專利名稱：多層片材、制品、制造多層片材的方法
多層片材、制品、制造多層片材的方法
背景技術(shù)：
在天然照亮的結(jié)構(gòu)的建筑(例如，溫室、池圍欄(pool enclosures)、暖房、運動場、日光浴室等)中，玻璃已經(jīng)在很多應用中用作透明結(jié)構(gòu)元件，如，窗、飾面、和屋頂。然而，由于幾種顯著的益處，聚合物片材已經(jīng)在很多應用中替代玻璃。聚合物片材的一個益處是，與玻璃相比，其表現(xiàn)了優(yōu)越的抗沖擊性。這進而降低其中遭遇由人為破壞、冰雹、收縮/膨脹等引起的偶然破損的應用中的維修成本。聚合物片材的另一個益處是，與玻璃相比，其重量顯著降低。這使得聚合物片材比玻璃更易于安裝，并降低了對將它們安裝其上的結(jié)構(gòu)的承重要求。除了這些益處之外，聚合物片材的最重要的優(yōu)勢之一是，與玻璃相比，其提供改善的絕緣性質(zhì)。該性能顯著影響聚合物片材的整體市場接受性，因為消費者期望具有改進效率的結(jié)構(gòu)元件以降低加熱和/或冷卻成本。盡管聚合物片材的絕緣性質(zhì)優(yōu)于玻璃的絕緣性質(zhì)，但是聚合物片材的絕熱值(U值)受到氣腔數(shù)以及片材中的固體聚合物含量的限制。因此，繼續(xù)需要進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本申請披露了多層片材及其制造方法。在一種實施方式中，多層片材包括包含內(nèi)表面和外表面的第一片層、包含第一表面和第二表面的第二片層；和置于所述內(nèi)表面和所述第一表面之間的肋。所述外層可以具有表面形貌，所述外層的表面積大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的 140%。在一種實施方式中，形成多層片材的方法包括形成包括下列的結(jié)構(gòu)包含內(nèi)表面和外表面的第一片層、包含第一表面和第二表面的第二片層；和置于所述內(nèi)表面和所述第一表面之間的肋。所述外表面可以具有表面形貌，所述外表面的表面積大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的140%。以上描述的和其它特征由下列的具體實施方式
示例。


圖1是多層片材的實施方式的斜視圖。圖2是多層片材的異型表面形貌的實施方式的側(cè)視圖。圖3是多層片材的異型表面形貌的實施方式的側(cè)視圖。圖4是多層片材的異型表面形貌的實施方式的側(cè)視圖。圖5是具有三維異型表面形貌的片材的實施方式的正視圖。圖6是多層片材生產(chǎn)線的實施方式的側(cè)視圖。圖7是具有平截三角形表面形貌的片材的側(cè)視圖。圖8是具有在各形貌之間不包含底部的表面形貌的片材的側(cè)視圖。圖9是具有三維異型表面形貌的片材的實施方式的正視圖。
具體實施例方式本申請披露了提供改善絕緣性質(zhì)的多層片材。更特別地，本申請披露了包含置于多層片材的表面之上的異型表面形貌的多層片材。如本申請所使用，“表面形貌”意在包括明確的、成型的形貌而并非僅包括表面粗糙度(例如，表面形貌并非僅通過將表面噴棱角砂形成)。這種異型表面允許多層片材的表面積的增大和絕熱值的相應減小。本申請也披露了制造這些改進的多層片材的幾種方法。大約30%的世界能源用于氣候控制。本申請的多層片材具有改性表面，其因表面形貌而增大了對流傳熱系數(shù)。位于各片片材外緣的這些表面形貌增大了多層片材的表面積。每單位面積的表面積的增大有助于片材實現(xiàn)較低的傳熱系數(shù)(U值)。較低的U值表示較低的傳熱系數(shù)，即較多的熱傳遞可以由和/或經(jīng)片材得到阻擋和/或移除。該絕熱性能的改善可以與氣候控制的節(jié)能成比例相關(guān)。片材的光學性質(zhì)也得到了改善，這是由于入射輻射通過表面形貌(也稱為“異型形貌”)的二次反射。除了通過使溫度梯度最小化來提高人類舒適度之外，該絕熱性能的改善還有助于提供節(jié)能(由于絕熱要求的降低)。多層片材也提供增強的漫射光性能。本申請披露的多層片材可以包含具有多個疊合形狀的表面形貌和/或多層次表面形貌(例如，階梯式三維外形)，并且其可以處于任何將提供期望效果的尺寸級別(例如，毫米、微米、或納米級的表面形貌)。在一種實施方式中，多層片材包括包含內(nèi)表面和外表面的第一片層、包含第一表面和第二表面的第二片層；和置于所述內(nèi)表面和所述第一表面之間的肋。所述外表面可以具有表面形貌，所述外表面的表面積大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的 140% ο在一種實施方式中，形成多層片材的方法包括形成包括下列的結(jié)構(gòu)包含內(nèi)表面和外表面的第一片層、包含第一表面和第二表面的第二片層；和置于所述內(nèi)表面和所述第一表面之間的肋。所述外表面可以包含表面形貌，和其表面積大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的140%。所述多層片材的標準化的絕熱值(U)可以小于或等于 0. 028ff/m · K，如通過 ISO 10077 所測得。在上述的實施方式中(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)可以是復雜形狀(例如，所述表面形貌可以具有分層的階梯式式樣，復雜形狀由三角形和圓形或部分圓形的組合所形成)；(iii)所述表面積可以大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的150%，特別地，其大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的225%，更特別地，其大于或等于相同單位面積的平面、 平坦、非異型表面積的250%;和/或(iv)標準化線性傳熱系數(shù)值可以小于或等于0.018W/ m · K，特別地，其可以小于或等于0. 010ff/m · K，更特別地，其可以小于或等于0. 001ff/m · K?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖1說明示例性的多層片材10的斜視圖。多層片材10包括第一片層12、第二片層14、所述第一片層上的異型表面16、所述第二片層上的異型表面18、和置于所述多層片材10表面上的肋24。置于第一片層12和第二片層14的外層上的是多種異型表面形貌20、22，其可以對光進行導向、漫射、偏振、和包括上述作用中的至少一種的組合。異型表面形貌20、22可以置于多層片材10的任何表面之上?，F(xiàn)在提及圖2和圖3，說明了多層片材的復雜表面形貌的實施方式的側(cè)(或橫截面)視圖。圖2和圖3中所說明的表面形貌具有所給型材內(nèi)的多個疊合的簡單形狀(例如，雙重簡單形狀)以增大表面積。簡單的形狀包括三角形、平截三角形、鋸齒形、矩形、正方形、圓形、半圓形。在一種如圖2所說明的實施方式中，異型表面形貌包括普通三角形形狀(由圖2中的虛線說明)，其中所述三角形中本應為尖端的部分由插進三角形部分的普通部分圓形形狀(例如，包含半圓形狀的基本上的三角形形貌)替代以形成圖2的復雜形狀。在另一種如圖3所說明的實施方式中，表面形貌包括普通三角形形狀(由圖3中的虛線說明)，其中所述三角形的平坦側(cè)邊由分級的階梯(例如，從普通三角形形狀的側(cè)邊切出階梯)替代。圖4說明與圖2相似的實施方式，其中所述表面形貌包括普通三角形形狀(由圖4中的虛線說明)，其中所述所述三角形中本應為尖端的部分由普通圓形形狀(例如，包含基本上圓形形狀的三角形形貌)替代。如從圖2、圖3、和圖4可見，片材每單位面積的表面積隨著展示其上的表面形貌而增加。表面積的增大有助于從片材移除對流熱量，從而使片材的總傳熱系數(shù)減小。在圖2所說明的實施方式中，與無表面形貌(或平面的、平坦表面)的基礎設計相比，所述表面積可以增加20%以上，特別為增加30%以上，和更特別為增加40%以上。在圖3所說明的實施方式中，與無表面形貌的基礎設計相比，所述表面積可以增加25%以上，特別為增加35% 以上，更特別為增加45%以上，還更特別為增加55%以上，和再更特別為增加60%以上。 在圖4所說明的實施方式中，與無表面形貌的基礎設計相比，所述表面積可以增加100 %以上，特別為增加120%以上，更特別為增加130%以上，還更特別為增加140%以上，和再更特別為增加150%以上。在圖4所說明的實施方式中，與無表面形貌的基礎設計相比，所述表面積可以增加10，000%以上。同樣預期三維異型表面形貌。在如圖5所說明的實施方式中，示例說明了三維階梯式異型表面形貌。圖5中所示的實施方式示例說明了表面形貌的三維形式，其中這些形貌具有如圖3所說明的橫截面視圖。如圖5所示，表面形貌包含多個階梯，其中各階梯包括普通三角形形狀，其中所述三角形中本應為頂峰的部分由分級的階梯替代，例如其中各連續(xù)的階梯依次大于其之上的階梯，從而產(chǎn)生與圖3所說明的類似的側(cè)剖面。換言之，本申請所描述的表面形貌包括橫跨片材的恒定形貌(即，具有橫跨整個片材的恒定橫截面(在一個方向上)的形貌；例如，如圖1所說明)，其也可以包括橫跨片材的變化的形貌(即，根據(jù)在橫跨片材的何處截取橫截面(在形貌的峰/臺階上方、或沿形貌的邊(參見圖5和圖 9))，橫截面是變化的)。相對于具有無表面形貌的基礎設計或具有如圖8中的鋸齒狀設計的片材，表面形貌可以是能夠增大片材表面積的任何大小。例如，在圖2、圖3、和圖4所說明的實施方式中， 在頂峰由部分圓形表面形貌或分級的階梯替代之前，普通三角形表面形貌的大小可以為1 毫米(mm)至100mm，而部分圓形形狀或分級的階梯的大小可以為1微米(μ m)至1mm。在另一種實施方式中，在頂峰由部分圓形表面形貌或分級的階梯替代之前，普通三角形表面形貌的大小可以為Iym至1mm，而部分圓形形狀或分級的階梯的大小可以為10納米(nm) 至 IOOnm0使用增大的表面積，可以使絕熱值減小，其表明熱量已經(jīng)從片材移除。例如，與無表面形貌的基礎設計相比，使用圖2所說明的異型表面形貌，其絕熱值可以減少15%以上， 特別為減少20%以上。與無表面形貌的基礎設計相比，使用圖3所說明的表面形貌，其絕熱值可以減少20%以上，更特別為減少25%以上，和甚至更特別為減少27%以上。在圖4中說明的實施方式中，與無表面形貌的基礎設計相比，其絕熱值可以減少25%以上，特別為減少35%以上，更特別為減少45%以上，和再更特別為減少50%以上。如果作為整體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)，則多層片材可以由聚合物加工方法形成，如擠出或注塑。 與非連續(xù)操作(如注塑)相比，連續(xù)生產(chǎn)方法(如擠出)通常提供改進的操作效率和較大的生產(chǎn)速率。特別地，可以使用單螺桿擠出機擠出聚合物熔體(例如，聚碳酸酯，如Lexan , 可從商業(yè)上購自SABIC InnovativePlastics)。將聚合物熔體進料到成型模頭中，所述成型模頭能夠形成具有圖1所說明的多層片材10的橫截面的擠出物。多層片材10移動通過定型設備(例如，包括定型模頭的真空浴)，然后將其冷卻至低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(例如，對于聚碳酸酯，為約297° F(147°C))。在板材(panel)冷卻之后，可利用擠出刀具(如分度在線鋸)將其切割成期望長度。當切割時，可以使多層片材經(jīng)受二級操作，然后進行包裝。示例性的二級操作包括退火、 印制、緊固部件的連接、修整、進一步的組裝操作、和/或任何其它期望的方法。擠出機的尺寸(如通過擠出機螺桿的直徑所測量)基于期望的生產(chǎn)速率，其由擠出機的體積生產(chǎn)速率和板材的橫截面積計算得到。可以按規(guī)定尺寸(例如，長度)制作冷卻設備以在不給予霧度的情況下以快速的(expedious)方式從擠出物移除熱量。當將聚合物(例如，聚碳酸酯)快速冷卻時，可能給予霧度。因此，冷卻設備可以在較暖的溫度(例如，大于或等于約100° F(39°C)，或更特別為大于或等于125° F(52°C)， 而非較冷的溫度(例如，小于100° F(39°C)，或更特別為小于或等于約75° F(24°C))操作以減小起霧。如果使用較暖的溫度，可以增加浴長度以允許充足的時間來將擠出物的溫度降低至低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。擠出機的尺寸、冷卻設備的冷卻能力、和切割操作能夠以大于或等于約5英尺每分鐘的速率生產(chǎn)多層片材10。然而，可以使生產(chǎn)速率達到大于約10 英尺每分鐘，或甚至大于約15英尺每分鐘，條件是這樣的速率能夠生產(chǎn)包含期望特征的表面形貌。共擠出方法也可以用于生產(chǎn)多層片材10。共擠出可以用來向多層片材幾何結(jié)構(gòu)的任何部分提供不同的聚合物以改進和/或改變板材的性能和/或以降低原料成本。在一種實施方式中，共擠出法可以用來降低原料成本，其通過向非結(jié)構(gòu)區(qū)域提供較不昂貴的聚合物(例如，發(fā)泡或循環(huán)材料)實現(xiàn)。在另一種實施方式中，共擠出法可以用來將包含高透光性(例如，大于或等于約80%)的聚合物施用于異型表面形貌20、22、第一片層12和/或第二片層14。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解該方法的通用性和可以使用共擠出生產(chǎn)多層片材的各種應用?，F(xiàn)在提及圖6，說明通常稱為40的形成多層片材的生產(chǎn)線的實施方式的側(cè)視圖。 在圖6中，生產(chǎn)線40包括擠出工藝42和形成表面形貌的工藝44。擠出工藝42包括一級擠出機46，其中從進料斗/干燥器48向該擠出機提供聚合物(未顯示)。使聚合物熔融，和將其通過擠出機47運送，和將其推動通過成型模頭50。成型模頭50包括能夠生產(chǎn)型材52 的設計。將型材52經(jīng)過能夠?qū)⑿筒?2定型和冷卻的真空水浴54進料。型材52繼續(xù)前進到形成表面形貌的工藝44，其包括將熱熔體62置于型材52的頂部片層之上的熱熔體涂覆模頭56。將熱熔體涂覆模頭56從將第二聚合物(未顯示)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崛垠w62的二級擠出機 58進料。通過第二進料斗/干燥器60將第二聚合物進料至二級擠出機58。當將熱熔體62置于型材52上時，通過壓紋帶66使熱熔體62形成異型表面形貌64。應該理解的是，形成多層片材的生產(chǎn)線40可以包括擠出工藝42的變體，而形成表面形貌的工藝44可以包括另外的操作，如涂覆、成型、層壓、印制、標記、退火、切害I]、修整、組裝等，以及包括上述方法中的至少一種的組合。如果涂料不會降低板材的強度和透光性使得板材成為無效的，可以將涂料置于片材表面中的任何地方以改善片材的性質(zhì)。示例性的涂料可以包括抗真菌涂料、疏水涂料、親水涂料、光散射涂料、抗收縮(anti-condensation)涂料、抗擦傷性涂料等、以及包括上述涂料中的至少一種的組合。多層片材10可以由聚合材料形成，如熱塑性塑料和熱塑性共混物。示例性的熱塑性塑料包括聚亞烷基類塑料(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸亞烷基二醇酯(如聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯))、聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、聚縮醛、苯乙烯類聚合物 (例如，抗沖改性聚苯乙烯、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)、聚醚酰亞胺、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種的組合。 示例性的熱塑性共混物包括丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物/尼龍共混物、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/尼龍共混物、聚砜/丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物共混物、聚碳酸酯/熱塑性聚氨酯共混物、聚碳酸酯/聚對苯二甲酸乙二酯共混物、聚碳酸酯/聚對苯二甲酸丁二酯共混物、熱塑性彈性體合金、尼龍/彈性體共混物、聚酯/彈性體共混物、聚對苯二甲酸乙二酯/聚對苯二甲酸丁二酯共混物、乙縮醛/彈性體共混物、苯乙烯_馬來酸酐共聚物/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/尼龍共混物、聚乙烯/聚縮醛共混物等。在一種實施方式中，使用聚碳酸酯材料，如由商業(yè)名稱Lexan 指定的那些，其可從商業(yè)上購自SABIC Innovative Plastics.可以用于生產(chǎn)塑料片材的熱塑性聚碳酸酯樹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)、它們的共混物、以及其與根據(jù)最終用途應用的其它聚合物的共混物。在另一種實施方式中，熱塑性聚碳酸酯樹脂是芳族均聚碳酸酯樹脂，如描述于Ariga等人的美國專利4，351，920的聚碳酸酯樹脂。例如，一些可以使用的聚碳酸酯可以通過使二面酚(dihedral phenol)與碳酸酯前體(如光氣、鹵代甲酸酯、或碳酸酯)反應制備。通常，這樣的碳酸酯聚合物包括式(I) 的重復結(jié)構(gòu)單元
權(quán)利要求
1.一種多層片材，其包括包含內(nèi)表面和外表面的第一片層，其中所述外表面具有表面形貌，所述外表面的表面積大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的140% ；包含第一表面和第二表面的第二片層；和置于所述內(nèi)表面和所述第一表面之間的肋；其中所述多層片材通過ISO 10077所測得的標準化絕熱值(U)小于或等于0.028W/ m · K。
2.權(quán)利要求1中所述的多層片材，其中所述表面形貌是復雜形狀。
3.權(quán)利要求1中所述的多層片材，其中所述表面形貌具有分級的階梯式式樣。
4.權(quán)利要求1中所述的多層片材，其中所述表面形貌是由三角形和圓形或部分圓形的組合所形成的復雜形狀。
5.權(quán)利要求1-4中任一項所述的多層片材，其中所述表面積大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的150%。
6.權(quán)利要求5中所述的多層片材，其中所述表面積大于或等于相同單位面積的平面、 平坦、非異型表面積的225%。
7.權(quán)利要求6中所述的多層片材，其中所述表面積大于或等于相同單位面積的平面、 平坦、非異型表面積的250%。
8.權(quán)利要求1-7中任一項所述的多層片材，其中所述標準化線性傳熱系數(shù)值小于或等于 0.018ff/m · K。
9.權(quán)利要求8中所述的多層片材，其中所述標準化線性傳熱系數(shù)值小于或等于 0.010ff/m · K。
10.權(quán)利要求9中所述的多層片材，其中所述標準化線性傳熱系數(shù)值小于或等于 0. 001ff/m · K。
11.權(quán)利要求1-10中任一項所述的多層片材，其中所述第二表面包含表面形貌。
12.權(quán)利要求1-10中任一項所述的多層片材，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積大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的 140%。
13.一種形成多層片材的方法，其包括形成包括下列的結(jié)構(gòu)包含內(nèi)表面和外表面的第一片層，其中所述外表面具有表面形貌，所述外表面的表面積大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的140% ；包含第一表面和第二表面的第二片層；和置于所述內(nèi)表面和所述第一表面之間的肋；其中所述多層片材通過ISO 10077所測得的標準化絕熱值(U)小于或等于0.028W/ m · K。
14.權(quán)利要求13中所述的方法，其中所述表面形貌是由三角形和圓形或部分圓形的組合所形成的復雜形狀。
15.權(quán)利要求13-14中任一項所述的方法，其中所述表面積大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的225%。
16.權(quán)利要求13-15中任一項所述的方法，其中所述標準化線性傳熱系數(shù)值小于或等于 0.018ff/m · K。
17.權(quán)利要求16中所述的方法，其中所述標準化線性傳熱系數(shù)值小于或等于0.OlOff/ m · K。
18.權(quán)利要求13-17中任一項所述的方法，其中所述第二表面包含表面形貌。
19.權(quán)利要求13-18中任一項所述的方法，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積大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的 140%。
全文摘要
在一種實施方式中，多層片材包括包含內(nèi)表面和外表面的第一片層、包含第一表面和第二表面的第二片層；和置于所述內(nèi)表面和所述第一表面之間的肋。所述外表面可以具有表面形貌，所述外表面的表面積大于或等于相同單位面積的平面、平坦、非異型表面積的140％。
文檔編號E06B3/67GK102224306SQ200980146952
公開日2011年10月19日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者普拉維恩·巴特, 欽尼亞·西亞加拉詹 申請人:沙伯基礎創(chuàng)新塑料知識產(chǎn)權(quán)有限公司