感溫變色線纜的製作方法

2023-05-12 09:26:06

專利名稱：感溫變色線纜的製作方法
技術領域：
本發明涉及線纜安全技術領域，尤其涉及一種感溫變色線纜。
背景技術：
在電子、家電、重電和建築行業都會用到線纜，傳統線纜只是在討論如何確保客戶在使用上的安全性，一般無法從外觀目視識別當前線纜的運行負荷情況，故在使用中無法提供用戶預警的作用，只有正常使用跟燒毀兩種形態存在。線纜安全性中有一最重要的安全電流值，因線纜負荷運作所產生熱量不同會導致線材本身溫度不同，在電器使用超過安全電流過載造成溫升時，無法根據線材本身通過變色來提醒用戶此條線材的安全性及是否適合此場合，只有等到燒毀或出現事故時才發現。而對於高電流電壓的線纜，其布線終端均在室內機房，每一條線纜每天均要用紅外線感溫儀測線纜溫度，操作十分不便。目前已有油墨塗敷在線材表面使線材感溫變色的方法，一般溫變色粉直接添加時無法分散，故採用溶劑，將溫變色粉融於溶劑中，製成塗料印刷在線材表面。參考附圖I所示，現有技術中油墨塗敷感溫線材示意圖，包括金屬導線11、線材12、油墨塗敷感溫層13。 但由於油墨是可擦除的，若線材表面受刮磨或是去薄皮，其感溫效果就不存在，牢固性差； 由於油墨塗敷是很薄的一層，所以耐久性不長；參考附圖2所示，油墨塗敷感溫線材去薄皮無感溫效果示意圖。且油墨塗敷感溫線材不具有耐彎折性，彎折後表面龜裂無感溫效果；參考附圖3所示，油墨塗敷感溫線材彎折後表面龜裂無感溫效果示意圖。為了使終端用戶更加安全使用線纜、以及對線纜的維護與檢修提供便利性，需要對現有的線纜進行改進。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種感溫變色線纜，解決現有技術中終端用戶無法更加安全使用線纜、以及對線纜的維護與檢修不便，需要對現有的線纜進行改進的問題。為了解決上述問題，本發明提供了一種感溫變色線纜，包括至少一金屬導線和包覆在所有所述金屬導線外層的包覆層，所述包覆層進一步包括基材和溫變色粉，所述溫變色粉以所述基材作為基質，使所述包覆層的顏色隨溫度的變化而改變。進一步，所述包覆層具有一預定耐熱溫度範圍，當所述線纜的溫度超過所述預定耐熱溫度範圍時，所述包覆層改變為預定顏色。進一步,所述包覆層包括至少兩種顏色變化。進一步，所述包覆層包括至少兩種不同溫度感應範圍的顏色變化。進一步，所述溫變色粉的規格在3_8nm之間。 進一步，所述溫變色粉為有機熱敏變色材料。進一步,所述溫變色粉通過瑞士 Erocarb或瑞士Microdia可微調免調芯式機臺與所述基材混煉製成著色粒後包覆在所有所述金屬導線的外層。
本發明的優點在於，本發明所述線纜可以用作三芯電源線、入戶線纜、馬達引出線、充電器用線纜等，線纜的可加工性強；由於線纜本身具有直觀可視的溫變效果，使得安全隱患可視化，無需採用任何熱電偶即可以容易地直觀檢驗線纜的溫度狀態，使得安全隱患可視化，使終端用戶更加安全使用線纜；本發明所述線纜的包覆層採用將納米材料溫變色粉直接均勻融入到基材中，因此即使線纜表面磨損、或線纜彎折時，仍能表現出很好的感溫效果；由於不改變傳統線纜外形與結構，因此增加成本比率低；本發明所述線纜的包覆層還具有多種溫度等級的變化，以及多種顏色的變化，對線纜的維護與檢修提供極大的便利性。


附圖1，現有技術中油墨塗敷感溫線材示意圖。附圖2，油墨塗敷感溫線材去薄皮無感溫效果示意圖。附圖3，油墨塗敷感溫線材彎折後表面龜裂無感溫效果示意圖。附圖4，本發明所述感溫變色線纜示意圖。附圖5，本發明所述線纜去薄皮仍有感溫效果示意圖。附圖6，本發明所述線纜彎折後仍有感溫效果示意圖。附圖7，本發明所述著色粒的示意圖。其中，11、金屬導線；12、線材；13、油墨塗敷感溫層；41、金屬導線；42、基材；43、溫
變色粉。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明提供的感溫變色線纜的具體實施方式
做詳細說明。本發明是以線纜安全使用為基礎，通過線纜負荷運作所產生熱量不同會導致線材本身溫度不同，引起線材變色，以起到警示。參考附圖4所示，本發明所述感溫變色線纜示意圖，包括至少一金屬導線41和包覆所有所述金屬導線41的包覆層，所述包覆層包括基材42和溫變色粉43，所述溫變色粉 43以所述基材42作為基質，使所述包覆層的顏色隨溫度的變化而改變。所有所述金屬導線41均為用於傳輸信號或傳輸電力的導電體。所述包覆層為包覆在所有所述金屬導線41上的外被層，用以保護所有所述金屬導線41以及使所有所述金屬導線41電絕緣。所述包覆層包括基材42和溫變色粉43。所述包覆層具有一預定耐熱溫度範圍，當本發明所述線纜所感知的溫度超過所述預定耐熱溫度範圍時，所述包覆層改變為預定顏色；所述包覆層具有多種溫度等級的顏色變化，例如可從-40°C 150°C均有對應的顏色變化。通過選用不同的溫變色粉材料，當所述線纜所感知的溫度在預定溫度範圍例如30°C以內時顏色不變，當所述線纜所感知的溫度超過30°C 時，所述包覆層由綠色變為黑色，或由藍色變為紅色；再比如當所述線纜所感知的溫度超過 60°C時，所述包覆層由黑色變為紅色，或由黑色變為無色。以上顏色變化過程均為可逆過程，當所述線纜所感知的溫度恢復為預定溫度範圍以內後，所述包覆層的顏色也恢復成改變前的顏色，即所述包覆層包括至少兩種顏色變化。通過在預定溫度下線纜能夠顯示出預定的顏色，可以容易地直觀檢驗線纜的溫度狀態；並且可以在整條線纜上確定線纜的溫度狀態。所述線纜所感知的溫度為由線纜本身負載產生的溫升，或是線纜所置環境溫度變化而產生的溫度改變。所述基材42 為從 PVC(Poly Vinyl Chloride,聚氯乙烯樹脂)、PE(Poly Ethylene ,聚乙烯,是乙烯經聚合製得的一種熱塑性樹脂)、TPU(Thermoplastic Poly Urethanes,熱塑性聚氨酯彈性體塑膠)、TPE (Thermoplastic Elastomer,熱塑性彈性體)、ΤΡ0(聚烯烴熱塑性彈性體)、ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene,丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物)以及PS (Poly Styrene,聚苯乙烯塑料)等中選擇至少一種構成的化合物。所述溫變色粉43採用納米級高靈敏度有機熱敏變色材料，其規格在3_8nm (納米) 之間。有機熱敏變色材料是由隱色染料、顯色劑和增稠劑(減敏劑)組成。所述線纜所感知的溫度在預定溫度範圍的臨界值的±3°C範圍時，就會產生顏色變化。術語「熱敏變色材料」是指具有熱致變色性能的材料，即物質可在特定環境溫度下由於結構變化而發生顏色變化，當溫度降低時，顏色又復原。具有熱敏變色性的有機化合物數量較多，可分為三苯甲烷類、熒烷類、螺吡喃類等，根據顏色變化及變色溫度不同，組成成分也不同。當所述線纜所感知的溫度在預定溫度範圍例如30°C以內時顏色不變，當所述線纜所感知的溫度超過30°C時，若溫變色粉的組成成分包括雙酚A、結晶紫內酯以及脂肪酸，則所述包覆層由綠色變為黑色；若溫變色粉的組成成分包括五氯苯酚、三芳甲烷以及高級脂肪酸，則所述包覆層由藍色變為紅色。再如當所述線纜所感知的溫度在預定溫度範圍例如60°C以內時顏色不變，當所述線纜所感知的溫度超過60°C時，若溫變色粉的組成成分包括間苯二酚、結晶紫內酯以及高級脂肪酸，則所述包覆層由黑色變為紅色；若溫變色粉的組成成分包括鄰苯二酚、三芳甲烷以及脂肪酸，則所述包覆層由黑色變為無色。為了增強本發明所述線纜包覆層的牢固性與耐久性，提高感溫效果，利用高聚合工藝，可以將所述溫變色粉43與所述基材42充分攪拌，使二者均勻的混合後製成著色粒， 並經過高溫熔化後塗敷在所有所述金屬導線41的外層。由於溫變色粉與基材屬於兩種物質，固在聚合時需要採用適當的溫度與精密的螺杆、精準的模具冶具配合才能完成最好的效果，使溫變色粉分布均勻；可以採用瑞士 Erocarb或瑞士 Microdia可微調免調芯式機臺，其米用的機頭與螺杆公差控制在O. OOlmm0加工溫度是由基材決定的，色粉的加入是不影響基材的加工溫度的。基材選用不同的材料，其相對應的加工溫度範圍不同，例如，PVC的加工溫度(即電線電纜擠出時絕緣材料的加工溫度)一般都在160-190°c之間；TPE的加工溫度一般在150-180°c之間；PE的加工溫度一般在160-200°C之間。在基材與可塑劑，助劑等材料攪拌聚合時加入溫變色粉，再經過攪拌使色粉均勻分散在基材之中。溫變色粉與基材的用料比例可根據成本及變色效果調節，只要不影響基材的特性都可以，例如可以採用基材與溫變色粉比例為50:1。以PVC為例把PVC基材、可塑劑以及助劑等材料按比例(例如可為約5:3:2)加入粉缸裡，通過瑞士 Erocarb或瑞士 Microdia可微調免調芯式機臺的螺杆高速攪拌,攪拌過程中螺杆與缸內材料會摩擦生熱；當缸內溫度上升到100°C左右，加入溫變色粉後繼續攪拌，當溫度升到140°C左右時粉缸裡的材料已經混煉均勻，之後切割造粒，製成直徑為 3. 5mm,高4mm大小的著色粒,所述著色粒為固體。如附圖7所示本發明所述著色粒的示意圖，圖中黑點部分即為溫變色粉粒，分布均勻。將所述金屬導線放置在操作臺上，將制好的所有所述著色粒加入儲料桶裡，採用瑞士 Erocarb或瑞士 Microdia可微調免調芯式機臺，並米用溫度範圍為160°C _190°C的溫度，通過螺杆高速攪拌所產生的熱量將著色粒熔化後，將其包覆在所述金屬導線的外層。因為每一著色粒都是包含溫變色粉的基材，故每一著色粒都具有感溫變色效果。由於溫變色粉對溫度非常敏感，故在包覆過程中對溫度的控制尤其重要。溫度過高，溫變色粉會移色消散；溫度過低，無法使溫變色粉與基材完全熔融，做出的線材外觀粗糙，線徑不均。線纜安全性中有一最重要的安全電流值，用戶在電器使用超過所述安全電流值時，會因過載造成線纜溫度升高，當線纜溫度超過包覆層耐熱溫度範圍時，包覆層就會改變為預定顏色；這樣除電器本身的安全裝置外，通過感知溫度引起顏色的改變使得線纜本身也可當成一可看得見的安全警示的被動組件，使得安全隱患可視化。在高電流電壓的線纜中，其布線終端均在室內機房，通過設置所述包覆層的預定耐熱溫度範圍，將各線纜的容許電流和溫度關聯一起，通過感知溫度引起顏色的改變形成線纜自身的安全警示作用，從而避免了每一條線纜每天均要用紅外線感溫儀測線纜溫度。當本發明所述感溫變色線纜作為家用電源線作組裝使用時，在製造廠亦可通過電流和溫變持性，進行入料檢驗及各類安全電流設定，從而通過感知溫度引起顏色的改變使得家用電源線本身成為可看得見的安全警示的被動組件。另外，因各類線纜有其環境溫度使用限制，例如60°C的額定線纜，不可用於80°C 以上的環境使用，如硬性使用時，會加速線纜老化，造成線纜過載起火或使得包覆層無保護作用而造成電流外洩；因此通過設置所述包覆層的預定耐熱溫度範圍，利用線纜的感溫變色特性可作為線纜使用環境正確與否的判定作用。即在線纜施工時，在線纜未連接狀態時， 若將使用所述包覆層的線纜置於不適宜的安裝環境，導致溫度超過所述預定耐熱溫度範圍，線纜通過感知外界環境的溫度產生顏色變化，提示操作人員當前所使用的線纜與當前的溫度環境不適合，即由線纜來起到第一階材料安全性防誤用的功能，從而防止不當高溫環境的誤用線纜。本發明所述線纜的包覆層採用將納米材料溫變色粉43直接融入到外被材料基材 42中，因此其中的溫變色粉是無法用外力清除的，即使表面受刮磨，甚至去掉一層或一塊薄皮，其感溫效果持續存在，具有耐磨性；參考附圖5所示，本發明所述線纜去薄皮仍有感溫效果示意圖。本發明所述線纜配合所述包覆層中所述基材42的塑化性，具有了耐彎折性，且由於所述溫變色粉43均勻分布在所述基材42中，可使線纜在布線彎折時，表面無變化，仍能表現出很好的感溫效果；參考附圖6所示，本發明所述線纜彎折後仍有感溫效果示意圖。本發明所述線纜是將納米級的溫變色粉43均勻的溶合於所述基材42中，因此可與所使用的基材42的使用壽命相同，具有持久性強的特性；且由於只是在原有的基材42中增加納米級的溫變色粉43，不改變傳統線纜外形與結構，因此線纜的相關電氣及物理特性均無任何變化，即保持了線纜特性。接下來給出上述技術方案的多個實施例。實施例一，本實施例以家用電器的三芯電源線為例。一般家用電器三芯電源線的額定溫度為60°C，採用本發明所述感溫變色線纜作為三芯電源線，在正常使用(未超過負荷)時三芯電源線的包覆層顏色為黑色；當運行時間過久、負荷增大或外部溫度增高時，導致三芯電源線本身的溫度超過其額定溫度60°C時，三芯電源線包覆層顏色由黑色變為紅色。實施例二，本實施例以入戶線纜為例。因一般入戶線纜大部分均曝光在戶外，受環境溫度影響較大；同時，隨著使用時間的推移，其包覆層受外部環境的影響(UV、高溫、雨淋等)會出現老化現象，其安全作用將降低。採用本發明所述感溫變色線纜作為入戶線纜，當負荷已超過線纜的耐受溫度時，包覆層顏色由黑色或其它顏色，變為紅色或其它顏色，提前起到直觀的警示作用，使用戶能提前知道目前線纜的狀態。實施例三，本實施例以馬達引出線(電源線)為例。在工業應用領域中，尤以馬達、壓縮機等大功率的重電設備使用最為頻繁，且存在功率大、發熱量高、所需電流量大等因素，由於馬達一般是24小時日夜運轉，加上所使用的環境未知，所以馬達在所有重電設備中，最容易產生過載，甚至燒毀。採用本發明所述感溫變色線纜作為馬達引出線(電源線)時，可以在過載前由於馬達的電流量加大，發熱量突出， 包覆層可以提前做出外觀顏色的變化，對用戶起到警示作用。實施例四，本實施例以消費電子類充電器用電源線為例。日新月異的消費電子行業，層出不窮的消費電子設備，都對線纜的使用提出了很高的要求。由於用電量的加大，充電電源線自身的負荷也在加大，類似手機充電器長時間充電導致電源線起火燒毀的案例屢見不鮮。採用本發明所述感溫變色線纜，可以在臨界過載時使包覆層產生明顯的顏色變化，從而對用戶起到警示作用。本發明所述線纜可以用作三芯電源線、入戶線纜、馬達引出線、充電器用線纜等， 線纜的可加工性強；由於線纜本身具有直觀可視的溫變效果，無需採用任何熱電偶即可以容易地直觀檢驗線纜的溫度狀態，使得安全隱患可視化；且本發明所述線纜的包覆層採用將納米材料溫變色粉直接均勻融入到基材中，因此即使線纜表面磨損、或線纜彎折時，仍能表現出很好的感溫效果；由於不改變傳統線纜外形與結構，因此增加成本比率低。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種感溫變色線纜，包括至少一金屬導線和包覆在所有所述金屬導線外層的包覆層，其特徵在於所述包覆層包括基材和溫變色粉，所述溫變色粉以所述基材作為基質，使所述包覆層的顏色隨溫度的變化而改變。
2.根據權利要求I所述感溫變色線纜，其特徵在於所述包覆層具有一預定耐熱溫度範圍，當所述線纜的溫度超過所述預定耐熱溫度範圍時，所述包覆層改變為預定顏色。
3.根據權利要求I或2所述感溫變色線纜，其特徵在於所述包覆層包括至少兩種顏色變化。
4.根據權利要求I或2所述感溫變色線纜，其特徵在於所述包覆層包括至少兩種不同溫度感應範圍的顏色變化。
5.根據權利要求I所述感溫變色線纜，其特徵在於所述溫變色粉的規格在3-8nm之間。
6.根據權利要求I所述感溫變色線纜，其特徵在於所述溫變色粉為有機熱敏變色材料。
7.根據權利要求I所述感溫變色線纜，其特徵在於所述溫變色粉通過瑞士Erocarb 或瑞士 Microdia可微調免調芯式機臺與所述基材混煉製成著色粒後包覆在所有所述金屬導線的外層。
全文摘要
本發明提供了一種感溫變色線纜，包括至少一金屬導線和包覆在所有所述金屬導線外層的包覆層，所述包覆層包括基材和溫變色粉，所述溫變色粉以所述基材作為基質，使所述包覆層的顏色隨溫度的變化而改變。本發明的優點在於，本發明所述線纜的可加工性強；由於線纜本身具有直觀可視的溫變效果，使得安全隱患可視化，無需採用任何熱電偶即可以容易地直觀檢驗線纜的溫度狀態，使得安全隱患可視化，使終端用戶更加安全使用線纜。
文檔編號G01K1/08GK102589728SQ20121005812
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月7日 優先權日2012年3月7日
發明者謝明遠, 阮曉磊, 韋雲霞 申請人:大同電線電纜科技(吳江)有限公司