專利名稱：感壓膜及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種對壓力敏感的薄膜，以及使用該薄膜測試兩個表面之間的壓力， 并通過薄膜的顏色變化來區分壓力的大小和分布的方法。
背景技術：
在許多生產應用中，壓力是一個很重要的參數。比如以層壓(laminating，又稱層 合)工藝制造印刷電路板，需要將多層薄膜結合為一體，為保證各層之間粘合力均勻，避免 引進氣泡及起皺，則需仔細的監測兩個層壓輥(Laminating roll)間的壓力偏差等，以確保 產品質量。又如在發動機氣缸的零件組裝過程中，要求測量接觸面之間的精度和均勻性，如 缸蓋、油盤、進出氣口的密封墊圈各部件之間受力均勻度。傳統的應力儀和壓力傳感儀測試 既耗時，花費又大，還會損傷部件。
由于壓力測試的重要性，于是催生了感壓膜的開發。請參閱圖1，這是一種已商業 化使用的感壓膜的結構示意圖。感壓膜30包括第一基層31和第二基層32，第一基層31 的一側表面具有染色劑層31a，第二基層32與第一基層31相對的一側表面具有顯色劑層 32a。染色劑層31a例如是由多個微膠囊組成，這些微膠囊粘附在第一基層31的一側表面， 每個微膠囊中存有染色劑材料。顯色劑層3 例如是由顯色劑材料構成的涂層，均勻涂布 在第二基層32的一側表面。當然，染色劑層31a也可以是一涂層，顯色劑層32a也可以是 包含多個微膠囊的涂層。
使用時，感壓膜30放置在需要測量壓力的第一表面10和第二表面20之間。當第 一表面10和第二表面20相互壓緊時，感壓膜30受到壓力，其中的染色劑層31a中的部分 或全部微膠囊破裂，微膠囊中的染色劑材料與緊鄰的顯色劑層3 發生相互作用，從而使 得部分或全部的顯色劑層3 發生顏色變化。感壓膜30在受到較大壓力的區域，染色劑層 31a在該區域破裂的微膠囊就較多，從微膠囊中釋放出來的染色劑材料就越多，從而感壓膜 30在該區域的顏色就越深，反之亦然。
圖1中示意性地將第二表面20表示為一曲面，顯然在第二表面20的中心部位受 到較大的壓力，因此染色劑層31a在中心部位破裂的微膠囊數目較多，顯色劑層3 在中心 部分的顏色較深。使用后的感壓膜30的顏色深淺和受到的外力成正比，通過與標準的色卡 比較或者用圖像分析儀來分析，即可得知感壓膜30所受壓力大小及分布。
上述感壓膜30由于染色劑層31a或顯色劑層3 采用微膠囊方式制備，不僅原材 料價格昂貴，而且微膠囊的制備工藝非常復雜。對于微膠囊的尺寸和壁厚必須精密控制，否 則會影響到壓力測量的精確度。此外，這種感壓膜的適用溫度范圍較窄，一般只能在室溫下 使用，而不能在高溫工藝中使用。因此，有必要開發一種價格低而又能在高溫條件下使用的 感壓膜。發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種感壓膜，這種感壓膜可以適用于從常溫到較高溫度環境下對兩個表面之間壓力的測量。為此，本發明還要提供所述感壓膜的使用方 法。
為解決上述技術問題，本發明感壓膜包括
基層，為塑料或金屬材料的薄膜；
感壓層，為填充有壓敏微粒和/或熱敏微粒的樹脂薄膜，粘附于所述基層的至少 一側表面；
所述感壓層在常壓或常溫下呈不透明的一種顏色，受壓或受熱后隨壓力或溫度增 大逐漸且不可逆地轉變為透明或不透明的另一種顏色。
上述感壓膜的使用方法包括如下步驟
第1步，將感壓膜放置在待測壓力的兩個表面之間；
第2步，使感壓膜受到相互壓緊的兩個表面之間的壓力；
第3步，取出感壓膜，將感壓膜各區域的顏色與標準色卡相比較、或者采用圖像分 析儀，從而得知感壓膜各區域的受力大小與整體的受力分布。
本發明感壓膜的結構簡單、成本低廉、制造便利，其使用方法簡單方便，并且可以 適用于各種壓力、溫度環境的壓力測試。




圖1是一種現有的感壓膜的使用示意圖； 圖2是本發明感壓膜的基本結構示意圖； 圖3是圖2所示感壓膜利用壓敏特性的使用示意圖 圖4是圖2所示感壓膜利用熱敏特性的使用示意圖 圖5是本發明感壓膜的改進結構一示意圖； 圖6是圖5所示感壓膜利用熱敏特性的使用示意圖 圖7是本發明感壓膜的改進結構二示意圖； 圖8是圖7所示感壓膜利用熱敏特性的使用示意圖 圖9是本發明感壓膜的改進結構三示意圖。 圖中附圖標記說明20為第二表面； 31a為染色劑層； 40為感壓膜； 43為膠粘劑； 450為導熱粒子；10為第一表面； 31為第一基層； 32a為顯色劑層 42為感壓層； 45為導熱層；30為感壓膜； 32為第二基層 41為基層； 44為離型紙； 46為熱絕緣層<具體實施方式
本申請文件中，“感壓”與“壓力指示”、“壓力檢測”、“壓力測量”等術語相似，指的 是檢測并顯示兩個壓緊表面的壓力大小和分布。
請參閱圖2，本發明感壓膜的基本結構如下
基層41，通常是塑料或金屬薄膜。基層41的材料例如可以是聚對苯二甲酸乙二 醇酯(PET)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、尼龍、聚酰亞胺(PI)、聚氨酯(Pu)、鋁箔等。基層41的厚度可以 在20 200 μ m之間，優選為；35 100 μ m，再優選為45 55 μ m。
感壓層42，通常為樹脂薄膜，其中填充有壓敏微粒和/或熱敏微粒(未圖示)。感 壓層42位于基層41的至少一側表面。感壓層42的樹脂材料可以是PET、聚甲基丙烯酸甲 酯(Polymethylmethacrylate, PMMA，又稱亞克力，Acrylic)、PU、醋酸纖維素(Cellulose acetate)等。感壓層42的厚度可以在15 75μπι之間，優選為20 50 μ m，再優選為25 35 μ m0
感壓層42在常壓或常溫下呈不透明的一種顏色，受壓或受熱后隨壓力或溫度增 大逐漸且不可逆地轉變為透明或不透明的另一種顏色。感壓層42中的樹脂材料為透明或 半透明，這樣感壓層42的顏色就是其中填充的壓敏微粒和/或熱敏微粒的顏色。具體而言 感壓層42可以是如下四種情況中的任意一種
第一種情況，感壓層42在常壓下呈不透明，受壓后隨壓力增大逐漸且不可逆地轉 變為透明。這種感壓層42中具有受壓變透明的壓敏微粒。這種感壓層42在常壓下的顏色 與基層41的顏色不同，并最好具有較大的對比度。
第二種情況，感壓層42在常壓下呈不透明的一種顏色，受壓后隨壓力增大逐漸且 不可逆地轉變為不透明的另一種顏色。這種感壓層42中具有受壓變色的壓敏微粒。目前 業界尚未發現受壓變色材料，因此這種感壓層42目前尚無法實現。
第三種情況，感壓層42在常溫下呈不透明，受熱后隨溫度增大逐漸且不可逆地轉 變為透明。這種感壓層42中具有受熱變透明的熱敏微粒。
第四種情況，感壓層42在常溫下呈不透明的一種顏色，受熱后隨溫度增大逐漸且 不可逆地轉變為不透明的另一種顏色。這種感壓層42中具有受熱變色的熱敏微粒。這種 感壓層42在常溫下的顏色與基層41的顏色不同，并最好具有較大的對比度。
顯然，感壓層42所呈現的受壓或受熱時變透明或變色的特性與其中填充的壓敏 微粒和/或熱敏微粒完全相同。通常情況下，感壓層42僅具有上述任意一種壓敏微粒和/ 或熱敏微粒。但是當某種微粒同時具有上述兩種或多種壓敏和/或熱敏特性時，本發明也 可使用該種微粒填充到樹脂薄膜中制造感壓層。甚至，本發明也可以使用具有不同壓敏和 /或熱敏特性的兩種或多種微粒填充到樹脂薄膜中制造感壓層。
所謂不可逆，是指即使受壓或受熱后恢復到常壓或常溫，原受壓或受熱區域的透 明程度或顏色變化狀態也會保持不變。
本發明感壓膜40的制備，首先將樹脂在攪拌下加入溶劑中制成樹脂溶液，然后將 壓敏材料和/或熱敏材料在邊攪拌下加入到樹脂溶液中形成液態的感壓層42涂料。所述壓 敏材料和/或熱敏材料可以是微粒形式，也可以是較大的塊，在攪拌過程中變為微粒形式。 然后將液態的感壓層42均勻涂布于基層41的至少一側表面，經干燥后即在基層41的至少 一側表面粘附形成了固態的感壓層42。固態的感壓層42在常溫或常壓下的顏色應至少能 遮蓋住基層41的顏色。
本發明感壓膜的結構還可以進行如圖9所示的一種改進，感壓膜40在基層41、感 壓層42的基礎上還包括
膠粘劑43，均勻涂布于薄膜41的另一側(與感壓層42相對的一側)；
離型紙44，粘附于膠粘劑43的另一側(與薄膜41相對的一側)。5
本發明所用的壓敏微粒的材料可以是任何在壓力作用下能改變其透明度或顏色 的材料。例如蠟，在壓力的作用下，其白色顆粒受壓，會從不透明到半透明、直至透明的轉 變。根據感壓層的樹脂材料硬度和壓敏微粒的種類的不同，感壓層從不透明到透明的轉變 壓力范圍或從一種顏色到另一種顏色的轉變壓力范圍(即感壓膜能夠測量壓力的范圍)也 不同。單個壓敏微粒的大小可以是1 90 μ m，優選為15 60 μ m,再優選為20 40 μ m。
例如，一種感壓層由以下四種材料組成
名稱重量百分比
樹脂10% 30%
溶劑40% 6O % (可用混合溶液)
粉末狀蠟20% 40%
硅膠3% 10%
如前所述，將上述材料攪拌，混合制成液態的淺白色感壓層涂料。將該液態的感壓 層涂布在深色的PET材料的基層的一側表面上，所述深色可以是綠色、藍色、紅色、黑色等。 在50 75°C下干燥2 3分鐘后，在深色的基層上形成了一白色固態感壓層，即感壓膜制 造完成。固態感壓層的顏色基本遮蓋了基層的顏色。固態感壓層的重量大約是25 40g/ m2。這種感壓膜受壓后，隨著壓力增大感壓層的顏色會從白色逐漸變為透明，進而顯現基層 的顏色。
本發明所用的熱敏微粒的材料可以是任何在溫度作用下能改變其透明度或顏色 的材料。例如蠟和熱變色微粒。由于熱敏微粒并不直接對壓力產生反應，因此其對壓力測 試的精確程度不如壓敏微粒。但通過調整導熱層或絕緣層的厚度、不同熱傳導效率的感壓 層的樹脂材料、熱敏微粒的種類、加熱時間的不同，感壓層從不透明到透明的轉變壓力范圍 或從一種顏色到另一種顏色的轉變壓力范圍(即感壓膜能夠測量壓力的范圍)也將隨之改 變，從而可以獲得比較寬的壓力測量范圍。
例如，上述例子中制備的感壓膜由于采用蠟作為壓敏微粒，而蠟同時也是一種熱 敏微粒，因此在增加如圖9所示的膠粘劑43和離型紙44時，用離型紙44直接接觸加熱至 80 90°C的一個待測壓力表面，將兩個待測壓力表面相互加壓時間為5 8秒，則這種感 壓膜的測壓范圍為1. 5 2. Okg/cm2。在去掉離型紙43后，且在兩個待測壓力表面均為常 溫的情況下，這種感壓膜測壓范圍變為50 llOkg/cm2。
換而言之，本發明感壓膜當采用壓敏特性測量壓力時，可以獲得較準確的測量結 果；當采用熱敏特性測量壓力時，雖然測量結果不是非常準確，但通過調整參數可以獲得不 同的壓力測量范圍，更適合在線監測壓力分布是否均勻。
當本發明感壓膜的感壓層中具有熱敏微粒時，制備該感壓膜時應避免采用高溫工 藝，以免熱敏微粒在制備過程中提前發生透明度或顏色變化。單個熱敏微粒的大小可以是 1 70 μ m，優選為10 50 μ m,再優選為20 30 μ m。
本發明所述“蠟”可以是天然的蠟，如動物蠟中的蜂蠟(beeswax)、羊毛脂 (Lanolin)和牛脂(tallow)等；植物蠟中的棕櫚蠟(carnaiAa)、小燭樹蠟(Candelilla wax)、大豆蠟(soy wax)等；礦物蠟中的地蠟(ceresin)、石蠟(paraffin)、褐煤賭(montan wax)、微晶蠟(microcrystalline wax)等；也可以是化學合成的蠟，如聚乙烯蠟、氯化石蠟 (chlorinated naphthalene)、費托賭(Fischer-Tropsch)等。
請參閱圖3，本發明所述感壓膜的使用方法包括如下步驟
第1步，將感壓膜放置在待測壓力的第一表面10和第二表面20之間。這兩個表 面10、20分別是相互擠壓的兩個物體的擠壓面，這兩個表面10、20例如是兩個平面、兩個曲 面、兩個滾動的圓柱面、一個平面一個曲面、一個平面一個滾動的圓柱面、一個曲面一個滾 動的圓柱面等。圖3中示意性地將第一表面10表示為平面，第二表面20表示為曲面。
第2步，將待測壓力的兩個表面10、20相互壓緊，使位于兩個表面10、20之間的感 壓膜40受到相互壓緊的兩個表面10、20之間的壓力。圖3中顯然在第二表面20的中心部 位，感壓膜40受到較大的壓力。
當感壓膜40的感壓層42中包括壓敏微粒，則感壓層為壓力敏感涂層(pressure sensitive coating)。在一定范圍內感壓層42所受壓力越大，其受壓區域的透明度(或顏 色變化程度)也就越高。
當感壓膜40的感壓層42中包括熱敏微粒，則感壓層42為熱敏感涂層(heat sensitive coating)。在一定范圍內感壓層42所受壓力越大，其受壓區域的熱傳導就越快， 從而其受壓區域的透明度(或顏色變化程度)也就越高。為了使感壓層42起作用，兩個表 面10、20中的至少一個表面處于高于常溫的加熱狀態。
圖3中顯然在第二表面20的中心部位，感壓膜40受到較大的壓力，因此感壓層42 在中心部位的透明度(或顏色變化程度)較高。
第3步，取出感壓膜，將感壓膜各區域的顏色與標準色卡相比較、或者采用圖像分 析儀分析感壓膜各區域的顏色，從而得知感壓膜各區域的受力大小與整體的受力分布。
當感壓層42在壓力或溫度作用下改變透明度時，感壓膜40各區域的顏色是指透 過透明或半透明的感壓層42的基層41的顏色。在感壓膜40所受壓力較大的區域，感壓層 42的透明度較高，透過感壓層42的基層41的顏色就較深，反之亦然。
當感壓層42在壓力或溫度作用下改變顏色時，感壓膜各區域的顏色是指不透明 的感壓層42的顏色。在感壓膜40所受壓力較大的區域，感壓層42的變色程度較高，感壓 層42就較接近于受壓后的顏色，反之亦然。
所述標準色卡是通過事先的試驗，將各種不同壓力值下該感壓膜所呈現出的顏色 繪圖或拍照制成。人工將標準色卡上最接近的顏色所對應的壓力值作為感壓膜各區域所受 的壓力值。
而圖像分析儀也是通過事先的試驗，存儲有各種不同壓力值下該感壓膜所呈現出 的顏色。圖像分析儀將存儲的最接近的顏色所對應的壓力值作為感壓膜各區域的所受的壓 力值。
上述方法第2步中，當感壓膜40的感壓層42利用熱敏特性測量壓力時，待測壓力 的兩個表面10、20通常僅有一個表面處于高于常溫的加熱狀態，例如第二表面20。請參閱 圖4，此時通常將感壓層42與未加熱的那個待測壓力表面直接接觸，而將基層41與加熱的 那個待測壓力表面直接接觸。此時基層41對感壓層42而言起到延緩熱傳導的作用。
當感壓膜40的感壓層42利用熱敏特性測量壓力時，感壓膜40的結構還可以進行 改進一。請參閱圖5，感壓膜40除了基層41、感壓層42之外，還包括導熱層45，導熱層45 可為各向異性或各向同性。若導熱層45中具有一定密度分布的導熱粒子450，例如為金屬 粒子，則該導熱層在熱壓過程中表現為各向異性的熱導率，可以顯著提高顏色變化對壓力(溫度)高低的靈敏度。導熱層45均勻涂布于基層41與感壓層42相對的一側。
請參閱圖6，上述具有導熱層45的感壓膜40在使用時，導熱層45與加熱的待測壓 力表面(例如第二表面20)直接接觸，感壓層42與未加熱的待測壓力表面(例如第一表面 10)直接接觸。導熱層45用于將熱量從加熱的表面加速傳導至基層41進而傳導至感壓層 42。在感壓膜40受到較大壓力的區域，導熱層45受到較大擠壓而使其中的導熱粒子450 較為接近甚至互相接觸，這便加速了熱量傳導，從而使感壓層42相應區域的透明度(或顏 色變化程度)較高，反之亦然。
當感壓膜40的感壓層42利用熱敏特性測量壓力時，感壓膜40的結構還可以進行 改進二。請參閱圖7，感壓膜40除了基層41、感壓層42之外，還包括熱絕緣層46。熱絕緣 層46均勻涂布于基層41與感壓層42相對的一側。
請參閱圖8，上述具有熱絕緣層46的感壓膜40在使用時，熱絕緣層46與加熱的待 測壓力表面(例如第二表面20)直接接觸，感壓層42與未加熱的待測壓力表面(例如第一 表面10)直接接觸。熱絕緣層46用于延緩熱量從加熱的表面傳導到基層41進而傳導到感 壓層42。
通過增加導熱層、熱絕緣層，并適當選擇其材料，本發明感壓膜在利用熱敏特性測 量壓力時，就可以獲得各種不同的壓力測量范圍。
綜上所述，本發明感壓膜結構簡單、制備便利、成本低廉。所述感壓膜的使用方便， 可以快速、直觀地得到壓力測量結果，并且通過選擇感壓層中的壓敏微粒和/或熱敏微粒， 可以適用于不同壓力、溫度工藝下的壓力測量。
以上各實施例的形狀、位置、步驟等均為示意，在不違反本發明思想的前提下所作 的任何改變，均應視為在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種感壓膜，其特征是，所述感壓膜包括基層，為塑料或金屬材料的薄膜；感壓層，為填充有壓敏微粒和/或熱敏微粒的樹脂薄膜，粘附于所述基層的至少一側 表面；所述感壓層在常壓或常溫下呈不透明的一種顏色，受壓或受熱后隨壓力或溫度增大逐 漸且不可逆地轉變為透明或不透明的另一種顏色。
2.根據權利要求1所述的感壓膜，其特征是，所述感壓層中樹脂為透明，所述感壓層的 顏色即其中壓敏微粒和/或熱敏微粒的顏色。
3.根據權利要求1所述的感壓膜，其特征是，當所述感壓層在受壓或受熱后隨壓力或 溫度增大逐漸且不可逆地轉變為透明時，所述感壓層在常壓或常溫下的顏色與所述基層的 顏色不同并覆蓋住所述基層的顏色。
4.根據權利要求1所述的感壓膜，其特征是，所述感壓膜還包括導熱層，其中填充有導熱粒子，所述導熱層位于所述基層與感壓層相對的一側。
5.根據權利要求1所述的感壓膜，其特征是，所述感壓膜還包括熱絕緣層，位于所述基層與感壓層相對的一側。
6.一種如權利要求1所述的感壓膜的使用方法，其特征是，包括如下步驟第1步，將感壓膜放置在壓力待測的兩個表面之間；第2步，使感壓膜受到相互壓緊的兩個表面之間的壓力；第3步，取出感壓膜，將感壓膜各區域的顏色與標準色卡相比較、或者采用圖像分析 儀，從而得知感壓膜各區域的受力大小與整體的受力分布。
7.根據權利要求6所述的感壓膜的使用方法，其特征是，當所述感壓層利用熱敏特性 測量壓力時，所述方法第2步中，相互壓緊的兩個表面中至少一個處于加熱狀態，并且所述 感壓層不與處于加熱狀態的那個表面直接接觸。
8.根據權利要求7所述的感壓膜的使用方法，其特征是，當所述感壓層利用熱敏特性 測量壓力且包括導熱層時，所述方法第2步中，所述導熱層與處于加熱狀態的那個表面相 接觸。
9.根據權利要求7所述的感壓膜的使用方法，其特征是，當所述感壓層利用熱敏特性 測量壓力且包括熱絕緣層時，所述方法第2步中，所述熱絕緣層與處于加熱狀態的那個表 面相接觸。
10.根據權利要求6所述的感壓模的使用方法，其特征是，所述方法第3步中，所述感壓 膜的顏色為不透明的感壓層的顏色、或透過透明或半透明的感壓層的基層的顏色。
全文摘要
本發明公開了一種感壓膜，包括基層，為塑料或金屬材料的薄膜；感壓層，為填充有壓敏微粒和/或熱敏微粒的樹脂薄膜，粘附于所述基層的至少一側表面；所述感壓層在常壓或常溫下呈不透明的一種顏色，受壓或受熱后隨壓力或溫度增大逐漸且不可逆地轉變為透明或不透明的另一種顏色。本發明還公開了上述感壓膜的使用方法，先將感壓膜放置在壓力待測的兩個表面之間；再使感壓膜受到相互壓緊的兩個表面之間的壓力；最后取出感壓膜，將感壓膜各區域的顏色與標準色卡相比較、或者采用圖像分析儀，從而得知感壓膜各區域的受力大小與整體的受力分布。本發明感壓膜的結構簡單、成本低廉、制造便利，其使用方法簡單方便，可用于不同壓力、溫度環境的壓力測量。
文檔編號G01L1/00GK102032964SQ200910057978
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者張美超, 楊惠民, 郭麗萍 申請人:張美超, 楊惠民, 郭麗萍