专利名称：多层片材、制品、制造多层片材的方法
多层片材、制品、制造多层片材的方法
背景技术：
在天然照亮的结构的建筑(例如，温室、池围栏(pool enclosures)、暖房、运动场、日光浴室等)中，玻璃已经在很多应用中用作透明结构元件，如，窗、饰面、和屋顶。然而，由于几种显著的益处，聚合物片材已经在很多应用中替代玻璃。聚合物片材的一个益处是，与玻璃相比，其表现了优越的抗冲击性。这进而降低其中遭遇由人为破坏、冰雹、收缩/膨胀等引起的偶然破损的应用中的维修成本。聚合物片材的另一个益处是，与玻璃相比，其重量显著降低。这使得聚合物片材比玻璃更易于安装，并降低了对将它们安装其上的结构的承重要求。除了这些益处之外，聚合物片材的最重要的优势之一是，与玻璃相比，其提供改善的绝缘性质。该性能显著影响聚合物片材的整体市场接受性，因为消费者期望具有改进效率的结构元件以降低加热和/或冷却成本。尽管聚合物片材的绝缘性质优于玻璃的绝缘性质，但是聚合物片材的绝热值(U值)受到气腔数以及片材中的固体聚合物含量的限制。因此，继续需要进一步改进。
发明内容
本申请披露了多层片材及其制造方法。在一种实施方式中，多层片材包括包含内表面和外表面的第一片层、包含第一表面和第二表面的第二片层；和置于所述内表面和所述第一表面之间的肋。所述外层可以具有表面形貌，所述外层的表面积大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的 140%。在一种实施方式中，形成多层片材的方法包括形成包括下列的结构包含内表面和外表面的第一片层、包含第一表面和第二表面的第二片层；和置于所述内表面和所述第一表面之间的肋。所述外表面可以具有表面形貌，所述外表面的表面积大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的140%。以上描述的和其它特征由下列的具体实施方式
示例。
图1是多层片材的实施方式的斜视图。图2是多层片材的异型表面形貌的实施方式的侧视图。图3是多层片材的异型表面形貌的实施方式的侧视图。图4是多层片材的异型表面形貌的实施方式的侧视图。图5是具有三维异型表面形貌的片材的实施方式的正视图。图6是多层片材生产线的实施方式的侧视图。图7是具有平截三角形表面形貌的片材的侧视图。图8是具有在各形貌之间不包含底部的表面形貌的片材的侧视图。图9是具有三维异型表面形貌的片材的实施方式的正视图。
具体实施例方式本申请披露了提供改善绝缘性质的多层片材。更特别地，本申请披露了包含置于多层片材的表面之上的异型表面形貌的多层片材。如本申请所使用，“表面形貌”意在包括明确的、成型的形貌而并非仅包括表面粗糙度(例如，表面形貌并非仅通过将表面喷棱角砂形成)。这种异型表面允许多层片材的表面积的增大和绝热值的相应减小。本申请也披露了制造这些改进的多层片材的几种方法。大约30%的世界能源用于气候控制。本申请的多层片材具有改性表面，其因表面形貌而增大了对流传热系数。位于各片片材外缘的这些表面形貌增大了多层片材的表面积。每单位面积的表面积的增大有助于片材实现较低的传热系数(U值)。较低的U值表示较低的传热系数，即较多的热传递可以由和/或经片材得到阻挡和/或移除。该绝热性能的改善可以与气候控制的节能成比例相关。片材的光学性质也得到了改善，这是由于入射辐射通过表面形貌(也称为“异型形貌”)的二次反射。除了通过使温度梯度最小化来提高人类舒适度之外，该绝热性能的改善还有助于提供节能(由于绝热要求的降低)。多层片材也提供增强的漫射光性能。本申请披露的多层片材可以包含具有多个叠合形状的表面形貌和/或多层次表面形貌(例如，阶梯式三维外形)，并且其可以处于任何将提供期望效果的尺寸级别(例如，毫米、微米、或纳米级的表面形貌)。在一种实施方式中，多层片材包括包含内表面和外表面的第一片层、包含第一表面和第二表面的第二片层；和置于所述内表面和所述第一表面之间的肋。所述外表面可以具有表面形貌，所述外表面的表面积大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的 140% ο在一种实施方式中，形成多层片材的方法包括形成包括下列的结构包含内表面和外表面的第一片层、包含第一表面和第二表面的第二片层；和置于所述内表面和所述第一表面之间的肋。所述外表面可以包含表面形貌，和其表面积大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的140%。所述多层片材的标准化的绝热值(U)可以小于或等于 0. 028ff/m · K，如通过 ISO 10077 所测得。在上述的实施方式中(i)所述第二表面可以包含表面形貌；(ii)所述表面形貌 (和/或所述第二表面形貌)可以是复杂形状(例如，所述表面形貌可以具有分层的阶梯式式样，复杂形状由三角形和圆形或部分圆形的组合所形成)；(iii)所述表面积可以大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的150%，特别地，其大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的225%，更特别地，其大于或等于相同单位面积的平面、 平坦、非异型表面积的250%;和/或(iv)标准化线性传热系数值可以小于或等于0.018W/ m · K，特别地，其可以小于或等于0. 010ff/m · K，更特别地，其可以小于或等于0. 001ff/m · K。现在转向附图，图1说明示例性的多层片材10的斜视图。多层片材10包括第一片层12、第二片层14、所述第一片层上的异型表面16、所述第二片层上的异型表面18、和置于所述多层片材10表面上的肋24。置于第一片层12和第二片层14的外层上的是多种异型表面形貌20、22，其可以对光进行导向、漫射、偏振、和包括上述作用中的至少一种的组合。异型表面形貌20、22可以置于多层片材10的任何表面之上。现在提及图2和图3，说明了多层片材的复杂表面形貌的实施方式的侧(或横截面)视图。图2和图3中所说明的表面形貌具有所给型材内的多个叠合的简单形状(例如，双重简单形状)以增大表面积。简单的形状包括三角形、平截三角形、锯齿形、矩形、正方形、圆形、半圆形。在一种如图2所说明的实施方式中，异型表面形貌包括普通三角形形状(由图2中的虚线说明)，其中所述三角形中本应为尖端的部分由插进三角形部分的普通部分圆形形状(例如，包含半圆形状的基本上的三角形形貌)替代以形成图2的复杂形状。在另一种如图3所说明的实施方式中，表面形貌包括普通三角形形状(由图3中的虚线说明)，其中所述三角形的平坦侧边由分级的阶梯(例如，从普通三角形形状的侧边切出阶梯)替代。图4说明与图2相似的实施方式，其中所述表面形貌包括普通三角形形状(由图4中的虚线说明)，其中所述所述三角形中本应为尖端的部分由普通圆形形状(例如，包含基本上圆形形状的三角形形貌)替代。如从图2、图3、和图4可见，片材每单位面积的表面积随着展示其上的表面形貌而增加。表面积的增大有助于从片材移除对流热量，从而使片材的总传热系数减小。在图2所说明的实施方式中，与无表面形貌(或平面的、平坦表面)的基础设计相比，所述表面积可以增加20%以上，特别为增加30%以上，和更特别为增加40%以上。在图3所说明的实施方式中，与无表面形貌的基础设计相比，所述表面积可以增加25%以上，特别为增加35% 以上，更特别为增加45%以上，还更特别为增加55%以上，和再更特别为增加60%以上。 在图4所说明的实施方式中，与无表面形貌的基础设计相比，所述表面积可以增加100 %以上，特别为增加120%以上，更特别为增加130%以上，还更特别为增加140%以上，和再更特别为增加150%以上。在图4所说明的实施方式中，与无表面形貌的基础设计相比，所述表面积可以增加10，000%以上。同样预期三维异型表面形貌。在如图5所说明的实施方式中，示例说明了三维阶梯式异型表面形貌。图5中所示的实施方式示例说明了表面形貌的三维形式，其中这些形貌具有如图3所说明的横截面视图。如图5所示，表面形貌包含多个阶梯，其中各阶梯包括普通三角形形状，其中所述三角形中本应为顶峰的部分由分级的阶梯替代，例如其中各连续的阶梯依次大于其之上的阶梯，从而产生与图3所说明的类似的侧剖面。换言之，本申请所描述的表面形貌包括横跨片材的恒定形貌(即，具有横跨整个片材的恒定横截面(在一个方向上)的形貌；例如，如图1所说明)，其也可以包括横跨片材的变化的形貌(即，根据在横跨片材的何处截取横截面(在形貌的峰/台阶上方、或沿形貌的边(参见图5和图 9))，横截面是变化的)。相对于具有无表面形貌的基础设计或具有如图8中的锯齿状设计的片材，表面形貌可以是能够增大片材表面积的任何大小。例如，在图2、图3、和图4所说明的实施方式中， 在顶峰由部分圆形表面形貌或分级的阶梯替代之前，普通三角形表面形貌的大小可以为1 毫米(mm)至100mm，而部分圆形形状或分级的阶梯的大小可以为1微米(μ m)至1mm。在另一种实施方式中，在顶峰由部分圆形表面形貌或分级的阶梯替代之前，普通三角形表面形貌的大小可以为Iym至1mm，而部分圆形形状或分级的阶梯的大小可以为10纳米(nm) 至 IOOnm0使用增大的表面积，可以使绝热值减小，其表明热量已经从片材移除。例如，与无表面形貌的基础设计相比，使用图2所说明的异型表面形貌，其绝热值可以减少15%以上， 特别为减少20%以上。与无表面形貌的基础设计相比，使用图3所说明的表面形貌，其绝热值可以减少20%以上，更特别为减少25%以上，和甚至更特别为减少27%以上。在图4中说明的实施方式中，与无表面形貌的基础设计相比，其绝热值可以减少25%以上，特别为减少35%以上，更特别为减少45%以上，和再更特别为减少50%以上。如果作为整体结构生产，则多层片材可以由聚合物加工方法形成，如挤出或注塑。 与非连续操作(如注塑)相比，连续生产方法(如挤出)通常提供改进的操作效率和较大的生产速率。特别地，可以使用单螺杆挤出机挤出聚合物熔体(例如，聚碳酸酯，如Lexan , 可从商业上购自SABIC InnovativePlastics)。将聚合物熔体进料到成型模头中，所述成型模头能够形成具有图1所说明的多层片材10的横截面的挤出物。多层片材10移动通过定型设备(例如，包括定型模头的真空浴)，然后将其冷却至低于其玻璃化转变温度(例如，对于聚碳酸酯，为约297° F(147°C))。在板材(panel)冷却之后，可利用挤出刀具(如分度在线锯)将其切割成期望长度。当切割时，可以使多层片材经受二级操作，然后进行包装。示例性的二级操作包括退火、 印制、紧固部件的连接、修整、进一步的组装操作、和/或任何其它期望的方法。挤出机的尺寸(如通过挤出机螺杆的直径所测量)基于期望的生产速率，其由挤出机的体积生产速率和板材的横截面积计算得到。可以按规定尺寸(例如，长度)制作冷却设备以在不给予雾度的情况下以快速的(expedious)方式从挤出物移除热量。当将聚合物(例如，聚碳酸酯)快速冷却时，可能给予雾度。因此，冷却设备可以在较暖的温度(例如，大于或等于约100° F(39°C)，或更特别为大于或等于125° F(52°C)， 而非较冷的温度(例如，小于100° F(39°C)，或更特别为小于或等于约75° F(24°C))操作以减小起雾。如果使用较暖的温度，可以增加浴长度以允许充足的时间来将挤出物的温度降低至低于其玻璃化转变温度。挤出机的尺寸、冷却设备的冷却能力、和切割操作能够以大于或等于约5英尺每分钟的速率生产多层片材10。然而，可以使生产速率达到大于约10 英尺每分钟，或甚至大于约15英尺每分钟，条件是这样的速率能够生产包含期望特征的表面形貌。共挤出方法也可以用于生产多层片材10。共挤出可以用来向多层片材几何结构的任何部分提供不同的聚合物以改进和/或改变板材的性能和/或以降低原料成本。在一种实施方式中，共挤出法可以用来降低原料成本，其通过向非结构区域提供较不昂贵的聚合物(例如，发泡或循环材料)实现。在另一种实施方式中，共挤出法可以用来将包含高透光性(例如，大于或等于约80%)的聚合物施用于异型表面形貌20、22、第一片层12和/或第二片层14。本领域技术人员将容易理解该方法的通用性和可以使用共挤出生产多层片材的各种应用。现在提及图6，说明通常称为40的形成多层片材的生产线的实施方式的侧视图。 在图6中，生产线40包括挤出工艺42和形成表面形貌的工艺44。挤出工艺42包括一级挤出机46，其中从进料斗/干燥器48向该挤出机提供聚合物(未显示)。使聚合物熔融，和将其通过挤出机47运送，和将其推动通过成型模头50。成型模头50包括能够生产型材52 的设计。将型材52经过能够将型材52定型和冷却的真空水浴54进料。型材52继续前进到形成表面形貌的工艺44，其包括将热熔体62置于型材52的顶部片层之上的热熔体涂覆模头56。将热熔体涂覆模头56从将第二聚合物(未显示)转变为热熔体62的二级挤出机 58进料。通过第二进料斗/干燥器60将第二聚合物进料至二级挤出机58。当将热熔体62置于型材52上时，通过压纹带66使热熔体62形成异型表面形貌64。应该理解的是，形成多层片材的生产线40可以包括挤出工艺42的变体，而形成表面形貌的工艺44可以包括另外的操作，如涂覆、成型、层压、印制、标记、退火、切害I]、修整、组装等，以及包括上述方法中的至少一种的组合。如果涂料不会降低板材的强度和透光性使得板材成为无效的，可以将涂料置于片材表面中的任何地方以改善片材的性质。示例性的涂料可以包括抗真菌涂料、疏水涂料、亲水涂料、光散射涂料、抗收缩(anti-condensation)涂料、抗擦伤性涂料等、以及包括上述涂料中的至少一种的组合。多层片材10可以由聚合材料形成，如热塑性塑料和热塑性共混物。示例性的热塑性塑料包括聚亚烷基类塑料(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯(如聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯))、聚碳酸酯、丙烯酸树脂、聚缩醛、苯乙烯类聚合物 (例如，抗冲改性聚苯乙烯、丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物、苯乙烯_丙烯腈共聚物)、聚 (甲基)丙烯酸酯(例如，聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯)、聚醚酰亚胺、聚氨酯、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮等、以及包括上述材料中至少一种的组合。 示例性的热塑性共混物包括丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物/尼龙共混物、聚碳酸酯/丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物共混物、丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物/聚氯乙烯共混物、 聚苯醚/聚苯乙烯共混物、聚苯醚/尼龙共混物、聚砜/丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物共混物、聚碳酸酯/热塑性聚氨酯共混物、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二酯共混物、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二酯共混物、热塑性弹性体合金、尼龙/弹性体共混物、聚酯/弹性体共混物、聚对苯二甲酸乙二酯/聚对苯二甲酸丁二酯共混物、乙缩醛/弹性体共混物、苯乙烯_马来酸酐共聚物/丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物共混物、聚醚醚酮/聚醚砜共混物、 聚乙烯/尼龙共混物、聚乙烯/聚缩醛共混物等。在一种实施方式中，使用聚碳酸酯材料，如由商业名称Lexan 指定的那些，其可从商业上购自SABIC Innovative Plastics.可以用于生产塑料片材的热塑性聚碳酸酯树脂包括但不限于芳族聚碳酸酯、芳族聚碳酸酯的共聚物(如聚酯碳酸酯共聚物)、它们的共混物、以及其与根据最终用途应用的其它聚合物的共混物。在另一种实施方式中，热塑性聚碳酸酯树脂是芳族均聚碳酸酯树脂，如描述于Ariga等人的美国专利4，351，920的聚碳酸酯树脂。例如，一些可以使用的聚碳酸酯可以通过使二面酚(dihedral phenol)与碳酸酯前体(如光气、卤代甲酸酯、或碳酸酯)反应制备。通常，这样的碳酸酯聚合物包括式(I) 的重复结构单元
权利要求
1.一种多层片材，其包括包含内表面和外表面的第一片层，其中所述外表面具有表面形貌，所述外表面的表面积大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的140% ；包含第一表面和第二表面的第二片层；和置于所述内表面和所述第一表面之间的肋；其中所述多层片材通过ISO 10077所测得的标准化绝热值(U)小于或等于0.028W/ m · K。
2.权利要求1中所述的多层片材，其中所述表面形貌是复杂形状。
3.权利要求1中所述的多层片材，其中所述表面形貌具有分级的阶梯式式样。
4.权利要求1中所述的多层片材，其中所述表面形貌是由三角形和圆形或部分圆形的组合所形成的复杂形状。
5.权利要求1-4中任一项所述的多层片材，其中所述表面积大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的150%。
6.权利要求5中所述的多层片材，其中所述表面积大于或等于相同单位面积的平面、 平坦、非异型表面积的225%。
7.权利要求6中所述的多层片材，其中所述表面积大于或等于相同单位面积的平面、 平坦、非异型表面积的250%。
8.权利要求1-7中任一项所述的多层片材，其中所述标准化线性传热系数值小于或等于 0.018ff/m · K。
9.权利要求8中所述的多层片材，其中所述标准化线性传热系数值小于或等于 0.010ff/m · K。
10.权利要求9中所述的多层片材，其中所述标准化线性传热系数值小于或等于 0. 001ff/m · K。
11.权利要求1-10中任一项所述的多层片材，其中所述第二表面包含表面形貌。
12.权利要求1-10中任一项所述的多层片材，其中所述第二表面包含第二表面形貌， 所述第二表面形貌的第二表面积大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的 140%。
13.一种形成多层片材的方法，其包括形成包括下列的结构包含内表面和外表面的第一片层，其中所述外表面具有表面形貌，所述外表面的表面积大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的140% ；包含第一表面和第二表面的第二片层；和置于所述内表面和所述第一表面之间的肋；其中所述多层片材通过ISO 10077所测得的标准化绝热值(U)小于或等于0.028W/ m · K。
14.权利要求13中所述的方法，其中所述表面形貌是由三角形和圆形或部分圆形的组合所形成的复杂形状。
15.权利要求13-14中任一项所述的方法，其中所述表面积大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的225%。
16.权利要求13-15中任一项所述的方法，其中所述标准化线性传热系数值小于或等于 0.018ff/m · K。
17.权利要求16中所述的方法，其中所述标准化线性传热系数值小于或等于0.OlOff/ m · K。
18.权利要求13-17中任一项所述的方法，其中所述第二表面包含表面形貌。
19.权利要求13-18中任一项所述的方法，其中所述第二表面包含第二表面形貌，所述第二表面形貌的第二表面积大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的 140%。
全文摘要
在一种实施方式中，多层片材包括包含内表面和外表面的第一片层、包含第一表面和第二表面的第二片层；和置于所述内表面和所述第一表面之间的肋。所述外表面可以具有表面形貌，所述外表面的表面积大于或等于相同单位面积的平面、平坦、非异型表面积的140％。
文档编号E06B3/67GK102224306SQ200980146952
公开日2011年10月19日 申请日期2009年11月5日 优先权日2008年11月25日
发明者普拉维恩·巴特, 钦尼亚·西亚加拉詹 申请人:沙伯基础创新塑料知识产权有限公司