CN110494284B - 汽车用带孔夹层玻璃 - Google Patents

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Abstract

过去，夹层玻璃仅应用于挡风玻璃领域；现如今，夹层玻璃也越来越多地被用在汽车的其他位置上了，通过使用这种玻璃，可以提高乘客的安全性、保障性及舒适感。我们在制造带孔的钢化夹层玻璃时遇到了困难，这是因为钢化玻璃的强度比退火玻璃高4至5倍。本发明所涉及到的夹层玻璃的外层玻璃带有一个孔。嵌件与内层玻璃孔位置的切口粘合，能够使孔的强度增加，也可向更广泛的区域分散载荷力。本发明结论是带有一个或多个孔的夹层玻璃具有可靠性，可以直接作为钢化玻璃的替代品使用。

Description

汽车用带孔夹层玻璃
技术领域
本发明所涉及到的领域是汽车夹层玻璃。
背景技术
在汽车行业中，广泛使用夹层玻璃已经成为一种趋势。过去，夹层玻璃仅应用于挡风玻璃领域；现如今，夹层玻璃也越来越多地被用在汽车的其他位置上了，这是因为夹层玻璃的应用能够提高乘客的安全性、保障性及舒适感并能更高效地使用能源。
夹层挡风玻璃是通过使用一种透明热塑性薄膜，将两层退火玻璃粘合在一起的工艺制造而成的。退火玻璃是指从弯曲温度缓慢冷却下来，完成玻璃化转变的一种玻璃类型。该工艺可消除弯曲过程中玻璃内的残余应力。退火玻璃破碎时会形成边缘锋利的大碎片。
夹层玻璃破碎时，玻璃碎片被粘结在一起，看起来就像塑料拼图一般，这有助于保持玻璃的结构完整性。举例来说，即使挡风玻璃破碎，汽车仍然可以行驶。汽车发生碰撞产生冲击作用时，塑料层还有助于防止乘客被甩出窗外，也能阻挡车外的物件击碎夹层玻璃。
除挡风玻璃外，热强化(钢化)玻璃还可用在汽车的任何其他位置上。热强化(钢化)玻璃的外表面带高压层，且通过玻璃内部的张力保持平衡。钢化玻璃破碎时，张力和拉力失去平衡，破碎成小钝角颗粒。
钢化玻璃的强度远高于退火夹层玻璃。汽车上采用的典型热强化钢化玻璃的厚度限制在3.2毫米到3.6毫米之间。如果玻璃厚度小于这个范围，采用汽车玻璃行业中常用的常规低压空气回火系统时，玻璃强度无法满足安全标准的要求。
大多数汽车的车门、后窗和侧窗都采用钢化玻璃。虽然这些位置也可以使用夹层玻璃，但钢化玻璃的生产成本要低于夹层玻璃。钢化玻璃可以承受高荷载，但硬物撞击时易破碎。钢化玻璃一旦破碎，整个窗口便失去了保护。
因此，一些汽车的车门和其他位置也已采用夹层玻璃来替代钢化玻璃。这在一定程度上提高了乘客的安全性和保障性。夹层玻璃因撞击而发生破碎的时间更久。夹层玻璃的隔音性能更优，可以提供更为安静的驾乘体验。软塑料层将两个玻璃层分离，从而有助于降低通过玻璃传播的音量。夹层还可以使用热反射涂层和薄膜，这时需要采用层压工艺来保护涂层/薄膜，以改善遮光性能。在发生侧翻事故时，夹层玻璃也有助于防止乘客被甩出窗外。
在钢化玻璃需要带孔时，制造钢化夹层玻璃过程中遇到了难题。钢化玻璃上通常带孔，以便于安装汽车玻璃。例如，升降式门窗通常都带有一个很大的安装孔。
出于多种原因，生产的夹层玻璃通常不带孔。其中最主要的原因是退火玻璃强度不及钢化玻璃。全钢化玻璃的强度比退火夹层玻璃高4至5倍。如上文所述，厚度小于3.2毫米的玻璃不能完全进行回火处理。不过，其可以进行热强化，但无法实现同样强度。因此，夹层钢化玻璃更容易破碎，可能无法在某些领域应用。
在分子层面观察玻璃时，预计其强度可达到45吉帕。但是，我们发现实际强度要比预计理论强度低好几个量级。肉眼看来，采用浮法工艺生产的毛坯平板玻璃简直近乎完美。然而，在制造过程中，玻璃会通过设备进行检测，当检测到可见缺陷时，将对其进行报废处理。视觉上近乎完美的玻璃在微观层面仍然存有表面缺陷。这些缺陷是与辊筒接触、切割过程、处理过程、与交织材料和玻璃基板以及其他部位接触导致的。在玻璃弯曲过程中也会产生其他缺陷。这些表面缺陷的分布和等级是随机的，并呈正态分布。
玻璃具有非常高的抗压强度，并且玻璃在张力作用下发生破碎几乎都是由于这些表面缺陷造成的。在压力作用下，这种表面缺陷被迫处于闭合状态，不会打开。但是在张力作用下，表面缺陷在开口方向呈现出来。在张力作用下，表面缺陷或裂纹是最薄弱的环节。由于玻璃近乎完美的弹性特性，缺陷部位无法通过变形释放应力，反而会造成应力集中。新玻璃上的大多数表面缺陷都是相当微小的，然而当应力高于某一临界值并且在开口方向上受到应力作用时，这些表面缺陷就会变大。这就是所谓的慢速裂纹增长(SCG)，但它不是线性函数。随着张力的增加和时间的推移，裂纹增长呈加速状态。
当对带孔部件进行回火处理时，包括孔边缘在内的整个部件表面会受到压力。部件承受的荷载高于其抗压强度且受张力作用时，部件才可能发生断裂。这就是钢化件更为结实的原因。而对于退火部件而言，压力较低时部件就会受到张力作用。
另一个问题与公差叠加有关。采用带孔夹层玻璃时，必须在内外两层玻璃上钻孔。每个孔都带有位置、直径偏差以及两层玻璃之间的相对位置偏差。如此一来，孔的位置就无法像钢化玻璃那样精确。因此必须通过增加孔径来补偿位置偏差。
如果采用带单孔或多孔的夹层玻璃直接代替钢化玻璃，那么就需要克服这些问题。
发明内容
本发明公开了一种至少带一个孔的夹层玻璃。朝外的玻璃层根据需要直接制成名义尺寸，并进行钻孔。对应孔的位置，在朝内的玻璃层上切口，并制成一个厚度等同于内层玻璃的带孔嵌件，与切口配装。之后将嵌件与外表面的孔对准，采用层压塑料进行层压处理，使其永久成为玻璃的一部分。嵌件能够提高玻璃强度，分散施加在孔上的作用力。嵌件上的孔可以小于外层玻璃孔。
本发明中的夹层玻璃推动了带孔夹层玻璃的应用，使其可以直接替代钢化玻璃，但当其与钢化玻璃厚度相同或比钢化玻璃厚度更小时，也能保证与钢化玻璃具有同等的耐久性，甚至比钢化玻璃耐用年限更长，进而使超薄玻璃的应用成为可能。
本发明的有益效果包括：
■质轻
■更高的保障性
■更高的安全性
■更高的舒适度
■卓越的声学阻尼
■更高的遮阳系数本发明中的夹层玻璃可采用标准汽车玻璃工艺进行生产。
附图说明
通过结合附图以及实施案例的详细阐述，进一步说明本发明的特征和有益效果，附图列示如下：
图1是典型夹层玻璃图。
图2A是带孔、切口和嵌件的夹层玻璃平面图。
图2B是嵌件和切口分解图。
图3A是带孔、切口和嵌件的夹层玻璃细节图。
图3B是图2A夹层玻璃剖面图。
图4A是带孔、切口、嵌件、套管、持环和基板的夹层玻璃等距视图。
图4B是图4A夹层玻璃分解图。
图5是带孔、切口、嵌件、套管、持环和基板的夹层玻璃分解图。
图6A是带孔、切口、嵌件、套管和持环的夹层玻璃细节图。
图6B是图6A夹层玻璃剖面图。
图7A是带孔、切口、嵌件、套管、持环和基板的夹层玻璃细节图。
图7B是图7A夹层玻璃剖面图。
图8A是带孔、切口和嵌件侧窗侧视图。
图8B是图8A侧窗分解图。
图9A是带孔、切口和嵌件的侧窗剖面图。
图9B是带孔、切口和加强嵌件的侧窗剖面图。
图9C是带孔、切口、加强嵌件、套管和持环的侧窗剖面图。
具体实施方式
在附图及说明书中，采用以下术语来描述夹层玻璃的构造。如图1所示，典型的汽车夹层玻璃由两层玻璃构成，即外层201和内层202，它们通过塑料粘合层4(中间层)永久地粘结在一起。车身外层201的玻璃表面称为表面一101或二号表面。外层201的对面(外层玻璃的内表面)为表面二102或二号表面。汽车内部的玻璃表面称为表面四104或四号表面。玻璃层202的内表面(内层玻璃的内表面)的对面称为表面三103或三号表面。表面二102和表面三103通过塑料粘合层4粘结在一起。
塑料粘合层4的主要功能是将邻层的主面加以粘结。所选择的材料通常是透明塑料层，其与另一玻璃层粘结。在汽车行业中，最常用的粘合层4或中间层选用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。除聚乙烯醇缩丁醛外，也可以采用离子塑料聚合物、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，现浇(CIP)、液体树脂和热塑性聚氨酯(TPU)。
除了将玻璃层粘合在一起之外，中间层还具有增强功能。例如，本发明还包括具有声音阻尼功能的中间层。这种中间层全部或部分由塑料层构成，该塑料层比通常使用的塑料更柔软且更具韧性。
可用于本发明中的内外层玻璃类型包括但不限于：普通钠钙硅玻璃、典型的汽车玻璃以及硅铝酸盐、锂铝硅酸盐、硼硅酸盐、微晶玻璃和其他各种经过玻璃化转变并归入玻璃类别的不透明的非晶固态化合物。
玻璃层可含有吸热玻璃组分以及红外反射和其他类型的涂层。红外反射涂层包括但不限于通过磁控溅射真空沉积(MSVD)以及热解、喷涂、化学气相沉积(CVD)、浸渍和其他方法涂覆的各类金属/绝缘涂层。红外反射膜包括涂覆金属基体以及具有红外反射功能的有机基光学薄膜。玻璃层可以进行退火或强化处理。有两种工艺可用于提高玻璃强度。一种是热强化工艺，在这一工艺中，高温玻璃会快速冷却(淬火)，另一种则是化学钢化工艺，其效果与离子交换化学处理相同。在化学钢化工艺中，玻璃外表面内和附近的离子与较大离子发生交换，使外层玻璃受压，以致抗压强度可达到1,000兆帕。
已经发现使用薄玻璃可以提高抗冲击破碎性能，比如碎石产生的冲击。薄玻璃的韧性更高，可以通过弹性变形吸收冲击功，然后再反弹回来，而不会像厚硬玻璃那样发生碎裂。由于组分的特性，带有硼硅酸盐外层的玻璃的耐冲击性能要大大优于钠钙玻璃。由于含有化学钢化成分的玻璃表面压缩量大，因此，与普通钠钙玻璃相比，其具有更优异的抗冲击性能。
如图2A、2B、3A和3B所示，本发明的夹层结构由外层201和内层202两层玻璃构成，其中每层玻璃带有对立层以及至少一个孔20，其中对立层通过至少一个塑料粘合层4永久粘合在一起。
外层201带切口，采用与钢化玻璃相同的方式切割出孔20或其他孔。内层玻璃202不带孔。内层玻璃202上开切口22，以露出孔20内和孔20周围区域外层玻璃201的内表面102(图1)。对应每个孔20的切口22要比孔20大。
嵌件9是配合切口22制成的。嵌件9按照孔20定位，使得嵌件放入切口22时，嵌件内孔20能够与外层玻璃201上的孔20对准。必须预留足够的间隙，以保证在考虑公差叠加的情况下，两个孔20能够对准。通过实例验证，嵌件9与内层玻璃202的切口22边缘之间保留3毫米的间隙。为了直接替代钢化件，嵌件9应与内层玻璃202厚度大致相同，特别是需要预留间隙的位置。这些位置可包括但不限于玻璃边缘区域，此处玻璃与汽车上的固定玻璃件粘合在一起。对于可移动车门窗，如果两种类型的玻璃可互换，则与升降轨道连接区域的厚度必须与钢化件的厚度相同。
如图4A、4B和5所示，对准孔20可以配一个穿透玻璃的套管12。嵌件9可以配加强筋18，以提高强度和提供支撑。嵌件9的厚度可以大于内层玻璃202的厚度。嵌件9和加强筋18可以单独生产。持环16可以安装在对面玻璃上，并连接到穿透玻璃的套管12上，加以固定。这样玻璃受到压力作用，可进一步提高组件强度。
嵌件9和加强筋18可以采用任何强度适合的材料制成。可用材料包括但不限于：退火玻璃、化学强化玻璃、热强化玻璃、碳纤维复合材料、钢、铝、钛、塑料和玻璃纤维增强塑料，可根据适用性和具体应用及荷载情况进行选择。
套管12和持环16可以采用任何强度适合的材料制成。可用材料包括但不限于：碳纤维复合材料、钢、铝、钛、塑料和玻璃纤维增强塑料，可根据适用性和具体应用及荷载情况进行选择。
塑料粘合层4可以将嵌件9与外层玻璃201表面粘合。这一点特别有利，因为它可以通过标准汽车热压成型工序来完成粘合。采用蒸压釜向夹层玻璃施加热量和压力，以完成层压。
另一种方案是，可以使用适合于例证材料的粘合剂将嵌件9粘合到外层玻璃201表面，而粘合剂类型并不局限于湿固化和双组分聚氨酯。该工序可在热压成型前后完成。
可以通过添加诸如基板或其他型钢构件进一步提高嵌件9的强度。而加强筋18可以作为嵌件的一个组成部分。例如，可以通过注塑、铸造或机械加工方式来制造加强嵌件。
嵌件9也可以利用摩擦力和压力就位。在其中一个具体实施方式中，套管12穿透孔20，利用压力就位，并通过安装在套管12两端的持环16固定在该位置。这种构造可以被用于将嵌件固定就位。
实施例1-带孔的后窗玻璃
带孔的后窗玻璃(后挡风玻璃)如图2A、2B、3A和3B所示。外层玻璃201选用2.2毫米热强化钠钙玻璃，仅带有一个28毫米的孔20，这个孔20位于车窗底部的中心位置，用于安装雨刷器。内层玻璃202选用1.0毫米化学钢化铝硅酸盐玻璃。内层玻璃202不带孔，但是带有切口22(缺口)，以便露出外层玻璃201的孔20及其周围区域。切口22内半径为100毫米，这有助于玻璃剥片及边缘打磨。在玻璃表面轮廓上形成1毫米厚的碳钢嵌件9，并涂敷黑色粉末涂层，其中还包含一个孔20，这个孔20与外层玻璃201的孔20对准。玻璃层2使用标准蒸压釜热压成型。一个厚度为0.76毫米的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)塑料中间层4将两个玻璃层2彼此粘合，同时将嵌件9与外层201粘合。除此之外，也可以采用其他适合的粘合剂来粘合嵌件9，如湿固化或双组分聚氨酯。钢制嵌件9会分散雨刷器上的荷载，防止玻璃发生弯曲和孔边缘损坏。此类夹层玻璃可直接替代4毫米单层钢化玻璃(单层玻璃)。
实施例2-带孔和加强筋的后窗玻璃
实施例1中，通过在嵌件9上添加加强筋18可提高夹层玻璃强度，如图4A、4B、5、7A和7B所示。将由塑料板制成的3毫米厚的加强筋18安装在嵌件9后方，可提高整体强度。加强筋18与嵌件9和玻璃202边缘之间的间隙重叠，并覆盖了该间隙。重叠部分也可以粘合到内层。将塑料套管12插入孔20，并在套管两侧安装塑料持环16，使整个组件处于受压状态。可以采用任何本领域可行的便利方式将持环16固定到套管12上。套管12可以与持环一同制造，这样持环就成了套管12的一部分。同样，基板也可以作为嵌件9的一个组成部分进行制造。
实施例1中，通过在孔20内插入套管12，并在套管两侧安装持环16，使组件处于受压状态，这种方式能够进一步提高夹层玻璃的强度，如图6A和6B所示。
实施例3-带双孔的门窗玻璃
可动式门窗(边窗)带有两个孔20，这两个孔为一组，如图8A、8B和9A所示。外层玻璃201选用的是2.2毫米钠钙玻璃，带有两个24毫米的孔20，通过这两个孔20可以将玻璃安装到车窗装置的升降轨道上。内层玻璃202选用1.0毫米化学钢化铝硅酸盐玻璃。内层玻璃202不带孔，但是带有切口，这切口形成边缘24(腰线)，以便露出外层玻璃201上的孔20及其周围区域。切口处于带孔“耳式结构”边缘位置，但是只要切口低于腰线24，就可能处于玻璃上方。
在玻璃表面轮廓上形成1毫米厚的碳钢嵌件9，并涂敷黑色粉末涂层，其中还包含22毫米的孔20，这些孔20与外表面201上的孔20对准，并通过标准蒸压釜与外层201热压成型。一个厚度为0.76毫米的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)塑料中间层4被用于将两个玻璃层2彼此粘合，同时将嵌件9粘合到外层201上。除此之外，也可以使用其他适合的粘合剂来粘合嵌件，如湿固化或双组分聚氨酯。钢嵌件9将开关车窗所需的荷载分散在较大表面积上，以防玻璃发生弯曲，避免玻璃孔承受张力。嵌件9还能防止孔边缘损坏。夹层玻璃可以直接替代4毫米单层钢化玻璃(单层玻璃)。
实施例4-带双孔和加强筋的门窗玻璃
实施例3中，通过在嵌件上增加加强筋18可以进一步提高夹层玻璃的强度，如图9B所示，其中加强筋18是通过增加嵌件9自身厚度实现的，而不是将加强筋作为配件的单独部件。将嵌件厚度增加到3毫米以提高强度。嵌件9与嵌件9和202玻璃边缘之间的间隙重叠，并覆盖了该间隙。必要时，嵌件的重叠部分也可以粘合到内层玻璃202上，以便满足强度和刚度要求。
实施例4中，通过增加钢制套管，将其插入孔20，并在套管两侧安装钢制持环16，使组件处于受压状态，这种方式能够进一步提高夹层玻璃的强度，如图9C所示。可以采用任何本领域可行的便利方式将持环固定到套管12上。套管12可以与持环一同制造，这样持环就成了套管12的一部分。同样，基板也可以作为嵌件9的一个组成部分进行制造。
必须明确，本发明并不局限于上述实施方式和图示说明。本领域技术人员须明白可以在不脱离本发明构思的前提下，对其进行若干调整和改进，本发明的构思仅由下述权利要求书定义。

Claims (25)

1.一种汽车夹层玻璃，包括：
带有内外表面的外层玻璃，且所述外层玻璃配有至少一个孔；
带有内外表面的内层玻璃，且所述内层玻璃在与外层玻璃至少一个孔对应的位置上，带有至少一个切口；
至少一层塑料粘合层，该粘合层处于所述外层玻璃和所述内层玻璃之间；以及
一个嵌件，设于与所述内层玻璃的所述切口对应的区域，且所述嵌件与所述外层玻璃的内表面粘合；
其中，所述嵌件上设置有至少一个孔，且该至少一个孔与所述外层玻璃的至少一个孔对准。
2.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，所述嵌件上的至少一个孔的直径小于所述外层玻璃至少一个孔的直径。
3.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，所述嵌件的厚度与所述内层玻璃的厚度基本一致。
4.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，所述嵌件的厚度大于所述内层玻璃的厚度。
5.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于还配有加强筋，所述嵌件定位在外层玻璃和所述加强筋之间。
6.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于还配有插入孔内的套管，所述汽车夹层玻璃的两侧还配有持环，所述持环由以下材料中的至少一种制成：碳纤维复合材料、钢、铝、钛、塑料和玻璃纤维增强塑料。
7.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，所述嵌件实质上至少采用下列材料中的一种制造而成：玻璃、碳纤维复合材料、钢、铝、钛、塑料和玻璃纤维增强塑料。
8.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，所述嵌件至少部分与内层玻璃重叠。
9.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，所述嵌件至少部分与内层玻璃重叠，而且所述重叠部分与内层玻璃粘合。
10.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于还安装有一个构件，该构件使所述外层玻璃处于受压状态。
11.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，至少有一层所述外层玻璃或所述内层玻璃为化学强化玻璃。
12.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，至少有一层所述外层玻璃或所述内层玻璃经过热强化处理。
13.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，至少有一层所述外层玻璃或所述内层玻璃厚度小于1.2毫米。
14.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，至少有一层所述外层玻璃或所述内层玻璃厚度小于0.7毫米。
15.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于还配有性能改进塑料层，所述塑料层选自吸热层或红外线反射层。
16.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于还配有吸热层。
17.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于还配有红外线反射层。
18.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，所述嵌件通过所述至少一层塑料粘合层使用标准汽车热压成型工序与外层玻璃的内表面粘合。
19.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，至少有一层所述外层玻璃或所述内层玻璃为硅酸铝玻璃。
20.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，至少有一层所述外层玻璃或所述内层玻璃为硼硅酸盐玻璃。
21.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，所述汽车夹层玻璃是后窗玻璃或门窗玻璃。
22.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，升降轨道装置的雨刷器经过所述孔安装于所述夹层。
23.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，所述嵌件形成于外层玻璃轮廓上。
24.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，所述嵌件通过粘合剂与所述外层玻璃的所述内表面粘合。
25.根据权利要求1所述的汽车夹层玻璃，其特征在于，所述嵌件通过摩擦力和压力就位。
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