具有改善的熔融穩定性和降低的腐蝕性的聚醚酰亞胺的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本文中公開的是可以幫助控制用于提供家庭和商業實體的熱水的太陽能板中的 停滯溫度（總溫，臨界溫度，駐點溫度，stagnation temperature)的熱響應組件（溫度感 應組件，thermo-responsive assemblies) 〇
【背景技術】
[0002] 太陽能板可以是用于家用和商用熱水供暖以及空間加熱的高效的并具有成本效 益的來源。塑料太陽能板或模塊通常由透明的聚合物上光板（上釉板，glazing sheet)(例 如，聚碳酸酯多壁板）、具有擠出的水通道的黑色塑料吸收板（例如，聚砜或聚苯醚共混物 多壁板）、絕緣襯墊、和必要的導水管（水岐管，water manifold)和框架塊構成。因為吸收 層（absorber layer)前面和后面均絕緣，所以可以獲得比周圍環境高得多的溫度。模塊通 常設計成產生與70攝氏度CC )至80°C-樣熱的水。
[0003] 存在其中模塊暴露于陽光而水或者其他傳熱流體不流過吸收板，從而使模塊能 夠變得過熱的某些時段。這被稱為"停滯條件"。在這些停滯條件期間模塊溫度可能超過 140°C乃至150°C。停滯條件期間，能夠超過塑料部件的熱撓曲溫度，致使不可逆轉的彎曲、 超出設計極限的熱膨脹、和/或能夠導致單元故障的其他熱誘導效應（thermally-induced effect)。僅使用能夠承受這樣的溫度的聚合物極大地增加了模塊的成本。因此停滯溫度 的控制是高效的、具有成本效益的塑料太陽能模塊的重要的設計要求。
[0004] 因此，需要可以幫助控制停滯溫度以提供高效的、具有成本效益的塑料太陽能模 塊的熱響應組件。
【發明內容】
[0005] 本文中公開的是熱響應組件和用于制造和使用其的方法。
[0006] 在一種實施方式中，組件包括：上光層（上釉層，glazing layer);光吸收層；以及 上光層和光吸收層之間的熱響應層（thermo-responsive layer)。熱響應層包括具有玻璃 化轉變溫度的基質聚合物和具有顆粒尺寸的無機填料，其中基質聚合物包括基于基質聚合 物的總重量的0. 5至10重量百分數的衍生自丙烯腈的重復單元。基質聚合物和無機填料 的折射率在25°C下相差小于或等于0. 05。
[0007] 在另一個實施方式中，制造包括上光層；光吸收層；以及上光層和光吸收層之間 的熱響應層的組件的方法包括：形成上光層；形成光吸收層；以及形成上光層和光吸收層 之間的熱響應層。熱響應層包括具有玻璃化轉變溫度的基質聚合物和具有顆粒尺寸的無機 填料。基質聚合物和無機填料的折射率在25°C下相差小于或等于0. 05。
[0008] 將從附圖和以下描述理解組件和制造方法的這些以及其他特征。
【附圖說明】
[0009] 以下是附圖的簡要說明，其中，相同元件編號相同，并且它們是為了闡明本文中所 公開的示例性實施方式的目的而不是為了限制示例性實施方式的目的而給出的。
[0010] 圖1是基質聚合物和填料的折射率與溫度的圖解說明。
[0011] 圖2是正常使用溫度下的熱響應組件的示意圖。
[0012] 圖3是在用于熱響應組件中的材料的玻璃化轉變溫度以上的升高溫度下的圖2的 熱響應組件的示意圖。
[0013] 圖4是實施例5中描述的各種基質聚合物和填料的應變與時間的圖解說明。
[0014] 圖5是實施例5中描述的各種基質聚合物和填料的粘度與剪切速率的圖解說明。
[0015] 圖6是實施例6中描述的基質聚合物和填料的反射與溫度的圖解說明。
【具體實施方式】
[0016] 本文中公開的是包括熱響應層的熱響應組件，所述熱響應層包括填充有無機材料 (即，填料）的透明基質聚合物。無機材料可以具有小于10微米（ym)的顆粒尺寸以及與 基質聚合物相匹配的折射率（例如，其中折射率在25°C下相差小于或等于0.05)。如本文中 描述的熱響應組件在基質聚合物的玻璃化轉變溫度以下的溫度下在入射光的反射上可以 具有很小變化或沒有變化，這是因為用于組件的材料的折射率在基質聚合物的玻璃化轉變 溫度（Tg)以下變化緩慢。然而，本文中公開的熱響應組件在基質聚合物的玻璃化轉變溫度 以上可以具有增加的反射。這是因為在Tg以上，透明基質聚合物的折射率通常快速減小， 而無機材料的折射率幾乎保持恒定。產生的折射率的失配（mismatch)可以導致一些反射， 例如，10%至20%的反射足以使得熱響應組件免于彎曲或其他機械故障。本文中使用的術 語熱響應層指的是其透光率響應溫度變化而變化的層。
[0017] 熱響應組件通常用于非水平構造（相對于地面）。例如，熱響應組件可以用作非 水平構造中的太陽能熱水模塊。因為熱響應層可以在大于其材料的玻璃化轉變溫度的溫度 下持續足夠長的時間段使得熱響應層可以經歷材料的蠕變（creep)和流動。材料的這種 蠕變和流動是不希望的，這是因為這可以導致一端處的較薄的材料和在另一端處的較厚的 材料。令人驚訝地發現將相對少量，例如，〇. 5至10重量百分數（wt% )，具體地，lwt%至 5wt%的衍生自丙烯腈的重復單元結合在基質聚合物的主鏈中可以產生降低的蠕變。例如， 在沒有不利地影響熱響應層的加工特性的情況下，實現了蠕變程度的大于或等于20%的降 低，具體地，20 %至50 %的降低。
[0018] 機械的百葉窗（louver)可以被制成為在升高的溫度下打開，從而打開模塊以釋 放熱，但是這引入活動部件（moving part)，增加復雜性和成本，并且提供另外的故障機制。 使用熱響應材料用于熱控制的許多概念依賴于例如通過使域和基質的折射率的溫度相關 性強烈不同的相分離方法、突然的相轉變（相變），和/或它們的可見光學性能的改變以使 得光散射并減弱可以到達吸收層（例如，具有對于可混和性的臨界溫度的某些水凝膠和聚 合物共混物、液晶等）的光的量。然而，這些系統中似乎沒有一個對于低成本塑料太陽能 模塊是實用的或具有成本效益的，這是因為它們包括流體組分或者包括難以裁剪（tailor) 的化學材料組分。
[0019] 本文中公開的熱響應組件可以包括上光層、熱響應層和吸收層（例如，光吸收 層），其中熱響應層可以在上光層和吸收層之間。上光層和熱響應層通常可以是透明的（例 如，在電磁波譜的可見和紅外范圍內具有大于或等于85%的透射），而吸收層可以是不透 明的。吸收層通常可以是黑色的，意味著其將不具有任何透射。吸收層可以吸收入射光并 且將能量傳遞至循環流體，諸如空氣、水、乙二醇等。吸收層可以由具有足夠的熱穩定性和 水解穩定性的任何材料制成。實例包括聚砜、改性的聚（亞苯基氧化物）、聚醚醚酮（PEEK) 和聚酰亞胺。上光層可以包括單塊（monolithic)板或多壁板。當包括多壁板時，上光層可 以包括，例如，第一壁、第二壁、以及設置在第一壁和第二壁之間的肋（rib)。還可以存在另 外的壁（例如，第三壁、第四壁等）和分散在它們之間的另外的肋。熱響應層可以包括基質 聚合物和無機填料。上光層的透射可以取決于空氣/聚合物界面的數目，因此雙壁板將具 有比單塊板更少的透射，并且三壁板甚至更少。添加層對到達吸收層的能量的影響可以大 于通過由最佳壁數目下的多個壁提供的改善的絕緣所補償的。
[0020] 在基質聚合物的Tg以上的溫度下，基質聚合物和無機填料的折射率的失配可以 提供入射光的反射，這在停滯時期期間可以降低由熱響應組件經歷的溫度極限，從而導致 熱響應組件的其他部件的故障（例如，彎曲、翹曲、熱膨脹等）的較低的可能性。換言之，本 文中公開的熱響應組件可以對熱響應組件（即，板（例如，太陽能板）的各種其他部件提供 針對由于暴露至部件的熱撓曲溫度以上的溫度而導致的故障或損害的保護。熱響應層可以 附接（例如，層壓、共擠出、橫跨分散）上光層和/或吸收層。在熱響應層和吸收層之間可 以存在空氣間隙。
[0021] 如先前所提及的，包括透明聚合物（即，基質聚合物）和具有小于或等于IOym 的顆粒尺寸以及與基質聚合物匹配的折射率（例如，其中折射率在25°C下相差小于或等于 0.05,具體地，在25°C下小于或等于0.01)的無機材料（即，填料）的熱響應層在基質聚合 物的Tg以下的溫度下可以表明入射光的反射中的很小變化或沒有變化。盡管不希望受到 理論的束縛，但據信出現這種情況是因為在Tg以下兩種材料的折射率變化相對緩慢。然 而，在Tg以上，基質聚合物的密度會快速變化，因此折射率會快速變化，而無機填料的折射 率會繼續非常緩慢地變化。這可以導致基質聚合物和填料之間的越來越大的折射率失配， 這可以進而使得一些光被反射，如圖1中示意性地示出的。例如，如在圖1中示出的，基質 聚合物10和填料12在Tg 14以下可以具有相同的折射率16,這可以產生高透射。然而， 在Tg 14以上，折射率會如由線18示出的失配，導致反射。因此，透過熱響應層（例如，光 控制層）的光的量在Tg以上可以降低至越來越大的程度，這可以導致由板的部件經歷的停 滯溫度降低。
[0022] 例如，如圖2所示，熱