CN107864642A - 用于振动‑声学阻尼的粘弹性塑料夹层和包含此类夹层的窗玻璃 - Google Patents

用于振动‑声学阻尼的粘弹性塑料夹层和包含此类夹层的窗玻璃 Download PDF

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Abstract

本发明涉及意在并入窗玻璃的两块玻璃板之间以使其具有震动声学阻尼性质的粘弹性塑料夹层，该夹层包含：‑标准PVB制成的两个外层，‑由基于聚乙烯醇缩醛和增塑剂的粘弹性塑料材料制成的第一和第二内层，具有改善的声学性能，‑标准PVB制成的中心层该第一和第二内层分别设置在该中心层与该第一和第二外层之间。本发明能够提出意在并入两块玻璃板之间以形成具有震动声学阻尼性质的层压窗玻璃的粘弹性塑料夹层，其能够改善隔音性能，特别是在1000 Hz至5000 Hz的频率范围内，在该范围内人耳最为敏感。

Description

用于振动-声学阻尼的粘弹性塑料夹层和包含此类夹层的窗 玻璃
本发明涉及一种意在并入两块玻璃板之间以形成具有振动-声学阻尼性质的层压窗玻璃的粘弹性塑料夹层，所述层压窗玻璃意在用于机车机械，特别是汽车，或建筑隔音。
在现代交通工具如火车和汽车中有助于舒适性的所有品质中，安静已经成为决定性因素。
现在，经数年时间已经通过在噪音的源头或在其经空气或经固体传播的过程中处理噪音，如发动机噪音、滚动噪音或悬挂系统噪音改善了声学舒适性。
还已经对车辆的形状进行了修改以改善通过空气的穿透力并减少湍流——其本身就是噪音的来源。
近年来，注意力集中在窗玻璃在改善声学舒适性方面的作用，特别是包含塑料夹层膜的层压窗玻璃。层压窗玻璃还具有其它优点，例如消除了在突然破裂的情况下碎片飞溅的风险，或是构成了侵入缓速器。
已经证实，在层压窗玻璃中使用标准塑料膜不适于改善声学舒适性。随后开发了特殊的塑料膜，其具有阻尼性质，能够改善声学舒适性。
但是，始终需要改善声学舒适性。
由此需要意在并入两块玻璃板之间以形成具有震动声学阻尼性质的层压窗玻璃的粘弹性塑料夹层，所述层压窗玻璃能够改善隔音性能，特别是在1000 Hz至5000 Hz的频率范围内（在该范围内人耳最为灵敏）。
为此，本发明提出了意在并入窗玻璃的两块玻璃板之间以使其具有震动声学阻尼性质的粘弹性塑料夹层，该夹层包含：
-标准PVB制成的两个外层，
-由基于聚乙烯醇缩醛和增塑剂的粘弹性塑料材料制成的第一和第二内层，具有改善的声学性能，
-标准PVB制成的中心层，
该第一和第二内层分别设置在该中心层与该第一和第二外层之间。
在本文中，术语“标准PVB”是指聚乙烯醇缩丁醛（PVB）膜，其中：
-PVB的摩尔含量大于42%、优选大于44%、优选大于46%、优选大于48%、优选大于50%、优选大于52%、优选大于53%、优选大于53.5%、优选大于54%、优选大于54.5%、优选大于55%、优选大于55.5%，并小于60%、优选小于59.5%、优选小于59%、优选小于58.5%、优选小于58%、优选小于58.5%、优选小于58%、优选小于57.5%、优选小于57%、优选小于56.5%，
-表示为每100份PVB树脂的份数（phr）的增塑剂的质量含量为大于5 phr、优选大于10phr、优选大于20 phr、优选大于22.5 phr、优选大于25 phr，且小于120 phr、优选小于110phr、优选小于90 phr、优选小于75 phr、优选小于60 phr、优选小于50 phr、优选小于40phr、优选小于35 phr、优选小于30 phr，
-对100 Hz的频率，玻璃化转变温度为大于30℃、优选大于40℃和小于60℃、优选小于56℃。
根据本发明的一个特定方面，在20℃下和在1 kHz至10 kHz的频率范围内，该外层与该中心层具有大于或等于1.108 Pa的剪切模量G’和小于0.4的tan δ损耗因子。
根据至少一个实施方案，该夹层使得根据标准ISO 16940通过机械阻抗测量（MIM）在20℃下测定的表面积为25 mm×300 mm的层压窗玻璃格条的第一谐振模式的共振频率f1为100 Hz至200 Hz，并且通过MIM在相同条件下测定的所述格条的所述第一谐振模式的模态阻尼η1为大于或等于0.35，所述层压窗玻璃格条由各自为2.1毫米厚的两块玻璃板和插在其间的夹层组成。
根据本发明的一个方面，该夹层使得根据标准ISO 16940通过机械阻抗测量（MIM）在20℃下测定的表面积为25 mm×300 mm的层压窗玻璃格条的第一谐振模式的共振频率f1为120 Hz至180 Hz，并且通过MIM在相同条件下测定的所述格条的所述第一谐振模式的模态阻尼η1为大于或等于0.38或甚至0.40，所述层压窗玻璃格条由各自为2.1毫米厚的两块玻璃板和插在其间的夹层组成。
根据至少一个实施方案，该第一和第二内层具有不同的组成。
根据本发明的一个方面，该中心层与该外层各自具有0.10 mm至0.40 mm的厚度，该内层各自具有0.10 mm至0.20 mm的厚度，该夹层的总厚度为0.70 mm至2.00 mm。
根据至少一个实施方案，该中心层由标准PVB制成的两个层构成，该夹层由两个叠置的三层夹层构成，各三层夹层包含两个标准PVB制成的层，在其间设置由基于聚乙烯醇缩醛的粘弹性塑料材料制成的具有改善的声学性能的层。
根据至少一个实施方案，该夹层在其表面的一部分上批量着色和/或具有从层压窗玻璃的顶部至底部以楔形形状递减的横截面，意在向所述层压窗玻璃中混入或包含用于屏蔽红外辐射的粒子。
本发明还涉及一种层压窗玻璃，包含：
-厚度为0.5 mm至3.0 mm的玻璃板，
-厚度为0.5 mm至3.0 mm的玻璃板，
-如上所述的夹层，该夹层在该玻璃板之间。
本发明还涉及一种层压窗玻璃，包含：
-厚度为0.5 mm至15.0 mm的玻璃板，
-厚度为0.5 mm至15.0 mm的玻璃板，
-如上所述的夹层，该夹层在该玻璃板之间。
本发明还涉及上述窗玻璃作为汽车窗玻璃的用途。
或者，本发明涉及上述窗玻璃以单一窗玻璃形式或集成到多层窗玻璃中作为建筑用窗玻璃的用途。
现在将参照附图描述本发明的其它特征和优点，其中：
-图1显示了对三种不同的层压窗玻璃，随频率改变的传声损失（STL）的评估；
-图2是根据本发明的第一实施方案的窗玻璃的横截面视图；
-图3是根据本发明的第二实施方案的窗玻璃的横截面视图。
在各图中相同的附图标记代表相似或相同的元件。
应当注意的是，表述“在……和……之间”包括范围边界。
本发明涉及意在并入窗玻璃的两块玻璃板之间以赋予其震动声学阻尼性质的粘弹性塑料夹层，该夹层包含：
-标准PVB制成的两个外层，
-由基于聚乙烯醇缩醛和增塑剂的粘弹性塑料材料制成的第一和第二内层，具有改善的声学性能，
-由标准PVB制成的中心层。
该第一和第二内层分别设置在该中心层与该第一和第二外层之间。
由此，该夹层总计包含五个层，三个由标准PVB制成的层，在其间插入具有显著的声学阻尼性能的层。这种夹层结构，特别是这种较高刚性和较低阻尼的层与较低刚性和较高阻尼的层的交替赋予该窗玻璃以改善的隔音性能，特别是在1000 Hz至5000 Hz的频率范围内。
本发明的夹层意在并入两块玻璃板之间以形成层压窗玻璃。
图2显示了根据本发明的第一实施方案的窗玻璃的横截面视图。
该窗玻璃包含两块玻璃板1、2，本发明的夹层插在其间。通过已知方法，例如通过堆叠该玻璃板与该夹层并将该组装件送入高压釜来制造该夹层与该玻璃板的牢固连接。
各玻璃板1、2的厚度为例如0.5毫米至3.0毫米以便用作汽车窗玻璃，例如挡风玻璃，并且为0.5毫米至15.0毫米以便用作建筑用窗玻璃。
在挡风玻璃用途的情况下，该窗玻璃当然满足抗强力冲击的United Nations规则No. 43（称为规则R43）的所有条件以确保其机械强度。
在建筑用途的情况下，本发明的层压窗玻璃可以以其基本形式使用，或集成到多层窗玻璃中。
对于机动车辆窗玻璃应用，该窗玻璃的玻璃板1意在向着车辆外部取向，而玻璃板2意在向着车辆内部取向。玻璃板1例如比玻璃板2更厚，以使该窗玻璃提供对外部侵袭（恶劣天气、砾石撞击等等）的更好的防护。在现有的机动车辆窗玻璃中，该玻璃板1的厚度通常为2.1 mm，并且该玻璃板2的厚度通常为1.6 mm。本发明的窗玻璃还可以包含1.6毫米厚的玻璃板1和1.2毫米厚的玻璃板2，或1.4毫米厚的玻璃板1和1.1毫米厚的玻璃板2。
该夹层由至少两个内层6、7构成，所述内层由具有改善的震动声学阻尼性能的粘弹性塑料制成。它们基于聚乙烯醇缩醛和增塑剂。该增塑剂的含量与性质和聚乙烯醇缩丁醛的缩醛化程度能够以已知方式改变基于聚乙烯醇缩丁醛和增塑剂的组分的刚度。
在图2的实例中，该夹层还包含三个由聚乙烯醇缩丁醛（PVB）制成的层3、4、5，被称为标准PVB，与基于聚乙烯醇缩醛和增塑剂并且比标准PVB刚度更低、阻尼更大的内层6、7的材料形成对比。
由标准PVB制成的三个层3、4、5中，层4和5被称为外层，层3被称为中心层。该外层4、5和该中心层3在20℃下和在1 kHz至10 kHz的频率范围内具有大于或等于1×108 Pa的剪切模量G’和小于0.4的tan δ损耗因子。该外层4、5和该中心层3赋予该夹层良好的机械强度。
该内层6、7与该外层4、5和该中心层3相比刚度较低，由此赋予该夹层改善的声学性能。
该外层4、5分别与玻璃板1、2接触。两个层6、7各自插在该外层4、5之一与该中心层3之间。
取决于用途，该第一和第二内层6、7可以具有相同的化学组成或不同的化学组成。
此外，为了优化传声损失，该中心层3与该外层4、5各自具有0.10 mm至0.40 mm的厚度，该内层6、7各自具有0.10 mm至0.20 mm的厚度，该夹层的总厚度为0.70 mm至2.00mm。
图3显示了根据本发明的第二实施方案的窗玻璃的横截面视图。
该窗玻璃不同于图2之处仅在于以下事实：该中心层3由叠置的两个标准PVB制成的层3a、3b构成。以上关于图2的实施方案所述内容对图3的实施方案是有效的。
为了制造图3的窗玻璃，将两个声学三层夹层A和B叠置。各三层夹层A、B分别包含两个标准PVB制成的层4、3a和3b、5，由基于聚乙烯醇缩醛和增塑剂的粘弹性塑料材料制成的具有改善的声学性能的层6或7设置在其间。
由此，本发明的夹层可以由五个独立的层构成，或由两个现有的三层夹层构成。
如下文中将看到的，结合图1，该夹层包含插在三个标准PVB制成的层之间的两个具有改善的声学性能的层的事实能够改善该窗玻璃的声学性能，特别是在1000 Hz至5000Hz之间。
通过根据标准ISO 16940在20℃下测量表面积为25 mm×300 mm的层压窗玻璃格条的机械阻抗（MIM）来测定该夹层的声学特性，所述层压窗玻璃格条由两块2.1毫米厚（而非标准ISP 16940中推荐的4毫米）的玻璃板组成，在两块玻璃板之间并入本发明的夹层，即包含至少两个具有改善的震动声学阻尼性质的粘弹性塑料制成的内层的夹层，所述内层位于三个标准PVB制成的外/中心层之间。
MIM能够测定该层压窗玻璃格条的各种机械阻抗模式的谐振频率和损耗因子。
如果根据标准ISO 16940通过机械阻抗测量（MIM）在20℃下测定的表面积为25 mm×300 mm的由各自为2.1毫米厚的两块玻璃板和插在其间的夹层组成的层压窗玻璃格条的第一谐振模式的共振频率f1为100 Hz至200 Hz，并且通过MIM在相同条件下测定的所述格条的所述第一谐振模式的模态阻尼η1为大于或等于0.35的话，该夹层是符合本发明的。
优选地，该共振频率f1为120 Hz至180 Hz，并且该损耗因子η1为大于或等于0.38，或甚至0.40，这使得能获得进一步改善的声学性能品质，特别是在1000 Hz至5000 Hz之间。
图1显示了根据标准NF EN ISO 10140（除了窗玻璃的尺寸，其基于500 mm×800mm的尺寸）在三种层压窗玻璃上评估的随频率而改变的传声损失（STL）测量值的曲线。
由此，第一层压窗玻璃（样品1 – 参比1）包含：
-两块各自具有2.1毫米厚度的玻璃板，和
-夹层No.1，包含两个标准PVB制成的外层和具有改善的震动声学阻尼性能的粘弹性塑料制成的内层。
该共振频率f1为138 Hz（± 5 Hz），该损耗因子η1等于0.27（± 0.05）。
该第一层压窗玻璃对应于标准挡风玻璃组成，其具有已知声学阻尼性质的夹层。该夹层 No.1例如可以被Kuraray出售的夹层Trosifol VG+SC或Solutia出售的夹层Saflex® Vanceva Quiet QC41或Sekisui出售的夹层 S-Lec Acoustic Film HI-RZN12替代。这是参比层压窗玻璃1。
第一层压窗玻璃的传声损失曲线用圆圈表示。
第二层压窗玻璃（样品2 – 参比2）包含：
-两块各自具有2.1毫米厚度的玻璃板，和
-夹层No.2，包含两个标准PVB制成的外层和具有改善的震动声学阻尼性能的粘弹性塑料制成的内层。
该共振频率f1为175 Hz（± 5 Hz），该损耗因子η1等于0.27（± 0.05）。
该第二层压窗玻璃对应于标准挡风玻璃组成，其具有已知声学阻尼性质的夹层。该夹层 No.2是WO 2016/175 101中描述的夹层。这是参比层压窗玻璃2。
第二层压窗玻璃的传声损失曲线用菱形表示。
第三层压窗玻璃（样品1+2）包含：
-两块各自具有2.1毫米厚度的玻璃板，和
-由叠置的三层夹层No.1和三层夹层No.2构成的夹层。
该共振频率f1为146 Hz（± 5 Hz），该损耗因子η1等于0.42（± 0.05）。
该第三层压窗玻璃对应于本发明的层压窗玻璃。
第三层压窗玻璃的传声损失曲线（用三角形表示）显示了相对于第一和第二参比层压窗玻璃在500 Hz至5000 Hz之间的传声损失的改善，以及相对于该第一层压窗玻璃甚至在整个频率范围（500 Hz - 8000 Hz）上的隔音的改善。由此可以观察到来自于组装多个具有不同性能和性质（在阻尼和机械刚度方面）的粘弹性材料的层的值得注意的效果，该组装件描述了新一代声学PVB，其比标准声学PVB阻尼更高，同时更硬。由此在500 Hz至5000Hz之间在两个三层夹层No.1和No.2之间观察到协同效应，这在更高频率下并非如此。
本发明还涉及层压窗玻璃，包含：
-两块各自具有2.1毫米厚度的玻璃板，和
-由两块叠置的三层夹层No.1构成的夹层。
评估的共振频率f1为128 Hz（± 5 Hz），评估的损耗因子η1等于0.41（± 0.05）。
本发明还涉及层压窗玻璃，包含：
-两块各自具有2.1毫米厚度的玻璃板，和
-由两块叠置的三层夹层No.2构成的夹层。
评估的共振频率f1为168 Hz（± 5 Hz），评估的损耗因子η1等于0.42（± 0.05）。
该三层夹层No.1和No.2具有不同的化学组成，但是基于聚乙烯醇缩醛和增塑剂，具有改善的声学性能，并且实际上使得当它们成对叠置时（No.1+No.1或No.1+No.2或No.2+No.2），根据标准ISO 16940通过机械阻抗测量（MIM）在20℃下测定的表面积为25 mm×300mm的由各自为2.1毫米厚的两块玻璃板和插在其间的夹层组成的层压窗玻璃格条的第一谐振模式的共振频率f1为100 Hz至200 Hz，并且通过MIM在相同条件下测定的所述格条的所述第一谐振模式的模态阻尼η1为大于或等于0.35，或甚至大于或等于0.38，或甚至大于或等于0.40。
所有实例均是具有两块各自为2.1毫米厚的玻璃板的层压窗玻璃。但是，如说明书开始时所述，所有具有厚度为0.5毫米至15.0毫米的玻璃板和五层夹层（包括三个标准PVB的层和位于其间的两个比标准PVB更柔软的内层，该中间层可能被分开）的层压窗玻璃构成本发明的一部分。
该MIM测量一周进行一次，持续数周。本文中给出的值是在稳定之后获得的值，即通常在组装该层压窗玻璃格条后至少10周。
本发明的夹层还可以：
- 在本体中（dans la masse）在其表面的一部分上着色，以尊重车内人员的隐私或保护车辆驾驶员免受阳光刺眼或仅为了美学效果，和/或
- 具有从层压窗玻璃的顶部至底部以楔形形状递减的横截面，以允许该层压窗玻璃用作平视显示器（HUD）系统屏幕，和/或
- 包含用于过滤红外辐射以限制太阳的红外辐射引起的车辆内部温度升高的粒子，由此改善乘客的舒适度。

Claims (12)

1.粘弹性塑料夹层，意在并入窗玻璃的两块玻璃板（1、2）之间以使其具有震动声学阻尼性质，所述夹层包含：
-标准PVB制成的两个外层（4、5），
-由基于聚乙烯醇缩醛和增塑剂的粘弹性塑料材料制成的第一和第二内层（6、7），具有改善的声学性能，
-标准PVB制成的中心层（3；3a、3b）,
所述第一和第二内层（6、7）分别设置在该中心层（3；3a、3b）与该第一和第二外层（4、5）之间。
2.如权利要求1所述的夹层，其中该外层（4、5）与该中心层（3；3a、3b）在20℃和在1 kHz至10 kHz的频率范围内具有大于或等于1×108 Pa的剪切模量G’和小于0.4的tan δ损耗因子。
3.如权利要求1或2所述的夹层，其中所述夹层使得根据标准ISO 16940通过机械阻抗测量（MIM）在20℃测定的表面积为25 mm×300 mm的由各自为2.1毫米厚且其间插入夹层的两块玻璃板组成的层压窗玻璃格条的第一谐振模式的共振频率f1为100 Hz至200 Hz，并且通过MIM在相同条件下测定的所述格条的所述第一谐振模式的模态阻尼η1为大于或等于0.35。
4.如权利要求1至3之一所述的夹层，其中所述夹层使得根据标准ISO 16940通过机械阻抗测量（MIM）在20℃测定的表面积为25 mm×300 mm的由各自为2.1毫米厚且其间插入夹层的两块玻璃板组成的层压窗玻璃格条的第一谐振模式的共振频率f1为120 Hz至180 Hz，并且通过MIM在相同条件下测定的所述格条的所述第一谐振模式的模态阻尼η1为大于或等于0.38、或甚至0.40。
5.如权利要求1至4之一所述的夹层，其中该第一和第二内层（6、7）具有不同的组成。
6.如权利要求1至5之一所述的夹层，其中该中心层（3；3a、3b）和该外层（4、5）各自具有0.10 mm至0.40 mm的厚度，该内层（6、7）各自具有0.10 mm至0.20 mm的厚度，该夹层的总厚度为0.70 mm至2.00 mm。
7.如权利要求1至6之一所述的夹层，其中该中心层（3a、3b）由标准PVB制成的两个层构成，所述夹层由两个叠置的三层夹层（A、B）构成，各三层夹层（A、B）包含两个标准PVB制成的层（4、3a；3b、5），在其间设置基于聚乙烯醇缩醛的粘弹性塑料材料制成的具有改善的声学性能的层（6；7）。
8.如权利要求1至7之一所述的夹层，该夹层在本体上在其表面的一部分上着色和/或具有从层压窗玻璃的顶部至底部以楔形形状递减的横截面，其中其意在混入和/或包含用于过滤红外辐射的粒子。
9.层压窗玻璃，包含：
-厚度为0.5 mm至3.0 mm的玻璃板（1），
-厚度为0.5 mm至3.0 mm的玻璃板（2），
-如权利要求1至8任一项中所要求保护的夹层，该夹层在该玻璃板（1、2）之间。
10.层压窗玻璃，包含：
-厚度为0.5 mm至15.0 mm的玻璃板（1），
-厚度为0.5 mm至15.0 mm的玻璃板（2），
-如权利要求1至8任一项中所要求保护的夹层，该夹层在该玻璃板（1、2）之间。
11.如权利要求9所述的窗玻璃作为汽车窗玻璃的用途。
12.如权利要求10所述的窗玻璃以单一窗玻璃形式或集成到多层窗玻璃中作为建筑用窗玻璃的用途。
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