CN1802251A - 层压玻璃的点附着*** - Google Patents

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C·A·史密斯
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Abstract

本发明是一种直接点附着层压体***，包含：(1)一个热塑性中间层；(2)至少一种刚性结构负荷承载层(结构层)片材；(3)至少一种受体手段；和(4)至少一种附着手段，其中该热塑性中间层在至少一个表面上与该结构层的至少一种片材粘结，且其中至少一种受体手段也粘附到该热塑性中间层上，因而粘附到该结构层上，其中该受体手段定位得能以机械方式接受该附着手段，进一步前提是，该附着手段和/或该受体手段是从膨胀系数为结构层膨胀系数的约90％～约110％的材料制造的。

Description

层压玻璃的点附着***
本申请要求2003年7月31日提交的PCT申请No.PCT/US03/24118的权益，后者又要求2002年7月31日提交的美国临时申请序号60/400,234的权益。
发明背景
层压玻璃可以用于家庭和建筑物；柜子和显示箱中的搁板；及其它物品，其中结构强度和改善的安全性能是玻璃所希望的。在建筑学上，借助于采用螺栓和/或其它非粘合剂紧固件将玻璃附着到框架和建筑支撑结构上会是有利的。例如，螺栓固定玻璃安装***使得能设计微小、高度透明的建筑物正面。在汽车应用中，希望在车辆中安装玻璃以提供结构完整性、安装/更换的容易性、和创造可移动玻璃以达到进、出、或通风目的等。
可以经由直接点附着紧固到支撑结构上的玻璃安装***(以下简称“螺栓固定玻璃”)的生产并非没有麻烦。由于惯常螺栓固定玻璃工艺固有的各种因素，使用螺栓固定玻璃***可能是困难的。例如，螺栓固定玻璃***需要使用回火处理的玻璃，这会导致减少光学清晰度。此外，一种玻璃夹层和聚合物中间层往往被视为一种冗余结构成分。
惯常层压安全玻璃一般包含配置于玻璃或其它透明塑料材料的片材之间的热塑性片材。这些层压玻璃复合材料要执行严格的要求，包括冲击性能、耐候性、和透明度。然而，该中间层的存在当使用螺栓固定玻璃时也会引起困难。由于对支撑结构的点附着的夹持力，会发生中间层蠕变。当使用螺栓固定玻璃层压体时的另一个关注是该层压过程期间保持该中间层的孔与该玻璃中的孔对准。相对于该中间层与紧固件之间的兼容性以及该附着的耐久性而言，惯常螺栓固定玻璃***还会发生更进一步的问题。
一个这样的其它问题是，作为用来构造层压体的材料的物理性能差异的结果，应力因子会在玻璃层压体中建立起来。在期待用于支撑其它物体的结构层压体中，应力会导致要么在该层压体制作期间要么当用于意向应用中时作为建筑支撑结构的层压体的破裂。
拥有一种能克服惯常螺栓固定玻璃***的这些问题的螺栓固定玻璃层压体，会是人们所希望的。
附图简要说明
图1是显示该***物的层压体图。
图2是为更清晰地显示该***物而去掉了顶层的图1中层压体图。
发明概要
一方面，本发明是一种直接点附着层压体***，包含：(1)一个热塑性中间层；(2)至少一种刚性结构负荷承载层(结构层)片材；(3)至少一种受体手段；和(4)至少一种附着手段，其中该热塑性中间层在至少一个表面上与该结构层的至少一种片材粘结，且其中至少一种受体手段也粘附到该热塑性中间层上从而粘附到该结构层上，其中该受体手段配置得能以机械方式接受该附着手段，进一步前提是，该附着手段和/或该受体手段是从膨胀系数为结构层膨胀系数的约90％～约110％的材料制造的。
另一方面，本发明是一种适合于直接点附着到支撑结构上的玻璃安装***的制造方法，包含下列步骤：装配一种层压体，包含(1)一个热塑性中间层；(2)至少一种刚性结构负荷承载层(结构层)片材；(3)至少一种受体手段；和(4)至少一种附着手段，其中该热塑性中间层在至少一个表面上与该结构层的至少一种片材粘结，且其中至少一种受体手段也粘附到该热塑性中间层上从而粘附到该结构层上，其中该受体手段配置得能以机械方式接受该附着手段，进一步前提是，该附着手段和/或该受体手段是从膨胀系数为结构层膨胀系数的约90％～约110％的材料制造的。
在本发明的另一方面，本发明是一种适合于经由附着手段和受体手段直接点附着到支撑结构上的层压玻璃负荷承载结构***的制造方法，包含该层压体构造材料的选择步骤，使得该附着手段和/或该受体手段的膨胀系数在玻璃的膨胀系数的约90％～约110％的范围内。
详细描述
在一种实施方案中，本发明是一种负荷承载支撑***，包含散置于至少两层刚性结构支撑体之间的一个热塑性中间层。该刚性支撑结构可以是塑料、金属、木材、石材、或玻璃。较好，该支撑结构是刚性塑料或玻璃，最好该支撑结构是玻璃。在一种特别好的实施方案中，该玻璃对可见光谱中大多数光波长是透明的。在另一种较好实施方案中，该玻璃或中间层可以是有色的或有印刷于其上的装饰影像。该负荷承载支撑***可以经由直接点附着而附着到一种支撑结构上，其中，该直接点附着包含一种用于接受附着手段的受体，所述受体以使得能接受该附着手段这样一种方式嵌入该中间层。在本发明实施中，该负荷承载支撑***可以经由该受体所接受的附着手段附着到该支撑结构上并由该支撑结构支撑。
就本发明目的而言，支撑结构可以是建筑物、墙、板、天花板、地板、楼梯、悬吊金属丝网、或任何一种有负荷承载功能的建筑结构或亚结构。
就本发明目的而言，窗户并不视为负荷承载结构，因为与它们置于一种框架中时置于其上的东西相比并不要求它们支撑额外的负荷。
就本发明目的而言，负荷承载***可以是地板或天花板、梯级、桌、椅、台、柱、显示器基础、或在负荷承载能力方面可以发挥作用的任何东西。
适用的附着手段可以是任何一种能使该层压体附着到一种支撑结构上的手段。适用的附着手段可以是诸如至少一种：螺栓；金属销、夹子；钉子；螺杆；绳子；链子；绳索；钩扣；夹片；或这些的任何一种组合；重要的考虑是该附着手段适合于意向负荷承载应用，即能为该意向负荷承载应用提供足够的支撑和强度。
适用的受体手段可以是任何一种能与附着手段一起工作而产生玻璃***与支撑结构之间的附着的特色。适用的受体手段可以由任何一种一般认为坚固的材料构成，例如金属如钢、铝、钛、黄铜、铅、铬、铜等；塑料如聚碳酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯、尼龙、聚丙烯酸(烷酯)等；天然材料如石材、木材等，或从本文中所述适用材料得到的复合材料。前提是，该受体必须是一种能与用来作为中间层的聚合物材料粘结和/或衬入一种固定该受体手段的腔或凹陷区域的材料，而且具有能与本文中所述的层压体中使用的其它材料兼容的膨胀系数。
适用的热塑性中间层可以是任何一种能与玻璃而且也能与用来形成该附着手段的受体的构造材料形成粘附键者。适用的热塑性中间层可以是任何一种对玻璃和对附着物/和或受体有所需要的粘合力的中间层，使得该层压体能有以建筑学应用或工程应用为意向的性能。例如，适用的中间层可以从烯键不饱和羧酸或其衍生物与乙烯共聚生成的酸共聚物得到。羧酸的衍生物是众所周知的，但较好的衍生物可以是适合于本文中使用的酸共聚物全中和或部分中和生成的离聚物型聚合物。适用的酸共聚物或离聚物可以在诸如Surlyn和/或Nucrel等商品名下购自E.I.DuPout de Nemours&Company。其它适用的热塑性中间层可以是，例如，增塑水平低(＜30pph份增塑剂)的“刚性”聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-乙烯酯(EVA)、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、或聚氨酯。包含中间层不同组合(复合中间层)的多层压体是本发明范围内所期待的。
本发明的中间层可以是当为本文所述之目的而使用时能导致结构上合理的层压体的任何厚度。该厚度事实上可以取决于以该层压体结构为意向的用途。对于任何给定的应用，都可以容易地确定适当的厚度。就本发明目的而言，本发明的中间层或中间层复合体可以有约0.150mm与约20mm范围内的任何厚度。因该玻璃的意向应用或用途而异，该中间层可以有至少约0.200mm的厚度。在又另一种应用或用途上，该中间层可以是至少约0.250mm或其多倍、或至少约1mm或其多倍、或至少约1.33mm或其多倍。在一些其它应用上，将中间层厚度规定为厚达10、11、12、13或15mm可能是适当的。所使用的中间层厚度可由成本或商业可得性等其它因素确定。
该层压体可以按照已知的和惯常的玻璃层压技术制造，所不同的是，该层压体必须有能接受该受体手段和附着手段的孔，而且该热塑性中间层必须以这样一种方式与该玻璃表面以及该受体形成一种粘附键，使得该中间层、该受体、以及该玻璃表面以适当粘合力结合在一起。
在本发明实施中，可能较好的是将该层压体付诸负荷承载的应用例如搁架；地板；天花板；楼梯踏面或梯级；家具如桌、椅、或书柜；电器柜；音响设备或电视柜；和/或类似应用。其它用途可以包括，例如，栏杆、倾斜和幕墙玻璃构件、汽车边窗、汽车遮阳篷和/或遮日篷(可开式车顶)。在这样的应用中，层压体中固有的应力当有某一负荷承载于该层压体上时可能导致该玻璃过早龟裂或破裂。
在本发明中，提供了一种使负荷承载玻璃层压体中应力龟裂的发生实质上减少或最少化的方法，其中，构造材料的适当选择显著降低了该层压体的内部应力。已经发现，本发明层压体中的内部应力可以通过匹配用来制造该附着手段和/或受体手段的材料使得它具有类似于该层压体中所使用的玻璃的膨胀系数而实质性降低。因此，以本文中所述方式匹配构造材料提供了一种在制造过程期间以及在负荷应力下有改善的稳定性的层压体。该附着手段和/或该接受手段应当如此选择，以致所选择的材料的膨胀系数(CTEm)是用来制造该层压体的玻璃的膨胀系数(CTEg)的约90％～约110％。较好，CTEm是CTEg的约92％～约108％，更好是CTEg的约94％～约106％，最好是CTEg的约95％～约105％。
在一种特别好的实施方案中，该附着手段和/或受体手段包含这样一些材料：金属；塑料如聚碳酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯、尼龙、聚丙烯酸(烷酯)等；天然材料如石材、木材等。作为附着手段和/或受体手段的构造材料，较好的是选自钢、铝、钛、黄铜、铅、铬、铜等组成的一组。该材料是如此选择的，以致它具有相对接近于该层压体中使用的玻璃的膨胀系数的线膨胀系数。
对于本发明至关重要的是，使玻璃的膨胀系数适当地与该附着手段和受体手段的膨胀系数相匹配，以期达到本文中所述的改善。可以使用本发明实施中所用材料的膨胀系数的惯常测定方法，或替而代之，这些数值可以容易地从材料性能表中得到确认。
该玻璃的厚度可以因该层压体的意向应用和用途而异。本文中期待使用的玻璃的厚度可以是能导致满足该层压体的意向目的的层压体的任何厚度，前提是，介于最小厚度(由于成本考虑而可能是理想的)与最大厚度(由于对层压体强度的关注而可能是理想的)之间的玻璃片材厚度可能是所希望的。预期本文中可以使用的玻璃片材的厚度会是至少0.25mm厚。
在本发明的另一种实施方案中，用于附着手段和/或受体手段的构造材料可以与该玻璃匹配，使得该附着手段和/或受体手段的恒压CTE(CTEm)是玻璃恒压CTE(CTEg)的约95％～约105％。较好CTEm是CTEg的96％～约104％、更好是约97％～约103％、最好是约98％～约102％。
实施例
以下实施例和比较例是为进一步说明本发明而提供的。这些实施例无意以任何方式限制本发明的范围，也不应当以任何一种与本文中所主张和/或所描述的本发明不一致的方式用它们来定义权利要求或说明书。
以下实施例显示来自各种附着***中应力发展的有限要素模拟的结果。它们显示出金属***物类型和中间层厚度的适当选择可以使***内部残留应力最小化。图1显示该***物细节和所使用的有限要素模型。
实施例1：从304不锈钢制造该***物，并使用0.76mmSentryGlasPlus聚合物中间层垫片。表1显示从制造温度冷却后预测的***残留应力发展。
实施例2：从钛合金制造该***物，并使用0.76mm SentryGlasPlus聚合物中间层垫片。表1显示从制造温度冷却后预测的***残留应力发展。要说明的是，本实施例是为显示最小***残留应力而预测的。
实施例3：从17-4PH不锈钢制造该***物，并使用2.29mm SentryGlasPlus聚合物中间层垫片。表1显示从制造温度冷却后预测的***残留应力发展。
实施例4：从钛合金制造该***物，并使用2.29mmSentryGlasPlus聚合物中间层垫片。表1显示从制造温度冷却后预测的***残留应力发展。
实施例5：从17-4PH不锈钢制造该***物，并使用0.76mmSentryGlasPlus聚合物中间层垫片。表1显示从制造温度冷却后预测的***残留应力发展。
实施例6：可以用以下方法制备玻璃层压体。回火玻璃3000mm×200mm×6mm厚度的片材可以用磷酸三钠的去离子水溶液(5g/升)洗涤、用去离子水充分漂洗、干燥。可以将一枚玻璃片材平放、或替而代之，以任何一种可便利该层压体制造的姿态放置。可以在该玻璃的裸露表面上放置一枚由81％乙烯和19％甲基丙烯酸组成、以钠离子中和37％、且熔体指数(MI)为2的离聚物树脂片材(0.76mm厚)。所述离聚物片材的水分水平应当低于0.06wt％。该离聚物片材可以经由压花技术而具有表面糙度，使得能容易地除去每个装配界面之间的空气。将第二枚玻璃放置在该离聚物片材上，并将第二枚离聚物树脂(可以要么与第一枚离聚物片材相同要么与其不同)置与该第二枚玻璃片材上。然后，将第三枚玻璃置于该第二枚离聚物片材上，第二枚和第三枚玻璃片材有一个凹陷区域以使该***物能安装在该层压体组件内。其次，将可以与其余离聚物片材相同或不同的第三枚离聚物片材置于第三枚玻璃片材上，并将第四枚玻璃片材置于第三枚离聚物片材顶上，得到一种有交替玻璃/离聚物片材的层压体组件，其中内层玻璃片材形成一种适合于接受金属***物的凹陷区域。可以将另外的离聚物材料置于该凹陷区域内，以使得该***物与该离聚物之间的“机械”连接能完成该层压体预组件。该***物是一种有恰当热膨胀系数的适用材料，如同在本专利技术的主题中一样。例如，可以使用钛金属作为***物材料。该预组件可以用一条聚酯带缠在一起，以维持每一层的相对定位。可以将一种尼龙织物条围绕该预组件周边放置以便利去除这些层内的空气。然后，可以将该预组件置于一个与一台真空泵连接的尼龙真空袋内。可以抽真空，以使得能实质上去除内部空气(该袋内的空气压力可以降低到50毫巴绝对压力以下)。然后，将该层压体预组件放进一台空气高压釜中，可以用15分钟时间使压力和温度从常温常压升高到135℃和200psi。然后，应当将这个温度和压力保持一段足够长的时间，以使该层压体组件能恰当地加热(30～120分钟可能是典型的)。其次，在20分钟时间内使温度降低到40℃，从而使压力降回到常压，并将该单元取出。然后，该层压体组件可以进行高负荷承载应用方面的机械测试，例如，对于梯级、地板砖单元、天花板、栏杆、倾斜和幕墙玻璃构件等来说会需要如此或认为这样是有益的。
对于以上实施例，下列是所使用材料的热膨胀系数(CTE)：
  材料   CTE
  玻璃304不锈钢钛17-4PH不锈钢   9.0ppm16.4ppm9.0ppm11.7ppm
实施例7
用实施例1中所述制备方法，使用一种长80mm、宽20mm、厚0.6mm的中碳钢***物，制备层压体(55mm×80mm)。将该钢材的一段层压在由2个深20mm×宽20mm尺寸的外层玻璃所界定的区域内。在该层压体相反侧层压同样的金属***物，从而使得能将金属镶嵌片放进拉伸试验装置(Instron*)中，并按照ASTM D 638中的规定进行惯常拉伸试验。这样，就可以评估从该层压体构件内拉出该***物所需要的力。这种情况下的破裂方式是该层压体外部的镶嵌片断裂。该***物完全原样地留在该层压体内而无任何明显的可见损伤、畸变、脱层、或分离在该金属***物与周围离聚物材料之间发生。
层压体“安装”方法 拉出力(最大)
  简单垫片(分类架/支撑搁架)   18N(4磅)
  金属***物   965N(217磅)

Claims (13)

1.一种直接点附着层压体***，包含：(1)一个热塑性中间层；(2)至少一种刚性结构负荷承载层(结构层)片材；(3)至少一种受体手段；和(4)至少一种附着手段，其中该热塑性中间层在至少一个表面上与该结构层的至少一种片材粘结，且其中至少一种受体手段也粘附到该热塑性中间层上从而粘附到该结构层上，其中该受体手段配置得能以机械方式接受该附着手段，进一步前提是，该附着手段和/或该受体手段是从膨胀系数为结构层膨胀系数的约90％～约110％的材料制造的。
2.权利要求1的层压体***，其中该热塑中间层是乙烯与一种烯键不饱和羧酸或其衍生物共聚得到的一种共聚物。
3.权利要求2的层压体***，其中该中间层的厚度为约0.30mm～约1.5mm。
4.权利要求3的层压体***，其中每种玻璃片材的厚度为至少约0.25mm。
5.权利要求4的层压体***，其中该层压体包含至少2种玻璃片材。
6.权利要求5的层压体***，其中每种玻璃片材的膨胀系数都在约5ppm～约10ppm/℃范围内。
7.权利要求6的层压体***，其中该附着手段和/或受体手段是从膨胀系数为该玻璃的膨胀系数的约92％～约108％的材料制造的。
8.权利要求7的层压体***，其中该附着手段和/或受体手段是从膨胀系数为该玻璃的膨胀系数的约94％～约106％的材料制造的。
9.权利要求8的层压体***，其中该附着手段和/或受体手段是从膨胀系数为该玻璃的膨胀系数的约95％～约105％的材料制造的。
10.权利要求9的层压体***，其中该附着手段和/或受体手段是金属材料。
11.权利要求10的层压体***，其中该层压体可用来作地板砖、楼梯踏面、玻璃墙、或天花板砖。
12.一种适合于直接点附着到支撑结构上的玻璃安装***的制造方法，包含下列步骤：装配一种层压体，包含(1)一个热塑性中间层；(2)至少一种刚性结构负荷承载层(结构层)片材；(3)至少一种受体手段；和(4)至少一种附着手段，其中该热塑性中间层在至少一个表面上与该结构层的至少一种片材粘结，且其中至少一种受体手段也粘附到该热塑性中间层上从而粘附到该结构层上，其中该受体手段配置得能以机械方式接受该附着手段，进一步前提是，该附着手段和/或该受体手段是从膨胀系数为结构层膨胀系数的约90％～约110％的材料制造的。
13.一种适合于经由附着手段和受体手段直接点附着到支撑结构上的层压玻璃安装***的制造方法，包含该层压体构造材料的选择步骤，使得该附着手段和/或该受体手段是由膨胀系数为该玻璃的膨胀系数的约90％～约110％的材料制造的。
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