CN101616794A - 功能化玻璃窗 - Google Patents

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Abstract

玻璃窗,它相继包括:第一刚性基材(S1),第二刚性基材(S2),第三刚性基材(S3),至少一个“活性”***(A),它包括至少一个层并被放置在基材(S1和S2)之间,与其它两个基材(S2、S3)相比,第一个基材(S1)任选地缩进,至少一个聚合物薄膜,它具有在玻璃窗破碎时保留玻璃窗碎片的功能,该薄片放置在基材(S1)与基材(S2)之间和基材(S2)与基材(S3)之间。

Description

功能化玻璃窗
本发明涉及具有双重特征的用于航空的玻璃窗:
-一方面,在玻璃窗在毁坏时能够保留碎片(特别地玻璃碎片)这个意义上说,涉及所谓的安全玻璃窗。特别地涉及符合JAR/FAR 25.1309和AMJ 25.1309规定条例的玻璃窗。这些玻璃窗优选地成功通过这些在“tir du poulet”条款下规定条例中描述的测试。这类玻璃窗的最通常结构是标准层压玻璃窗结构,它们由至少三个基本透明的刚性基材构成(通常是玻璃),这些基材之间放置至少一层热塑性聚合物薄片,该薄片将保证在需要时保留玻璃碎片。已经知道的是,该层压(feuilletage)通常需要一般在压力下加热三个组装元件,以便使热塑性薄片***,并使其变得有粘性,还任选地消除在玻璃窗的这些不同元件之间存在的残留空气。
-另一方面,在本发明玻璃窗具有至少一种功能的意义上说,它们是“功能化的”,所述功能是由一个或多个薄层和/或一个或多个不连续元件赋予的,它们可以是有机、无机性质的或有机-无机混合性质的(这些层或元件一般被置于靠着本发明玻璃窗的刚性基材中的一个)。在下面它们将以术语“一个或多个活性***”进行表示。本发明的玻璃窗可以包括一个或多个活性***。
有利于本发明的第一类活性***通常是电化学***,更特别地是具有可变能量和/或光学性质的玻璃窗类可电控***。
这些可电控***能够特别得到可以随意改变暗淡/可见度或者滤去热/阳光辐射的玻璃窗。例如涉及紫精(viologènes)玻璃窗,正如专利US-5 239 406中描述的那些,它们能调整光透射或光吸收。
还有电致变色玻璃窗,它们能够调整光透射和传热。它们尤其描述在专利EP-253 713、EP-670 346中,其电解质呈聚合物或凝胶形式,其它的层是无机类的。在专利EP-867 752、EP-831 360、WO 00/57243和WO 00/03289中描述了另一类,这时其电解质呈基本上无机层形式,因此该***的所有层基本上是无机的:一般这类电致变色***用术语“全固态”电致变色进行表示。在本发明的意义上,当构成该活性叠层的任何层具有无机性质,例如基于金属氧化物时,使用“全固态”。
还存在其中所述层全部为聚合物类的电致变色***,那么将该电致变色称作“全聚合物”。
一般而言,所述电致变色***包括两个电致变色材料层,它们被一个电解质层分开,并被两个导电层包围。
还存在称作“光阀”的***:其为聚合物基的薄膜,其中放置了含有颗粒的微滴,这些微粒能在电场作用下按照优先方向排列。专利WO 93/09460描述了该“光阀”的实例。
还存在具有与上述类似功能方式的液晶***:它们使用被放在两个导电层之间的聚合物薄膜,其中分散着小液晶滴,特别地为具有正介电各向异性的向列型液晶滴。当该薄膜呈拉伸状时,这些液晶根据优先轴取向,其允许可见。不拉伸时,这种薄膜变成漫射的。专利EP-88 126、EP-268 877、EP-238 164、EP-357234、EP-409 442和EP-964 288描述了一些实例。还可以引用具有甾醇液晶的聚合物,如专利WO 92/19695中所描述的那些,和具有随着光透射TL变化而转换的液晶***。
在本发明范围内和本全文内,我们应该以最宽泛含义理解术语“层”:它既可以是无机材料,也可以是有机类材料。
这些叠层可能沉积在所述刚性基材中的一个上,或者沉积在PET(聚对苯二甲酸乙二酯)类柔性基材上,该PET类柔性基材被放在两个PVB(聚乙烯醇)类热塑性聚合物薄片之间,所述薄片用来装配两个玻璃类刚性基材。这些实例可以在专利EP-638 528、EP-718 250、EP-724 955、EP-758 583和EP-847 965中找到。
设想具有在前面描述双重特征的玻璃窗并不容易,因为在玻璃窗中活性***与具有保留碎片功能的聚合物薄片的组合产生额外的应力。因此,如果在传统的层压玻璃窗中在玻璃与聚合物中间薄膜之间***活性***,例如电致变色***,易于降低该聚合物薄膜与玻璃的附着力。因此,玻璃窗破碎时这些玻璃碎片大多数不能再被聚合物薄膜保留的风险增加,如规章条例所强制规定的那样。
如果为了避免这一点,如果在标准层压玻璃窗的其中一个外面上放置该活性***,那么应当提供一些手段以保护与周围大气接触,以保护其不受化学或机械损伤。因此,它迫使使用额外的保护基材。
然而,许多应用要求玻璃窗具有标称厚度,不总是可能提出(过)厚的玻璃窗。
作为前玻璃窗或侧玻璃窗用于航空的玻璃窗尤其是这种情况,由于结构的原因(该厚度还影响对在飞行中的飞机增压所产生的压力应力的抗性),在驾驶舱的凹槽中的保留厚度(能够通过嵌入而安装玻璃窗)是一个基础参数。
一般而言,飞机驾驶舱的玻璃由3层玻璃构成:2层具有非常高断裂模量的玻璃结构层,一层高模量玻璃加热外层或者是半钢化钙钠玻璃。确定这2层结构层的尺寸,以抗鸟的冲击和飞机增压。特别地,如果其中一层打碎,第二层还能保持飞机压力。无论在什么飞行条件下,该加热层能够保持在外表面结霜的挡风玻璃的透明度。
因此,本发明的目的在于提出一种新型玻璃窗,它能使尊重建造者的主张与在玻璃窗内存在至少一种上述活性***相一致。更特别地,本发明的目的在于设计这样一种玻璃窗,与飞机驾驶舱的侧玻璃窗和前玻璃窗相比,在容积方面该玻璃窗还能不被显著地损害。当寻求替换品市场时,这最后一点明显是一种成功的手段。
首先,本发明的目的是玻璃窗,其相继包括:
-第一刚性基材S1,
-第二刚性基材S2,
-第三刚性基材S3,
-至少一个“活性”***A,它至少包括一层并放置在基材S1和S1之间,
-与其它两个基材S2、S3相比,第一个基材S1任选地是缩进的(en retrait),
-至少一个聚合物薄膜,它具有粘性中间层功能和在玻璃窗破碎时保留玻璃窗碎片的功能,该薄膜放在基材S1与基材S2之间和基材S2与基材S3之间。
因此,本发明提出一类玻璃窗,它能够使安全性、功能化和尺寸设计得到统一。
在用于航空应用的玻璃窗的情况下(在飞机驾驶舱中作为侧和/或前玻璃窗进行安装),该玻璃窗包括至少两个聚合物薄膜,这些薄膜具有保留碎片的功能,该功能是在玻璃窗破碎时达到所希望的安全水平所必不可少的。每个薄膜分别插在基材S1与S2和S2与S3之间。
在本发明的意义上,按照下述方式确定具有3个基材S1、S2、S3的玻璃窗:基材S1有一个朝向驾驶舱外的外面,基材S3有一个朝向驾驶舱内的内面,而基材S2位于基材S1和S3之间。
有利地,将该活性***定位在将基材S1与基材S2结合的聚合物薄膜的其中一个面上。作为一种变型,该活性***被可仅仅定位在基材S1或S2表面部分位置,在这种情况下,其可以是例如具有遮阳功能的带。
然后,可以根据在航空玻璃窗中经常遇到的其它活性***(如防水汽加热层、除霜层)的定位,选择将该活性***定位在该聚合物薄膜的一个面或另一个面上。
具有保留碎片或碎块功能并与所述活性***接触的第二聚合物薄膜的存在可以有助于这种玻璃窗的安全性,但其作用主要贡献给不与其接触的玻璃窗。通过如此地在物理上将保留碎片的薄膜与该活性***分开,将使它们共存于该玻璃窗中,而不会一个损害另一个的功能。然而,该解决方案的相反意见是这种玻璃窗包括三个基材而不是两个基材。非常特别地,在其是三个刚性玻璃基材的情况下,很清楚的是这样得到的玻璃窗在总体上比有两层玻璃的标准层压玻璃窗厚。这便是本发明提出基材S1相对于其它两个基材往里缩的原因:由于为较小尺寸,因此会留下在与S3结合的基材S2周围的周边区域,它能通过嵌入安装在飞机驾驶舱凹槽内。
本发明的活性***可以是可电控类型的,具有电致变色***、光阀(valveoptique)、紫精***(système viologène)、液晶***、电致发光***类的可变光学和/或能量性质。本申请序言中给出了其主题的详细情况。
根据本发明,基材S1、S2和S3是用半热法钢化或化学法钢化玻璃制成的,它们是钠钙类玻璃或者是由本申请公司申请的商标“Solidion”玻璃,并在它们之间利用层压中间层进行层压。
根据本发明的一种变型,本发明的玻璃窗包括至少一个热塑性聚合物薄片,该薄片具有粘性中间层的功能和在玻璃窗破碎时保留玻璃碎块的功能(如果该玻璃窗是用玻璃制成的),该薄片放置在基材S1与S2之间和基材S2与S3之间。如果有多个热塑性聚合物薄片(或者薄片叠置),那么正是它不与电致变色类活性***接触,其起主要安全作用。
如果将玻璃的面由外到内编号为1-6(考虑到玻璃窗一旦安装到飞行器的驾驶舱中),因此根据这些情况,例如在面2(S1的内侧面)或在面3(S2的外侧面)可以具有电致变色类的活性***A,并且正是这种不与它接触的热塑性中间层薄片赋予该玻璃窗安全性。
优选地,基材S2和S3具有基本相同的尺寸,而S1的尺寸较小:它相对于S2定位,以便限定开放的***凹槽,其尺寸足以能够嵌入飞机驾驶舱的凹槽中。
至于活性***A的尺寸,其活性表面的尺寸优选地约等于或小于第一个基材S1的尺寸。“活性表面”应该理解是有效地具有所希望功能性的表面,特别地不包括用于组装的非活性***区域。如果该活性***位于基材S1的其中一个面上,这种尺寸设计是必须的。如果该活性***更确切地位于基材S2的一个表面上,这种尺寸设计能够更好地使该活性***适合于将有效被暴露于视野的玻璃窗中心区域中,并不是在基材S2和S3的周边区域中,周边区域相对于基材S1“超出”,出于美学的理由,因此通常是被掩盖的。
由于基材S1缩进而在玻璃窗中产生的上述半开放周边凹槽可以采用不同的方式进行使用,并以特别有利的方式加以利用。当然,它能使整个玻璃窗固定在飞机驾驶舱凹槽内的它的保留槽中。然而,当活性***是可电控时,这个自由空间还可以使例如活性***的连接元件通过。
该玻璃窗的特定结构及其作为侧面和/或前面玻璃窗被结合到飞机驾驶舱内需要使用能解决各种问题的多个密封垫圈。因此,***密封垫圈放置在S1和S2之间的区域(其中包含对湿度非常敏感的活性***的区域)周围,以便构成环境气氛的阻挡层,这些密封垫圈能够被分离,一个构成液体水的阻挡层,另一个构成蒸汽水的阻挡层。考虑到与飞机使用有关的重要温度和压力范围,在这种玻璃窗两侧(在飞行中,在飞机内部被增压并在室温下,而在外部是零下温度(-20℃、-30℃)和非常低压),必要的是将提供有这些第一密封垫圈的整个玻璃窗限制在第二密封垫圈中,该第二密封垫圈适合于承受与这些极端使用相关的这些机械和热应力。
可以采用不同的技术以制造这种或这些***密封垫圈。通过使用呈细带状的预制密封垫圈(例如通过轻微加热,使它们软化,以便能够在被考虑的基材侧面上产生所寻求的密闭性)时可以获得它们。如专利EP 479 677和EP 524 060所描述的那样,还可以挤出它们,密封垫圈的挤出技术已经特别地用于制作挡风玻璃的密封垫圈。
使用的***密封垫圈(或者它们中的至少一个)与第一个基材S1的外面1齐平。在英语中称作“齐平”的这类装配特别具有美学效果,因为它提供了表面与驾驶舱的连续性。
所述一个或多个***密封垫圈可以有利地至少部分充满前面描述的的半开放***凹槽。如果活性***A是可电控的,它还能让活性***A和其它的活性***B(具有抗水汽和/或抗结霜功能的加热层)的连接元件穿过,它还可以包括机械增强元件(螺柱、滚珠、框等)。
更特别地,本发明的目的是这样的实施方式,其中玻璃窗是三层玻璃窗,具有三块玻璃S1、S2、S3和双重层压,其提供有优选地置于面2(基材S1内表面)或面3(S2外表面)上的全固态电致变色***:因此,是在基材S2与S3之间的热塑性薄片要承担安全功能(在破碎时保留碎片)。
本发明的目的是上述玻璃窗的所有用途,特别地用于装配民用和/或军用飞机驾驶舱的侧和/或前玻璃窗,或用于直升飞机的玻璃窗。
现借助于用下述附图说明的非限制性实施例,将详细地说明本发明:
-图1是本发明侧玻璃窗一部分的剖面图,
-图2是本发明前玻璃窗一部分的剖面图。
为了便于阅读,这些图有意地是非常示意的,并且不必须按比例。
由图1和2分别说明的实施例1和2,涉及用于飞机和/或直升飞机驾驶舱的任何玻璃窗,更一般地用于民用或军用飞行器的任何玻璃窗。从机舱外部到内部,它相继包括三个玻璃S1、S2、S3,它们是用化学法钢化玻璃制成的透明玻璃(它们还可以略带颜色),它们是由本申请公司申请的商标“Solidion”类玻璃,并利用层压中间层将彼此层压。
任选地,基材S1比其它两个基材S2和S3小,并且与它们相比是缩进的,相对于S2和S3以对准中心方式定位。根据实施例,这种构造留下具有可变深度的开放***凹槽。
基材S2和S3的尺寸相同,是多边形。
更详细地描述如图1所示的侧玻璃窗的实施例。
在基材S1的面2上放置活性***A。它是全固态电致变色***,它由下述多层叠层组成(从基材S1的面2开始):
-下导电层(在本发明的意义上,“下”被用作为最接近基材S1),它是由在其上安装200-500nm第二ITO层(掺杂锡的氧化铟)的20-120nm的第一SiOxNy层构成的双层,
-第一阳极电致变色材料层(première couche de matériau électrochromeanodique),它用40-100nm(水合)氧化铱或40-400nm水合氧化镍制成,与其它金属熔合或者不熔合,
-100nm氧化钨层,
-100nm用水合氧化钽或水合二氧化硅(oxyde de silice hydraté)或水合氧化锆制成的第二层,
-370nm基于氧化钨WO3的第二阴极电致变色材料层(seconde couche dematériau électrochrome cathodique),
-100-300nm的ITO的上导电层。
所有这些层采用磁场增强的反应阴极溅射以已知方式进行沉积。
利用厚度3-12mm的聚胺酯(PU)制成的热塑性薄片f1(它可以用乙烯醋酸乙烯酯(EVA)或聚乙烯醇缩丁醛PVB薄片代替),或者利用PU与PVB的组合,将玻璃S1与玻璃S2层压在一起。薄片f1至少部分覆盖活性***A。薄片f1具有双功能:它用作粘性中间层,在破碎时它保留基材(用玻璃制成)碎块。
在面3(S2的外面)上,沉积具有加热功能的另一个活性***B。它可以是至少一层如前所述的基于SnO2:F或ITO的层。根据该活性***B的特征,这种加热特性可以表现为提供给整个玻璃窗的抗水汽功能,或者如果加热特性是更强的,该功能的结果将是给该玻璃窗提供抗结霜功能(如关于图2的实施例解释的那样)。
利用与f1类似的热塑性层压中间层f2(f2也具有该双重功能),将基材S2与基材S3层压在一起。
在中间层f1(该中间层能使S1与S2结合,同时限制电致变色类活性***A在面2(S1的)上和加热类活性***B在面3(S2的外面)上)周围,提供至少一个密封垫圈J1,其构成抗外部侵袭(分别是蒸汽和液体湿度)的阻挡层。
在图1所示的实施例中,另一个密封垫圈J3将借助于f1和f2进行层压的S1、S2和S3玻璃窗包封起来。
该密封垫圈J3能够使构成玻璃窗的全部基材是机械连为一体的,从而当它们安装在飞机驾驶舱凹槽中时,能承受飞机在飞行周期中产生的全部机械和热应力。
可以注意的是,密封垫圈J3覆盖了在基材S1周围形成台肩的缩进区域,对密封垫圈J3在这个区域中的尺寸(厚度、宽度、深度)进行选择以能在这个凹槽与这些玻璃窗尺寸之间最佳安装。
一个特别的优点由使活性***定位在基材S1面2而产生。可以在维修结束时拆卸全部玻璃窗以更换基材S1,而不会对玻璃窗其它功能造成不可逆破坏(特别地,在面3(S2的外面)上的具有加热功能的活性***B不受到这种拆卸的影响)。
将更详细地描述图2所示的前玻璃窗的实施例。
活性***A被置于面3上。它为全固态电致变色***,它包括下述层的叠层(从面3开始):
-下导电层(在本发明的意义上,“下”被用作为最接近基材S1),它是由在其上安装了200-500nm第二ITO层(掺杂锡的氧化铟)的20-120nm第一SiOxNy层构成的双层,
-第一阳极电致变色材料层,它用40-100nm氧化铱(水合物)或40-400nm水合氧化镍制成,与其它金属熔合或者不熔合,
-100nm氧化钨层,
-第二层,它用100nm水合氧化钽或水合二氧化硅(oxyde de silice)或水合氧化锆制成,
-370nm基于氧化钨WO3的第二阴极电致变色材料层,
-100-300nm ITO上导电层。
所有这些层采用磁场增强反应阴极溅射法以已知方式进行沉积。
利用厚度3-12mm的聚胺酯(PU)热塑性薄片f1(可以用乙烯基醋酸乙烯酯(EVA)薄片或聚乙烯醇缩丁醛PVB代替),或者利用PU与PVB的组合,将基材S2与基材S1层压在一起。薄片f1至少部分覆盖活性***A,并如图1所示实施例中使用的薄片f1一样具有双功能。
与侧玻璃窗有关的结构相比,电致变色活性***A事实上被定位在热塑性薄片f1的另一个面上。
在玻璃窗S1的面2上,沉积具有加热功能的另一活性***B。它可以是至少一个基于如前所述的SnO2:F或TTO的层。
在本情况中,该玻璃窗用作为前玻璃窗,迫使该活性***具有防结霜功能,该功能表现在加热层处通过焦耳效应(effet Joule)的比它提供抗水汽功能(实施例1的侧玻璃窗)的消耗多的能量消耗。这是活性***B位于玻璃S1面2上的原因(更接近于易结霜的玻璃窗外面1)。
利用与f1类似的f2热塑性层压中间层,将基材S2与基材3层压在一起。
在可使S1与S2结合的中间层f1(同时使电致变色类活性***A限制在面3,除霜类活性***B在面2)周围,提供至少一个密封垫圈J1和J2,其构成抗外部侵袭(分别是蒸汽和液体湿度)的阻挡层。
在图2所示的实施例中,另一个密封垫圈J3将整个借助于f1和f2进行层压的S1、S2和S3玻璃窗进行包封。
这个密封垫圈J3能使形成玻璃窗的全部基材是机械连接的,从而当它们安装在飞机驾驶舱凹槽中时能承受由飞机飞行周期引起的所有机械与热应力。
可以指出的是,密封垫圈J3覆盖在基材S1周围形成台肩的缩进区域,对在该区域中的密封垫圈J3的尺寸(厚度、宽度、深度)进行选择以能在这个凹槽与玻璃窗的尺寸之间最佳安装。
在图2中,玻璃S1可以包括在面1的具有抗反射功能的薄层叠层C和/或玻璃S3可以包括在面6的类似叠层。作为变型,具有电致变色功能的叠层可以用位于面6的具有抗反射功能的叠层代替,在这种情况中,它被基材S4覆盖,保护它并能使其起作用。
关于能够使这些航空类玻璃窗发挥作用的连接物(au niveau de laconnectique),必需的是,让这些外电连接线仅在一个地方出来,以便在这些玻璃窗安装在它们的支架中时,只花费尽可能地少的费用,因此单一的接头能够给玻璃窗提供活性***A、B必需的能量,并可以使机器的航空电子设备管理来自安装在该玻璃窗中的探测器的信息。
本发明的一个有利特征在于让这些电线通到活性***周围的绝大部分-甚至到整个周围-使获得上下电极电势非常快的均匀,该均匀是活性***A转换或加热层B通过焦耳效应加热所必需的。周围的绝大部分,在这里应理解是至少超过一半,优选地三分之二、四分之三等,直到完全包围,目前还可能仅仅用一个收集器导线(conducteur collecteur)。因此,保持用于功能性元件的外接头通到玻璃窗的单一地点的选择。
这些电线可以由铜或类似物制成的导电带构成,它们通到该玻璃窗周围的绝大部分,这些导电带一方面与活性***上下电极电接触(合理接通能够避免电路短路),另一方面与优选地唯一输出接头连接的电连接物接触。

Claims (13)

1、用于航空工业的玻璃窗,特别地用于飞机或直升飞机驾驶舱的侧或前玻璃窗,它相继包括:
-第一刚性基材(S1),
-第二刚性基材(S2),
-第三刚性基材(S3),
这些基材是用半热法钢化玻璃或化学法钢化玻璃制成的,
-至少一个“活性”***(A),它包括至少一个层并被放置在基材(S1和S2)之间,
-与其它两个基材(S2、S3)相比,第一个基材(S1)任选地缩进,
-至少一个聚合物薄膜(f1、f2),它具有粘性中间层功能和在玻璃窗破碎时保留玻璃窗碎片的功能,该薄膜被放置在基材(S1)与基材(S2)之间和基材(S2)与基材(S3)之间。
2、根据权利要求1所述的玻璃窗,其特征在于活性***(A)是可电控的***,它具有电致变色***、光阀、紫精***、液晶***、电致发光***类型的可变光学和/或能量性能。
3、根据权利要求1或2所述的玻璃窗,其特征在于活性***(A)位于基材(S1)的面2上。
4、根据权利要求1或2所述的玻璃窗,其特征在于活性***(A)位于基材(S2)的面3上。
5、根据权利要求1或2所述的玻璃窗,其特征在于活性***(A)位于基材(S1或S2)的表面部分。
6、根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的玻璃窗,其特征在于活性***B位于基材(S2)的面3上。
7、根据权利要求1、2和4和5中任一项权利要求所述的玻璃窗,其特征在于活性***(B)位于基材(S1)的面2上。
8、根据权利要求6或7中任一项权利要求所述的玻璃窗,其特征在于活性***(B)是具有加热功能的薄层***。
9、根据上述权利要求中任一项权利要求所述的玻璃窗,其特征在于分别在基材(S1)和(S3)上的面1和6被覆盖有具有抗反射功能的叠层(C)。
10、根据上述权利要求中任一项权利要求所述的玻璃窗,其特征在于电线通到围绕在活性***(A、B)四周的绝大部分。
11、根据上述权利要求中任一项权利要求所述的玻璃窗,其特征在于其是装配有全固态电致变色***(A)的三层玻璃窗,该电致变色***被安排在(S1)或(S2)分别的面2或3上。
12、根据上述权利要求中任一项权利要求所述的玻璃窗,其特征在于它通过了FAR 25/JAR25标准的安全测试。
13、飞机或直升飞机,其特征在于它装配有根据上述权利要求中任一项权利要求所述的玻璃窗,作为飞机驾驶舱的侧或前玻璃窗。
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