CN102032964A - 感压膜及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种感压膜，包括：基层，为塑料或金属材料的薄膜；感压层，为填充有压敏微粒和/或热敏微粒的树脂薄膜，粘附于所述基层的至少一侧表面；所述感压层在常压或常温下呈不透明的一种颜色，受压或受热后随压力或温度增大逐渐且不可逆地转变为透明或不透明的另一种颜色。本发明还公开了上述感压膜的使用方法，先将感压膜放置在压力待测的两个表面之间；再使感压膜受到相互压紧的两个表面之间的压力；最后取出感压膜，将感压膜各区域的颜色与标准色卡相比较、或者采用图像分析仪，从而得知感压膜各区域的受力大小与整体的受力分布。本发明感压膜的结构简单、成本低廉、制造便利，其使用方法简单方便，可用于不同压力、温度环境的压力测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种对压力敏感的薄膜，以及使用该薄膜测试两个表面之间的压力，并通过薄膜的颜色变化来区分压力的大小和分布的方法。
背景技术
在许多生产应用中，压力是一个很重要的参数。比如以层压(laminating，又称层合)工艺制造印刷电路板，需要将多层薄膜结合为一体，为保证各层之间粘合力均匀，避免引进气泡及起皱，则需仔细的监测两个层压辊(Laminating roll)间的压力偏差等，以确保产品质量。又如在发动机气缸的零件组装过程中，要求测量接触面之间的精度和均匀性，如缸盖、油盘、进出气口的密封垫圈各部件之间受力均匀度。传统的应力仪和压力传感仪测试既耗时，花费又大，还会损伤部件。
由于压力测试的重要性，于是催生了感压膜的开发。请参阅图1，这是一种已商业化使用的感压膜的结构示意图。感压膜30包括第一基层31和第二基层32，第一基层31的一侧表面具有染色剂层31a，第二基层32与第一基层31相对的一侧表面具有显色剂层32a。染色剂层31a例如是由多个微胶囊组成，这些微胶囊粘附在第一基层31的一侧表面，每个微胶囊中存有染色剂材料。显色剂层32a例如是由显色剂材料构成的涂层，均匀涂布在第二基层32的一侧表面。当然，染色剂层31a也可以是一涂层，显色剂层32a也可以是包含多个微胶囊的涂层。
使用时，感压膜30放置在需要测量压力的第一表面10和第二表面20之间。当第一表面10和第二表面20相互压紧时，感压膜30受到压力，其中的染色剂层31a中的部分或全部微胶囊破裂，微胶囊中的染色剂材料与紧邻的显色剂层32a发生相互作用，从而使得部分或全部的显色剂层32a发生颜色变化。感压膜30在受到较大压力的区域，染色剂层31a在该区域破裂的微胶囊就较多，从微胶囊中释放出来的染色剂材料就越多，从而感压膜30在该区域的颜色就越深，反之亦然。
图1中示意性地将第二表面20表示为一曲面，显然在第二表面20的中心部位受到较大的压力，因此染色剂层31a在中心部位破裂的微胶囊数目较多，显色剂层32a在中心部分的颜色较深。使用后的感压膜30的颜色深浅和受到的外力成正比，通过与标准的色卡比较或者用图像分析仪来分析，即可得知感压膜30所受压力大小及分布。
上述感压膜30由于染色剂层31a或显色剂层32a采用微胶囊方式制备，不仅原材料价格昂贵，而且微胶囊的制备工艺非常复杂。对于微胶囊的尺寸和壁厚必须精密控制，否则会影响到压力测量的精确度。此外，这种感压膜的适用温度范围较窄，一般只能在室温下使用，而不能在高温工艺中使用。因此，有必要开发一种价格低而又能在高温条件下使用的感压膜。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种感压膜，这种感压膜可以适用于从常温到较高温度环境下对两个表面之间压力的测量。为此，本发明还要提供所述感压膜的使用方法。
为解决上述技术问题，本发明感压膜包括：
基层，为塑料或金属材料的薄膜；
感压层，为填充有压敏微粒和/或热敏微粒的树脂薄膜，粘附于所述基层的至少一侧表面；
所述感压层在常压或常温下呈不透明的一种颜色，受压或受热后随压力或温度增大逐渐且不可逆地转变为透明或不透明的另一种颜色。
上述感压膜的使用方法包括如下步骤：
第1步，将感压膜放置在待测压力的两个表面之间；
第2步，使感压膜受到相互压紧的两个表面之间的压力；
第3步，取出感压膜，将感压膜各区域的颜色与标准色卡相比较、或者采用图像分析仪，从而得知感压膜各区域的受力大小与整体的受力分布。
本发明感压膜的结构简单、成本低廉、制造便利，其使用方法简单方便，并且可以适用于各种压力、温度环境的压力测试。
附图说明
图1是一种现有的感压膜的使用示意图；
图2是本发明感压膜的基本结构示意图；
图3是图2所示感压膜利用压敏特性的使用示意图；
图4是图2所示感压膜利用热敏特性的使用示意图；
图5是本发明感压膜的改进结构一示意图；
图6是图5所示感压膜利用热敏特性的使用示意图；
图7是本发明感压膜的改进结构二示意图；
图8是图7所示感压膜利用热敏特性的使用示意图；
图9是本发明感压膜的改进结构三示意图。
图中附图标记说明：
10为第一表面； 20为第二表面； 30为感压膜；
31为第一基层； 31a为染色剂层； 32为第二基层；
32a为显色剂层； 40为感压膜； 41为基层；
42为感压层； 43为胶粘剂； 44为离型纸；
45为导热层； 450为导热粒子； 46为热绝缘层。
具体实施方式
本申请文件中，“感压”与“压力指示”、“压力检测”、“压力测量”等术语相似，指的是检测并显示两个压紧表面的压力大小和分布。
请参阅图2，本发明感压膜的基本结构如下：
基层41，通常是塑料或金属薄膜。基层41的材料例如可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙、聚酰亚胺(PI)、聚氨酯(PU)、铝箔等。基层41的厚度可以在20～200μm之间，优选为35～100μm，再优选为45～55μm。
感压层42，通常为树脂薄膜，其中填充有压敏微粒和/或热敏微粒(未图示)。感压层42位于基层41的至少一侧表面。感压层42的树脂材料可以是PET、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA，又称亚克力，Acrylic)、PU、醋酸纤维素(Cellulose acetate)等。感压层42的厚度可以在15～75μm之间，优选为20～50μm，再优选为25～35μm。
感压层42在常压或常温下呈不透明的一种颜色，受压或受热后随压力或温度增大逐渐且不可逆地转变为透明或不透明的另一种颜色。感压层42中的树脂材料为透明或半透明，这样感压层42的颜色就是其中填充的压敏微粒和/或热敏微粒的颜色。具体而言感压层42可以是如下四种情况中的任意一种：
第一种情况，感压层42在常压下呈不透明，受压后随压力增大逐渐且不可逆地转变为透明。这种感压层42中具有受压变透明的压敏微粒。这种感压层42在常压下的颜色与基层41的颜色不同，并最好具有较大的对比度。
第二种情况，感压层42在常压下呈不透明的一种颜色，受压后随压力增大逐渐且不可逆地转变为不透明的另一种颜色。这种感压层42中具有受压变色的压敏微粒。目前业界尚未发现受压变色材料，因此这种感压层42目前尚无法实现。
第三种情况，感压层42在常温下呈不透明，受热后随温度增大逐渐且不可逆地转变为透明。这种感压层42中具有受热变透明的热敏微粒。
第四种情况，感压层42在常温下呈不透明的一种颜色，受热后随温度增大逐渐且不可逆地转变为不透明的另一种颜色。这种感压层42中具有受热变色的热敏微粒。这种感压层42在常温下的颜色与基层41的颜色不同，并最好具有较大的对比度。
显然，感压层42所呈现的受压或受热时变透明或变色的特性与其中填充的压敏微粒和/或热敏微粒完全相同。通常情况下，感压层42仅具有上述任意一种压敏微粒和/或热敏微粒。但是当某种微粒同时具有上述两种或多种压敏和/或热敏特性时，本发明也可使用该种微粒填充到树脂薄膜中制造感压层。甚至，本发明也可以使用具有不同压敏和/或热敏特性的两种或多种微粒填充到树脂薄膜中制造感压层。
所谓不可逆，是指即使受压或受热后恢复到常压或常温，原受压或受热区域的透明程度或颜色变化状态也会保持不变。
本发明感压膜40的制备，首先将树脂在搅拌下加入溶剂中制成树脂溶液，然后将压敏材料和/或热敏材料在边搅拌下加入到树脂溶液中形成液态的感压层42涂料。所述压敏材料和/或热敏材料可以是微粒形式，也可以是较大的块，在搅拌过程中变为微粒形式。然后将液态的感压层42均匀涂布于基层41的至少一侧表面，经干燥后即在基层41的至少一侧表面粘附形成了固态的感压层42。固态的感压层42在常温或常压下的颜色应至少能遮盖住基层41的颜色。
本发明感压膜的结构还可以进行如图9所示的一种改进，感压膜40在基层41、感压层42的基础上还包括：
胶粘剂43，均匀涂布于薄膜41的另一侧(与感压层42相对的一侧)；
离型纸44，粘附于胶粘剂43的另一侧(与薄膜41相对的一侧)。
本发明所用的压敏微粒的材料可以是任何在压力作用下能改变其透明度或颜色的材料。例如蜡，在压力的作用下，其白色颗粒受压，会从不透明到半透明、直至透明的转变。根据感压层的树脂材料硬度和压敏微粒的种类的不同，感压层从不透明到透明的转变压力范围或从一种颜色到另一种颜色的转变压力范围(即感压膜能够测量压力的范围)也不同。单个压敏微粒的大小可以是1～90μm，优选为15～60μm，再优选为20～40μm。
例如，一种感压层由以下四种材料组成：
名称 重量百分比
树脂 10％～30％
溶剂 40％～60％(可用混合溶液)
粉末状蜡 20％～40％
硅胶 3％～10％
如前所述，将上述材料搅拌，混合制成液态的浅白色感压层涂料。将该液态的感压层涂布在深色的PET材料的基层的一侧表面上，所述深色可以是绿色、蓝色、红色、黑色等。在50～75℃下干燥2～3分钟后，在深色的基层上形成了一白色固态感压层，即感压膜制造完成。固态感压层的颜色基本遮盖了基层的颜色。固态感压层的重量大约是25～40g/m2。这种感压膜受压后，随着压力增大感压层的颜色会从白色逐渐变为透明，进而显现基层的颜色。
本发明所用的热敏微粒的材料可以是任何在温度作用下能改变其透明度或颜色的材料。例如蜡和热变色微粒。由于热敏微粒并不直接对压力产生反应，因此其对压力测试的精确程度不如压敏微粒。但通过调整导热层或绝缘层的厚度、不同热传导效率的感压层的树脂材料、热敏微粒的种类、加热时间的不同，感压层从不透明到透明的转变压力范围或从一种颜色到另一种颜色的转变压力范围(即感压膜能够测量压力的范围)也将随之改变，从而可以获得比较宽的压力测量范围。
例如，上述例子中制备的感压膜由于采用蜡作为压敏微粒，而蜡同时也是一种热敏微粒，因此在增加如图9所示的胶粘剂43和离型纸44时，用离型纸44直接接触加热至80～90℃的一个待测压力表面，将两个待测压力表面相互加压时间为5～8秒，则这种感压膜的测压范围为1.5～2.0kg/cm2。在去掉离型纸43后，且在两个待测压力表面均为常温的情况下，这种感压膜测压范围变为50～110kg/cm2。
换而言之，本发明感压膜当采用压敏特性测量压力时，可以获得较准确的测量结果；当采用热敏特性测量压力时，虽然测量结果不是非常准确，但通过调整参数可以获得不同的压力测量范围，更适合在线监测压力分布是否均匀。
当本发明感压膜的感压层中具有热敏微粒时，制备该感压膜时应避免采用高温工艺，以免热敏微粒在制备过程中提前发生透明度或颜色变化。单个热敏微粒的大小可以是1～70μm，优选为10～50μm，再优选为20～30μm。
本发明所述“蜡”可以是天然的蜡，如动物蜡中的蜂蜡(beeswax)、羊毛脂(Lanolin)和牛脂(tallow)等；植物蜡中的棕榈蜡(carnauba)、小烛树蜡(Candelilla wax)、大豆蜡(soy wax)等；矿物蜡中的地蜡(ceresin)、石蜡(paraffin)、褐煤蜡(montan wax)、微晶蜡(microcrystalline wax)等；也可以是化学合成的蜡，如聚乙烯蜡、氯化石蜡(chlorinated naphthalene)、费托蜡(Fischer-Tropsch)等。
请参阅图3，本发明所述感压膜的使用方法包括如下步骤：
第1步，将感压膜放置在待测压力的第一表面10和第二表面20之间。这两个表面10、20分别是相互挤压的两个物体的挤压面，这两个表面10、20例如是两个平面、两个曲面、两个滚动的圆柱面、一个平面一个曲面、一个平面一个滚动的圆柱面、一个曲面一个滚动的圆柱面等。图3中示意性地将第一表面10表示为平面，第二表面20表示为曲面。
第2步，将待测压力的两个表面10、20相互压紧，使位于两个表面10、20之间的感压膜40受到相互压紧的两个表面10、20之间的压力。图3中显然在第二表面20的中心部位，感压膜40受到较大的压力。
当感压膜40的感压层42中包括压敏微粒，则感压层为压力敏感涂层(pressure sensitive coating)。在一定范围内感压层42所受压力越大，其受压区域的透明度(或颜色变化程度)也就越高。
当感压膜40的感压层42中包括热敏微粒，则感压层42为热敏感涂层(heat sensitive coating)。在一定范围内感压层42所受压力越大，其受压区域的热传导就越快，从而其受压区域的透明度(或颜色变化程度)也就越高。为了使感压层42起作用，两个表面10、20中的至少一个表面处于高于常温的加热状态。
图3中显然在第二表面20的中心部位，感压膜40受到较大的压力，因此感压层42在中心部位的透明度(或颜色变化程度)较高。
第3步，取出感压膜，将感压膜各区域的颜色与标准色卡相比较、或者采用图像分析仪分析感压膜各区域的颜色，从而得知感压膜各区域的受力大小与整体的受力分布。
当感压层42在压力或温度作用下改变透明度时，感压膜40各区域的颜色是指透过透明或半透明的感压层42的基层41的颜色。在感压膜40所受压力较大的区域，感压层42的透明度较高，透过感压层42的基层41的颜色就较深，反之亦然。
当感压层42在压力或温度作用下改变颜色时，感压膜各区域的颜色是指不透明的感压层42的颜色。在感压膜40所受压力较大的区域，感压层42的变色程度较高，感压层42就较接近于受压后的颜色，反之亦然。
所述标准色卡是通过事先的试验，将各种不同压力值下该感压膜所呈现出的颜色绘图或拍照制成。人工将标准色卡上最接近的颜色所对应的压力值作为感压膜各区域所受的压力值。
而图像分析仪也是通过事先的试验，存储有各种不同压力值下该感压膜所呈现出的颜色。图像分析仪将存储的最接近的颜色所对应的压力值作为感压膜各区域的所受的压力值。
上述方法第2步中，当感压膜40的感压层42利用热敏特性测量压力时，待测压力的两个表面10、20通常仅有一个表面处于高于常温的加热状态，例如第二表面20。请参阅图4，此时通常将感压层42与未加热的那个待测压力表面直接接触，而将基层41与加热的那个待测压力表面直接接触。此时基层41对感压层42而言起到延缓热传导的作用。
当感压膜40的感压层42利用热敏特性测量压力时，感压膜40的结构还可以进行改进一。请参阅图5，感压膜40除了基层41、感压层42之外，还包括导热层45，导热层45可为各向异性或各向同性。若导热层45中具有一定密度分布的导热粒子450，例如为金属粒子，则该导热层在热压过程中表现为各向异性的热导率，可以显著提高颜色变化对压力(温度)高低的灵敏度。导热层45均匀涂布于基层41与感压层42相对的一侧。
请参阅图6，上述具有导热层45的感压膜40在使用时，导热层45与加热的待测压力表面(例如第二表面20)直接接触，感压层42与未加热的待测压力表面(例如第一表面10)直接接触。导热层45用于将热量从加热的表面加速传导至基层41进而传导至感压层42。在感压膜40受到较大压力的区域，导热层45受到较大挤压而使其中的导热粒子450较为接近甚至互相接触，这便加速了热量传导，从而使感压层42相应区域的透明度(或颜色变化程度)较高，反之亦然。
当感压膜40的感压层42利用热敏特性测量压力时，感压膜40的结构还可以进行改进二。请参阅图7，感压膜40除了基层41、感压层42之外，还包括热绝缘层46。热绝缘层46均匀涂布于基层41与感压层42相对的一侧。
请参阅图8，上述具有热绝缘层46的感压膜40在使用时，热绝缘层46与加热的待测压力表面(例如第二表面20)直接接触，感压层42与未加热的待测压力表面(例如第一表面10)直接接触。热绝缘层46用于延缓热量从加热的表面传导到基层41进而传导到感压层42。
通过增加导热层、热绝缘层，并适当选择其材料，本发明感压膜在利用热敏特性测量压力时，就可以获得各种不同的压力测量范围。
综上所述，本发明感压膜结构简单、制备便利、成本低廉。所述感压膜的使用方便，可以快速、直观地得到压力测量结果，并且通过选择感压层中的压敏微粒和/或热敏微粒，可以适用于不同压力、温度工艺下的压力测量。
以上各实施例的形状、位置、步骤等均为示意，在不违反本发明思想的前提下所作的任何改变，均应视为在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种感压膜，其特征是，所述感压膜包括：
基层，为塑料或金属材料的薄膜；
感压层，为填充有压敏微粒和/或热敏微粒的树脂薄膜，粘附于所述基层的至少一侧表面；
所述感压层在常压或常温下呈不透明的一种颜色，受压或受热后随压力或温度增大逐渐且不可逆地转变为透明或不透明的另一种颜色。
2.根据权利要求1所述的感压膜，其特征是，所述感压层中树脂为透明，所述感压层的颜色即其中压敏微粒和/或热敏微粒的颜色。
3.根据权利要求1所述的感压膜，其特征是，当所述感压层在受压或受热后随压力或温度增大逐渐且不可逆地转变为透明时，所述感压层在常压或常温下的颜色与所述基层的颜色不同并覆盖住所述基层的颜色。
4.根据权利要求1所述的感压膜，其特征是，所述感压膜还包括：
导热层，其中填充有导热粒子，所述导热层位于所述基层与感压层相对的一侧。
5.根据权利要求1所述的感压膜，其特征是，所述感压膜还包括：
热绝缘层，位于所述基层与感压层相对的一侧。
6.一种如权利要求1所述的感压膜的使用方法，其特征是，包括如下步骤：
第1步，将感压膜放置在压力待测的两个表面之间；
第2步，使感压膜受到相互压紧的两个表面之间的压力；
第3步，取出感压膜，将感压膜各区域的颜色与标准色卡相比较、或者采用图像分析仪，从而得知感压膜各区域的受力大小与整体的受力分布。
7.根据权利要求6所述的感压膜的使用方法，其特征是，当所述感压层利用热敏特性测量压力时，所述方法第2步中，相互压紧的两个表面中至少一个处于加热状态，并且所述感压层不与处于加热状态的那个表面直接接触。
8.根据权利要求7所述的感压膜的使用方法，其特征是，当所述感压层利用热敏特性测量压力且包括导热层时，所述方法第2步中，所述导热层与处于加热状态的那个表面相接触。
9.根据权利要求7所述的感压膜的使用方法，其特征是，当所述感压层利用热敏特性测量压力且包括热绝缘层时，所述方法第2步中，所述热绝缘层与处于加热状态的那个表面相接触。
10.根据权利要求6所述的感压模的使用方法，其特征是，所述方法第3步中，所述感压膜的颜色为不透明的感压层的颜色、或透过透明或半透明的感压层的基层的颜色。
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