CN105164213A - 热响应组件及用于制造和使用其方法 - Google Patents

Abstract

在一个实施方式中，一种组件包括：上光层、光吸收层、以及在上光层和光吸收层之间的热响应层，其中，热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，基体聚合物和无机填料的折射率在25C相差小于或等于0.05。在一个实施方式中，制造该组件的方法包括：形成上光层；形成光吸收层；以及在上光层和光吸收层之间形成热响应层，其中，热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，基体聚合物和无机填料的折射率在25C相差小于或等于0.05。

Description

热响应组件及用于制造和使用其方法

技术领域

本文中公开了可以帮助控制用于提供家庭和商业实体中热水的太阳能板中的停滞温度(驻点温度，stagnationtemperature)的热响应组件(温度感应组件，thermo-responsiveassembly)。

背景技术

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，glazingsheet)(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(PPE)共混物多壁板)、绝缘衬垫、和必要的导水管(水岐管，watermanifold)和框架块构成。因为吸收层(absorberlayer)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(℃)至80℃一样热的水。

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℃乃至150℃。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-inducedeffect)。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。

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

在各种实施方式中公开的是热响应组件以及用于制备和使用其的方法。

在一种实施方式中，一种组件包括：上光层、光吸收层、以及上光层和光吸收层之间的热响应层，其中，热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，基体聚合物和无机填料的折射率在25℃相差小于或等于0.05。

在一个实施方式中，制造该组件的方法包括：形成上光层；形成光吸收层；以及在上光层和光吸收层之间形成热响应层，其中，热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，基体聚合物和无机填料的折射率在25℃相差小于或等于0.05。

以下更具体地描述这些和其他特征及特性。

附图说明

以下是附图的简要说明，其中相同的元件编号相同，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。

图1是折射率与基体聚合物和填料的温度的图解说明。

图2是正常使用温度下的热响应组件的示意图。

图3是在热响应组件中使用的材料的玻璃化转变温度以上的高温下的图2的热响应组件的示意图。

图4是反射与用于包括本文所描述的热响应层的样品的温度的图解说明。

图5是总反射与用于包括本文所描述的热响应层的样品的波长的图解说明。

具体实施方式

本文中公开的是一种热响应组件，包括：热响应层，该热响应层包括填充有无机材料(即，填料)的透明基体聚合物。无机材料可以具有小于10微米(μm)的颗粒尺寸以及与基体聚合物相匹配的折射率(例如，其中，折射率在25℃相差小于或等于0.05)。本文中描述的热响应组件可以在低于基体聚合物的玻璃化转变温度的温度下入射光的反射发生很小的变化或者没有变化，因为用于组件的材料的折射率在低于基体聚合物的玻璃化转变温度(Tg)下缓慢变化。然而，本文中公开的热响应组件在大于基体聚合物的玻璃化转变温度时可具有增加的反射。这是因为在大于Tg时，透明基体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不变。产生的折射率的不匹配可导致一些反射，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于温度变化而改变的层。

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(movingpart)，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体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，因为它们包括流体的组分或者包括难以调制的化学材料组分。

本文公开的热响应组件可包括上光层、热响应层以及吸收层(例如，光吸收层)，并且可选地，包括绝缘层，其中，热响应层可在上光层和吸收层之间，并且吸收层可以可选地在绝缘层和热响应层之间。可选地，绝缘层可布置在吸收层的两侧上。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中具有大于或等于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，意味着它不具有任何透射。吸收层可以吸收入射光并且将能量转移至循环流体，诸如，空气、水、乙二醇等。吸收层可以由具有足够热稳定性和水解稳定性的任何材料制成。吸收层可包含聚砜、改性的聚(亚苯基氧化物)(poly(phenyleneoxide))、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯醚(PPE)、聚酰亚胺或者包括上述项中一种或多种的组合。绝缘层可包含减少组件的热损失的材料。可能的绝缘层材料包括矿物芸香(mineralrue)、玻璃芸香和泡沫材料以及包括上述项中至少一一种的组合。上光层可包括单块(monolithic)板或者多壁板。当包括多壁板时，例如，上光层可包括，第一壁、第二壁以及布置在第一壁和第二壁之间的肋。还可以存在另外的壁(例如，第三壁、第四壁等)以及分散在它们之间的另外的肋。热响应层可包含基体聚合物和无机填料。上光层的透射可取决于空气/聚合物界面的数量，使得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大于由最佳数量壁中的多个壁提供的改善的绝缘所补偿的能量。

在大于基体聚合物的Tg的温度时基体聚合物和无机填料的折射率的不匹配可提供入射光的反射，在停滞阶段期间，这可减少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降低的故障可能性(例如，弯曲、翘曲、热膨胀等)。换言之，本文中公开的热响应组件可以对热响应组件的各种其他部件(即，板)(例如，太阳能板)提供针对由于暴露至大于部件的热挠曲温度的温度而导致的故障或损害的保护。热响应层可附接(例如，层压、共挤出、跨越分散)上光层和/或吸收层。在热响应层和吸收层之间可存在空气间隙。吸收层可附接(例如，层压、共挤出、跨越分散)至上光层。

如上所述，包括透明聚合物(即，基体聚合物)以及具有小于或等于10μm的颗粒尺寸以及与基体聚合物匹配的折射率(例如，其中，折射率在25℃相差小于或等于0.05，具体地，在25℃小于或等于0.01)的无机材料(即，填料)的热响应层可以证明在低于基体聚合物的Tg的温度下，入射光的反射几乎没有发生变化。尽管希望不受理论限制，但是应相信的是出现这种情况是因为在低于Tg时两种材料的折射率的变化相对缓慢。然而，在大于Tg，基体聚合物的密度以及折射率可迅速改变，而无机填料的折射率可继续非常缓慢地变化。如图1中示意性示出的，这可导致基体聚合物和填料之间的越来越大的折射率的不匹配，其进而可导致一些光被反射。例如，如图1所示，基体聚合物10和填料12在低于Tg14时可以具有相同的折射率16，这可给出高透射。然而，在大于Tg14时，由线18所示的折射率可不匹配，这导致反射。因此，透过热响应层(例如，光控制层)的光的量在大于Tg时可以减少至越来越大的程度，这可以导致由板的部件所经历的停滞温度的降低。

例如，如图2所示，示出的热响应组件20可包括上光层22、热响应层24和吸收层26。上光层22可包括实心板、多层板或者多壁板。在图2和图3中示出了具有第一壁34、第二壁36以及位于它们之间的肋38的多壁板。第一壁34可具有第一壁第一表面40和第一壁第二表面42，而第二壁36可具有第二壁第一表面44和第二壁第二表面46。吸收层26可包括吸收层第一表面48和吸收层第二表面50。在热响应层24和吸收层26之间可存在空气间隙52。当热响应组件20暴露于正常使用温度时，热响应组件20可以经历由热响应层24的很小或没有入射光28的反射。可以经历一些浊度或向前散射30并且这是可接受的，因为如图2所示，光依然到达吸收层26。在大于基体聚合物的Tg的高温下，如图3所示，存在增加的散射30和反射32，使得更少的入射光28到达吸收层26。如图3所示，因为吸收层26可以部分被遮蔽，所以可以消弱热响应组件20的温度升高。

热响应层24可以牢固地附接至上光层22和/或吸收层26，上光层22和吸收层26中的一个或两者为热响应层24提供机械支撑，因为热响应层24在大于Tg的温度下通常机械地变弱。例如，热响应层24可以与吸收层26或者与上光层22共挤出或者可以层压在吸收层26或上光层22上。热响应层24的位置不受限制并且通常可以在热响应组件20内的任何位置中。例如，热响应层24可以位于第一壁第一表面40、第一壁第二表面42、第二壁第一表面44、第二壁第二表面46或者吸收层第一表面48上。通常不期望热响应层24在吸收层第二表面50上，因为没有光到达吸收层第二表面50。如图3所示，通常期望热响应层24跨越第二壁第二表面46分散。

用于热响应层的基体聚合物的Tg可以调整为近似等于正常工作条件期间达到的温度，例如，通过在热响应层中使用增塑剂。基于近似等于正常工作条件期间达到的温度，也可以选择用于热响应层的聚合物。例如，Tg可大于或等于25℃并且小于或等于100℃，具体地，Tg可以为50℃至100℃，更具体地可以为60℃至90℃，并且甚至更具体地，可以为65℃至85℃。只要它们在25℃下匹配±0.05，基体聚合物和填料的折射率可以为任何值，例如，基体的折射率可以为1.4至1.75，具体地为1.45至1.7，并且更具体地为1.47至1.59。脂肪族甲基丙烯酸酯的折射率通常为1.47，聚碳酸酯的折射率通常为1.58，并且聚苯乙烯的折射率通常为1.59。通常，可以期望聚合物的折射率和无机填料的折射率在25℃下匹配在0.05以内，具体地在0.01以内，并且更具体地在0.005以内。然而，如果折射率不可匹配，可以期望聚合物的折射率比填料的折射率小0.005至0.02。

可用于在热响应层使用的基体聚合物的可能的聚合树脂可包括任何透明的均聚物、共聚物或它们的共混物。可以期望基体聚合物具有光学透明性、期望范围以内的Tg(在使用或没有增塑剂的情况下)以及对光和热的稳定性。理想的聚合物的实例包括聚酯，聚碳酸酯，聚苯乙烯，聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)，聚(甲基丙烯酸乙酯)，聚(苯乙烯-共-甲基丙烯酸甲酯)，聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)，聚(甲基丙烯酸甲酯-共-苯乙烯-共-丙烯腈)(MMASAN)，以及苯乙烯、丙烯腈、各种(甲基)丙烯酸以及各种(甲基)丙烯酸酯的其他共聚物，以及包括上述项中至少一种的组合。例如，基体聚合物可包括PMMA或者可包括PMMA和SAN的组合。可选择基体聚合物，使得Tg在期望范围中或者可以借助于诸如增塑剂的添加剂变为处于所期望范围内。基体聚合物的折射率在正常工作温度下可大约匹配或者具有稍微低于填料的折射率的值(例如，彼此在0.005至0.02内，例如，其中，无机填料和基体聚合物的折射率之间的差值小于或等于0.01；或者例如，基体聚合物的折射率可以比填料的折射率小0至0.02，具体地，0至0.005)，使得上光层加上热响应层的总的向前透射大于80％。向前透射通常指的是从制品的非辐射表面发出的所有光，即，没有反射、吸收或者跑出边缘的所有光。向前透射包括沿着法线的直接透射以及偏离法线散射的任何光(浊度)两者。总的向前透射(或全反射)的测量通常通过使用配备有积分球的光谱仪来实现。

热响应层或基体聚合物还可包括通常结合至这个类型的聚合物组合物中的各种添加剂，条件是选择添加剂以便不会显著不利地影响热响应层的所期望的特性，具体地，热响应层反射入射光的能力。可包括在基体聚合物或者热响应层中的添加剂的实例包括光学效应填料、抗冲改性剂、填料、增强剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外(UV)光稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、抗静电剂、着色剂(诸如，碳黑和有机染料)、表面效应添加剂、辐射稳定剂(例如，红外吸收)、γ稳定剂、阻燃剂以及抗滴落剂。可以使用添加剂的组合，例如，热稳定剂、脱模剂和紫外光稳定剂的组合。通常，以通常已知的有效量使用添加剂。基于热响应层的总重量，这些添加剂中的每种可以0.0001至10重量百分数(wt.％)的量存在。

例如，增塑剂可用于调整Tg和折射率，并且诸如抗氧化剂和光稳定剂的添加剂也可以存在于基体聚合物或者热响应层中。基体聚合物和/或热响应层中包括的增塑剂可包括多元醇的苯甲酸酯，诸如季戊四醇四苯甲酸酯、脂肪族酯，以及磷酸芳酯，诸如间苯二酚双(磷酸二苯酯)，以及包括前述中至少一种的组合。

基体聚合物或者热响应层还可以可选地包括阻燃剂。阻燃剂包括有机和/或无机材料。例如，有机化合物包括磷、磺酸酯和/或卤代材料(例如，包含溴、氯等，诸如，溴化聚碳酸酯)。出于监管原因，在某些应用中可优选的是非溴化和非氯化的含磷阻燃添加剂，例如，有机磷酸酯和包含磷-氮键的有机化合物。

无机阻燃剂包括，例如C_1-16烷基磺酸盐，诸如，全氟丁烷磺酸钾(Rimar盐)、全氟辛烷磺酸钾、全氟己烷磺酸四乙基铵以及二苯砜磺酸钾(例如，KSS)；盐类，诸如Na₂CO₃、K₂CO₃、MgCO₃、CaCO₃和BaCO₃或者氟阴离子络合物，诸如Li₃AlF₆、BaSiF₆、KBF₄、K₃AlF₆、KAlF₄、K₂SiF₆和/或Na₃AlF₆。当存在时，基于热响应层的100重量份，无机阻燃剂盐以的0.01重量份至10重量份，更具体地，以0.02重量份至1重量份的量存在。

也可使用光稳定剂和/或紫外光(UV)吸收稳定剂。示例性UV光吸收稳定剂包括：羟基二苯甲酮；羟基苯并三唑；羟基苯基三嗪(例如，2-羟基苯基三嗪)；氰基丙烯酸酯；草酰替苯胺；苯并噁嗪酮；二苯甲酰基间苯二酚；2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-苯酚(CYASORB^TM5411)；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYASORB^TM531)；2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)-苯酚(CYASORB^TM1164)；2-[4,6-二苯基-1.3.5-三嗪-2-基]-5-(己氧基)-苯酚(Tinuvin1577)，2,2'-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)(CYASORB^TMUV-3638)；1,3-双[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-双[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基]丙烷(UVINUL^TM3030)；2,2'-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)；1,3-双[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-双[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基]丙烷；4,6-二苯甲酰基间苯二酚，纳米尺寸的无机材料，如氧化钛、氧化铈和氧化锌，所有均具有小于或等于100纳米的颗粒尺寸，或包含前述UV光吸收稳定剂中至少一种的组合。UV光吸收稳定剂以基于除了任何填料之外的100重量份的总组合物的0.01重量份至5重量份的量使用。

抗滴落剂也可以用于基体聚合物或热响应层中，例如，形成原纤维的含氟聚合物诸如聚四氟乙烯(PTFE)。抗滴落剂可由刚性共聚物例如苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)封装。封装于SAN中的PTFE称为TSAN。示例性TSAN包括基于封装的含氟聚合物的总重量的50wt％的PTFE和50wt％的SAN。SAN可以包含基于共聚物的总重量的例如75wt％的苯乙烯和25wt％的丙烯腈。抗滴落剂可以以基于除任何填料以外的特定层的总组合物的100重量份的0.1重量份至10重量份的量使用。

任何无机填料均可以用于热响应层，然而，如本文中先前描述的，可以期望填料的折射率匹配基体聚合物的折射率(例如，彼此在0.01内)或者基体聚合物的折射率比填料的折射率小0.005至0.02。通常，平均颗粒尺寸可以小于或等于10微米(μm)，具体地，小于或等于7.5μm，更具体地，小于或等于5μm，并且甚至更具体地，小于或等于2μm。填料的实例包括，但不限于，二氧化硅、石英、玻璃、陶瓷颗粒、石膏、长石、硅酸钙、偏硼酸钡、云母、粘土、氢氧化镁、氢氧化铝(三氢氧化铝，三水氧化铝，aluminumtrihydroxide)、漂白土、氢氧化钙、叶蜡石、滑石、硼酸锌、以及包括前述中至少一种的组合。期望填料可以具有高纯度并且具有定义明确的折射率的单个组分。这样的填料的实例包括，但不限于玻璃、氢氧化镁、二氧化硅和石英。

在大于填料的Tg时反射的光的量可以取决于填料的负载、填料的颗粒尺寸、热响应层的厚度以及填料和聚合物基体之间的折射率不匹配的量。例如，热响应层的厚度可以是25μm至2,500μm(1密耳至100密耳)，具体地100μm至1,250μm(4密耳至50密耳)，并且更具体地250μm至1,000μm(10密耳至40密耳)。填料可以以5wt％至80wt％，具体地10wt％至60wt％，并且更具体地20wt％至60wt％的量存在于热响应层之中。例如，本文中公开的包括基体聚合物和无机填料的热响应层在25μm至2,500μm的厚度下暴露于大于基体聚合物的Tg的温度时可以具有大于或等于10％的反射。如本文中使用的，通过将样品放置在具有测量全反射的积分球的MacbethColoreye7000光谱仪的反射端口上可确定反射。

热响应层可以通过包括溶剂浇铸、熔融浇铸、挤出、吹塑、或共挤出到基板上的任何方法来制造。例如，共挤出的基板可以是上光层的表面(例如，第二壁第二表面)和/或可以是吸收层的表面(例如，吸收层第一表面。如果分开制造，则热响应层可以在具有或没有粘合层(例如，连接层)的情况下层压到上光层或吸收层上。

热响应组件的厚度可以根据热响应组件的单独部件的厚度改变。例如，上光层可以包括单块(例如，一个壁)板或者多壁板(例如，包括大于一个壁，具有位于其之间的大于一个空气通道(例如，肋))。通常，上光层的厚度可以小于或等于55毫米(mm)，具体地，4mm至55mm，更具体地，2mm至35mm，甚至更具体地，1mm至25mm，并且仍更具体地，0.5mm至20mm，以及位于它们之间的任何和所有范围以及端点。例如，对于多壁板，总厚度可以是4mm至55mm，而对于单块板，总厚度可以是0.5mm至20mm。热响应层的厚度可以是25μm至2,500μm，具体地，100μm至1,250μm，并且更具体地，250μm至1,000μm，而吸收层的厚度可以是1mm至55mm，具体地，2mm至35mm，更具体地，2mm至25mm，并且甚至更具体地，3mm至15mm。

在低于热响应层的Tg的温度下，可以期望透明性。可以使用ASTMD1003-00、方法B、使用CIE标准光源C测定实验室规模样品的透射百分比。ASTMD-1003-00(程序B，分光光度计，使用光源C，利用漫射照明与单向观察)将透光率定义如下：

$\%T=\left(\frac{I}{I_O}\right)x100\%---\left(1\right)$

其中：I＝通过测试样品的光的强度

I_o＝入射光强度。

与没有热响应层的上光层的组件相比，具有热响应层的上光层的组件在低于热响应层的基质聚合物的Tg的温度下，可以将总透射(即，直射+漫射)减少小于或等于5％，具体地，小于或等于3％，并且更具体地，小于或等于2％。还可以期望上光层和/或热响应层具有20年的紫外光稳定性，使得它们在20年期间内保持大于或等于80％的它们的光透射能力。

热响应组件可同样用于任何应用中，例如，其中期望的是基于光反射(诸如，太阳能板中、光伏应用中以及温室应用中)来调节温度。热响应层可应用于窗户(诸如，车窗和建筑窗，例如，温室窗户、办公室窗户和房屋窗户)。该窗户可以是玻璃和/或聚合物。

通过以下非限制性实施例进一步说明在本文中描述的热响应组件。

实施例

实施例1：磁盘制造过程

在这个实施例中，当存在时，将两克的基体聚合物和增塑剂在配备有磁力搅拌棒的4打兰的螺旋盖瓶中溶解在6毫升(mL)的氯仿中。添加填料并剧烈搅拌至少3个小时。(通过实际重量百分比而不是重量份数来确定填料的量。例如，2克(g)的填料和2g的聚合物给出50％重量计的填料)。将聚合物溶液浇铸在玻璃板上并且利用0.254mm(10密耳)的刮刀片拉出。将溶剂在室温下蒸发并且平板在45℃、65℃、75℃、95℃和150℃下的烘箱中逐渐加热，以去除残留的挥发物。将聚合物膜切成约为2.54厘米(cm)(1英寸)的正方形并且利用水从板浮动。在45℃至65℃下使正方形干燥以去除地表面水。

将约1.6g的填充聚合物放置在利用铁板照相平板支撑的夹铁压缩模塑，在3,000千克(kg)(3吨)的压力下在雕刻刀中按压5分钟，加热到约160℃，然后允许在3,000kg(3吨)的压力下冷却至约60℃。这根据夹铁产生直径为5.08cm(2英寸)以及厚度为0.254mm至0.635mm(10密耳至25密耳)的圆盘。该圆盘然后通过相同程序层压为0.254cm(10密耳)厚的聚碳酸酯膜。在热试验期间支撑提供的聚碳酸酯膜。

实施例2：反射测定

加热夹具(heatingfixture)由通过夹在两个7.62cm宽乘以7.62cm长乘以0.16cm厚(3英寸宽乘以3英寸长乘以0.0625英寸厚)的铝板之间的由Omega制造的5.08cm(2英寸)的正方形硅酮加热器构造而成。在中心具有0.3175cm(0.125英寸)直径孔的第三个7.62cm乘宽以7.62cm长乘以0.16cm厚(3英寸宽乘以3英寸长乘以0.0625英寸厚)的铝板放置在一侧上，并且该组件通过拧进各个转角而保持在一起。具有孔的一侧涂上哑黑色(flatblack)。

将来自实施例1的由聚碳酸酯支撑的圆盘放置在孔上并且利用Kapton^TM胶带条进行固定。将精细热电偶从孔的边缘朝向中心熔融到圆盘的表面中约0.3175cm。直径为3.175cm(1.25英寸)的薄(约为1mm)碳氟化合物“O”环使用Kapton^TM胶带附接至圆盘表面。

然后将整个组件放置在具有积分球的MacbethColoreye7000光谱仪的反射端口上以测量全反射。将加热器附接至可变电压电源并且温度增加约6℃每分钟，而反射光谱以2℃的间隔获取。一旦达到130℃，该温度稳定持续约5分钟，然后允许以约6℃每分钟的速度减少，而光谱以2℃的间隔获取。将反射光的百分比计算为在400nm至700nm范围内的平均反射。

实施例3：填充的聚合物

表1列出了在制造样品组合物中使用的各种材料。表2列出了用于制造该样品的组合物以及根据关于实施例1和实施例2描述的过程进行评估。示出的基体聚合物的组合物添加至100重量份数(例如，样品1的基体聚合物包含100wt.％的PMMA，而样品2的基体聚合物包含31wt.％的PMMA、55wt.％的SAN和14wt.％的PETB)。示出的填料负载为总组合物的实重％(例如，样品2包含40wt.％的填料和60wt.％的基体聚合物)。表3示出了在模块的正常工作温度内在70℃下以及还在可以是合适的上限温度的130℃下测量的全反射的量(％R)。

由于折射率减小以及减小的菲涅耳反射，包含未填充PMMA的样品1从70℃至130℃仅示出了反射的微笑减少。样品2至样品9示出了随着温度增加反射增加，范围为从样品9增加3％至样品7增加17％。

图4示出了样品5的温度(℃)对反射(％)。图4中示出了加热100和冷却102两者。如在图4中可以看出，观测到在低于70℃的温度下反射变化极小，而在大于70℃的温度下，反射迅速增加。存在极小的滞后，并且当样品被冷却时，反射的变化是立即可逆的。

实施例4：样品7的反射光谱

将样品7的圆盘安装在加热器上并且使用配备有积分球的Cary5000UV-VIS-NIR光谱仪测量300纳米(nm)至2,500nm之间的总的反射光谱。在32℃和130℃下测量反射比。在图5中示出了结果。如在图5中可以看出，与32℃(参见线104)相比，在130℃(参见线106)下反射量大大增加，但是跨越波长范围是不均匀增加。由线108示出了太阳光谱并且仅为了参考的目的而示出。如图5所示，反射比的简单平均数不足以表达性能，因为跨越这个范围太阳光谱也不均匀。更精确的测量为表4中示出的反射的太阳能(太阳能加权反射)的分数。在32℃至130℃下，400nm至2,500nm的波长范围中的简单平均反射的差值为6.5％。然而，在这个波长范围中的反射的太阳能的差值为13.1％。

实施例5：热响应层的压缩模塑

首先制备包含32wt.％的SAN、10.5wt.％的RDP、7.5wt.％的PMMA以及50wt.％的MgOH₂的35g热响应材料的模塑片。具体地，使用双螺杆挤出机制备SAN、RDP、PMMA和MgOH₂的混合物。挤出物在70℃下至少预干燥3小时并且放置在金属板上。利用铝箔覆盖样品并且放置在215x190x0.5mm模具内部。将也利用铝箔覆盖的金属板放置在模具顶端并且总组件放置在预热的热压机(FontyneHolland)上，并且允许在没有任何施加的压力下在200℃下熔融2分钟。熔融之后，施加500千牛顿(kN)的压力1分钟。然后断开热量并且热响应材料允许冷却至低于Tg。然后利用0.38mm聚氨酯层压粘合剂将模塑的片层压到聚碳酸酯双壁板上，以形成该组件。制备了几个组件。

实施例6：太阳能模块试验

然后将实施例5的组件安装到由铝制框架、铝后板、基于PPE/PS的吸收器以及绝缘层组成的太阳能集热器中，并且绝缘层包括位于吸收器和后板之间的三聚氰胺泡沫材料(厚度为30mm)。

然后将集热器放置在太阳能模拟器(KinotonSIS单元、平行光源、三个4500瓦特(W)的氙灯、辐射为500至1500瓦特每平方米(W/m²)、投射表面约为140x70cm、阳光光谱)的前端，该太阳能模拟器具有从模拟器面对太阳能模拟器和样品的8,000mm的覆盖物。k型热电偶通过焊接附接至吸热器表面。传感器的位置是根据ISO9806-2:8.2并且使用IOTECH个人DAQ设备执行数据获取。

包括热响应层且绝缘的实施例5的太阳能集热器的停滞温度在辐射为1000W/m²的没有风的20℃至25℃的室内温度下利用空的集热器(即，在吸收器中没有传热流体)进行测量，以导致停滞温度为127℃(参见表5的样品6A)。相比之下，没有绝缘层并且没有层压至覆盖物上的热响应层的第一组件(参见表5的样品6B)以及具有绝缘但是没有层压至覆盖物上的热响应层的第二组件(参见表5的样品6C)的两个组件的停滞温度在与包括热响应层和绝缘层的太阳能集热器(样品6A)的相同条件下进行确定。获得的停滞温度分别为126℃和161℃。

如本领域中很好理解的，添加绝缘至集热器以减少热损失。然而，该绝缘导致停滞温度增加(例如，参见样品6C)。表5示出了由于热响应材料的存在导致停滞温度从161℃减少至127℃(在两个案例中使用相同量的绝缘)。因此，使用热响应层允许使用绝缘减少热损失，而因为停滞温度减少而能够使用存在绝缘层的聚合物。

表5中进一步示出了初始效率(η_o)。当使用层压在覆盖物上的热响应层时，基于(根据ISO9806-1:1994测量的)吸收面积的初始效率(η_o)从0.82减少到0.78，其中在两个案例中均使用全绝缘。

实施例7：使用不同方法制备的热响应样品的反射测定

将挤出的薄膜(膜A)的反射与通过溶剂浇铸制备的挤出的薄膜(膜B)的反射分别进行比较。膜A是通过膜挤出制备而成以产生500微米的厚膜。膜B根据实施例1中的方法制备而成。将根据实施例2中的方法对温度进行反射测定。

本文中公开的热响应组件在大于基体聚合物的玻璃化转变温度时可具有增加的反射。如上所述，这是因为在大于Tg时，透明的基体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不变。在折射率中产生的不匹配可导致一些反射，例如，10％至20％的反射，足以使得热响应组件免于弯曲或者其他机械故障。

应理解的是，基体聚合物和无机填料不限于本文中公开的和实施例中使用的那些基体聚合物和无机填料。本领域技术人员将能够容易地选择用于基体聚合物的聚合物并且相应地基于该聚合物的折射率选择无机填料。

以下阐述本文中公开的连接器的一些实施方式以及制造连接器的方法。

实施方式1：一种组件，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。热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料。基体聚合物和无机填料的折射率在25℃相差小于或等于0.05。

实施方式2：根据实施方式1的组件，其中，玻璃化转变温度为25℃至100℃。

实施方式3：根据实施方式1至2中任一项的组件，其中，玻璃化转变温度为60℃至90℃。

实施方式4：根据实施方式1至3中任一项的组件，其中，玻璃化转变温度为65℃至85℃。

实施方式5：根据实施方式1至4中任一项的组件，其中，颗粒尺寸小于或等于10微米。

实施方式6：根据实施方式5的组件，其中，颗粒尺寸小于或等于5微米。

实施方式7：根据实施方式6的组件，其中，颗粒尺寸小于或等于2微米。

实施方式8：根据实施方式1至7中任一项的组件，其中，基体聚合物的折射率为1.4至1.75。

实施方式9：根据实施方式1至8中任一项的组件，其中，无机填料和基体聚合物的折射率在25℃相差小于或等于0.01。

实施方式10：根据实施方式1至9中任一项的组件，其中，上光层包括多壁板，多壁板包括第一壁、第二壁以及布置在它们之间的肋，其中，第一壁具有第一壁第一表面和第二壁第二表面并且第二壁具有第二壁第一表面和第二壁第二表面，其中，热响应层附接至第二壁第二表面。

实施方式11：根据实施方式1至10中任一项的组件，其中，在热响应层和光吸收层之间存在空气间隙。

实施方式12：根据实施方式1至11中任一项的组件，其中，基体聚合物具有根据ASTMD1003-00测量的大于或等于85％的透明度。

实施方式13：根据实施方式1至12中任一项的组件，其中，基体聚合物包括聚酯，聚碳酸酯，聚苯乙烯，聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚(甲基丙烯酸乙酯)，聚(苯乙烯-共-甲基丙烯酸甲酯)，聚(苯乙烯-共-丙烯腈)，聚(甲基丙烯酸甲酯-共-苯乙烯-共-丙烯腈)，苯乙烯、丙烯腈、(甲基)丙烯酸、和(甲基)丙烯酸酯的共聚物，以及包括前述中至少一种的组合。

实施方式14：根据实施方式1至13中任一项的组件，其中，基体聚合物包括聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)、或者包括上述中至少一种的组合。

实施方式15：根据实施方式1至14中任一项的组件，其中，热响应层进一步包括增塑剂。

实施方式16：根据实施方式15的组件，其中，增塑剂包括苯甲酸酯、脂肪族酯、磷酸芳酯、以及包括上述中至少一种的组合。

实施方式17：根据实施方式16的组件，其中，增塑剂包括季戊四醇四苯甲酸酯、间苯二酚双(磷酸二苯酯)、以及包括上述中至少一种的组合。

实施方式18：根据实施方式1至17中任一项所述的组件，其中，填料包括二氧化硅、石英、玻璃、陶瓷颗粒、石膏、长石、硅酸钙、偏硼酸钡、云母、粘土、氢氧化镁、氢氧化铝、漂白土、氢氧化钙、叶蜡石、滑石、硼酸锌、以及包括前述中至少一种的组合。

实施方式19：根据实施方式1至18中任一项的组件，其中，填料包括氢氧化镁。

实施方式20：根据实施方式1至18中任一项的组件，其中，填料包括玻璃。

实施方式21：根据实施方式1至20中任一项的组件，其中，所述填料以按重量计5％至80％的量存在。

实施方式22：根据实施方式1至21中任一项的组件，其中，具有25μm至2,500μm厚度的热响应层在暴露于大于基体聚合物的玻璃化转变温度的温度时具有大于或等于10％的反射。

实施方式23：根据实施方式1至21中任一项的组件，进一步包括绝缘层。

实施方式24：根据实施方式23的组件，其中，绝缘层包括矿物芸香、玻璃芸香和泡沫材料中的至少一种。

实施方式25：根据实施方式23至24中任一项的组件，其中，吸收层在绝缘层和热响应层之间，并且可选地，在吸收层的两侧上布置绝缘层，使得在吸收层和热响应层之间也存在绝缘层。

实施方式26：一种制造根据实施方式1至24中任一项的组件的方法，包括：形成上光层；形成光吸收层；以及在上光层和光吸收层之间形成热响应层。热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料。基体聚合物和无机填料的折射率在25℃相差小于或等于0.05。

实施方式27：根据实施方式26的方法，进一步包括共挤出上光层和热响应层。

实施方式28：根据实施方式26的方法，进一步包括将热响应层层压至上光层的表面。

实施方式29：根据实施方式26至28中任一项的方法，进一步包括共挤出光吸收层和热响应层。

实施方式30：根据实施方式26至28中任一项的方法，进一步包括将热响应层层压至光吸收层的表面。

本文中所公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合(例如，“至多达25wt％，或者更具体地5wt％至20wt％”的范围包括端点和“5wt％至25wt％”的范围内的所有中间值等)。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，本文中的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、量或者重要性，而是用于确定一个元件不同于另一个元件。除非本文另有指明或者上下文明显矛盾，否则本文中的术语“一(a)”和“一个(an)”和“该(the)”不表示限制数量，而应被解释为同时覆盖了单数和复数两者。如本文中使用的后缀“(s)”旨在包括该术语修饰的单数和复数两者，因此包括该术语的一个或多个(例如，膜(film(s))包括一个或多个膜)。贯穿说明书提及的“一个实施方式”、“另一实施方式”、“实施方式”等是指结合实施方式所描述的特定要素(例如，性质、结构和/或特征)被包括在本文中所描述的至少一个实施方式中，并且可以或不可以存在于其他实施方式中。此外，应当理解的是，所描述的要素可在各个实施方式中以任何适合的方式组合。

平均颗粒尺寸可指每一个颗粒的最大轴测量的长度的平均值。

所有引用的专利、专利申请以及其他参考文献通过引用将其整体结合于此。然而，如果本申请中的术语与结合的参考文献中的术语相矛盾或者冲突，来自本申请的术语优先于来自结合的参考文献中冲突的术语。

尽管已经描述了具体的实施方式，但是申请人或本领域其他技术人员可以想到目前没有或可能没有预见到的替代、修改、变化、改进和实质等效物。因此，提交的所附权利要求书以及它们可能的修改版旨在包含所有此类替代、修改、变化、改进和实质等效物。

Claims (30)

1.一种组件，包括：

上光层；

光吸收层；以及

在所述上光层和所述光吸收层之间的热响应层，其中，所述热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，所述基体聚合物和所述无机填料的折射率在25℃相差小于或等于0.05。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述玻璃化转变温度为25℃至100℃。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的组件，其中，所述玻璃化转变温度为60℃至90℃。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，所述玻璃化转变温度为65℃至85℃。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的组件，其中，所述颗粒尺寸小于或等于10微米。

6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述颗粒尺寸小于或等于5微米。

7.根据权利要求6所述的组件，其中，所述颗粒尺寸小于或等于2微米。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的组件，其中，所述基体聚合物的折射率为1.4至1.75。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的组件，其中，所述无机填料和所述基体聚合物的折射率在25℃相差小于或等于0.01。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的组件，其中，所述上光层包括多壁板，所述多壁板包括第一壁、第二壁以及布置在它们之间的肋，其中，所述第一壁具有第一壁第一表面和第二壁第二表面并且所述第二壁具有第二壁第一表面和第二壁第二表面，其中，所述热响应层附接至所述第二壁第二表面。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的组件，其中，在所述热响应层和所述光吸收层之间存在空气间隙。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的组件，其中，所述基体聚合物具有根据ASTMD1003-00测量的大于或等于85％的透明度。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的组件，其中，所述基体聚合物包括聚酯，聚碳酸酯，聚苯乙烯，聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚(甲基丙烯酸乙酯)，聚(苯乙烯-共-甲基丙烯酸甲酯)，聚(苯乙烯-共-丙烯腈)，聚(甲基丙烯酸甲酯-共-苯乙烯-共-丙烯腈)，苯乙烯、丙烯腈、(甲基)丙烯酸、和(甲基)丙烯酸酯的共聚物、以及包括前述中至少一种的组合。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的组件，其中，所述基体聚合物包括聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)、或者包括上述中至少一种的组合。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的组件，其中，所述热响应层进一步包括增塑剂。

16.根据权利要求15所述的组件，其中，所述增塑剂包括苯甲酸酯、脂肪族酯、磷酸芳酯、以及包括上述中至少一种的组合。

17.根据权利要求16所述的组件，其中，所述增塑剂包括季戊四醇四苯甲酸酯、间苯二酚双(磷酸二苯酯)、以及包括上述中至少一种的组合。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的组件，其中，所述填料包括二氧化硅、石英、玻璃、陶瓷颗粒、石膏、长石、硅酸钙、偏硼酸钡、云母、粘土、氢氧化镁、氢氧化铝、漂白土、氢氧化钙、叶蜡石、滑石、硼酸锌、以及包括前述中至少一种的组合。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的组件，其中，所述填料包括氢氧化镁。

20.根据权利要求1至18中任一项所述的组件，其中，所述填料包括玻璃。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的组件，其中，所述填料以按重量计5％至80％的量存在。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的组件，其中，具有25μm至2,500μm厚度的所述热响应层在暴露于大于所述基体聚合物的玻璃化转变温度的温度时具有大于或等于10％的反射。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的组件，进一步包括绝缘层。

24.根据实施方式23所述的组件，其中，所述绝缘层包括矿物芸香、玻璃芸香、和泡沫材料中的至少一种。

25.根据实施方式23至24中任一项所述的组件，其中，所述吸收层在所述绝缘层和所述热响应层之间，并且可选地，在所述吸收层的两侧上布置另外的绝缘层，使得在所述吸收层和所述热响应层之间也存在绝缘层。

26.一种制造权利要求1至25中任一项所述的组件的方法，包括：

形成所述上光层；

形成所述光吸收层；以及

在所述上光层和所述光吸收层之间形成所述热响应层；

其中，所述热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，所述基体聚合物和所述无机填料的折射率在25℃相差小于或等于0.05。

27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括共挤出所述上光层和所述热响应层。

28.根据权利要求26所述的方法，进一步包括将所述热响应层层压至所述上光层的表面。

29.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，进一步包括共挤出所述光吸收层和所述热响应层。

30.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，进一步包括将所述热响应层层压至所述光吸收层的表面。