JP3675905B2 - 安全ガラスラミネートを形成する非オートクレーブ法 - Google Patents

安全ガラスラミネートを形成する非オートクレーブ法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安全ガラス、特に安全ガラスを製造するラミネート法における改善に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
可塑化ポリビニルブチラールシート（以降は「ＰＶＢシート」）を使用した安全ガラスは窓にかなり広範囲に使用されている。ＰＶＢシートは、透明な内側及び外側ガラス板の間に貼合せられ、物体に強打されて生じるようなエネルギーを吸収するよう作用し、周辺にいる者にガラスが突き刺さるということもなく、安全性が与えられる。
【０００３】
安全ガラスは通常は、集成体をオートクレーブ内で昇温及び加圧下に置き、構成材料を接着することにより形成される。オートクレーブの油または空気で満たされたチャンバー内で、構成材料を１０〜１５ｋｇ／ｃｍ2の圧力で約１２０〜１５０℃に加熱すると、ＰＶＢシートが軟化及び流動化し、ガラス板は密着される。言うまでもなく、オートクレーブ接着処理には多大な経費と労力を要し、そのため最終的な安全ガラスラミネートのコストが上昇する。
【０００４】
オートクレーブを使用しない方法（以降は「非オートクレーブ法」と称する）で安全ガラスを製造することはそれほど広く知られていない。本明細書において使用される「非オートクレーブ法」とは、層を接着すべく約１０〜１５ｋｇ／ｃｍ2のオーダーの過圧が存在するオートクレーブ環境を使用せずに、ガラス及びＰＶＢシートのラミネートを形成することを意味する。典型的な非オートクレーブ法は１９６６年２月８日発行米国特許第３，２３４，０６２号明細書に記載されている。
【０００５】
当分野において、工業的価値のある非オートクレーブ法を改善する必要は引き続き存在している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては非オートクレーブ法における改善を行った。
【０００７】
本発明の主目的は、非オートクレーブ法を単純化する工程改善を与えることである。
【０００８】
本発明の他の目的は以下の説明及び特許請求の範囲の記載から一部は自明であり、一部は明らかとなる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記及び他の目的は、ａ）０．２重量％以上の含水量を有する可塑化ポリビニルブチラールシートを１対のガラス層間に挿入してラミネート集成体を形成し；ｂ）前記集成体の少なくとも縁部を密閉空間内で封じ（ｅｎｃｌｏｓｅ）；ｃ）前記密閉空間を真空に引いて前記ラミネート集成体を脱気し；ｄ）脱気した前記ラミネート集成体を、前記ガラス層及び可塑化ポリビニルブチラールシートの縁部をヒートシールするのに十分な温度に加熱し；ｅ）前記シート内の水泡形成を防ぐのに有効な程度に真空を緩和しつつ、前記ラミネート集成体を、前記ガラス層を前記シートに接着するのに十分な温度まで十分な時間加熱し、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｓａｆｅｔｙ Ｇｌａｚｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｚ２６．１−１９９０を満足する安全なラミネートを形成することからなる、安全ラミネートを形成する非オートクレーブ法を提供することにより達成される。
【００１０】
更に、可塑化ポリビニルブチラールシートによって空間的に分離され且つ該シートに接着されている２つのガラス層からなる安全ラミネートを形成する非オートクレーブ法において、シート内での泡の形成を実質的に防止すべく可塑化ポリビニルブチラールシートをガラス層に縁部同士シールした後に真空を緩和または中断するステップが提供される。好ましいＰＶＢシートは、本出願人らの１９９４年１月２４日出願同時係属米国特許出願第０８／１８５，３４８号明細書，発明の名称「粗面中間層（Ｒｏｕｇｈ−Ｓｕｒｆａｃｅｄ Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ）」に記載のタイプの表面ざらつきパターンを有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の非オートクレーブ法においては、市販、即ち最初に水分をしきい値レベル以下に低下させるよう調整されていないＰＶＢシートを容易に使用し得るよう、圧力、温度、時間サイクルが制御される。特にＰＶＢシートは、最終的なラミネートにおいてシートをガラスに所望通りに接着させる助成となるよう幾分かの水分を含むべきである。市販のＰＶＢシートは通常は（シート重量を基準にして）０．２重量％以上、典型的には０．３〜０．６重量の含水量で供給業者から提供される。最初にシートとガラスを組立てる際の環境の温度及び湿度は、供給業者から出荷されたときと同じシート含水量を保持するよう選択されたレベルに制御される。他方で、最終的なラミネート内にシート中の水分から生じる目に見える泡は、望ましくからぬ光学的欠陥となるので避けるべきである。典型的には貼合せる集成体に１０〜１５ｋｇ／ｃｍ2の過圧をかける慣用オートクレーブラミネート処理においては、圧力によって水がシート内に維持され、表面に浮上し凝集して泡となるのが阻止されるが故に、目に見える水泡の形成が大きな問題となることはない。非オートクレーブ法においては過圧は使用し得ず、通常は縁部に近在する泡がこれまで問題となっている。含水量をあまりに低くすると接着し過ぎとなり、最終的なラミネートの衝撃性能に悪影響を及ぼす。本発明の非オートクレーブ法では、ＰＶＢシートの縁部をガラスに接着させた後に加熱する際の真空レベル分布を調節することにより、含水量を０．２重量％未満に低下させるようシートを最初に調整せずとも、泡が回避される。
【００１２】
本発明の非オートクレーブ法においては、０．２重量％以上、典型的には約０．４〜０．６重量％の含水量を有するＰＶＢシートを１対の透明ガラス層間に挿入し、貼合せるべき集成体を形成する。安全ガラスラミネート用の可塑化ＰＶＢシートはＭｏｎｓａｎｔｏ ＣｏｍｐａｎｙからはＳａｆｌｅｘ（登録商標）シートとして、またＥ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔ ｄｅＮｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．からはＢｕｔａｃｉｔｅ（登録商標）ＰＶＢ樹脂シート材料として市販されている。シート厚は公称で０．２５〜１．５ｍｍ、好ましくは約０．３２〜０．７６ｍｍである。シートを構成するプラスチックは典型的には、ポリビニルアルコールで表わされるヒドロキシル基を約１０〜３０重量％、ポリ酢酸ビニルで表わされる酢酸基を約０〜２．５重量％含み、残りの部分はポリビニルブチラールで表わされるブチラールである。可塑化剤含有量はプラスチック１００部当たり約２０〜４０部である。このような市販のＰＶＢシートは、両面に、圧潰可能な微小突出部によって規定される脱気溝を規則的または不規則（ランダム）な形状パターンで有する。存在する限りは、このパターンの形状は重要ではない。１９８４年６月５日発行米国特許第４，４５２，８４０号明細書は規則的パターン及びランダムパターンを記載及び図示（図１及び２）しており、該特許明細書の内容は参照により本明細書に包含されるものとする。脱気の際には、ガラス層との界面にある空気は通常はかかる溝を通り、集成体の周囲を経て外へ出る。突出部はＰＶＢシートと一体的であり、空気除去後に加熱すると融解及び圧潰し、当接する透明なガラス層に接着された透明で平滑な気孔のないプラスチック表面が得られる。
【００１３】
不規則またはランダムなシート表面パターンを用いる場合、最初にシートを室温（約２３℃）から約１０℃に冷却する必要があり得る。これによりシートのＰＶＢのモジュラスが増加され、実質的に全ての空気が除去される前に突出部が時期尚早に圧潰するのが避けられる。上述の本出願人らの同時係属特許出願明細書に記載のごとき規則的ざらつきパターンの溝及び突出部を用いる場合には、このような初期の冷却は、任意であり、不必要となり得る。
【００１４】
貼合せる前のガラス／ＰＶＢシート／ガラス構成材料を組立てたなら、かかる集成体の少なくとも縁部を密閉空間内で封じる。これを行う１つの方法は、真空源に通じる受口を有する可撓性ゴムバッグ内に集成体を挿入することである。或いは、及び望ましくは単純化のため、かかる真空源に通じるリングを集成体の周縁のみに密閉式に適用する。真空バッグを使用する場合、可撓性バッグとその中に入れられたラミネート集成体の間にガス抜き層を使用するのが有利である。かかるガス抜き層により、バッグ内部を真空に引いたとき内部から全ての空気が排気される前に、封じられる集成体の縁部近くに可撓性バッグが時期尚早に強く引き寄せられるのが阻止される。このような時期尚早の圧潰が起こると、ラミネートのガラス及びプラスチックの構成材料間に空気ポケットが捕捉され、最終的なラミネートに光学的欠陥をもたらし得る。適当なガス抜き層は１９９２年７月１４日発行米国特許第５，１２９，８１３号明細書に開示されており、該特許明細書の内容は参照により本明細書に包含されるものとする。該特許明細書に記載のガス抜き層は、バッグ排気の際に空気が移動する相互連通チャネルを規定する３次元パターンが表面にエンボス加工された、それ自体可撓性のプラスチックバッグである。チャネルは真空源と連通し、開いたままであるが、全ての空気が除去されたときのみ次第に圧潰する。
【００１５】
上述のシート冷却を選択した場合、真空バッグとその中にある貼合せ前の構成材料、またはかかる構成材料の縁部にある真空リングのいずれかの集成体全体を低温にさらす。
【００１６】
縁部を密閉空間内で封じた後、密閉空間を真空に引いて空気を除去し、ラミネート集成体を脱気する。ガラスに接着する際にシート内の残留空気を放散させるのに過圧が使用できないので、空気を最大限に除去するのには実質的にゼロ絶対圧力に近い最高真空レベルが好ましい。ＰＶＢシートの粗面が空気を容易に除去すべく無傷であるよう短い時間、集成体を加熱せずにこの真空にさらす。この時間は使用する系の態様によって変わるが、典型的には約２〜約１５分間である。この段階で加熱しないので、空気除去の際にシートがガラスに時期尚早にシールされるのが防止される。
【００１７】
上記のごとき短時間の後、真空レベルを維持しながらラミネート集成体を、ガラス層の縁部を封じられているＰＶＢ層の縁部にシールするのに十分な温度まで徐々に加熱する。これは約８５〜約９５℃で起こり、図示したプロットで表わされた実施態様においてはサイクル開始の約２０分後に起こっている。徐々に真空レベルを緩和しながら集成体の温度を更に上昇させる。この真空緩和は、集成体の縁部でシート内に泡を凝集・成長させる傾向のある温度−真空誘導力に対抗するのに重要である。図示したように、ラミネート集成体温度約９５℃で真空レベルを１９２，３３５．８Ｐａ（１３．２ｐｓｉｇ）から１６８，８９３．６Ｐａ（９．８ｐｓｉｇ）に緩和し、それから連続的に温度を上昇させるに伴って時宜に真空を次第に緩和し、大気圧に達した時点（図では４０分のところ）で解除する。段階的に緩和するのでなく、ラミネート集成体が８５〜９５℃の縁部シール温度に達したときに真空を完全に解除してもよい。プラスチック及びガラス表面をよく適合させ、ガラス層の不整合に関わる欠陥を防止するには、真空を徐々に緩和することが好ましい。
【００１８】
次いで、貼合せる集成体の温度を更にあるレベル（約１２０〜１３５℃）まで上昇させ、ＰＶＢの粘性流動を惹起するのに十分な時間維持し、シートの粗面を完全に圧潰し、ガラスとシートの対向面をしっかり接着して最終的な安全ラミネートを形成する。
【００１９】
上記暴露の種々の温度及び時間は、所望の温度に維持したゾーンを順次通過させるよう構成された、貼合せるべく層のためのコンベヤーを含む装置によって与えるのが最も都合が良い。真空及び温度の変化は、例えば最初のＰＶＢシートの含水量に従い、図示したものとは変えることができる。非オートクレーブ法によって形成される安全ラミネートの品質は、過圧下での追加処理を必要とせずとも、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｓａｆｅｔｙ Ｇｌａｚｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｚ２６．１−１９９０を満足する。
【００２０】
【実施例】
以下、非限定的な実施例によって本発明を更に説明する。特に記載しない限り、全ての量は重量で表わされるものとする。
【００２１】
実施例１
Ｍｏｎｓａｎｔｏ ＣｏｍｐａｎｙからＳａｆｌｅｘ（登録商標）シートを入手した。該シートは本発明者らの１９９４年１月２４日出願同時係属米国特許出願第０８／１８５，３４８号明細書，発明の名称「粗面中間層」の図８に示したタイプの規則的なざらつきパターンを両側に有するものである。このパターンのシート平面から突出する高さ（Ｒz）は約４０μであり、ピッチ（隣り合う突出部間の間隔）は４１５μであった。シートは０．４５重量％の水を含んでいた。室温で厚さ３０ミル（０．７６ｍｍ）の１８×３０インチ（４６×７６ｃｍ）のシート片を、同様の寸法の２つのガラス層間に挿入し、貼合せるべき集成体を形成した。縁部からはみ出した余分なシートは切り落とした。室温で真空脱気リングをラミネート集成体の周縁に手で取り付け、真空源と連通させた。かかるリングは、横断面がＣ字形のチャンバを長さに沿って形成する成形可撓性ゴム管の形態であった。Ｃ字形の開口を規定する端部は対向する集成体の外側表面と重なり合っており、集成体の縁部とは間隔があけられた管本体が密閉真空チャンバを形成していた。リングを通してラミネート集成体を約１０分間真空に引いた。最初に与えた真空レベルを維持しながら、集成体を高温空気オーブンに入れ、約１０分間で約９２℃まで温度を急上昇させた。ほぼ図示したように温度を更に上昇させるようにオーブン設定点を調整した。９２℃で１６８，８９３．６Ｐａ（９．８ｐｓｉｇ）まで真空レベルを緩和し、次いで図示したような真空レベル−温度変化に従って更に緩和した。ラミネート温度が約１２０℃に達したとき、集成体をオーブンから取り出し、真空を解除した。真空リングを取り外し、ラミネートをおおよそ室温まで冷却した。最終的なラミネートの目視検査では、目に見える泡または（光学的歪を含む）他の欠陥が縁部付近または内側に局在することはなかった。
【００２２】
近赤外線分光光度計を使用し、最終的なラミネートのＰＶＢシートの含水量は貼合せ前のシートと同じく０．４５％であると測定された。貼合せたシートのガラス−ＰＶＢ界面に粗面が残留するかどうかを判定するため、ラミネートを、下方に光源を備えた１対の直交ニコルプラスチックフィルム間に置いた。安全ガラスラミネートの、残留粗面を表わす可視の曇りを調べたが、可視の曇りは認められなかった。最終的なラミネートにプランジャー（ｐｕｍｍｅｌ）接着試験を実施すると、４〜７の値が得られた。この試験で優れたラミネートの一体性及び衝撃強さに最適なレベルは３〜７である。測定されたプランジャー接着範囲４〜７に対して数式モデルを使用し、Ｍｅａｎ Ｂｒｅａｋ Ｈｅｉｇｈｔ（ＭＢＨ）で表わされるラミネートの衝撃強さは１７〜２２．３フィート（５．２〜６．８ｍ）であると計算された。最終的なラミネートの１２×１２インチ（３０．５×３０．５ｃｍ）の断片を沸騰水中に２時間浸漬し、ＰＶＢシート構成材料中の泡形成を目視検査した。プランジャー接着及びＭｅａｎ Ｂｒｅａｋ Ｈｅｉｇｈｔは１９９３年９月２１日発行米国特許第５，２４６，７６４号明細書に更に記載されており、該特許明細書の内容は参照により本明細書に包含されるものとする。
【００２３】
実施例２
本実施例は真空バッグ脱気系を使用した。
【００２４】
室温で（実施例１のごとき）貼合せるべき集成体の全体を、Ａｉｒｔｅｃｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．，Ｃａｒｓｏｎ，ＣＡからＡｉｒｗｅａｖｅ Ｎ１０として市販されているポリエステル不織布の形態のガス抜き層で巻装した。この材料は、４００°Ｆ（２０４℃）において最高１００ｐｓｉ（３８９ｋＰａ）までの圧力で１分間当たり約２５００ｃｃの空気を通すと規定されている。巻装した集成体を、エラストマー（即ちシリコーンゴム）エンベロープの形態の真空バッグ内に挿入し、実施例１の貼合せサイクルを繰り返したが、但し、記載の温度に到達する時間は、量のより多いものを加熱したために若干長かった。最終的なラミネートの特性試験は実施例１と同等の結果を与えた。
【００２５】
実施例３
本実施例は、ランダムな粗面パターンを有するＰＶＢシートを最初に冷却して使用した。
【００２６】
両側にランダムな粗面パターン（Ｒz＝３３μ，ピッチ＝４３０μ−両側の平均）を有するＰＶＢシートを使用し、実施例１の方法を繰り返した。シート片をまず約５０°Ｆ（１０℃）に冷却し、脱気のために真空を適用する間この温度に維持した。次に脱気したラミネートをオーブン内に置き、実施例１のごとく処理した。
【００２７】
最終的なラミネートの品質の結果は実施例１のものと同等であった。
【００２８】
比較例Ｃ１
この比較例は米国特許第３，２３４，０６２号明細書の実施例１と重複する。
【００２９】
実施例３に記載のごときランダムな粗面を有する市販のＳａｆｌｅｘシートを予め含水量０．２％に調整した。真空リングとして成形ゴム管を使用し、貼合せる集成体を室温で１５分間排気し、真空を維持しながら３００°Ｆ（１４９℃）のオーブン内に１５分間置き、その後室温に冷却した。最終的なラミネートは目視では泡及び他の欠陥はなかった。しかしながら、最終的なラミネートにおいてプランジャー接着を測定すると値９が得られた。これは接着性がかなり高いことを意味しており、ＭＢＨはたった約１２フィート（３．６ｍ）に対応する。これではＡＮＳＩ Ｚ２６．１−１９９０の浸透抵抗（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）試験（Ｎｏ．２６）は不合格である。
【００３０】
上記説明は説明のためのものであって、限定的なものと見なされるべきではない。種々の変更及び変形が当業者には容易に示されよう。従って、上記説明は例としてのみ考えられ、本発明の範囲は特許請求の範囲によって確定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用される代表的な処理条件の時間−温度−圧力サイクルのグラフである。

Claims (3)

  1. 空間的に分離され、且つ可塑化ポリビニルブチラールシートに結合する二つのガラス層の安全ラミネートを形成する非オートクレーブ法において、
    ａ）接着前の前記シートの含水量を０．２重量％以上にする段階と、
    ｂ）未加熱且つ未接着の、前記ガラス層間のシート集成体を脱気し、前記シートの両面上の圧潰可能な突出部によって規定される脱気溝の幾何学的規則形状パターンを通して前記ガラス層と前記シートとの間から空気を除去する段階と、
    ｃ）脱気した前記集成体を、前記ガラス層及び前記シートの縁部をシールするのに十分な温度に加熱する段階と、
    ｄ）その後、前記集成体を加熱する間、前記シート内の水泡形成を実質的に防ぎ、安全ラミネートを形成するために前記ガラス層を前記シートに接着するのに十分な時間真空を緩和又は中断する段階とを
    含む方法。
  2. ａ）における前記可塑化ポリビニルブチラールシートの含水量が０．４〜０．６重量％である請求項１記載の方法。
  3. 空気の除去後、前記集成体の構成材料の縁部をシールする間に、前記集成体の温度上昇に伴って時宜に、真空レベルを次第に緩和する請求項１記載の方法。
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