專利名稱：具有改良熱性能的結(jié)構(gòu)金屬部件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)金屬部件，特別是具有改良熱性能的用于窗、門或類似框架的擠出部件。本發(fā)明還涉及用于制造這種部件的方法，并且本發(fā)明也可用于立面(facade)部件如墻壁部件或屋頂部件。
由DE 44 26 331 A1可知一種具有改良熱絕緣性能的用于門框架或窗框架的擠出聚合物型材(profile)。在該型材的一個(gè)內(nèi)部區(qū)段(section)中，可以插入絕緣條或用于增加型材的穩(wěn)定性的金屬嵌入物。此外，建議用反射涂層涂覆該型材的選定表面，該涂層可反射光譜紅外區(qū)域的輻射。在溫暖的季節(jié)，向外的涂覆表面將反射來自外面的熱量并使內(nèi)部保持較涼爽。類似地，在寒冷的季節(jié)，向內(nèi)的涂覆表面將反射來自內(nèi)部的熱量并使內(nèi)部保持較暖和。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在能夠制備具有改良熱性能的結(jié)構(gòu)金屬部件。特別地，這些改良涉及鋁或鋁合金的結(jié)構(gòu)部件。結(jié)構(gòu)部件可以表現(xiàn)為，用于門框架或窗框架的擠出型材或者這種型材的組件，或其它結(jié)構(gòu)部件例如用于墻壁或屋頂應(yīng)用的立面板。
在本文中，將應(yīng)用如下定義將一半的框體(shell)稱為區(qū)段(section)。人們由兩個(gè)區(qū)段(例如一個(gè)內(nèi)部區(qū)段和一個(gè)外部區(qū)段)和隔熱條(thermal break bar)制成隔熱型材?？蚣苁前惭b(如螺紋固定)在建筑中的部分?？蚋?sash)是可以打開的型材。框架和框格兩者都可以是隔熱或者不隔熱的。在本實(shí)施方案中，它們是隔熱的。另外，結(jié)構(gòu)部件可具有一個(gè)被稱為外表面的暴露于室外條件的外側(cè)，一個(gè)被稱為內(nèi)表面的內(nèi)側(cè)，和多個(gè)內(nèi)部表面。特別地，對(duì)于其中裝有窗戶的區(qū)段，鑲玻璃條(glazing bead)的區(qū)域、鑲玻璃槽口區(qū)域和隔熱表面對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的區(qū)段的總體熱性能顯示出重要性。
術(shù)語發(fā)射或發(fā)射率(ε)是指表面輻射(發(fā)射)電磁輻射的能力。日光反射系數(shù)(或反射率)是指表面反射日光輻射的能力。
表面的反射系數(shù)(ρ)和發(fā)射(ε)可能隨輻射的波長(zhǎng)(λ)而強(qiáng)烈變化。物體的發(fā)射(ε)定義為物體發(fā)射的輻射能量與理想Planckian黑體輻射體(即遵守Planck’s定律的物體)在相同溫度和波長(zhǎng)下的輻射能量的比值。熱發(fā)射由電磁波譜的熱波長(zhǎng)區(qū)域中的發(fā)射ε(λ)的權(quán)重過程(weighing process)決定，參見
圖1。
對(duì)于無透射性的不透明材料，發(fā)射與反射之間的關(guān)系可簡(jiǎn)化為ε(λ)＝1-ρ(λ)與聚合物相比，金屬具有高得多的熱導(dǎo)率。其結(jié)果是，金屬窗框架或門框架在過去特別具有相當(dāng)大的傳導(dǎo)熱損失。
在現(xiàn)在的金屬窗框架和門框架中，將具有低熱導(dǎo)率的聚合物條結(jié)合到框架中以便將內(nèi)部和外部框架區(qū)段熱隔離(隔熱)。這顯著減少了由于傳導(dǎo)的熱損失。在具有適合隔熱應(yīng)用的鋁框架中，最高達(dá)65％的穿過框架的剩余熱傳遞是由內(nèi)部和外部區(qū)段之間的熱輻射引起的。因此，鋁框架熱性能的進(jìn)一步改良要求最大程度地減小輻射熱傳遞損失。熱輻射引起的熱傳遞由區(qū)段表面的熱發(fā)射性能決定。為了減少熱傳遞，特別重要的是保持結(jié)構(gòu)部件的內(nèi)部和內(nèi)表面的熱發(fā)射盡可能低。由于外表面處較大的對(duì)流熱傳遞，外表面發(fā)射的重要程度較小。
日光輻射含有相當(dāng)大的能量參見圖2。當(dāng)直接的日光輻射被吸收到結(jié)構(gòu)部件中時(shí)，溫度升高。在鋁框架中，這種日光增熱可能因幾個(gè)原因而成為問題。
首先，日光增熱將增加傳入建筑內(nèi)部的過多熱的量。這種日光能量的吸收和通過建筑材料的熱傳遞對(duì)于溫暖季節(jié)期間的冷卻負(fù)荷和個(gè)人舒適可能具有負(fù)面影響。
其次，增熱可能導(dǎo)致金屬的熱膨脹。鋁的熱膨脹性能強(qiáng)烈影響著大窗戶結(jié)構(gòu)的性能。在直接的日照下，鋁窗框架由于日光的加熱而膨脹。這種膨脹能夠引起窗戶區(qū)段的扭曲，從而難以打開窗戶。結(jié)構(gòu)部件的日光增熱性能受暴露于日光輻射的表面的日光反射以及其它表面的熱發(fā)射性能的影響。為了減少日光增熱，外表面的日光反射應(yīng)盡可能的高。外表面的熱發(fā)射的重要性較小。其原因是從外表面的熱量損失由熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)決定，而不是由發(fā)射決定。
現(xiàn)有技術(shù)的日光反射涂層表面日光反射是被所述表面反射的入射日光能量的一部分。用于其測(cè)定的最佳標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)使用具有積分球的分光光度測(cè)量以確定各波長(zhǎng)下的反射。使用標(biāo)準(zhǔn)地面(terrestrial)日光光譜(參見圖2)，通過權(quán)重過程確定總的日光反射(TSR)。ASTM E903和E892記載了這種方法。
日光光譜由三個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域組成，并且能量分布大致如下紫外區(qū) ＜400nm 5％可見區(qū) 400-700nm 44％近紅外區(qū) 700-2500nm51％因此，為了減少日光增熱，近紅外區(qū)以及可見區(qū)和UV區(qū)內(nèi)的反射表面性能至關(guān)重要?？梢妳^(qū)的反射將決定表面的視覺外觀(顏色和亮度)。通常，日光增熱對(duì)于黑色(或其它深顏色)表面問題最為突出。黑色表面典型在日光光譜的所有部分均具有低的反射。然而，通過改變?nèi)展夤庾VUV和近紅外部分的反射性能，能夠產(chǎn)生具有高很多的日光反射的黑色表面。由于光譜的這些部分對(duì)于人眼是不可見的，所以表面反射性能的這種改變不會(huì)改變表面的視覺外觀。
通常，只有白色和淺色調(diào)顏色的涂層產(chǎn)生相對(duì)高的日光反射。特殊的近紅外反射涂層是一項(xiàng)最新發(fā)展，其主要應(yīng)用是作為金屬屋頂上的外涂層。這些涂料保持房頂相對(duì)涼爽，同時(shí)允許廣泛選擇屋頂?shù)念伾?。使用近紅外反射顏料，黑色涂層的日光反射甚至提高到大于25％，而常規(guī)黑色涂層典型僅具有5％的日光反射。具有這些顏料的粉末涂層迄今還不能從市場(chǎng)上獲得。
現(xiàn)有技術(shù)的低發(fā)射涂層已知低發(fā)射涂層已經(jīng)應(yīng)用于建筑部件的表面用于獲得改良熱性能。一個(gè)實(shí)例是金屬屋頂內(nèi)側(cè)的低發(fā)射涂層的應(yīng)用。最初是為了軍事應(yīng)用開發(fā)這些類型的低發(fā)射涂層。例如軍用車輛的低發(fā)射表面能夠改變或抑制物體的熱輻射，使其更難被紅外傳感器檢測(cè)到。典型使用金屬顏料生產(chǎn)這種低發(fā)射涂層。
鋁在熱區(qū)域具有典型為0.9的高反射；對(duì)應(yīng)于0.1的熱發(fā)射率，參見圖1。由于這種原因，金屬鋁薄片通常在這種低發(fā)射(low-e)涂層中用作顏料。
具有改良熱性能的部件(本發(fā)明)通常對(duì)鋁建筑產(chǎn)品進(jìn)行表面處理以產(chǎn)生適合的耐久性和外觀，而并未特別針對(duì)發(fā)射或日光反射性能。另外，表面處理需要符合市場(chǎng)領(lǐng)域中的標(biāo)準(zhǔn)(例如，GSB International、Qualicoat或Qualanod)。對(duì)于大多數(shù)表面處理，難以將室外耐久性、耐擦傷性、可接受的視覺外觀、可接受的生產(chǎn)成本和其它標(biāo)準(zhǔn)要求與低發(fā)射率相結(jié)合。通常，對(duì)金屬進(jìn)行陽極氧化或粉末涂覆。這提供了優(yōu)異的室外耐久性而非高的發(fā)射率。
目前應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)表面處理工藝典型在所有表面上產(chǎn)生ε＝0.85-0.9的熱發(fā)射率。根據(jù)本發(fā)明，通過在各種表面上施用具有優(yōu)化光學(xué)性能的涂層，能夠改良所述結(jié)構(gòu)金屬部件的熱性能，同時(shí)滿足GSB和/或Qualicoat和/或Qualanod要求。
本發(fā)明的改進(jìn)基于各種表面的熱發(fā)射以及日光反射將影響結(jié)構(gòu)金屬部件的熱性能的事實(shí)。另外，外表面的期望日光反射和熱發(fā)射性能可能與內(nèi)部和內(nèi)表面的不同。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過改良各種表面的光學(xué)性能(發(fā)射率和日光反射)制造具有改良熱性能的結(jié)構(gòu)金屬部件。內(nèi)部和內(nèi)表面應(yīng)優(yōu)選具有低的熱發(fā)射。外表面應(yīng)優(yōu)選具有高的日光反射。由于外表面上較大的對(duì)流熱傳遞，外表面的熱發(fā)射重要性較小。
另外，本發(fā)明描述了為由兩個(gè)(一個(gè)內(nèi)部和一個(gè)外部)或更多獨(dú)立金屬區(qū)段組成的部件實(shí)現(xiàn)這種改良光學(xué)性能的三種不同工藝。第一工藝(A)是使用相同(改進(jìn)的)的處理對(duì)所有表面進(jìn)行處理，在所有表面上產(chǎn)生低的發(fā)射率和/或高的日光反射。第二工藝(B)是使用不同的(改進(jìn)的/優(yōu)化的)表面處理對(duì)內(nèi)部和外部區(qū)段進(jìn)行處理，為一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部區(qū)段提供低的發(fā)射率，和/或在一個(gè)和多個(gè)外部區(qū)段上提供高的日光反射。第三工藝(C)是對(duì)各區(qū)段上的各個(gè)表面進(jìn)行不同的處理，在例如內(nèi)部(internal)和內(nèi)(interior)表面上產(chǎn)生低的發(fā)射率和/或在外表面上產(chǎn)生高的日光反射。
本發(fā)明還利用了通常金屬表面，且尤其是鋁表面具有特別有利的日光反射和低的發(fā)射性能(參見圖1)的事實(shí)，可以借此來改良由這種金屬制成的結(jié)構(gòu)部件的熱性能。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提出增強(qiáng)結(jié)構(gòu)金屬部件熱性能的幾種表面處理方案。本發(fā)明是基于通過改良區(qū)段的表面性能來減少通過這些區(qū)段的輻射所引起的熱傳輸。可以通過低發(fā)射和/或日光反射涂層的方案來改變表面性能。這也可以包括利用這種金屬基體固有的低發(fā)射和日光反射性能。
根據(jù)如附屬權(quán)利要求所限定的本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)上述和另外的優(yōu)點(diǎn)。
通過實(shí)施例和附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明圖1公開了鋁在電磁光譜的UV、可見和IR區(qū)域中的反射率，圖2公開了根據(jù)ASTM E489測(cè)量的地面(地球表面處的)日光光譜能量密度，圖3公開了具有不同表面的窗區(qū)段的橫截面，圖4公開了低發(fā)射粉末涂層和低發(fā)射涂料的反射光譜，圖5公開了增強(qiáng)的阻擋層型氧化鋁的反射光譜，圖6公開了溶膠凝膠涂層的反射光譜，圖7公開了低發(fā)射箔片的反射光譜，圖8公開了黑色日光熱反射黑色涂層的反射光譜。
改良熱性能的實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明，顯示了幾種提出的表面處理方案以顯著改良結(jié)構(gòu)金屬部件表面的發(fā)射率。另外，顯示了各種處理過程可能顯著影響作為整體的金屬框架的所得U值。
改良結(jié)構(gòu)部件熱性能的優(yōu)選方法是使用改良結(jié)構(gòu)部件表面性能的表面處理方案。內(nèi)部和內(nèi)表面應(yīng)優(yōu)選具有低的發(fā)射率。外表面應(yīng)優(yōu)選具有高的日光反射。
圖3公開了具有不同表面的窗區(qū)段的橫截面(具有隱藏式框格的窗框架1)。窗玻璃10由鑲玻璃墊片3和4支撐。墊片3由條2支撐。附圖標(biāo)記9代表中心墊片，而附圖標(biāo)記6代表定位墊片?？梢栽诳蚣苤性O(shè)置一個(gè)或多個(gè)隔熱體(thermal break)11。區(qū)段5、7和8優(yōu)選由鋁制成。窗框架還具有至少一個(gè)內(nèi)表面SI和一個(gè)外表面SE。另外，顯示了內(nèi)部表面如一個(gè)玻璃槽口(rebate)區(qū)域F，鑲玻璃條區(qū)域SG，和隔熱條表面STB。在所述表面上進(jìn)行不同表面處理過程的實(shí)驗(yàn)顯示，多種處理工藝可能高度影響作為整體的框架的U值。這是由于框架多個(gè)表面的優(yōu)化發(fā)射率。
表1顯示了多種涂層的光學(xué)性能。
表1下面的實(shí)施例參照表2實(shí)施例1和2描述了對(duì)用于建筑應(yīng)用的鋁型材進(jìn)行表面處理的現(xiàn)有技術(shù)。
在實(shí)施例1中使用20-25μm的標(biāo)準(zhǔn)陽極氧化，導(dǎo)致所有表面上具有0.85的表面發(fā)射率。
在實(shí)施例2中，施用白色或任何其它純色的標(biāo)準(zhǔn)粉末涂層，導(dǎo)致所有粉末涂覆的表面上具有0.9的發(fā)射率。隔熱區(qū)域的表面未進(jìn)行涂覆并保持氧化鋁基底的發(fā)射率。對(duì)于圖3所示的具有隱藏式框格的鋁窗框架，使用現(xiàn)有技術(shù)表面處理所得框架的U值為4.2-4.5W/m2K(參見表3)。
縮寫詞SE＝外表面，SI＝內(nèi)表面，SG＝鑲玻璃區(qū)域中的表面，STB＝隔熱區(qū)域的表面表2實(shí)施例3由陽極氧化內(nèi)部區(qū)段使之具有2μm厚的陽極氧化層構(gòu)成。這種薄層對(duì)熱輻射是半透明的。因此，將不會(huì)完全抑制下層金屬基底的優(yōu)異低發(fā)射性能。在標(biāo)準(zhǔn)的擠出鋁材上，顯示出這種涂層產(chǎn)生0.4的發(fā)射率。以標(biāo)準(zhǔn)陽極氧化對(duì)外部區(qū)段進(jìn)行表面處理。在嵌入隔熱條(thermal brake bar)之前對(duì)區(qū)段進(jìn)行陽極氧化。
實(shí)施例4由層厚為0.4-0.7μm的阻擋層型陽極氧化層和外部區(qū)段上的標(biāo)準(zhǔn)陽極氧化20-25μm構(gòu)成。該阻擋層型涂層具有依賴于初始表面光澤的0.15-0.30的發(fā)射率。在嵌入隔熱條之前對(duì)區(qū)段進(jìn)行陽極氧化。
實(shí)施例5隔熱型材的標(biāo)準(zhǔn)粉末涂層對(duì)于涂覆表面典型產(chǎn)生0.9的表面發(fā)射率，而對(duì)于內(nèi)部表面產(chǎn)生0.1的表面發(fā)射率。在這個(gè)實(shí)施例中，在鑲玻璃槽口區(qū)域用特殊制備的發(fā)射率典型為0.2-0.3的低發(fā)射濕涂料對(duì)標(biāo)準(zhǔn)粉末涂覆的型材進(jìn)行附加涂覆。對(duì)于圖3中的框架，框架所得的U值是3.95W/m2K(參見表3)。
實(shí)施例6隔熱型材的標(biāo)準(zhǔn)粉末涂層并不涂覆內(nèi)部表面，在這些表面上產(chǎn)生0.1的發(fā)射率。還可以通過從鑲玻璃槽口區(qū)域除去粉末涂層實(shí)現(xiàn)0.1的鋁基底發(fā)射率。在粉末涂覆之前遮蓋重要區(qū)域是獲得無粉末涂層區(qū)域的一種工藝。
實(shí)施例7也可以通過向鑲玻璃槽口區(qū)域施用低發(fā)射箔片來改進(jìn)具有標(biāo)準(zhǔn)粉末涂層的型材。這些箔片將典型具有0.10的發(fā)射率。可以將該箔片膠合到粉末涂覆的表面上。對(duì)于圖3中的框架，所得U值是3.23W/m2K(參見表3)。
實(shí)施例8由施用于內(nèi)部區(qū)段的內(nèi)表面的特殊制備的發(fā)射率為0.4的低發(fā)射粉末涂層，和外部區(qū)段外側(cè)上具有任何顏色的標(biāo)準(zhǔn)粉末涂層構(gòu)成。在粉末涂覆操作過程中對(duì)所有內(nèi)部表面和重要的鑲玻璃區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，并將保持0.1的基底的優(yōu)異反射率。
實(shí)施例9由施用于隔熱型材上并具有優(yōu)異室外性能和0.4-0.5發(fā)射率的特殊制備的低發(fā)射粉末涂層構(gòu)成。
實(shí)施例10由進(jìn)一步在鑲玻璃區(qū)域施用發(fā)射率為0.2-0.3的低發(fā)射濕涂料構(gòu)成。
實(shí)施例11由施用于內(nèi)部區(qū)段內(nèi)表面和外部區(qū)段外側(cè)的低發(fā)射粉末涂層構(gòu)成。在涂層施用過程中通過遮蓋來保護(hù)鑲玻璃區(qū)域，使其保持0.1的基底發(fā)射率。
實(shí)施例12由在涂覆有低發(fā)射粉末涂層的型材的鑲玻璃槽口區(qū)域中施用具有0.1發(fā)射率的低發(fā)射箔片構(gòu)成。
實(shí)施例13由施用于內(nèi)部區(qū)段的溶膠-凝膠涂層構(gòu)成，導(dǎo)致該區(qū)段所有表面上具有0.15的發(fā)射率。在外部區(qū)段的外側(cè)施用具有任何顏色的標(biāo)準(zhǔn)粉末涂層；在粉末涂覆操作過程中對(duì)隔熱表面和重要的鑲玻璃區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，并保持0.1的基底優(yōu)異的發(fā)射率。
實(shí)施例14由整個(gè)隔熱型材上的溶膠-凝膠涂層構(gòu)成，導(dǎo)致所有表面上具有0.15的發(fā)射率。
實(shí)施例15由外部區(qū)段外表面上的日光熱量反射粉末涂層和內(nèi)部區(qū)段內(nèi)表面上的低發(fā)射粉末涂層構(gòu)成。應(yīng)當(dāng)清楚的是，可以在內(nèi)部區(qū)段上施用其它低發(fā)射表面處理體系例如低發(fā)射濕涂料、薄膜陽極氧化、阻擋層型陽極氧化層或溶膠-凝膠涂層。
不同涂層U值的比較下表3給出了表面發(fā)射率對(duì)具有和不具有玻璃的Wicline 50E隱藏式框格的影響。1.48×1.23米的窗玻璃具有U值＝1.1W/m2K。計(jì)算中應(yīng)用各種涂層的典型發(fā)射率發(fā)射率金屬粉末涂層0.5濕鋁顏料涂料0.3新陽極氧化工藝光澤表面上為0.15，或者無光澤表面上為0.3溶膠-凝膠涂層0.15
表3使用不同表面處理工藝在所述表面上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)顯示，作為整體的框架的U值可能受各種處理工藝的高度影響。這是由于框架各表面優(yōu)化的發(fā)射率。
低發(fā)射粉末涂層和濕涂料低發(fā)射粉末涂層和濕涂料是幾種提出的表面處理方案的必需部分。優(yōu)選的方法是鋁著色的涂層。由于粉末涂層施用中顏料體積濃度的限制，鋁著色的粉末涂層典型具有高于濕涂料的發(fā)射。如果粉末涂層中的顏料濃度典型超過5％，粉末涂層將難于帶靜電(charge)和噴涂在表面上。典型低發(fā)射粉末涂層的發(fā)射可以為0.50或更小。該顏料可理想地與在光譜熱區(qū)域幾乎不吸收的樹脂基體結(jié)合以便即使使用少量顏料也能具有低的發(fā)射率。
低發(fā)射濕涂料具有高于粉末涂層的顏料體積濃度，并且由于在涂料干燥和固化期間溶劑的蒸發(fā)，由濕涂料得到的低發(fā)射膜將包含比由低發(fā)射粉末涂層得到的膜多很多的顏料。膜中高濃度的鋁顏料可產(chǎn)生低的發(fā)射。典型粉末涂層的發(fā)射可以為0.20。
另外，本發(fā)明基于涂層的依賴于參數(shù)，參數(shù)例如量、顏料尺寸、顏料形狀(葉形(leafing)、圓形、片狀)、涂層位置和其厚度連同顏料和粉末的性能將影響區(qū)段發(fā)射率性能。
阻擋層型氧化鋁陽極氧化在標(biāo)準(zhǔn)建筑陽極氧化中，電解質(zhì)通常是可部分溶解形成的氧化鋁的硫酸，其導(dǎo)致多孔氧化鋁結(jié)構(gòu)。當(dāng)氧化物生長(zhǎng)得更厚時(shí)，這種多孔的結(jié)構(gòu)允許陽極氧化過程繼續(xù)進(jìn)行；在低電壓下可以形成25μm的層厚。
在阻擋層型陽極氧化中，將電解質(zhì)改變?yōu)椴蝗芙怆娊庑纬傻难趸锏碾娊赓|(zhì)。由于氧化物中的電阻增加，電壓將增加。需要高電壓使得電流穿過陽極氧化層。電解質(zhì)可以是酒石酸銨、硼酸、五硼酸銨或有機(jī)酸。阻擋層型陽極氧化膜具有400-700nm的膜厚，且根據(jù)初始表面的粗糙度，表面發(fā)射率將為0.15-0.30。由于不具有多孔結(jié)構(gòu)以及其氫氧化鋁含量和電解質(zhì)殘留物，阻擋層型層的化學(xué)耐性遠(yuǎn)好于標(biāo)準(zhǔn)陽極氧化。
鋁基底上的低IR吸收涂層可以通過溶膠-凝膠技術(shù)或類似技術(shù)制備該涂層。作為為了確保低的發(fā)射率的IR反射體，可能使用例如納米尺度的金屬顆?；蛏踔潦褂门c極薄和/或IR透明涂層結(jié)合的鋁基底。在一個(gè)實(shí)施方案中，該涂層可以足夠厚以保護(hù)表面，但也應(yīng)盡可能薄且IR透明使得不會(huì)過多抑制下層金屬表面優(yōu)異的低發(fā)射(和日光反射)性能。
可以通過用納米尺寸的IR透明顆粒例如氮化鋁填充有機(jī)或無機(jī)涂層制備低IR吸收涂層。
還可以設(shè)想利用下層金屬的優(yōu)異反射性能的光譜選擇涂層方案。如果納米涂層對(duì)整個(gè)電磁波譜的UV、可見、近IR(即日光區(qū)域)和熱區(qū)域的輻射足夠透明，則可以通過向僅吸收選定光譜部分的涂層中引入納米尺度的顆粒/組分來調(diào)整表面的反射性能。以這種方式，可以改變和控制表面的熱發(fā)射率和日光反射以及視覺外觀。
低發(fā)射箔片通過在聚合物材料或其它非反射基底的箔片上沉積反射性金屬或金屬氧化物制備低發(fā)射箔片。通常通過化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積實(shí)施反射膜。該反射膜可以是銀或其它反射材料。可以將該低發(fā)射箔片膠合到任何其它非反射表面上。
日光反射粉末涂層可以以黑色，灰、棕、綠、藍(lán)和紅的深色調(diào)提供日光熱反射粉末涂層。測(cè)得的總熱反射(TSR)與測(cè)得的表面溫度具有線性關(guān)系。黑色和深RAL色如6005、8017或8011可以獲得TSR＞20。
顏料應(yīng)優(yōu)選在光譜的近紅外區(qū)并且也可以在UV區(qū)具有高的反射，因?yàn)檫@不會(huì)改變顏色?？商鎿Q的策略是利用下層金屬基底的優(yōu)異日光反射性能。在這種情況下，該涂層在光譜的近紅外部分應(yīng)當(dāng)是透明的。
在上述實(shí)施例中，顯示了具有隱藏式框格的窗框架。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的原理也可以應(yīng)用于其它結(jié)構(gòu)部件，特別是涉及具有一個(gè)內(nèi)表面和一個(gè)外表面的中空/型材區(qū)段的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.用于門、窗或類似應(yīng)用的具有改良熱性能的結(jié)構(gòu)金屬部件，其具有至少一個(gè)內(nèi)表面、一個(gè)外表面和一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部表面，其中所述部件的至少一個(gè)表面通過表面處理或涂覆而具有改良的光學(xué)性能，其特征在于該表面具有改良的熱發(fā)射率和/或日光反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)部件，其中所述部件由至少一個(gè)內(nèi)部區(qū)段和一個(gè)外部區(qū)段制成，所述區(qū)段的內(nèi)部表面之間優(yōu)選具有隔熱體，其特征在于內(nèi)部區(qū)段可以具有與外部區(qū)段不同的光學(xué)性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于同一區(qū)段的至少兩個(gè)表面可以具有不同的熱發(fā)射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于該部件的至少一個(gè)內(nèi)部表面具有低的發(fā)射率性能。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于該結(jié)構(gòu)部件的至少一個(gè)內(nèi)部表面涂覆有低發(fā)射的濕金屬涂料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于至少一個(gè)內(nèi)部表面涂覆有低發(fā)射箔片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-2的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于該結(jié)構(gòu)部件的內(nèi)表面具有低發(fā)射率性能，發(fā)射率ε＜0.85。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-2的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于該結(jié)構(gòu)部件的黑色或深色外表面具有高的日光反射性能TSR＞20。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-2的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于隔熱區(qū)域的發(fā)射率ε＜0.85。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-2的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于鑲玻璃壓條區(qū)域中的發(fā)射率ε＜0.85。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-2的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于該結(jié)構(gòu)部件的外表面和/或內(nèi)表面涂覆有低發(fā)射粉末涂層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于該涂層基于粉末涂層，該粉末涂層由基于聚合物基體的顆粒構(gòu)成，該聚合物基體具有附著于其上的金屬薄片。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-2的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于該部件另外在光譜的NIR和可見光區(qū)具有提高的反射性能。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-2的結(jié)構(gòu)部件，其在玻璃壓條區(qū)域具有至少一個(gè)表面，其特征在于所述表面具有低的發(fā)射率性能。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-2的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于該部件由鋁或鋁合金制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-2的結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置其形成窗框架或門框架，其特征在于窗框架或門框架的所得U值減少多于6％。
17.生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求1-15的結(jié)構(gòu)部件的方法，其特征在于以粉末涂覆方法施用該涂層。
18.生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求1-15的結(jié)構(gòu)部件的方法，其特征在于以共擠壓方法施用該涂層。
19.生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求1-15的結(jié)構(gòu)部件的方法，其特征在于該表面處理由溶膠-凝膠涂覆構(gòu)成。
20.生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求2-15的結(jié)構(gòu)部件的方法，其特征在于對(duì)外部區(qū)段進(jìn)行表面處理和/或涂覆以建立高的日光反射性能。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件的方法，其特征在于在處理過程中對(duì)外部區(qū)段的內(nèi)部側(cè)進(jìn)行遮蓋。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件的方法，其特征在于外部區(qū)段的內(nèi)部側(cè)涂覆有低發(fā)射涂料或低發(fā)射箔片。
23.生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求2-15的結(jié)構(gòu)部件的方法，其特征在于對(duì)內(nèi)部區(qū)段進(jìn)行表面處理和/或涂覆以建立低的發(fā)射率性能。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件的方法，其特征在于對(duì)內(nèi)部區(qū)段的內(nèi)側(cè)進(jìn)行進(jìn)一步的表面處理或涂覆同時(shí)將所述區(qū)段的內(nèi)部側(cè)進(jìn)行遮蓋。
25.生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求1-15的結(jié)構(gòu)部件的方法，其特征在于通過阻擋層型氧化鋁陽極氧化工藝處理表面。
全文摘要
用于門、窗或類似應(yīng)用的具有改良熱性能的結(jié)構(gòu)金屬部件，其具有至少一個(gè)內(nèi)表面、一個(gè)外表面和一個(gè)內(nèi)部表面，其中所述部件的至少一個(gè)表面通過表面處理或涂覆而具有改良的光學(xué)性能。根據(jù)本發(fā)明的表面具有改良的熱發(fā)射率和/或日光反射。另外，本發(fā)明還涉及制備以優(yōu)選的方式處理或具有優(yōu)選涂層的結(jié)構(gòu)部件的方法。
文檔編號(hào)E06B3/04GK1997805SQ200580023793
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者M·哈倫斯特維特, W·扎格, E·?？寺? T·克拉斯, C·斯布恩, J·瑪達(dá)倫 申請(qǐng)人:諾爾斯海德公司