本发明涉及安全示警领域，特别涉及一种内含刺激性气体的高温示警相变球及其制备方法。
背景技术：
在诸多工农业生产和居民生活领域，需要防范高温和火灾隐患，尤其是各种设备运行过程中带来的安全隐患。其中，众多安全隐患集中地表现为设备温度升高，超出其安全温度范围。譬如，锂离子电池充放电过程中，通常其壳体温度保持在一定的范围内；一旦锂离子电池发生短路等安全事故，壳体温度会迅速升高，超出其安全温度极限，并最终可能带来起火甚至爆炸等安全隐患。为了及时发现相关设备运行过程中不合理的高温现象，公知的技术手段通常是在设备上加装温度传感器及其相关数据采集和报警装置，一旦温度超出安全温度极限，则触发声光报警。然而，上述基于温度传感器的高温示警手段，存在诸多缺点：第一，温度传感器及其相关数据采集和报警装置涉及元器件较多，成本较高；第二，由于涉及供电模块，需要外接供电线路或者使用蓄电池，安装和维护麻烦；第三，电子元器件容易因环境腐蚀或自身老化等因素出现故障，长期使用的稳定性和可靠性无法保障。
因此，针对各种场合下的高温示警需求，如何设计和制备成本低廉、维护方便、稳定可靠的高温示警装置，是一个亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低廉、维护方便、稳定可靠的内含刺激性气体的高温示警相变球，并提供其制备方法。
根据本发明的一个方面，提供一种内含刺激性气体的高温示警相变球，其技术方案是：一种内含刺激性气体的高温示警相变球，包括相变材料制成的球壳和紧贴于球壳内部且具有开孔的球状伸缩膜，所述相变球的球壳和球状伸缩膜围成的内部空间内充有带压的刺激性气体。
上述内含刺激性气体的高温示警相变球，所述相变材料为根据所需示警温度选取的相变温度点处于示警温度附近的石蜡类或酯酸类有机固-液相变材料，所述刺激性气体为氨气或硫化氢气体。
根据本发明的另一个方面，提供一种应用于所述内含刺激性气体的高温示警相变球的制备方法，其技术方案分为以下步骤：
步骤s1：将带有压力的刺激性气体充入球状伸缩膜内，并将球状伸缩膜封口和密闭；
步骤s2：将相变材料加热熔化为液态，并将液态相变材料均匀涂覆至步骤s1获得的球状伸缩膜的外表面，使液态相变材料完全包裹球状伸缩膜；
步骤s3：冷却液态相变材料并使其凝固，获得以固态相变材料为球壳、球壳内包裹球状伸缩膜且球状伸缩膜内部包含带压刺激性气体的球状结构；
步骤s4：将金属针头加热至相变材料熔点温度之上，并立即使用加热后的金属针头以垂直球壳方向迅速穿透步骤s3获得的球状结构并刺破球状伸缩膜，获得球状伸缩膜上的穿刺孔；
步骤s5：将金属针头退出球状伸缩膜，回退金属针头并保持针尖位置处于球壳内部，维持5～30秒时长使球壳内与球状伸缩膜上的穿刺孔相接触的相变材料自然冷却并凝固以完成内部刺激性气体的密封；
步骤s6：缓慢回退金属针头，金属针头回退过程使针头接触的球壳内相变材料逐渐自然冷却并凝固，直至金属针头完全退出球壳。
上述内含刺激性气体的高温示警相变球的制备方法，所述步骤s1中充入球状伸缩膜内、带有压力的刺激性气体，其压力比标准大气压高1～10kpa。
上述内含刺激性气体的高温示警相变球的制备方法，所述步骤s2中相变材料的涂覆厚度为0.5～5mm。
上述内含刺激性气体的高温示警相变球的制备方法，所述步骤s4中金属针头的加热温度比相变材料的熔点温度高2～10℃。
上述内含刺激性气体的高温示警相变球的制备方法，所述步骤s6中金属针头的回退方向为远离高温示警相变球球心的方向，回退速度为0.1～0.5mm/秒。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的内含刺激性气体的高温示警相变球结构简单，成本低廉，制备方便，可通过选择相应的相变材料种类来获得所需的示警温度，当相变材料组成的球壳受外界高温作用熔化时则释放球内空间的带压刺激性气体，发出刺激性气味起到高温警示作用，故警示效果好，且使用后的相变材料可以回收以实现循环再利用。
2、本发明的内含刺激性气体的高温示警相变球不涉及电子元器件，无需供电，仅仅靠外界高温熔化壳体实现示警，属于被动型示警方式，且壳体属于石蜡类或酯酸类有机固-液相变材料，故稳定可靠，维护方便，能耐酸碱腐蚀等复杂恶劣环境，环境适应性好。
3、本发明的内含刺激性气体的高温示警相变球的制备方法，先通过球状伸缩膜充气和密封，再包裹相变材料实现定型，最后刺破球状伸缩膜并利用组成球壳的相变材料的熔化与凝固特性实现内部气体的再次密封，故方法巧妙，简单易行。
附图说明
图1为本发明实施例中内含刺激性气体的高温示警相变球的结构示意图。
图2为本发明实施例中内含刺激性气体的高温示警相变球制备方法的流程图。
图3为本发明实施例中使用加热后的金属针头刺破球状伸缩膜时的示意图。
图4为本发明实施例中回退金属针头并保持针尖位置处于球壳内部时的示意图。
图5为图4中虚线框内的局部的放大图。
具体实施方式
一种内含刺激性气体的高温示警相变球，包括相变材料制成的球壳和紧贴于球壳内部且具有开孔的球状伸缩膜，所述相变球的球壳和球状伸缩膜围成的内部空间内充有带压的刺激性气体。
进一步地，所述相变材料为根据所需示警温度选取的相变温度点处于示警温度附近的石蜡类或酯酸类有机固-液相变材料。
一种内含刺激性气体的高温示警相变球制备方法，包括以下步骤：
步骤s1：将带有压力的刺激性气体充入球状伸缩膜内，并将球状伸缩膜封口和密闭；
进一步地，所述步骤s1中充入球状伸缩膜内、带有压力的刺激性气体，其压力比标准大气压高1～10kpa；
步骤s2：将相变材料加热熔化为液态，并将液态相变材料均匀涂覆至步骤s1获得的球状伸缩膜的外表面，使液态相变材料完全包裹球状伸缩膜；
进一步地，所述步骤s2中相变材料的涂覆厚度为0.5～5mm
步骤s3：冷却液态相变材料并使其凝固，获得以固态相变材料为球壳、球壳内包裹球状伸缩膜且球状伸缩膜内部包含带压刺激性气体的球状结构；
步骤s4：将金属针头加热至相变材料熔点温度之上，并立即使用加热后的金属针头以垂直球壳方向迅速穿透步骤s3获得的球状结构并刺破球状伸缩膜，获得球状伸缩膜上的穿刺孔；
进一步地，所述步骤s4中金属针头的加热温度比相变材料的熔点温度高2～10℃；
步骤s5：将金属针头退出球状伸缩膜，回退金属针头并保持针尖位置处于球壳内部，维持5～30秒时长使球壳内与球状伸缩膜上的穿刺孔相接触的相变材料自然冷却并凝固以完成内部刺激性气体的密封；
步骤s6：缓慢回退金属针头，金属针头回退过程使针头接触的球壳内相变材料逐渐自然冷却并凝固，直至金属针头完全退出球壳。
进一步地，所述步骤s6中金属针头的回退方向为远离高温示警相变球球心的方向，回退速度为0.1～0.5mm/秒。
实施例
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
某储能站需要对某方形铝壳锂离子电池充放电过程中可能出现的高温进行示警，示警温度为58℃。选择58号全精炼石蜡作为高温示警相变球的球壳材料，该材料的相变熔点为58℃左右。
如图1所示，为内含刺激性气体的高温示警相变球，图中1为58号全精炼石蜡制成的球壳，2为紧贴于球壳内部的球状伸缩膜，3为球状伸缩膜的开孔。相变球的球壳和球状伸缩膜围成的内部空间内充有带压的刺激性气体硫化氢。
如图2所示，内含刺激性气体的高温示警相变球制备的具体步骤如下：
步骤s1：将压力比标准大气压高2kpa的刺激性气体硫化氢充入由球状伸缩膜组成的气球内，并用捆扎方式将气球封口和密闭。
步骤s2：将58号全精炼石蜡加热熔化为液态，并将液态的58号全精炼石蜡均匀涂覆至步骤s1获得的气球的外表面，使58号全精炼石蜡完全包裹气球。
步骤s3：冷却液态相变材料并使其凝固，获得以固态相变材料为球壳、球壳内包裹球状伸缩膜且球状伸缩膜内部包含带压刺激性气体的球状结构。
步骤s4：将金属针头加热至65℃，并立即使用加热后的金属针头以垂直球壳方向迅速穿透步骤s3获得的球状结构并刺破球状伸缩膜，获得球状伸缩膜上的穿刺孔。
请参见图3，图3中1为58号全精炼石蜡制成的球壳，2为紧贴于球壳内部的球状伸缩膜，3为球状伸缩膜的开孔，4为金属针头。图3中加热的金属针头垂直球壳方向穿透球状结构并刺破球状伸缩膜，获得球状伸缩膜上的穿刺孔。
步骤s5：将金属针头退出球状伸缩膜，回退金属针头并保持针尖位置处于球壳内部，维持10秒时长使球壳内与球状伸缩膜上的穿刺孔相接触的为58号全精炼石蜡自然冷却并凝固以完成内部硫化氢气体的密封。
请参见图4，图4中1为58号全精炼石蜡制成的球壳，2为紧贴于球壳内部的球状伸缩膜，3为球状伸缩膜的开孔，4为金属针头。图4中脱离球状伸缩膜的金属针头保持针尖位置处于球壳内部。
为了观察方便，将图4中虚线框所示范围放大并绘制于图5，图5中1为58号全精炼石蜡制成的球壳，2为紧贴于球壳内部的球状伸缩膜，3为球状伸缩膜的开孔，4为金属针头。
步骤s6：缓慢回退金属针头，金属针头回退过程使针头接触的球壳内相变材料逐渐自然冷却并凝固，直至金属针头完全退出球壳。
本实施例中，将制备好的内含硫化氢气体的高温示警相变球固定在方形铝壳锂离子电池的壳体表面，若电池充放电过程中出现短路等故障，则其温度迅速升高；当温度升高至58℃以上时，高温示警相变球的球壳熔化，失去定型和密封效果，球内带压的硫化氢气体通过球状伸缩膜的开孔迅速释放至外界环境中，发出刺激性气味起到高温示警作用。
本实施例提供内含刺激性气体的高温示警相变球及其制备方法，选用58号全精炼石蜡实现58℃高温的示警功能，石蜡材料的化学活性较低，呈中性，化学性质稳定，在通常的条件下不与酸碱溶液发生作用，环境耐受性好，维护简便；石蜡受58℃以上高温作用熔化时则释放球内空间的带压硫化氢气体，发出刺激性气味起到高温警示作用，故警示效果好；相变球不涉及电子元器件，无需供电，仅仅靠外界高温熔化壳体实现示警，属于被动型示警方式，稳定可靠；高温示警相变球制备过程中，先通过球状伸缩膜充气并密封，再包裹相变材料实现定型，最后刺破球状伸缩膜并利用组成球壳的石蜡材料的熔化与凝固特性实现内部气体的再次密封，故操作简单易行。因此，本实施例提供的内含刺激性气体的高温示警相变球结构简单，稳定可靠，成本低廉，易于根据具体的示警温度而选择相应熔点的相变材料实现定制，同时使用后的相变材料方便回收和循环使用；对应的制备方法操作简便，成功率高，经济性好。
1.一种内含刺激性气体的高温示警相变球，其特征在于，包括相变材料制成的球壳和紧贴于球壳内部且具有开孔的球状伸缩膜，所述相变球的球壳和球状伸缩膜围成的内部空间内充有带压的刺激性气体。
2.一种内含刺激性气体的高温示警相变球制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤s1：将带有压力的刺激性气体充入球状伸缩膜内，并将球状伸缩膜封口和密闭；
步骤s2：将相变材料加热熔化为液态，并将液态相变材料均匀涂覆至步骤s1获得的球状伸缩膜的外表面，使液态相变材料完全包裹球状伸缩膜；
步骤s3：冷却液态相变材料并使其凝固，获得以固态相变材料为球壳、球壳内包裹球状伸缩膜且球状伸缩膜内部包含带压刺激性气体的球状结构；
步骤s4：将金属针头加热至相变材料熔点温度之上，并立即使用加热后的金属针头以垂直球壳方向迅速穿透步骤s3获得的球状结构并刺破球状伸缩膜，获得球状伸缩膜上的穿刺孔；
步骤s5：将金属针头退出球状伸缩膜，回退金属针头并保持针尖位置处于球壳内部，维持5～30秒时长使球壳内与球状伸缩膜上的穿刺孔相接触的相变材料自然冷却并凝固以完成内部刺激性气体的密封；
步骤s6：缓慢回退金属针头，金属针头回退过程使针头接触的球壳内相变材料逐渐自然冷却并凝固，直至金属针头完全退出球壳。
3.权利要求1所述的内含刺激性气体的高温示警相变球，其特征在于，所述相变材料为根据所需示警温度选取的相变温度点处于示警温度附近的石蜡类或酯酸类有机固-液相变材料，所述刺激性气体为氨气或硫化氢气体。
4.权利要求2所述的内含刺激性气体的高温示警相变球制备方法，其特征在于，所述步骤s1中充入球状伸缩膜内、带有压力的刺激性气体，其压力比标准大气压高1～10kpa。
5.权利要求2所述的内含刺激性气体的高温示警相变球制备方法，其特征在于，所述步骤s2中相变材料的涂覆厚度为0.5～5mm。
6.权利要求2所述的内含刺激性气体的高温示警相变球制备方法，其特征在于，所述步骤s4中金属针头的加热温度比相变材料的熔点温度高2～10℃。
7.权利要求2所述的内含刺激性气体的高温示警相变球制备方法，其特征在于，所述步骤s6中金属针头的回退方向为远离高温示警相变球球心的方向，回退速度为0.1～0.5mm/秒。
技术总结