包含红外阻挡层的制品及其制备方法与流程
本申请要求2016年12月23日提交的美国临时专利申请序列号62/428,544的权益。该相关申请通过引证以其全部内容并入本文。
背景技术：
与传统的玻璃窗玻璃(glassglazing，玻璃釉料，浓釉)相比，塑料窗玻璃(plasticglazing，塑料釉料)提供许多优点。这些优点包括，例如，增加的抗断裂性、减轻的重量、以及用于车辆中时，在交通事故中增加的乘员安全性以及降低的燃料消耗。然而，不幸的是，由于目前的窗玻璃技术中的红外阻挡方法，与包括红外反射层的玻璃窗玻璃相比，诸如建筑物和车辆的那些的内部空间，在存在塑料窗玻璃的情况下经历温度升高。内部空间温度的这种升高的出现是由于被添加到塑料窗玻璃中以防止红外辐射穿过塑料窗玻璃的红外吸收剂的存在。在此，虽然红外吸收剂吸收红外辐射，但是产生可以进入内部空间中的次级辐射，从而导致温度升高。内部空间中的温度升高降低了乘员或居民的舒适度，并且可能需要增加对空调的需求，这进而增加了能量消耗。此外，由于红外吸收，塑料窗玻璃本身可以经历温度升高，这可以加速塑料窗玻璃的降解。
因此，需要新技术，例如，使用被动设计解决方案，这将导致内部空间中的太阳热负荷减少。
技术实现要素：
本文公开了一种包含红外阻挡层的制品及其制备方法。
在一个实施方式中，制品包含红外阻挡层，所述红外阻挡层包含主体材料和多个复合光纤(compositefiber，复合纤维)；其中，多个复合光纤中的每个复合光纤包括造影材料(contrastmaterial，造影剂，对比剂)和基质材料；其中造影材料在基质材料中形成光子晶体，当暴露于红外辐射时，该光子晶体表现出光子带隙。
在另一个实施方式中，制备制品的方法包括将主体材料和多个复合光纤混合以形成混合物；以及从混合物形成红外阻挡层；其中制品包括红外阻挡层。
在另一个实施方式中，制备制品的方法包括将主体聚合物前体和多个复合光纤混合以形成混合物；以及使主体聚合物前体反应形成红外阻挡层；其中制品包括红外阻挡层。
在又一个实施方式中，制备制品的方法包括形成分层堆叠体(layeredstack)，所述分层堆叠体包括不含多个复合光纤的主体层、包含多个复合光纤的光纤层、和不含多个复合光纤的任选的聚合物层；以及将多个复合光纤嵌入主体层和任选的聚合物层中的至少一个中。
在另一个实施方式中，制备制品的方法包括共挤出不含复合光纤的主体层、包含多个复合光纤的光纤层、和不含复合光纤的任选的聚合物层；其中复合光纤是预成型光纤(pre-formedfiber)；以及将多个复合光纤嵌入主体层和任选的聚合物层中的至少一个中。
在又一个实施方式中，制品用于反射红外光的用途；其中制品包括红外阻挡层，所述红外阻挡层包含主体材料和多个复合光纤；其中，多个复合光纤中的每个光纤包括造影材料和基质材料；其中造影材料在基质材料中形成光子晶体，当暴露于红外辐射时，该光子晶体表现出光子带隙。
通过以下附图和详细描述来举例说明上述和其他特征。
附图说明
现在参考附图，这些附图是示例性实施方式，并且其中相同的元件编号相同。
图1是与红外阻挡层相互作用的光的实施方式的图示；
图2是光子带隙光纤的截面的实施方式的图示；
图3是布拉格光纤(braggfiber)的截面的实施方式的图示；
图4是包括不同光纤取向的区域的红外阻挡层的实施方式的图示；
图5是包括两个外部无光纤区域的红外阻挡层的实施方式的图示；
图6是包括光纤盖层(fibercaplayer)的红外阻挡层的实施方式的图示；并且
图7是包含主体区域、光纤区域和聚合物区域的红外阻挡层的实施方式的图示。
具体实施方式
太阳能的最大部分分配给400至2,500纳米(nm)的可见光和近红外波长两者。穿透塑料窗玻璃并进入内部空间的太阳辐射可以作为波长为5至15微米的长波热辐射重新发射。虽然塑料窗玻璃通常对可见光和近红外波长是透明的，但它们对长波热辐射不透明，并且热辐射不能从内部空间向外辐射并且产生温室效应。为了减少内部空间的热量积聚，应该减少穿透塑料窗玻璃的太阳能量。令人惊讶地发现，包含主体材料和多个复合光纤的红外阻挡层可导致来自该层的近红外反射率的增加。红外阻挡层可以阻挡近红外波长的大部分光，同时保持高的可见光透射率。此外，红外阻挡层可以对热红外波长(例如，8至12微米)透明。在这种情况下，允许热量从内部空间逸出，从而允许增加冷却。
红外阻挡层包含主体材料和多个复合光纤。红外阻挡层具有两个主表面，所述主表面具有长度和宽度；其中红外阻挡层的长度l和宽度w中的一个或两个与高度h的比率可以大于或等于10:1(l:h≥10:1；w:h≥10:1)。
红外阻挡层可以反射大于或等于10％、大于或等于25％、大于或等于50％、或大于或等于75％的波长为800至2,000nm的近红外辐射。取决于制品的所需用途，如使用astmd-1003-00、程序b，使用cie标准光源c，通过单向观察，使用3.2mm厚的样品测定的，红外阻挡层可以具有大于80％的可见光透射率。取决于制品的所需用途，如根据astmd1003-11、程序a，通过cie标准光源c(参见iso/cie10526)测量的，红外阻挡层可具有小于或等于10％、或小于或等于5％、或小于或等于1％的雾度。
图1是入射在红外阻挡层的主表面上的一束红外光的实施方式的图示。图1示出了入射光线2接近红外阻挡层的主表面。入射光线2的一部分作为表面反射光线4从表面反射，所述表面反射光线取决于偏振和入射角θi。入射光线2的一部分作为折射光线6以与主表面法线的折射角
当折射光线6遇到复合光纤20时，光纤反射光线8被引导回到主表面并作为发射光线10以发射角度θr离开红外阻挡层。光纤折射角γ等于
复合光纤包括造影材料和基质材料。造影材料在基质材料中形成光子晶体，当暴露于红外辐射时，该光子晶体表现出光子带隙。多个复合光纤可包括多个光子带隙光纤、多个布拉格光纤、或包含前述至少一种的组合。可以选择所选复合光纤的具体参数，使得它们可以提供中心波长的分布，使得它们共同跨越所需波长。例如，可以选择复合光纤在近红外(例如800nm、1,060nm、1,550nm和2,000nm)具有中心波长。如本文所用，术语中心波长是指对应于复合光纤所呈现的最大光子带隙中心处的频率的波长。
多个复合光纤可包括多个光子带隙光纤。光子带隙光纤中的造影材料可以是棒(rod，杆)的形式。棒可以平行于光子带隙光纤的中心轴。在每个相应的光纤中，棒可以形成造影材料的六边形晶格、蜂窝状晶格、正方形晶格、三角形晶格或笼目(kagome)晶格。多个光子带隙光纤可包括多个六边形晶格光子带隙光纤、多个蜂窝状晶格光子带隙光纤、多个正方形晶格光子带隙光纤、多个三角形晶格光子带隙光纤、多个笼目晶格光子带隙光纤、或包括前述至少一种的组合。具体地，多个光子带隙光纤可以包括多个六边形晶格光子带隙光纤，其中，棒沿着相应光纤的截面形成六边形晶格。
图2是蜂窝状晶格光子带隙光纤30的实施方式的截面图。蜂窝状晶格光子带隙光纤30包括多个棒32，所述棒具有在基质材料34中以蜂窝状晶格排列的圆形截面。
每个棒可以单独地具有5至50微米的棒直径。每个棒可以单独地具有棒长度，该棒长度在其所处的复合光纤的长度的5％、1％或0.1％内。垂直于中心轴的棒的截面可以是圆形、卵形、六边形、五边形、矩形、三角形、不规则形等，或者包括至少一种前述的组合。
多个复合光纤可包括多个布拉格光纤。布拉格光纤具有同心地位于内光纤芯周围的造影材料的同心环的1-d光子晶体排列。内光纤芯可包含基质材料。多个复合光纤可以没有中心气体通道。1-d光子晶体排列可包括造影材料和基质材料的交替环。造影材料的每个同心环独立地可以具有环厚度d和平均周期p，其中d/p小于1或小于或等于0.3。如本文所用，周期性是第一造影环的内半径与后续造影环的内半径之间的差值p；参见例如图3。每个环独立地可以具有沿着复合光纤的中心轴的环长度，所述环长度在其所处的复合光纤的长度的5％、1％或0.1％内。
图3是布拉格光纤40的实施方式的截面的图示。布拉格光纤40包括造影材料42的多个同心环和位于光纤芯46周围的基质材料44的多个同心环。
复合光纤可包括多个复合光纤束和多个短长度复合光纤中的至少一种。多个短长度复合光纤的平均复合光纤长度可以为2至10mm。多个复合光纤束的平均束长度可以大于10mm或大于10mm至制品的长度，例如，如果预成型的复合光纤束与主体材料一起挤出。多个复合光纤的平均最短尺寸m可以为50至1,000微米，或80至1,000微米，不包括任何覆层(cladding)。图2和图3中分别示出了六边形光纤和圆柱形光纤的最短尺寸的示例。多个复合光纤可包括具有相同或不同截面的光纤。截面的示例包括圆形、卵形、六边形、五边形、矩形、三角形、不规则形等。
可以通过从较长的束切割所需长度的光纤来形成多个复合光纤。因此，复合光纤的末端可以是非锥形的钝端。与包括具有锥形末端的光纤的红外阻挡层相比，复合光纤的钝端可导致由红外阻挡层对可见光的散射减少。
多个复合光纤的全部或一部分可包括位于相应复合光纤的外表面上的光纤覆层。例如，多个复合光纤的0至100％或80至100％可包括光纤覆层。光纤覆层可以改善复合光纤与主体材料的混溶性。可在光纤形成期间或之后添加光纤覆层。光纤覆层可具有0.1至3mm的厚度。包括具有厚度n的光纤覆层28的光纤的示例在图2和图3中示出。
可以选择基质材料、造影材料、任选的光纤覆层和主体材料，使得红外阻挡层可以反射具有800至2,000nm波长的近红外辐射的大于或等于10％，大于或等于25％，大于或等于50％，或大于或等于75％。
造影材料具有造影材料折射率no，并且基质材料具有基质材料折射率nm；并且造影材料折射率可以大于基质材料折射率。例如，造影材料折射率可以大于、或大于或等于基质材料折射率的1.2倍，或大于或等于2倍，或为1.2至5倍(no≥1.2nm)。相反，造影材料折射率可以小于基质材料折射率。造影材料折射率可以在基质材料折射率的25％或1％内。主体材料具有主体折射率nh，并且基质材料折射率可以在主体折射率的10％、或5％、或1％内。如果存在，光纤覆层的覆层材料的覆层折射率nl可以在基质材料折射率的10％、或5％、或1％内。如本文所用，折射率值在可见波长范围内。
造影材料可包括含氟聚合物。含氟聚合物可包含氟化聚丙烯。含氟聚合物可包括聚(偏二氟乙烯)(pvdf)、聚乙烯四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚六氟丙烯、聚乙烯三氟氯乙烯、聚全氟(甲基乙烯基)醚、聚全氟(烷基乙烯基)醚(如聚全氟(丙基乙烯基)醚)、聚氟乙烯、全氟弹性体、聚(三氟氯乙烯偏二氟乙烯)、全氟聚醚、聚(全氟磺酸)、全氟聚氧杂环丁烷、或包含一种或多种前述物质的组合。含氟聚合物可包含聚偏二氟乙烯。
造影材料可包括玻璃，例如硫属化物玻璃。造影材料和基质材料中的一种或两者可包括玻璃。复合光纤中玻璃的存在可导致在制品加工过程中光纤晶格的或光子晶体的物理损伤较小。这种物理损坏的减少可以导致改进的制品，因为晶格参数或光子晶体中的任何不受控制的变化都可以导致散射的增加。
造影材料可包括热折射材料，使得随着环境温度的增加发生近红外光的增加的反射。在这种情况下，随着温度的降低，光子带隙偏移可以是远离可见光波长的更长波长，从而允许制品在接近可见波长的近红外波长处传输更多的能量。这种热折射材料将允许红外阻挡层在较冷的气候中传输更多的太阳能，从而导致车辆的加热器负载减小并增加乘员的舒适度。增加的太阳能传输对于电动车辆特别有用，电动车辆缺乏足够的废热(来自推进马达)以在寒冷气候下加热客舱。可以在不影响可见光透射率的情况下完成温度调制的红外反射。热折射材料可包括液晶，例如在30至70℃的温度范围内表现出所需偏移的液晶。
包含热折射材料的复合光纤可以通过首先形成长光纤来形成；将长光纤切割成多个短光纤；并且用热折射材料注入光纤以形成多个复合光纤。包含热折射材料的复合光纤可以通过在预制件中注入具有热折射材料的中空管而形成；热拉伸长光纤；并且切割长光纤以形成多个复合光纤。在形成复合光纤的任一种方法中，可以在切割后密封钝端。
造影材料可包括气体、例如空气。造影材料可包括含氟聚合物、例如聚(偏二氟乙烯)，并且基质材料可包含聚碳酸酯。
基质材料可包括热塑性聚合物或玻璃。主体材料可包含热塑性聚合物。光纤覆层可包含热塑性聚合物。基质材料、主体材料和光纤覆层(如果存在)可包含相同或不同的热塑性聚合物。
热塑性聚合物可包含聚碳酸酯(如双酚a聚碳酸酯)、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚缩醛、聚丙烯酸、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚芳酯、聚砜、聚醚、聚亚苯基硫醚、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚缩醛、聚酸酐、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚卤乙烯、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚磺酸酯、多硫化物、聚硫酯、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷、聚乙烯醇缩丁醛、或包含至少一种前述物质的组合。热塑性聚合物可包含聚碳酸酯、聚酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺或包含至少一种前述物质的组合。热塑性聚合物可包含聚碳酸酯。
在具体示例中，主体材料可包括聚碳酸酯、聚酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物、或包含至少一种前述物质的组合。光纤覆层可包含聚碳酸酯、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)聚合物、或包含至少一种前述物质的组合。主体材料和光纤覆层中的一种或两者可包含聚碳酸酯-abs共聚物。主体材料和光纤覆层中的一种或两者可包含聚碳酸酯-聚(对苯二甲酸丁二醇酯)共聚物。光纤覆层可包括覆层聚合物，并且主体材料可包括主体聚合物；并且覆层聚合物和主体聚合物可以相同。主体材料可包含主体聚合物，并且基质材料可包含基质聚合物；并且主体聚合物和基质聚合物可以相同。
如果多个复合光纤包含布拉格光纤，则内光纤芯和主体材料可各自独立地包含热塑性聚合物、例如聚碳酸酯，并且造影材料的环可包含氟化聚合物、具体地聚偏二氟乙烯。
多个复合光纤可以在整个红外阻挡层中随机取向。多个复合光纤可以相对于红外阻挡层的主表面非随机取向。例如，多个复合光纤可以使盖层中的多个复合光纤的平均光纤角αf相对于主表面为0至10°，或0至20°。如本文所用，光纤角是基于中心光纤轴相对于主表面之一的相对角度确定，例如如图1所示。
红外阻挡层可包括在其中复合光纤的相对平均角度变化的区域。例如，制品可包括与至少一个主表面相邻的表层区域，与表层区域相邻的并且在表层区域和任选的芯区域之间的壳区域。图4示出了红外阻挡层可包括表层区域50、壳区域52、芯区域54和无光纤区域62。图5示出了红外阻挡层可包括表层区域50和壳区域52。表层区域中的平均光纤角，在本文中称为平均表层角αk，相对于主表面可以是0至20°，或0至10°。壳区域中的平均光纤角，在本文中称为平均壳角度αh，相对于主表面可以是10至40°或20至30°。芯区域中的平均光纤角，在本文中称为平均芯角αc，相对于主表面可以是30至90°或40至90°。平均芯角可以大于平均壳角。平均壳角可以大于平均表层角。
红外阻挡层可包括无光纤区域。无光纤区域可以是离散的无光纤层。无光纤区域可位于光纤区域的一个或两个主表面上。如本文所用，光纤区域是指包含复合光纤的红外阻挡层的部分。例如，图5示出了位于内部光纤区域的主表面上的无光纤区域62，并且图6示出了包括无光纤区域62和光纤盖层60的红外阻挡层，所述光纤盖层是光纤区域的示例。应注意，第二光纤盖层可位于图6的红外阻挡层的另一主表面上。此外，光纤盖层可以是来自无光纤区域的离散层。光纤盖层中的多个复合光纤相对于主表面可具有0至20°或0至10°的平均表层角αk。如果复合光纤存在于它们可以具有比光纤盖层中更大的平均角之处，如果所选择的复合光纤会散射被折射到红外阻挡层中的可见光，则图6所示的红外阻挡层会导致雾度形成减少。
无光纤区域可包括平坦化层、紫外吸收层、耐磨层或包含前述至少一种的组合。由于光纤的钝端伸出，表面粗糙度可能发生在红外阻挡层的主表面上，并且如果复合光纤包括玻璃，则表面粗糙度可能是粗糙的。因此，可以添加平坦化层以通过覆盖暴露的光纤末端来改善红外阻挡层的均匀性并降低红外阻挡层的表面粗糙度。如根据asmeb46.1或iso4287测定的，平坦化层的表面粗糙度ra可小于或等于5微米。平坦化层可包括热塑性聚合物、例如聚碳酸酯。相反，红外阻挡层的表面粗糙度可以通过例如抛光步骤来降低。
紫外吸收层可包含硅酮、聚氨酯、丙烯酸、聚酯、环氧树脂或包含至少一种前述物质的组合。紫外吸收层可包括紫外(uv)吸收分子，如4,6-二苯甲酰间苯二酚(dbr)、羟基苯基三嗪、羟基二苯甲酮、羟基苯基苯并三唑、羟基苯基三嗪、聚芳酰基间苯二酚、2-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4,6-二苯甲酰基间苯二酚)(sdbr)、氰基丙烯酸酯、或包含至少一种前述物质的组合。uv吸收剂的示例是tinuvintm329、tinuvintm234、tinuvintm350、tinuvintm360或uvinoltm3030。
紫外吸收层可包含金属氧化物(例如氧化锆、氧化铝(例如al2o3)、二氧化钛、氧化锌、氧化铈、铁氧化物(例如fe2o3)等，或包含至少一种前述物质的组合。
紫外吸收层可包括一个均质层或可包含多个子层，例如底漆层和面涂层。底漆层可有助于将面涂层粘附到红外阻挡层上。底漆层例如可包含丙烯酸、聚酯、环氧树脂或包含至少一种前述物质的组合。面涂层可包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、硅酮(如硅酮硬涂层)、聚氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯(如聚甲基丙烯酸酯)、或包含至少一种前述物质的组合。
可以将各种添加剂添加在紫外吸收层中，例如，底漆和面涂层中的任一种或两者，例如着色剂(调色剂)、流变控制剂、脱模剂、抗氧化剂和ir吸收或反射颜料，以及其它。添加剂的类型和每种添加剂的量由红外阻挡层所需的性能决定，以满足用作窗户的规格和要求。
耐磨层可包括有机涂层和无机涂层中的一种或两者。耐磨层可包括sioxcyhz。有机涂层可包含氨基甲酸酯、环氧化物、丙烯酸酯(例如，基于硅酮的丙烯酸酯)、或包含前述至少一种的组合。无机涂层可包括硅酮、氧化铝、氟化钡、氮化硼、氧化铪、氟化镧、氟化镁、氧化镁、氧化钪、一氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氧化钽、氧化钛、氧化锡、氧化铟锡、氧化钇、氧化锌、硒化锌、硫化锌、氧化锆、钛酸锆、玻璃或包含至少一种前述物质的组合。
耐磨层可以通过反应试剂的沉积来施加，例如在真空辅助沉积工艺中使用的那些工艺，以及常压涂层工艺，例如用于将溶胶-凝胶涂层施加到基底上的那些工艺。真空辅助沉积工艺的示例包括等离子体增强化学气相沉积、离子辅助等离子体沉积、磁控溅射、电子束蒸发和离子束溅射。耐磨层可以通过真空沉积技术等离子体增强化学气相沉积(pecvd)、膨胀热等离子体pecvd、等离子体聚合、光化学气相沉积、离子束沉积、离子电镀沉积、阴极电弧沉积、溅射、蒸发、空心阴极活化沉积、磁控管活化沉积、活化反应蒸发、热化学气相沉积或溶胶-凝胶涂层工艺。常压涂层工艺的示例包括pecvd、幕涂、喷涂、旋涂、浸涂和流涂、以及包含至少一种前述的组合。耐磨层可以通过包含前述至少一种的任何技术或组合施加。
包括膨胀热等离子体反应器的用于沉积耐磨层的特定类型的pecvd工艺是优选的。在膨胀热等离子体pecvd工艺中，通过向阴极施加直流(dc)电压来产生等离子体，该阴极在惰性气体环境中电弧化到相应的阳极板。阴极附近的压力通常高于20kpa，例如接近大气压，而阳极附近的压力类似于在等离子体处理室中建立的2至14帕斯卡(pa)的过程压力。然后，近大气热等离子体超声膨胀到等离子体处理室中。
用于膨胀热等离子体pecvd工艺的反应试剂可包括，例如，八甲基环四硅氧烷(d4)、四甲基二硅氧烷(tmdso)、六甲基二硅氧烷(hmdso)、乙烯基-d4或另一种挥发性有机硅化合物。有机硅化合物在电弧等离子体沉积设备中通常在氧气和惰性载体气体如氩气的存在下被氧化、分解和聚合，以便形成耐磨层。
如果存在紫外吸收层和耐磨层两者，则紫外吸收层可以位于红外阻挡层和耐磨层之间。
制品中的一个或多个层可包含添加剂以改变光学、化学和/或物理性质。一些可能的添加剂包括，例如，脱模剂、紫外光吸收剂、整平剂、粘合剂、稳定剂(如热稳定剂等)、润滑剂、增塑剂、流变控制添加剂、染料、颜料、着色剂、分散剂、抗静电剂、发泡剂、阻燃剂、抗冲改性剂等，例如透明填料(例如二氧化硅、氧化铝等)。上述添加剂可以单独使用或与一种或多种添加剂组合使用。
红外阻挡层还可包含红外阻挡颗粒，例如氧化铟锡、氧化锑锡、氟氧化锡(fluorinetinoxide，氟锡氧化物)、氧化钨、或包含前述至少一种的组合。
红外阻挡层可以通过下述来形成：混合主体材料和多个复合光纤形成混合物，以及从混合物形成红外阻挡层。红外阻挡层可以通过下述来形成：混合主体聚合物前体(例如包含一种或多种单体、低聚物和可交联聚合物)和多个复合光纤以形成混合物；以及使主体聚合物前体反应以形成红外阻挡层。形成可包括注射成型、挤出、膜嵌入成型、模内涂布、层压或包含至少一种前述的组合。
该方法可包括熔融主体材料以形成熔融的主体材料。熔融可在混合之前或之后进行。例如，如果多个复合光纤包括光纤覆层，则混合可包括将多个复合光纤与熔融的主体材料混合。在混合和形成过程中，光纤覆层只能部分熔融。光纤覆层的部分熔融可以增强光纤混合到主体材料中，可以有助于保持复合光纤内光子晶体的完整性，并且与相同的、但是包括相同数量的复合光纤且没有光纤覆层的红外层相比可以导致表面粗糙度降低。例如刚好在形成制品之前，光纤覆层的部分熔融可以通过将光纤覆层复合光纤添加到已经熔融的主体材料中来实现。
形成可以包括将混合物注射成型到无光纤区域如离散的无光纤层上；或者，可以将不含复合光纤的层形成到光纤承载层上，例如，通过将不含复合光纤的层背面模塑到光纤承载层上。添加离散层可以通过使用不同的方法进行，所述方法为例如fim、模内涂布、背面模塑、共挤出。
红外阻挡层可以通过任选地通过与无光纤组合物共挤出而挤出混合物来形成，以形成多层制品。挤出后，多层制品可以例如在辊磨机或辊堆中层压。挤出可包括在单螺杆或双螺杆挤出机中挤出。挤出可包括将复合光纤作为母料添加到主体材料中并挤出混合物以形成红外阻挡层。
可以通过形成包括主体层和光纤层的分层堆叠体来形成红外阻挡层。例如，包含多个复合光纤的光纤层可以设置在主体层上，该主体层包含不含复合光纤的主体材料以形成分层堆叠体；并且聚合物层可任选地形成在或粘附到与主体层相对的光纤层的一侧上。复合光纤可包括多个复合光纤束和多个短长度复合光纤中的至少一种。在处理期间，主体层和复合光纤中的一种或两者可以被加热，例如加热到大于或等于主体材料的玻璃化转变温度的温度。例如使用红外辐射，可以选择性地加热主体层以加热主体层的光纤沉积侧。沉积期间升高的温度可有利地促进光纤层中的光纤与主体层的粘附。沉积期间升高的温度可导致光纤部分或完全嵌入到主体材料中。在处理之后，可以加热主体层和光纤层以部分或完全地将光纤嵌入到主体材料中。加热可包括例如在烘箱中加热光纤堆叠体或选择性地例如使用指向光纤层表面的红外辐射加热光纤层表面。
例如通过将聚合物层层压到分层堆叠体上，通过膜嵌入成型(即，通过用熔融聚合物回填包括分层堆叠体的模具)，或通过将聚合物层反应注射成型到分层堆叠体上，聚合物层可以添加在分层堆叠体的光纤层之上。层压可包括将聚合物层堆叠在分层堆叠体上并施加热和压力中的一者或两者，使得复合光纤从主体层和聚合物层中的至少一个嵌入材料中。得到的红外阻挡层可以没有夹带的气泡。聚合物层可包含与主体材料相同或不同的材料，例如聚碳酸酯。在形成红外阻挡层之前，聚合物层可以不含复合光纤。
红外阻挡层可以通过多层共挤出方法形成。例如，可以共挤出不含复合光纤的主体层、包含预成型复合光纤的光纤层和不含复合光纤的任选的聚合物层，以形成红外阻挡层。如本文所用，术语“预成型复合光纤”是指在共挤出之前形成的复合光纤，并且在与主体材料共挤出期间不会自身挤出以形成它们的复合光纤结构。共挤出可以处于高于主体材料的玻璃化转变温度的温度，使得复合光纤在共挤出期间部分或完全嵌入主体层和任选的聚合物层中的一者或两者中。共挤出可包括施加压力。同样地，可以例如使用红外辐射在形成期间或之后加热主体层的光纤侧(即，具有挤出的复合光纤的主体层的一侧)，以便将复合光纤部分或完全嵌入主体材料中。可以在共挤出期间或之后施加热和压力中的一种或两者。复合光纤可包括多个复合光纤束和多个短长度复合光纤中的至少一种。聚合物层可包含与主体材料相同或不同的材料，例如聚碳酸酯。如果聚合物层不与主体材料和多个预先形成的复合光纤共挤出，则可以将聚合物层添加到挤出物的顶部，例如通过将聚合物层层压到挤出物上，通过膜嵌入成型(即，通过用熔融聚合物回填包含挤出物的模具)，或通过将聚合物层反应注射成型到挤出物上。
图7是红外阻挡层的实施方式的图示，所述红外阻挡层例如由分层堆叠体或通过共挤出形成。图7示出了红外阻挡层可包括主体区域72、包含复合光纤20的光纤区域74、以及任选的聚合物区域76。区域之间的边界可以是离散的，使得光纤不位于某个区域的上方和下方。例如，光纤区域74可以分别具有由最高高度和最低高度限定的上边界和下边界，其中复合光纤位于其中，并且主体区域72和任选的聚合物区域76中的一个或两者可以不含有复合光纤20。复合光纤20可以嵌入聚合物材料中，该聚合物材料源自主体区域72和聚合物区域76(如果存在的话)中的一种或两者。值得注意的是，尽管图7示出了复合光纤20，其长度小于制品的长度，复合光纤20的长度可以跨越制品的长度。
制品可以是透镜或窗户。窗户可以是车窗(例如公路车辆、轨道车辆、飞行器或水上交通工具的窗户)或建筑窗户(例如办公楼、学校、商店、温室、住宅楼等的窗户)。制品可以是照明结构，例如前灯或尾灯的、例如用于车辆的透镜。车辆可以是汽车、卡车、船、火车、公共汽车、飞机等。制品可以是窗玻璃。制品可以是透明的或可以是半透明的或可以是不透明的。如果制品是不透明的，则制品可以是汽车外饰(例如贴花或天窗周围的饰边)或者可以是建筑屋顶瓦片。制品可以是红外阻挡层。
在以下实施方式中进一步描述了包含红外阻挡层的上述制品及其制备方法。
实施方式1：一种制品，包括：红外阻挡层，该红外阻挡层包括主体材料和多个复合光纤；其中，多个复合光纤中的每个复合光纤包括造影材料和基质材料；其中造影材料在基质材料中形成光子晶体，当暴露于红外辐射时，该光子晶体表现出光子带隙。
实施方式2：根据实施方式1的制品，其中多个复合光纤包含多个光子带隙光纤；其中光子带隙光纤中的造影材料是棒，所述棒形成造影材料的六边形晶格、蜂窝状晶格、正方形晶格、三角形晶格、笼目晶格或包含前述至少一种的组合。
实施方式3：根据实施方式2的制品，其中每个棒单独地具有5至50微米的棒直径和在所述棒位于其内的复合光纤的长度的5％内的棒长度。
实施方式4：根据前述实施方式中任一项的制品，其中多个复合光纤包含多个布拉格光纤，所述布拉格光纤具有造影材料的同心环的1-d光子晶体排列，所述同心环同心地位于内光纤芯周围。
实施方式5：根据实施方式4的制品，其中造影材料的每个同心环具有环厚度d和平均周期p，其中d/p小于或等于0.3。
实施方式6：根据实施方式4至5中任一项的制品，其中内光纤芯和主体材料各自单独地包含聚碳酸酯，并且其中造影材料的环包含氟化聚合物，具体地聚偏二氟乙烯。
实施方式7：根据前述实施方式中任一项的制品，其中造影材料具有造影材料折射率no，并且基质材料具有基质材料折射率nm；其中no≥1.2nm。
实施方式8：根据前述实施方式中任一项的制品，其中主体材料具有主体折射率nh，并且基质材料具有基质材料折射率nm；其中nm在nh的10％内。
实施方式9：根据前述实施方式中任一项的制品，其中多个复合光纤的平均复合光纤长度为2至10mm。
实施方式10：根据前述实施方式中任一项的制品，其中多个复合光纤的平均最短尺寸为50至1,000微米，不包括任何覆层。
实施方式11：根据前述实施方式中任一项的制品，其中多个复合光纤包含位于复合光纤的外表面上的光纤覆层。
实施方式12：根据实施方式11的制品，其中光纤覆层包含热塑性聚合物，例如聚碳酸酯、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物、或包含至少一种前述物质的组合。
实施方式13：根据实施方式11至12中任一项的制品，其中光纤覆层包含覆层聚合物，并且主体材料包含主体聚合物，并且覆层聚合物和主体聚合物相同。
实施方式14：根据实施方式11至13中任一项的制品，其中基质材料具有基质折射率nm，并且光纤覆层具有覆层折射率nl；其中nl在nm的10％内。
实施方式15：根据实施方式11至14中任一项的制品，其中光纤覆层的厚度为0.1至3mm。
实施方式16：根据前述实施方式中任一项的制品，其中主体材料包含热塑性聚合物，例如聚碳酸酯、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物、或包含至少一种前述物质的组合。
实施方式17：根据前述实施方式中任一项的制品，其中造影材料包括玻璃，例如硫属化物玻璃或含氟聚合物。
实施方式18：根据前述实施方式中任一项的制品，其中造影材料包含热折射材料。
实施方式19：根据前述实施方式中任一项的制品，其中基质材料包含玻璃。
实施方式20：根据前述实施方式中任一项的制品，其中基质材料包含热塑性聚合物，例如聚碳酸酯、聚酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物、或包含前述物质中的至少一种的组合。
实施方式21：根据前述实施方式中任一项的制品，其中基质材料、主体材料和任选的覆层材料是相同的。
实施方式22：根据实施方式21的制品，其中基质材料、主体材料和任选的覆层材料包含聚碳酸酯。
实施方式23：根据前述实施方式中任一项的制品，其中红外阻挡层具有两个主表面，所述主表面具有长度和宽度；其中红外阻挡层的长度l和宽度w中的一个或两个与高度h的比率大于或等于10:1(l:h≥10:1；w:h≥10:1)。
实施方式24：根据实施方式23的制品，还包括与至少一个主表面相邻并包含多个复合光纤的盖层；其中，盖层中的多个复合光纤相对于主表面具有0至20°的平均表层角αk。
实施方式25：根据实施方式23的制品，其中制品包括与主表面中的至少一个相邻的表层区域、与表层区域相邻并且在表层区域和任选的芯区域之间的壳区域；其中，表层区域中的多个复合光纤的平均表层角αk相对于主表面为0至20°；其中，壳区域中的多个复合光纤的平均壳角αh相对于主表面为10至40°；并且，任选的芯区域中的多个复合光纤的平均芯角αc相对于主表面为30至90°。
实施方式26：根据实施方式23至25中任一项的制品，其中至少一个主表面具有如根据asmeb46.1或iso4287测定的小于或等于5微米的粗糙度ra。
实施方式27：根据前述实施方式中任一项的制品，其中制品还包含位于红外阻挡层的表面上的无光纤区域。
实施方式28：根据前述实施方式中任一项的制品，还包括位于红外阻挡层的表面上的平坦化层。
实施方式29：根据前述实施方式中任一项的制品，其中红外阻挡层反射大于或等于10％、或大于或等于25％的波长为800至2,000nm的近红外辐射。
实施方式30：根据前述实施方式中任一项的制品，其中，如使用astmd1003-00、程序b，使用cie标准光源c，通过单向观察，使用3.2mm厚的样品测定的，红外阻挡层具有大于80％的可见光透射率。
实施方式31：根据前述实施方式中任一项的制品，其中，如根据astmd1003-11、程序a，利用cie标准光源c测量的，红外阻挡层具有小于或等于10％的雾度。
实施方式32：根据前述实施方式中任一项的制品，其中制品是窗户或照明透镜。
实施方式33：一种制备前述实施方式中任一项的制品的方法，包括：1)将主体材料和多个复合光纤混合以形成混合物；以及从混合物形成红外阻挡层；其中制品包括红外阻挡层；或2)将主体聚合物前体和多个复合光纤混合形成混合物；以及使主体聚合物前体反应以形成红外阻挡层；其中制品包括红外阻挡层。
实施方式34：根据实施方式33的方法，其中形成包括注射成型、挤出、膜嵌入成型、模内涂布或包含前述至少一种的组合。
实施方式35：根据实施方式33至34中任一项的方法，还包括熔融主体材料以形成熔融的主体材料；其中混合包括将多个复合光纤与熔融的主体材料混合；其中多个复合光纤包括光纤覆层，其中该方法包括在混合和形成过程中仅部分熔融光纤覆层。
实施方式36：根据实施方式33至35中任一项的方法，其中形成包括将混合物注射成型到不含多个复合光纤的基底上。
实施方式37：根据实施方式33至35中任一项的方法，其中形成包括将无光纤区域背面模塑(back-molding)到红外阻挡层上。
实施方式38：根据实施方式33至35中任一项的方法，其中形成包括将混合物与无光纤组合物共挤出。
实施方式39：一种制备实施方式1至32中任一项的制品的方法，包括：形成分层堆叠体，所述分层堆叠体包括不含多个复合光纤的主体层、包含多个复合光纤的光纤层、以及不含多个复合光纤的任选的聚合物层；以及至少部分地将多个复合光纤嵌入主体层和任选的聚合物层中的至少一个中。嵌入可包括施加热、红外辐射和压力中的至少一种。
实施方式40：根据实施方式39的方法，其中至少部分嵌入包括将多个复合光纤至少部分地嵌入主体层中以形成分层堆叠体；并且然后在与主体层相对的光纤层的光纤侧形成聚合物层。
实施方式41：根据实施方式40的方法，其中形成包括层压、膜嵌入成型或反应注射成型。
实施方式42：根据实施方式39至41中任一项的方法，其中至少部分嵌入包括例如通过红外辐射选择性加热分层堆叠体的光纤层表面。选择性加热可在形成任选的聚合物层之前进行。
实施方式43：一种制备权利要求1至32中任一项的制品的方法，包括：共挤出不含复合光纤的主体层、包含多个复合光纤的光纤层、和不含复合光纤的任选的聚合物层；其中复合光纤是预成型光纤；以及将多个复合光纤嵌入主体层和任选的聚合物层中的至少一个中。嵌入可包括施加热、红外辐射和压力中的至少一种。
实施方式44：根据实施方式43的方法，其中共挤出包括共挤出聚合物层。
实施方式45：根据实施方式43的方法，其中共挤出包括共挤出主体层和光纤层以形成挤出物；以及例如通过层压、膜嵌入成型或反应注射成型在挤出物顶部形成聚合物层。
实施方式46：根据实施方式39至45中任一项的方法，其中复合光纤包含多个复合光纤束，所述复合光纤束的平均束长度大于10mm，或大于10mm至制品的长度。
实施方式47：制品用于反射红外光的用途；其中制品包含红外阻挡层，例如前述实施方式中任一项的红外阻挡层，该红外阻挡层包含主体材料和多种复合光纤；其中，多个复合光纤中的每个光纤包括造影材料和基质材料；其中造影材料在基质材料中形成光子晶体，当暴露于红外辐射时，该光子晶体表现出光子带隙。
替代性地，组合物、方法和制品可包含，由或基本上由本文公开的任何合适的材料、步骤或组分组成。所述组合物、方法和制品可以另外地或替代性地配制成使得不含或基本不含任何材料(或物质)、步骤或组分，否则这些材料(或物质)、步骤或组分对于实现该功能或组合物、方法和制品的目的而言不是必需的。
术语“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的项目。除非上下文另有明确说明，否则术语“或”表示“和/或”。整个说明书中对“一个实施方式”、“另一实施方式”、“一些实施方式”等的引用意味着结合该实施方式描述的特定元件(例如，特征、结构、步骤或特性)包括在本文描述的至少一个实施方式中，并且可以存在或不存在于其他实施方式中。另外，应该理解，所描述的元件可以在各种实施方式中以任何合适的方式组合。“任选的”或“任选地”表示随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的示例和事件不发生的示例。符号“±10％”表示所指示的测量值可以是从中减去10％的量到加上所述值的10％的量。术语“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。
除非本文另有相反说明，否则所有测试标准均为本申请提交日期的最新标准，或者，如果要求优先权，则为出现测试标准的最早优先权申请的提交日期。
针对相同组件或属性的所有范围的端点包括所述端点，可独立组合，并包括所有中间点。例如，“至多达25重量％，或更具体地5至20重量％”的范围包括端点并且包括“5至25重量％”，如10至23重量％等)范围内的所有中间值。
除非另外定义，否则本文使用的技术和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。
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虽然已经描述了特定实施方式，但是申请人或本领域其他技术人员可以想到当前无法预料或可能无法预见的替代、修改、变化、改进和实质等同物。因此，所提交的和可以修改的所附权利要求旨在涵盖所有这些替代、修改、变化、改进和实质等同物。
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