具有改善的熔融稳定性和降低的腐蚀性的聚醚酰亚胺的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本文中公开的是可以帮助控制用于提供家庭和商业实体的热水的太阳能板中的 停滞温度（总温，临界温度，驻点温度，stagnation temperature)的热响应组件（温度感 应组件，thermo-responsive assemblies) 〇
【背景技术】
[0002] 太阳能板可以是用于家用和商用热水供暖以及空间加热的高效的并具有成本效 益的来源。塑料太阳能板或模块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）、具有挤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）、绝缘衬垫、和必要的导水管（水岐管，water manifold)和框架块构成。因为吸收 层（absorber layer)前面和后面均绝缘，所以可以获得比周围环境高得多的温度。模块通 常设计成产生与70摄氏度CC )至80°C-样热的水。
[0003] 存在其中模块暴露于阳光而水或者其他传热流体不流过吸收板，从而使模块能 够变得过热的某些时段。这被称为"停滞条件"。在这些停滞条件期间模块温度可能超过 140°C乃至150°C。停滞条件期间，能够超过塑料部件的热挠曲温度，致使不可逆转的弯曲、 超出设计极限的热膨胀、和/或能够导致单元故障的其他热诱导效应（thermally-induced effect)。仅使用能够承受这样的温度的聚合物极大地增加了模块的成本。因此停滞温度 的控制是高效的、具有成本效益的塑料太阳能模块的重要的设计要求。
[0004] 因此，需要可以帮助控制停滞温度以提供高效的、具有成本效益的塑料太阳能模 块的热响应组件。
【发明内容】
[0005] 本文中公开的是热响应组件和用于制造和使用其的方法。
[0006] 在一种实施方式中，组件包括：上光层（上釉层，glazing layer);光吸收层；以及 上光层和光吸收层之间的热响应层（thermo-responsive layer)。热响应层包括具有玻璃 化转变温度的基质聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中基质聚合物包括基于基质聚合 物的总重量的0. 5至10重量百分数的衍生自丙烯腈的重复单元。基质聚合物和无机填料 的折射率在25°C下相差小于或等于0. 05。
[0007] 在另一个实施方式中，制造包括上光层；光吸收层；以及上光层和光吸收层之间 的热响应层的组件的方法包括：形成上光层；形成光吸收层；以及形成上光层和光吸收层 之间的热响应层。热响应层包括具有玻璃化转变温度的基质聚合物和具有颗粒尺寸的无机 填料。基质聚合物和无机填料的折射率在25°C下相差小于或等于0. 05。
[0008] 将从附图和以下描述理解组件和制造方法的这些以及其他特征。
【附图说明】
[0009] 以下是附图的简要说明，其中，相同元件编号相同，并且它们是为了阐明本文中所 公开的示例性实施方式的目的而不是为了限制示例性实施方式的目的而给出的。
[0010] 图1是基质聚合物和填料的折射率与温度的图解说明。
[0011] 图2是正常使用温度下的热响应组件的示意图。
[0012] 图3是在用于热响应组件中的材料的玻璃化转变温度以上的升高温度下的图2的 热响应组件的示意图。
[0013] 图4是实施例5中描述的各种基质聚合物和填料的应变与时间的图解说明。
[0014] 图5是实施例5中描述的各种基质聚合物和填料的粘度与剪切速率的图解说明。
[0015] 图6是实施例6中描述的基质聚合物和填料的反射与温度的图解说明。
【具体实施方式】
[0016] 本文中公开的是包括热响应层的热响应组件，所述热响应层包括填充有无机材料 (即，填料）的透明基质聚合物。无机材料可以具有小于10微米（ym)的颗粒尺寸以及与 基质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 描述的热响应组件在基质聚合物的玻璃化转变温度以下的温度下在入射光的反射上可以 具有很小变化或没有变化，这是因为用于组件的材料的折射率在基质聚合物的玻璃化转变 温度（Tg)以下变化缓慢。然而，本文中公开的热响应组件在基质聚合物的玻璃化转变温度 以上可以具有增加的反射。这是因为在Tg以上，透明基质聚合物的折射率通常快速减小， 而无机材料的折射率几乎保持恒定。产生的折射率的失配（mismatch)可以导致一些反射， 例如，10%至20%的反射足以使得热响应组件免于弯曲或其他机械故障。本文中使用的术 语热响应层指的是其透光率响应温度变化而变化的层。
[0017] 热响应组件通常用于非水平构造（相对于地面）。例如，热响应组件可以用作非 水平构造中的太阳能热水模块。因为热响应层可以在大于其材料的玻璃化转变温度的温度 下持续足够长的时间段使得热响应层可以经历材料的蠕变（creep)和流动。材料的这种 蠕变和流动是不希望的，这是因为这可以导致一端处的较薄的材料和在另一端处的较厚的 材料。令人惊讶地发现将相对少量，例如，〇. 5至10重量百分数（wt% )，具体地，lwt%至 5wt%的衍生自丙烯腈的重复单元结合在基质聚合物的主链中可以产生降低的蠕变。例如， 在没有不利地影响热响应层的加工特性的情况下，实现了蠕变程度的大于或等于20%的降 低，具体地，20 %至50 %的降低。
[0018] 机械的百叶窗（louver)可以被制成为在升高的温度下打开，从而打开模块以释 放热，但是这引入活动部件（moving part)，增加复杂性和成本，并且提供另外的故障机制。 使用热响应材料用于热控制的许多概念依赖于例如通过使域和基质的折射率的温度相关 性强烈不同的相分离方法、突然的相转变（相变），和/或它们的可见光学性能的改变以使 得光散射并减弱可以到达吸收层（例如，具有对于可混和性的临界温度的某些水凝胶和聚 合物共混物、液晶等）的光的量。然而，这些系统中似乎没有一个对于低成本塑料太阳能 模块是实用的或具有成本效益的，这是因为它们包括流体组分或者包括难以裁剪（tailor) 的化学材料组分。
[0019] 本文中公开的热响应组件可以包括上光层、热响应层和吸收层（例如，光吸收 层），其中热响应层可以在上光层和吸收层之间。上光层和热响应层通常可以是透明的（例 如，在电磁波谱的可见和红外范围内具有大于或等于85%的透射），而吸收层可以是不透 明的。吸收层通常可以是黑色的，意味着其将不具有任何透射。吸收层可以吸收入射光并 且将能量传递至循环流体，诸如空气、水、乙二醇等。吸收层可以由具有足够的热稳定性和 水解稳定性的任何材料制成。实例包括聚砜、改性的聚（亚苯基氧化物）、聚醚醚酮（PEEK) 和聚酰亚胺。上光层可以包括单块（monolithic)板或多壁板。当包括多壁板时，上光层可 以包括，例如，第一壁、第二壁、以及设置在第一壁和第二壁之间的肋（rib)。还可以存在另 外的壁（例如，第三壁、第四壁等）和分散在它们之间的另外的肋。热响应层可以包括基质 聚合物和无机填料。上光层的透射可以取决于空气/聚合物界面的数目，因此双壁板将具 有比单块板更少的透射，并且三壁板甚至更少。添加层对到达吸收层的能量的影响可以大 于通过由最佳壁数目下的多个壁提供的改善的绝缘所补偿的。
[0020] 在基质聚合物的Tg以上的温度下，基质聚合物和无机填料的折射率的失配可以 提供入射光的反射，这在停滞时期期间可以降低由热响应组件经历的温度极限，从而导致 热响应组件的其他部件的故障（例如，弯曲、翘曲、热膨胀等）的较低的可能性。换言之，本 文中公开的热响应组件可以对热响应组件（即，板（例如，太阳能板）的各种其他部件提供 针对由于暴露至部件的热挠曲温度以上的温度而导致的故障或损害的保护。热响应层可以 附接（例如，层压、共挤出、横跨分散）上光层和/或吸收层。在热响应层和吸收层之间可 以存在空气间隙。
[0021] 如先前所提及的，包括透明聚合物（即，基质聚合物）和具有小于或等于IOym 的颗粒尺寸以及与基质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,具体地，在25°C下小于或等于0.01)的无机材料（即，填料）的热响应层在基质聚合 物的Tg以下的温度下可以表明入射光的反射中的很小变化或没有变化。尽管不希望受到 理论的束缚，但据信出现这种情况是因为在Tg以下两种材料的折射率变化相对缓慢。然 而，在Tg以上，基质聚合物的密度会快速变化，因此折射率会快速变化，而无机填料的折射 率会继续非常缓慢地变化。这可以导致基质聚合物和填料之间的越来越大的折射率失配， 这可以进而使得一些光被反射，如图1中示意性地示出的。例如，如在图1中示出的，基质 聚合物10和填料12在Tg 14以下可以具有相同的折射率16,这可以产生高透射。然而， 在Tg 14以上，折射率会如由线18示出的失配，导致反射。因此，透过热响应层（例如，光 控制层）的光的量在Tg以上可以降低至越来越大的程度，这可以导致由板的部件经历的停 滞温度降低。
[0022] 例如，如图2所示，热