайней мере для части видимого света" понимается материал, не пропускающий сквозь себя весь свет видимого диапазона (380-760 нм) или его часть.

В настоящей полезной модели используется термин "глазирование", обозначающий процесс образования равномерного слоя одной термодинамической фазы вокруг частицы другой термодинамической фазы.

Термин "пороговая температура" или "пороговое значение температуры" обозначает численное значение температуры, при котором происходит необратимое изменение свойств термочувствительного материала. В заявляемой полезной модели точность регистрации превышения пороговой температуры составляет 5°С.

Под термином "точность регистрации превышения пороговой температуры" понимается следующее:

1. До момента достижения устройством температуры, равной пороговой температуре соответствующего термочувствительного материала за вычетом значения заявленной точности, изменения прозрачности соответствующего термочувствительного материала и внешнего вида устройства не происходит.

2. При температуре, равной или превышающей пороговую температуру соответствующего термочувствительного материала плюс значение заявленной точности, соответствующий термочувствительный материал является прозрачным, а устройство приобретает внешний вид, отличный от исходного.

3. Точное значение температуры фазового перехода термочувствительного компонента находится внутри заявленного диапазона и дополнительно не устанавливается. Точность регистрации превышения пороговой температуры, определяемой настоящей полезной моделью, составляет 5°С.

"Микроструктура" это пространственное взаиморасположение частиц или отдельных фаз материала, отражающее формы и ориентацию составляющих материал частиц. В отличие от химической структуры или наночастиц, микроструктура определяет только физические, оптические и механические свойства материала, но не влияет на химические свойства составляющих микроструктуру веществ. Применительно к настоящей полезной модели, под "необратимым изменением микроструктуры" понимается необратимое изменение физических, оптических или механических свойств материала относительно исходного состояния, сопровождающееся изменением его микроструктуры, то есть пространственного взаиморасположения частиц или отдельных фаз материала, их размера или формы вплоть до полного слиянии частиц и образования единой фазы.

Под "частицами" в микроструктуре понимаются условно выделяемые элементы твердой фазы, преимущественно соединенные между собой одной общей плоскостью. Разделение непрерывной фазы на частицы происходит путем достраивания (продления) одной из плоскостей, скрываемой под другими частицами, и позволяет условно разделить непрерывную твердую фазу на отдельные элементы, с целью описания строения микроструктуры.

"Ориентация параллельно поверхности основы" или "плоско ориентированные частицы" описывают расположение частиц в микроструктуре термочувствительного материала относительно основы. Применительно к настоящей полезной модели, частицы термочувствительного материала имеют вытянутую форму и представляют собой зерна, кристаллы, волокна, чешуйки, пластинки или конгломераты указанных частиц, линейные размеры которых по одной из осей превышают линейные размеры по двум другим осям. При этом более половины частиц расположены на основе таким образом, что ось с максимальным линейным размером частицы преимущественно расположена параллельно поверхности основы.

Термин "твердая фаза" раскрывает структуру материала, содержащую частицы твердого вещества произвольной формы, каждая из которых имеет как минимум одну точку, грань или ребро, соприкасающуюся с соседней частицей и соединенных между собой таким образом, что каждый элемент твердой фазы может быть соединен с другим ее элементом единой ломаной линией, каждая точка которой находится внутри этой фазы. В зависимости от формы и размеров частиц твердого вещества непрерывная твердая фаза может иметь ячеистую, зернистую, волокнистую, кристаллическую или чешуйчатую структуру.

Термин "связанные между собой пустоты" характеризует взаимное расположение пустот и означает, что пустоты являются преимущественно "неизолированными" ("связанными"), сообщаются между собой посредством пор или каналов и представляют собой непрерывную газовую фазу. Применительно к настоящей заявке под преимущественно непрерывной газовой фазой понимается такое расположение пустот внутри термочувствительного материала, при котором объем пустот, соединенных между собой и образующих непрерывную газовую фазу, превышает объем изолированных пустот.

"Фазовый переход" - это переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий.

К термочувствительному материалу, который претерпел фазовый переход с увеличением прозрачности, в настоящей полезной модели применен термин "срабатывание". Устройство, в котором термочувствительный материал изменил прозрачность, обозначается как "сработавшее".

"Дефект" - это несоответствие объекта требованиям, установленным документацией хотя бы по одному показателю.

Под "устойчивостью к возгоранию" понимается способность материала противодействовать горению под действием источника зажигания.

Термин "электрическая прочность" определяет свойство данного устройства выдерживать приложенное к нему электрическое напряжение. Другими словами, электрическая прочность это минимальная напряженность электрического поля, при которой наступает пробой устройства.

Термин "диэлектрический" означает свойство данного устройства выдерживать приложенное к нему электрическое напряжение, при этом минимальная напряженность электрического поля, при которой наступает пробой устройства, превышает электрическую прочность воздуха.

Термин "упругость" раскрывает способность твердого материала возвращаться в изначальную форму при упругой деформации, т.е. упругий материал деформируется после приложенной на него внешней силы, но восстанавливает начальную форму и размер после прекращения воздействия этой силы.

Термин "быстрый нагрев" соответствует нагреву поверхности с установленным на нее устройством со скоростью не менее 1°С/сек. Абсолютное значение выбрано экспертно исходя из скорости нагрева электрических жил при возникновении аварийных режимов, токов короткого замыкания или пусковых токов.

Термин "эластичность" раскрывает способность материала при изгибе вокруг цилиндрической поверхности повторять ее форму без потери функциональных свойств. Под термином "эластичность на растяжение/сжатие" понимается сохранение функциональных свойств материала при приложении силы, действующей в любом направлении в плоскости, параллельной плоскости расположения материала, а также после снятия этой силы.

Термин "гибкая основа" относится к материалам, обладающим способностью возвращаться в изначальную форму при изгибе.

Термин "эластичная основа" и "эластичная защитная пленка" характеризуют материал основы или защитной пленки, относящийся к материалам, обладающим способностью изменять свою форму без разрыва под внешним воздействием.

Под термином "поверхность сложной геометрии" понимается любая криволинейная поверхность, содержащая изгибы, изломы и другие нелинейные элементы с минимальным радиусом кривизны от 2 мм. В настоящей полезной модели в качестве модельной поверхности сложной геометрии рассматривается цилиндрическая поверхность с продольными волнами радиусом кривизны отдельного элемента изгиба R=2 мм.

Под термином "радиус кривизны" изогнутых и цилиндрических поверхностей понимается максимальный радиус дуги окружности, которая наилучшим образом совмещается с этими поверхностями. Применительно к настоящей полезной модели "маленький радиус кривизны" означает радиус кривизны от 2 мм.

Под термином "цилиндрическая поверхность" понимается развертываемая замкнутая или незамкнутая линейчатая поверхность, образованная параллельным перемещением прямой - образующей по какой-либо криволинейной направляющей.

Под "удлинением до разрыва" понимается численное значение удлинение изделия или его частей при растяжении, выше которого нарушается его физическая целостность и происходит разрыв. Величина выражается в процентах, обозначающих насколько увеличиваются линейные размеры материала при его растяжении относительно соответствующих исходных размеров.

Под "профилем поверхности максимальных температур" понимается изображение, показывающее распределение максимальных значений температурных полей на контролируемой поверхности и позволяющее определить области поверхности, которые в течение заданного времени нагревались выше пороговых температур.

Термин "вещество, обусловливающее изменение прозрачности термочувствительного материала при нагреве выше пороговой температуры" означает индивидуальное вещество, входящее в состав термочувствительного материала, имеющее температуру фазового перехода вблизи пороговой температуры, наличие которого обусловливает изменение внешнего вида термоиндикатора при достижении пороговой температуры, и удаление которого из термочувствительного материала приводит к потере свойств необратимого изменения прозрачности при достижении пороговой температуры.

Сущность полезной модели

Задачей заявленной полезной модели является создание термоиндикаторной наклейки с необратимым визуальным эффектом срабатывания, повышающей безопасность эксплуатации различного оборудования, для надежной, достоверной и безопасной регистрации кратковременных и длительных превышений температуры выше по меньшей мере одного порогового значения.

Наиболее конкретно, полезная модель создана для решения следующих задач:

1. надежная визуальная регистрация факта превышения температуры отдельных локальных участков или всей поверхности выше по меньшей мере одного порогового значения температуры;

2. повышение достоверности обнаружения зафиксированных устройством перегревов в течение длительного времени после срабатывания в условиях реальной эксплуатации устройства и оборудования;

3. обеспечение возможности регистрации кратковременных перегревов, для обнаружения дефектов, возникших, например, при кратковременном протекании токов короткого замыкания или импульсных перенапряжений;

4. выявление дефектных участков контролируемого оборудования за счет определения точного места нагрева;

5. определение температуры нагрева поверхности с высокой точностью;

6. обеспечение общей безопасности эксплуатации различного оборудования, снабженного устройством визуальной регистрации превышения температуры.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении безопасности эксплуатации как контролируемого оборудования, так и самого устройства регистрации на всем сроке эксплуатации.

Указанный технический результат достигается за счет создания термоиндикаторной наклейки для необратимой регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, включающей: клеевой слой; гибкую основу, на которую нанесены информационные элементы, включающие численное значение по меньшей мере одной пороговой температуры, и по меньшей мере один покрытый защитной полимерной пленкой термочувствительный материал, который в исходном состоянии непрозрачен по крайней мере для части видимого света и имеет микроструктуру, включающую твердое органическое вещество и распределенные по объему термочувствительного материала пустоты, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.%.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявленный термоиндикатор обладает:

- необратимостью срабатывания используемых термочувствительных материалов;

- высокой скоростью и точностью срабатывания используемых термочувствительных материалов;

- изменением при срабатывании внешнего вида только той области того термочувствительного материала, которая была нагрета выше соответствующей пороговой температуры;

- возможностью легкого и удобного монтажа на контролируемые элементы различной геометрии с сохранением свойств используемых термочувствительных материалов.

Выполнение термоиндикаторного устройства в виде наклейки позволяет обеспечить его быстрое, удобное и надежное крепление на контролируемые поверхности различной геометрии, в том числе выполненные из неадгезионных материалов, а также производить замену сработавших устройств без демонтирования оборудования или отдельных его частей. Наклейка за счет наличия защитного слоя обеспечивает сохранность нанесенного по меньшей мере одного термочувствительного материала до и после срабатывания, предотвращая его контакт с контролируемой поверхностью и не позволяя ему стекать после превышения пороговой температуры, также защитный слой наклейки снижает воздействие внешних факторов, таких как механические повреждения, влага, УФ-облучение и другие, на термочувствительный материал.

Равномерное нанесение по меньшей мере одного термочувствительного материала на участки поверхности основы наклейки слоем одинаковой толщины обеспечивает высокую точность срабатывания термоиндикатора вне зависимости от геометрии поверхности, на которую он установлен. Кроме того, основа наклейки может содержать окрашивание, включающее, в частности, нанесение информационных элементов, раскрывающих, например, численное значение пороговой температуры, или другие информационные элементы, облегчающие интерпретацию результатов осмотра контролируемого оборудования.

Использование по меньшей мере одного термочувствительного материала, микроструктура которого включает твердое органическое вещество и распределенные по объему термочувствительного материала пустоты, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.% позволяет значимо уменьшить толщину слоя участков термочувствительного материала, необходимого для перекрытия цвета основы, по сравнению с толщиной слоя материала, в котором пустоты отсутствуют, необходимой для обеспечения такой же укрывистости. Это достигается за счет множественного преломления света на границе поверхности твердое - газообразное. Уменьшение толщины слоя термочувствительного материала положительно сказывается на таких характеристиках как скорость срабатывания, необратимость, возможность использования низкомолекулярных веществ, что в свою очередь повышает достоверность и точность выявления фактов перегревов.

Приведенные выше признаки микроструктуры используемых термочувствительных материалов обеспечивают большое количество границ раздела фаз в исходном состоянии относительно аналогов, упомянутых в уровне техники, и наибольшую контрастность цветового перехода при достижении порогового значения температуры.

Использование термочувствительного материала с пустотами, объемная доля которых в исходном состоянии составляет не менее 10%, также позволяет увеличить срок эксплуатации и повысить достоверность определения перегрева за счет невозможности агрегирования частиц твердой фазы через газовую фазу. Также, чем больше доля пустот в используемых в термочувствительных материалах заявленных термоиндикаторных наклеек, тем выше изначальный коэффициент преломления, контрастнее изменение внешнего вида (за счет сильного снижения коэффициента преломления) при превышении соответствующей пороговой температуры и значительнее разрушение микроструктуры после срабатывания термоиндикатора, с исключением возможности возврата материала в исходное состояние при выдержке сработавшей термоиндикаторной наклейки при низких температурах и при перепадах температур.

Экспериментально установлено, что свойства термочувствительного материала, необходимые для обеспечения требуемых характеристик термоиндикатора, скачкообразно меняются при превышении объемного содержания пустот более 10%, делая материал полностью удовлетворяющим выдвинутым требованиям. Однако, для кратного усиления указанных свойств предпочтительно использование по меньшей мере одного термочувствительного материала с объемной долей пустот не менее 20%, а наиболее предпочтительно не менее 50%. Верхняя граница содержания пустот не достигает 100 об.% ввиду наличия твердой фазы, выполненной из твердого органического вещества, но может приближаться к этому значению, в частности, достигать 95-98 об.%, в зависимости от используемых твердых органических веществ, размеров частиц твердой фазы, способа получения и нанесения термочувствительного материала и других факторов. При этом предпочтительно, чтобы размер связанных между собой пустот, пор и каналов по крайней мере по одному из измерений составлял не менее 10 мкм.

При этом установлено, что за счет распределения пустот по объему термочувствительного материала обеспечивается его равномерный прогрев по всей толщине. Также в случае распределения пустот по объему термочувствительного материала будет упрощаться выход газовой фазы на поверхность при плавлении частиц твердого органического вещества, что обеспечивает быстрое срабатывания термочувствительного материала и необратимость разрушения его микроструктуры даже при кратковременном нагреве выше пороговой температуры. В случае распределения пустот по объему и обеспечения выхода содержащегося в них газа на поверхность при плавлении термочувствительного материала минимизируется риск возникновения воздушного пузыря между основой и термочувствительным материалом и отслойки последнего. При нагревании термочувствительного материала, в котором поры распределены неравномерно (фиг. 9а), воздушный пузырь может образоваться в результате частичного объединения пустот, расположенных ближе к основе, нагрев которых будет происходить быстрее нагрева пустот, находящихся ближе к поверхности термочувствительного материала. Не имея выхода на поверхность, частично объединенные пустоты будут приподнимать слой материала над основой из-за теплового расширения газовой фазы при нагревании (фиг. 9б). В результате при возникновении воздушного пузыря и отслойки термочувствительного материала нагрев слоя материала, разделенного с основой газовой фазой с низкой теплопроводностью, будет затруднен из-за отсутствия прямого контакта материала с нагреваемой поверхностью. Как следствие, скорость и достоверность регистрации превышения температур существенно снизится, поскольку воздух в этом случае будет играть роль теплоизолятора (фиг. 9в).

Также в случае наличия большого количества пустот, разрушение микроструктуры термочувствительного материала, вследствие которой наблюдается изменение внешнего вида термоиндикатора, может происходить еще на начальном этапе плавления частиц твердого органического вещества, до момента их полного расплавления. При кратковременном подводе тепла внешняя поверхность частиц начинает плавиться, что приводит к тому, что частицы скользят друг относительно друга, проваливаясь в пустоты и обеспечивая выход газовой фазы на поверхность с разделением твердой и газовой фазы и уменьшением границ раздела "твердое-газ". Таким образом, для разрушения микроструктуры термочувствительного материала с последующим срабатыванием термоиндикатора по заявленной полезной модели не обязательно расплавлять весь слой материала, необходимо минимальное количество тепла, достаточное только для сплавления частиц. Тем самым, изменение внешнего вида термоиндикатора и регистрация превышения по меньшей мере одной пороговой температуры происходит с высокой точностью и скоростью, а также в более узком интервале температур по сравнению со всеми известными из уровня техники подобными изделиями.

Кроме того, выход газовой фазы на поверхность обеспечивает качественное изменение термочувствительного материала, что позволяет избежать возвращение внешнего вида после срабатывания даже при длительной выдержке при низких температурах, что открывает возможности использования в качестве термоплавких веществ не только полимеры, но и низкомоллекулярные вещества, применение которых в термоиндикаторах ограничено в связи с возникновением обратной кристаллизации и возвращением первоначального внешнего вида устройства при остывании сработавшего устройства.

Тем самым, термоиндикаторная наклейка, предлагаемая в полезной модели, сочетает в себе свойства необратимых термоиндикаторных материалов, позволяющих с высокой точностью, скоростью и достоверностью регистрировать факты превышения температуры выше порогового значения, и наклейки, обеспечивающей плотное и надежное прилегание этого материала к контролируемым поверхностям. Термоиндикаторная наклейка характеризуется комплексным принципом работы, заключающимся в необратимом изменении микроструктуры нанесенного на основу по меньшей мере одного термочувствительного материала при достижении пороговой температуры за счет разделения твердой и газовой фаз, что обеспечивает невозможность возврата материала в исходное состояния после последующего охлаждения. При этом, указанное изменение является необратимым даже по истечении длительного времени, при выдержке материала при низких температурах и при перепадах температур.

Заявленная по настоящей полезной модели термоиндикаторная наклейка может быть предназначена для регистрации превышения как одной пороговой температуры (содержать один термочувствительный материал), так и не менее двух, преимущественно от трех до пяти, различных пороговых температур (до есть содержать более одного термочувствительного материала, в зависимости от количества регистрируемых пороговых температур).

Стоит отметить, что необратимая термоиндикаторная наклейка по заявляемой полезной модели может осуществлять температурный контроль как поверхности электрооборудования и его отдельных элементов, так и других устройств как промышленного, так и бытового назначения, за которыми требуется температурных контроль.

В предпочтительных вариантах осуществления пустоты равномерно распределены по объему термочувствительного материала, являются преимущественно не изолированными и сообщаются между собой и внешней поверхностью посредством пор или каналов, тем самым представляя собой непрерывную газовую фазу. Как следствие, преимущественно размер пустот будет больше среднего размера частиц, что обеспечивает упрощенное скольжение частиц относительно друг друга при деформации наклейки при ее установке на неровные и изогнутые поверхности и поверхности сложной формы. В результате обеспечивается сохранение целостности слоя термочувствительного материала, а также точность, скорость и достоверность его срабатывания. Также в случае такой структуры пустот выход газовой фазы на поверхность при плавлении частиц твердого органического вещества будет еще более облегчен, что будет положительно влиять на свойства термоиндикаторной наклейки по причинам, описанным ранее (фиг. 9г-ж).

Принцип действия используемых для заявленной полезной модели термочувствительных материалов и их температура срабатывания выбирается в зависимости от конкретной задачи. Однако поскольку термочувствительные материалы, основанные на фазовом переходе термочувствительного компонента, обладают рядом преимуществ, описанных выше, их использование в настоящей полезной модели является наиболее предпочтительным. В предпочтительных вариантах осуществления, в заявленной полезной модели используются термочувствительные материалы, которые при достижении пороговой температуры изменяют свою прозрачность за счет сплавления частиц твердого органического вещества, образующих его микроструктуру.

В предпочтительных вариантах полезной модели кажущаяся плотность термочувствительного материала ниже его истинной плотности не менее чем на 10%, преимущественно на 50%, что обусловлено следующим. Все вещества обладают определенной истинной плотностью (определяемой как отношение массы вещества к его объему без учета пор и пустот), а твердые материалы характеризуются также насыпной и/или кажущейся плотностью (определяемых как отношение массы вещества к его объему с учетом открытых или открытых и закрытых пор и пустот). При этом всегда истинная плотность больше кажущейся плотности, поскольку значение истинной плотности определяется без учета пустот в материале.

Применительно к настоящей полезной модели, используемые термочувствительные материалы в исходном состоянии обладают кажущейся плотностью, которая характеризует содержание пустот в этом материале. Чем больше пустот, заполненных газовой фазой, тем меньше кажущаяся плотность. По меньшей мере один термочувствительный материал в преимущественных вариантах заявляемой полезной модели имеет кажущуюся плотность в исходном состоянии не более 0,7 г/см³, что обеспечивает большую объемную долю пустот в этом материале, приводящую к большому числу границ раздела фаз "твердое-газ", за счет рассеивания света на которых удается достичь укрывистости при использовании более тонкого слоя термочувствительного материала. Кроме того, как указывалось выше, при плавлении такого материала газовая фаза, содержащаяся в пустотах, выходит на поверхность, необратимо покидая материал. Значение плотности полученного материала приближается к истинной плотности, а доля пустот при этом сильно снижается. Наличие микроструктуры, включающей в исходном состоянии твердое органическое вещество и распределенные по объему термочувствительного материала пустоты, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.%, а также способность этой микроструктуры к необратимому разрушению, сопровождающемуся сплавлением частиц твердого органического вещества и выходу газовой фазы из пустот на поверхность материала, приводит к тому, что кажущаяся плотность предпочтительно уменьшается не менее чем на 10%, предпочтительно не менее чем на 50%.

Разница кажущейся и истинной плотностей может использоваться для численной и качественной характеристики ключевого свойства микроструктуры термочувствительного материала заявляемого изделия. Как уже говорилось выше, скорость срабатывания термочувствительного материала также является важным критерием для термоиндикаторов: высокая скорость срабатывания необходима, в частности, для регистрации кратковременных перегревов электрооборудования. Использование термочувствительного материала с кажущейся плотность, отличающейся от истинной не менее чем на 10%, позволит получать тонкие слои термочувствительного материала с полной укрывистостью, для полного прогревания и, как следствие, перевода в расплав с изменением прозрачности которых потребуется значительно меньшее количество тепла в сравнении с более толстым слоем этого материала. Это позволит зафиксировать кратковременные аварийные перегревы, вызванные пусковыми токами, прохождением токов короткого замыкания, перегревом электрооборудования в период пиковой нагрузки или другими подобными процессами, длительность которых зачастую составляет 2-5 секунд.

В предпочтительных вариантах полезной модели объемная доля пустот в микроструктуре термочувствительного материала в исходном состоянии не менее чем в два раза превышает объемную долю пустот в микроструктуре термочувствительного материала после нагревания выше пороговой температуры и последующего охлаждения ниже пороговой температуры, т.е., например, при использовании материала с объемной долей пустот не менее 50%, в конечном состоянии объемная доля пустот будет составлять не более 25%, предпочтительно, не более 10%, более предпочтительно, не более 2%. Соответственно, кажущаяся плотность термочувствительного материала в исходном состоянии отличается не менее чем на 50% от истинной плотности термочувствительного материала, а после срабатывания кажущаяся плотность термочувствительного материала отличается не более чем на 25% от истинной плотности термочувствительного материала. Разница в количестве (объемной доле) пустот в исходном и сработавшем состоянии дополнительно обусловливает необратимость срабатывания за счет невозможности возвращения термочувствительного состава после срабатывания к исходной микроструктуре, непрозрачность которой в исходном состоянии обусловлена заявленной микроструктурой.

Проведенные нами эксперименты по исследованию термочувствительных материалов, разница между кажущейся и истинной плотностями которых составляла больше и меньше 10%, показали, что при использовании материала с кажущейся плотностью в исходном состоянии, отличающейся от истинной более чем на 10%, объемная доля пустот при срабатывании преимущественно уменьшается более чем в 2 раза, при этом достигаются требуемые характеристики (высокая точность и скорость срабатывания, необратимость, тонкий слой). При использовании материала с кажущейся плотностью в исходном состоянии, отличающейся от истинной менее чем на 10%, уменьшение доли пустот при срабатывании происходит преимущественно менее, чем в 2 раза, при этом не удается достичь требуемых характеристик (высокая точность и скорость срабатывания, необратимость, тонкий слой).

Высокая точность и скорость срабатывания термоиндикаторной наклейки по данной полезной модели может обеспечиваться также использованием в частных случаях термочувствительного материала, который при достижении пороговой температуры изменяет свою прозрачность за счет сплавления частиц твердого органического вещества, образующих его микроструктуру. При этом, как уже говорилось ранее, для достижения изменения внешнего вида устройства не обязательно переводить в расплав весь объем термочувствительного компонента, поскольку для необратимого разрушения микроструктуры достаточно расплавления только внешних границ частиц твердого органического вещества, которое приведет к обрушению микроструктуры материала и выходу газовой фазы на поверхность.

В предпочтительных вариантах осуществления микроструктура используемых термочувствительных материалов обладает по меньшей мере одной из следующих особенностей:

- твердое органическое вещество, изменение внешнего вида которого обуславливает срабатывание термоиндикаторной наклейки при нагреве выше соответствующей пороговой температуры, имеет молекулярную массу менее 2000 а.е.м.;

- в исходном состоянии твердое органическое вещество термочувствительного материала представлено частицами, преимущественно ориентированными параллельно поверхности основы.

Для достижения требуемой упаковки частиц в полезной модели предпочтительно использовать соединения, в состав которых входит одна или более алифатическая углеводородная цепь. Это связано с тем, что такие органические вещества имеют кристаллическую упаковку, в которой вытянутые структурные фрагменты линейных углеводородов ориентируются параллельно друг другу, что обеспечивает формирование в основном плоских частиц, таких как чешуйки, пластинки или волокна (А.И. Китайгородский, Молекулярные кристаллы, М.: Наука, 1971 г.). Подобная кристаллическая упаковка обуславливает анизотропность твердого органического вещества и, как следствие, микроструктуры термочувствительного материала, в результате которой свойства материала в направлении, параллельном поверхности основы и защитного покрытия, отличаются от свойств материала в направлении, перпендикулярном поверхности основы и защитного покрытия. Анизотропность свойств микроструктуры термочувствительного материала влияет на прочность материала при изгибе и механических воздействиях: приложение воздействия в направлениях, близких к перпендикулярным относительно поверхности основы, не будет приводить к повреждению материала (А.И. Китайгородский, Органическая кристаллохимия, М., АН СССР, 1955 г.).

Описываемая форма частиц твердого органического вещества может быть достигнута также и при использовании замещенных ароматических и гетероароматических соединений. При этом в качестве заместителей могут выступать как длинные углеводородные фрагменты, что дополнительно способствует формированию плоско ориентированных частиц, так и гетероатомные заместители, которые способствуют слоистой упаковке молекул, при которой объемные гетероатомы располагаются в межслойном пространстве (Г.Б. Бокий, Кристаллохимия, М., Наука, 1971 г.).

Как известно, низкомолекулярные вещества склонны к возникновению обратной кристаллизации после плавления, что ограничивает их применение в качестве термочувствительных материалов, поскольку их перекристаллизация ведет к потере или снижению необратимости срабатывания. Для обеспечения возможности использования в термочувствительном материале вещества, обусловливающего изменение внешнего вида термочувствительного материала при нагреве выше пороговой температуры, с низкой молекулярной массой (меньше 2000 а.е.м.) авторами настоящей полезной модели в ходе многочисленных экспериментов было обнаружено, что процесс обратной перекристаллизации, а также снижение необратимости срабатывания можно предотвратить, если использовать термочувствительный материал, микроструктура которого содержит распределенные по объему термочувствительного материала пустоты, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.%.

Возможность использования низкомолекулярных веществ молекулярной массой меньше 2000 а.е.м., имеющих узкий диапазон температур плавления, повышает точность срабатывания термоиндикатора, что положительно влияет на общую безопасность эксплуатации как контролируемого оборудования, так и самого термоиндикатора. Однако, следует отметить, что заявленная полезная модель не ограничивается использованием низко молекулярных веществ в качестве веществ, обусловливающих изменение внешнего вида термочувствительного материала при нагреве выше пороговой температуры. В частности, термочувствительный материал может включать полиэтилен, фенольные и фенол-ацетиленовые смолы, воски, парафины и другие полимеры, обеспечивающие увеличение прозрачности материала при достижении пороговой температуры.

В частных вариантах, твердое органическое вещество, обусловливающее изменение внешнего вида термочувствительного материала при нагреве выше пороговой температуры, содержит структурный фрагмент C_nH_(2n+1), где n≥5, и преимущественно выбрано из группы: жирные алифатические кислоты, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥12; соли жирных алифатических кислот, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥5; алканы, содержащие не менее 20 атомов углерода; диалкилфосфиновые кислоты, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥5; амиды жирных алифатических кислот, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥5; ангидриды жирных алифатических кислот, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥10; жирные алифатические спирты, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥14; жирные алифатические амины, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥17; нитрилы жирных алифатических кислот, содержащие Структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥19, а также их смеси.

Также в качестве твердого органического вещества могут быть выбраны соединения из группы, но не ограничиваться ими: бензойная кислота и ее производные (амиды, соли, нитрилы, ангидриды, сложные эфиры), содержащие или не содержащие заместители в ароматическом кольце; гидрохинон; замещенные гидрохиноны; фенолы, тиофенолы и анилины, содержащие или не содержащие заместители в ароматическом кольце, а также замещенные по гетероатомам; бисфенол А и его анаологи; фталевая кислота и ее производные (амиды, соли, нитрилы, ангидриды, сложные эфиры), содержащие или не содержащие заместители в ароматическом кольце; сульфоны и сульфоланы, содержащие ароматические заместители; полиароматические структуры (например, нафталин, антрацен и другие), содержащие или не содержащие заместители в ароматическом кольце; гетероароматические соединения (например, пиридин, хинолин и другие), содержащие или не содержащие заместители в ароматическом кольце, а также их смеси.

Температура плавления конкретного вещества задает пороговую температуру соответствующего термочувствительного материала термоиндикатора. Поэтому вещества выбираются таким образом, чтобы температуры их плавления были вблизи пороговых температур термоиндикатора. Конкретная температура срабатывания обуславливается рядом факторов, в том числе природой связующего. При этом число атомов углерода для каждого класса веществ определяется, исходя из конкретной практической задачи, решаемой с помощью заявленного термоиндикатора (типа оборудования, необходимого шага определяемой температуры перегрева, площади проверяемой на нагрев поверхности и т.д.).

Другим фактором, определяющим выбор твердого органического вещества, обусловливающего изменение внешнего вида термочувствительного материала при нагреве выше пороговой температуры, является его коммерческая доступность, поэтому применение веществ, малодоступных в промышленных или полупромышленных масштабах может быть коммерчески невыгодным, несмотря на то, что такие вещества могут удовлетворять остальным требованиям. Предпочтительно, используемые в качестве твердого органического вещества, обусловливающего изменение прозрачности термочувствительного материала при нагреве выше пороговой температуры, жирные алифатические кислоты содержат не более 12 атомов углерода (n≥12); соли жирных алифатических кислот содержат не более 66 атомов углерода (n≥66); алканы содержат не более 40 атомов углерода (n≥40); диалкилфосфиновые кислоты содержат не более 20 атомов углерода (n≥20); амиды жирных алифатических кислот содержат не более 22 атомов углерода (n≥22); ангидриды жирных алифатических кислот содержат не более 26 атомов углерода (n≥26); жирные алифатические спирты содержат не более 32 атомов углерода (n≥32); жирные алифатические амины содержат не более 22 атомов углерода (n≥22); нитрилы жирных алифатических кислот содержат не более 22 атомов углерода (n≥22).

В частных случае твердое органическое вещество термочувствительного материала, обусловливающее изменение внешнего вида термочувствительного материала при нагреве выше пороговой температуры, выбрано из группы: пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, бегеновая кислота, тетракозан, эрукамид, стеариновый спирт, цетиловый спирт, соли насыщенных жирных карбоновых кислот, в том числе редкоземельных металлов, в частности лантана, иттрия, иттербия, скандия.

В частных случаях микроструктура термочувствительного материала содержит прозрачное по крайней мере для части видимого света полимерное связующее, температура фазового перехода которого выше температуры фазового перехода твердого органического вещества, обусловливающего изменение прозрачности термочувствительного материала при нагреве выше пороговой температуры. В этом случае термочувствительный материал содержит границы раздела фаз «твердое-твердое-газ», при плавлении также происходит необратимое изменение микроструктуры материала, в результате которой уменьшается число пустот относительно исходного состояния за счет выхода содержащегося в них газа на поверхность материала и происходит расслаивание газовой и негазовой сред, в результате чего наблюдается уменьшение площади контакта твердой фазы и пустот, т.е. уменьшение площади границ раздела фаз. В процессе выхода на поверхность газ, заполняющий пустоты, обеспечивает более высокую скорость диффузионных процессов в твердых телах и вязких жидкостях, чем в системах «твердое-твердое», что не только ускоряет изменение прозрачности термочувствительного материала, но и обеспечивает необратимость этого изменения при охлаждении. Дополнительно, необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала может сопровождаться образованием новых термодинамических фаз, например, твердого раствора. Предпочтительно, полимерное связующее присутствует в термочувствительном материале в количестве 1-30 мас.%. В частных случаях полимерное связующее покрывает каждую отдельную структурную частицу вещества термочувствительного материала, обеспечивая его "глазирование". Связующее выбирается таким образом, чтобы обеспечить смачиваемость, но не растворение, частиц вещества термочувствительного материала в полимерном связующем. Благодаря этому при "глазировании" зерен, кристаллов, волокон, чешуек или конгломератов указанных частиц происходит дополнительный захват газа, в среде которого формируется термочувствительный материал, и его распределения между "глазированными" связующим частицами вещества термочувствительного материала. Приведенный признак обеспечивает наличие микроструктуры материала с увеличенным количеством границ раздела фаз, тем самым усиливая технический результат полезной модели.

В частных случаях, прозрачное полимерное связующее выбрано из фенолформальдегидной смолы, бутилметакриловой смолы, меламинформальдегидной смолы, поливинилбутираля, полибутилметакрилата, полиизобутилметакрилата, поли бутил акрил ата, феноксисмолы, полистирольно-акриловой эмульсии, полиолефина, полистирола, полиакрилата, полиэфирсульфона, полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилиденфторида, политетрафторэтилена, полиэфирсульфона, полиизопрена, полипропилена, полибутадиена, полиизобутилена, поливинилацетата, поли метакрил ата, этилцеллюлозы, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, поликарбоната, поликапролактона, полиэтилентерефталатной смолы, полибутилентерефталатной смолы, полиамидной смолы, поливинилиденфторида, полиэфира, полиэфирных смол, гидроксиэтилцеллюлозы, метилцеллюлозы, этилцеллюлозы, нитроцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, желатина, агар-агара, казеина, гуммиарабика, поливинилового спирта, полиэтиленоксида или их смесей.

Предпочтительно, в микроструктуре термочувствительного материала в исходном состоянии частицы могут быть представлены в виде чешуек, пластинок, волокон, их конгломератов и т.д. При этом для достижения укрывистости при минимальной толщине слоя термочувствительного материала предпочтительно продольное расположение этих частиц преимущественно параллельно поверхности основы термоиндикатора. В этом случае частицы будут расположены "внахлест" подобно закрытым жалюзи и тем самым будет достаточно более тонкого слоя чешуек для перекрытия цвета основы ("принцип закрытых жалюзи"). Неконтролируемое расположение частиц может приводить к их произвольной ориентации на поверхности основы, при которой могут быть сформированы не только продольные, но и поперечные структуры ("принцип открытых жалюзи"), сквозь которые основа будет просматриваться при той же толщине слоя, при которой будет достигаться укрывистость при соблюдении принципа закрытых жалюзи. При формировании твердой фазы с применением принципа закрытых жалюзи пустоты, заполненные газом, предпочтительно образуют непрерывную газовую фазу. Таким образом, соблюдение принципа закрытых жалюзи позволяет получать материал, микроструктура которого в исходном состоянии имеет преимущественную ориентацию частиц твердой фазы параллельно поверхности основы термоиндикатора.

Благодаря раскрытой выше ориентации частиц твердой фазы термочувствительный материал будет иметь слоистую микроструктуру и может также характеризоваться небольшим процентом площади поверхности основы, непосредственно контактирующей с частицами (нижним слоем частиц). Последующие слои частиц твердой фазы будут преимущественно наслаиваться на уже имеющиеся на поверхности основы частицы, а не на свободные участки основы, наращивая тем самым толщину термочувствительного материала за счет расположения плоских частиц друг над другом, а не равномерно по всей поверхности основы, формируя "столбцы" из частиц твердой фазы, которые обеспечивают укрывистость небольшого слоя материала за счет большого числа границ раздела "твердое-газ", рассеивающих падающий свет.

Благодаря небольшой толщине термочувствительного материала в исходном состоянии, которая достигается за счет заявленной микроструктуры (что рассмотрено выше), изменение внешнего вида устройства и регистрация превышения температуры происходит с высокой точностью и в более узком интервале температур по сравнению со всеми известными из уровня техники подобными изделиями.

В предпочтительных вариантах термоиндикаторная наклейка по настоящей полезной модели выполнена таким образом, чтобы прозрачность нанесенного на основу по меньшей мере одного термочувствительного материала не снижалась до исходных значений после срабатывания и охлаждения до 20°С и выдержке при этой температуре в течение по меньшей мере одного месяца, преимущественно одного года и более.

Микроструктура нанесенного на основу по меньшей мере одного термочувствительного материала, включающая твердое органическое вещество и распределенные по объему термочувствительного материала пустоты, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.%, обеспечивает срок службы термоиндикатора, предпочтительно, не менее 5 лет, более предпочтительно, не менее 10 лет, за счет невозможности агрегирования и слипания частиц твердого органического вещества, разделенных большим количеством распределенных по объему пустот.

Для целей электротехники точность срабатывания, т.е. температурный диапазон плавления вещества, используемого в термочувствительных материалах, предпочтительно должна составлять не более 5°С, предпочтительно - не более 2°С, что регламентируется техническими и нормативными документами, некоторые из которых приведены в уровне техники данной заявки. Использование термочувствительных материалов с микроструктурой, включающей частицы твердого органического вещества и распределенные по объему термочувствительного материала пустоты, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.%, позволяет, в предпочтительных вариантах полезной модели, сузить диапазон срабатывания, т.е. изменения внешнего вида при нагревании до порогового значения температуры, до 5°С, преимущественно до 2°С, относительно пороговой температуры. При реализации полезной модели время изменения внешнего вида термоиндикатора составляет не более 5 секунд, преимущественно, не более 2 секунд, что позволяет регистрировать перегревы, возникающие, например, при кратковременном протекании токов короткого замыкания или импульсных перенапряжений, аварийных перегревах, вызванных пусковыми токами, перегревах электрооборудования в период пиковой нагрузки.

В преимущественных вариантах осуществления при возникновении локального нагрева контролируемой поверхности происходит изменение внешнего вида только той области того термочувствительного материала, которая была подвержена нагреву выше соответствующей пороговой температуры, что позволяет регистрировать точечные перегревы. При этом граница нагретой области определяется с высокой точностью, преимущественно 1-2 мм. Это позволяет с высокой надежностью и достоверностью определить место точечного локального перегрева на поверхности оборудования, например, межвитковых замыканий электрокатушек, пробоя изоляции кабелей, механического повреждения мембраны и пр. Для определения пятна аварийного нагрева на фоне нормальной температуры "не аварийного" участка поверхности необходимо, чтобы термочувствительный материал термоиндикатора изменял внешний вид только в той зоне, которая была нагрета выше пороговой температуры, и сохранял исходный внешний вид в других зонах, температура которых не превышала пороговое значение. При неравномерном подводе тепла и расплавлении части термочувствительного материала на границе раздела "расплав-твердое" начинает происходить диффузия твердых частиц в расплав и наоборот, что изменяет границы нагретого участка, делая их размытыми и нечеткими. В настоящей полезной модели термочувствительный материал выполнен таким образом, что при плавлении нагретого участка происходит резкое изменение микроструктуры, сопровождающееся сплавлением твердых частиц и выхода газовой фазы на поверхность, что приводит к уменьшению толщины слоя за счет необратимого выхода газовой фазы на поверхность и, как следствие, снижению площади контакта сработавшего и несработавшего термочувствительного материала. Благодаря такой микроструктуре удается достичь образования четких и достоверных границ, иллюстрирующих форму и размер участка поверхности, нагретого выше пороговой температуры.

Для бóльшей заметности термоиндикатора и облегчения выявления локальных перегревов в некоторых вариантах реализации полезной модели суммарная площадь участков термочувствительного материала составляет не менее 100 мм² или площадь поверхности основы, покрытой каждым термочувствительным материалом, составляет не менее 10 мм².

В различных вариантах реализации полезной модели давление газовой фазы внутри пустот используемых термочувствительных материалов может быть равно атмосферному давлению или ниже атмосферного давления. При использовании такого термочувствительного материала увеличивается скорость сплавления частиц твердой фазы, необратимого изменения микроструктуры, и, как следствие, скорость срабатывания термоиндикаторное наклейки, дополнительно увеличивается за счет приложения на материал силы, создаваемой атмосферным давлением, воздействующим на материал через прозрачный защитный слой.

Защитный слой также обеспечивает защиту от воздействия неблагоприятных внешних факторов: влаги, атмосферных осадков, брызг, индустриальных загрязнителей, механического воздействия. Предпочтительно прозрачный защитный слой, покрывающий термоиндикатор, выполнен из эластичного полимерного материала, что обеспечивает не только защиту от воздействия окружающей среды и исключение растекания и стекания термочувствительных составов после срабатывания, но и герметичность устройства и поддержание давления газа внутри пустот ниже атмосферного до нагрева. Также эластичность защитного слоя дополнительно обеспечивает возможность установки термоиндикатора на поверхности сложной формы с сохранением функциональных характеристик устройства. Защитный слой, предпочтительно выполняется из полимерного материала, включающего атомы галогена, преимущественно поливинилхлорида, наиболее предпочтительно литого поливинилхлорида. Эластичный защитный слой может быть прикреплен к основе за счет сплавления (приваривания), клея или других способов.

Ввиду особенности строения термочувствительного слоя, микроструктура по меньшей мере одно термочувствительного материала которого включает твердое органическое вещество и распределенные по объему термочувствительного материала пустоты, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.%, при превышении пороговой температуры и выходе газовой фазы на поверхность материала может происходить образование воздушного пузыря под защитным слоем. В случае, если давление газовой фазы внутри пустот термочувствительного материала равно атмосферному, а слой термочувствительного материала покрыт прозрачным защитным слоем герметично, при разрушении микроструктуры термочувствительного материала происходит расслаивание газовой и негазовой сред. Поскольку процесс происходит при нагреве, объем образующегося пузыря увеличивается за счет теплового расширения. При дальнейшем охлаждении устройства объем газовой среды уменьшается и размер пузыря под поверхностью защитного слоя уменьшается. Описываемые процессы объясняют необходимость использования эластичных материалов при изготовлении устройства для сохранения его целостности при эксплуатации в широком диапазоне температур. Для удаления возникающего при превышении пороговой температуры пузыря согласно некоторым вариантам предлагаемой полезной модели, между прозрачным защитным слоем и основой может быть выполнен зазор или в защитном слое могут быть выполнены микроотверстия, обеспечивающие, с одной стороны, возможность выхода выделяющегося при срабатывании газа, а с другой, необходимую защиту термочувствительного слоя от внешних воздействий.

В предпочтительных вариантах полезной модели давление газа внутри пустот термочувствительного материала может быть ниже атмосферного. В этом случае при использовании герметичного защитного покрытия при превышении пороговой температуры не будет наблюдаться образования газового пузыря под защитным слоем. Это связано с тем, что тепловое расширение газа компенсируется давлением газовой фазы внутри пустот ниже атмосферного в исходном состоянии.

Для удобства хранения и транспортировки термоиндикаторных наклеек до их монтажа на контролируемые поверхности клеевой слой может быть защищен релизом, выполненным преимущественно из силиконизированной бумаги, что обеспечивает сохранность адгезионных свойств клея, предотвращая его загрязнение и истирание.

В предпочтительных вариантах осуществления полезной модели основа термоиндикаторной наклейки выполнена из полимерного материала, включающего атомы галогена, преимущественно поливинилхлорида, наиболее предпочтительно литого поливинилхлорида. Использование галогенсодержащей полимерной основы, обеспечивает возможность использования заявленной термоиндикаторной наклейки для визуальной регистрации превышения температуры поверхностей токопроводящих элементов электроустановок, поскольку указанная основа обладает диэлектрическими свойствами (имеет диэлектрическую прочность не менее 5 кВ/мм) и устойчивостью к возгоранию. Полимерные материалы, в структуре которых присутствуют атомы галогенов, обладают одними из наиболее высоких показателей гибкости и эластичности среди известных полимеров. Введение атомов галогенов в использующиеся в качестве исходного сырья для полимеризации мономеры нарушает их симметрию и создает множество хиральных центров в полимере. Полимеризация или поликонденсация таких мономеров как друг с другом, так и с другими галогенсодержащими или не включающими атомы галогенов мономерами, приводит к образованию полимерных цепей с большим количеством стереоцентров. Регулярные полимеры, получаемые из негалогенированных мономеров без хиральных центров, склонны к образованию кристаллических структур, что снижает их эластичность, в то время как большое число диастереомеров, возникающих при галогенировании мономеров, придают галогенсодержащим полимерам стереохимическую неупорядоченность, которая предотвращает кристаллизацию. Таким образом, галогенсодержащие полимерные материалы обладают высокой эластичностью и гибкостью в силу особенностей химического строения, обусловленных наличием атомов галогенов в структуре полимеров. Кроме того, галогенсодержащие материалы обладают хорошей адгезией и низкой горючестью, что служит дополнительным обеспечением безопасности эксплуатации заявленного устройства и электрооборудования, на котором оно размещено.

В изделии по настоящей полезной модели укрывистость термочувствительного материала составляет предпочтительно не более 50 г/м². Как следствие, высокая укрывистость позволяет изготавливать термоиндикаторные наклейки минимальной толщины, требующие минимальных затрат тепла на изменение цвета, то есть обеспечивается быстрый и равномерный прогрев материала и перевод его в расплав, что увеличивает скорость срабатывания термочувствительного материала и обеспечивает возможность фиксации перегревов с минимальными значениями температуры превышения относительно порогового значения или при минимальном времени воздействия, в частности, обеспечивает возможность регистрации перегревов даже в условиях кратковременных пиковых нагрузок контролируемых узлов или при аварийных режимах работы. Кроме того, минимальная толщина изделия не сказывается на работоспособности, безопасности эксплуатации и необходимому отводу тепла от контролируемого изделия, при этом, обеспечивает сохранение гибкости основы для ее плотного прилегания к поверхностям сложной формы, избежание трещин и отслаивания материала от основы.

Также, уменьшение толщины слоя термочувствительного материала исключает стекание излишков материала при его плавлении, которое может привести к коротким замыканиям, потере электрической прочности, нагревам, заклиниваниям, возгораниям и прочим авариям.

Преимущественное исполнение термоиндикаторной наклейки с основой толщиной не более 700 мкм дает возможность плотного прилегания термоиндикатора к поверхностям сложной геометрии, в том числе к токопроводящим элементам электрооборудования. Также использование основы толщиной не более 700 мкм и термочувствительного материала толщиной не более 800 мкм позволяет быстро прогревать термочувствительный материал при возникновении кратковременных перегревов и полностью переводить его в сработавшее состояние, а также обеспечивает необходимую теплоотдачу при воздушном охлаждении работающих устройств. Это позволяет зафиксировать кратковременные аварийные перегревы, вызванные пусковыми токами или прохождением токов короткого замыкания, избыточной стартовой нагрузкой двигателей, холодным ходом, переключением или прочими процессами. Кроме того, в совокупности с толщиной защитного слоя не более 150 мкм, общая небольшая толщина устройства позволяет точно выявлять места локальных перегревов поверхностей при использовании наклеек с большой площадью термочувствительного слоя за счет низкого теплорассеяния в основе и термочувствительном материале вдоль плоскости контролируемой поверхности.

В частных вариантах исполнения устройства на основу может быть нанесен информационный элемент, который включает информацию для маркировки элементов электрооборудования или цветовую маркировку фаз. В частности, нанесенный на лицевую поверхность его основы информационный элемент может содержать надпись, содержащую цветовую, буквенную, цифровую или буквенно-цифровую маркировочную информацию. В одном из случаев информационный элемент на основе содержит информацию о дате окончания срока эксплуатации устройства. Также основа может иметь цвет, соответствующий установленным правилам маркировки элементов электрооборудования. Перечисленные выше признаки служат для придания устройству для регистрации превышения пороговой температуры свойства элементов маркировки электрооборудования, что также дополнительно обеспечивает безопасность эксплуатации оборудования, на котором размещаются подобные устройства, ввиду следующего. В случае контактных соединений, проводов или узлов электрооборудования речь идет о небольших поверхностях, которые, с одной стороны, требуют маркировки, а с другой стороны - температурного контроля. Однако, использование устройств для маркировки и устройств для регистрации превышения температуры по отдельности зачастую не представляется возможным, ввиду недостаточного места на контролируемой поверхности. Использование же только устройства для температурной индикации без маркировки может привести к неверному определению дефектного узла, а также к увеличению времени детектирования. Тем самым, устройство, сочетающее в себе свойства маркировочного устройства, а также свойства температурных индикаторов, положительно скажется на безопасности эксплуатации электрооборудования.

Для увеличения заметности как самого устройства, так и факта его срабатывания, а также, как следствие, дополнительного увеличения безопасности эксплуатации оборудования, основа может обладать светоотражающими или люминесцентными свойствами.

В частных случаях, основа может быть окрашена с использованием вещества, выполненного с возможностью необратимо изменять цвет при нагревании.

Использование при окраске основы веществ, выполненных с возможностью необратимо изменять цвет при нагревании до температуры, ниже пороговой температуры основного термочувствительного материала, например, на 10-30°С, позволяет проинформировать персонал о риске возникновения аварийного дефекта в дальнейшем, и тем самым, обеспечивает возможность его предотвращения, при должном реагировании персонала, ответственного за данное оборудование. Так, срабатывание такого вещества, при отсутствии срабатывания основного термочувствительного материала, свидетельствует о наличии перегрева оборудования, не достигшего предельно допустимых значений, соответствующих пороговой температуре основного термочувствительного материала, и необходимости его осмотра с целью выявления и устранения неполадок, которые в дальнейшем могли бы привести к развитию уже аварийного дефекта. Таким образом, наличие вещества, выполненного с возможностью необратимо изменять цвет при нагревании, до температуры, ниже пороговой температуры основного термочувствительного материала, в частности, на 10-30°С, дополнительно повышает безопасность эксплуатации как заявленного устройства, так и оборудования в целом.

Также, основа или некоторая ее часть может быть окрашена с использованием вещества, выполненного с возможностью обратимо изменять цвет при нагревании. К примеру, на лицевую поверхность может быть нанесен слой термочувствительной краски, обладающей вышеуказанными свойствами.

Присутствие вещества, выполненного с возможностью обратимо изменять цвет при нагревании, позволяет проинформировать персонал не только о превышении порогового значения температуры в прошлом, но и о перегревах в момент осмотра. Срабатывание такого вещества в момент осмотра свидетельствует, что оборудование находится в аварийном режиме в текущий момент и может быть источником повышенной опасности. Таким образом, наличие вещества, выполненного с возможностью обратимо изменять цвет при нагревании, дополнительно повышает безопасность эксплуатации как заявленного устройства, так и оборудования в целом.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет более понятно из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

Фиг. 1 - Необратимая термоиндикаторная наклейка для необратимой регистрации превышения температуры: 1а - выше одного порогового значения; 1б - выше трех пороговых значений; 1в - выше пяти пороговых значений.

Фиг. 2 - Слоистая структура необратимой термоиндикаторной наклейки для необратимой регистрации превышения температуры: 2а - выше одного порогового значения с герметичной прозрачной защитной пленкой, клеевым слоем и релизом; 2б - выше четырех пороговых значений с прозрачной защитной пленкой, в которой между защитной пленкой и основой выполнен зазор, клеевым слоем и релизом; 2в - выше двух пороговых значений с прозрачной защитной пленкой, в которой выполнены микроотверстия, клеевым слоем и релизом.

Фиг. 3 - Необратимая термоиндикаторная наклейка для регистрации превышения температуры: 3а - выше одного порогового значения, первоначальный вид тер мо индикаторной наклейки с основой, обладающей люминесцентными свойствами, 3б - сработавший вид этой термоиндикаторной наклейки с основой, обладающей люминесцентными свойствами с визуальным цветовым переходом "белый-черный" (после превышения порогового значения температуры), 3в - выше от одного до трех пороговых значений, первоначальный вид термоиндикаторной наклейки с тремя различными термочувствительными материалами, 3г,д - частично сработавшая наклейка после превышения порогового значения температуры первого (3г) и второго (3д) термочувствительных материалов, 3е - полностью сработавшая наклейка после превышения порогового значения температуры третьего термочувствительного материала, 3ж - выше от одного до четырех пороговых значений, первоначальный вид термоиндикаторной наклейки с основой, обладающей светоотражающими свойствами, с четырьмя различными термочувствительными материалами, 3з - полностью сработавшая наклейка с основой, обладающей светоотражающими свойствами, после превышения порогового значения температуры четвертого термочувствительного материала с визуальным цветовым переходом "белый-черный", 3и - слоистая структура термоиндикаторной наклейки для необратимой регистрации превышения температуры выше одного порогового значения с основой, обладающей светотражающими или люминесцентными свойствами, покрытой черной краской в зоне термочувствительного материала, с прозрачным защитным слоем, в котором выполнены микроотверстия.

Фиг. 4 - Микроструктура термочувствительного материала с частицами в виде чешуек и их конгломератов без связующего до срабатывания (4а), после срабатывания (4б); чешуек и их конгломератов со связующим, до срабатывания (4в) и после срабатывания (4г); волокон и их конгломератов без связующего, до срабатывания (4д) и после срабатывания (4е).

Фиг. 5 - Необратимая термоиндикаторная наклейка для регистрации превышения одного порогового значения температуры при локальном перегреве: 5а - первоначальный вид термоиндикатора, 5б - частично сработавший термоиндикатор после точечного нагрева контролируемой поверхности выше порогового значения температуры с изменением прозрачности только той области термочувствительного материала, которая была подвержена нагреву выше пороговой температуры, при сохранении непрозрачной области данного материала в его остальной зоне, которая не подвергалась нагреву.

Фиг. 6 - Микрофотографии термочувствительного материала необратимой термоиндикаторной наклейки по заявляемой полезной модели, полученные при увеличении 20 и 10 мкм: 6а - до срабатывания, 6б - после срабатывания; полученные при увеличении 2 мкм: 6в - до срабатывания, 6г - после срабатывания; а также полученные при увеличении 2 мкм после обработки с помощью программного обеспечения, позволяющего определять объемную долю пустот и твердой фазы: 6д - до срабатывания, 6е - после срабатывания; 6ж - микрофотографии термочувствительного материала, изготовленного по известным из уровня техники способам, до срабатывания, полученные при увеличении 20 и 10 мкм.

Фиг. 7 - Фотографии необратимой термоиндикаторной наклейки по заявляемой полезной модели: 7а - до срабатывания, 7б - после срабатывания, последующего охлаждения до 20°С и выдержке при этой температуре в течение одного месяца; фотографии термоиндикатора, термочувствительный материал которого не обладает заявленной микроструктурой: 7в - до срабатывания, 7г - после срабатывания, последующего охлаждения до 20°С и выдержке при этой температуре в течение одного месяца.

Фиг. 8 - Пример микрофотографии поперечного среза термочувствительного материала необратимой термоиндикаторной наклейки по заявляемой полезной модели, полученные при увеличении 2 мкм, до обработки (а) и после закрашивания пустот (б), иллюстрирующего неизолированные пустоты и непрерывность газовой фазы.

Фиг. 9 - Схематическое изображение необратимой термоиндикаторной наклейки (слоистой структуры и лицевой поверхности), в которой: пустоты в термочувствительном материале распределены неравномерно и не связаны между собой и с поверхностью термочувствительного материала до срабатывания (а), в процессе срабатывания (б) с образованием воздушных пузырей между термочувствительным материалом и основой при затрудненном расслаивании газовой и негазовой сред за счет неравномерности распределения пустот и после срабатывания (в) с образованием общего воздушного пузыря между термочувствительным материалом и основой и отслойкой термочувствительного материала от основы; пустоты в термочувствительном материале распределены равномерно и сообщаются между собой и с поверхностью термочувствительного материала до срабатывания (г) и после срабатывания (д) с образованием воздушного пузыря между термочувствительным материалом и защитным слоем, расслаиванием газовой и негазовой сред; пустоты в термочувствительном материале распределены равномерно и сообщаются между собой и с поверхностью термочувствительного материала до срабатывания (е) и после срабатывания (ж) с расслаиванием газовой и негазовой сред без образования воздушного пузыря.

На фиг. 1 представлена необратимая термоиндикаторная наклейка для необратимой регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, включающая клеевой слой 13, защищенный силиконизированным релизом 14; непрозрачную по крайней мере для части видимого света основу 3; по меньшей мере один термочувствительный материал 1, нанесенный на лицевую поверхность основы 3; прозрачный для по крайней мере части видимого света защитный слой (не показан). Представлены частные случаи осуществления с одним (1а), тремя (1б) и пятью (1в) термочувствительными материалами, имеющими различные пороговые температуры, с окрашиванием основы в черный цвет и нанесения информационного элемента, включающего по меньшей мере одно численное значение регистрируемой пороговой температуры 2.

На фиг. 2 представлена слоистая структура необратимой термоиндикаторной наклейки, включающей гибкую основу 3 и нанесенный на нее по меньшей мере один термочувствительный материал 1 и прозрачную защитную пленку 4, которая: (2а) плотно прилегает к основе 3 и одному термочувствительному материалу 1 и обеспечивает герметичность устройства и возможность поддержания давления ниже атмосферного; (26) плотно прилегает к основе 3 и четырем различным термочувствительным материалам 1 и имеет зазор 5а между защитной пленкой 4 и основой 3; (2в) плотно прилегает к основе 3 и двум различным термочувствительным материалам 1 и имеет микроотверстия 56 на ее лицевой поверхности.

На фиг. 3 представлена необратимая термоиндикаторная наклейка для регистрации превышения температуры выше одного порогового значения в исходном состоянии до нагрева (3а) и после нагрева выше порогового значения температуры (3б), включающее основу 3, обладающую люминесцентными свойствами, нанесенный на нее термочувствительный материал 1 и надпись 2, включающую численное значение регистрируемой температуры; необратимая термоиндикаторная наклейка для регистрации превышения температуры выше от одного до трех различных значений пороговых температур в исходном состоянии до нагрева (3в), после нагрева выше первого порогового значения температуры (3г), после нагрева выше второго порогового значения температуры (3д) и после нагрева выше третьего порогового значения температуры (3е), включающее гибкую основу 3, нанесенные на нее термочувствительные материалы 1 и надписи 2, включающие численные значения регистрируемых пороговых значений температур для каждого термочувствительного материала; необратимая термоиндикаторная наклейка для регистрации превышения температуры выше от одного до четырех различных пороговых значений температур в исходном состоянии до нагрева (3ж), после нагрева выше четвертого порогового значения температуры (3з) и слоистая структура необратимой термоиндикаторной наклейки для регистрации превышения температуры выше одного порогового значения (3и), включающая гибкую основу со светоотражающими или люминесцентными свойствами 6, нанесенный на нее термочувствительный материал 1 и надпись 2, включающая численное значение регистрируемой пороговой температуры, краску черного цвета 7, нанесенную на основу в зоне под термочувствительным материалом, а также прозрачный защитный слой 4, плотно прилегающий к основе и материалу и имеющий микроотверстия 5 на его лицевой поверхности, и клеевой слой 13, защищенный релизом 14.

На фиг. 4 представлена микроструктура термочувствительного материала 1 без связующего с частицами 8, выполненными в виде чешуек и их конгломератов, и пустотами 9 до нагрева (4а) и микроструктура термочувствительного материала 1 с уменьшенной объемной долей пустот и с увеличенной кажущейся плотностью и с частицами, подвергшимися сплавлению и утратившими первоначальную форму, после нагрева выше порогового значения температуры (4б); микроструктура термочувствительного материала 1 со связующим 10 с частицами 8, выполненными в виде ячеек и их конгломератов, и пустотами 9 до нагрева (4в) и микроструктура термочувствительного материала 1 со связующим 10 с уменьшенной долей пустот и с увеличенной кажущейся плотностью и с частицами, подвергшимися сплавлению и утратившими первоначальную форму, после нагрева выше порогового значения температуры (4г); микроструктура термочувствительного материала 1 без связующего с частицами 8, выполненными в виде волокон и их конгломератов, и пустотами 9 до нагрева (4д) и микроструктура термочувствительного материала 1 с уменьшенной долей пустот и с увеличенной кажущейся плотностью и с частицами, подвергшимися сплавлению и утратившими первоначальную форму, после нагрева выше порогового значения температуры (4е).

На фиг. 5 представлена необратимая термоиндикаторная наклейка для регистрации превышения температуры выше одного порогового значения при локальном перегреве, включающая основу 3 и нанесенный на нее термочувствительный материал 1 до нагрева (5а) и после точечного нагрева (5б) контролируемой поверхности, в результате которого изменения прозрачности только той области 12 термочувствительного материала 1, которая была подвержена нагреву выше пороговой температуры, при сохранении первоначального состояния остальной области термочувствительного материала 1.

На фиг. 6 представлены микрофотографии термочувствительного материала необратимой термоиндикаторной наклейки для регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения по заявляемой полезной модели, полученные без защитного слоя при увеличении 20 и 10 мкм в исходном состоянии с частицами 8 и пустотами 9 до срабатывания (6а) с долей пустот более 10 об.% и после срабатывания (6б) с уменьшенной долей пустот более, чем в 2 раза; а также полученные без защитного слоя при увеличении 2 мкм в исходном состоянии до срабатывания (6в) и после срабатывания (6г) и те же фотографии до срабатывания (6д) и после срабатывания (6е), обработанные с применением программного обеспечения, позволяющего определять долю пустот и твердой фазы и вычислять поверхностную площадь 11 частиц 8. На фиг. 6ж представлены микрофотографии термочувствительного материала, не обладающего заявленной микроструктурой, до срабатывания, полученные при увеличении 20 и 10 мкм с долей пустот менее 10 об.%.

На фиг. 7 представлена необратимая термоиндикаторная наклейка по заявляемой полезной модели с белым термочувствительным материалом в исходном состоянии до срабатывания (7а) и после срабатывания (7б) с увеличением прозрачности и проявлением цвета основы, окрашенной в черный цвет, и сохранением внешнего вида после срабатывания, и последующего охлаждения до 20°C с выдержкой в течение одного месяца, а также термоиндикатор с термочувствительным материалом, не обладающим заявленной микроструктурой и окрашенным в белый цвет в исходном состоянии, до срабатывания (7в) и после срабатывания (7г) с увеличением прозрачности и проявлением цвета основы, окрашенной в черный цвет, с частичным возвращением прозрачности и исходного внешнего вида после последующего охлаждения до 20°С и выдержки в течение одного месяца.

На фиг. 8 в качестве примера представлена одна из микрофотографий поперечного среза термочувствительного материала необратимой термоиндикаторной наклейки для регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения по заявляемой полезной модели в исходном состоянии, полученная при увеличении 2 мкм, с пустотами 9 в оригинале (8а) и после закрашивания пустот (8б), которое иллюстрирует неизолированные пустоты и непрерывность газовой фазы в данном срезе и частицы твердой фазы 8.

На фиг. 9 приведены схематические изображения слоистой структуры (слева) необратимой термоиндикаторной наклейки и ее лицевой поверхности (справа), включающей гибкую основу 3, нанесенный на нее по меньшей мере один термочувствительный материал 1 с микроструктурой, включающей твердое органическое вещество 8 и пустоты 9, прозрачную защитную пленку 4, клеевой слой 13, защищенный релизом 14, причем для наглядности изображения строения термочувствительного материала соотношение толщин основы, термочувствительного материала и защитной пленки нарушено. Термочувствительный материал, в исходном состоянии приведенный на фиг. 9а, имеет пустоты, неравномерно распределенные в его объеме и не связанные между собой и с поверхностью термочувствительного материала, а защитная пленка 4 плотно прилегает к основе и термочувствительному материалу, что приводит к затруднению расслаивания газовой и негазовой сред в процессе срабатывании (фиг. 9б) и образованию воздушных пузырей между термочувствительным материалом и основой, а также после срабатывания (фиг. 9в) с образованием общего воздушного пузыря между термочувствительным материалом и основой и отслойкой термочувствительного материала от основы. Термочувствительный материал, в исходном состоянии приведенный на фиг. 9г, имеет пустоты, равномерно распределенные в его объеме и сообщающиеся между собой и с поверхностью термочувствительного материала, при этом защитная пленка 4 плотно прилегает к основе и термочувствительному материалу, что приводит к свободному выходу газовой фазы на поверхность и расслаиванию газовой и негазовой сред при срабатывании (фиг. 9д), оседанию термочувствительного материала 1, с образованием воздушного пузыря между термочувствительным материалом и защитным слоем 4 из-за невозможности выхода газовой фазы за ее пределы. Термочувствительный материал, в исходном состоянии приведенный на фиг. 9е, имеет пустоты, равномерно распределенные в его объеме и сообщающиеся между собой и с поверхностью термочувствительного материала, при этом защитная пленка 4 имеет микроотверстия 5, что приводит к свободному выходу газовой фазы на поверхность и расслаиванию газовой и негазовой сред при срабатывании (фиг. 9ж), оседанию термочувствительного материала 1, и отсутствию образования пузыря между термочувствительным материалом и защитным слоем 4, благодаря выходу 15 газовой фазы за ее пределы через микроотверстия 5.

Осуществление изобретения

Приготовление термочувствительного материала.

Твердое органическое вещество изготавлимаетого термочувствительного материала может быть выбрано из по меньшей мере одного из приведенных классов органических веществ, но не ограничиваясь представленным списком: жирные алифатические кислоты, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥12; соли жирных алифатических кислот, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥5; алканы, содержащие не менее 20 атомов углерода; диалкилфосфиновые кислоты, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥5; амиды жирных алифатических кислот, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥5; ангидриды жирных алифатических кислот, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥10; жирные алифатические спирты, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥14; жирные алифатические амины, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥17; нитрилы жирных алифатических кислот, содержащие структурные фрагменты C_nH_(2n+1) с n≥19, производные бензойной кислоты; замещенные фенолы, предпочтительно с молекулярной массой менее 2000 а.е.м., или их смеси.

Предпочтительно, используемые в качестве твердого органического вещества жирные алифатические кислоты содержат не более 22 атомов углерода; соли жирных алифатических кислот содержат не более 66 атомов углерода; алканы содержат не более 40 атомов углерода; диалкилфосфиновые кислоты содержат не более 20 атомов углерода; амиды жирных алифатических кислот содержат не более 22 атомов углерода; ангидриды жирных алифатических кислот содержат не более 26 атомов углерода; жирные алифатические спирты содержат не более 32 атомов углерода; жирные алифатические амины содержат не более 22 атомов углерода; нитрилы жирных алифатических кислот содержат не более 22 атомов углерода.

В частных вариантах изобретения, твердое органическое вещество по меньшей мере одного термочувствительного материала выбрано из по меньшей мере одного из приведенных веществ: капроната иттрия, бегената иттрия, ундеканата иттрия, лаурата иттрия, тридеканлаурата иттрия, тридеканпентадеканата иттрия, тридеканата иттрия, пентадеканата иттрия, пальмитата иттрия, каприлата иттербия, пальмитата лантана, нонадецината лантана, капроната лантана, ундеканата эрбия, нонадеканоата цинка, пальмитата цинка, капроната цинка, миристината цинка, стеарата цинка, лаурата кадмия, лауринмиристината кадмия, каприната свинца, стеарата свинца, лаурата свинца, лауринмиристината свинца, стеарата меди, стеарата кальция, стеарата лития, стеариновой кислоты, лауриновой кислоты, докозановой кислоты, эйкозановой кислоты, кротоновой кислоты, арахиновой кислоты, миристиновой кислоты, пальмитиновой кислоты, адипиновой кислоты, октановой кислоты, каприновой кислоты, трикозановой кислоты, тетратриаконтановой кислоты, 2,3-диметилнонановой кислоты, брассидиновой кислоты, 2-метил-2-додеценовой кислоты, элеостеариновой кислоты, бегенолевой кислоты, бегеновой кислоты, олеамида, стеарамида, лаурамида, эруциламида, амида каприновой кислоты, амида миристиновой кислоты, амида каприловой кислоты, анилида пальмитиновой кислоты, анилида салициловой кислоты, бетта-нафтиламида капроновой кислоты, фенилгидразида энантовой кислоты, гексиламида, октакозиламида, N-метилгептакозиламида, салициламида, гексадеканола, экукамида, 1-докозонола, трилаурина, трикоз ил амина, диоктадециламина, N,N-диметилоктиламина, диоктилфосфиновой кислоты, тритриаконтана, тетракозана, стеаринового спирта, цетилового спирта, диспергированного полиэтилена, хлористого ангидрида стеариновой кислоты, ангидрида пальмитиновой кислоты, ангидрида стеариновой и уксусной кислот, ангидрида лауриновой кислоты, N-фенил-гексадеканамида, 1,1'-[1,2-этандиилбис(окси)]бис-бензола, бисфенола А, салицилата цинка, фенольные смолы, фенолацетиленовые смолы, салицилата цинка, 1,7-ди(гидроксифенилтио)-3,5-диоксагептана, 4-гидроксиэтилбензоата, монобензилфталата, 4-гидроксидиметилфталата, бис-(4-гидрокси-2-метил-5-этилфенил)сульфида, 4-гидрокси-4'-изопропоксидифенилсульфона, 4-гидроксифенилбензолсульфоната, бензоиллейкометиленового синего, лактона малахитового зеленого, N-2,4,5-трихлорфениллейкоаурамина, 3-диэтиламино-6-метил-7-хлорфторана, 3,6-бис(диэтиламино)фторан-γ-(4'-нитро)-анилинолактама, 3-диэтиламино-6-метил-7-анилинофлуорана, 3-(N-этил-N-изоамиламино)-6-метил-7-анилинофлурана, 3-циклогексиламино-6-хлорфторана, 3-диэтиламино-6,8-диметилфторана или их смесей.

В различных вариантах осуществления, твердое органическое вещество по меньшей мере одного из термочувствительных материалов подбирается таким образом, что пороговые температуры могут быть выбраны из диапазона от 50 до 210°С. При этом численные значения пороговой температуры по меньшей мере одного термочувствительного материала могут быть выбраны из группы 50°С, 55°С, 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, 120°С, 130°С, 140°С, 150°С.

Для изготовление термочувствительного материала, твердое органическое вещество измельчают на шаровой мельнице до размера 2-3 мкм, последовательно добавляют жидкую фазу, представленную водой или органическим растворителем с температурой кипения менее 180°С, и размешивают полученную суспензию, при этом преимущественно, в этот период обеспечивается периодическое диспергирование смеси с доступом воздуха до получения постоянной плотности смеси. Жидкая фаза, предпочтительно, представляет собой воду или органический растворитель, растворимость в которой твердого органического вещества не превышает 10 г/кг.

В предпочтительных вариантах изобретения, жидкую фазу добавляют в количестве от 50 об.% до 90 об.%.

Разница плотностей жидкой фазы и твердого органического вещества предпочтительно составляет менее 0,2 г/см³. С этой целью жидкая фаза может быть выбрана из группы: изопропанол, вода, метанол, 1-пропанол, изобутанол, монометиловый эфир этиленгликоля, 1-бутанол, ацетонитрил, уксусная кислота, гексан, гептан, 1,1,1-трифторэтанол, 1,1,1,3,3,3-гексафторизопропанол, диметилформамид, этанол, бутилацетат, вода, ацетон, толуол или их смеси, но не ограничиваются ими.

В зависимости от природы твердого органического вещества, вид получающихся частиц твердого органического вещества может представлять собой зерна, кристаллы, волокна, чешуйки, пластинки или конгломераты указанных частиц, преимущественно ориентированных параллельно поверхности основы.

В некоторых вариантах изобретения измельченное твердое органическое вещество суспендируют в растворе прозрачного по крайней мере для части видимого света связующего в жидкой фазе. В предпочтительных вариантах изобретения связующее присутствует в получаемом термочувствительным материале в количестве 1-30 мас.%, для обеспечения эффекта глазирования частиц твердого органического вещества, и представляет собой полимеры, включающие следующие мономерные звенья: производные винилового спирта, винилбутираля, винилхлорида, винилфторида, метакриловой кислоты, акриловой кислоты, стирола, этилена, либо других полимеров, включая полиуретан, силикон, эпоксидную смолу.

При этом прозрачное полимерное связующее выбирают из: фенолформальдегидной смолы, бутилметакриловой смолы, меламинформальдегидной смолы, поливинилбутираля, поли бутил метакр ил ата, полиизобутилметакрилата, полибутил акр ил ата, феноксисмолы, полистирольно-акриловой эмульсии, полиолефина, полистирола, полиакрилата, полиэфирсульфона, полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилиденфторида, политетрафторэтилена, полиэфирсульфона, полиизопрена, полипропилена, полибутадиена, полиизобутилена, поливинилацетата, полиметакрилата, этилцеллюлозы, поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, поликарбоната, поликапролактона, полиэтилентерефталатной смолы, полибутилентерефталатной смолы, полиамидной смолы, поливинилиденфторида, полиэфира, полиэфирных смол, гидроксиэтилцеллюлозы, метилцеллюлозы, этилцеллюлозы, нитроцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, желатина, агар-агара, казеина, гуммиарабика, поливинилового спирта, полиэтиленоксида или их смесей, но не ограничиваются ими.

В этом случае термочувствительный материал содержит границы раздела фаз «твердое-твердое-газ», при плавлении также происходит необратимое изменение микроструктуры материала, в результате которой уменьшается число пустот относительно исходного состояния за счет выхода содержащегося в них газа на поверхность материала и происходит расслаивание газовой и негазовой сред.

Полученную без связующего или со связующим суспензию используют для нанесения сразу после получения.

Выбор основы наклейки.

Заявленное устройство имеет исполнение в виде наклейки, выполненной с возможностью надежного крепления и плотного прилегания к поверхности контролируемого оборудования.

Наклейка имеет слоистую структуру, включающую: клеевой слой; гибкую основу, непрозрачную по крайней мере для части видимого света, на которую нанесены информационные элементы, включающие численное значение по меньшей мере одной пороговой температуры; по меньшей мере один термочувствительный материал, нанесенный на поверхность основы, а также прозрачную защитную полимерную пленку, частично или полностью покрывающую термочувствительный материал и изолирующую его от окружающей среды.

Толщина основы устройства преимущественно составляет не более 700 мкм для обеспечения скорости срабатывания каждого из термочувствительных материалов менее 5 секунд, преимущественно 2 секунды, при нагреве выше соответствующей пороговой температуры.

Основа для различных видов устройств может быть выбрана из следующих материалов: сополимеры винилхлорида, а именно: сополимер С-15 (сополимер винилхлорида и винил ацетата), сополимер ВХВД-40 (сополимер винилхлорида и винилиденхлорида), поливинилхлоридные (ПВХ) пленки и пленки из литого ПВХ, поливинилиденфторидные пленки PVDF, пленки, выполненные из фторопласта М-40, а также полиэфирные пленки с добавками 6,5% гексабромциклододекана или полиэфирные пленки, модифицированные 15% трихлоризопропилфосфата, ПВХ пленки OraJet 3106SG, 3951, полиуретановая пленка 3981RA, полиэфирная пленка 3М: 7874 Е или WHITEV ТС 50/RC20/HD70WH, самоклеющаяся бумажная пленка, метилметакрилатная пленка ORALITE 5500, но не ограничиваться ими. При использовании галогенсодержащей полимерной основы диэлектрическая прочность наклейки предпочтительно составляет не менее 5 кВ/мм, что является предпочтительным при использовании устройства в энергетике.

В качестве клеевого слоя могут быть использованы, в частности, акриловые клеи, стирольные клеи, полиуретановые клеи для достижения адгезии предпочтительно не менее 10Н/25 мм к нержавеющей стали, измеренной методом FINAT ТМ1 после 24 ч. Далее будут рассмотрены варианты изготовления и использования заявленного устройства на примере акрилового клея.

В некоторых вариантах выполнения, на поверхность основы может быть нанесен рисунок, предназначенный для маркировки фаз или узлов электротехнического оборудования, содержащий графическую, численную или текстовую информацию, а сама основа может обладать светоотражающими или люминесцентными свойствами для увеличения заметности как самого устройства, так и факта его срабатывания, что служит дополнительному увеличению безопасности эксплуатации оборудования.

В частном случае гибкая основа может быть цветной для выполнения дополнительной маркировки фаз кабелей, монтажных проводов, жгутов и других элементов электрооборудования, причем цвет основы выбирается в соответствии с ГОСТ 28763-90, устанавливающему, в частности, цветовую маркировку в области электротехники. Цвет эластичной основы не влияет на визуальную регистрацию превышения пороговых температур поверхности оборудования, однако обеспечивает маркировку устройства, необходимую для повышения общей безопасности эксплуатации оборудования.

Для увеличения контрастности цветового перехода основа в зоне по меньшей мере одного термочувствительного материала окрашена, например, в черный цвет. В этом случае термочувствительный материал имеет, предпочтительно, белый цвет, тем самым, при срабатывании по меньшей мере одного термочувствительного материала обеспечивается визуальный переход "белый-черный".

Изготовление термоиндикаторной наклейки для регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения.

В общем виде процесс изготовления термоиндикаторной наклейки включает в себя этапы нанесения на отдельные участки непрозрачной основы одного или более слоя по меньшей мере одной суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе, удаления жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии нанесенных слоев, а также покрытия лицевой поверхности заготовки прозрачной защитной пленкой.

Для получения микроструктуры нанесенного термочувствительного материала, включающей твердое органическое вещество и распределенные по объему термочувствительного материала пустоты, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.%, можно использовать, в частности, следующие приемы на ранее раскрытых этапах способа:

- по меньшей мере один из вышеуказанных этапов способа (нанесение суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе, удаление жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии, покрытие лицевой поверхности заготовки прозрачным защитным слоем) проводится при давлении ниже атмосферного.

- проводится не менее 3 циклов нанесения слоев по меньшей мере одной суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе и удаления жидкой фазы из нанесенных слоев этой суспензии, при этом, нанесение суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе производят методом, выбираемым из группы: трафаретная печать, флексографская печать, тампонная печать, шелкография, с получением микроструктуры по меньшей мере одного термочувствительного материала, частицы твердого органического вещества в котором ориентированы преимущественно параллельно плоскости поверхности основы.

Удаление жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе или из каждого слоя в отдельности может проводиться как при давлении ниже атмосферного, так и при атмосферном давлении, в зависимости от выбранного способа изготовления устройства.

Давления ниже атмосферного, в частных случаях получения устройства, может быть использовано как сразу после нанесения каждого отдельного слоя суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе, так и на этапе сушки (т.е. удаления жидкой фазы) необходимого количества нанесенных слоев суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе. В этом случае происходит спонтанное высвобождение жидкой фазы из объема материала (последовательно из каждого слоя или из всего объема материала) с образованием большего числа неструктурированных пустот. Другими словами, в процессе использования давления ниже атмосферного происходит быстрое удаление жидкой фазы, подобное закипанию, в результате которого наблюдается дополнительное вспенивание материала, приводящее к увеличению количества пустот. Кроме этого, давление ниже атмосферного может быть использовано на этапе покрытия герметичным защитным слоем. Это не только предотвратит появление пузыря на поверхности защитного слоя при срабатывании устройства, но и обеспечит удаление остаточной окклюзированной термочувствительным материалом жидкой фазы с дополнительным вспениванием материала и увеличением количества пустот. При этом после нанесения последнего слоя устройство сушат, выбирая режим удаления жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии, предпочтительно, при температуре (20±2)°С в течение не менее 1 часа, и только после этого используют давление ниже атмосферного и покрывают защитным слоем.

Применение давления ниже атмосферного может проводиться на любых двух стадиях изготовления устройства, а также на всех трех стадиях изготовления устройства, что также приводит к получению термочувствительного материала с требуемой микроструктурой.

Послойное нанесение суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе также может обеспечить получение заявленного устройства. В этом случае после нанесения по меньшей мере одного термочувствительного материала, устройство сушат, выбирая режим удаления жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии, предпочтительно, при температуре (20±2)°С в течение 10 минут в атмосфере воздуха, затем процедуру послойного нанесения повторяют до получения необходимой толщины покрытия. Формирование микроструктуры, включающей твердое органическое вещество и распределенные по объему термочувствительного материала пустоты, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.%, происходит слой за слоем. Послойное нанесение с выдержкой предпочтительно при комнатной температуре между подходами обеспечивает необходимую упорядоченность частиц твердого плавкого вещества при их расположении на устройстве. В случае, если частицы твердого плавкого вещества представляют собой чешуйки или пластинки, для того, чтобы достичь укрывистости при минимальной толщине слоя предпочтительно их продольное расположение "внахлест" на гибкой основе устройства. В этом случае чешуйки будут расположены подобно закрытым жалюзи и будет достаточно тонкого слоя чешуек для перекрытия цвета основы ("принцип закрытых жалюзи"). Благодаря самопроизвольному удалению жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии при комнатной температуре, обеспечивается медленное оседание чешуек и их упаковка в термодинамически выгодном состоянии. При применении указанного приема при приготовлении термочувствительного материала наблюдается преимущественное образование непрерывной твердой фазы твердого органического вещества, а пустоты, заполненные газом, при этом образуют непрерывную газовую фазу. При проведении принудительного удаления жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии при нагревании или при обдуве воздухом кинетические процессы испарения растворителя будут преобладать над термодинамическим упорядочиванием частиц твердого органического вещества, в результате чего чешуйки будут формировать не продольные, а поперечные структуры ("принцип открытых жалюзи"), сквозь которые будет просматриваться основа при той же толщине слоя, для которой при соблюдении принципа закрытых жалюзи будет достигаться укрывистость.

Такого упорядочивания также удается достичь за счет применения разбавленной суспензии частиц твердого плавкого вещества в жидкой фазе (разбавление более 50%), поскольку в большом объеме будет проходить ориентация чешуек нужным образом и их оседание в упорядоченном виде, в отличие от использования более концентрированных суспензий. Кроме того, большое разбавление гарантирует более длительный процесс самопроизвольного испарения жидкой фазы, в ходе которого также будет происходить укладывание чешуек по принципу закрытых жалюзи. Другим фактором, влияющим на скорость и характер осаждения частиц твердого органического вещества, является относительная разница плотностей растворителя и частиц твердого плавкого вещества. При наличии большой разницы плотностей (более 0,2 г/см³) частицы твердого органического вещества будут оседать из суспензии слишком быстро по принципу открытых жалюзи. При сравнимых плотностях или при разнице плотностей менее 0,2 г/см³ будет наблюдаться медленное оседание частиц твердого органического вещества с образованием необходимой упорядоченной микроструктуры материала и соблюдением принципа закрытых жалюзи.

Таким образом, соблюдение принципа открытых жалюзи при формировании микроструктуры термочувствительного материала позволяет получать материал, микроструктура которого в исходном состоянии имеет преимущественную ориентацию частиц твердого вещества параллельно поверхности основы и защитного покрытия.

Нанесение слоев суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе предпочтительно производится способом, выбранным из трафаретной печати, флексографской печати, тампонной печати, шелкографии.

Флексографская печать обеспечивает захват суспензии анилоксовым валиком и перенос ее на выпуклые части рельефной печатной формы, в результате чего печатная форма покрывается тонким слоем суспензии, который переносится на основу. При этом начало формирования упорядоченного расположения частиц преимущественно параллельно поверхности происходит уже на стадии захвата суспензии анилоксом, при переносе на выпуклые части печатной формы слой суспензии утоныпается, способствуя дальнейшему упорядочиванию частиц, а при переносе суспензии на основу процесс упорядочивания завершается, обеспечивая расположение частиц твердого органического вещества по принципу "закрытых жалюзи". При реализации тампонной печати для переноса суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе используется тампон или ролик, на котором также частицы твердого органического вещества начинают формироваться по принципу "закрытых жалюзи". Нанесение на основу завершает процесс упорядочивания с получением требуемой микроструктуры термочувствительного материала.

Шелкография и трафаретная печать реализуется с помощью трафаретной печатной формы или матрицы, представляющей собой мелкоячеистую сетку, выполненную из моноволоконных полиэфирных, полиамидных или металлических нитей. При этом суспензия твердого органического вещества в жидкой фазе продавливается на основу сквозь сетку с помощью ракеля, благодаря чему происходит укладывание частиц твердого органического вещества параллельно поверхности основы. Повторное прокатывание ракеля по сетке позволяет ориентировать преимущественно все частицы твердого органического вещества по принципу "закрытых жалюзи".

Описанные выше эффекты применимы к вариантам исполнения устройства, в которых микроструктура термочувствительного материала представлена твердым органическим веществом, частицы которого преимущественно выполнены в виде чешуек, кристаллов или волокон, т.е. таких частиц, у которых линейные размеры превышают их толщину. При этом может наблюдаться образование сростков (конгломератов) отдельных частиц (чешуек, пластинок кристаллов или волокон) твердого органического вещества.

В случае использования термочувствительного материала, содержащего твердое органическое вещество, связующее и пустоты, для приготовления термочувствительного материала используют суспензию мелкодисперсного твердого органического вещества в растворе связующего в жидкой фазе. При испарении жидкой фазы связующее оседает на частицах твердого органического вещества, покрывая их поверхность тонким равномерным слоем. При этом происходит "глазирование" как отдельной частицы твердого органического вещества, так и образовавшегося конгломерата частиц.

При нанесении суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе, область лицевой поверхности основы устройства, на которую не должен попасть по меньшей мере один термочувствительный материал, заклеивают полиэтиленовой пленкой. На незакрытую область основы равномерно наносят слой по меньшей мере одной суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе одним из описанных выше приемов.

При таком изготовлении и нанесении полученный термочувствительный материал характеризуется микроструктурой, включающей твердое органическое вещество и пустоты, распределенные по объему термочувствительного материала, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.%, предпочтительно не менее 20%, наиболее предпочтительно не менее 50%. Причем пустоты внутри термочувствительного материала распределены преимущественно равномерно, предпочтительно являются неизолированными и сообщаются друг с другом и с поверхностью материала, а кажущаяся плотность термочувствительного материала в исходном состоянии ниже его истинной плотности не менее чем на 10%, преимущественно на 50%.

При этом, полученный по меньшей мере один термочувствительный материал в исходном состоянии является непрозрачным по крайней мере для части видимого света, а при нагревании выше соответствующего порогового значения температуры происходит необратимое изменение микроструктуры соответствующего термочувствительного материала, преимущественно сопровождающееся сплавлением частиц твердого органического вещества, уменьшением объемной доли пустот в исходном состоянии и после срабатывания не менее чем в два раза. В частных случаях срабатывание по меньшей мере одного термочувствительного материала характеризуется увеличением его прозрачности с проявлением цвета основы, при этом при последующем охлаждении прозрачность по меньшей мере одного термочувствительного материала не возвращается до исходных значений.

В преимущественных вариантах исполнения толщина слоя термочувствительного материала составляет не более 800 мкм, предпочтительно не более 450 мкм, наиболее предпочтительно не более 150 мкм. Использование указанной толщины слоя по крайней мере одного термочувствительного материала обеспечивает срабатывание каждого из них со скоростью менее 5 секунд, преимущественно 2 секунды, а также точность срабатывания +/-5°С, преимущественно +1-2°С при нагреве выше соответствующей каждому материалу пороговой температуры. Это обусловлено тем, что такая толщина слоя материала в совокупности с толщиной основы устройства позволяет прогревать термочувствительный материал при возникновении кратковременных перегревов в период пиковой нагрузки и полностью переводить его в сработавшее состояние в течение менее 5 секунд, преимущественно в течение 2 секунд, а также обеспечивает необходимую теплоотдачу при воздушном охлаждении работающих устройств.

Площадь поверхности непрозрачной основы, покрытой каждым термочувствительным материалом, в предпочтительных вариантах, составляет не менее 10 мм².

В некоторых вариантах изобретения на незакрытую область основы наносят с помощью сольвентных красителей сначала черную краску или надпись, включающую, в частности, численное значение пороговой температуры или другую графическую, численную или текстовую информацию, а уже затем наносят слой термочувствительного материала. При этом, в преимущественных вариантах изобретения черной краской покрыто не менее 70% площади основы. В случае окрашивания по меньшей мере части основы в черный цвет, по меньшей мере один термочувствительный материал в исходном состоянии имеет белый цвет, а при нагреве выше соответствующей ему пороговой температуры происходит визуальный цветовой переход по меньшей мере части поверхности устройства "белый-черный".

Количество термочувствительных материалов не ограничено верхним пределом, и зависит от практической задачи, реализуемой при использовании заявленного устройства (типа оборудования, необходимого шага определяемой температуры перегрева, площади проверяемой на нагрев поверхности и т.д.). В частных случаях, на лицевую поверхность основы нанесено три или четыре различных термочувствительных материала. При этом, термочувствительные материалы могут быть нанесены как на граничащие, так и на не граничащие участки лицевой поверхности основы.

К примеру, для устройства, содержащего три различных термочувствительных материала, пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, то есть, первый термочувствительный материал изменяет прозрачность при достижении 50°С, второй термочувствительный материал изменяет прозрачность при достижении 55°С, а третий при достижении температуры 60°С, с точностью 5°С. В других вариантах, пороговые температуры могут составлять 50°С, 60°С, 70°С, или 50°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 80°С, 100°С, или 60°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, или 70°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 100°С, 120°С, или 70°С, 110°С, 130°С, или 80°С, 90°С, 100°С, или 80°С, 120°С, 140°С, или 80°С, 120°С, 150°С, или 90°С, 100°С, 110°С, или 90°С, 110°С, 130°С, или 100°С, 120°С, 140°С.

К примеру, для наклейки, содержащей два различных термочувствительных материала, пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, или 60°С, 80°С, или 70°С, 90°С, или 90°С, 110°С, или 80°С, 100°С, или 80°С, 90°С, или 90°С, 100°С, или 100°С, 120°С, или 110°С, 130°С, или 100°С, 110°С, или 120°С, 140°С, или 120°С, 150°С.

Для наклейки, содержащей три различных термочувствительных материала, пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, то есть, первый термочувствительный материал срабатывает при достижении 50°С, второй термочувствительный материал срабатывает при достижении 55°С, а третий при достижении температуры 60°С, в интервале не более 5°С. В других вариантах, пороговые температуры могут составлять 50°С, 60°С, 70°С, или 50°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 70°С, 80°С, или 60°С, 80°С, 100°С, или 60°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, или 70°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 100°С, 120°С, или 70°С, 110°С, 130°С, или 80°С, 90°С, 100°С, или 80°С, 120°С, 140°С, или 80°С, 120°С, 150°С, или 90°С, 100°С, 110°С, или 90°С, 110°С, 130°С, или 100°С, 120°С, 140°С.

Для наклейки, содержащей четыре различных термочувствительных материала, пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, 70°С, или 50°С, 60°С, 70°С, 80°С, или 50°С, 70°С, 90°С, 110°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 100°С, или 60°С, 80°С, 90°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, или 70°С, 90°С, 100°С, 120°С, или 70°С, 90°С, 110°С, 130°С, или 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 140°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 150°С.

Для наклейки, содержащей пять различных термочувствительных материала, пороговые температуры могут составлять 50°С, 55°С, 60°С, 70°С, 80°С, или 50°С, 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, или 50°С, 70°С, 90°С, 110°С, 130°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, или 60°С, 70°С, 80°С, 100°С, 110°С, или 60°С, 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, или 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, или 70°С, 90°С, 100°С, 120°С, 130°С, или 70°С, 90°С, 110°С, 130°С, 150°С, или 80°С, 90°С, 100°С, 110°С, 120°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 140°С, 160°С, или 80°С, 100°С, 120°С, 140°С, 150°С.

На заключительном этапе приготовления устройство покрывают прозрачной защитной пленкой, толщина которой в частных случаях составляет 150 мкм. В некоторых вариантах осуществления полезной модели между защитной пленкой и основой может быть выполнен зазор или в прозрачной защитной пленке могут быть выполнены микроотверстия, позволяющие газовой фазе после превышения регистрируемой температуры выходить за пределы устройства. Предпочтительно, прозрачная защитная пленка выбирается из прозрачных эластичных полимеров. В другом варианте изобретения происходит выдерживание заготовки устройства при давлении ниже атмосферного и его последующее покрытие прозрачной защитной пленкой, обеспечивающей герметичность устройства и поддержание давления внутри пустот с газовой фазой ниже атмосферного давления. С этой целью в данном варианте полезной модели в качестве защитного слоя также используются прозрачные эластичные полимерные пленки.

После нанесения термочувствительных материалов их частично или полностью покрывают прозрачной по крайней мере для части видимого света эластичной защитной пленкой, которая защищает наклейку от внешних воздействий окружающей среды, влажности, УФ-облучения и механических повреждений, увеличивает срок службы наклейки и не дает термочувствительному материалу стекать во время фазового перехода. Таким образом, необратимая термоиндикаторная наклейка выполнена с возможностью регистрации превышения по меньшей мере одной пороговой температуры токопроводящих элементов на открытом воздухе.

Принцип работы термоиндикаторной наклейки.

Устройство, включающее гибкую основу 3 и нанесенный на нее по меньшей мере один термочувствительный материал 1 и прозрачный защитный слой 4, устанавливают на поверхность за которой должен быть обеспечен температурный контроль, с обеспечением плотного прилегания устройства за счет адгезионных свойств клеевого слоя, с которого предварительно удаляется изолирующий защитный релиз, предпочтительно выполненный из силиконизированной бумаги.

Необратимая термоиндикаторная наклейка с одним нанесенным термочувствительным материалом работает следующим образом. Нанесенный термочувствительный материал 1 в исходном состоянии и до момента нагрева до пороговой температуры является непрозрачным по крайней мере для части видимого света и, в преимущественных вариантах изобретения, имеет белый цвет. До момента нагрева всей поверхности наклейки или отдельных ее участков, расположенных под термочувствительным материалом 1, до порогового значения температуры термочувствительный материал 1 остается непрозрачным по крайней мере для части видимого света, тем самым сохраняется первоначальный вид устройства. При нагреве поверхности выше пороговой температуры термочувствительного материала 1 на всей поверхности термочувствительного материала 1 или преимущественно на нагретом участке 12 термочувствительного материала 1, соответственно, происходит необратимое разрушение микроструктуры термочувствительного материала 1, сопровождающегося сплавлением частиц твердого органического вещества 8, уменьшением доли пустот 9 и, в частных случаях, увеличением прозрачности. При этом происходит увеличение кажущейся плотности материала. Термочувствительный материал 1 с измененной микроструктурой в предпочтительных вариантах является прозрачным и проявляет цвет основы 3 под данным материалом или цвет краски 7, нанесенной на основу в зоне термочувствительного материала. При последующем охлаждении контролируемой поверхности термочувствительный материал 1 или его часть 12 остается прозрачным и внешний вид устройства не возвращается в первоначальное состояние. Тем самым обеспечивается возможность визуальной регистрации превышения температуры выше порогового значения температуры, как в момент перегрева, так и по истечению времени длительного.

В том случае, если необратимая термоиндикаторная наклейка имеет несколько (n) зон с термочувствительными материалами 1, имеющими соответственно разные пороговые температуры T_1…n, то до момента нагрева поверхности оборудования, расположенных под термочувствительными материалами 1, до пороговой температуры T₁ все термочувствительные материалы 1 остаются непрозрачными, тем самым сохраняется первоначальный вид устройства. При достижении пороговой температуры T₁ частицы твердого органического вещества первого термочувствительного материала 1, имеющего пороговую температуру T₁, теряют первоначальную форму и начинают сплавляться, а микроструктура начинает необратимо разрушаться с уменьшением доли пустот и, как следствие, в частных случаях, с увеличением прозрачности соответствующего термочувствительного материала 1 и проявлением цвета основы 3 под ним. При этом, другие зоны с термочувствительными материалами 1, имеющими температуры активации Т_2…n>T₁, сохраняют свою микроструктуру и, как следствие, свой первоначальный вид. Дальнейшее повышение температуры поверхности, на которой размещено устройство, до температуры Т_2…n приведет к последовательному необратимому разрушению микроструктур соответствующих термочувствительных материалов 1 с пороговыми температурами Т_2…n. При этом, если максимальная температура поверхности оборудования будет ниже хотя бы одной из пороговых температур термочувствительных материалов T_n, то соответствующие зоны термочувствительных материалов T_n сохранят свою микроструктуру и исходную непрозрачность. При последующем охлаждении поверхности оборудования зоны с термочувствительными материалами 1 с измененной микроструктурой остаются прозрачными и внешний вид устройства не возвращается в первоначальное состояние. При возникновении повторного перегрева поверхности оборудования до пороговой температуры не сработанных ранее зон с термочувствительными материалами T_n с заданной точностью, произойдет необратимое разрушение микроструктуры соответствующих термочувствительных материалов 1, в частных случаях, с переходом «непрозрачный-прозрачный» и проявление цвета основы 3 под ними.

При точечном нагреве контролируемой поверхности прозрачная зона 12 образуется только в той области того термочувствительного материала, которая была подвержена нагреву выше соответствующей пороговой температуры, при сохранении исходного внешнего вида области данного материала в его остальной зоне, которая не подвергалась нагреву.

На лицевую сторону основы 3 может быть нанесено численное значение пороговой температуры 2, в частных случаях значение пороговой температуры может быть нанесено в зоне, свободной от термочувствительных материалов 1, но рядом с ними, или на основу 3 под термочувствительными материалами 1, в последнем случае, при превышении температуры выше соответствующей пороговой температуры, после необратимого изменения микроструктуры соответствующего термочувствительного материала 1, проявляется цвет основы 3 и численное значение пороговой температуры 2. В частных вариантах реализации основа может быть черной, а термочувствительный материал в исходном непрозрачном состоянии иметь белый цвет. При этом после превышения температуры выше соответствующей пороговой температуры наблюдается изменение внешнего вида устройства с максимальной контрастностью "белый-черный", что дополнительно обеспечивает заметность сработавшего устройства и облегчает его визуальное выявление. Аналогичному назначению служит реализация устройства, при которой основа имеет цвет, отличный от черного, а в зоне под термочувствительным материалом 1, имеющим белый цвет в исходном состоянии, нанесена краска черного цвета. В этом случае также при срабатывании устройства наблюдается цветовой переход "белый-черный".

В случае устройства, герметично покрытого эластичным прозрачным защитным слоем 4 при атмосферном давлении, в момент срабатывания в результате разрушения микроструктуры термочувствительного материала 1 и расслаивания газовой и негазовой сред на поверхности защитного слоя 4 будет образовываться пузырь, который уменьшается при охлаждении устройства. При использовании устройства с герметичным защитным слоем 4 и давлением внутри пустот 9 термочувствительного материала 1 ниже атмосферного не будет наблюдаться образование пузыря на поверхности защитного слоя 4 при превышении пороговой температуры, благодаря тому, что давление газовой фазы внутри пустот 9 ниже атмосферного в исходном состоянии, создаваемое на этапе получения заготовки устройства при нанесении защитного слоя 4, компенсирует тепловое расширение газа, высвобождающегося при разрушении микроструктуры термочувствительного материала 1. В других вариантах осуществления устройства для недопущения возникновения пузыря при превышении пороговой температуры между прозрачным защитным слоем и основой может быть выполнен зазор 5а или в защитном слое могут быть выполнены микроотверстия 5б, обеспечивающие, с одной стороны, возможность выхода выделяющегося при срабатывании газа.

Варианты исполнения устройства, в которых в состав термочувствительного материала 1 входят частицы твердого органического вещества 8, пустоты 9 и связующее 10, имеют схожий принцип работы. При превышении температуры выше соответствующей пороговой температуры происходит сплавление частиц 8, "глазированных" связующим 10, с высвобождением газовой фазы и разделением газовой и негазовой сред, в результате чего также происходит необратимое разрушение микроструктуры термочувствительного материала 1, сопровождающегося уменьшением доли пустот 9 и, как следствие, увеличением прозрачности материала.

Таким образом, все варианты исполнения устройства имеют принцип работы, основанный на необратимом разрушении микроструктуры термочувствительного материала 1, сопровождающегося сплавлением частиц твердого органического вещества 8, уменьшением доли пустот 9 и, как следствие, увеличением прозрачности материала и изменением внешнего вида устройства. Причем при охлаждении устройства до 20°С и выдержке при этой температуре в течение по меньшей мере одного месяца, преимущественно одного года и более, внешний вид не возвращается до исходного состояния. В преимущественных вариантах исполнения необратимая термоиндикаторная наклейка имеет срок службы не менее пяти лет, предпочтительно, не менее десяти лет.

Необратимая термоиндикаторная наклейка по заявляемой полезной модели может использоваться как в электротехнике для контроля температуры поверхности электрооборудования (комплектные распределительные устройства, коробки БРНО, электрощитки и т.п.) и его отдельных элементов (провода, кабели, контактные соединения и т.п.), так и других устройств как промышленного, так и бытового назначения, за которыми требуется температурных контроль.

Тем самым, при визуальном осмотре устройства может достоверно и с высокой точностью регистрироваться факт превышения температуры всей поверхности или ее локального участка выше по меньшей мере одного порогового значения температуры.

Ниже представлены предпочтительные варианты осуществления заявленного устройства, которые являются иллюстрирующими и никак не ограничивают объем испрашиваемой правовой охраны.

Примеры

Пример 1. Общая технология изготовления устройства

Приготовление термочувствительного материала: (вариант 1.1) твердое органическое вещество измельчали до достижения размеров частиц 2-3 мкм, добавляли жидкую фазу и размешивали, обеспечивая периодическое диспергирование смеси с доступом воздуха, до получения постоянной плотности смеси. Суспензию каждого полученного твердого органического вещества в жидкой фазе использовали для нанесения сразу после получения. (Вариант 1.2) твердое органическое вещество измельчали до достижения размеров частиц 2-3 мкм, добавляли раствор связующего в жидкой фазе и размешивали, обеспечивая периодическое диспергирование смеси с доступом воздуха, до получения постоянной плотности смеси. Суспензию каждого полученного твердого органического вещества в жидкой фазе использовали для нанесения сразу после получения.

Для примеров в качестве одного из возможных вариантов исполнения необратимой термоиндикаторной наклейки были выбраны пленки различных цветов с клеевым слоем, обеспечивающим среднее значение адгезии (FINAT ТМ 1, через 24 часа, нержавеющая сталь) 10Н/25 мм при 20°С. Для примеров использовали акриловый клей. При использовании галогенсодержащих полимерных пленок для конечных устройств достигалась устойчивость к возгоранию и электрическая прочность не менее 5 кВ/мм, а также гибкость и прочность, позволяющие размещать их на неровных поверхностях сложной геометрии.

Пример 2. Способы нанесения суспензии термочувствительного материала на основу

(Вариант 2.1) Послойное нанесение с применением давления ниже атмосферного после нанесения каждого слоя. Область лицевой поверхности основы, на которую не должен попасть термочувствительный материал, заклеили полиэтиленовой пленкой. На незакрытую область основы с помощью валика нанесли один слой суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе, полученной согласно примеру 1 или 2, полученный слой выдерживали в течение не менее 1 минуты при давлении 10-300 мм рт ст., причем в результате этого происходит частичное или полное удаление жидкой фазы, затем повторяли процедуру нанесения и сушки несколько раз до получения заданной толщины слоя термочувствительного материала и необходимой укрывистости, после чего защитную пленку снимали и полученное устройство при атмосферном давлении покрывали прозрачным полимерным защитным слоем.

(Вариант 2.2) Послойное нанесение с применением давления ниже атмосферного после нанесения всех слоев. Область лицевой поверхности основы, на которую не должен попасть термочувствительный материал, заклеили полиэтиленовой пленкой. На незакрытую область основы с помощью валика последовательно нанесли несколько слоев суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе, полученной согласно примеру 1 или 2, до получения заданной толщины слоя термочувствительного материала и необходимой укрывистости, без сушки слоев между нанесениями. Полученную заготовку выдерживали в течение не менее 10 минут при давлении 1-150 мм рт. ст., причем в результате этого происходит частичное или полное удаление жидкой фазы, затем защитную пленку снимали и полученное устройство при атмосферном давлении покрывали прозрачным полимерным защитным слоем.

(Вариант 2.3) Послойное нанесение с применением давления ниже атмосферного на этапе покрытия защитным слоем. Область лицевой поверхности основы, на которую не должен попасть термочувствительный материал, заклеили полиэтиленовой пленкой. На незакрытую область основы с помощью валика последовательно нанесли несколько слоев суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе, полученной согласно примеру 1 или 2, до получения заданной толщины слоя термочувствительного материала и необходимой укрывистости. Каждый слой сушили в течение не менее 10 минут в атмосфере воздуха перед нанесением следующего слоя, причем в результате этого происходит частичное или полное удаление жидкой фазы, после нанесения последнего слоя полученную заготовку выдерживали в течение не менее 1 часа при атмосферном давлении, причем в результате этого также происходит удаление жидкой фазы из верхнего слоя и удаление остаточной жидкой фазы из предыдущих слоев. Затем защитную пленку снимали и полученное устройство покрывали прозрачным полимерным защитным слоем при давлении 200-650 мм рт ст., причем в результате этого происходит полное удаление остаточной жидкой фазы, а при покрытии защитным слоем в образовавшихся пустотах дополнительно формируется давление ниже атмосферного.

(Вариант 2.4) Послойное нанесение с применением давления ниже атмосферного после нанесения всех слоев и на этапе покрытия защитным слоем. Область лицевой поверхности основы, на которую не должен попасть термочувствительный материал, заклеили полиэтиленовой пленкой. На незакрытую область основы с помощью валика последовательно нанесли несколько слоев суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе, полученной согласно примеру 1 или 2, до получения заданной толщины слоя термочувствительного материала и необходимой укрывистости, без сушки слоев между нанесениями. Полученную заготовку выдерживали в течение не менее 10 минут при давлении 1-300 мм рт ст., причем в результате этого происходит частичное или полное удаление жидкой фазы. Затем защитную пленку снимали и полученное устройство покрывали прозрачным полимерным защитным слоем при давлении 200-650 мм рт ст., причем в результате этого происходит полное удаление жидкой фазы, а при покрытии защитным слоем в образовавшихся пустотах дополнительно формируется давление ниже атмосферного.

(Вариант 2.5) Послойное нанесение с применением давления ниже атмосферного на всех трех этапах. Область лицевой поверхности основы, на которую не должен попасть термочувствительный материал, заклеили полиэтиленовой пленкой. На незакрытую область основы с помощью валика нанесли один слой суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе, полученной согласно примеру 1 или 2, полученный слой выдерживали в течение не менее 1 минуты при давлении 10-300 мм рт ст., причем в результате этого происходит частичное или полное удаление жидкой фазы, затем повторяли процедуру нанесения и сушки несколько раз до получения заданной толщины слоя термочувствительного материала и необходимой укрывистости. Затем полученную заготовку выдерживали в течение не менее 10 минут при давлении 30-200 мм рт ст., причем в результате этого происходит полное удаление остаточной жидкой фазы, после чего защитную пленку снимали и полученное устройство покрывали прозрачным полимерным защитным слоем при давлении 200-650 мм рт ст., причем в результате этого происходит полное удаление жидкой фазы, а при покрытии защитным слоем в образовавшихся пустотах дополнительно формируется давление ниже атмосферного.

(Вариант 2.6) Послойное нанесение тампонной печатью. Область лицевой поверхности основы, на которую не должен попасть термочувствительный материал, заклеили полиэтиленовой пленкой. Тампон, размеры которого превышают размер области, на которую наносится термочувствительный материал, погрузили в суспензию на 1 сек, затем позволили стечь избытку суспензии. На незакрытую область основы с помощью тампона нанесли один слой суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе, полученной согласно примеру 1 или 2, полученный слой выдерживали в течение не менее 10 минут при атмосферном давлении, причем в результате этого происходит частичное или полное удаление жидкой фазы, затем повторяли процедуру нанесения и сушки несколько раз до получения заданной толщины слоя термочувствительного материала и необходимой укрывистости. Затем полученную заготовку сушили в течение не менее 1 часа при атмосферном давлении, причем в результате этого происходит полное удаление остаточной жидкой фазы, после чего защитную пленку снимали и полученное устройство покрывали прозрачным полимерным защитным слоем.

(Вариант 2.7) Послойное нанесение флексографской печатью. Область лицевой поверхности основы, на которую не должен попасть термочувствительный материал, заклеили полиэтиленовой пленкой. Анилоксовый валик обработали суспензией, затем перенесли суспензию с анилокса на рельефную печатную форму, размеры выпуклых частей которой превышают размер области, на которую наносится термочувствительный материал. На незакрытую область основы с помощью рельефной печатной формы нанесли один слой суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе, полученной согласно примеру 1 или 2, полученный слой выдерживали в течение не менее 10 минут при атмосферном давлении, причем в результате этого происходит частичное или полное удаление жидкой фазы, затем повторяли процедуру нанесения и сушки несколько раз до получения заданной толщины слоя термочувствительного материала и необходимой укрывистости. Затем полученную заготовку сушили в течение не менее 1 часа при атмосферном давлении, причем в результате этого происходит полное удаление остаточной жидкой фазы, после чего защитную пленку снимали и полученное устройство покрывали прозрачным полимерным защитным слоем.

(Вариант 2.8) Послойное нанесение трафаретной печатью. Трафаретную форму с мелкоячеистой сеткой, размеры которой соответствуют размерам области, на которую наносится термочувствительный материал, закрепляли на лицевой поверхности основы. Суспензию твердого органического вещества в жидкой фазе, полученную согласно примеру 1 или 2, равномерно распределили по трафаретной форме с помощью ракеля. Полученный слой выдерживали в течение не менее 10 минут при атмосферном давлении, причем в результате этого происходит частичное или полное удаление жидкой фазы, затем повторяли процедуру нанесения и сушки несколько раз до получения требуемого количества слоев термочувствительного материала. Затем полученную заготовку сушили в течение не менее 1 часа при атмосферном давлении, причем в результате этого происходит полное удаление остаточной жидкой фазы, после чего защитную пленку снимали и полученное устройство покрывали прозрачным полимерным защитным слоем.

Пример 3. Определение укрывистости, объемной доли пустот и степени обратного срабатывания материалов, обладающих микроструктурой, заявленной в настоящей полезной модели

В качестве твердого органического вещества использовали вещества класса алканов (тетракозан), аренов (1,1'-[1,2-этандиилбис(окси)]бис-бензол) и солей алифатических кислот (капронат лантана) (100 г), в качестве жидкой фазы использовали 100 г изопропанола, в качестве связующего использовали 100 г 3% раствора фенолформальдегидной смолы в изопропаноле. Суспензию каждого полученного твердого органического вещества в жидкой фазе использовали для нанесения сразу после получения.

Для определения укрывистости в качестве основы использовали предварительно взвешенные стеклянные пластины. Суспензии тетракозана и 1,1'-[1,2-этандиилбис(окси)]бис-бензола в изопропаноле, полученные отдельно по примеру 1.1, наносили на стеклянные пластины по способам, описанным в примерах 2.1, 2.2, 2.6-2.8, за исключением этапа нанесения защитного слоя. Суспензию капроната лантана в изопропаноле с добавлением фенолформальдегидной смолы, полученную по примеру 1.2, наносили на стеклянные пластины по способам, описанным в примерах 2.1, 2.2, 2.6-2.8, за исключением этапа нанесения защитного слоя. Число слоев суспензии соответствующего твердого органического вещества в жидкой фазе на образцах, полученных по примерам 2.1, 2.2, составляло 1, 3, 5, 7, 10, 15, 20, а на образцах, полученных по примерам 2.6-2.8, составляло 3, 5, 7, 10, 15, 20. Для каждого образца определяли среднюю толщину слоя нанесенного термочувствительного материала с точностью 1 мкм и его массу с точностью 0,001 г, затем помещали полученные пластины с термочувствительным материалом на контрастную пластину и наблюдали при рассеянном дневном свете, просвечивают ли белые и черные поля. Результаты испытаний приведены в Таблицах 1-2.

Исследование микроструктуры и морфологии полученных термочувствительных материалов было проведено на сканирующем электронном микроскопе SU8000, Hitachi, Япония, с EDX детектором 129 эВ на линии Kα(Mn) при ускоряющем напряжении до 10 кВ, разрешении 1 нм и скорости счета до 100000 имп/с. Вычисление объемной доли пустот проводили с помощью программного обеспечения Hitachi SU8000 In-Line FE-SEM, позволяющего вычислять общую площадь внешней поверхности твердых частиц образца в данном срезе материала. Были исследованы микрофотографии образцов полученных термочувствительных материалов в исходном состоянии до нагрева (в качестве примеров микрофотографий некоторые из них представлены на фиг. 6а,в). Объемные доли твердых частиц, полученные таким методом на шести различных участках каждого термочувствительного материала, усредняли, и, вычитая усредненное значение из единицы (100%), получали объемную долю пустот (объемная доля газовой фазы) каждого термочувствительного материала в одном из срезов. Вычисленные значения для полученных материалов, рассчитанные данным методом, приведены в Таблицах 1-2.

Степень обратного срабатывания определяли визуальной оценкой термочувствительного материала на контрастных пластинах после срабатывания с проявлением цвета основы и последующего охлаждения до 20°C с выдержкой в течение одного месяца при этой температуре. Оценку проводили по десятибалльной шкале, где: 0 баллов - полное возвращение исходного внешнего вида термочувствительного материала с восстановлением исходной укрывистости, 1-2 балла - возвращение 80-95% площади поверхности термочувствительного материала до исходной укрывистости, 3-4 - балла возвращение 60-75% площади поверхности термочувствительного материала до исходной укрывистости, 5-6 - баллов возвращение 40-55% площади поверхности термочувствительного материала до исходной укрывистости, 7-8 баллов - возвращение 20-35% площади поверхности термочувствительного материала до исходной укрывистости, 9 баллов - возвращение не более 10% площади поверхности термочувствительного материала до исходной укрывистости, 10 баллов - полное сохранение прозрачности в сработавшем состоянии. Степень обратного срабатывания для полученных материалов приведены в Таблицах 1-2.

Пример 4. Определение укрывистости, объемной доли пустот и степени обратного срабатывания материалов, не обладающих заявленной микроструктурой и полученных по способам, известным из уровня техники

Твердое органическое вещество класса алканов (тетракозан), аренов (1,1'-[1,2-этандиилбис(окси)]бис-бензол) и солей алифатических кислот (капронат лантана) (100 г) измельчали на шаровой мельнице в течение 30 часов до достижения размеров частиц 2-3 мкм, добавляли 100 г изопропанола и размешивали в течение еще 10 часов. Смесь не диспергировали, в отличие от примеров 1-2. Суспензию каждого полученного термочувствительного материала использовали для нанесения сразу после получения. Нанесение термочувствительных материалов проводили способом, известным из уровня техники [US 7600912 В2, дата публикации 13.10.2009].

Определение укрывистости, объемной доли пустот и степени обратного срабатывания полученных материалов проводили по методам, описанным в примере 11. Некоторые примеры исследованных микрофотографий образцов полученных термочувствительных материалов в исходном состоянии до нагрева представлены на фиг. 6ж. Результаты испытаний приведены в Таблице 3.

В ходе испытания было установлено, что укрывистость термочувствительных материалов с микроструктурой по заявленной полезной модели, достигается при количестве слоев термочувствительного материала, равном 3 и более, толщине слоя термочувствительного материала 30 мкм и более и с объемной долей пустот 10 об.% и более. Укрывистость термочувствительных материалов, не обладающих заявленной микроструктурой, достигается при количестве слоев термочувствительного материала, равном 20, толщине термочувствительного материала более 2100 мкм и с объемной долей пустот менее 10 об.%. При этом для термочувствительных материалов, не обладающих заявленной микроструктурой, наблюдается обратное срабатывание, характеризующееся возвращением 50-100% площади поверхности термочувствительного материала до исходной укрывистости, в то время как для термочувствительных материалов с микроструктурой по заявленной полезной модели степень обратного срабатывания составляет 8-10 баллов, что соответствует возвращению не более 20% площади поверхности термочувствительного материала до исходной укрывистости.

Примеры 5-21. Изготовление конкретных устройств.

Опираясь на значения объемной доли пустот термочувствительных материалов, полученные в примере 3, авторы делают общий вывод о том, что вне зависимости от классов используемых твердых органических веществ, наличия связующего в термочувствительном материале, а также от способа изготовления и нанесения материала, при достижении укрывистости объемная доля пустот в термочувствительном материале превышает 10 об.%. Поэтому в приведенных ниже примерах подразумевается, что приведенные в примерах 1 и 2 способы приготовления суспензии термочувствительных материалов и их нанесения на основу обеспечивают распределение пустот по объему материала, а достижение укрывистости обеспечивает объемную долю пустот в материале не менее 10%.

5. Готовили суспензию тетракозана (100 г) с температурой срабатывания 50°С и 100 г изопропанола по примеру 1.1. Суспензию наносили на ПВХ-пленку OraJet 3951 черного цвета с клеевым слоем, обладающую устойчивостью к возгоранию и электрической прочностью не менее 5 кВ/мм, а также гибкостью и прочностью, достаточной для установки и прочного прилегания устройства к поверхностям сложной геометрии, с толщиной без клеевого слоя 0,5 мм по способу, описанному в примере 2.1 с использованием давления 10 мм рт ст. Толщина термочувствительного материала составила 82 мкм, а общее число слоев составило 5. На лицевой поверхности защитного слоя выполняли микроотверстия. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 50°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида. Время, за которое произошло изменение внешнего вида наклейки, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что возвращение внешнего вида наклейки в исходное состояние не произошло.

6. Готовили суспензию капроната иттрия (100 г) с температурой срабатывания 55°С, 100 г метанола и 100 г 3% раствора фенолформальдегидной смолы в метанола по примеру 1.2. Суспензию наносили на ПВХ-пленку OraJet 3106SG черного цвета с клеевым слоем, обладающую устойчивостью к возгоранию и электрической прочностью не менее 5 кВ/мм, а также гибкостью и прочностью, достаточной для установки и прочного прилегания устройства к поверхностям сложной геометрии, с толщиной без клеевого слоя 0,8 мм по способу, описанному в примере 2.2 с использованием давления 1 мм рт. ст.. Толщина термочувствительного материала составила 310 мкм, а общее число слоев составило 15. Между защитным слоем и основой выполняли микроотверстия. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 55°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида. Время, за которое произошло изменение внешнего вида наклейки, составило 1 секунду. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что возвращение внешнего вида наклейки в исходное состояние не произошло.

7. Готовили суспензию ангидрида пальмитиновой кислоты (100 г) с температурой срабатывания 60°С, 100 г 1-пропанола и 100 г 1% раствора бутилметакриловой смолы в 1-пропаноле по примеру 1.2. Суспензию наносили на полиуретановую пленку 3981RA черного цвета с клеевым слоем, обладающую толщиной без клеевого слоя 0,2 мм, по способу, описанному в примере 2.3 с использованием давления 200 мм рт. ст. Толщина термочувствительного материала составила 428 мкм, а общее число слоев составило 20. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 60°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида. Время, за которое произошло изменение внешнего вида наклейки, составило 3 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что возвращение внешнего вида наклейки в исходное состояние не произошло.

8. Готовили суспензию эйкозановой кислоты (100 г) с температурой срабатывания 70°С, 100 г изобутанола и 100 г 10% раствора меламинформальдегидной смолы в изобутаноле по примеру 1.2. Суспензию наносили на полиэфирную пленку 3М: 50/RC20/HD70WH желтого цвета с клеевым слоем, обладающую светоотражающими свойствами и толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, по способу, описанному в примере 2.4 с использованием давления после нанесения всех слоев 1 мм рт. ст. и перед покрытием защитным слоем - 200 мм рт. ст., причем на незакрытую область основы до нанесения суспензии с помощью сольвентных красителей нанесли черную краску. Толщина термочувствительного материала составила 195 мкм, а общее число слоев составило 10. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет и полностью покрывает черную краску, нанесенную на основу.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 70°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида. Время, за которое произошло изменение внешнего вида наклейки, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что возвращение внешнего вида наклейки в исходное состояние не произошло.

9. Готовили суспензию олеамида (100 г) с температурой срабатывания 75°С, 100 г монометилового эфира этиленгликоля и 100 г 15% раствора поливинилбутираля в монометиловом эфире этиленгликоля по примеру 1.2. Суспензию наносили на полиэфирную пленку 3М: WHITEV ТС черного цвета с клеевым слоем, обладающую толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, по способу, описанному в примере 2.5 с использованием давления после нанесения каждого слоя 1 мм рт. ст., после нанесения всех слоев - 30 мм рт. ст. и перед покрытием защитным слоем - 200 мм рт. ст. Толщина термочувствительного материала составила 119 мкм, а общее число слоев составило 7. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 75°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида. Время, за которое произошло изменение внешнего вида наклейки, составило 1 секунду. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что возвращение внешнего вида наклейки в исходное состояние не произошло.

10. Область основы из полиэфирной пленки 3М: 7874 Е черного цвета с клеевым слоем, обладающей толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, заклеили защитной полиэтиленовой пленкой, свободную область покрыли пигментированной желтой термокраской Hallcrest SC с температурой необратимого изменения цвета 80°С. Готовили суспензию 1-докозанола (100 г) с температурой срабатывания 70°С, 100 г 1-бутанола и 100 г 25% раствора полибутилметакрилата в 1-бутаноле по примеру 1.2. Суспензию наносили на области основы, свободные от термокраски, по способу, описанному в примере 2.6. Толщина термочувствительного материала составила 52 мкм, а общее число слоев составило 5. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 70°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида. Время, за которое произошло изменение внешнего вида наклейки, составило 2 секунды. Далее нагрев продолжили до температуры 80°C с заданной точностью и зафиксировали факт срабатывания термокраски Hallcrest SC с изменением цвета. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что возвращение внешнего вида наклейки в исходное состояние не произошло.

11. Готовили суспензию диоктадециламина (100 г) с температурой срабатывания 70°С, 100 г ацетонитрила и 100 г 30% раствора полибутилакрилата в ацетонитриле по примеру 1.2. Суспензию наносили на метилметакрилатную пленку ORALITE 5500 желтого цвета с клеевым слоем, обладающую толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, по способу, описанному в примере 2.7, причем на незакрытую область основы с помощью сольвентных красителей до нанесения суспензии нанесли черную краску, включающую численное значение пороговой температуры. Толщина термочувствительного материала составила 39 мкм, а общее число слоев составило 3. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 70°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида. Время, за которое произошло изменение внешнего вида наклейки, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что возвращение внешнего вида наклейки в исходное состояние не произошло.

12. Готовили суспензию твердого органического вещества (100 г), 100 г уксусной кислоты и 100 г 3% раствора связующего в уксусной кислоте по примеру 1.2. В качестве твердых органических веществ использовали: диоктилфосфиновую кислоту с температурой срабатывания 80°С, N-фенил-гексадеканамид с температурой срабатывания 90°С, 1,1'-[1,2-этандиилбис(окси)]бис-бензол с температурой срабатывания 100°С. В качестве связующего использовали полиэтилен, поливинилхлорид, поликарбонат. Суспензии наносили на эластомерную пленку Optibelt желтого цвета с клеевым слоем, обладающую люминесцентными свойствами и толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, по способу, описанному в примере 2.8, причем на незакрытую область основы с помощью сольвентных красителей до нанесения суспензии нанесли черную краску. Каждая суспензия твердого органического вещества в жидкой фазе наносилась на отдельный участок основы. Толщина термочувствительных материалов составила 328, 406, 394 мкм, соответственно, а число слоев каждого материала составило 15. В исходном состоянии термочувствительные материалы имеют белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 80°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания соответствующей зоны устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он изменял свой внешний вид. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида первого термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения наклейки до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение внешнего вида сработавшего термочувствительного материала в исходное состояние не произошло. Повторяли циклы нагревания до температур 90°С и 100°С и последующего охлаждения до комнатной температуры. После каждого цикла фиксировали изменение внешнего вида соответствующей зоны термочувствительного материала. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида второго термочувствительного материала, составило 2 секунды, а третьего термочувствительного материала - 1 секунду. После заключительного охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение изменившегося внешнего вида всех зон с термочувствительными материалами.

13. Область основы из самоклеющейся ткани Aurora красного цвета с клеевым слоем, обладающей толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, на которую будут нанесены термочувствительные материалы, заклеили защитной полиэтиленовой пленкой, свободную область покрыли пигментированной желтой термокраской Tempilaq обратимого действия с температурой изменения цвета 113°С. Готовили суспензию твердого органического вещества (100 г), 100 г 1,1,1-трифторэтанола и 100 г 3% раствора связующего в 1,1,1-трифторэтаноле по примеру 1.2. В качестве твердых органических веществ использовали: нонадецинат лантана с температурой срабатывания 110°С, капронат лантана с температурой срабатывания 120°С, нонадеканоат цинка с температурой срабатывания 130°С, пальмитат цинка с температурой срабатывания 140°С. В качестве связующего использовали полиэфир, полиметакрилат, желатин, этилцеллюлозу. Суспензии наносили на области основы, свободные от термокраски, по способу, описанному в примере 2.8, причем на незакрытую область основы с помощью сольвентных красителей до нанесения суспензии нанесли черную краску, а также на лицевую поверхность основы в зонах, свободных от термочувствительных материалов, нанесли численные значения пороговых температур. Каждая суспензия твердого органического вещества в жидкой фазе наносилась на отдельный участок основы. Толщина термочувствительных материалов составила 53, 39, 43 мкм, соответственно, а число слоев каждого материала составило 3. В исходном состоянии термочувствительные материалы имеют белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 110°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания соответствующей зоны устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он изменял свой внешний вид. А также зафиксировали факт срабатывания термокраски с проявлением цвета основы. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида первого термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения наклейки до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение внешнего вида сработавшего термочувствительного материала в исходное состояние не произошло. Повторяли циклы нагревания до температур 120°С, 130°С и 140°С и последующего охлаждения до комнатной температуры. После каждого цикла фиксировали изменение внешнего вида соответствующей зоны термочувствительного материала. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида второго термочувствительного материала, составило 1 секунду, третьего термочувствительного материала - 2 секунды, а четвертого термочувствительного материала - 1 секунду. После заключительного охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение изменившегося внешнего вида всех зон с термочувствительными материалами и возвращение окраски термокраски до исходного цвета.

14. Готовили суспензию твердого органического вещества (100 г), 100 г 1,1,1,3,3,3-гексафторизопропанола и 100 г 3% раствора связующего в 1,1,1,3,3,3-гексафторизопропаноле по примеру 1.2. В качестве твердых органических веществ использовали: н-докозиламин с температурой срабатывания 65°С, дидецилфосфиновую кислоту с температурой срабатывания 90°С. В качестве связующего использовали феноксисмолу, полиэфирсульфон, полипропилен. Суспензии наносили на силиконизированный картон Silicraft красного цвета с клеевым слоем, обладающий толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, по способу, описанному в примере 2.5 с использованием давления после нанесения каждого слоя 150 мм рт ст., после нанесения всех слоев - 100 мм рт. ст. и перед покрытием защитным слоем - 450 мм рт. ст., причем на незакрытую область основы с помощью сольвентных красителей до нанесения суспензии нанесли черную краску, а также на лицевую поверхность основы в зонах, свободных от термочувствительных материалов, нанесли численные значения пороговых температур. Каждая суспензия твердого органического вещества в жидкой фазе наносилась на отдельный участок основы. Толщина термочувствительных материалов составила 387, 472, 434 мкм, соответственно, а число слоев каждого материала составило 15. В исходном состоянии термочувствительные материалы имеют белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 65°C с заданной точностью и зафиксировали факт изменения внешнего вида: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он изменял свой внешний вид. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида первого термочувствительного материала, составило 1 секунду. Далее нагревательный элемент сразу контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 90°C с заданной точностью, зафиксировали факт срабатывания другой соответствующей зоны устройства аналогичным способом. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида второго термочувствительного материала, составило 2 секунды. После охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение изменившегося внешнего вида всех зон с термочувствительными материалами.

15. Готовили суспензию твердого органического вещества (100 г) и 100 г диметилформамида по примеру 1.1. Суспензию наносили на метилметакрилатную пленку ORALITE 5500 желтого цвета с клеевым слоем, толщиной без клеевого слоя 0,5 мм по способу, описанному в примере 2.1 с использованием давления 300 мм рт. ст. В качестве твердых органических веществ использовали: цетилового спирта (100 г) с температурой срабатывания 50°С, тетраконтан с температурой срабатывания 80°С, диспергированного полиэтилена (100 г) с температурой срабатывания 110°С, капронат цинка (100 г) с температурой срабатывания 150°С, стеарат лития с температурой срабатывания 210°С. Толщина слоев термочувствительных материалов составила 522, 346, 228, 252, 394 мкм, а общее число слоев составило 20, 16, 13, 11, 15, соответственно. В исходном состоянии термочувствительные материалы имеют белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 50°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания соответствующей зоны устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он изменял свой внешний вид. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида первого термочувствительного материала, составило 3 секунды. После последующего охлаждения наклейки до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение внешнего вида сработавшего термочувствительного материала в исходное состояние не произошло. Повторяли циклы нагревания до температур 80°С, 110°С, 150°С и 210°С и последующего охлаждения до комнатной температуры. После каждого цикла фиксировали изменение внешнего вида соответствующей зоны устройства. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида второго термочувствительного материала, составило 2 секунды, третьего термочувствительного материала - 2 секунды, четвертого термочувствительного материала - 1 секунду, пятого термочувствительного материала - 1 секунду. После заключительного охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение изменившегося внешнего вида всех зон с термочувствительными материалами.

16. Готовили суспензию стеариновой кислоты (100 г) с температурой срабатывания 70°С, 100 г бутил ацетата и 100 г 30% раствора полибутилакрилата в бутилацетате по примеру 1.2. Суспензию наносили на метилметакрилатную пленку ORALITE 5500 желтого цвета с клеевым слоем, обладающую толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, по способу, описанному в примере 2.2 с использованием давления после нанесения всех слоев 300 мм рт. ст. и после нанесения защитного слоя 650 мм рт. ст., причем на незакрытую область основы с помощью сольвентных красителей до нанесения суспензии нанесли черную краску, включающую численное значение пороговой температуры. Толщина термочувствительного материала составила 680 мкм, а общее число слоев составило 26. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 70°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида. Время, за которое произошло изменение внешнего вида наклейки, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что возвращение внешнего вида наклейки в исходное состояние не произошло.

17. Готовили суспензию бегеновой кислоты (100 г) с температурой срабатывания 80°С, 100 г ацетона и 100 г 30% раствора поливинилиденфторида в ацетоне по примеру 1.2. Суспензию наносили на метилметакрилатную пленку ORALITE 5500 желтого цвета с клеевым слоем, обладающую толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, по способу, описанному в примере 2.4 с использованием давления после нанесения каждого слоя 300 мм рт ст., после нанесения всех слоев - 200 мм рт. ст. и перед покрытием защитным слоем - 650 мм рт ст., причем на незакрытую область основы с помощью сольвентных красителей до нанесения суспензии нанесли черную краску, включающую численное значение пороговой температуры. Толщина термочувствительного материала составила 282 мкм, а общее число слоев составило 10. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 80°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида. Время, за которое произошло изменение внешнего вида наклейки, составило 3 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что возвращение внешнего вида наклейки в исходное состояние не произошло.

18. Область основы из метилметакрилатной пленки ORALITE 5500 желтого цвета с клеевым слоем, обладающей толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, заклеили защитной полиэтиленовой пленкой, свободную область покрыли пигментированной желтой термокраской Hallcrest SC с температурой необратимого изменения цвета 80°С. После высыхания краски защитную полиэтиленовую пленку сняли и свободную область основы покрыли необратимой краской Thermopaint R с температурой необратимого изменения цвета 130°С. После высыхания краски с помощью сольвентных красителей на поверхность основы нанесли численные значения пороговых температур. Устройство покрывали прозрачной эластичной защитной пленкой, выполненной из ПВХ, толщиной 0,05 мм.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 80°C с заданной точностью и зафиксировали факт срабатывания термокраски Hallcrest SC с изменением цвета. Затем нагревание продолжили до температуры 130°С и зафиксировали факт срабатывания термокраски Thermopaint R. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что возвращение внешнего вида наклейки в исходное состояние не произошло.

19. Готовили суспензию дотриаконтан-1-ола (100 г) с температурой срабатывания 90°С и 100 г смеси этанола и воды (50/50 об.%) по примеру 1. Суспензию наносили на ПВХ-пленку OraJet 3951 желтого цвета с клеевым слоем, обладающую толщиной без клеевого слоя 0,3 мм, по способу, описанному в примере 6 с использованием давления после нанесения всех слоев 150 мм рт. ст. и перед покрытием защитным слоем - 450 мм рт. ст., причем на незакрытую область основы с помощью сольвентных красителей до нанесения суспензии нанесли черную краску, включающую численное значение пороговой температуры. Толщина термочувствительного материала составила 452 мкм, а общее число слоев составило 18. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 90°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида. Время, за которое произошло изменение внешнего вида наклейки, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что возвращение внешнего вида наклейки в исходное состояние не произошло.

20. Готовили суспензию твердого органического вещества (100 г), 100 г изопропанола и 100 г 3% раствора связующего в изопропаноле по примеру 1.2. В качестве твердых органических веществ использовали: тридекановый ангидрид с температурой срабатывания 50°С, докозаннитрил с температурой срабатывания 55°С, пальмитиновую кислоту с температурой срабатывания 60°С. В качестве связующего использовали полиэтилен, поливинилхлорид, поликарбонат. Суспензии наносили на эластомерную пленку Optibelt желтого цвета с клеевым слоем, обладающую толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, по способу, описанному в примере 2.8, причем на незакрытую область основы с помощью сольвентных красителей до нанесения суспензии нанесли черную краску. Каждая суспензия твердого органического вещества в жидкой фазе наносилась на отдельный участок основы. Толщина термочувствительных материалов составила 328, 406, 394 мкм, соответственно, а число слоев каждого материала составило 15. В исходном состоянии термочувствительные материалы имеют белый цвет.

Наклейку установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 50°C с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания соответствующей зоны устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он изменял свой внешний вид. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида первого термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения наклейки до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение внешнего вида сработавшего термочувствительного материала в исходное состояние не произошло. Повторяли циклы нагревания до температур 55°С и 60°С и последующего охлаждения до комнатной температуры. После каждого цикла фиксировали изменение внешнего вида соответствующей зоны термочувствительного материала. Время, за которое произошло срабатывание и изменение внешнего вида второго термочувствительного материала, составило 2 секунды, а третьего термочувствительного материала - 1 секунду. После заключительного охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение изменившегося внешнего вида всех зон с термочувствительными материалами.

Далее термоиндикаторную наклейку охладили до температуры 20°С и выдержали в течение месяца при этой температуре, после чего было визуально зафиксировано, что наклейка сохранила свой внешний вид и возвращение внешнего вида всех зон термочувствительных материалов в исходное состояние не произошло.

21. Длительная выдержка устройства при температуре, близкой к пороговой

Устройство по примеру 13 установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 100°С и выдерживали при этой температуре в течение 10 часов. Затем остановили нагрев и зафиксировали сохранение исходного вида устройства. При последующем охлаждении устройства до комнатной температуры внешний вид устройства сохранился в исходном состоянии.

Далее устройство контролируемо нагрели со скоростью 5°С/с до температуры 140°C с заданной точностью и зафиксировали факт срабатывания всех зон устройства посредством визуальной фиксации изменения внешнего вида: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры всех термочувствительных материалов, в результате которого они изменяли свой внешний вид. После заключительного охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение изменившегося внешнего вида всех зон с термочувствительными материалами.

Далее, сработавшее устройство поместили в холодильную камеру с установленной температурой -20°С, выдерживали при этой температуре в течение 10 часов и зафиксировали сохранение внешнего вида всех зон термочувствительных материалов по истечении этого времени, а также после доведения температуры устройства до комнатной. Таким образом, было установлено, что устройство до срабатывания сохраняет свое исходное состояние при температуре, близкой к пороговой, а после срабатывания не возвращается в исходное состояние даже при длительной выдержке при пониженной температуре.

Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие ее сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать не ограниченной по объему приведенными описанием и примерами.

Claims (20)

1. Термоиндикаторная наклейка для необратимой регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, включающая: клеевой слой, обеспечивающий адгезию не менее 10 Н/25 мм к нержавеющей стали, измеренную методом FINAT ТМ1 после 24 ч; гибкую основу, на которую нанесены информационные элементы, включающие численное значение по меньшей мере одной пороговой температуры, и по меньшей мере один покрытый защитной полимерной пленкой термочувствительный материал, который:

- в исходном состоянии непрозрачен по крайней мере для части видимого света;

- выполнен с возможностью необратимо увеличивать прозрачность при нагреве выше пороговой температуры;

- включает полимерные вещества;

- содержит распределенные по объему пустоты, доля которых в термочувствительном материале составляет не менее 10 об.%.

2. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, предназначенная для регистрации не менее двух, преимущественно от трех до пяти, различных пороговых температур.

3. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, в которой пустоты внутри термочувствительного материала преимущественно являются неизолированными.

4. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, в которой пустоты внутри по меньшей мере одного термочувствительного материала преимущественно распределены равномерно по всему его объему.

5. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, в которой объемная доля пустот, распределенных в по меньшей мере одном термочувствительном материале, составляет не менее 20%, преимущественно не менее 50%, либо кажущаяся плотность термочувствительного материала ниже его истинной плотности не менее чем на 10%, преимущественно на 50%.

6. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, в которой необратимость изменения внешнего вида при достижении соответствующей пороговой температуры обеспечивается за счет уменьшения содержания пустот в объеме соответствующего термочувствительного материала, преимущественно с уменьшением объемной доли пустот в исходном состоянии и после срабатывания не менее чем в два раза.

7. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, основа которой выполнена из полимерного материала, включающего атомы галогена, преимущественно поливинилхлорида, наиболее предпочтительно литого поливинилхлорида.

8. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью не возвращаться к исходному внешнему виду после срабатывания при выдержке при 20°С в течение по меньшей мере одного месяца, преимущественно одного года и более.

9. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, в которой точность срабатывания составляет +/-5°С, преимущественно +1-2°С, относительно указанной на устройстве по меньшей мере одной пороговой температуры, а время срабатывания составляет не более 5 секунд, преимущественно 2 секунды.

10. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, отличающаяся тем, что срок службы составляет не менее пяти лет, предпочтительно не менее десяти лет.

11. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, отличающаяся тем, что при неравномерном нагревании происходит изменение цвета только той области того термочувствительного материала наклейки, которая была нагрета выше соответствующей пороговой температуры.

12. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, отличающаяся тем, что вещество, обусловливающее изменение цвета по меньшей мере одного термочувствительного материала при нагреве выше пороговой температуры, предпочтительно, выбрано из полимеров: полиэтилена, фенольных и фенол-ацетиленовых смол, воска, парафина.

13. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, отличающаяся тем, что микроструктура по меньшей мере одного термочувствительного материала содержит прозрачное по крайней мере для части видимого света полимерное связующее в количестве 1-30 мас.%, предпочтительно полимеры, включающие следующие мономерные звенья: производные винилового спирта, винилбутираля, винилхлорида, винилфторида, метакриловой кислоты, акриловой кислоты, стирола, этилена, либо других полимеров, включая полиуретан, силикон, эпоксидную смолу.

14. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, отличающаяся тем, что толщина по меньшей мере одного термочувствительного материала предпочтительно составляет не более 800 мкм, толщина основы предпочтительно составляет не более 700 мкм, а толщина прозрачного защитного слоя предпочтительно составляет 150 мкм.

15. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, отличающаяся тем, что основа обладает светоотражающими или люминесцентными свойствами и/или может использоваться для цветовой маркировки фаз электрооборудования.

16. Термоиндикаторная наклейка по п. 1, отличающаяся тем, что площадь поверхности основы, покрытой каждым термочувствительным материалом, составляет не менее 10 мм².