光学压敏涂料及其应用

　　各种运动机械模型表面压力场分布的测定是设计各种新型运动机械时选定材料的基础，传统常采用测压孔或测压口法进行测压。在这种方法中，测压口需钻在被测模型表面，由于相邻压口间通常间隔有一定的距离，从而无法提供压口间隔处的准确压力信息，只能通过计算机建立流体动力学（CFD）模型进行插值处理。另外，绘制一张全部被测表面的压力图需要成百上千的压口、传感器以及管路等，不但对被测表面造成破坏，而且实施起来既费时又昂贵。由于传统方法要求压口或传感器有一定的安装尺寸，这限制了它们不能安装在被测模型的某些特殊位置，使得这些位置的压力情况无法测定。

　　近年来发展的一项新技术光学压敏测压方法克服了传统方法的上述缺点。这种方法利用发光压敏涂料的光学特性，将压力大小转化为光度强弱后再进行数字化处理，将压敏涂料涂布于模型表面，对被测表面的流场不产生破坏和干扰，避开了传统方法的许多机械、工艺的技术环节，节省了设计，制造和*化工新裂装配测压仪器仪表的大笔费用，同时可全景表达模型表面任何一处的压力分布，有足够丰富的信息量描述各种复杂流动细节。

　　压敏技术为科学研究和工业生产中压力的测定提供了一种灵敏、全面、廉价、无破坏的柔性检测方法，在许多方面变革了传统硬性检测方法的思路和技术。自80年代提出以来，压敏技术得到了各国科学家的关注和推进，*近几年压敏技术的应用范围逐渐扩大，技术得到不断改进，有可能取代传统的测压方法。

　　2压敏涂料测压原理在光的照射下，处于基态的分子会吸收某种特定频率的光子，并转变为不稳定的激发态分子。当激发态分子回复到基态时，随之而产生具有极少量热量的光辐射荧光。通过对大量发光分子的观察，发现在有氧气存在时，这些辐射光在发光过程中碰撞钝化而导致发光衰弱，即被氧笄灭。……基于这一原理，在选取了合适的发光物质后，将其配制成压敏涂料涂于被测表面，用紫外线光源照射该压敏涂层，材料第29由于涂层的发光强度依赖于所受氧气分压的大小，由光学系统测得发光强度后即可获得相应的氧气分压，又由于氧气在空气中的摩尔比是一个已知常数，从而可由氧气分压得出空气的压力，亦即模型表面所受的空气压力场分布。测压装置示于，3压敏涂料3.1压敏涂料的组成发光物质是压敏涂料的主要成分，压敏测压的准确度与灵敏性关键在于涂料中发光物质的选取。根据压敏测压原理，发光物质的选取要求符合以下条件：当暴露于特定频率的光中时，发光物质有高的发光量子产率，短的三重态寿命以及适合于氧猝灭的敏感性。研究表明金属卟啉衍生物为一理想的发光物质，叶啉是由4个吡咯环通过4个碳原子所构成的一个多杂环化合物，是一个大的平面共轭体系，具有很强吸收光的特性，其中4个杂环氮原子可与许多金属原子配位而形成金属络合物，络合后由于分子内重原子的作用，使其能发射很强的磷光，痕量2对其磷光辐射即有明显的猝灭作用。

　　压敏涂料中除发光物质外，还含有挥发性溶剂、载体基质及粘结料等。溶剂改变涂料的粘稠性，适于涂布，挥发后即成膜；载体基质一般含硅石颗粒，以吸附发光分子；粘结料则将涂层附着于被涂表面。

　　3.2压敏涂料的制备发光物质叶琳类衍生物可由Rothemund法、Adler法、Cindsey法、微波激励法、A1C13催化法等方法制备。国内进行了一些改进，以八乙基卟啉（OEP）为例，改进方法W见，即卟啉衍生物再与金属离子络合即形成金属卟啉衍生物。压敏涂料混合物的制备：室温下将卟啉溶解于硅树脂溶液，PolymersCorp*GP-197），树脂溶液的载体溶剂主4要为i，i，i-三氯乙烷。这种混合物适于表面涂布，一般在5min溶剂挥发后，便形成一层光滑坚固均匀的PtOEP膜，膜的厚度为5-15/1.实际操作中可用一种商用环氧基白色喷漆预涂表面，给发光膜提供一个白色背景。由于白色背景物不吸收透过膜的发射光，更多地激发了卟啉分子，同时它将发射光反射回去，可显著提高膜的发光强度。

　　金属卟啉衍生物的形成理论上压敏涂料对压力瞬变值的时间响应与发光哀弱相一致，但上述PtOEP-Genesee膜的响应会由于氧扩散通过聚合物的速度而减慢（~ 0.1ms）。AlanE.Baron等人开发出另几类发光涂料：该硅涂料为荧光氧敏感分子自由基质四（五氟化苯）卟啉（H2TFPP）溶于甲苯，吸附于多孔硅石颗粒，用水溶性粘结剂附着表面，其中硅-w附着涂白的铝板，硅-B附着于裸铝板，这两种涂料的响应都十分快。响应*快的涂料为TLC，以商品多孔硅薄层色谱板为基础，溶于甲苯的H2TFPP用滴管滴于板上。

　　4应用及开发前景压敏涂层的设想形成后，美国华盛顿大学化学部首先于1987年研制了压敏漆，1989年1月首次用于风洞实验，同时在美国宇航局Ames研究中心流体机械实验室中得到实验演示。1991年1月俄中央流体动力研究院的配方，在德国Gottigen篼速风洞进行了验证性研究，取得了圆满的结果。

　　1993年应用压敏漆实验技术在AV-8B模型上获得了精确的压力数据，1995年压敏（下转第35页）2.4苯酐聚酯多元醇组合料的储存稳定性聚氨酯硬泡组合料一般由聚酯（聚醚）多元醇、催化剂、匀泡剂、发泡剂等多种物质混合而成，在储存过程中，受温度等因素的影响，各成分之间可能发生各种化学反应，使组合料色泽加深，使组合料色泽加深，反应活性下降，发泡速度变慢，对泡沫制品的性能与加工影响很大。表4是苯酐聚酯多元醇组合料的储存情况（其中聚醚与苯酐聚酯多元醇的比例表4苯酐聚酯多元醇组合料的储存性能fl计丨苗N-聚醚4110聚醚635聚醚835聚醚6月19日乳白时间/8抽丝时间/8不粘时间/s泡沫密度/（kg/m3）7月19日乳白时间/s抽丝时间/s不粘时间/s泡沫密度/（kg/m3）8月19日乳白时间/s抽丝时间/8不粘时间/S泡沫密度/（kg/m3）9月19日乳白时间/s抽丝时间/s不粘时间/s泡沫密度/（kg/m3）从表4中可以看出：苯酐聚酯多元醇与上述任何聚醚（化1、4110、635、835聚醚）的储存稳定性均（上接第19页）漆首次应用于风扇叶片和压缩机叶片的压力分布测量，1996年8月俄罗斯专家发表了压敏方法风洞实验的系统研究报告，不但跨声速，大攻角复杂流动的研究十分满意，而且对7000转/min的螺旋桨的叶片测压也很成功。我国“八五”期间开始进行压敏漆测压技术的原理性实验，但灵敏度还较低，频响也很低。

　　从近年来的发展趋势分析，压敏技术在广泛的民用领域中有着广阔的应用前景。压敏技术应用于高速汽车、火车的设计，在风洞中研究其高速运行时的表面压力场分布情况，为其外形设计和材质选取提供压力基础数据；压敏技术应用于高速飞行器的模型试验，并在飞行实验和恶劣环境中直接应用，得到外形与从压力场中获得举力的关系；利用压敏原理还可进行二次开发，作为产品防伪涂料；进一步研较好，3个月不分层，发泡工艺参数（乳白时间，抽丝时间，不粘时间）变化不大，泡沫密度基本稳定，泡沫性能良好。

　　3苯酐聚酯多元醇泡沫的性能以苯酐聚酯多元醇与N-1聚醚按比例1：1所配制的组合料及泡沫性能如下：组合料：外观：黄色粘稠液体；粘度（20丈）：34！13.3；储存期：大于3个月；泡沫性能：表观密度26.8kg/m3；压缩强度：143MPa；尺寸稳定性：-20，4结束语以苯酐聚酯多元醇与聚醚按1：1比例所制得的泡沫可达到普通聚醚所制成的泡沫性能，而尤其以篼官能团聚醚N-1所制成的泡沫性能*佳；有苯酐聚酯多元醇参与所制成的PU硬泡，其泡沫稳定剂使用量比纯聚醚的可以少用1%左右。

(完)