CN107406649A - 用于隔热玻璃的玻璃纤维增强的间隔物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于隔热玻璃的间隔物，其至少包括聚合物基体，该聚合物基体至少包括通过内壁和外壁相互连接的两个相互平行的侧壁，其中所述侧壁、内壁和外壁围绕中空室，其中所述基体‑具有0重量%至40重量%的玻璃纤维含量，且‑由于空腔而具有10重量%至20重量%的减重。

Description

用于隔热玻璃的玻璃纤维增强的间隔物
本发明涉及一种用于隔热玻璃的玻璃纤维增强的间隔物、其制造方法及其用途。
在建筑物的窗户和立面区域，如今几乎仅仅使用隔热玻璃。隔热玻璃大多由双个玻璃板组成，它们通过间隔物以特定的相互距离设置。所述间隔物环绕着设置在所述玻璃的边缘区域中。由此在所述玻璃板之间形成间隙，其通常用惰性气体填充。与简单的玻璃相比，由玻璃界定的内部空间与外部环境之间的热流动可通过所述隔热玻璃显著减少。
所述间隔物对玻璃板的热性能具有不可忽视的影响。传统的间隔物由轻质金属，通常是铝组成。它们可以容易地加工。所述间隔物通常作为直的连续型材制成，将其切成需要的大小并接着通过弯曲变成用于隔热玻璃中必需的长方形。然而，由于铝的良好热导率，所述玻璃的隔热效果在边缘区域显著降低(冷边缘效应)。
为了改进热性能，已知用于间隔物的所谓的“暖边缘”解决方案。这些间隔物特别由塑料组成并因此具有显著降低的热导率。塑料间隔物例如由DE 27 52 542 C2或DE 19625 845 A1可知。
WO 2013/104507 A1公开了一种具有聚合物基体和隔热膜的间隔物。所述隔热膜在此含有聚合物膜和与至少一个聚合物层交替设置的至少两个金属或陶瓷层，其中位于外面的层优选是聚合物层。所述金属层具有小于1µm的厚度且必须通过聚合物层进行保护。否则，在所述隔热玻璃的组装期间在所述间隔物的自动加工过程中容易发生对所述金属层的损害。
EP 0 852 280 A1公开了一种用于多层隔热玻璃的间隔物。所述间隔物包括在粘合面上的具有小于0.1mm厚度的金属箔以及在基体的塑料中的玻璃纤维成分。位于外面的金属箔在进一步加工过程中在所述隔热玻璃中暴露于高的机械应力。特别地，当所述间隔物在自动化生产线上进一步加工时，容易发生对金属箔的损害并由此发生阻隔作用的变差。
存在对于确保最小的热导率但仍可容易加工的用于隔热玻璃的间隔物的需要。特别地，存在对于在保持机械性能的情况下可进一步改进热性能且可以以降低的成本制造的间隔物的需要。
本发明的目的是提供用于隔热玻璃生产的该类间隔物。本发明的另一目的是提供制造用于隔热玻璃生产的该类间隔物的方法。本发明的又一目的是提供用于隔热玻璃生产的该类间隔物的用途。
本发明的目的通过根据权利要求1、13和17的用于隔热玻璃生产的间隔物得以实现。
本发明的目的通过用于隔热玻璃生产的间隔物得以实现，该间隔物包括聚合物基体，该聚合物基体具有通过内壁和外壁相互连接的至少两个相互平行的侧壁，其中所述侧壁、内壁和外壁围绕中空室，其中所述基体具有 0重量%至40重量%的玻璃纤维含量并且由于所包含的经气体填充的空腔而具有10重量%至20重量%的减重。
本发明的解决方案通过本发明的用于隔热玻璃的间隔物得以实现，其通过在挤出过程中的塑料发泡来制造。本发明的间隔物以降低的制造成本在保持机械性能的情况下具有热性能的改进。
在本发明的间隔物中，在挤出过程中由于发泡，所述中空型材的壁不再作为实心材料构成，而是被气泡，即空腔渗透。因此，取决于情况，可以节约多达10重量%至 20重量%，优选11重量%至14重量%的材料。
本发明的间隔物具有显著更高的负荷能力和断裂强度。本发明的间隔物具有显著更高的弹性。
在本发明的间隔物的情况下，玻璃纤维增强的塑料通过在挤出过程中轻微发泡而改进其热性能，但同时并没有使其机械性能变差。对于热性能，已经测量到多达45%的改进。所述热性能通过包封在空腔中的气体而大大改进。包封在空腔中的静态的惰性气体充当非常好的隔热体。
本发明的一个优选实施方案是一种间隔物，其中所包含的经气体填充的空腔通过加入至少一种发泡剂来获得。优选地，这涉及化学发泡。将发泡剂大多以所谓的母料颗粒形式加入到塑料颗粒中。通过热输入，裂解出发泡剂的挥发性组分，大多是二氧化碳，这导致熔体发泡。
本发明的一个优选实施方案是一种间隔物，其中加入的发泡剂的量为0.5重量%至1.5重量%。发泡剂以颗粒形式在挤出机中熔融之前加入到聚合物中。
本发明的一个优选实施方案是一种间隔物，其中加入的发泡剂的量为0.7重量%至1.0重量%。在此范围内，用发泡剂获得特别好的结果。
本发明的一个优选实施方案是一种间隔物，其中所述基体含有1.0重量%至4.0重量%，优选1.3重量%至2.0重量%的色母料。在此范围内，获得特别好的着色作用。在本发明上下文中，“色母料”意思是含有着色剂的颗粒形式的塑料添加剂。
本发明的一个优选实施方案是一种间隔物，其中所述基体(I)直到施加1800N至2500N的力都是抗断裂的。这种高的断裂强度对于间隔物而言是非常有利的。
本发明的一个优选实施方案是一种间隔物，其中所述基体(I)至少含有聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚腈、聚酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，优选聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-聚碳酸酯(ABS/PC)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚碳酸酯(PET/PC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚碳酸酯(PBT/PC)、或它们的共聚物或衍生物或混合物。
本发明的一个特别优选实施方案是一种间隔物，其中所述基体(I)至少含有苯乙烯-丙烯腈(SAN)或聚丙烯(PP)或它们的共聚物或衍生物或混合物。通过这些聚合物，特别是在发泡的情况下在热性能以及断裂强度和弹性方面获得非常好的结果。
本发明的一个优选实施方案是一种间隔物，其中所述间隔物至少在外壁上具有隔热膜，该隔热膜含有聚合物载体膜和至少一个金属或陶瓷层；所述隔热膜的聚合物载体膜的厚度为10 µm至100 µm且所述隔热膜的金属或陶瓷层的厚度为10 nm至1500 nm，并且其中所述隔热膜含有至少一个厚度5 µm至100 µm 的另外的聚合物层，且所述隔热膜的金属或陶瓷层至少含有铁、铝、银、铜、金、铬、氧化硅、氮化硅、或它们的合金或混合物或氧化物，并且其中所述隔热膜的聚合物载体膜至少含有聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙烯-乙烯醇、聚偏二氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、硅酮、丙烯腈、聚丙烯酸甲酯或共聚物或混合物。
本发明的一个优选实施方案是一种间隔物，其中在各侧壁中嵌入增强条，该增强条含有至少一种金属或金属合金，优选钢，并具有0.05mm至1mm的厚度和1mm至5mm的宽度。通过嵌入的增强条，所述间隔物获得出乎意料的稳定性。
所述增强条赋予所述间隔物必需的可弯曲性，以便也通过传统的工业设备来加工。所述间隔物可以弯曲成其最终形状，而并不必需事先加热。通过增强条，形状保持持久稳定。此外，增强条增加间隔物的稳定性。但是，增强条并不起到热桥的作用，从而使得间隔物的性能在导热性方面没有受到显著的不利影响。这特别有两个原因: (a) 增强条嵌入在聚合物基体中，因此不与环境接触；b) 增强条设置在侧壁中，且例如不在导致玻璃板间隙与外部环境之间发生热交换的外壁或内壁中。同时实现可弯曲性和最佳的热性能以及增加的断裂强度和弹性是这一优选实施方案的决定性优点。
本发明的目的进一步通过制造用于隔热玻璃的间隔物的方法得以实现，其中
a) 提供由至少一种聚合物、色母料和发泡剂形成的混合物，
b) 将所述混合物在挤出机中在170℃至230℃的温度下熔融，
c) 使发泡剂分解，且挥发性组分将所述熔体发泡，
d) 通过模具压制该熔体，并获得基体，
e) 将所述基体稳定化，并
f) 将所述基体冷却。
本发明的一个优选实施方案是一种方法，其中提供一种颗粒混合物，其至少含有95.0重量%至99.0重量%的聚合物与30.0重量%至40.0重量%的玻璃纤维、1.0重量%至4.0重量%的色母料和0.5重量%至1.5重量%的发泡剂。该混合比对于产生发泡的间隔物而言是特别有利的。
本发明的一个优选实施方案是一种方法，其中所述混合物在挤出机中在215℃至220℃的温度下熔融。在此熔融温度下，在所述发泡的间隔物的情况下获得非常好的结果。
本发明进一步包括本发明的间隔物在多层玻璃中，优选在隔热玻璃中的用途。所述隔热玻璃优选用作建筑物的窗户玻璃或立面玻璃。
下面，借助附图和实施例更详细地阐述本发明。所述附图是示意图，而不按比例。所述附图绝不限制本发明。
图1展示穿过本发明的间隔物的一个实施方案的透视截面，
图2展示穿过具有本发明的间隔物的本发明的隔热玻璃的一个实施方案的截面，
图3展示本发明的方法的一个实施方案的流程图，
图4展示经发泡的中空型材的截面的显微镜照片。
图1展示了穿过用于隔热玻璃的本发明的间隔物的截面。所述间隔物包括例如由聚丙烯(PP)或苯乙烯-丙烯腈(SAN)组成的聚合物基体I。所述聚合物具有0重量%至40重量%的玻璃纤维含量。
所述基体I包括两个相互平行的侧壁1、2，它们被设计为与所述隔热玻璃的玻璃板接触。在各侧壁1、2的各一端之间有一内壁3，其被设计为面向所述隔热玻璃的玻璃板间隙。在所述侧壁1、2的另一端，连接有连接段7、7'。经由连接段7、7'，所述侧壁1、2与平行于内壁3的外壁4相连。连接段7 (或7')与侧壁3(或4)之间的角度α为大约45°。此结果是外壁4与连接段7、7'之间的角度也是大约45°。所述基体I围绕中空室5。
侧壁1、2、内壁3、外壁4和连接段7、7'的材料厚度(厚度)大致相同且例如为1mm。所述基体例如具有6.5 mm的高度和15 mm的宽度。
增强条6优选嵌入在各侧壁1、2中。所述增强条6、6'由并非不锈钢的钢组成，并具有例如0.3mm的厚度(材料厚度)和例如3 mm的宽度。所述增强条6、6'的长度对应于所述基体I的长度。
所述增强条赋予所述基体I足够的可弯曲性和稳定性，以便在没有预先加热的情况下弯曲并持久保持所需形状。与根据现有技术的其它解决方案相反，所述间隔物具有非常低的热导率，因为金属增强条6、6'仅嵌入在侧壁1、2中，经由它们在所述玻璃板内部空间与外部环境之间仅仅发生非常小部分的热交换。所述增强条6、6'不充当热桥。这是本发明的主要优点。
隔热膜8优选设置在外壁4和连接段7、7'的外表面上以及每个侧壁1、2的外表面的一段上。所述隔热膜8减少穿过间隔物的扩散。由此可以减少水分进入隔热玻璃的玻璃板间隙中或该玻璃板间隙的惰性气体填充物的损失。另外，所述隔热膜8改进所述间隔物的热性能，即降低热导率。
所述隔热膜8包括下面的层序列：聚合物载体膜(由LLDPE(线性低密度聚乙烯)组成)，厚度：24 µm) /金属层(由铝组成，厚度：50 nm) /聚合物层(PET，12 µm)/金属层(Al，50 nm)/聚合物层(PET，12 µm)。所述载体膜上的层叠由此包括两个聚合物层和两个金属层，其中所述聚合物层和所述金属层交替设置。所述层叠也可以包括其它的金属层和/或聚合物层，其中金属层和聚合物层同样优选交替设置，以使得聚合物层设置在各两个相邻的金属层之间，且聚合物层设置在最上层的金属层上方。
通过由聚合物基体I、增强条6、6'和隔热膜8的复合体，本发明的间隔物在刚度、密封性和热导率方面具有有利的性能。因此，它特别适合用在隔热玻璃中，特别是在建筑物的窗户或立面区域中。
图2展示了在所述间隔物区域中穿过本发明的隔热玻璃的截面。所述隔热玻璃由两个厚度例如3mm的钠钙玻璃的玻璃板10、11组成，这两个玻璃板经由设置在边缘区域中的本发明的间隔物相互连接。所述间隔物是具有增强条6、6'和隔热膜8的图1的间隔物。
所述间隔物的侧壁1、2分别经由密封层13与所述玻璃板10、11接合。所述密封层13由例如丁基橡胶组成。在隔热玻璃的边缘空间中在所述玻璃板10、11与所述间隔物之间，环绕着设置外部密封物料9。所述密封物料9例如是硅酮橡胶。
所述基体I的中空室5优选用干燥剂12填充。所述干燥剂12例如是分子筛。所述干燥剂12吸收存在于所述玻璃板与所述间隔物之间的残余水分并由此阻止所述玻璃板10、11在玻璃板间隙中起雾。通过所述基体I的内壁3中的孔(未示出)促进干燥剂12的作用。
图3展示了制造用于隔热玻璃的间隔物的本发明方法的一个实施例的流程图。
图4展示了所述发泡的中空型材的截面的显微镜照片。可以看到聚合物苯乙烯-丙烯腈(SAN)。深色的空腔清晰可见。各个泡孔，即空腔之间的壁是完全闭合的。所述空腔通过化学发泡获得。大多以所谓的母料颗粒的形式将发泡剂加入到塑料颗粒中。通过热输入，发泡剂的挥发性组分裂解出去，这导致熔体发泡。
对比例
制造未发泡的间隔物的方法
由如下物质形成的混合物：
98.5重量%苯乙烯-丙烯腈(SAN)，其具有35重量%玻璃纤维(A. Schulmann)，和
1.5重量%色母料Sicoversal®黑(BASF)，
作为颗粒加入到挤出机中并在挤出机中在218℃的温度下熔融。使用熔体泵，将所述熔体通过模具成型为中空型材(间隔物)。在真空校准工具中将具有大约170℃温度的仍然软的中空型材稳定化。这确保所述中空型材的几何。之后，将所述中空型材引导通过冷却浴并最终到达室温。
所述中空型材具有1.0 mm ± 0.1 mm的壁厚。
所述中空型材的总宽度为15.5 mm ± 0.1 mm。
所述中空型材的总高度为6.5 mm - 0.05 mm+0.25。
所述中空型材的重量为52g/m。
所述中空型材的机械强度为>600 N/cm。
实施例
制造发泡的间隔物的方法
由如下物质形成的混合物：
97.7重量%苯乙烯-丙烯腈(SAN)，其具有35重量%玻璃纤维(A. Schulmann)
1.5重量%色母料Sicoversal®黑(BASF)，和
0.8重量%发泡剂Polybatch 8850 E (A. Schulmann)，
作为颗粒加入到挤出机中并在挤出机中在218℃的温度下熔融。在这期间，发泡剂分解并释放CO2。使用熔体泵，将所述熔体通过模具成型为中空型材(间隔物)。在真空校准工具中将具有大约170℃温度的仍然软的中空型材稳定化。这确保所述中空型材的几何。之后，将所述中空型材引导通过冷却浴并最终到达室温。
所述中空型材具有1.0 mm ± 0.1 mm的壁厚。
所述中空型材的总宽度为15.5 mm ± 0.1 mm。
所述中空型材的总高度为6.5 mm - 0.05 mm+0.25。
所述中空型材的重量为45 g/m。
所述中空型材的机械强度为>600 N/cm。
对比例1的未发泡中空型材与实施例1的本发明的发泡中空型材之间的比较见表1。
表1
。
在本发明的中空型材的情况下，在相同的机械强度下实现了7克/米的材料节约。这意味着13.46%的材料节约，基于52克/米计。
对比例1的未发泡中空型材与实施例1的本发明的发泡中空型材之间的其它比较见表2。为此，分别测量未发泡和发泡中空型材的12个样品。进行力/应变(Dehnung)测量。为此，向样品施加最大力F最大(N)，直到样品断裂。在F最大(N)下的长度差DL(mm)是两个测试夹爪在中空型材断裂之前在最大力下必须经过的路径。在该表中，X表示平均值；S表示偏差；V表示标准偏差。
表2
。
由测得的未发泡中空型材的1150N的F最大(N)值与发泡中空型材的2290N的比较，清楚地看出本发明的发泡中空型材具有显著更高的负荷能力和断裂强度。
测得的未发泡中空型材在F最大(N)值下的0.4mm的DL与发泡中空型材的0.7mm之间的比较表明本发明的发泡中空型材具有显著更高的弹性。
本发明的发泡中空型材的优点是出乎意料且非常令人惊讶的。
对于所述中空型材的热性能，测得了高达45%的改进。所述热性能通过包封在空腔中的气体大大改进。所述包封在空腔中的静态的气体充当非常好的隔热体。
附图标记列表：
(I) 聚合物基体
(1) 侧壁
(2) 侧壁
(3) 内壁
(4) 外壁
(5) 中空室
(6、6') 增强条
(7、7') 连接段
(8) 隔热膜
(9) 外部密封物料
(10) 玻璃板
(11) 玻璃板
(12) 干燥剂
(13) 密封层
α 侧壁1、2与连接段7、7'之间的角度。

Claims (15)

1.用于隔热玻璃的间隔物，其至少包括：
- 聚合物基体(I)，其至少包括两个相互平行的侧壁(1、2)，这两个侧壁通过内壁(3)和外壁(4)相互连接，其中侧壁(1、2)、内壁(3)和外壁(4)围绕中空室(5)，
其中所述基体(I)
- 具有0重量%至40重量%的玻璃纤维含量，且
- 由于空腔而具有10重量%至20重量%的减重，且其中
- 所述空腔通过加入至少一种发泡剂获得，且
- 所加入的发泡剂的量为0.5重量%至1.5重量%。
2.根据权利要求1所述的间隔物，其中所述减重是11重量%至14重量%。
3.根据权利要求1或2所述的间隔物，其中加入的发泡剂的量为0.7重量%至1.0重量%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的间隔物，其中所述基体(I)含有1.0重量%至4.0重量%的色母料。
5.根据权利要求4所述的间隔物，其中所述基体(I)含有1.3重量%至2.0重量%的色母料。
6.根据权利要求1-5任一项所述的间隔物，其中所述基体(I)直到施加1800N至2500N的力都是抗断裂的。
7.根据权利要求1-6任一项所述的间隔物，其中所述基体(I)至少含有聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚腈、聚酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，优选聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈(ASA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-聚碳酸酯(ABS/PC)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚碳酸酯(PET/PC)、聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚碳酸酯(PBT/PC)、或它们的共聚物或衍生物或混合物。
8.根据权利要求1-7任一项所述的间隔物，其中所述基体(I)至少含有苯乙烯-丙烯腈(SAN)或聚丙烯(PP)或它们的共聚物或衍生物或混合物。
9.根据权利要求1-8任一项所述的间隔物，其中各侧壁(1、2)中嵌入增强条(6、6')，该增强条含有至少一种金属或金属合金，优选钢，且具有0.05 mm至1 mm的厚度和1 mm至5 mm的宽度。
10.根据权利要求1-9任一项所述的间隔物，其中所述间隔物至少在外壁上(4)具有隔热膜(8)，该隔热膜含有聚合物载体膜和至少一个金属或陶瓷层；所述隔热膜(8)的聚合物载体膜的厚度为10 µm至100 µm且所述隔热膜(8)的金属或陶瓷层的厚度为10 nm至1500nm，并且其中所述隔热膜(8)含有至少一个厚度5 µm至100 µm 的另外的聚合物层，且所述隔热膜(8)的金属或陶瓷层至少含有铁、铝、银、铜、金、铬、氧化硅、氮化硅、或它们的合金或混合物或氧化物，并且其中所述隔热膜(8)的聚合物载体膜至少含有聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙烯-乙烯醇、聚偏二氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、硅酮、丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、或共聚物或混合物。
11.用于制造根据权利要求1-10任一项所述的用于隔热玻璃的间隔物的方法，其中
a) 提供由至少一种聚合物、色母料和发泡剂形成的混合物，
b) 使所述混合物在挤出机中在170℃至230℃的温度下熔融，
c) 使发泡剂分解，且气体使所述熔体发泡，
d) 通过模具压制所述熔体，获得基体(I)，
e) 将所述基体(I)稳定化，并
f) 将所述基体(I)冷却。
12.根据权利要求11所述的方法，其中提供至少含有95.0重量%至99.0重量%的聚合物与30.0重量%至40.0重量%的玻璃纤维、1.0重量%至4.0重量%的色母料和0.5重量%至1.5重量%的发泡剂的颗粒混合物。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述混合物在挤出机中在215℃至220℃的温度下熔融。
14.根据权利要求11-13任一项所述的方法，其中所述熔体用CO2发泡。
15.根据权利要求1-10任一项所述的间隔物在多层玻璃中，优选在隔热玻璃中，特别是在建筑物的窗户玻璃或立面玻璃中的用途。
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