CN101678650A - 声学玻璃窗 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于确保改善的隔声性能的玻璃窗，该玻璃窗不仅需要声学聚合物中间层，而且需要在该声学中间层一侧和另一侧适当分布元件体。

Description

声学玻璃窗
本发明涉及被称为“声学”的玻璃窗，即具有改善的隔声性能。
本发明的玻璃窗将更特别地在它关于飞机(更确切地说飞机座舱)的用途中进行描述，但是它还用于汽车、火车、船或者建筑物(住宅、办公室、商业用途建筑)等等。
本发明提出的一个特别问题是改善飞机座舱中的隔声性能，特别地为了飞行员的舒适。持续地寻求降低座舱内部的噪声，以便特别地在飞行期间可更好地听见通讯，同时永恒考虑改善安全条件。
另一个问题是降低驾驶舱玻璃窗的重量而不产生对它的声学性质的负面影响。
而且，飞机玻璃窗在任何环境下和在无论任何条件下必须保证唯一性能，尤其关于极端的温度和压力条件，关于玻璃窗遭受的碰撞(例如由于鸟造成的冲击)等等。
当飞机从地面飞到高空时，施加于飞机玻璃窗上的压力改变。而且，在玻璃窗的内面和外面之间存在大的压力梯度和温度梯度。当飞机飞行时，温度可以例如从玻璃窗的外侧面一侧的约-60℃变化到在内侧面一侧的最高+20℃。
在本说明书的后面部分中，术语“内侧”理解为关于接纳该玻璃窗的设备的内部的修饰语，如飞机的内部，和术语“外侧”关于该设备的外部的修饰语，如飞机的外面。另外，术语“外侧”将用来定性与外界的直接接触或者尽可能靠近外界的结构。另外，术语“内侧”将用来指与内部直接接触或者尽可能靠近内部的结构。
关于鸟的撞击，这些发生在例如当飞机以高速在跑道上滑行或者当它在低空飞行时。
典型地，飞机座舱的玻璃窗由多个玻璃和塑料的刚性基材(还称为叠层(plis))构成，它们以层压形式进行结合。玻璃窗的重量通常为45或者70千克。在本说明书的后面部分中术语“玻璃”理解为表示无机玻璃。
一种常用的结构例如为如下(在图1中举例说明的被固定到飞机的主体上的玻璃窗1)：
-3毫米厚的外侧玻璃基材10；
-3-9毫米厚的塑料中间层，其由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和/或聚氨酯(PU)制成，在下文被称为外侧中间层11；
-8或者10毫米厚的中间玻璃基材12；
-2-5毫米厚度的更恰当为刚性的通常PVB薄片13；
-6或者8毫米厚的内侧玻璃基材14。
这种驾驶舱玻璃窗的重量为大约45kg。
如在汽车领域中已知的是，玻璃窗的声学性质通过在外侧玻璃侧使用最多3毫米厚的声学中间层(如PVB声学中间层)进行改善，其具有关于损耗因数tanδ和剪切模量G’的特别特征，如尤其描述在美国专利US7121380和US 6821629中，两者被引入到本申请作为参考。
通过试着应用这些在飞机座舱玻璃窗中使用声学中间层以改善它的隔声性能的原理，用声学PVB足以代替与外侧玻璃基材相邻定位的3毫米的塑料中间层。然而，出人意料地，发现声学改善没有得到证实，并且声学性质在某些频率范围内甚至产生退化。
玻璃窗的声学性能可以通过表示作为频率的函数的隔离(dB)的曲线进行说明。
图3显示在20℃，在100-10000Hz，对于通常的飞机玻璃窗(在其如上所述的结构中)，对于分别3毫米、10毫米和6毫米厚的玻璃和3毫米的PU塑料中间层的玻璃窗1的隔离曲线(Ccomp1曲线)，以及对于其3毫米的PU塑料中间层已经用0.38毫米厚度的声学PVB替换的玻璃窗的曲线(Ccomp2曲线)。
可以看到超过600Hz直至2500Hz之间的退化，对于800-2000Hz频率(其属于听得见频率的一部分)具有2-3dB的隔离损耗(perted’isolement)，这种退化与改善隔声性能的所期望目的相反。
本发明的目的因此为提供声学玻璃窗，尤其用于航空的声学玻璃窗，其显示改善的隔声性能，同时赋予其硬度、强度和密封性质，这些性质尤其为在航空中为了满足安全标准的性质(特别地应当具有所要求的耐鸟撞击性和加压密封性)所期望的性质。
相对于现有技术，本发明人已经特别地证明通过使用至少一个为声学的外侧中间层，但同时使外侧玻璃基材的厚度从3毫米提高到5毫米，获得了具有改善隔声性能的玻璃窗。
根据本发明的第一种实施方案，声学玻璃窗包含第一玻璃基材、至少一个聚合物中间层、第二玻璃基材、塑料基材和第三玻璃基材，其特征在于：
-该聚合物中间层包含具有改善的声学阻尼(amortissementacoustique)性质的材料，该材料在20℃和在200Hz时具有大于或等于0.6的损耗因数tanδ和低于2×107N/m2的剪切模量G’，
-置于聚合物中间层一侧的第一玻璃基材的重量不低于该玻璃窗总重量的20％，放置该聚合物中间层另一侧的其它元件整体的重量也不低于该玻璃窗总重量的20％。
根据本发明的第二种实施方案，声学玻璃窗包含第一玻璃基材，至少一个聚合物中间层，和至少15毫米厚的玻璃和塑料层的各种组合基材，其特征在于：
-该聚合物中间层包含具有改善的声学阻尼性质的材料，其在20℃和在200Hz时具有大于或等于0.6的损耗因数tanδ和低于2×107N/m2的剪切模量G’；和
-置于聚合物中间层一侧的第一玻璃基材的重量不低于该玻璃窗总重量的20％和置于该聚合物中间层另一侧的其它元件整体的重量也不低于该玻璃窗总重量的20％。
根据一个特征，在聚合物中间层一侧和另一侧结合的第一玻璃基材和第二玻璃基材具有相同的厚度。
本发明的声学材料因此在20℃的温度和在200Hz的频率时具有大于或等于0.6的损耗因数tanδ和低于2×107N/m2的剪切模量G’。将提醒的是损耗因数和剪切模量以已知方法使用粘度分析仪(例如METRAVIB型粘度分析仪)进行测量。
声学中间层还如在美国专利US 7121380和US 6821629中描述的那些。该中间层可以具有各种厚度，特别地0.38毫米，0.40毫米，0.45毫米，0.5毫米，0.6毫米或0.76毫米。
优选地，声学中间层基于声学聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。它可以与不具有改善的声学性质的普通塑料膜相结合，而其不损害该组件的改善的声学性质。例如，包括至少一个声学中间层膜的层压层(couche enfeuilleté)可以为PVB-PET-丙烯酸酯-PET-PVB形式。该中间层还可以包含声学PVB层和一般的PVB和/或聚氨酯层。
令人惊讶地，显示出面对声学中间层的面之一放置的玻璃叠层在其性能方面相对于在该中间层的另一侧放置的玻璃叠层是独立的。由于该具有中间层的玻璃窗的每个玻璃叠层的性能，中间层因此以切变(cisaillement)方式工作，通过消散能量引起振动受阻并因此削弱噪音。
因此，通过不同地分布该玻璃窗体(根据每个构成元件不同厚度)，和通过包括至少一个声学中间层膜，获得具有改善的隔声性能(特别地对于气动噪声)的玻璃窗。
令人惊讶地，对于在飞机玻璃窗的应用，如果放置在该外部中间层的一侧和另一侧的每个元件体，如声学PVB中间层，相对于飞机的通常玻璃窗的元件体没有得到改善，则该声学中间层不能获得改善的性能。
根据本发明的一个实施例，第一玻璃基材具有3-8毫米的厚度，其中聚合物中间层具有至少0.38毫米的厚度，该玻璃窗包括，在第一玻璃基材相对侧并与聚合物中间层相结合的，由至少一个5-10毫米厚的并在第一基材的相对侧被安排紧贴于聚合物中间层的玻璃基材、塑料基材和附加的3-10毫米厚的玻璃基材形成的层压组合。
根据一个特征，该玻璃窗的塑料基材具有1-10毫米的厚度并且由一般的聚乙烯醇缩丁醛制成或者由聚氨酯制成。
最后，考虑到改善在其中接纳它的设备的隔声，这种声学玻璃窗可以用于各种用途。它可以例如构成飞机玻璃窗、汽车玻璃窗、铁路交通工具玻璃窗或者建筑物玻璃窗。
本发明的其它细节现在将参看附图进行描述，其中：
-图1示意地举例说明飞机的通常玻璃窗的部分剖视图；
-图2为根据本发明的玻璃窗的示意性部分剖视图；和
-图3举例说明对于根据本发明的玻璃窗和对比玻璃窗的隔离曲线。
图1和2没有按比例尺制图以便于观察它们。
图1已经在上面关于现有技术进行了描述。
图2举例说明本发明的玻璃窗2，其包含以下构成元件：
-第一玻璃基材20，例如用于在玻璃窗在其最终用途中的安装位置方面与外界接触。这种玻璃基材优选地具有5毫米的厚度；
-由声学PVB制成的声学聚合物中间层21。该中间层优选地具有不超过3毫米的厚度；
-中间玻璃基材22，这种玻璃基材优选地具有10毫米的厚度；
-更适合地由PVB制成的刚性基材23，其优选地具有5毫米的厚度。其是非声学的一般PVB；和
-附加的玻璃基材24，例如设计为与在其中安装该玻璃窗的设备的内部接触。这种玻璃基材优选地具有6毫米的厚度。
当然，该玻璃窗的构成元件的厚度中的每一个可以尤其在约±40％，特别地±35％，±30％，±25％，±20％，±15％，±10％，±8％，±5％，±3％或±1％中进行变化。
如已经在上面指出的，使用声学中间层(通过将其置于该玻璃窗内部任何地方)以获得在其中安装玻璃窗的设备内期望的的噪声削弱是不足够的。飞机玻璃窗比汽车玻璃窗厚得多和重得多，并且显示出是不能原样地将适合于汽车玻璃窗的技术方案转移到飞机玻璃窗的方案。
另外，本发明提供包含具有改善声学阻尼性质的中间层的玻璃窗作为玻璃窗，并因此使其在该中间层的一侧和另一侧的玻璃窗的构成元件的重量平衡以使得该重量不低于玻璃窗总重量的20％。
因此，外部基材20的重量不应该低于该玻璃窗总重量的20％，正如基材22、23和24组件的重量。
优选地，在中间层的每侧上的所有元件的重量不低于玻璃窗总重量的30％，甚至不低于31.25％。当然，超过31.25％并且包括50％的百分比，如35、37、40、42、45和50％被包括在本发明要求保护的所有值内。
重量可以更容易地通过在该声学聚合物中间层的每侧的玻璃片的数目和/或它们的厚度进行调节。
该声学聚合物中间层21，在20℃和在50Hz，或者优选地在200Hz时，具有大于或等于0.6的损耗因数tanδ和低于2×107N/m2的剪切模量G’。
法国专利申请9614404和德国专利申请19705586.3通过参考方式被引入并且描述了例如用于本发明的声学膜。
根据本发明的一个优选的实施方案，玻璃窗包含5毫米的外侧玻璃基材20，声学聚合物中间层21，和在与外侧基材相对一侧至少15毫米厚的玻璃和塑料层的组合。
本发明的另一个优选的实施方案是包含以下的玻璃窗：3-8毫米的外侧玻璃基材，至少0.38毫米厚的声学PVB以形成聚合物中间层，至少5-8毫米的中间玻璃，塑料基材和至少3-10毫米的内侧玻璃。
声学聚合物中间层(intercalaire polymérique acoustique)基于声学PVB。该声学PVB层可以是单一的或者(作为变型)，与非声学塑料层(如由一般的PVB或者聚氨酯(PU)制成)相结合，而不影响所述声学层的阻尼性质。例如，可以提供与具有9.6或者5.3毫米厚度的PU层相结合的0.38或者0.76毫米的声学PVB层。
图3显示根据本发明的玻璃窗的实例的隔离曲线C1。
对应于这种曲线的玻璃窗包括：
-5毫米厚度的第一玻璃基材20；
-由0.38毫米厚度的声学PVB制成的塑料中间层21；
-10毫米的中间玻璃基材22；
-由5毫米厚度的一般PVB制成的刚性基材23；和
-6毫米厚度的附加玻璃基材24。
清楚看到曲线C1在对应于不符合本发明的玻璃窗的如上所述的对比曲线Ccomp1和Ccomp2的上面。这种根据本发明的玻璃窗的实例因此产生好得多的隔离噪声。
将其它玻璃窗(曲线Ccomp3)与根据本发明的实例进行了比较，该其它玻璃窗的声学PVB用2毫米PU替代，即包含：
-5毫米厚度的第一玻璃基材10；
-2毫米厚度的由PU制成的塑料中间层11；
-10毫米的中间玻璃基材12；
-由5毫米厚度的PVB制成的刚性基材13；
-6毫米厚度的附加玻璃基材14。
可见曲线Ccomp3整体在曲线C1的下面，并因此不具有根据本发明的实例的隔离性能。
本发明因此提供了用于保证改善的隔声性能的玻璃窗，该玻璃窗不仅需要声学聚合物中间层，而且需要在该声学中间层一侧和另一侧适当分布元件体，以保证在声学聚合物中间层的一侧和另一侧的元件的等效刚度的足够均匀的分布。

Claims (8)

1.具有改善的隔声性质的声学玻璃窗，其包含第一玻璃基材(20)、至少一个聚合物中间层(21)、第二玻璃基材(22)、塑料基材(23)和第三玻璃基材(24)，其特征在于：
-该聚合物中间层(21)包含具有改善的声学阻尼性质的材料，该材料在20℃和在200Hz时具有大于或等于0.6的损耗因数tanδ和低于2×107N/m2的剪切模量G’，
-置于聚合物中间层(21)一侧的第一玻璃基材(20)的重量不低于该玻璃窗总重量的20％，置于该聚合物中间层(21)另一侧的其它元件整体的重量也不低于该玻璃窗总重量的20％。
2.具有改善的隔声性质的声学玻璃窗，其包含第一玻璃基材(20)、至少一个聚合物中间层(21)和至少15毫米厚的玻璃和塑料层的各种组合基材，其特征在于：
-该聚合物中间层(21)包含具有改善的声学阻尼性质的材料，该材料在20℃和在200Hz时具有大于或等于0.6的损耗因数tanδ和低于2×107N/m2的剪切模量G’，
-置于聚合物中间层(21)一侧的第一玻璃基材的重量不低于该玻璃窗总重量20％，和置于该聚合物中间层另一侧的其它元件整体的重量也不低于该玻璃窗总重量的20％。
3.根据权利要求1或2的声学玻璃窗，特征在于在聚合物中间层(21)一侧和另一侧结合的第一玻璃基材(20)和第二玻璃基材(22)具有相同的厚度。
4.根据前述权利要求任一项的声学玻璃窗，特征在于第一玻璃基材(20)具有3-8毫米的厚度，聚合物中间层(21)具有至少0.38毫米的厚度，特征在于该声学玻璃窗包括，在第一玻璃基材(20)的相对侧并与聚合物中间层(21)相结合的，由至少一个5-10毫米厚的并在第一基材的相对侧被安排紧贴于聚合物中间层(21)的玻璃基材(22)、塑料基材(23)和3-10毫米厚的附加玻璃基材(24)形成的层压组合。
5.根据前述权利要求任一项的声学玻璃窗，特征在于聚合物中间层(21)基于声学聚乙烯醇缩丁醛。
6.根据前述权利要求任一项的声学玻璃窗，特征在于聚合物中间层(21)包含至少一个声学聚乙烯醇缩丁醛层和聚氨酯和/或一般的聚乙烯醇缩丁醛层。
7.根据前述权利要求任一项的声学玻璃窗，特征在于塑料基材(23)具有1-10毫米的厚度，并且是由一般的聚乙烯醇缩丁醛或聚氨酯制成。
8.根据前述权利要求任一项的声学玻璃窗，特征在于它构成飞机玻璃窗、汽车玻璃窗、铁路交通工具玻璃窗或者建筑物玻璃窗。
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