CN115847958A - 玻璃结构、制备方法和在高速交通工具应用 - Google Patents

Abstract

一种玻璃结构，包括物理钢化玻璃、聚合物层和化学钢化玻璃，所述聚合物层设置在所述物理钢化玻璃和所述化学钢化玻璃之间，其中：所述玻璃结构总厚度为3.0～6.0mm，所述物理钢化玻璃为厚度2.0～4.0mm的钠钙硅玻璃，所述聚合物层的厚度为0.3～1.4mm，所述化学钢化玻璃为厚度1.0～1.5mm的碱铝硅玻璃；所述化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层(DOL)≥35.0μm；所述化学钢化玻璃的压缩应力≥650MPa；其中化学钢化玻璃的组成，按照质量百分比，包括：Al₂O₃≥8％、SiO₂≥55％、R₂O≤18％以及R’O≤8％；其中，R为Li、Na、K中的一种或多种，R’为Mg、Zn中的一种或多种。在玻璃结构整体较薄的情况下，玻璃结构的强度能够满足高速交通工具使用的需要。

Description

玻璃结构、制备方法和在高速交通工具应用

技术领域

本申请涉及玻璃结构技术领域，特别是涉及一种玻璃结构、制备方法和在高速交通工具应用。

背景技术

玻璃因其高透过率、高强度和良好的耐候性能，在建筑、交通工具等领域已经得到了广泛应用。目前交通工具用玻璃结构为双层或多层钠钙玻璃和聚合物层，钠钙玻璃密度高、强度低，构建的双层或错层夹层钠钙玻璃重量较重。随着交通工具对能源消耗效率要求的提升，轻量化是未来高速交通工具的重要发展目标之一。玻璃结构的轻量化可以通过降低其厚度或提升强度实现，降低厚度虽然可显著降低玻璃结构的重量，但较薄的玻璃结构可能难以满足如挠度、冲击等力学强度的要求。因此，需要开发一种兼具强度和轻量化的玻璃结构。

发明内容

基于此，本申请的目的包括提供一种玻璃结构，包括化学钢化玻璃、物理钢化玻璃和化学钢化玻璃和物理钢化玻璃之间形成的聚合物层。

此外，本申请还提供一种玻璃结构的制备方法和在在高速交通工具应用。

本申请的第一方面，提供一种玻璃结构，所述玻璃结构包括物理钢化玻璃、聚合物层和化学钢化玻璃，所述聚合物层设置在所述物理钢化玻璃和所述化学钢化玻璃之间，其中：所述玻璃结构总厚度为3.0～6.0mm，所述物理钢化玻璃为厚度2.0～4.0mm的钠钙硅玻璃，所述聚合物层的厚度为0.3～1.4mm，所述化学钢化玻璃为厚度1.0～1.5mm的碱铝硅玻璃；所述化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层(DOL)≥35.0μm；所述化学钢化玻璃的压缩应力≥650MPa；

所述化学钢化玻璃的组成，按照质量百分比，包括：

Al₂O₃≥8％、

SiO₂≥55％、

R₂O≤18％以及

R’O≤8％，

其中，R为Li、Na、K中的一种或多种，R’为Mg、Zn中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述玻璃结构包括物理钢化玻璃、聚合物层和化学钢化玻璃，其中：所述玻璃结构总厚度为4.0～6.0mm，所述物理钢化玻璃为厚度2.5～4.0mm的钠钙硅玻璃，所述聚合物层的厚度为0.7～1.4mm，所述化学钢化玻璃为厚度1.1～1.3mm的碱铝硅玻璃；所述化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层(DOL)≥40.0μm；所述化学钢化玻璃的压缩应力≥700MPa。

在一些实施方式中，所述化学钢化玻璃的组成，按照质量百分比，包括：

Al₂O₃≥12％、

SiO₂≥58％、

R₂O≤17％以及

R’O≤6％，

其中，R为Li、Na、K中的一种或多种，R’为Mg、Zn中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述的玻璃结构，满足如下条件中至少一个：

(1)所述玻璃结构的抗弯曲强度≥650N；

(2)所述玻璃结构抗穿透高度≥4.0m；

(3)所述物理钢化玻璃表面压应力≥90MPa。

在一些实施方式中，所述玻璃结构的透过率≥76％。

本申请的第二方面，提供一种第一方面所述的玻璃结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化处理，得到所述物理钢化玻璃；

将碱铝硅玻璃辊压成形后进行化学钢化处理，在所述化学钢化玻璃表面形成所述压缩应力层(DOL)，得到的所述化学钢化玻璃；

将所述物理钢化玻璃、所述聚合物层、所述化学钢化玻璃进行叠合，形成层叠结构，所述聚合物层两侧分别为所述物理钢化玻璃玻璃或所述化学钢化玻璃；

将玻璃叠层进行预压和压合，形成所述玻璃结构。

在一些实施方式中，所述的玻璃结构的制备方法满足如下条件中至少一个：

所述化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层≥35.0μm；

所述化学钢化玻璃的压缩应力≥650MPa。

在一些实施方式中，所述的玻璃结构的制备方法，满足如下条件中至少一个：

(1)所述化学钢化的温度≥380℃；

(2)所述化学钢化的时间≥180min。

本申请的第三方面，提供一种窗体构件，包括第一方面所述的玻璃结构或第二方面所述的玻璃结构的制备方法制备的玻璃结构。

本申请的第四方面，提供一种高速交通工具，包括如第三方面所述的窗体构件。

玻璃结构中聚合物层夹在物理钢化玻璃和化学钢化玻璃之间，化学钢化玻璃在高速交通工具的外侧方向上，化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层(DOL)≥35.0μm，所述化学钢化玻璃的压缩应力(CS)≥650MPa，在玻璃结构整体较薄的情况下，玻璃结构的力学强度能够满足高速交通工具使用的需要。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案、更完整地理解本申请及其有益效果，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。还需说明的是，附图均采用简化的形式绘制，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明。附图所示的每一部件的各种尺寸是任意示出的，可能是精准的，也可能是未按实际比例绘制。比如，为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的尺寸。如无特别说明，图中各个部件并非按比例绘制。本发明并没有限定每个部件的每种尺寸。

其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。

图1为本发明一实施方式中玻璃结构示意图。

附图标记：110为化学钢化玻璃层，120为聚合物层，130为物理钢化玻璃层。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将对本申请进行更全面的描述。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

术语

除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：

本文中，“优选”、“更好”、“更佳”、“为宜”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本申请保护范围的限制。如果一个技术方案中出现多处“优选”，如无特别说明，且无矛盾之处或相互制约关系，则每项“优选”各自独立。

本申请中，“进一步”、“更进一步”、“特别”等用于描述目的，表示内容上的差异，但并不应理解为对本申请保护范围的限制。

本申请中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括所列举特征的开放式技术方案。

本申请中，涉及到数值区间(也即数值范围)，如无特别说明，该数值区间内可选的数值的分布视为连续，且包括该数值区间的两个数值端点(即最小值及最大值)，以及这两个数值端点之间的每一个数值。如无特别说明，当数值区间仅仅指向该数值区间内的整数时，包括该数值范围的两个端点整数，以及两个端点之间的每一个整数，相当于直接列举了每一个整数。当提供多个数值范围描述特征或特性时，可以合并这些数值范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之数值范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。该数值区间中的“数值”可以为任意的定量值，比如数字、百分比、比例等。“数值区间”允许广义地包括百分比区间，比例区间，比值区间等定量区间。

本申请中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内存在变动。应当理解的是，所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。允许在如±5℃、±4℃、±3℃、±2℃、±1℃的范围内波动。

钠钙硅玻璃(soda-lime-silica glass，SLS glass)，又称钠钙玻璃(soda-limeglass)，其主要成分为SiO₂(72％左右)、Na₂O(15％左右)和CaO(9％左右)，属于硅酸盐玻璃的一种。

碱铝硅玻璃，其主要成分是SiO₂、Al₂O₃、碱金属氧化物和碱土金属氧化物。聚合物层可以是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、离子性中间膜(SGP)或石墨烯高分子光学膜(SXSGP)。PVB具有较高的透明性、耐寒性、耐冲击、耐紫外辐照等特点。SGP具有较高的强度和剪切模量，力学性能优异。SXSGP具有高透明度、高粘合强度、耐老化周期长的功能性聚合物材料。

化学钢化玻璃，一般是指铝硅酸盐玻璃(原片玻璃)经过化学钢化(或离子交换)处理后，玻璃中离子半径较小的离子(例如Na⁺、Li⁺)与化学钢化熔盐中离子半径较大的离子(例如K₊、Li⁺)发生相互交换，从而在玻璃表面形成压缩应力层(或离子交换层)，在玻璃表面具有较大压缩应力，使得玻璃具有较好力学性能和防爆性能。化学钢化处理为制备化学钢化玻璃的核心步骤。本申请中，化学钢化处理特指将将玻璃原片通过离子交换方法，使得玻璃表面成分和密度发生改变，使玻璃表面形成一层压应力层的处理过程。

化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层，本申请中特指玻璃原片经过化学钢化工艺后，玻璃表层中离子半径较小的离子与化学钢化熔盐中离子半径较大的离子发生相互置换，形成一定深度离子交换层，称为压缩应力层(Depth of Layer，简称DOL)。

化学钢化玻璃的压缩应力，本申请中特指玻璃原片经过化学钢化工艺后，玻璃表层中离子半径较小的离子与化学钢化熔盐中离子半径较大的离子发生相互置换后，在玻璃表层形成挤塞作用，从而形成压缩应力，称为压缩应力(Compressive stress，简称CS)。

物理钢化玻璃压应力，本申请中特指将玻璃原片加热至软化点附件，然后用冷却风作用下，将玻璃表面热量带走，使得玻璃表面由液化态迅速转化成固化态，从而在玻璃表面形成压应力。

传统玻璃结构一般采用钠钙玻璃组成双层或多层夹层的玻璃结构，普遍存在质量大、强度低的问题。用于高速交通工具领域的玻璃结构，对轻量化提出了日趋严苛的要求，因此，需要在降低玻璃结构重量的同时增强玻璃结构的包括抗冲击性能、抗弯曲强度等力学性能。

力学性能挑战主要来源于持续压力如风压、气压差以及偶然压力如撞击、意外跌落等，在一定范围内玻璃结构的力学性能、可靠性与其厚度为正相关。在一定范围内，随着玻璃结构厚度的增加，其抗冲击性能随之增加。但当玻璃结构厚度增加，特别是当玻璃结构尺寸超过1m²后，对玻璃结构的应用场合带来显著挑战。一块5m²的玻璃结构每增厚1mm，整体质量将增加12.5kg，用于交通工具产生的能耗较大。而当玻璃结构较薄时，其抗冲击性和抗挠性等力学性能可靠性下降，当玻璃结构的尺寸越大时，这种力学性能下降更为显著。此外，无论从采购成本角度还是特殊用途例如高速交通工具的轻量化角度考量，更轻的玻璃结构具有更好的吸引力。

因此，需要开发一种为满足玻璃结构的力学性能、应用和成本要求的玻璃结构。

本申请经过大量探索，发现一种玻璃结构，能够较好地克服上述问题。

本申请的第一方面，提供一种玻璃结构，所述玻璃结构包括物理钢化玻璃、聚合物层和化学钢化玻璃，所述聚合物层在所述物理钢化玻璃和所述化学钢化玻璃之间，其中：所述玻璃结构总厚度为3.0～6.0mm，所述物理钢化玻璃为2.0～4.0mm的钠钙硅玻璃，所述聚合物层厚度为0.3～1.4mm，所述化学钢化玻璃为1.0～1.5mm的碱铝硅玻璃，所述化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层(DOL)≥35.0μm，所述化学钢化玻璃的压缩应力≥650MPa；

所述化学钢化玻璃的组成，按照质量百分比，包括：

Al₂O₃≥8％、

SiO₂≥55％、

R₂O≤18％以及

R’O≤8％，

其中，R为Li、Na、K中的一种或多种，R’为Mg、Zn中的一种或多种。

当化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层(DOL)≥35.0μm时，其力学强度有利于装配成一种强度更高、更轻量化的玻璃结构。此外，在工程实践方面，厚度为1.0～1.5mm的化学钢化玻璃以及构成的玻璃结构的性能可靠，整体工艺过程简便、经济。总厚度为3.0～6.0mm的玻璃结构，能够满足一些应用例如高速交通工具的力学和轻量化需求。

在一些实施方式中，所述玻璃结构总厚度3.0～6.0mm，进一步可以为4.0～6.0mm。

总厚度为3.0～6.0mm的玻璃结构，还能够满足一些应用例如高速交通工具的力学和轻量化需求。

当玻璃结构总厚度控制在合适的范围时，有利于获得抗弯曲能力强、耐冲击和耐穿透的玻璃结构。玻璃结构总厚度小于该合适范围时，可能造成玻璃结构的力学强度，如耐冲击性能或耐穿透性能不达标，在受到实物撞击表面或频繁震动时，玻璃结构仍容易损坏，无法起到安全防护作用；玻璃结构总厚度大于该合适范围时，玻璃结构的总重量较大，可能造成将该玻璃结构应用于交通工具不能满足轻量化和透过率的需求。

在一些实施方式中，所述玻璃结构总厚度可以选自如下任一种或任两种构成的区间：3.0mm、3.1mm、3.2.0mm、3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6.0mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4.0mm、4.1mm、4.2.0mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6.0mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm、5mm、5.1mm、5.2.0mm、5.3mm、5.4mm、5.5mm、5.6.0mm、5.7mm、5.8mm、5.9mm或6.0mm。

在一些实施方式中，所述物理钢化玻璃厚度可以为2.0～4.0mm，还可以选自如下任一种或任两种构成的区间：2.0mm、2.1mm、2.2.0mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6.0mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3.0mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6.0mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm或4.0mm。

当物理钢化玻璃的厚度控制在合适的范围时，有利于满足玻璃结构的轻量化、高强度和高透过率的需求。物理钢化玻璃的厚度小于该合适范围时，可能造成玻璃结构强度较低，例如耐冲击性能或耐穿透性能不达标；物理钢化玻璃的厚度大于该合适范围时，可能造成玻璃结构透过率过低，重量偏大。

在一些实施方式中，聚合物层为聚乙烯基丁醛(简称“PVB”)或聚氯乙烯(简称“PVC”)，聚合物层厚度可以为0.4～1.3mm、0.5～1.2mm、0.6～1.1mm、0.7～1.0mm或0.8～0.9mm。还可以选自如下任一种或任两种构成的区间：0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm或1.3mm。

在一些实施方式中，所述化学钢化玻璃的厚度为1.0～1.5mm，还可以选自如下任一种或任两种构成的区间：1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm或1.5mm。

当化学钢化玻璃的厚度控制在合适的范围时，有利于满足玻璃结构的轻量化、高强度、高透过率和低成本的需求。化学钢化玻璃的厚度小于该合适范围时，可能造成玻璃结构强度较低，如耐冲击性能或耐穿透性能不达标；化学钢化玻璃的厚度大于该合适范围时，可能造成玻璃结构重量较重，成本过高。

碱铝硅玻璃是化学钢化玻璃的主流体系之一，氧化铝是碱铝硅玻璃的重要组成，对形成玻璃网络结构非常重要，在碱金属协同作用下，铝离子倾向于形成[AlO₄]铝氧四面体结构，Al-O键长为0.176nm，形成[AlO₄]的结构单元的体积为41cm³/mol,而Si-O键长为0.16nm,形成的[SiO₄]的结构单元的体积为27.2cm³/mol，[AlO₄]的体积比[SiO₄]大约50％。当玻璃中[AlO₄]参与到玻璃结构中后，使得玻璃的网络结构空隙变大，一些研究认为这能为玻璃在化学钢化过程中离子交换提供交换通道，达到加速离子交换的作用，从而有效提高玻璃抗冲击强度。

经过大量试验探索，申请人发现，按照质量百分比，所述碱铝硅玻璃中的氧化铝≥8％时，所述碱铝硅玻璃在化学钢化制程中的离子交换效率较高。

在一些实施方式中，按照质量百分比，所述碱铝硅玻璃中的氧化铝≥8％，进一步可以为≥12％，还可以为≥9％、≥10％、≥11％、≥12％、≥13％、≥14％、≥15％、≥16％、≥17％、≥18％、≥19％、≥20％、≥21％、≥22％或≥23％。

在一些实施方式中，按照质量百分比，所述碱铝硅玻璃中的氧化铝≤30％。

在一些实施方式中，按照质量百分比，所述碱铝硅玻璃中的氧化铝为12～26。

碱铝硅玻璃中氧化铝的质量百分比高于该合适范围时，可能造成玻璃原料熔融后粘度较高，容易产生气泡或残余杂质较多，导致制备的玻璃片缺陷较多，无法形成玻璃结构所需的大尺寸玻璃。

在一些实施方式中，按照质量百分比，所述碱铝硅玻璃中的氧化铝为8％～30％，进一步可以为12～26，还可以为以下一种质量百分比或两种构成的区间：13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％和25％。

氧化硅形成碱铝硅玻璃的网络骨架结构，氧化硅在玻璃中形成[SiO₄]四面体，属于玻璃网络形成体。申请人发现，碱铝硅玻璃中氧化硅的质量百分比控制在合适的范围内，有利于提高玻璃的机械强度、恶劣环境中的耐用性以及耐化学稳定性。

在一些实施方式中，按照质量百分比，所述碱铝硅玻璃中的氧化硅≤75％。

碱铝硅玻璃中氧化硅的质量百分比高于该合适范围时，可能造成玻璃熔化温度过高，化学钢化性能较差。碱铝硅玻璃中氧化硅的质量百分比低于该合适范围时，可能造成玻璃化学稳定性较差，玻璃本征强度过低。

在一些实施方式中，按照质量百分比，所述碱铝硅玻璃中的氧化硅≥55％，进一步可以为≥56％、≥57％、≥58％、≥59％或≥60％。

在一些实施方式中，按照质量百分比，所述碱铝硅玻璃中的氧化硅≤70％。

在一些实施方式中，按照质量百分比，所述碱铝硅玻璃中的氧化硅为58％～72％。

在一些实施方式中，按照质量百分比，所述碱铝硅玻璃中的氧化硅为60％～70％，进一步可以为60～70，还可以为以下一种质量百分比或两种构成的区间：61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％和69％。

申请人发现，碱铝硅玻璃中的碱金属氧化物能提供化学钢化工艺所需的碱金属离子，碱铝硅玻璃中碱金属离子的含量控制在合适的范围内，有利于玻璃本征强度、化学稳定性和化学钢化性能。碱铝硅玻璃中碱金属离子质量百分比较高时，可能造成玻璃本征强度过低，化学稳定性较差。

在一些实施方式中，按照质量百分比，所述碱铝硅玻璃中的碱金属氧化物≤18％，进一步可以为≤17％、16％、15％、14％、13％或12％。

在一些实施方式中，按照质量百分比，碱金属氧化物≥12％。

碱铝硅玻璃中碱金属离子质量百分比较低时，可能造成玻璃原料的熔点较高、制备的玻璃片杂质较多，而且玻璃中可进行化学钢化的离子减少，从而造成化学钢化后玻璃机械性能的降低。

申请人发现，碱铝硅玻璃中的碱土金属氧化物有利于改善玻璃机械性能。当碱土金属氧化物的质量百分比高于该范围时，可能对化学钢化玻璃性能产生不利影响，比如化学钢化处理后得到的化学钢化玻璃的机械性能降低。

在一些实施方式中，按照质量百分比，所述碱土金属氧化物≤8％，进一步可以为≤7％、6％、5％、或4％。

在一些实施方式中，按照质量百分比，碱土金属氧化物≥2％。

碱土金属离子质量百分比较低时，可能造成玻璃原料的熔融过程中粘度较高，化学钢化后玻璃性能较差，而且化学钢化玻璃的机械性能降低。

在一些实施方式中，所述化学钢化玻璃的组成，按照质量百分比，包括：

Al₂O₃≥12％、

SiO₂≥58％、

R₂O≤17％以及

R’O≤6％，

其中，R为Li、Na、K中的一种或多种，R’为Mg、Zn中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述玻璃结构包括物理钢化玻璃、聚合物层和化学钢化玻璃，所述玻璃结构总厚度为4.0～6.0mm，所述物理钢化玻璃为厚度2.5～4.0mm的钠钙硅玻璃，所述聚合物层的厚度为0.7～1.4mm，所述化学钢化玻璃为厚度1.1～1.3mm的碱铝硅玻璃，所述化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层(DOL)≥40.0μm，所述化学钢化玻璃的压缩应力≤700MPa。

在一些实施方式中，所述化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层(DOL)≥35.0μm，进一步可以为选自如下任一种范围：≥35.0μm、≥36.0μm、≥37.0μm、≥38.0μm、≥39.0μm、≥40.0μm、≥41.0μm、≥42.0μm、≥43.0μm、≥44.0μm、≥45.0μm、46.0μm、≥47.0μm、≥48.0μm、≥49.0μm、≥50.0μm。

在一些实施方式中，所述化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层(DOL)

在一些实施方式中，所述玻璃结构抗穿透高度≥4.0m，进一步可以为≥4.4m，还可以为≥4.0m、≥4.1m、≥4.2m、≥4.3m、≥4.4m、≥4.5m、≥4.6m、≥4.7m、≥4.8m、≥4.9m、≥5.0m、≥5.1m、≥5.2m、≥5.3m、≥5.4m、≥5.5m、≥5.6m、≥5.7m、≥5.8m、≥5.9m或≥6.0m。

在一些实施方式中，所述玻璃结构抗穿透高度为4.0m～6.0m，进一步可以为4.2m～5.6m，还可以选自以下一种高度或两种组成的区间4.0m、4.1m、4.2m、4.3m、4.4m、4.5m、4.6m、4.7m、4.8m、4.9m、5.0m、5.1m、5.2m、5.3m、5.4m、5.5m、5.6m、5.7m、5.8m、5.9m和6.0m。

在一些实施方式中，所述化学钢化玻璃的压缩应力(CS)≥650MPa，进一步可以为≥670MPa、≥690MPa、≥710MPa、≥730MPa、≥750MPa、≥770MPa、≥790MPa、≥810MPa、≥830MPa、≥850MPa、≥870MPa或≥890MPa。

在一些实施方式中，所述物理钢化玻璃表面压应力≥90MPa，进一步可以为≥95MPa，进一步可以为≥100MPa，还可以为≥105MPa。

在一些实施方式中，所述玻璃结构的抗弯曲强度≥650N，进一步可以为≥680N，还可以为≥700N。

在一些实施方式中，所述玻璃结构的透过率≥76％，进一步可以为≥77％，还可以为≥78％。

本申请的第二方面，提供一种玻璃结构的制备方法，可以制备得到第一方面的玻璃结构。

在一些实施方式中，包括以下步骤：

S100：将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化处理，得到所述物理钢化玻璃；

S200：将碱铝硅玻璃辊压成形后进行化学钢化处理，在所述化学钢化玻璃表面形成所述压缩应力层(DOL)，得到的所述化学钢化玻璃；

S300：将所述物理钢化玻璃、所述聚合物层、所述化学钢化玻璃进行叠合，形成层叠结构，所述聚合物层两侧分别为所述物理钢化玻璃玻璃或所述化学钢化玻璃；

S400：将玻璃叠层进行预压和压合，形成所述玻璃结构。

在一些实施方式中，包括以下步骤：

S100：将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化处理，得到具有合适表面压应力的所述物理钢化玻璃；

S200：将碱铝硅玻璃辊压成形后进行化学钢化处理，在所述化学钢化玻璃表面形成所述压缩应力层(DOL)，得到具有合适表面压应力的的所述化学钢化玻璃

S300：将具有合适表面压应力和合适厚度的所述物理钢化玻璃、所述聚合物层、具有合适表面压应力和合适厚度的所述化学钢化玻璃进行叠合，形成层叠结构，所述聚合物层两侧分别为所述物理钢化玻璃玻璃或所述化学钢化玻璃；

S400：将玻璃叠层进行预压和压合，形成具有合适厚度的所述玻璃结构。

在一些实施方式中，包括以下步骤：

S100：将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化处理，得到具有合适表面压应力的所述物理钢化玻璃；

S200：将碱铝硅玻璃辊压成形后进行化学钢化处理，在所述化学钢化玻璃表面形成所述压缩应力层(DOL)，得到具有合适表面压应力的的所述化学钢化玻璃

S300：将表面压应力≥90MPa、厚度2.0～4.0mm的所述物理钢化玻璃，0.3～1.4mm厚的所述聚合物层，表面压应力≥650MPa、离子交换层深度≥35.0μm、厚度1.0～1.5mm的所述化学钢化玻璃进行叠合，形成层叠结构，所述聚合物层两侧分别为所述物理钢化玻璃玻璃或所述化学钢化玻璃；

S400：将玻璃叠层进行预压和压合，形成3.0～6.0mm厚的所述玻璃结构。

在一些实施方式中，将辊压成形后碱铝硅玻璃进行至少一步化学钢化。

在一些实施方式中，所述化学钢化玻璃表面形成的所述压缩应力层(DOL)≥35.0μm。

在一些实施方式中，所述化学钢化玻璃的压缩应力(CS)≥650MPa。

在一些实施方式中，所述的玻璃结构的制备方法，所述化学钢化的温度≥380℃。

在一些实施方式中，所述的玻璃结构的制备方法，所述化学钢化的时间≥180min。

本申请的第三方面，提供一种窗体构件，包括第一方面所述的玻璃结构或第二方面所述的玻璃结构的制备方法制备的玻璃结构。

本申请的第四方面，提供一种高速交通工具，包括如第三方面所述的窗体构件。

为了更易于理解及实现本发明，以下还提供了如下较易实施的、更为具体详细的实施例及对比例作为参考。其中测试方法说明如下：

物理钢化玻璃表面压应力：采用JF-3E物理钢化玻璃表面应力仪测定。测试方法参考ASTM C 1048热处理平板玻璃标准规范。

化学钢化玻璃的表面压应力测试方法：采用表面应力仪器FSM-6000测试表面压应力，一般用CS值表示。具体测试步骤为：将长50mm、宽50mm样品置于表面应力仪器的棱镜；依据玻璃性能输入玻璃相关参数，包括光弹性系数、折射率和玻璃厚度；按照表面应力仪测试软件进行测试。

化学钢化玻璃的离子交换层深度测试方法：采用表面应力仪器FSM-6000或SLP-200测试离子交换层深度，一般用DOL值表示。具体测试步骤为：将长50mm、宽50mm样品置于表面应力仪器的棱镜；依据玻璃性能输入玻璃相关参数，包括光弹性系数、折射率和玻璃厚度；按照表面应力仪测试软件进行测试。

玻璃结构透过率测试方法：采用SGT-A型透射比测定仪测试。具体测试步骤参考GB/T 5137.2-2002汽车安全玻璃试验方法第2部分:光学性能试验。

当玻璃结构透过率高于70％，则玻璃结构的性能满足透过率要求。

抗弯曲强度测试方法：采用拉力试验机测试3点抗弯强度。玻璃结构的外侧朝上，上方两点之间的距离为80毫米，中间处为低点。压力点与边缘之间的距离为2-3毫米。

头模冲击测试方法：采用落球冲击试验机，人头模型重量为10kg±0.2kg,。试样尺寸为305×305mm，将人头模型提升到3.6米高度后自由落下，落点在试样中心40mm范围内，试样表面与冲击表面垂直。测试后，确认玻璃结构是否破裂或穿透。若玻璃结构未穿透，则玻璃结构的性能满足头模冲击测试要求。

抗穿透高度测试：采用落球冲击试验机，将305mm正方形试样放在支架上方，将钢球(球质量2260g±20g，直径为82mm)提升到规定高度后自由落下，试样的冲击面(物理钢化玻璃)与钢球入射方向垂直，冲击点位于样品中心点25mm范围内，确认冲击后5秒内，钢球是否穿透玻璃结构试样。若抗穿透高度高于4m，则玻璃结构的性能满足抗穿透高度测试要求。

玻璃结构的总重量：本申请中玻璃结构的总重量定义为制成包含钢化玻璃、聚合物层，并且未经打磨分割、不含用于安装的包含其他配件如胶黏层、凹槽、凸缘等的玻璃结构。玻璃结构的总重量用每平方米前述玻璃结构的质量来描述。。

聚合物层原料性能参数具体如表1所示：

表1.聚合物层原料性能参数表

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实施例1

化学钢化玻璃的制备：

将按表1中对应组成的的碱铝硅玻璃原片于650℃温度下辊压成形；将辊压后的碱铝硅玻璃置于化学钢化熔盐为100wt％KNO₃，进行5小时的化学钢化处理，得到的化学钢化玻璃离子交换层深度42.6μm、厚度为1.5mm、表面压应力845MPa。

物理钢化玻璃的制备：

将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化，得到厚度为3.5mm、表面压应力为100.5MPa的物理钢化玻璃。

玻璃结构的制备：

采用前述物理钢化玻璃与0.76mm聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，前述化学钢化玻璃进行叠合，形成玻璃叠层；

将玻璃叠层进行预压和压合，形成5.76mm玻璃结构，玻璃结构的重量为13.3kg/每平方米。

对玻璃结构进行测试，测试结果如下：

玻璃结构的透过率为78.9％，抗弯曲强度为717N，经球体冲击测试后玻璃结构未破碎、玻璃结构未穿透，经头模冲击测试玻璃结构玻璃破裂、未穿透，穿透高度为4.4米。

实施例2

化学钢化玻璃的制备：

将按表1中对应组成的的碱铝硅玻璃原片于670℃温度下辊压成形；将辊压后的碱铝硅玻璃置于化学钢化熔盐为99.8wt％KNO₃和0.02％ NaNO₃，进行4小时的化学钢化处理，得到的化学钢化玻璃离子交换层深度42.0μm、厚度为1.3mm、表面压应力678MP。

物理钢化玻璃的制备：

将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化，得到厚度为4mm、表面压应力为109.2MPa的物理钢化玻璃。

玻璃结构的制备：

采用前述物理钢化玻璃与0.38mm离子性中间膜SGP，前述化学钢化玻璃进行叠合，形成玻璃叠层；

将玻璃叠层进行预压和压合，形成5.68mm玻璃结构，玻璃结构的重量为13.6kg/每平方米。

采用与实施例1相同的测试方法，测试结果如下：

玻璃结构的透过率为76.8％，抗弯曲强度为730N，经球体冲击测试后玻璃结构未破碎、玻璃结构未穿透，经头模冲击测试玻璃结构玻璃破裂、未穿透，穿透高度为4.6米。

实施例3

化学钢化玻璃的制备：

将按表1中对应组成的的碱铝硅玻璃原片于600℃温度下辊压成形；将辊压后的碱铝硅玻璃先置于化学钢化熔盐为50％KNO₃：50％NaNO₃，进行3小时的化学钢化处理，然后在化学钢化熔盐为96％KNO₃：4％NaNO₃，进行1.5小时的化学钢化处理，得到的化学钢化玻璃离子交换层深度151.2μm、厚度为1.1mm、表面压应力883MPa。

物理钢化玻璃的制备：

将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化，得到厚度为2.5mm、表面压应力为93.8MPa的物理钢化玻璃。

玻璃结构的制备：

采用前述物理钢化玻璃与0.89mm石墨烯高分子光学膜(SXSGP)，前述化学钢化玻璃进行叠合，形成玻璃叠层；

将玻璃叠层进行预压和压合，形成4.49mm玻璃结构，玻璃结构的重量为9.8kg/每平方米。

采用与实施例1相同的测试方法，测试结果如下：玻璃结构的透过率为82.0％，抗弯曲强度为788N，经球体冲击测试后玻璃结构未破碎、玻璃结构未穿透，经头模冲击测试玻璃结构玻璃破裂、未穿透，穿透高度为5.2米。

表2实施例1～3和对比例3～4的碱铝硅玻璃组成

表3实施例1～3和对比例3～4的碱铝硅玻璃化学钢化工艺

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表4实施例1～3和对比例1～4的玻璃结构参数

表5实施例1～3和对比例1～4的玻璃结构性能参数

对比例1：

物理钢化玻璃的制备：

将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化，得到厚度为3.5mm、表面压应力为102.3MPa的物理钢化玻璃。

物理钢化玻璃(1)的制备：

将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化，得到厚度为3.5mm、表面压应力为105.6MPa的物理钢化玻璃。

玻璃结构的制备：

采用前述物理钢化玻璃与1.5mm聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，前述物理钢化玻璃(1)进行叠合，形成玻璃叠层；

将玻璃叠层进行预压和压合，形成8.5mm玻璃结构，玻璃结构的重量为19.2kg/每平方米。

采用与实施例1相同的测试方法，测试结果如下：玻璃结构的透过率为72.3％，抗弯曲强度为655N，经球体冲击测试后玻璃结构未破碎、玻璃结构未穿透，经头模冲击测试玻璃结构玻璃破裂、未穿透，穿透高度为4.1米。

对比例2：

物理钢化玻璃的制备：

将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化，得到厚度为4mm、表面压应力为110.2MPa的物理钢化玻璃。

物理钢化玻璃(1)的制备：

将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化，得到厚度为3mm、表面压应力为108.5MPa的物理钢化玻璃。

玻璃结构的制备：

采用前述物理钢化玻璃与0.76mm聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，前述物理钢化玻璃(1)进行叠合，形成玻璃叠层；

将玻璃叠层进行预压和压合，形成7.76mm玻璃结构，玻璃结构的重量为18.4kg/每平方米。

采用与实施例1相同的测试方法，测试结果如下：玻璃结构的透过率为73.6％，抗弯曲强度为630N，经球体冲击测试后玻璃结构未破碎、玻璃结构未穿透，经头模冲击测试玻璃结构玻璃破裂、未穿透，穿透高度为4米。

对比例3：

物理钢化玻璃的制备：

将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化，得到厚度为3.5mm、表面压应力为105.7MPa的物理钢化玻璃。

化学钢化玻璃的制备：

将按表1中对应组成的碱铝硅玻璃原片于650℃温度下辊压成形；将辊压后的碱铝硅玻璃先置于化学钢化熔盐为100wt％KNO₃，420℃处理5h，得到的化学钢化玻璃离子交换层深度42.8μm、厚度为0.76mm、表面压应834MPa。

玻璃结构的制备：

采用前述物理钢化玻璃与0.76mm聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，前述化学钢化玻璃进行叠合，形成玻璃叠层；

将玻璃叠层进行预压和压合，形成4.96mm玻璃结构，玻璃结构的重量为11.3kg/每平方米。

采用与实施例1相同的测试方法，测试结果如下：玻璃结构的透过率为77.7％，抗弯曲强度为728N，经球体冲击测试后玻璃结构未破碎、玻璃结构未穿透，经头模冲击测试玻璃结构玻璃破裂、未穿透，穿透高度为3.7米。

对比例4：

物理钢化玻璃的制备：

将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化，得到厚度为3.5mm、表面压应力为105.7MPa的物理钢化玻璃。

化学钢化玻璃的制备：

将按表1中对应组成的碱铝硅玻璃原片于650℃温度下辊压成形；将辊压后的碱铝硅玻璃先置于化学钢化熔盐为100wt％KNO₃，420℃处理3h，得到的化学钢化玻璃离子交换层深度28.6μm、厚度为0.76mm、表面压应933MPa。

玻璃结构的制备：

采用前述物理钢化玻璃与0.76mm聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，前述化学钢化玻璃进行叠合，形成玻璃叠层；

将玻璃叠层进行预压和压合，形成6.26mm玻璃结构，玻璃结构的重量为14.6kg/每平方米。

采用与实施例1相同的测试方法，测试结果如下：玻璃结构的透过率为76.5％，抗弯曲强度为664N，经球体冲击测试后玻璃结构未破碎、玻璃结构未穿透，经头模冲击测试玻璃结构玻璃破裂、未穿透，穿透高度为3.8米。

与实施例1～实施例3相比，对比例1和对比例2的重量较重，透过率、抗弯曲强度测试、抗穿透性高度较低。

与实施例1～实施例3相比，对比例3玻璃结构的头模冲击测试和抗穿透性较差。

与实施例1～实施例3相比，对比例4玻璃结构重量较重，抗弯曲强度和抗穿透性较差。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种玻璃结构，其特征在于，所述玻璃结构包括物理钢化玻璃、聚合物层和化学钢化玻璃，所述聚合物层设置在所述物理钢化玻璃和所述化学钢化玻璃之间，其中：所述玻璃结构总厚度为3.0～6.0mm，所述物理钢化玻璃为厚度2.0～4.0mm的钠钙硅玻璃，所述聚合物层的厚度为0.3～1.4mm，所述化学钢化玻璃为厚度1.0～1.5mm的碱铝硅玻璃；所述化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层(DOL)≥35.0μm；所述化学钢化玻璃的压缩应力≥650MPa；

所述化学钢化玻璃的组成，按照质量百分比，包括：

其中，R为Li、Na、K中的一种或多种，R’为Mg、Zn中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的玻璃结构，其特征在于，所述玻璃结构包括物理钢化玻璃、聚合物层和化学钢化玻璃，其中：所述玻璃结构总厚度为4.0～6.0mm，所述物理钢化玻璃为厚度2.5～4.0mm的钠钙硅玻璃，所述聚合物层的厚度为0.7～1.4mm，所述化学钢化玻璃为厚度1.1～1.3mm的碱铝硅玻璃；所述化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层(DOL)≥40.0μm；所述化学钢化玻璃的压缩应力≥700MPa。

3.根据权利要求1所述的玻璃结构，其特征在于，所述化学钢化玻璃的组成，按照质量百分比，包括：

其中，R为Li、Na、K中的一种或多种，R’为Mg、Zn中的一种或多种。

4.如权利要求1～3任一项所述的玻璃结构，其特征在于，满足如下条件中至少一个：

(1)所述玻璃结构的抗弯曲强度≥650N；

(2)所述玻璃结构抗穿透高度≥4.0m；

(3)所述物理钢化玻璃表面压应力≥90MPa。

5.如权利要求1～3任一项所述的玻璃结构，其特征在于，所述玻璃结构的透过率≥76％。

6.一种如权利要求1～5任一项所述的玻璃结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将钠钙玻璃辊压成形后进行物理钢化处理，得到所述物理钢化玻璃；

将碱铝硅玻璃辊压成形后进行化学钢化处理，在所述化学钢化玻璃表面形成所述压缩应力层(DOL)，得到的所述化学钢化玻璃；

将所述物理钢化玻璃、所述聚合物层、所述化学钢化玻璃进行叠合，形成层叠结构，所述聚合物层两侧分别为所述物理钢化玻璃玻璃或所述化学钢化玻璃；

将玻璃叠层进行预压和压合，形成所述玻璃结构。

7.如权利要求6所述的玻璃结构的制备方法，其特征在于，满足如下条件中至少一个：

所述化学钢化玻璃表面形成的压缩应力层≥35.0μm；

所述化学钢化玻璃的压缩应力≥650MPa。

8.如权利要求6或7任一项所述的玻璃结构制备方法，其特征在于，满足如下条件中至少一个：

(1)所述化学钢化的温度≥380℃；

(2)所述化学钢化的时间≥180min。

9.一种窗体构件，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述的玻璃结构或权利要求6～8任一项所述的玻璃结构的制备方法制备的玻璃结构。

10.一种高速交通工具，其特征在于，包括如权利要求9所述的窗体构件。

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