CN101595267A - 具有增强的辐射透射能力的多层结构部件 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了中空多层结构部件(40,70,90)。这些部件可包括多个间隔板材,所述板材透射入射辐射并与补强构件连接;其中至少一个板材的一个表面的至少一部分包括多个辐射透射性增强要素(120,130,140,150,160,170,180)。本发明还披露了形成中空多层结构部件(40,70,90)的方法。
Description
发明背景
本发明总体上涉及能够增强入射辐射透射性的多层结构部件和形成该多层结构部件的方法。
由塑料材料如聚碳酸酯或丙烯酸类树脂制成的各种塑料板材结构件是已知的并可商购。可获得透明或半透明形式的这种板材以用于各种应用。透明或半透明塑料板材以不同的方式组合而形成多层板结构件(multi-wallsheet structure),所述结构件用于诸如屋顶、窗口、立面玻璃窗(vertical wallglazing)等需要透光的应用。通常,当辐射照射到表面上时,发生反射、透射和吸收的某种组合。当可见光照射到塑料表面上时,可忽略塑料对光的吸收,因此仅考虑反射和透射的模式。因而,如果“R”表示反射光中的电矢量振幅百分率,则透射光中的电矢量振幅百分率大体上为(100-R)。入射在透明表面上的可见光的反射率可由式1给定:
R/E=(ncosφ’-cosφ)/(ncosφ’+cosφ) (式1)
其中“R”表示反射光中的电矢量振幅,“n”为透明介质的折射率,“φ”为入射角,φ’为折射角。“E”表示入射光中的电矢量振幅。在垂直入射时,φ和φ’为0,因而透射率由式2给定:
R2/(E)2=((n-1)/(n+1))2 (式2)
其中“R”、“E”和“n”如前所述。对于垂直入射光,根据式2得出:对于折射率为1.5的玻璃表面,空气/玻璃界面处的反射值为0.08,或者该入射光的8%被反射。通常,当太阳辐射以垂直入射的方式作用于塑料板材时,由于空气/塑料材料折射率的失配,可反射最多约88%的光。由此决定了透过塑料板材的最大权利。在多层塑料板结构件中,由于存在多个空气/塑料材料界面,因而透光效率进一步降低。
玻璃板屋顶系统(glass sheet roofing system)通常提供良好的透光性和多功能性。然而,这些系统的成本和维护限制了它们的应用并且不利于它们获得市场认可。玻璃板屋顶系统产生的初始费用是玻璃板本身的成本以及用于支撑玻璃极大重量的结构件的成本。除了初始费用以外,这些系统弱的保温能力及其易受损性导致高额的操作和维护费用。对于园艺行业而言尤为如此,其中温室利润率(greenhouse profit margin)可能由于这些支出而显著降低。
因此,生产出具有多层设计的聚合物板材,从而赋予玻璃板系统改善的抗冲击性和改善的保温性能。这些益处可带来降低的操作和维护费用。然而,聚合物多层板的透光率低于玻璃,由此可降低温室的作物总产量。例如,尽管不受限于理论,但已证实总透光率的约1%的提高可引起作物产量的约5%的增加。因而,对于商用温室,非常期望改善屋顶材料的透光率。
因而,需要不仅具有优异的结构刚度,还可透过增加量的入射辐射(例如电磁辐射或可见辐射)的多层板结构件。
发明内容
在一种实施方案中,披露中空多层结构部件,该中空多层结构部件包括透射入射辐射的多个间隔板材。所述板材与补强构件(reinforcing member)连接,其中至少一个板材的一个表面的至少一部分包括多个辐射透射性增强要素(radiation transmission enhancing element)。
在另一实施方案中,披露包括中空多层结构部件的玻璃窗结构件(glazing structure)。该玻璃窗结构件包括多个间隔塑料板材,所述塑料板材透射可见光并与补强构件接合。至少一个板材的至少一个表面包括多个辐射透射性增强纳米结构要素。
在再一实施方案中,披露提高中空多层结构部件的辐射透射性的方法。该方法包括在中空多层板结构件的多个间隔板材中的至少一个板材的一个表面的至少一部分上形成辐射透射性增强结构,其中所述板材与补强构件连接。
在一种实施方案中,披露多层结构部件。该多层结构部件可包括:顶板、底板以及设置在顶板和底板之间并与顶板和底板连接的补强构件。辐射透射性增强要素可设置在多层结构部件的表面上,其中所述辐射透射性增强要素具有在其底部处测量时约30微米至约3毫米的宽度。该多层结构部件可具有依据ASTM D-1003-00测量时大于或等于约70%的平均透光率,其中以从约-80°至约80°的入射角并以约10°的增量对透光率进行测量。
在一种实施方案中,形成多层结构部件的方法可包括:将聚合物转变为聚合物熔体;将聚合物熔体挤出形成多层结构部件;在多层结构部件的表面上形成辐射透射性增强要素。
在另一实施方案中,形成多层结构部件的方法可包括:形成顶板;在顶板上形成辐射透射性增强要素;形成底板;形成补强构件(18);将顶板、底板和补强构件组装成多层结构部件。辐射透射性增强要素可采用选自下列的方法形成:注塑法、溶剂辅助微模塑法、转移微模塑法、熔融聚合物沉积法、复制模塑法、平版印刷法、自组装法、激光雕刻法和包括前述方法中至少一种的组合。
在一种实施方案中,自然采光结构件包括:屋顶和能够支撑该屋顶的结构件。屋顶包括多层板,该多层板包括设置在其表面上的辐射透射性增强要素,其中所述辐射透射性增强要素具有在表面特征的底部处测量时约30微米至约3毫米的宽度。
附图说明
参照附图阅读以下详细说明时将更好地理解这些和其它特征,在附图中,相同的标记始终表示相同的部分。现参考附图,其中相同的要素以相同的标记表示。
图1是示范性多层板的斜视图。
图2是示范性多层板的局部截面图。
图3是示范性棱形板的斜视图。
图4是1步线性制造方法(1-step linear production process)的示意图,该方法包括:使用具有多层板特征和制造多个辐射透射性增强要素用特征的模具,制造具有多个辐射透射性增强要素的中空多层结构部件。
图5是沿垂直于挤出生产线的线5-5截取的图4的模具的截面图。
图6是沿垂直于挤出生产线的线6-6截取的图4的中空多层结构部件的截面图。
图7是2步法的示意图,该方法包括:使用模具形成中空多层板,然后在中空多层板的多个表面上压印多个辐射透射性增强要素,以制造具有多个辐射透射性增强要素的中空多层结构部件。
图8是沿垂直于挤出生产线的线8-8截取的图7的模具的截面图。
图9是沿垂直于挤出生产线的线9-9截取的图7的中空多层板结构件的截面图。
图10是2步法的示意图,该方法包括:使用图7的模具形成中空多层板,然后在中空多层板的多个表面上涂布多个辐射透射性增强要素,以制造具有多个辐射透射性增强要素的中空多层结构部件。
图11是沿垂直于挤出生产线的线11-11截取的图10的中空多层板结构件的截面图。
图12是2步法的示意图,该方法包括:使用模具形成中空多层板,然后使用雕刻辐射聚焦光束进行垂直扫描以在中空多层板的多个表面上雕刻多个辐射透射性增强要素,以制造具有多个辐射透射性增强要素的中空多层结构部件。
图13是沿垂直于挤出生产线的线13-13截取的图12的中空多层结构部件的截面图。
图14示出可用于本文披露的中空多层板结构件的作为示范性辐射透射性增强要素的各种形状的结构。
图15示出两条百分比透光率随入射角(波长为500纳米的入射光)变化的曲线(分别属于具有三角形辐射透射性增强要素的表面和没有辐射透射性增强要素的表面)。
图16示出三条百分比透光率随入射光波长变化的曲线(分别属于具有三角形辐射透射性增强要素的表面、具有层状辐射透射性增强要素的表面和没有辐射透射性增强要素的表面)。
图17是透光率随入射角变化的示意图。
具体实施方式
由热塑性树脂制造的各种挤出板结构件是已知的并可商购。热塑性树脂例如聚碳酸酯和丙烯酸类树脂已用于制造透明或半透明板材。使用适宜的塑模或模具挤出的热塑性树脂通常制成多层板(MWS)或多层板结构件(MWSS)。MWSS通常包括两个或更多个间隔的水平板层,其中将板材挤出,使板材保持在一起并与以不同的名称称为肋材(rib)、支柱、板条、网等的各种补强构件接合或连接。MWSS的总厚度部分地取决于水平板材的数量、各板材的厚度以及将板材保持在一起的补强构件的尺寸。这种MWSS有时也称作中空多层板结构件(HMWSS),因为包含补强构件的部分中存在空气间隙。
当沿着水平板材所在的平面(即沿着相对于挤出方向的截面)观察HMWSS时,可看到各种图案,有时也称作“单元图案”(例如正方形、矩形、三角形和梯形),这些图案由分隔水平板材的垂直或垂直取向补强构件形成。
可使用各种补强构件。例如,可使用垂直肋(vertical rib)、水平肋(horizontal rib)或角肋(angled rib)或者前述肋材的各种组合作为补强构件。角肋的一种实例为对角肋(diagonal rib)。当沿垂直于挤出方向的方向(即在板材的水平表面上)施加压力时,垂直肋由于抗挠曲而提供良好的机械性能。垂直肋之间包括角肋例如对角肋改善了挠曲刚度和扭转刚度。在一种实施方案中,可在每个矩形或正方形单元中均存在对角肋。在另一种实施方案中,可在每隔一个的矩形单元中存在对角肋。还可根据特定的最终应用采用其它的周期性对角肋布置。HMWSS还具有良好的保温性能。由水平板材和垂直取向补强构件的组合形成的单元结构的存在提供了大量有助于改善保温性能的空气间隙。
本文所述的HMWSS用于各种应用。例如,在商用和民用建筑领域作为玻璃窗(glazing)用于要求机械强度、透光性和保温性能的组合的屋顶、天窗和窗口。HMWSS可用于垂直或水平面或者具有任意斜度的斜面,并且对于耐受自然现象例如风和冰/雪堆积造成的应力特别有效。HMWSS的保温性能有益于气候控制应用。
然而,如上所述,需要能够增强入射辐射透射性的改善的HMWSS。因而,在本发明的一方面中,中空多层结构部件包括:多个间隔板材,所述板材对于入射辐射是透明的并与补强构件连接;其中至少一个板材的一个表面的至少一部分包括多个辐射透射性增强要素(以下有时缩写为“RTEE”)。由缩写“HMWSC”表示的术语“中空多层结构部件”是指在至少一个板材的一个表面的至少一部分上具有多个RTEE的中空多层板。
当可见光入射在空气/透明表面界面时,在透明表面具有透明涂层构成的纳米尺寸表面奇点(surface irregularity)或小于入射可见光波长的波纹的情况下,微细特征的波动效应引起相长干涉或相消干涉。当特征的尺寸与入射光(辐射)的波长相当时,相消干涉允许入射辐射透过。当特征的尺寸明显小于入射光(辐射)的波长时,零级衍射光栅发挥作用。所述特征形成渐变折射率而不是陡度折射率(The features form a graded refractive index instead ofa sharp gradient)。这些特征有助于消除锐边界(sharp boundary),因而辐射不会辨识出折射率失配。表面奇点可包括孔洞或凸块或纤维状凸起。因而,透光量增加,半球反射引起的反光量减少。这种现象也称作“抗反射”。在没有这种纳米尺寸结构的情况下,通常小于90%的入射光透过玻璃表面。在纳米尺寸结构的状况下,介质的有效折射率(n有效)减小,从而接近空气的折射率,空气的折射率接近真空折射率并且出于所有实际应用的目的可取作1。在这些条件下,透明表面基本上透射全部入射可见光。n有效由数学表达式3表示:
n有效=(na*ns)0.5 (式3)
其中na和ns分别表示在给定的波长下空气和透明基底的折射率。因而,由此得出当对透明基底的表面进行改性以使na等于或非常接近ns时,给定波长下的有效折射率分别为1或非常接近1。当透明玻璃表面覆盖有小于入射光波长的微细波纹时,观察到类似的可见光透射性增强。这种表面外观通常称为“蛾眼”抗反射表面,因为先前曾猜测覆盖夜间飞蛾眼睛的亚波长凸起阵列具有降低蛾眼反射性的作用而使飞蛾不易被捕食者发觉。
将上述构思应用于HMWSC,其中至少一个板材的一个表面的至少一部分包括多个RTEE,RTEE的尺寸小于入射辐射的波长。因而,本文披露的HMWSC不仅具有多层板结构件的优异机械性能还具有优异的辐射透射能力。增强的辐射透射能力是入射辐射与RTEE相互作用的结果,所述RTEE通常可视为亚波长光栅。此外,可对纳米结构RTEE进行设计,以利用零级光栅调节自干涉用衍射光学元件来实现几乎定量的辐射透射(nano-structured RTEEs can be engineered to achieve almost quantitativeradiation transmission by leveraging diffractive optics for self-interference usingzeroeth order gratings)。
在一种实施方案中,板材表面上的RTEE的尺寸和间隔周期小于入射辐射的至少一部分的平均波长。在另一实施方案中,板材表面上的RTEE的尺寸和间隔周期为入射辐射的至少一部分的平均波长的约四分之一至约二分之一。在再一实施方案中,RTEE的尺寸和间隔周期或者长宽比为入射辐射的至少一部分的平均波长的0.1倍至100倍。术语“平均波长”由入射辐射中所关注的部分中存在的所有波长的平均值给定。实际上具有任意波长的各种辐射可用于本文披露的HMWSC。在一种实施方案中,入射辐射包括电磁辐射。术语“电磁辐射”在本文中定义为具有任意波长大小的任意光辐射。在另一实施方案中,入射辐射包括红外辐射,例如波长为约3000纳米至约800纳米的红外辐射。在再一实施方案中,入射辐射包括微波辐射。此外,入射辐射可具有可见、红外或微波范围内的一种或多种辐射波长。在具体实施方案中,入射辐射包括属于电磁谱可见部分的光,例如人眼正常感知的可见光。在其它实施方案中,入射辐射包括波长为约250纳米至约800纳米以及约400纳米至约700纳米的可见光。在再一实施方案中,本文披露的HMWSC还可采用波长为厘米级或米级的入射辐射。还可使用包括上述波长的一种或多种子范围的入射辐射。在这种情况下,可选择RTEE的尺寸,以相对于入射辐射中存在的其它波长选择性地增强特定波长或波长范围的透射性。
可依据相对于入射辐射波长的尺寸对RTEE进行分类。因而,如本文所限定的,纳米结构RTEE的尺寸小于入射辐射的波长,微观结构RTEE的尺寸约等于入射辐射的波长,宏观结构RTEE的尺寸大于入射辐射的波长。在一种实施方案中,在纳米结构RTEE的情况下,可利用零级光栅实现透射性增强。在另一实施方案中,在微观结构RTEE的情况下,可采用影响衍射干涉的方法实现透射性增强。在再一实施方案中,在宏观结构RTEE的情况下,可采用能够提供四分之一波片干涉的方法实现透射性增强。
在一种实施方案中,RTEE选自纳米结构要素、微观结构要素和宏观结构要素。此外,RTEE可以为凸起形式(例如凸面结构)或凹陷形式(例如凹面结构)。这些凸起的长宽比(长度比宽度)可以为0.1至100。RTEE可具有不同的高度或深度,并可以不同的间距值设置在HMWSC的表面上。术语“间距”在本文中是指任意两个相邻的RTEE之间的距离或平均距离。当利用纳米结构RTEE增强可见光的透射性时,纳米结构RTEE的深度在一种实施方案中为约100纳米至约1000纳米,在另一种实施方案中为约200纳米至约800纳米。在再一实施方案中,纳米结构RTEE可相隔约200纳米至约1000纳米的距离,以及约200纳米至约800纳米的距离。
可使用各种形状的RTEE。在一种实施方案中,RTEE包括层状要素、三角形要素、金字塔形要素、柱形要素、锥形要素、立方形要素、梯形要素、正弦曲线形要素(sinusoidal-shaped element)、锯齿形要素、正弦曲线绝对值形要素(abs(sin)-shaped element)、摆线形要素、纤维状要素及其组合中的至少一组。图14示出了RTEE可采用的一些形状,例如梯形RTEE 120、锯齿形RTEE 130、正弦曲线形RTEE 140、层状RTEE 150、三角形RTEE 160、正弦曲线绝对值形RTEE 170和摆线形RTEE 180。
RTEE可以多种不同的方式设置在接收入射辐射的表面上。因而,RTEE的布置可包括周期性阵列、随机阵列、半周期性阵列和随机半周期性阵列。周期性阵列的实例包括正方形周期性阵列和六边形周期性阵列。已知随机半周期性RTEE阵列明显减少光的衍射,特别是对于波长较短的可见光波长范围和大的入射角。这些类型的特征可弥补任意制造缺陷,例如制造RTEE的过程中可能出现的尺寸变化或形状变化。
可使用纳米结构要素作为RTEE以增强HMWSC的一个或多个可见光透明塑料板材对可见光或其它类型辐射的透射性。HMWSC提供了制造各种高性能制品例如建筑屋顶、墙壁、玻璃窗、汽车玻璃窗、挡风板、显示漫射元件、光增强元件、指示牌、温室屋顶、运动场屋顶、窗口、天窗、车顶或玻璃窗、太阳能烟囱、光漫射制品或者通讯部件的机会。光漫射制品包括用于显示装置如照明装置、标志和投影电视或视频监视器的屏幕的漫射元件。它们还可用于文字处理器、计算机和电视机的各种显示器,用于液晶显示器的光增强表面和漫射板,光学透镜如透明塑料制成的太阳镜镜片、眼镜镜片、照相机取景镜片,各种仪器的罩体,建筑物、汽车和有轨电车的风挡玻璃表面,曲面镜,后视镜,护目镜,个人电脑和文字处理器的显示器,其它各种商用显示器。
对于温室屋顶应用,可使用HMWSC选择性地控制入射在植物上的光强和温室内的温度。另外,可以各种方式改进HMWSC,以便允许可见光进入并反射远红外辐射。此外,HMWSC可包含适当的添加剂以使其在实际使用时更加坚固,例如对太阳辐射中的紫外辐射引起的老化具有抗性的添加剂,以及使HMWSC耐候性更好的添加剂。此外,用于制造HMWSC的塑料基材可以是具有适当的热膨胀系数以有效用作温室屋顶材料的塑料基材。HMWSC结合了下述所需的属性:低的塑料材料成本、低的材料重量、良好的机械性能(如抗拉强度、挠曲模量、刚度等)、良好的保温性能以及由于RTEE而增强的辐射透射能力。屋顶覆盖材料可由任意材料如热塑性材料制造。示范性材料包括:聚烯烃,例如聚乙烯、聚丙烯等;聚碳酸酯,聚酯,聚丙烯酸酯如聚丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸甲酯;聚芳酯。在具体实施方案中,由作为单体或共聚单体的双酚A制备的聚碳酸酯由于其良好的机械性能和高的光学透明性而可用于制造温室屋顶。例如,可使用透光率高达约92%的双酚A型均聚碳酸酯。因而,可采用本文描述的方法制造聚碳酸酯HMWSC,该聚碳酸酯HMWSC具有强的冲击强度以耐受冰雹、与保温玻璃相当的保温性能、抵御UV老化的保护性、持久的耐候性和透光性。在其它实施方案中,HMWSC可具有双层构造或三层构造,所述构造可各自独立地具有约5毫米至约100毫米或者10毫米至约60毫米的总厚度。构成HMWSC的板材各自的壁厚可为0.1毫米至15毫米。所述构造还可用于制造温室屋顶。此外,可将温室屋顶构造成自支撑,从而减少对框架结构的需求。
可在上述构思的范围内改进HMWSC,以使板材定向以进一步增强透光性。此外,可进行各种改进以进一步增强HMWSC的效用。因而,例如塑料材料可包含将UV光转变为可见光的添加剂以提高可见光的透射量。在其它实施方案中,塑料材料可包括:用于进一步增强透光性的多层涂层;有利于表面(外表面或内表面)自清洁的涂层;避免或减少水分或其它物质在表面上凝聚的涂层;或者防止生物物质如蛋白质、藻类等沉积的涂层。例如,在涂层没有降低板材的强度或透光性而使板材失去效用的情况下,可在板材的任意表面上设置一个或多个涂层以改善板材的性能。示范性涂层可包括抗真菌涂层、疏水涂层、亲水涂层、光色散涂层(light dispersioncoating)、抗凝聚涂层、耐划涂层等。可使用上述涂层中的多种涂层以进一步增强HMWSC的功能性。HMWSC还可形成光伏装置或将辐射转变为电力的任意装置的一部分,通过提高入射在光敏材料上的辐射透射量,进而增加发电量。
转向包括HMWSC的补强构件,可使用本领域已知的各种补强构件布置。例如,根据所期望的最终应用的性质,可达到获得最佳HMWSC所需的适量的垂直肋和水平肋。可使用各种不同的材料制造本文披露的HMWSC。在一种实施方案中,板材和补强构件独立地包含透明材料,所述透明材料包括聚合物或塑料材料、玻璃、陶瓷、透明金属或硅。由于已知硅对红外辐射是透明的,因而可使用具有与入射红外辐射波长相当的适当的尺寸和周期性的RTEE,以提高红外辐射透射率。特别使用聚合物材料制造商用HMWSC。聚合物板材和补强构件可独立地包含丙烯酸类树脂、聚碳酸酯、聚烯烃、聚酯或聚氯乙烯。丙烯酸类树脂的实例包括聚(丙烯酸甲酯)和聚(甲基丙烯酸甲酯)。特别可使用聚碳酸酯,因为其具有高的韧性、良好的透明度和良好的模压加工性。
本发明的另一方面是包括中空多层结构部件的玻璃窗结构件。该玻璃窗结构件包括多个间隔塑料板材,所述板材对可见光是透明的并与补强构件接合,其中至少一个板材的至少一个表面包括多个辐射透射性增强纳米结构要素。这种玻璃窗结构件可用于制造温室屋顶,运动场屋顶,窗口,天窗,车体、车顶或玻璃窗,太阳能烟囱,指示牌或通讯部件。在所有这些情况下,由于单元结构的存在,还可实现保温,所述单元结构由垂直取向补强构件与水平板材表面的网格形成。
塑料板材和补强构件独立地包含热塑性聚合物。可使用的热塑性聚合物为低聚物,聚合物,离聚物,树枝状聚合物,共聚物例如嵌段共聚物、接枝共聚物、星型嵌段共聚物、无规共聚物等,或者包括前述聚合物中至少一种的组合。可用作第一板材和第二板材的热塑性聚合物的适当的实例为聚缩醛、聚丙烯酸类、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚芳酯、聚芳砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯并噁唑、聚噁二唑、聚苯并噻嗪并吩噻嗪(polybenzothiazinophenothiazine)、聚苯并噻唑、聚吡嗪并喹喔啉(polypyrazinoquinoxaline)、聚均苯四酰亚胺、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚羟吲哚、聚氧代异二氢吲哚(polyoxoisoindoline)、聚二氧异二氢吲哚、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚吡咯烷、聚碳硼烷、聚氧杂二环壬烷(polyoxabicyclononane)、聚二苯并呋喃、聚苯酞、聚缩醛、聚酐、聚乙烯醚、聚乙烯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯基酮、聚卤代乙烯、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚磺酸酯、聚硫化物、聚硫酯、聚砜、聚磺酰胺、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷等或包括前述热塑性聚合物中至少一种的组合。在一种实施方案中,塑料板材和补强构件独立地包含丙烯酸类树脂、聚碳酸酯、聚烯烃、聚酯或聚氯乙烯。所使用的聚碳酸酯树脂通常通过界面缩聚法或熔融聚合法由二元酚与碳酸盐前体获得。二元酚的典型实例包括2003年11月6日公布的美国专利申请No.20030207082A1所披露的那些,在此引入其全部内容作为参考。在具体实施方案中,由2,2-二(4-羟苯基)烷和/或双酚A制成的聚碳酸酯可用于制造本文披露的HMWSS。
还可使用热塑性聚合物的共混物。热塑性聚合物的共混物的实例包括2005年1月26日公布的美国专利申请No.20050112331A1披露的那些材料,在此引入其全部内容作为参考。
如有必要,用于HMWSC的热塑性聚合物还可包含热固性聚合物。热固性聚合物的实例为聚氨酯、天然橡胶、合成橡胶、环氧、酚类、聚酯、聚酰胺、有机硅等以及包括前述热固性聚合物中任意一种的混合物。
用于形成HMWSC的模塑组合物还可包含混合于其中的一种或多种阻燃剂。可使用本领域已知的用于制备对入射辐射(如可见光)透明的模塑透明组合物的任意阻燃剂。还可添加所需量的其它添加剂,例如2005年1月26日公布的美国专利申请No.20050112331A1(在此引入其全部内容作为参考)披露的例如抗氧化剂、防滴剂、抗臭氧剂、热稳定剂、抗腐蚀添加剂、冲击改性剂、紫外(UV)吸收剂、脱模剂、填料、抗静电剂、流动助剂、冲击改性剂、颜料、染料等。
没有RTEE的HMWS的厚度可以为约1毫米至约100毫米。在一种实施方案中,HMWS的厚度可以为约5毫米至约100毫米。在另一实施方案中,HMWS的厚度可以为约10毫米至约60毫米以及约2毫米至约20毫米。在再一实施方案中,HMWS的厚度可以为约2.5毫米至约15毫米。肋材之间的间距可以为约2毫米至约50毫米。在一种实施方案中,肋材之间的间距可以为约3毫米至约30毫米,在另一实施方案中,肋材之间的间距可以为约4毫米至约25毫米。在再一实施方案中,肋材之间的间距为约5毫米至约20毫米。构成HMWS部件的各部件如塑料板材或补强肋的厚度可以为0.1毫米至约16毫米。
当沿着垂直于挤出方向的截面观察HMWS以使最长边沿水平方向时,可看到位于上表面和下表面之间的一系列水平层以及一系列垂直取向肋或补强构件。垂直取向肋或补强构件沿HMWS的长度方向并分隔所述水平层。垂直取向肋可包括垂直肋、对角肋或其它角肋的任意组合,所述角肋相对于其所分隔的层呈其它角度的方向。当沿截面观察这种布置时,可看到存在各种形状的单元。
在一种实施方案中,垂直和交叉补强构件或肋材的数量可根据最终应用而改变。对角肋可提高刚度,例如沿垂直方向测量的各板材的比刚度。比刚度由刚度与板材重量之比给定。
用于形成HMWSC的HMWS可具有在一种实施方案中大于或等于约4千焦/平方米,在另一实施方案中大于或等于约6千焦/平方米,在再一实施方案中大于或等于约8千焦/平方米的缺口艾佐德冲击强度。
可通过多种方法制造HMWS。在大量多层板应用和光学应用中对塑料板材或膜的规定可能十分严格,其中包括以下要求:热塑性基底在加工时不应形成任何气泡或孔洞;应显示出极小的光学双折射;应具有小的厚度公差或变化、小的曲率、小的热收缩和低的表面粗糙度。一般而言,可分为两种主要方法。在第一种方法中,采用两步处理,其中第一步是HMWS(中空多层板)的形成,即没有RTEE的HMWSC。可通过本领域公知的制造多层板的任意方法形成HMWS。在第二步中,通过适当的方法在水平板材的表面上形成RTEE。在第二种方法中,HMWS和RTEE在单步操作中形成,进而形成HMWSC。以下更详细地描述这些方法。
可通过聚合物加工方法如挤出和/或注塑(例如在制成一体式结构的情况下)形成板材。例如可如下制造HMWS:熔融共混聚合物原料和其它所需的添加剂,然后使用例如单螺杆和双螺杆挤出机、Buss捏合机、开炼机(rollmill)、韦林氏捣切机、亨舍尔混合机、螺旋混合机(helicone)、生胶混炼机等或者包括前述熔融共混设备中至少一种的组合在单个步骤中成型。可有利地使用线性连续生产方法(linear,continuous production technique)如挤出法,因为所述方法通常提供改善的操作效率、更大的生产率并能够以较低的成本实施。在连续生产操作的一种具体实例中,采用单螺杆挤出机挤出聚碳酸酯熔体(例如商购自SABIC Innovative Plastics LLC,Pittsfield,MA)。将聚碳酸酯熔体送入轮廓模,该轮廓模能够成型具有图1所示多层结构部件10的截面的挤出制品。通常将热塑性聚合物、热塑性聚合物的共混物或者热塑性聚合物与热固性聚合物的共混物与任意其它所需的添加剂一起送入挤出机的注入口。还可将添加剂以母料的形式送入挤出机。多层结构部件10行进通过整形设备(sizing apparatus)(例如包括整形模(sizing die)的真空槽),然后冷却至其玻璃化转变温度(例如约297°F(147℃))以下。
在涉及制造多层板(其中第一和/或第二板材包括多层)的一种实施方案中,可采用共挤出法制造多层板。可采用各种方法以保证形成优质的HMWS,例如2005年1月26日公布的共同转让美国专利No.20050112331A1中披露的那些。在一种实施方案中,以一种共挤出多层HMWS的方式,将来自不同挤出机的熔体流送入进料头式模具(feed block die),其中不同的熔体流在进入该模具之前组合。在另一实施方案中,将来自不同挤出机的熔体流送入多管内部组合模具(multi-manifold internal combining die)。不同的熔体流单独进入模具并仅仅在终端的模孔内汇合。在再一实施方案中,将来自不同挤出机的熔体流送入多管外部组合模具。外部组合模具具有用于不同熔体流的完全分离的多管以及流体单独离开模具所经过的不同的孔口,所述流体仅仅在模孔出口以外汇合。各层在仍处于熔融状态的同时于模具的下游组合。用于制造多层HMWS的示范性模具为进料头式模具。在示范性实施方案中,用于共挤出多层板的挤出机分别为单螺杆挤出机。如有必要可任选地在开炼机中压延共挤出板材。
在一些实施方案中,可在单个步骤中形成多层部件并同时形成辐射透射性增强要素。在其它实施方案中,可单独形成多层部件的各种板材和补强构件中的一个或多个,然后可组装成多层部件。可在一个或多个板材和/或补强结构件形成的同时在其上形成辐射透射性增强要素,和/或可根据需要随后在其上形成辐射透射性增强要素。形成辐射透射性增强要素的一些示范性方法包括注塑法、溶剂辅助微模塑法、转移微模塑法、熔融聚合物沉积法、复制微模塑法、平版印刷法、自组装法、激光雕刻法以及包括前述方法中至少一种的组合。
现参考图1,示出了总体标记为10的示范性多层结构部件的斜视图。在该图中,多层结构部件10具有多层设计,该设计包括顶板12、底板16和连接于其间的补强构件18。顶板12上设置有多个辐射透射性增强纵向要素14,所述要素能够使光定向、漫射、偏振以及包括前述中至少一种的组合。在自然采光结构中,屋顶可包括该多层结构部件10并具有用于支撑该屋顶的结构部件。
辐射透射性增强纵向要素14可设置在多层结构部件10的任意表面上。例如,现参考图2,图2是示范性多层结构部件10的局部截面图,该多层结构部件10包括设置在顶板12的顶面和底面上以及设置在底板16的顶面和底面上的辐射透射性增强纵向要素14。尽管未示出全部可能的构造,但应当理解的是光学表面特征可用于任意板面。
现参考图3,示出了总体标记为20的示范性棱形板材的斜视图。在该图中,板材20具有多层设计,该设计包括顶板22、底板26和补强构件28。顶板22包括多个辐射透射性增强金字塔形要素24。
辐射透射性增强金字塔形要素24由于其棱形几何结构而能够使光射向板材。类似于上述辐射透射性增强纵向要素14,辐射透射性增强金字塔形要素24也可具有能够使光定向、漫射和/或偏振的任意形状。例如,除了所示的金字塔形结构以外,表面特征还可具有如下形状:多面体形(例如任意多面三维几何形状)、圆形(例如凸块、凹坑、锥体)、不规则形状等以及包括前述中至少一种的组合。
本文所述的表面特征(例如辐射透射性增强纵向要素14、辐射透射性增强金字塔形要素24)为辐射透射性增强要素。在一些实施方案中,辐射透射性增强要素可以是任意光学表面特征,该光学表面特征具有沿其底部测量时长约30微米至约3毫米的宽度。
图4示出了制造HMWSSC的方法。将塑料原料进送到挤出机30中,该挤出机30将熔融物料送入模具32。然后通过定径套(calibrator)36拉制挤出物料以制造HMWSS-140。图5示出了模具32的内部结构特征,其中矩形单元形成中空多层板的结构特征,外表面和内表面上存在的精细结构形成HMWSC 40中的RTEE。图6示出了HMWSS 40的详细结构。由于模具膨胀效应,与图5所示的模具的尺寸相比,HMWSC的尺寸相对较大。
如图7所示,在制造HMWSC的方法的另一方面中,将塑料原料进送到挤出机30中,该挤出机30将熔融物料送入模具50,该模具50具有图8所示的结构。获得作为挤出制品的中空多层板,该中空多层板随后经过具有多个压印辊60的区域,以形成HMWSC-270,图9示出了HMWSC-270的结构。在与压印机接触的塑料表面上形成RTEE。可采用本领域已知的各种压印方法和各种压印机设计形成RTEE。原则上,压印机上的压印结构可具有任意尺寸。在一种实施方案中,可根据需要形成RTEE的表面的数量,使用一个或多个压印辊。此外,可通过适当地设置压印辊,在通过模具50制成的中空多层板的至少一个表面的至少一部分上形成RTEE。在具体实施方案中,可使用能够形成适于增强可见光透射性的RTEE的适当的压印机。
图10示出了制造HMWSC的方法的再一方面。将如上所述使用模具50制造的中空多层板挤出制品送至一系列涂层配送器(coating dispenser)80,从而形成RTEE和所需的HMWSC-390。图11示出了HMWSC-3的结构。涂层配送器原则上可配置成配送覆盖RTEE整个尺寸范围的各种厚度的涂层。在具体实施方案中,可使用能够沉积适于增强可见光透射性的RTEE的适当的涂层配送器。可采用本领域已知的各种方法以及涂层配送器结构和配置。
如图12所示,在制造HMWSC的方法的再一方面中,将使用模具50制成的中空多层板挤出制品送至雕刻辐射束光学组件(engraving radiationbeam optical assembly)100。可采用各种光束整形、光束分离和光束再聚焦(beam-refocusing)方法,使具有适当能量的激光束精确对准中空多层板表面的塑料表面目标区域,从而形成具有RTEE的HMWSC-4110。在激光雕刻法的一种实施方案中,可使用多个激光辐射源以保证在不破坏HMWSC的其它部分的情况下雕刻RTEE。图13示出了HMWSC-4110的示意性结构。一方面,激光通过将塑料材料从表面上烧蚀掉而形成RTEE。激光辐射在表面上给定位置处的持续时间、激光辐射在给定位置处的强度以及激光束的宽度是能够大范围变化的一些参数并且相互独立,以制造具有各种结构外形的RTEE。
在制造HMWS时,通常观察到离开挤出机的HMWS必须保持模具的复杂形状,直到树脂冷却至其软化温度以下。为保证多层板在冷却之前不会坍塌,可使用具有高熔体强度(例如由拉伸粘度测量)的聚碳酸酯树脂。可使用在聚碳酸酯的形成过程中引入支化剂(通常为三元酚)所制备的支化聚碳酸酯,获得具有高熔体强度的聚碳酸酯。如2003年11月20日公布的共同转让专利申请U.S.20030214070A1(在此引入其全部内容)所披露的,还可如下获得具有高熔体强度的聚碳酸酯:采用生成可控量的弗里斯重排产物的熔融聚合条件,从而在聚碳酸酯主链上形成支化结构并使得熔体强度提高。
RTEE,特别是尺寸为100纳米至500纳米的RTEE的其它形成方法包括各种光刻技术,其中可使用如下波长递减的辐射:汞灯、KrF准分子激光器、ArF准分子激光器、F2准分子激光器、氩激光器的二聚物放电(dimerdischarge from an argon laser)等。柔性版印刷是近来开发出的另一种可使用的方法,特别用于制造尺寸在100纳米或以下的RTEE。还可使用本领域已知的用于图案化微观结构和纳米结构的多种其它方法,例如MatthiasGeissler和Younan Xia在“Patterning Principles and Some New Developments”,Advanced Materials,2004,16,No.15,pp.1249-1269中披露的那些。在一种实施方案中,在挤出步骤中制造的中空多层板的多个板材中至少一个板材的一个表面的至少一部分上的RTEE可通过下述方法形成:激光刻蚀法、压延法、平版印刷法、自组装法、压印法、注塑法、溶剂辅助微模塑法、转移微模塑法、熔融聚合物沉积法、复制模塑法或刻印法以及包括前述方法中至少一种的组合。
可使用波动光学模拟软件例如可商购的软件或(购自International Intellectual Group),验证用于示例HMWSC中RTEE的辐射透射性增强能力的构思,所述软件可针对电磁波谱中各种波长和各种RTEE结构准确地预测光栅效率。此外,所述软件还可用于模拟RTEE的衍射特征对辐射透射性的影响。光栅效率的计算需要电磁理论矢量方程即麦克斯韦方程的解。模拟方法和理论背景是已知的(例如参见Leonid I.Goray和John F.Seely的“Efficiencies of Master,Replica,and Multilayer Gratings For TheSoft-X-ray-Extreme-Ultraviolet Range:Modeling Based on the ModifiedIntegral Method and Comparisons with Measurements”,Applied Optics,Volume41,(2002),No.7,pp.1434-1445))。例如,光栅中的能量分布取决于入射光的波长、入射和衍射角、光栅的折射率以及RTEE的凹槽几何结构。
数值模拟结果表明,具有衍射结构特征(RTEE)(例如0.3微米宽、0.5微米深的层型脊或1微米宽、0.25微米深的三角形特征)的透明表面的透光率与没有RTEE的平坦透明表面相比提高了约8%。在整个可见光波长范围内(200纳米至700纳米),以及对于0°至180°的所有入射角,均观察到透光率的提高。
表1-6示出了具有层状RTEE、三角形RTEE或没有RTEE的透明表面对于入射可见光的数值模拟数据。
表1示出了对于固定波长(500nm)的入射光而言入射角和三角形RTEE的深度对透光量的影响。假定入射光的能量为100。三角形RTEE设置在透明表面上并具有1000条光栅每毫米的光栅频率。缩写“nm”表示纳米。
表2示出了对于具有三角形RTEE的透明表面而言入射角与透光量的关系,所述三角形RTEE具有400nm的深度和1000条光栅每毫米的光栅频率。
表3示出了对于具有层状RTEE的透明表面而言入射角与透光量的关系,所述层状RTEE具有500nm的深度、300nm的槽宽和2000条光栅每毫米的光栅频率。
表4示出了对于没有RTEE的透明表面而言透射光随入射光波长的变化。入射角保持为0°。
表5示出了三角形和层状RTEE的优化尺寸对提高透光量的影响。入射光具有200nm至800nm的波长和垂直入射角。优化的三角形RTEE具有400纳米的深度,优化的层状RTEE具有500纳米的槽深和300纳米的脊宽。
在图15中更清楚地示出了表1的结果,图15表明,对于波长为500纳米的光,在0°至约80°的整个入射角范围内,三角形RTEE提供明显较高的百分比透光率。
在图16中示出了表5的结果,图16表明,在200-800纳米的波长范围内,具有优化三角形RTEE时的透光率大于具有优化层状RTEE时的透光率,具有优化层状RTEE时的透光率顺次大于没有RTEE的表面的透光率。此外,表5中的数据表明,对于波长为200纳米至800纳米并以垂直入射角入射的入射辐射,优化的层状RTEE相对于表面没有RTEE的情况提供7.3%的透光量增加。然而,三角形RTEE相对于表面没有RTEE的情况提供9.4%的更高的透光量增加。此外,当使用具有两个或更多个间隔板材的HMWSC(其中各板材具有多个RTEE)时,与任意板材上没有任何RTEE的HMWSC相比,可略微提高透过HMWSC的辐射量,同时保持中空多层板结构件的结构强度。与HMWSC中各界面处没有RTEE的情况相比,三层板结构部件的透光量明显较高,存在约8%的光由于反射而损失。因而在所有界面处的总透射率提高。对于所有表面均具有RTEE的HMWSC而言三层MWS的总透射率为约98%,与之相比,对于没有RTEE的HMWSC而言总透射率为为72.9%。本文获得的模拟结果说明,通过调节衍射波动效应(diffractive wave effect),可将透明表面的透光率提高到理论值的约99%。
如上所述,用于本文披露的结构部件的材料可以是聚合物。具体地,可使用透光率(依据ASTM D-1003-00)大于或等于约80%的聚合物。更具体地,可使用透光率大于或等于约85%的聚合物。高的透光率是本文描述的板材所需的属性,透光率是能够透过制品的总透光量的量度。更具体地,将透光率定义为:
T%=(I/Io)×100%
其中:
I=透过试样的光的强度
Io=入射光的强度。
与没有特征的板材和采用宏观尺度光学要素的多层板相比,一些实施方案(例如包括宽度为约30微米至约3毫米的特征的板材,所述宽度从表面特征的底部测量)提供多种益处。首先,具有辐射透射性增强要素的结构化板材与没有特征的板材相比提供明显改善的透光性。现参考图17,示出了透光性随入射角的变化。更具体地,使用Zemax光学设计和分析模拟软件(Zemax Development Corporation,Bellevue,WA)对五个多层板进行了模拟和评价,以采用序列性光线追迹参数(sequential ray tracing parameter)模拟在环境采光条件下暴露一天。模拟测量了在不同的入射角下各板材的透光率。示于x轴的入射角的范围为约-80°至约80°,以10°递增,其中0°的入射角模拟垂直于板材设置的光源(也称作直射光),其中约-90°至约90°的入射角模拟平行于样品设置的光源。归一化透光率示于y轴,其中出于简化的目的相对于1.0对透光率进行归一化(即1.0等同于100%的总入射光,0.9等同于90%的总入射光,0.8等同于80%的总入射光,等等)。
所模拟和分析的板材包括:无特征板材(在图17中表示为“θ0°”),包括内角为90°的辐射透射性增强要素的结构化板材(在图17中表示为“θ90°”),包括内角为100°的辐射透射性增强要素的结构化板材(在图17中表示为“θ100°”),包括内角为110°的辐射透射性增强要素的结构化板材(在图17中表示为“θ110°”),以及包括内角为150°的辐射透射性增强要素的结构化板材(在图17中表示为“θ150°”)。
比较θ=0°的板材(无特征板材)的曲线图与包括辐射透射性增强要素(例如θ=90°、θ=100°、θ=110°、θ=150°)的板材的曲线图,所有板材在约-30°至约30°的范围内提供相当的透光率(例如约0.8)。然而,在入射角小于约-30°以及大于约30°时,无特征板材的透光率明显小于包括辐射透射性增强要素的板材。
包括辐射透射性增强要素的板材相互进行比较,θ=90°、θ=100°、θ=110°和θ=150°的板材在约-50°至约50°的范围内表现出相当的透光率(例如约0.8)。然而,在入射角小于约-50°以及大于约50°时,θ=150°的板材的透光率小于θ=90°、θ=100°和θ=110°的板材。
比较θ=90°、θ=100°和θ=110°的样品,对于整个测试范围(例如约-80°至约80°),所有样品表现出等于或大于约0.70,或具体地等于或大于0.75,或更具体地等于或大于约0.80的归一化透光率。此外,应当认为模拟软件生成的数据与依据ASTM D-1003-00测试的经验结果相当。
通过这些结果证实,在入射角约等于或小于约-30°以及约等于或大于约30°时,包括辐射透射性增强要素的板材提供大于无特征板材的透光率。另外,证实辐射透射性增强微观结构要素的内角能够影响透光率。因而,显然可以任意方式配置表面特征以获得所需的性能,例如可裁定内角、高度、宽度、间距、形状等以及包括前述中至少一种的组合以提供所需的透光率。
除非另外具体限定,本文所用的科技术语的含义与本发明所属领域技术人员通常理解的含义相同。如本文所用术语“第一”、“第二”和“等”不表示任何顺序、量或重要性,而是用于使要素相互区分。此外,术语“一个”和“一种”不表示量的限制,而是表示存在至少一个所提及的项,除非另外指出,使用术语“前面”、“后面”、“底部”和/或“顶部”仅为了便于说明,不限于任何一种位置或空间取向。在披露范围时,涉及同一部件或性能的所有范围的端点值均包括在内并可独立组合(例如范围“最多约25wt.%,或更具体地约5wt.%至约20wt.%”包括端点和范围“约5wt.%至约25wt.%”等范围的所有中间值)。如本文所用,后缀“(s)”意图包括其所修饰的术语的单数和复数形式两者,从而包括一个或多个所述术语(例如着色剂(“the colorant(s)”)包括一种或多种着色剂)。此外,如本文所用,“组合物”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。在整个说明书中提及“一种实施方案”,“另一种实施方案”,“实施方案”等时是指结合该实施方案描述的具体要素(例如特征、结构和/或特性)包括在本文所述的至少一种实施方案之中,并且可能存在于或者可能没有存在于其它实施方案之中。另外,应当理解的是所述要素在各种实施方案中可以任意适当的方式组合。
Claims (28)
1.一种中空多层结构部件,包括:多个间隔板材,所述板材透射入射辐射并与补强构件连接;其中至少一个所述板材的一个表面的至少一部分包括多个辐射透射性增强要素。
2.权利要求1的部件,其中所述补强构件包括沿所述板材的长度方向延伸的垂直肋、角肋或它们的组合,并且其中所述补强构件将所述板材相互隔开。
3.权利要求1至2中任一项的部件,其中所述辐射透射性增强要素的尺寸、间隔周期或长宽比为入射辐射的至少一部分的波长的0.1倍至100倍。
4.权利要求3的部件,其中所述辐射透射性增强要素包括下述中的至少一组:层状要素、三角形要素、金字塔形要素、梯形要素、锯齿形要素、正弦曲线形要素、正弦曲线绝对值形要素、摆线形要素、柱形要素、锥形要素或立方形要素。
5.权利要求1至4中任一项的部件,其中所述辐射透射性增强要素以随机阵列、半周期性阵列或随机半周期性阵列的形式存在。
6.权利要求1至5中任一项的部件,其中所述入射辐射具有可见、红外或微波范围内的一种或多种辐射波长。
7.权利要求1至6中任一项的部件,其中所述板材和所述补强构件独立地包含透明材料,所述透明材料包括塑料、玻璃、陶瓷、透明金属或硅。
8.权利要求1至7中任一项的部件,其中所述板材和所述补强构件独立地包含透明聚碳酸酯。
9.权利要求1至8中任一项的部件,其中所述板材和所述补强构件独立地包含透明聚醚酰亚胺。
10.一种包括权利要求1至9中任一项的部件的制品。
11.权利要求10的制品,包括温室、运动场、民用或工业建筑屋顶、墙面玻璃窗、窗口玻璃窗、窗口、天窗、车体、太阳能烟囱集热器、光漫射制品、显示装置、指示牌或通讯部件。
12.一种玻璃窗结构件,包括:中空多层结构部件,所述部件包括多个间隔塑料板材,所述塑料板材透射可见光并与补强构件接合;其中至少一个所述板材的表面包括多个辐射透射性增强纳米结构要素。
13.权利要求12的玻璃窗结构件,其中所述塑料板材和所述补强构件独立地包含聚碳酸酯、聚烯烃、聚酯、PEI或聚氯乙烯。
14.权利要求12至13中任一项的玻璃窗结构件,其中所述辐射透射性增强纳米结构要素具有约100纳米至约1000纳米的深度。
15.权利要求12至14中任一项的玻璃窗结构件,其中所述辐射透射性增强纳米结构要素具有约200纳米至约800纳米的深度。
16.权利要求12至15中任一项的玻璃窗结构件,其中所述辐射透射性增强纳米结构要素彼此相隔约100纳米至约1000纳米的距离。
17.权利要求12至16中任一项的玻璃窗结构件,其中所述中空多层结构部件具有约5毫米至约100毫米的厚度。
18.权利要求12至17中任一项的玻璃窗结构件,其中所述塑料板材独立地具有约0.1毫米至约16毫米的厚度。
19.权利要求12至18中任一项的玻璃窗结构件,其中所述补强构件包括分隔所述板材的垂直肋和角肋。
20.一种提高中空多层结构部件的辐射透射性的方法,该方法包括:
在板材表面的至少一部分上形成辐射透射性增强结构,其中所述板材包括在中空多层板结构件的多个间隔板材之中,其中所述多个板材与补强构件连接。
21.权利要求20的方法,其中所述在板材表面的至少一部分上形成辐射透射性增强结构通过下述方法实现:激光刻蚀法、压延法、平版印刷法、自组装法、压印法、注塑法或刻印法。
22.一种多层结构部件(10),包括:
顶板(12);
底板(16);和
设置于所述顶板(12)和所述底板(16)之间并与所述顶板(12)和所述底板(16)连接的补强构件(18);
其中辐射透射性增强要素设置在所述多层结构部件(10)的表面上,其中所述辐射透射性增强要素具有从其底部处测量时约30微米至约3毫米的宽度;并且
其中所述多层结构部件(10)具有依据ASTM D-1003-00测量时大于或等于约70%的平均透光率,其中以从约-80°至约80°的入射角并以约10°的增量对所述透光率进行测量。
23.权利要求22的多层结构部件(10),其中所述辐射透射性增强微观结构要素具有选自下列中的能力:使光定向、漫射、偏振以及包括前述能力中至少一种的组合。
24.权利要求22至23中任一项的多层结构部件(10),其中所述多层结构部件(10)包括布置在其表面上的涂层。
25.一种形成多层结构部件(10)的方法,包括:
将聚合物转变为聚合物熔体;
将所述聚合物熔体挤出形成多层结构部件(10);以及
在所述多层结构部件(10)的表面上形成辐射透射性增强要素,其中所述辐射透射性增强要素具有在其底部处测量时约30微米至约3毫米的宽度。
26.权利要求25的方法,还包括在所述多层结构部件(10)的表面上布置涂层。
27.一种形成多层结构部件(10)的方法,包括:
形成顶板(12);
在所述顶板(12)上形成辐射透射性增强要素,其中所述辐射透射性增强要素具有在其底部处测量时约30微米至约3毫米的宽度;
形成底板(16);
形成补强构件(18);以及
将所述顶板(12)、底板(16)和补强构件组装成多层结构部件(10);
其中采用选自下列中的方法形成所述辐射透射性增强要素:注塑法、溶剂辅助微模塑法、转移微模塑法、熔融聚合物沉积法、复制模塑法、平版印刷法、自组装法、激光雕刻法和包括前述方法中至少一种的组合。
28.一种自然采光结构件,包括:
包括多层结构部件(10)的屋顶,其中所述多层结构部件(10)包括多个间隔板材,所述板材包括设置在至少一个所述板材的表面上的辐射透射性增强要素,其中所述辐射透射性增强要素具有在该表面特征的底部处测量时约30微米至约3毫米的宽度;以及
能够支撑所述屋顶的结构件。
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