Устройство для визуальной регистрации превышения температуры и способ его изготовления (варианты) Российский патент 2023 года по МПК G01K11/18 G01K11/16 G01K11/06 

Область техники, к которой относится группа изобретений

Группа изобретений относится к устройствам для визуальной регистрации факта превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, принцип работы которых заключается в изменении микроструктуры термочувствительного материала при заданных пороговых значениях температуры, сопровождающееся необратимым визуальным эффектом, а также к вариантам способа изготовления данного устройства

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, ГОСТР 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.

К другим средствам непрерывного контроля перегрева относят химические или механические индикаторы температуры, которые могут быть 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 RU2561737C1 (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 наклеек может проводиться без создания режима максимальной нагрузки и даже на выведенном в ремонт оборудовании.

Необратимые индикаторы нагрева можно 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. К особенностям изобретения следует отнести невозможность осуществления контроля перегрева всей поверхности, невысокую скорость срабатывания, поскольку для завершения цветового перехода необходимо не только полностью расплавить индикаторный состав и разделяющую их полимерную мембрану, но и время на смешение образующихся жидких фаз, которое ввиду недостаточно быстрых диффузионных процессов вблизи точки плавления может быть затруднено. Кроме того, конструкционные особенности описываемого изобретения 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. Металлический слой и слой активатора при этом могут быть нанесены на тонкую пленку, выполненную в виде наклейки, что обеспечивает гибкость изделия и возможность крепления на различные поверхности. Другим примером температурного индикатора, в основе действия которого лежит химическое взаимодействие, является изобретение, описанное в источнике [US 6957623 B2, дата публикации 09.03.2004]. Термочувствительный материал в данном случае содержит смесь воды, латекса и льдообразующих активных микроорганизмов и до достижения пороговой температуры является прозрачным. При нагревании до заданного значения латекс и льдообразующие активные микроорганизмы взаимодействуют между собой с образованием непрозрачного материала. 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).

Представленные необратимые термоиндикаторы, принцип действия которых основан на химических реакциях, отличаются невысокой точностью, поскольку в соответствии с уравнением Аррениуса степень протекания химической реакции определяется не только температурой, но и временем. Поэтому длительная выдержка состава при температуре, незначительно меньшей порогового значения, также приведет к срабатыванию изделия. В тоже время, приведенные выше стандарты регламентируют конкретные пороговые значения температур с интервалом не более 5°С, что делает описанные изобретения неподходящими для выявления дефектов. Другой особенностью таких устройств является наличие выраженной зависимости времени срабатывания от температуры: при кратковременном нагреве до порогового значения химическая реакция может не завершиться и изменение окраски индикатора либо не произойдет, либо будет недостаточным для детектирования. Кроме того, за счет обратимости реакций цветового перехода внешний вид некоторых изделий возвращается к исходному состоянию после длительной выдержке при низкой температуре.

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. 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 A (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.

Указанные проблемы отсутствуют у 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 дополнительно покрывается полимерной пленкой, которая защищает термоплавкий состав от механического или химического воздействия и не позволяет ему стечь при расплавлении после срабатывания.

Необратимые термочувствительные устройства могут быть выполнены в однотемпературном и многотемпературном вариантах. 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). 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.

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 A1, 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 442832 1A, 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 А1 (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. Наиболее близкими аналогами предлагаемой группы изобретений являются температурные индикаторные элементы, производимые и/или поставляемые такими компаниями как ООО «Инновационная компания «ЯЛОС», ЗАО НПФ «Люминофор».

Прототипом заявленного устройства являются температурные индикаторные наклейки производства японской компании NiGK Corporation, (https://contents.bownow.ip/files/index/sid_9c257787049ca562bbda?client_id=d867dc3c-ab2f-4a08-ba5a-32d9c6b2c5al&access token=&referrer=hittps%3A%2F%2Fwww.nichigi.co.jp%2Fen%2Fen_downloadform%2Fen_ data.html, каталог, посвященный температурным индикаторным материалам). В нем раскрыт ряд необратимых индикаторных наклеек (например, серии LE, 3Е, 4Е, 5Е, 8Е, F, 1К, 3К, 3R, 5S, Mini), на окрашенную основу которых нанесен термочувствительный материал. Высокая точность определения температуры достигается за счет использования эффекта изменения прозрачности очищенного стабильного пигмента при достижении им точки плавления, а заметность за счет проявления цвета основы. При этом индикаторы, как утверждается в каталоге, являются необратимым и не возвращают первоначальную окраску после срабатывания. Срок действия наклеек серии LE, 3Е, 4Е, 5Е, 8Е, F в помещении составляет 5 лет, вне помещения - 3 года, а для наклеек серии 1К, 3K, 3R, 5S, Mini - в помещении 3 года, вне помещении они неприменимы.

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

- недостаточный срок службы наклейки, 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, о чем производитель предупреждает на стр. 2 приведенного каталога, 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 устройств, приведенных в прототипе;

- 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, существует потребность в создании устройства, обладающего высокой надежностью визуальной регистрации превышения температуры выше пороговых значений, высокой скоростью срабатывания и безопасностью эксплуатации на всем сроке эксплуатации и способов его изготовления.

Термины и определения, используемые в настоящей группе изобретений

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.

"Микроструктура" - это пространственное взаиморасположение частиц или отдельных фаз материала, размером 1-100 мкм, 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 настоящему изобретению, 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.

Термин "непрерывная 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. При этом микроструктура не является непрерывной твердой фазой только в том случае, если такую кривую построить невозможно. В зависимости от формы и размеров частиц твердого вещества непрерывная твердая фаза может иметь ячеистую, зернистую, волокнистую, кристаллическую или чешуйчатую структуру.

Термин "непрерывная газовая фаза" относится к пустотам, находящимся внутри твердого вещества, которые сообщаются между собой посредством пор или каналов.

Термин "гибкая основа" относится к материалам, обладающим способностью изменять свою форму под внешним воздействием таким образом, что после возвращения в изначальную форму их функциональные свойства остаются прежними.

Термин "пороговое значение температуры" или "пороговая температура" (Т) обозначает численное значение температуры, при котором происходит резкое изменение внешнего вида термочувствительного материала, например, частичное изменение цвета за счет увеличения прозрачности одного из слоев. В указанной группе изобретений точность регистрации превышения пороговой температуры составляет не более 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 имеет внешний вид, отличный от исходного.

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

Под термином "укрывистость" понимается способность материала перекрывать цвет поверхности, на которую он был нанесен. В случае нанесения на границу черного и белого участков под "укрывистостью" понимается способность материала уменьшать контрастность между указанными участками поверхности, вплоть до полного исчезновения визуального различия участков. В данном изобретении укрывистость (D) термочувствительного материала измеряется по методу, аналогичному описанному в ГОСТ 8784-75 (п.1 Визуальный метод определения укрывистости). Термочувствительный материал наносится на предварительно взвешенную стеклянную пластину по методу, приведенному ниже в описании, высушивается до постоянной массы. Взвешивания проводят с необходимой точностью. Количество слоев термочувствительного материала определяется индивидуально для каждого эксперимента. Масса термочувствительного материала вычисляется как разница массы устройства и массы стеклянной пластины. Стеклянную пластину с термочувствительным материалом кладут на контрастную пластину или шахматную доску и наблюдают при рассеянном дневном свете, просвечивают ли белые и черные поля. Считается, что укрывистость достигается при полном исчезновении разницы по светлоте между участками пластины, лежащими на черных и белых полях, и рассчитывается как отношение массы термочувствительного материала, выраженной в граммах, к площади нанесенного на стеклянную пластину слоя термочувствительного материала, выраженной в м².

"Кажущаяся плотность" - это отношение массы сухого материала к его общему объему, включая объем пустот, выполненных в материале (согласно ГОСТ 2409-95). Применительно к настоящей группе изобретений, кажущаяся плотность определяется следующим образом. Из изделия вырезается однородный кусок, содержащий термочувствительный элемент. Определяются масса с необходимой точностью и объем. Измерение объема может проводиться, например, через измерение линейных размеров с необходимой точностью. Затем изделие разделяется на слои, так, чтобы можно было удалить слой термочувствительного материала, механически удаляется слой термочувствительного материала, и измеряется масса и объем оставшихся элементов. Масса и объем термочувствительного материала вычисляется как разница до и после удаления термочувствительного материала. Кажущуюся плотность получают делением массы термочувствительного материала на его общий объем.

Под термином "доля пустот" в термочувствительном материале понимается отношение объема газовой фазы к общему объему термочувствительного материала, или отношение площади участков газовой фазы к общей площади участка термочувствительного материала в одном из срезов. Применительно к настоящей группе изобретений, доля пустот может определяться одним из приведенных ниже способов. Первый способ основан на использовании сканирующей электронной микроскопии поверхности термочувствительного материала. Для этого из готового изделия вырезают однородный участок, содержащий термочувствительный материал. Затем с этого участка снимают защитный слой так, чтобы обеспечить сохранность термочувствительного материала. Участок термочувствительного материала без защитного слоя анализируют на сканирующем электронном микроскопе с программным обеспечением, позволяющим вычислять общую площадь внешней поверхности твердых частиц образца в данном среде материала. Вычисляют площадь участков газовой фазы путем вычитания общей площади поверхности твердых частиц из площади анализируемого участка и делят полученное значение на площадь анализируемого участка, получая долю пустот термочувствительного материала в одном из срезов. Измерения проводят на 5-7 участках материала, вычисляя среднее значение доли пустот, выраженное в долях. Второй способ основан на применении метода рентгеновской микротомографии. Пробоподготовку проводят аналогичным первому способу образом. Участок термочувствительного материала известного объема анализируется с помощью лабораторного цифрового рентгеновского томографа с программным обеспечением, позволяющим вычислять процентное содержание газовой фазы в заданном объеме образца. Проводят измерения 5-7 участков материала, получая среднее значение доли пустот, выраженное в процентах.

Под термином "принцип жалюзи" понимается определенная микроструктура термочувствительного материала, в которой твердые частицы имеют преимущественно форму чешуек, ориентированных преимущественно параллельно или перпендикулярно основе, на которую нанесен термочувствительный материал. "Принцип открытых жалюзи" означает расположение частиц твердого вещества преимущественно перпендикулярно слою основы, на которую нанесен термочувствительный материал, а также внешнему слою защитного покрытия. При этом микроструктура такого материала не обеспечивает укрывистость цвета основы. Под "принципом закрытых жалюзи" понимается ориентация частиц твердого вещества преимущественно параллельно слою основы и слою защитного покрытия. Такая микроструктура термочувствительного материала, обеспечивает большую укрывистость цвета основы при той же толщине слоя.

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

"Фазовый переход" это переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. Применительно к настоящей группе изобретений, фазовый переход может представлять собой плавление или другой процесс, сопровождающийся переходом вещества из твердого в текучее состояние при нагреве выше заданной температуры.

Под термином "полностью изолирующий от окружающей среды" понимается создание защитного слоя, обеспечивающего герметичность устройства, а также предотвращающего сообщение термочувствительного материала с окружающей средой и обеспечивающего защиту устройства от неблагоприятных внешних воздействий, в том числе, влаги, атмосферных осадков, брызг, индустриальных загрязнителей, механического воздействия и т.п. "Частично изолирующий от окружающей среды" слой также предотвращает воздействие неблагоприятных внешних факторов на устройство и обеспечивает тем самым его защиту, однако не создает герметичность устройства и поддерживает атмосферное давление газовой фазы в объеме термочувствительного материала.

Сущность группы изобретений

Задачей заявленной группы изобретений является создание устройства, повышающего безопасность эксплуатации различного оборудования, для надежной, достоверной и безопасной регистрации кратковременных и длительных превышений температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, а также вариантов способа его изготовления.

Наиболее конкретно, заявленная группа изобретений 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. Обеспечение общей безопасности эксплуатации различного оборудования, снабженного устройством визуальной регистрации превышения температуры.

Технический результат заявленной группы изобретений заключается в увеличении надежности и достоверности визуальной регистрации факта превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, невозможности возврата термочувствительного материала к исходному состоянию, увеличении скорости срабатывания термочувствительного материала, в том числе в условиях кратковременных пиковых нагрузок контролируемых элементов оборудования или аварийных режимах работы, а также повышении безопасности эксплуатации как контролируемого оборудования, так и самого устройства регистрации на всем сроке эксплуатации.

Указанный технический результат в первом варианте достигается за счет слоистой структуры устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, а также использования термочувствительного материала, имеющего особую микроструктуру. В целом, устройство может быть описано, как имеющее слоистую структуру, включающую:

- непрозрачную по крайней мере для части видимого света основу, на лицевую поверхность которой нанесены надписи с указанием по меньшей мере одного численного порогового значения температуры;

- по меньшей мере один непрозрачный по крайней мере для части видимого света термочувствительный материал, нанесенный на отдельные участки основы, микроструктура которого включает частицы твердого органического вещества и пустоты, заполненные газовой фазой;

- прозрачный защитный слой, частично или полностью покрывающий лицевую поверхность устройства;

при этом устройство выполнено с возможностью необратимо изменять свой внешний вид при достижении указанной на нем по меньшей мере одной пороговой температуры за счет разрушения микроструктуры соответствующего термочувствительного материала, сопровождающегося сплавлением частиц твердого органического вещества, уменьшением доли пустот и увеличением его прозрачности с проявлением цвета основы.

Использование термочувствительного материала с пустотами, в сравнении с представленными в уровне техники техническими решениями, позволяет увеличить срок эксплуатации и повысить достоверность определения перегрева, за счет невозможности агрегирования частиц твердого вещества через газовую фазу, и исключить возможность возврата материала в исходное состояние за счет необратимого изменения микроструктуры. При плавлении термочувствительного материала, содержащего пустоты, происходит необратимое изменение исходной микроструктуры материала с увеличением кажущейся плотности материала и уменьшением доли пустот в нем, связанное со сплавлением частиц твердого органического вещества и с уменьшением площади границ раздела фаз "твердое-газ", за счет необратимого выхода содержащегося в пустотах газа на поверхность и расслаивания газовой и негазовой сред. В результате при дальнейшем охлаждении твердое органическое вещество кристаллизуется уже без пустот, тем самым необратимо изменяется прозрачность (увеличивается относительно исходного состояния) материала по меньшей мере для части видимого света, создавая визуальный эффект изменения внешнего вида устройства с высокой контрастностью, чем обеспечивается высокая достоверность регистрации превышения температуры выше заданного значения.

Тем самым, устройство, предлагаемое в группе изобретений, характеризуется комплексным принципом работы, заключающемся не только в плавлении термочувствительного материала, но и необратимом изменении микроструктуры за счет разделения фаз, сплавления частиц твердого органического вещества и уменьшения доли пустот в материале, 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.

В ходе исследований термочувствительных материалов с различной долей пустот было выявлено, что увеличение доли пустот позволяет значимо уменьшить толщину слоя термочувствительного материала, необходимого для перекрытия цвета основы, по сравнению с толщиной слоя материала, в котором пустоты отсутствуют, необходимого для обеспечения такой же укрывистости (см. примеры 11-12 на с. 50-55 данного описания). Это достигается за счет множественного преломления света на границе поверхности твердое - газообразное. В изделии по настоящей группе изобретений укрывистость по меньшей мере одного термочувствительного материала составляет предпочтительно не более 50 г/м².

Как следствие, высокая укрывистость позволяет изготавливать устройства 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.

В различных вариантах изобретения давление газовой фазы внутри пустот термочувствительного материала может быть равно атмосферному давлению или ниже атмосферного давления. При использовании устройства с давлением ниже атмосферного, скорость необратимого изменения микроструктуры, и, как следствие, скорость срабатывания термочувствительного материала, 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 устройство, 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 устройства на поверхности сложной формы с сохранением функциональных характеристик устройства.

Ввиду особенности строения термочувствительного слоя, микроструктура которого содержит большое количество газовой фазы, при превышении пороговой температуры 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 предлагаемого изобретения, 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 материала от внешних воздействий.

В существующих вариантах изобретения с давлением газа внутри пустот термочувствительного материала ниже атмосферного и герметичным защитным покрытием при превышении пороговой температуры и последующем охлаждении может не 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.

Предпочтительно, в микроструктуре по меньшей мере одного термочувствительного материала в исходном состоянии частицы твердого органического вещества преимущественно ориентированы параллельно плоскости поверхности основы и защитного покрытия. В частных случаях, твердое органическое вещество может быть представлено в виде чешуек, волокон, их конгломератов и т.д.

Предпочтительно, доля пустот по меньшей мере одного термочувствительного материала после нагрева выше соответствующего порогового значения температуры уменьшается не менее, чем в 2 раза относительно исходного состояния, что дополнительно увеличивает контрастность цветового перехода устройства при превышении порогового значения температуры. При этом кажущаяся плотность по меньшей мере одного термочувствительного материала после нагрева выше соответствующего порогового значения температуры увеличивается в 2,5-10 раз относительно исходного состояния.

Приведенные выше признаки микроструктуры термочувствительного материала обеспечивают большое количество границ раздела фаз в исходном состоянии относительно аналогов, упомянутых в уровне техники, и наибольшую контрастность цветового перехода при достижении указанного на устройстве соответствующего порогового значения температуры, тем самым усиливая технический результат изобретения.

В некоторых вариантах осуществления, твердое органическое вещество представляет собой органическое вещество, которое при достижении пороговой температуры с разницей не более 5°С от указанной на устройстве претерпевает фазовый переход, сопровождающийся необратимым увеличением прозрачности термочувствительного материала. При этом для достижения требуемой упаковки частиц твердого органического вещества в изобретении предпочтительно использовать органические 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 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.).

В частных вариантах, твердое органическое вещество термочувствительного(ых) материала(ов) выбрано из группы: жирные алифатические кислоты, содержащие не менее 13 атомов углерода; соли жирных алифатических кислот, содержащие не менее 12 атомов углерода; алканы, содержащие не менее 20 атомов углерода; диалкилфосфиновые кислоты, содержащие не менее 16 атомов углерода; амиды жирных алифатических кислот, содержащие не менее 3 атомов углерода; ангидриды жирных алифатических кислот, содержащие не менее 22 атомов углерода; жирные алифатические спирты, содержащие не менее с 16 атомов углерода; жирные алифатические амины, содержащие не менее 17 атомов углерода; нитрилы жирных алифатических кислот, содержащие не менее 20 атомов углерода или их смеси. Температура плавления конкретного твердого органического вещества задает пороговую температуру соответствующего термочувствительного материала устройства. Поэтому органические вещества выбираются таким образом, чтобы температуры их плавления были равны пороговым температурам устройства с заданной точностью. При этом число атомов углерода для каждого класса органических веществ определяется, исходя из конкретной практической задачи, решаемой с помощью заявленного устройства (типа оборудования, необходимого шага определяемой температуры перегрева, площади проверяемой на нагрев поверхности и т.д.).

Другим фактором, определяющим выбор твердого органического вещества термочувствительного материала, является коммерческая доступность веществ, поэтому применение органических 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 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 случае твердое органическое вещество термочувствительного(ых) материала(ов) выбрано из группы: пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, бегеновая кислота, тетракозан, эрукамид, стеариновый спирт, цетиловый спирт, диспергированный полиэтилен, соли насыщенных жирных карбоновых кислот редкоземельных металлов, в частности лантана, иттрия, иттербия, скандия.

В частных случаях микроструктура по меньшей одного термочувствительного материала дополнительно содержит прозрачное по крайней мере для части видимого света полимерное связующее, температура фазового перехода которого выше температуры фазового перехода твердого органического вещества. 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 масс. %. В частных случаях полимерное связующее покрывает каждую отдельную структурную частицу твердого органического вещества, обеспечивая его "глазирование". Связующее выбирается таким образом, чтобы обеспечить смачиваемость, но не растворение, частиц твердого органического вещества 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 твердого органического вещества. Приведенный признак обеспечивает наличие микроструктуры материала с увеличенным количеством границ раздела фаз, тем самым усиливая технический результат изобретения.

В частных случаях, прозрачное полимерное связующее выбрано из фенолформальдегидной смолы, бутилметакриловой смолы, меламинформальдегидной смолы, поливинилбутираля, полибутилметакрилата, полиизобутилметакрилата, полибутилакрилата, 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, метил целлюлозы, этилцеллюлозы, нитроцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, желатина, агар-агара, казеина, гуммиарабика, поливинилового спирта, полиэтиленоксида или их смесей.

Устройства могут представлять собой различные типы изделий, выполненные с возможностью надежного крепления и плотного прилегания к поверхности контролируемого оборудования, в том числе промышленного, бытового и энергетического назначения.

В предпочтительных вариантах осуществления группы изобретений устройство может представлять собой наклейку, включающую изолирующий слой, клеевой слой, непрозрачную по крайней мере для части видимого света эластичную основу, выполненную из галогенсодержащих полимеров, имеющую толщину менее 1 мм и диэлектрическую прочность не менее 5 кВ/мм, по меньшей мере один термочувствительный материал, нанесенный на отдельные участки основы, толщиной не более 800 мкм, прозрачный защитный слой, в которой термочувствительный материал выполнен с возможностью необратимого изменения прозрачности при достижении соответствующей пороговой температуры, указанной на наклейке, за время менее 5 секунд.

Использование галогенсодержащей полимерной основы, например, поливинилхлорида обеспечивает возможность использования заявленного устройства для визуальной регистрации превышения температуры поверхностей токопроводящих элементов электроустановок, поскольку указанная основа обладает диэлектрическими свойствами и устойчивостью к возгоранию. Исполнение устройства с эластичной основой толщиной менее 1 мм дает возможность плотного прилегания устройства к поверхностям сложной геометрии, в том числе к токопроводящим элементам электрооборудования. Также использование основы толщиной менее 1 мм и слоя термочувствительного материала толщиной не более 800 мкм позволяет быстро прогревать термочувствительный материал при возникновении кратковременных перегревов и полностью переводить его в расплав с цветовым переходом «непрозрачный-прозрачный» в течение не более 5 секунд, а также обеспечивает необходимую теплоотдачу при воздушном охлаждении работающих устройств. Скорость срабатывания термочувствительного материала менее 5 секунд при нагреве выше соответствующей пороговой температуры 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, 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 других вариантах осуществления группы изобретений устройство может быть выполнено в виде эластичной полой трубки (кембрик) или в виде трубки, включающей продольный разрез (клипсу), и предназначенных для крепления на провода, поверхность которых выступает в роли непрозрачной по крайней мере для части видимого света основы, выполненной из галогенсодержащих полимеров, имеющей толщину менее 1 мм и диэлектрическую прочность не менее 5 кВ/мм, на отдельные участки лицевой поверхности которой нанесен по меньшей мере один термочувствительный материал толщиной не более 800 мкм, покрытой прозрачным защитным слоем, в которой термочувствительный материал выполнен с возможностью необратимого изменения прозрачности при достижении соответствующей пороговой температуры, указанной на трубке, за время менее 5 секунд.

В отличие от наклейки, клипса или кембрик более удобны в монтаже на проводах небольшого сечения в электрических щитках зданий и сооружений.

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 других вариантах выполнения устройства повышенная точность определения локальных перегревов поверхностей электрооборудования может достигаться тем, что площадь поверхности основы, покрытой по меньшей мере одним термочувствительным материалом, составляет не менее 100 мм².

В вариантах осуществления при осуществлении локального нагрева контролируемой поверхности происходит изменение прозрачности только той области термочувствительного материала, которая была подвержена нагреву выше пороговой температуры, что позволяет регистрировать точечные перегревы.

Технический результат достигается также за счет вариантов способа изготовления устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, раскрытые варианты не являются ограничивающими, и для изготовления указанного устройства могут быть использованы другие методы, обеспечивающие получение термочувствительного материала с раскрываемой в материалах микроструктурой.

В первом варианте способ изготовления устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения включает следующие этапы:

- нанесение на отдельные участки непрозрачной основы одного или более слоя по меньшей мере одной суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе, температура кипения которой менее 180°С, при этом растворимость частиц твердого органического вещества в жидкой фазе не превышает 10 г/кг; удаление жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе с образованием термочувствительного материала, непрозрачного по крайней мере для части видимого света, микроструктура которого включает частицы твердого органического вещества и пустоты, заполненные газовой фазой;

- покрытие лицевой поверхности заготовки прозрачным защитным слоем, при этом по меньшей мере один из вышеуказанных этапов проводится при давлении ниже атмосферного.

В этом варианте, за счет использования на по меньшей мере одном из этапов пониженного давления (давлении ниже атмосферного) обеспечивается быстрое удаление жидкой фазы, подобное закипанию, в результате которого наблюдается дополнительное вспенивание материала, приводящее к увеличению количества пустот. При этом при использовании давления ниже атмосферного на одном из этапов, на других этапах удаление жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе происходит при атмосферном давлении.

В предпочтительных вариантах реализации способа изготовления устройства давления ниже атмосферного используется на этапе перед нанесением прозрачного защитного слоя или на этапе послойного нанесения по меньшей мере одной суспензии по меньшей мере одного частиц твердого органического вещества в жидкой фазе после удаления жидкой фазы из каждого отдельного слоя. Давление ниже атмосферного при использовании реализации способа изготовления устройства составляет предпочтительно 1-650 мм рт.ст. Выбираемая величина давления, а также времени выдержки заготовки устройства при данном давлении зависит от температуры кипения жидкой фазы, ее количества, используемого для приготовления суспензии, а также природы твердого органического вещества.

Создание давления ниже атмосферного может быть произведено сразу после нанесения каждого отдельного слоя суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе. В этом случае формирование микроструктуры, включающей частицы твердого органического вещества и пустот, заполненных газовой фазой, происходит слой за слоем. В другом варианте исполнения данного способа создание давления ниже атмосферного может производиться на этапе удаления жидкой фазы из необходимого количества нанесенных слоев суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе. В этом случае будет происходить спонтанное высвобождение жидкой фазы из всего объема материала с образованием большего числа неструктурированных пустот. В третьем варианте исполнения данного способа при давлении ниже атмосферного проводят покрытие лицевой поверхности заготовки прозрачным защитным слоем. В случае использования герметичного защитного слоя это обеспечивает давлении ниже атмосферного внутри пустот термочувствительного материала в конечном изделии. Кроме того, создание давления ниже атмосферного на этом этапе позволяет удалить остаточную окклюзированную термочувствительным материалом жидкую фазу, а поскольку в процессе создания давления ниже атмосферного остаточная жидкая фаза испаряется скачкообразно, в результате чего происходит дополнительное вспенивание материала, приводящее к увеличению количества пустот.

Создание давления ниже атмосферного может проводиться на любых двух стадиях изготовления устройства, а также на всех трех стадиях изготовления устройства в зависимости от природы твердого органического вещества, используемой жидкой фазы и концентрации твердого органического вещества в суспензии, обеспечивая образование требуемой микроструктуры термочувствительного материала.

При этом, при изготовлении устройства данным способом частицы твердого органического вещества могут быть выполнены в виде чешуек, волокон, зерен, кристаллов или конгломератов указанных частиц.

Во втором варианте способ изготовления устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения включает осуществление не менее 3 циклов, каждый из которых включает нанесение на отдельные участки непрозрачной основы слоя по меньшей мере одной суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе и удаление жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии, с дальнейшим покрытием лицевой поверхности заготовки прозрачным защитным слоем, при этом температура кипения жидкой фазы менее 180°С, 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.

В этом варианте, после нанесения первого слоя по меньшей мере одной суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе, заготовку сушат при комнатной температуре до постоянной массы, затем процедуру послойного нанесения и удаления жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии повторяют не менее трех раз до получения необходимой толщины покрытия. В частном случае при послойном нанесении на отдельные участки непрозрачной основы по меньшей мере одной суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе используется метод трафаретной печати, флексографской печати, тампонной печати или шелкографии. Чередование циклов нанесения и удаления жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии обеспечивает необходимую упорядоченность частиц твердого органического вещества при их расположении на основе. Благодаря самопроизвольному удалению жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии при комнатной температуре, обеспечивается медленное оседание чешуек и их упаковка в термодинамически выгодном состоянии. Таким образом, формируется слой термочувствительного материала с микроструктурой, частицы твердого вещества в которой располагаются преимущественно параллельно поверхности основы. Для обеспечения необходимой укрывистости циклы нанесения и удаления жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии повторяются не менее трех раз до получения непрозрачного по крайней мере для части видимого света термочувствительного материала.

При этом, при изготовлении устройства данным способом частицы твердого органического вещества преимущественно выполнены в виде чешуек, волокон, кристаллов или конгломератов указанных или других частиц, имеющих линейные размеры, превышающие толщину.

В вариантах исполнения способов изготовления устройства по заявляемой группе изобретений толщина термочувствительного материала преимущественно составляет не более 800 мкм, предпочтительно не более 450 мкм, наиболее предпочтительно не более 150 мкм.

Предпочтительно, при реализации способов изготовления устройства используется суспензия, включающая частицы твердого органического вещества размером 2-3 мкм в жидкой фазе. 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, ацетон, толуол или их смеси, но не ограничиваются ими.

Относительная разница плотностей растворителя и частиц твердого плавкого вещества является важным фактором, влияющим на скорость и характер осаждения частиц твердого органического вещества. При наличии большой разницы плотностей (более 0,2 г/см³) частицы твердого органического вещества будут оседать из суспензии слишком быстро, в результате чего частицы будут формировать как продольные, так и поперечные структуры, ориентируясь произвольно относительно плоскости основы. При этом, сквозь поперечные структуры будет просматриваться основа при той же толщине слоя, для которой при продольном расположении будет достигаться укрывистость, поэтому только продольное расположение частиц обеспечивает требуемую укрывистость. 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 с преимущественно продольным расположением частиц относительно поверхности основы.

Для обеспечения безопасности при использовании устройства по заявленной группе изобретений в энергетике, например, для визуальной регистрации превышения температуры поверхностей токопроводящих элементов электроустановок, в качестве основы в вариантах способа изготовления устройства применяется галогенсодержащая полимерная основа, например, поливинилхлоридная, поскольку она является устойчивой к возгоранию и обладает диэлектрическими свойствами, обеспечивает возможность использования заявленного устройства для, поскольку указанная основа обладает и устойчивостью к возгоранию.

В качестве твердого органического вещества в заявляемых вариантах способа изготовления устройства могут быть использованы вещества, выбранные из классов веществ, приведенных на стр. 33 данного описания.

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 - Различные варианты исполнения устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения температуры: 1а - в виде трубки, включающей продольный разрез (клипсы), предназначенной для крепления на провода, с одним термочувствительным материалом, 1б - в виде эластичной полой трубки (кембрика), предназначенной для надевания на провода, с тремя различными термочувствительными материалами, 1в - в виде наклейки с четырьмя различными термочувствительными материалами.

Фиг. 2 - Слоистая структура устройства для визуальной регистрации превышения температуры 2а - выше одной пороговой температуры с герметичным прозрачным защитным слоем, 2б - выше от одной до трех различных пороговых температур с прозрачным защитным слоем, в котором между защитным слоем и основой выполнен зазор, 2в - выше от одной до четырех различных пороговых температур с прозрачным защитным слоем, в котором выполнены микроотверстия.

Фиг. 3 - Устройство для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения температуры: 3а - первоначальный вид устройства в виде наклейки с одним термочувствительным материалом, 3б - сработавший вид устройства в виде наклейки с одним термочувствительным материалом (после превышения порогового значения температуры), 3в первоначальный вид устройства в виде 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 - первоначальный вид устройства в виде наклейки с основой, обладающей светоотражающими или люминесцентными свойствами, с четырьмя различными термочувствительными материалами, 3з - полностью сработавшая наклейка с основой, обладающей светоотражающими или люминесцентными свойствами, после превышения порогового значения температуры четвертого термочувствительного материала с визуальным цветовым переходом "белый-черный", 3и - слоистая структура устройства для визуальной регистрации превышения температуры с четырьмя различными термочувствительными материалами, с использованием основы обладающей светотражающими или люминесцентнами свойствами, покрытой черной краской в зонах участков термочувствительных материалов, 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) и 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 - Устройство для визуальной регистрации превышения порогового значения температуры при локальном перегреве: 5а первоначальный вид устройства, 5б частично сработавшее устройство 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.

На фиг. 1 представлены различные варианты исполнения устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения температуры, представляющие собой трубку, включающую продольный разрез (клипсу) (1а), предназначенную для крепления на провода, с одним термочувствительным материалом 1, эластичную полую трубку (кембрик) (1б), предназначенную для крепления на провода, с тремя различными термочувствительными материалами 1 или наклейку (1в) с четырьмя различными термочувствительными материалами 1 и надписями 2, включающими численные значения регистрируемых температур.

На фиг. 2 представлена слоистая структура устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше одного порогового значения температуры: (2а), включающая гибкую основу 3 толщины d и нанесенный на нее термочувствительный материал 1 с толщиной D и прозрачным защитным слоем 4, плотно прилегающим к основе и материалу, обеспечивающим герметичность устройства и возможности поддержания давления ниже атмосферного; слоистая структура устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше от одного до трех различных пороговых значений температур (2б), включающая гибкую основу 3 и нанесенные на нее термочувствительные материалы 1 с прозрачным защитным слоем 4, плотно прилегающим к основе и материалу и имеющим зазор 5а между защитным слоем и основой; слоистая структура устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше от одного до четырех различных пороговых значений температур (2в), включающая гибкую основу 3 и нанесенные на нее термочувствительные материалы 1 с прозрачным защитным слоем 4, плотно прилегающим к основе и материалу и имеющим микроотверстия 56 на его лицевой поверхности.

На фиг. 3 представлено устройство для визуальной регистрации превышения температуры выше одного порогового значения температуры в виде наклейки в исходном состоянии до нагрева (3а) и после нагрева выше порогового значения температуры (3б), включающее гибкую основу 3, нанесенный на нее термочувствительный материал 1 и надпись 2, включающую численное значение регистрируемого порога температуры; устройство для визуальной 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; устройство для визуальной 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 данного устройства (3и), включающее гибкую основу со светоотражающими или люминесцентными свойствами 6, нанесенные на нее термочувствительные материалы 1 и надписи 2, включающие численные значения регистрируемых пороговых значений температур для каждого термочувствительного материала, краску черного цвета 7, нанесенную на гибкую основу в зонах под термочувствительными материалами, а также прозрачный защитный слой 4, плотно прилегающий к основе и материалу и имеющий микроотверстия 5б на его лицевой поверхности.

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 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 представлено устройство для визуальной регистрации превышения порогового значения температуры при локальном перегреве, включающее гибкую 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 11 термочувствительного материала 1, которая была подвержена нагреву выше пороговой температуры, при сохранении первоначального состояния остальной области термочувствительного материала 1.

Осуществление изобретения

Приготовление термочувствительного материала.

Твердое органическое вещество по меньшей мере одного термочувствительного материала может быть выбрано из по меньшей мере одного из приведенных классов органических веществ: жирные алифатические кислоты, содержащие не менее 13 атомов углерода; соли жирных алифатических кислот, содержащие не менее 12 атомов углерода; алканы, содержащие не менее 20 атомов углерода; диалкилфосфиновые кислоты, содержащие не менее 16 атомов углерода; амиды жирных алифатических кислот, содержащие не менее 3 атомов углерода; ангидриды жирных алифатических кислот, содержащие не менее 22 атомов углерода; жирные алифатические спирты, содержащие не менее с 16 атомов углерода; жирные алифатические амины, содержащие не менее 17 атомов углерода; нитрилы жирных алифатических кислот, содержащие не менее 20 атомов углерода 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, трикозиламина, 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 или их смесей.

В различных вариантах осуществления, твердое плавкое вещество каждого из термочувствительных материалов может иметь температуру плавления в диапазоне 50-210°С. При этом численные значения пороговой температуры по меньшей мере одного термочувствительного материала 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.

При таком методе получения, полученный термочувствительный материал представлен двумя непрерывными фазами: твердой и газовой.

При этом, полученный 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, сопровождающегося сплавлением частиц твердого органического вещества, уменьшением доли пустот и увеличением его прозрачности с проявлением цвета основы, а при последующем охлаждении прозрачность термочувствительного материала не возвращается до исходных значений.

В зависимости от природы твердого органического вещества, вид получающихся частиц твердого органического вещества может представлять собой зерна, кристаллы, волокна, чешуйки или конгломераты указанных частиц.

В некоторых вариантах изобретения измельченное твердое органическое вещество суспензируют 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 масс. %, для обеспечения эффекта глазирования частиц твердого органического вещества.

При этом, прозрачное полимерное связующее выбирают из: фенолформальдегидной смолы, бутилметакриловой смолы, меламинформальдегидной смолы, поливинилбутираля, полибутилметакрилата, полиизобутилметакрилата, полибутилакрилата, 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, метил целлюлозы, 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 устройства

Заявленное устройство может иметь исполнение в виде наклейки, клипсы или кембрика или других устройств, выполненных с возможностью надежного крепления и плотного прилегания к поверхности контролируемого оборудования.

Устройства имеют слоистую структуру, включающую: основу, непрозрачную по крайней мере для части видимого света основу, по меньшей мере один термочувствительный материал нанесенный на поверхность основы, а также прозрачный защитный слой, частично или полностью изолирующий термочувствительный материал от окружающей среды.

В случае клипсы и кембрика в роли непрозрачной по крайней мере для части видимого света основы выступает внешняя поверхность трубки, включающей продольный разрез, или внешняя поверхность эластичного полого цилиндра соответственно.

Толщина основы устройства преимущественно составляет менее 1 мм для обеспечения скорости срабатывания каждого из термочувствительных материалов менее 5 секунд при нагреве выше соответствующей пороговой температуры.

Основа для различных видов устройств может быть выбрана из следующих материалов: 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, в частности, ПВХ, диэлектрическая прочность устройства предпочтительно составляет не менее 5 кВ/мм, что является предпочтительным, при использовании устройства в энергетике.

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.

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 устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения.

В общем виде процесс изготовления устройства 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 прозрачным защитным слоем.

Для получения микроструктуры нанесенного термочувствительного материала, обеспечивающей необратимое изменение внешнего вида при достижении пороговой температуры, которое сопровождается оплавлением частиц твердого органического вещества, уменьшением доли пустот и увеличением его прозрачности с проявлением цвета основы, 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 частицы твердого органического вещества и пустот, заполненных газовой фазой, 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, 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 утоньшается, 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, 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.

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 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 расплав с цветовым переходом «непрозрачный-прозрачный» в течение менее 5 секунд, а также обеспечивает необходимую теплоотдачу при воздушном охлаждении работающих устройств.

Площадь поверхности непрозрачной основы, покрытой одним или более термочувствительным материалом, в предпочтительных вариантах, составляет не менее 100 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.

Для устройства, содержащего 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.

На заключительном этапе приготовления устройство покрывали прозрачным защитным слоем. В некоторых вариантах изобретения между защитным слоем и основой может быть выполнен зазор или в прозрачном защитном слое могут быть выполнены микроотверстия, позволяющие газовой фазе после превышения регистрируемой температуры выходить за пределы устройства. Предпочтительно, прозрачный защитный слой выбирается из прозрачных эластичных полимеров. В другом варианте изобретения происходит выдерживание заготовки устройства при давлении ниже атмосферного и его последующее покрытие прозрачным защитным слоем, обеспечивающим герметичность устройства и поддержание давления внутри пустот с газовой фазой ниже атмосферного давления. С этой целью в данном варианте изобретения в качестве защитного слоя также используются прозрачные эластичные полимерные пленки.

Принцип работы устройства.

Устройство, включающее гибкую основу 3 и нанесенный на нее один или несколько термочувствительных материалов 1 и прозрачный защитный слой 4, устанавливают на поверхность за которой должен быть обеспечен температурный контроль, с обеспечением плотного прилегания устройства, с помощью крепежных элементов, предусмотренных конструкцией устройства. В более предпочтительном варианте исполнения устройство представляет собой наклейку, которая крепится на поверхность с помощью клеевого слоя, с которого предварительно удаляется изолирующий слой. В двух других вариантах исполнения (клипса и кембрик) принцип работы устройства является аналогичным принципу работы наклейки.

Поскольку устройства для визуальной регистрации превышения температуры, используемые в электроэнергетике, преимущественно выполнены в виде наклеек, то далее принцип работы устройства будет рассмотрен на примере наклейки.

Устройство, выполненное в виде наклейки 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 устройства 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 11 термочувствительного материала 1, соответственно, происходит необратимое разрушение микроструктуры термочувствительного материала 1, сопровождающегося сплавлением частиц твердого органического вещества 8, уменьшением доли пустот 9 и, как следствие, увеличением прозрачности. При этом происходит увеличение кажущейся плотности материала. Термочувствительный материал 1 с измененной микроструктурой 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 11 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 устройство 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, увеличением прозрачности соответствующего термочувствительного материала 1 и проявлением цвета основы 3 под ним. При этом, другие зоны с термочувствительными материалами 1, имеющими температуры активации T_2…n>T₁, сохраняют свою микроструктуру и, как следствие, свой первоначальный вид. Дальнейшее повышение температуры поверхности, на которой размещено устройство, до температуры T_2…n приведет к последовательному необратимому разрушению микроструктур соответствующих термочувствительных материалов 1 с пороговыми температурами T_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 с переходом «непрозрачный-прозрачный» и проявление цвета основы 3 под ними.

При точечном нагреве контролируемой поверхности прозрачная зона 11 образуется только в 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.

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 внешний вид не возвращается до исходного состояния.

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

1. Получение суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе

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.

2. Получение суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе со связующим

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.

3. Способ нанесения суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе на основу 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.

4. Способ нанесения суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе на основу 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.

5. Способ нанесения суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе на основу 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.

6. Способ нанесения суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе на основу 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.

7. Способ нанесения суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе на основу 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.

8. Способ нанесения суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе на основу 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.

9. Способ нанесения суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе на основу 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.

10. Способ нанесения суспензии твердого органического вещества в жидкой фазе на основу 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.

11. Определение укрывистости материалов, полученных по способам, заявленным в настоящей группе изобретений

В качестве твердого органического вещества использовали вещества класса алканов (тетракозан), алифатических кислот (эйкозановая кислота) 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 эйкозановой кислоты в изопропаноле, полученные отдельно по примеру 1, наносили на стеклянные пластины по способам, описанным в примерах 3, 4, 8-10, за исключением этапа нанесения защитного слоя. Суспензию капроната лантана в изопропаноле с добавлением фенолформальдегидной смолы, полученную по примеру 2, наносили на стеклянные пластины по способам, описанным в примерах 3, 4, 8-10, за исключением этапа нанесения защитного слоя. Число слоев суспензии соответствующего твердого органического вещества в жидкой фазе на образцах, полученных по примерам 3, 4, составляло 1, 3, 5, 7, 10, 15, 20, а на образцах, полученных по примерам 8-10, 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.

В ходе испытания было установлено, что укрывистость термочувствительных материалов с твердыми органическими веществами любого из выбранных классов, нанесенными по любому из приведенных способов, достигается при количестве слоев термочувствительного материала, равном 3 и более и толщине термочувствительного материала 30 мкм и более.

12. Определение укрывистости материалов, полученных по способам, известным из уровня техники

Твердое органическое вещество класса алканов (тетракозан), алифатических кислот (эйкозановая кислота) 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.

Для определения укрывистости в качестве основы использовали предварительно взвешенные стеклянные пластины. Область лицевой поверхности каждой стеклянной пластины, на которую не должен попасть термочувствительный материал, заклеили полиэтиленовой пленкой. На незакрытую область каждой стеклянной пластины с помощью валика нанесли: на первую пластину - один слой суспензии, на вторую пластину - пять слоев суспензии, на третью пластину - десять слоев суспензии, на четвертую пластину - пятнадцать слоев суспензии, на пятую пластину - двадцать слоев суспензии. Слои наносили последовательно, без промежуточной сушки между нанесением каждого слоя, после нанесения последнего слоя суспензии термочувствительного материала пластины сушили на воздухе при комнатной температуре до постоянной массы. 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 Таблице 3.

В ходе испытания было установлено, что укрывистость термочувствительных материалов с твердыми органическими веществами любого из выбранных классов достигается при количестве слоев термочувствительного материала, равном 20, и толщине термочувствительного материала более 2100 мкм.

Примеры 13-30. Изготовление конкретных устройств

13. Готовили суспензию тетракозана (100 г) с температурой фазового перехода 50°С и 100 г изопропанола по примеру 1. Суспензию наносили на ПВХ-пленку OraJet 3951 черного цвета с клеевым слоем, обладающую устойчивостью к возгоранию и электрической прочностью не менее 5кВ/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 3 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.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 50°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

14. Готовили суспензию капроната иттрия (100 г) с температурой фазового перехода 55°С, 100 г метанола и 100 г 3% раствора фенолформальдегидной смолы в метанола по примеру 2. Суспензию наносили на ПВХ-пленку OraJet 3106SG черного цвета с клеевым слоем, обладающую устойчивостью к возгоранию и электрической прочностью не менее 5кВ/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 4 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.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 55°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 1 секунду. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

15. Готовили суспензию ангидрида пальмитиновой кислоты (100 г) с температурой фазового перехода 60°С, 100 г 1-пропанола и 100 г 1% раствора бутилметакриловой смолы в 1-пропаноле по примеру 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 5 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.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 60°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

16. Готовили суспензию эйкозановой кислоты (100 г) с температурой фазового перехода 70°С, 100 г изобутанола и 100 г 10% раствора меламинформальдегидной смолы в изобутаноле по примеру 2. Суспензию наносили на полиэфирную пленку ЗМ: 50/RC20/HD70WH желтого цвета с клеевым слоем, обладающую толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, по способу, описанному в примере 6 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.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 70°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 3 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

17. Готовили суспензию олеамида (100 г) с температурой фазового перехода 75°С, 100 г монометилового эфира этиленгликоля и 100 г 15% раствора поливинилбутираля в монометиловом эфире этиленгликоля по примеру 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 7 с использованием давления после нанесения каждого слоя 1 мм рт.ст., после нанесения всех слоев 30 мм ртюст.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.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 75°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 3 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

18. Готовили суспензию 1-докозанола (100 г) с температурой фазового перехода 70°С, 100 г 1-бутанола и 100 г 25% раствора полибутилметакрилата в 1-бутаноле по примеру 2. Суспензию наносили на полиэфирную пленку 3М: 7874 Е черного цвета с клеевым слоем, обладающую толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, по способу, описанному в примере 8. Толщина термочувствительного материала составила 52 мкм, а общее число слоев составило 5. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 70°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 4 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

19. Готовили суспензию диоктадециламина (100 г) с температурой фазового перехода 70°С, 100 г ацетонитрила и 100 г 30% раствора полибутилакрилата в ацетонитриле по примеру 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 9, 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.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 70°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним, а также численное значение пороговой температуры. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 4 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

20. Готовили суспензию твердого органического вещества (100 г), 100 г уксусной кислоты и 100 г 3% раствора связующего в уксусной кислоте по примеру 2. В качестве твердых органических веществ использовали: диоктилфосфиновую кислоту с температурой фазового перехода 80°С, бегенат иттрия с температурой фазового перехода 90°С, пальмитат лантана с температурой фазового перехода 100°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 10, 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. Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 80°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания соответствующей зоны устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности первого термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности 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 прозрачности соответствующей зоны термочувствительного материала. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности второго термочувствительного материала, составило 2 секунды, а третьего термочувствительного материала - 1 секунду. После заключительного охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение прозрачности всех зон с термочувствительными материалами.

21. 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 2. В качестве твердых органических веществ использовали: нонадецинат лантана с температурой фазового перехода 110°С, капронат лантана с температурой фазового перехода 120°С, нонадеканоат цинка с температурой фазового перехода 130°С, пальмитат цинка с температурой фазового перехода 140°С. В качестве связующего использовали полиэфир, полиметакрилат, желатин, этилцеллюлозу. Суспензии наносили на самоклеящуюся ткань Aurora красного цвета с клеевым слоем, обладающую толщиной без клеевого слоя 0,4 мм, по способу, описанному в примере 10, 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.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 110°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания соответствующей зоны устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности первого термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности 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 прозрачности соответствующей зоны термочувствительного материала. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности 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 прозрачности всех зон с термочувствительными материалами.

22. 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 2. В качестве твердых органических веществ использовали: н-докозиламин с температурой фазового перехода 65°С, тетраконтан с температурой фазового перехода 80°С, дидецилфосфиновую кислоту с температурой фазового перехода 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 7 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.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 65°С с заданной точностью и зафиксировали факт срабатывания соответствующей зоны устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала. Далее нагревательный элемент сразу контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 80°С с заданной точностью, зафиксировали факт срабатывания другой соответствующей зоны устройства аналогичным способом, затем нагревательный элемент сразу контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 90°С с заданной точностью и зафиксировали факт срабатывания третьей соответствующей зоны устройства. После охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение прозрачности всех зон с термочувствительными материалами.

23. Готовили суспензию капроната цинка (100 г) с температурой фазового перехода 150°С и 100 г диметилформамида по примеру 1. Суспензию наносили на ПВХ-трубку черного цвета диаметром 3 мм, обладающую устойчивостью к возгоранию и электрической прочностью не менее 5кВ/мм, а также гибкостью и прочностью, толщиной 0,5 мм по способу, описанному в примере 4 с использованием давления 300 мм рт.ст. Толщина термочувствительного материала составила 522 мкм, а общее число слоев составило 20. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 150°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

24. Готовили суспензию стеарата лития (100 г) с температурой фазового перехода 210°С и 100 г смеси этанола и воды (50/50 об.%) по примеру 1. Суспензию наносили на кабельную клипсу белого цвета, выполненную из ПВХ, диаметром 5 мм, обладающую устойчивостью к возгоранию и электрической прочностью не менее 5кВ/мм, а также гибкостью и прочностью, толщиной 1 мм по способу, описанному в примере 5 с использованием давления 650 мм рт.ст., причем на незакрытую область основы с помощью сольвентных красителей до нанесения суспензии нанесли черную краску. Толщина термочувствительного материала составила 84 мкм, а общее число слоев составило 5. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 210°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

25. Готовили суспензию стеариновой кислоты (100 г) с температурой фазового перехода 70°С, 100 г бутилацетата и 100 г 30% раствора полибутилакрилата в бутилацетате по примеру 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 6 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.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 70°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним, а также численное значение пороговой температуры. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 3 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

26. Готовили суспензию бегеновой кислоты (100 г) с температурой фазового перехода 80°С, 100 г ацетона и 100 г 30% раствора поливинилиденфторида в ацетоне по примеру 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 7 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.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 80°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним, а также численное значение пороговой температуры. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

27. Готовили суспензию эрукамида (100 г) с температурой фазового перехода 75°С и 100 г гексана по примеру 1. 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 4 с использованием давления 150 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 429 мкм, а общее число слоев составило 17. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 75°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним, а также численное значение пороговой температуры. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 4 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

28. Готовили суспензию стеаринового спирта (100 г) с температурой фазового перехода 60°С и 100 г гептана по примеру 1. 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 3 с использованием давления 300 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 61 мкм, а общее число слоев составило 4. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 60°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним, а также численное значение пороговой температуры. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 4 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

29. Готовили суспензию цетилового спирта (100 г) с температурой фазового перехода 50°С, 100 г толуола и 100 г 30% раствора нитроцеллюлозы в толуоле по примеру 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 5 с использованием давления 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 92 мкм, а общее число слоев составило 8. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 50°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним, а также численное значение пороговой температуры. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 1 секунду. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

30. Готовили суспензию диспергированного полиэтилена (100 г) с температурой фазового перехода 110°С, 100 г о-ксилола и 100 г 30% раствора поликапролактона в о-ксилоле по примеру 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 3 с использованием давления 150 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 252 мкм, а общее число слоев составило 13. В исходном состоянии термочувствительный материал имеет белый цвет.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 110°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним, а также численное значение пороговой температуры. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

31. Готовили суспензию дотриаконтан-1-ола (100 г) с температурой фазового перехода 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.

Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 90°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности термочувствительного материала, составило 2 секунды. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

32. Готовили суспензию твердого органического вещества (100 г), 100 г изопропанола и 100 г 3% раствора связующего в изопропаноле по примеру 2. В качестве твердых органических веществ использовали: тридекановый ангидрид с температурой фазового перехода 50°С, докозаннитрил с температурой фазового перехода 55°С, пальмитиновую кислоту с температурой фазового перехода 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 10, 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. Устройство установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 50°С с заданной точностью, остановили нагрев и зафиксировали факт срабатывания соответствующей зоны устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности первого термочувствительного материала, составило 1 секунду. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности 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 прозрачности соответствующей зоны термочувствительного материала. Время, за которое произошел фазовый переход и изменение прозрачности второго термочувствительного материала, составило 3 секунды, а третьего термочувствительного материала - 1 секунду. После заключительного охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано сохранение прозрачности всех зон с термочувствительными материалами.

33. Длительная выдержка устройства при температуре, близкой к пороговой

Устройство по примеру 22 установили при комнатной температуре на нагревательный элемент, который затем контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 140°С и выдерживали при этой температуре в течение 10 часов. Затем остановили нагрев и зафиксировали сохранение исходного вида устройства: термочувствительный материал не изменил свою прозрачность. При последующем охлаждении устройства до комнатной температуры изменения прозрачности термочувствительного материала также не произошло, а внешний вид устройства сохранился в исходном состоянии.

Далее устройство контролируемо нагрели со скоростью 5°С/сек до температуры 150°С с заданной точностью и зафиксировали факт срабатывания устройства посредством визуальной фиксации увеличения прозрачности термочувствительного материала: при достижении установленной температуры происходило необратимое изменение микроструктуры термочувствительного материала, в результате которого он становился прозрачным, проявляя цвет основы под ним. После последующего охлаждения устройства до комнатной температуры было визуально зафиксировано, что устройство сохранило свой вид и возвращение прозрачности термочувствительного материала в исходное состояние не произошло.

Далее, сработавшее устройство поместили в холодильную камеру с установленной температурой -20°С, выдерживали при этой температуре в течение 10 часов и зафиксировали сохранение прозрачности термочувствительного материала 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.

Изобретение относится к устройствам для визуальной регистрации факта превышения температуры, а именно к устройствам для регистрации факта превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, принцип работы которых заключается в изменении микроструктуры термочувствительного материала при заданных пороговых значениях температуры, сопровождающемся необратимым визуальным эффектом, а также вариантам способа изготовления данного устройства. Устройство для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, имеющее слоистую структуру, включающую: непрозрачную по крайней мере для части видимого света основу, на лицевую поверхность которой нанесены надписи с указанием по меньшей мере одного численного порогового значения температуры; по меньшей мере один непрозрачный по крайней мере для части видимого света термочувствительный материал, нанесенный на отдельные участки основы, микроструктура которого включает частицы твердого органического вещества и пустоты, заполненные газовой фазой; прозрачный защитный слой, частично или полностью покрывающий лицевую поверхность устройства. При этом устройство выполнено с возможностью необратимо изменять свой внешний вид при достижении указанной на нем по меньшей мере одной пороговой температуры за счет разрушения микроструктуры соответствующего термочувствительного материала, сопровождающегося сплавлением частиц твердого органического вещества, уменьшением доли пустот и увеличением его прозрачности с проявлением цвета основы. Также раскрываются варианты способа изготовления устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения. Технический результат - увеличение надежности и достоверности визуальной регистрации факта превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, невозможность возврата термочувствительного материала к исходному состоянию, увеличение скорости срабатывания термочувствительного материала, в том числе в условиях кратковременных пиковых нагрузок контролируемых элементов оборудования или аварийных режимах работы, а также повышение безопасности эксплуатации как контролируемого оборудования, так и самого устройства регистрации на всем сроке эксплуатации. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

1. Устройство для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения, имеющее слоистую структуру, включающую:

- непрозрачную по крайней мере для части видимого света основу, на лицевую поверхность которой нанесены надписи с указанием по меньшей мере одного численного порогового значения температуры;

- по меньшей мере один непрозрачный по крайней мере для части видимого света термочувствительный материал, нанесенный на отдельные участки основы, микроструктура которого включает частицы твердого органического вещества и пустоты, заполненные газовой фазой;

- прозрачный защитный слой, частично или полностью покрывающий лицевую поверхность устройства;

при этом в исходном состоянии частицы твердого органического вещества преимущественно ориентированы параллельно поверхности основы, а устройство выполнено с возможностью необратимо изменять свой внешний вид при достижении указанной на нем по меньшей мере одной пороговой температуры за счет разрушения микроструктуры соответствующего термочувствительного материала, сопровождающегося сплавлением частиц твердого органического вещества, уменьшением доли пустот по меньшей мере в 2 раза относительно исходного состояния и увеличением его прозрачности с проявлением цвета основы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что давление газовой фазы внутри пустот термочувствительного материала ниже атмосферного давления.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между прозрачным защитным слоем и основой выполнен зазор или в защитном слое выполнены микроотверстия, позволяющие газу, содержащемуся в пустотах, после превышения регистрируемой температуры выходить за пределы устройства.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что твердое органическое вещество термочувствительного(ых) материала(ов) выбрано из группы: жирные алифатические кислоты, содержащие не менее 13 атомов углерода; соли жирных алифатических кислот, содержащие не менее 12 атомов углерода; алканы, содержащие не менее 20 атомов углерода; диалкилфосфиновые кислоты, содержащие не менее 16 атомов углерода; амиды жирных алифатических кислот, содержащие не менее 3 атомов углерода; ангидриды жирных алифатических кислот, содержащие не менее 22 атомов углерода; жирные алифатические спирты, содержащие не менее с 16 атомов углерода; жирные алифатические амины, содержащие не менее 17 атомов углерода; нитрилы жирных алифатических кислот, содержащие не менее 20 атомов углерода или их смеси.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что твердое органическое вещество термочувствительного(ых) материала(ов) выбрано из группы: пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, бегеновая кислота, тетракозан, эрукамид, стеариновый спирт, цетиловый спирт, диспергированный полиэтилен, соли насыщенных жирных карбоновых кислот редкоземельных металлов, в частности лантана, иттрия, иттербия, скандия.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что микроструктура по меньшей мере одного термочувствительного материала дополнительно содержит прозрачное по крайней мере для части видимого света полимерное связующее в количестве 1-30 масс.%.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено в виде наклейки и дополнительно включает изолирующий слой и клеевой слой для крепления на поверхность, при этом основа выполнена из галогенсодержащих полимеров, имеет толщину менее 1 мм и диэлектрическую прочность не менее 5 кВ/мм, термочувствительный материал нанесен на отдельные участки основы, толщиной не более 800 мкм, и выполнен с возможностью необратимого изменения прозрачности при достижении соответствующей пороговой температуры, указанной на устройстве, за время менее 5 секунд.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено в виде эластичной полой трубки, предназначенной для установки на провода, поверхность которой выступает в роли указанной в п. 1 непрозрачной по крайней мере для части видимого света основы, выполненной из галогенсодержащих полимеров, имеющей толщину менее 1 мм и диэлектрическую прочность не менее 5 кВ/мм, на отдельные участки лицевой поверхности которой нанесен указанный по меньшей мере один термочувствительный материал толщиной не более 800 мкм, покрытой прозрачным защитным слоем, в которой термочувствительный материал выполнен с возможностью необратимого изменения прозрачности при достижении соответствующей пороговой температуры, указанной на трубке, за время менее 5 секунд.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено в виде трубки, включающей продольный разрез и предназначенной для крепления на провода, поверхность которой выступает в роли указанной в п. 1 непрозрачной по крайней мере для части видимого света основы, выполненной из галогенсодержащих полимеров, имеющей толщину менее 1 мм и диэлектрическую прочность не менее 5 кВ/мм, на отдельные участки лицевой поверхности которой нанесен указанный по меньшей мере один термочувствительный материал толщиной не более 800 мкм, покрытой прозрачным защитным слоем, в которой термочувствительный материал выполнен с возможностью необратимого изменения прозрачности при достижении соответствующей пороговой температуры, указанной на трубке, за время менее 5 секунд.

10. Устройство по любому из пп. 7-9, отличающееся тем, что основа обладает светоотражающими или люминесцентными свойствами.

11. Устройство по любому из пп. 7-9, отличающееся тем, что площадь поверхности основы, покрытой по меньшей мере одним термочувствительным материалом, составляет не менее 100 мм².

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено с возможностью регистрации точечных нагревов контролируемой поверхности за счет изменения прозрачности только той области термочувствительного материала, которая была подвержена нагреву выше пороговой температуры.

13. Способ изготовления устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения по п. 1, включающий следующие этапы:

- нанесение на отдельные участки непрозрачной основы одного или более слоя по меньшей мере одной суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе, температура кипения которой менее 180°С, при этом растворимость частиц твердого органического вещества в жидкой фазе не превышает 10 г/кг;

- удаление жидкой фазы из нанесенных слоев суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе с образованием термочувствительного материала, непрозрачного по крайней мере для части видимого света, микроструктура которого включает частицы твердого органического вещества и пустоты, заполненные газовой фазой;

- покрытие лицевой поверхности заготовки прозрачным защитным слоем, в котором по меньшей мере один из вышеуказанных этапов проводится при давлении ниже атмосферного.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что основа включает галогенсодержащие полимеры.

15. Способ по п. 13, отличающийся тем, что твердое органическое вещество термочувствительного(ых) материала(ов) выбрано из группы: жирные алифатические кислоты, содержащие не менее 13 атомов углерода; соли жирных алифатических кислот, содержащие не менее 12 атомов углерода; алканы, содержащие не менее 20 атомов углерода; диалкилфосфиновые кислоты, содержащие не менее 16 атомов углерода; амиды жирных алифатических кислот, содержащие не менее 3 атомов углерода; ангидриды жирных алифатических кислот, содержащие не менее 22 атомов углерода; жирные алифатические спирты, содержащие не менее с 16 атомов углерода; жирные алифатические амины, содержащие не менее 17 атомов углерода; нитрилы жирных алифатических кислот, содержащие не менее 20 атомов углерода или их смеси.

16. Способ изготовления устройства для визуальной регистрации превышения температуры выше по меньшей мере одного порогового значения по п. 1, включающий выполнение не менее 3 циклов, каждый из которых включает нанесение на отдельные участки непрозрачной основы слоя по меньшей мере одной суспензии частиц твердого органического вещества в жидкой фазе и удаление жидкой фазы из нанесенного слоя, с дальнейшим покрытием лицевой поверхности заготовки прозрачным защитным слоем, при этом температура кипения жидкой фазы менее 180°С,

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.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что основа включает галогенсодержащие полимеры.

18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что твердое органическое вещество термочувствительного(ых) материала(ов) выбрано из группы: жирные алифатические кислоты, содержащие не менее 13 атомов углерода; соли жирных алифатических кислот, содержащие не менее 12 атомов углерода; алканы, содержащие не менее 20 атомов углерода; диалкилфосфиновые кислоты, содержащие не менее 16 атомов углерода; амиды жирных алифатических кислот, содержащие не менее 3 атомов углерода; ангидриды жирных алифатических кислот, содержащие не менее 22 атомов углерода; жирные алифатические спирты, содержащие не менее с 16 атомов углерода; жирные алифатические амины, содержащие не менее 17 атомов углерода; нитрилы жирных алифатических кислот, содержащие не менее 20 атомов углерода или их смеси.