CN103635315A - 用于机动车辆的玻璃板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于机动车辆的叠层玻璃板，其具有通过组装第一块玻璃板与中间的热塑性板和第二块玻璃板而得到的曲面形状，其中在所述组装前该第一块玻璃板为曲面的，第二块玻璃板的厚度不超过第一块玻璃板的厚度的三分之一，在其与第一块玻璃板和中间的热塑性板组装前，该第二块玻璃板不是曲面的或具有明显小于第一块玻璃板的曲率。

Description

用于机动车辆的玻璃板
本发明涉及一种用于机动车辆的曲面叠层玻璃。
机动车辆辆制造商日益要求较轻的玻璃单元。玻璃单元重量的减轻是形成它们的玻璃板的厚度减小的结果。较轻的玻璃单元的选择不改变对这些玻璃单元品质的要求，无论这些涉及机械强度还是光学品质。
同时，这些生产商提出模型，其中玻璃提供新性能或装玻璃的区域在尺寸上增大。装玻璃的顶的存在是这些趋势的一个实例。也提出了用于所有的玻璃单元，尤其是为了声学舒适的原因或为了防闯入的玻璃单元的叠层结构。
用叠层玻璃单元取代例如那些传统地用于侧窗或后窗的单片玻璃单元，导致对具有相对小厚度的玻璃板组件的寻找。这些玻璃单元大多数由具有约4毫米厚度的钢化玻璃板形成。用叠层组件替换这些单片板，导致具有厚度通常小于3毫米的玻璃板的使用。当叠层组件包含热塑性中间层板时，更需要这种减小，该热塑性中间层板增加了组件的厚度，并且在这个取代思路中产生的问题之一是在相同模型中提供与单片玻璃的选项相当的叠层玻璃选项而不改变其中集成有这些玻璃单元的元件，尤其是可移动的侧窗的滑轨。
低厚度的叠层玻璃单元的形成产生一些问题，尤其当不得不弯曲玻璃单元时。
包括热处理的技术，无论它是对低厚度的玻璃板的弯曲或钢化操作，可能采用特殊的措施来确保维持令人满意的性能，尤其是光学性质还有机械性质。例如，当玻璃板薄时，板的热钢化是更加易损的操作。将板弯曲，尤其是同时弯曲两个板，也引起具体问题，尤其当两个板具有不同厚度时。
本发明的目的是使获得具有低厚度的叠层和曲面的玻璃单元成为可能，该玻璃单元还具有机动车辆辆制造商需要的所有机械或光学性能，尤其是满足本领域的标准。必须在不需要其中出现产量不足的昂贵的处理的情况下来达到该设定的目的。
现有技术包括很多专门用于曲面叠层玻璃单元的生产的技术。在最普遍的技术中，从将平板重叠开始，然后对两个板同时进行弯曲操作。在这些技术中，使用的传统方法尽力去尽可能地确保在弯曲操作期间两个重叠的板处于尽可能相似的条件下。这尤其通过控制这些板在变形时的温度来实现，无论通过重力或通过施加压力，或甚至这两种方法的结合。
涉及同时弯曲两块板的现有技术已经显示，当配对的板彼此不同时，复杂性会增加，无论关于厚度、玻璃的组成、例如釉面部件的相关元素的可能的存在或甚至功能层的存在。
专利EP 1 200 255讨论了这类困难，尤其对于包括在热处理期间改变板的行为的层的存在的组件。该公开涉及相对厚的玻璃板，并且它的教导的本质涉及在弯曲操作期间每个板的温度的控制。
考虑到在包括两块板的同时弯曲的这些技术中遇到的困难，或也为了把生产成本最小化，现有技术中也有其它已知的技术，尤其那些其中分别弯曲两块板的技术。这类操作不是没有它的困难。板的配对通常显示出获得的形状不严格相同，这在组装期间并最终使这些玻璃单元的光学性能发生问题。
本发明提出了用于曲面叠层玻璃单元的生产方法，其公开在权利要求1中。
为了形成这些低厚度的叠层玻璃单元，作为其原理之一，本发明提出了组装两块不同厚度的玻璃板，在组装前它们也具有不同的形状，其中在先弯曲的最厚的板主要决定组件的最终形状。换句话说，在组装两块板形成最终叠层玻璃的操作中，最薄的板经历实质上使它成形为较厚板的形状的变形操作。在这个操作中，厚板也可在其形状上经历一些改变，但这种改变非常有限并且被充分地降低，以便最终叠层玻璃的形状能够与厚板在其组装前的形状相似。
为了达到这个结果，需要两个板的机械弯曲强度特征充分不同。板的厚度主要决定弯曲行为。对于将能够施加其形状的较厚板，它的厚度是较薄板厚度的几倍。根据本发明，该厚度比至少为3:1，且优选4:1。这个比越高，该叠层玻璃的弯曲与较厚板的弯曲越相符。
对于技术的选择，尤其是对于厚度不大于以前的单片玻璃单元厚度的玻璃单元的生产，根据本发明的叠层玻璃单元的厚度基本上最多为约4毫米，这包括热塑性中间层板的厚度。
所使用的热塑性板是传统的板。因此，这主要涉及商业可获得的厚度为0.38或0.76毫米的聚乙烯醇缩丁醛板（PVB）。根据本发明的玻璃单元的形成不要求特定的厚度。几个板的结合也是可能的。然而实际上，最常见的选择将是使用可得到的板，可能在这些板经历了使用本领域已知做法的拉引操作之后。实际上，优选使用具有不大于0.8毫米的厚度的中间层板，无论这个板的性质是什么。
根据上述内容，在根据本发明的玻璃单元中，该两块玻璃板的组合厚度有利地不超过3.7毫米。这个组合厚度通常小于3.2毫米且优选小于2.8毫米。
作为上述指出的条件的结果，该第二块玻璃板（其在组装期间必须经历显著的变形）需要相对地薄。其越薄，成形越容易。
为了从与厚度减小相关的优点中受益，优选选择具有厚度最多等于0.8毫米，优选地最多等于0.6毫米的第二块板。薄至0.4毫米的板也非常适合根据本发明的产品。
生产条件和后序的使用非常薄的层的条件造成对厚度减小的限制。根据本发明的叠层玻璃单元的薄板的厚度有利地不小于0.1毫米，并且优选不小于0.2毫米。
然而，在该叠层结构的最厚板的情况下，它的厚度保持为有限的厚度，以免损害减轻组件重量的好处。该板的厚度优选不大于3.2毫米，并且特别优选不大于2.1毫米。对于具有最小厚度的叠层玻璃单元，该“厚”板可薄至1.6毫米，或甚至更低，特别是1.2毫米。
除了板的厚度，在组装前它们形状的差别也是用于提供随着时间变化品质稳定的玻璃单元的决定因素。引入这些板中的应力实际上必须保持在限度内，该限度为叠层玻璃单元能够承受的，且没有后序变形或没有损害玻璃单元的性能，尤其是机械性能的风险。
施加的应力首先涉及经历了最显著变形的第二块板。可以被承受且没有在叠层组件中出现故障的风险的应力也取决于板的厚度。该第二块板的厚度越小，该板的柔韧性越大并且产生的变形越大，且因此产生的表面应力可能是显著的。
作为经历的均匀弯曲的函数的可施加到玻璃板的最大应力由下式表示：
σ=E.h/2.R(1-n2)
其中，h是板的厚度，R是曲率半径，E是杨氏模量（实际上玻璃为72GPa），并且n是泊松系数（实际上为0.22）。
从这个方程计算，对于每个厚度和基本上没有超过界限的应力，推导出可施加到板上的曲率半径。必须遵守的表面应力的选择取决于使用的方法。尤其是，必须在永久应力，正如它们的名称所表明的，也就是在板中永久存在的应力和暂时应力之间进行区分。后者是那些由附加变形导致的应力。在车辆的情况下，这些应力是作为车辆状况的函数的客舱的有限变形的结果。永久应力是那些在目前情况下施加界限值的应力。它们需要低于板能够承受的暂时应力。
实际上，对于第二块板尽力不超过的表面应力有利地为50MPa，优选地为30MPa。
下面给出的实施例显示什么样的与板厚度相关的曲率符合这些选择。
组装条件方面的限定也可以表示为与施加到玻璃单元上的曲率相关。对于在根据本发明的玻璃单元的生产中应当优选遵守的条件，考虑板厚度的施加的曲率的意义形成了另一个途径。
有利地，第一块板的曲率必须具有不小于1米，优选不小于1.5米的半径。
此外，可接受的曲率考虑第二块板可承受的变形。如果该第二块板不是平的，而它本身最初是曲面的，可更强调最终的曲率并且导致的变形保持为有限的。对于根据本发明的玻璃单元，第二块板的最小曲率半径R2与第一块板的最小曲率半径R1的比有利的是这样的，使得R2/R1>2，且优选R2/R1>10。当在优选的情况下，该第二块板是平的时，该比是无穷大。
关于板的机械强度，也必须考虑可源自板的边缘的易碎性。已知玻璃板边缘的微裂缝的存在，如果没有采取措施来稳定这些微裂缝会产生破裂。最常用的减小或消除现有技术的单片板中的这些裂缝的方法是对边缘进行仔细的“研磨”。因为它们的易碎性，对最薄板边缘的研磨是易损的操作。如果不能进行研磨或研磨不能够足以保护板，尤其是薄板，则通过在板的边缘中引入压缩应力来有利地实现或完成碎裂开始的预防。
在单片的情况下，且因此相对厚，现有技术的玻璃单元主要通过热钢化操作来实现从边缘开始的碎裂的预防。
薄板的热钢化是困难的操作。降低热惰性使得在板的厚度上难以维持足够的温度。当对薄板来说该热钢化是太易损的操作时，特别有利地使用传统技术对第二块板进行化学钢化。这些技术中，目标是用较大体积的元素例如钾取代成分例如钠。
组装板的技术必须包括向重叠的板上施加的压力，在这些板之间已经放置了热塑性中间层板，并且温度的升高导致该热塑性板与两个玻璃板粘合。为了确保该三个重叠元件之间的接触，在该两块玻璃板之间施加真空使得外部压力均匀地施加在这两块板的整个表面是有利的。
根据传统的实施技术，在一个气密的柔韧包封材料中可获得真空，将玻璃元件的组件设置在其中。在这种情况下，通过讨论的包封袋施加压力。同样地用已知的方式，也可能安置一个环形物来仅覆盖玻璃的边缘。
无论使用什么方法来确保在将要层压的组件上的压力，该压力必须足够来使两块玻璃板牢固地与它们之间的热塑性板互相贴在一起。
当板像这样互相压在一起时，将温度升高到使热塑性材料通过接触与玻璃粘合的水平。将该温度保持受到限制，以免导致热塑性材料的过度软化。在聚乙烯醇缩丁醛（其构成了最常用的热塑性材料）的情况下，该温度是约100-120℃。
在通过热塑性板产生玻璃板的粘合的步骤后，该叠层玻璃通常不够透明。后序的处理包括经过在压力下和比前面施加的用于粘合的温度高的温度下的烘炉。在聚乙烯醇缩丁醛中间层的情况下，该达到的温度升高到例如约140℃。
可以将根据本发明的叠层玻璃单元的生产方法应用于通常用于形成机动车辆玻璃单元的所有玻璃。这些不仅是透明的玻璃而且也可以是着色的玻璃，即是具有非常低的光透射率的玻璃，例如被称为“隐私”玻璃的玻璃。
用于叠层结构的玻璃是相同的或者不同的。如在引言中指出的，该考虑的技术的优点是为配对板提供可能性，其在传统的同时弯曲技术中不易导致可完全重叠的形状。
根据本发明，也可能用功能性层覆盖两块板的一个或另一个，或者该两块板。这些通常是釉层，例如，用来遮盖美学上不令人愉悦的部分，如用来保护这些玻璃单元的胶粘物颗粒。最重要的是，这些是为玻璃提供红外线反射性能以确保车辆内热舒适的功能层。
已知选择地反射红外线的层系统在弯曲所需的约为650-700℃的温度时相对易碎。根据本发明的玻璃单元的潜在优点是允许在不使施加层系统的板经历这些升高的温度的情况下就获得曲面玻璃单元。为此，选择将该层系统施加到薄板上，该薄板优选仅在组装期间通过实施的变形被弯曲。
根据本发明的玻璃单元可以另外包括包含其它已知的功能元件的中间层部件。这些是例如包含光伏电池的中间层或可电控制来改变光透射特性的元件：电致变色元件，悬浮颗粒……。
其它功能也与中间层的性质有关。尤其是，该玻璃单元可以通过集成具有声音吸收性能的中间层来配置。这些中间层能够用它们对于该声音吸收的贡献尤其是至少补偿玻璃板的厚度的减小部分。
下面参考附图详细地描述本发明，其中：
附图1是显示了本发明的实施原理的图；
附图2是其中举例说明根据本发明的玻璃单元的尺寸元素的图；
附图3是根据本发明的玻璃单元的组装周期的第一步骤的图表；
附图4是根据本发明的玻璃单元的组装周期的第二步骤的图表；
附图5给出了对于三个相应的应力水平，曲率半径与厚度的比的例子。
附图1a显示了根据本发明的两块玻璃板结合的原理。首先用通常的用于弯曲单块板的技术来弯曲玻璃板1。可以通过施加压力，通过重力或通过施加压力和重力的组合实现该弯曲。
玻璃板2具有基本上轻微的曲率，或更好是平的。
该两块板具有基本相同的尺寸，使得一旦将它们组装，它们的边缘是接近的。这种布置（其没有精确地表现）意味着当将板重叠时，该平的或几乎平的板2相对于最初弯曲的板1非常轻微地伸出。为了理解的目的，该图夸大了形状上的差别。实际上，由于曲率相对小，最初重叠部分保持非常小，其允许边缘对边缘的满足要求的最终组装。
如指出的，为了使板2能够与板1一致，它们各自的厚度是非常不同的，其中板2必须经历利用它的柔韧性的机械变形操作，其厚度比需要更加刚性的板1的厚度小。在组装期间通过在施加在两块板的外侧面的压力来实现板2的变形。
在附图1b中，除了该两块玻璃板，最终的组件还包括传统用于叠层玻璃单元的类型的热塑性中间层板3。
根据本发明的玻璃单元的组成的方法（其基于板在刚度方面的差别）必然导致曲率，该曲率以基本上“圆柱面”的方式，即以单方向进展，与以双方向进展的“球面”曲率相反。任何球面曲率包括在玻璃板的平面上的“伸展”，只有在升高的温度下软化期间伸展是可能的。当冷却时，玻璃板不具有会给予显著球面弯曲的弹性。由于这个原因，附图显示了在单方向上弯曲的玻璃板。
该组装的板具有非常不同的厚度。获得了就光学品质而言作出令人满意的响应的组件，例如，通过组装0.9毫米和3.8毫米的玻璃，但这类组件主要在形成非常小厚度的叠层结构方面令人感兴趣。通过举例的方式，特别令人感兴趣的是用0.4毫米的板和1.6毫米的板形成的玻璃单元。与0.76毫米的中间层板结合，它们具有2.76毫米的总厚度，并且比传统的更大厚度的单片玻璃单元更轻。
与这些单片玻璃单元相比，根据本发明的玻璃单元还提供有利的机械特性。在这种类型的组件中通过热塑性板的存在增加了抗侵入特性。此外，如众所周知的，凭借不同厚度的两块板的组件的优点，被称为“卵石试验（gravel test）”的冲击试验显示了较好的抵抗力。
附图2示意地显示了与根据本发明的叠层玻璃单元相关的结构参数，除了那些在附图1a中显示的涉及厚度h1和h2的参数。显示了曲率半径R1和R2与在板组装前存在于它们之间的最大距离d。根据本发明，在最通常的情况下，板2是平的，半径R2是无穷大。
板的组装包括两个步骤，它的实施条件显示在附图3和4中。
对板进行玻璃板和热塑性中间层的结构元件的装配的第一步骤包括在压力和升高的温度下放置。
附图3指出随着用分钟表示的时间，施加的压力（用巴表示）和温度的发展。压力表示为负的以说明形成了相对真空的事实，其不仅使压力通过将板放置其中的包封袋施加到板上，而且同时使这些板之间存在的空气的消除成为可能。
在整个操作中施加下沉并且只在温度回到环境温度时才减轻，其中在用于玻璃板的粘合的必需的软化时间后，热塑性中间层于是完全地得到稳定。对于聚乙烯醇缩丁醛中间层，粘合在对应于约110℃的温度水平的阶段发生。
在该第一步骤期间，该下沉将板互相贴合在一起，使刚性较小的板1贴合成板2的形状。该中间层对这个成形操作不造成任何阻力，当板2较薄并因此更柔韧时，该成形操作更加容易。
在粘合步骤结束时，这些板得到了很好地保护。该叠层玻璃单元也需要在压力下的烘炉阶段，该阶段提供给玻璃单元最终的透明度。实际上，在粘合后，该玻璃单元也是模糊的，因为在玻璃板表面和中间层表面之间没有完全均匀地粘合。对于PVB中间层，在较高温度，例如140℃，和12巴的压力下的烘炉能够使光透射率得到提高。在烘炉阶段，组件必须保持在压力下以防止分层。
附图4显示了需要的烘炉温度（直线）和玻璃的温度（曲线）。压力用虚线表示。
附图5显示了第二块板的厚度和在组装期间施加到它上的曲率半径之间存在的关系。该图表显示了当将表面应力设置为不被超过时的该关系。作为一个指示，示出了三个应力值：10MPa、20MPa和50MPa。
这个图表非常清楚地显示，对于相同厚度，曲率半径大大地取决于可接受的应力水平。作为一个指示，对于0.4毫米厚的板，如果接受50MPa的应力，则曲率半径可以小至300毫米。如果应力一定不大于10MPa，则曲率半径一定不小于1500毫米。
如果板的厚度增加，可接受的曲率半径也更大。换句话说，为了能够提供具有相对小的曲率半径的板，需要选择厚度尽可能小的板。
在与先前的弯曲的板的初始曲率有关的最终的玻璃的显著的变化中，也发现了使用非常薄的第二块板的优点。最大变形的测量结果存在于初始形状和对应于组件的形状之间。
作为一个指示，对于在曲率的方向延伸超过50厘米的板，以及在两个板之间的最大初始间隔（d附图2），并取决于各自板的厚度，变化记载如下：
·板1为1.6毫米；d为8.5毫米；板2为0.4毫米；组装后的改变为约1毫米；
·板2为3.8毫米，d为12.3毫米；板2为0.4毫米；组装后的改变为约0.4毫米。
如可预测的，当板1较厚时，该改变较不易察觉。这些值对应于相对显著的曲率。当然，板的选择和板1初始曲率必须考虑在生产具有生产商要求的尺寸的玻璃单元中的这些改变。
也已经进行试验来验证冲击阻力。实际上，该“卵石试验”包括将球从逐渐增加的高度落到玻璃上。确定球落在上面的板破裂的高度。根据生产商的要求和对于侧窗，所考虑的冲击将以朝向客舱的方向施加到板上。在这些条件下，该冲击因此施加在处于应力下的薄板上。在1.6/0.4毫米的板1/板2组件中，由于该薄板被钢化，确定的高度与对应于那些对单片玻璃单元观察得到的高度等价。

Claims (14)

1.叠层曲面机动车辆玻璃，通过组装第一块玻璃板、热塑性中间层板和第二块玻璃板产生，所述第一块玻璃板在该组装前是曲面的，所述第二块玻璃板具有不大于第一块玻璃板厚度的三分之一的厚度，其中，该第二块玻璃板不具有曲率，或在它与第一块玻璃板和热塑性中间层板组装前，具有明显小于该第一块玻璃板的曲率的曲率。
2.根据权利要求1的玻璃，其中，两块玻璃板的组合厚度不大于3.7毫米，且优选不大于2.8毫米。
3.根据前述权利要求之一的玻璃，其中，该第一块玻璃板具有不大于2.1毫米的厚度。
4.根据前述权利要求之一的玻璃，其中，该第二块玻璃板具有不大于0.8毫米，且优选不大于0.6毫米的厚度。
5.根据前述权利要求之一的玻璃，其中，该第二块玻璃板具有不小于0.2毫米的厚度。
6.根据前述权利要求之一的玻璃，其中，该第一块玻璃板具有不大于3.2毫米，且优选不大于2.1毫米的厚度。
7.根据前述权利要求之一的玻璃，其中，该第一块玻璃板的曲率是圆柱面并且曲率半径不小于1米，且优选不小于1.5米。
8.根据前述权利要求之一的玻璃，其中，在组装前，该第二块玻璃板的曲率半径相对于第一块玻璃板的曲率半径的比是这样的，使得R2/R1>2，且优选R2/R1>10。
9.根据前述权利要求之一的玻璃，其中，该第二块玻璃板在组装前不是曲面的。
10.根据前述权利要求之一的玻璃，其中，该中间层板具有不大于0.8毫米的厚度。
11.根据前述权利要求之一的玻璃，其中，在进行的组装中，该第二块玻璃板具有不大于50MPa，且优选不大于30MPa的表面应力。
12.根据前述权利要求之一的玻璃，其中，至少该第二块玻璃板是化学钢化的。
13.根据前述权利要求之一的玻璃，其中，该第二块玻璃板在与热塑性中间层接触的面上具有用于过滤红外线的层系统。
14.根据前述权利要求之一的玻璃，其构成机动车辆的侧窗玻璃。
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