CN114728504A - 用于车辆的耐用玻璃 - Google Patents

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CN114728504A
CN114728504A CN202080080726.4A CN202080080726A CN114728504A CN 114728504 A CN114728504 A CN 114728504A CN 202080080726 A CN202080080726 A CN 202080080726A CN 114728504 A CN114728504 A CN 114728504A
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CN
China
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layer
glass
glass laminate
vehicle
facing
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CN202080080726.4A
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R·莫茨史密斯
M·皮里奥德
W·S·斯威尼
D·拉玛斯特拉
C·古古西斯
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Original Assignee
Tesla Inc
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Abstract

描述了具有改善的耐用性的用于车辆挡风玻璃的多层玻璃叠层。该多层玻璃叠层包括朝向外部的玻璃层、朝向内部的玻璃层以及位于朝向外部的玻璃层和朝向内部的玻璃层之间的粘合剂中间层。朝向外部的玻璃层包括硼硅酸盐。还描述了制造多层玻璃叠层的方法。

Description

用于车辆的耐用玻璃
背景技术
技术领域
本公开涉及车辆挡风玻璃。更具体地，本公开涉及具有改善的耐用性的用于车辆挡风玻璃的多层玻璃叠层(stack)结构。
相关现有技术的描述
车辆(例如机动车辆)通常使用耐用玻璃用于各种部件，例如前、侧、后和顶窗或挡风玻璃、车前灯和其它车辆部件。这种玻璃部件可能经受外力，如果外力足够高，则可能导致玻璃的裂口、破裂或其它损坏。
发明内容
为了概述本公开及其相对于现有技术实现的优势，本文描述了本公开的某些目的和优势。并非所有这些目的或优势都可以在任何特定实施方案中实现。因此，例如，本领域内技术人员将认识到，本发明可以实现或优化如本文所教导的一个或一组优势而不必实现如本文所教导或启示的其它目的或优势的方式来实施或进行。
所有这些实施方案都旨在本文公开的本发明的范围内。参考以下附图对优选实施方案的详细描述，这些和其它实施方案对本领域技术人员而言将变得显而易见，本发明不限于所公开的任何特定优选实施方案。
在一个方面，用于车辆的玻璃结构包括耐用的玻璃叠层。所述叠层包括三个层：外(即，朝向外部的)层、内(即，朝向内部的)层、以及外层与内层之间的粘合剂中间层。外层包括非苏打石灰、低CTE、高致密化玻璃。在一些实施方案中，外层的厚度为约2mm至约5mm。内层包括具有高强度和高柔韧性的薄的化学强化玻璃。在一些实施方案中，内层的厚度为约0.5mm至约1.1mm。粘合剂中间层材料具有能量吸收性能和正常操作条件区域之外的玻璃转化温度。叠层的各层中的材料可以根据所需的耐用性进行调整。
在一个方面，描述了用于车辆挡风玻璃的多层玻璃叠层。所述多层玻璃叠层包括：包含硼硅酸盐的朝向外部的玻璃层、朝向内部的玻璃层以及位于朝向外部的玻璃层和朝向内部的玻璃层之间的粘合剂中间层，其中所述粘合剂中间层包含粘合剂，其中所述多层玻璃叠层是车辆挡风玻璃，且成形为适合于车辆挡风玻璃框架。
在一些实施方案中，多层玻璃叠层具有约7.5kg/m2至约10kg/m2的面密度。在一些实施方案中，多层玻璃叠层在2J的冲击下具有至多10％的故障机会。在一些实施方案中，车辆挡风玻璃选自前挡风玻璃、侧挡风玻璃、后挡风玻璃、顶挡风玻璃及其组合。
在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层在2J的冲击下具有至多10％的故障机会。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层具有约2mm至约5mm的厚度。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层是多层玻璃叠层的最外层。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层是抗碎的或防碎的。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层对裂纹形成和裂纹扩展有抗性。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层不包括苏打石灰玻璃。
在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层包含选自铝硅酸盐、钢化玻璃及其组合的材料。在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层具有约0.5mm至约1.1mm的厚度。在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层是多层玻璃叠层的最外层。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层：朝向内部的玻璃层的厚度比为大于1：1。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层：朝向内部的玻璃层的厚度比为大于1：1至约10：1。
在一些实施方案中，粘合剂中间层具有能量吸收性能。在一些实施方案中，粘合剂中间层具有约6℃至约10℃的玻璃转化温度。在一些实施方案中，粘合剂中间层包含多个层。在一些实施方案中，粘合剂包含聚乙烯醚(PVE)。
在一些实施方案中，多层玻璃叠层还包含至少一个附加层，其中所述至少一个附加层选自光吸收层、光反射层、声学阻尼层及其组合。在一些实施方案中，所述至少一个附加层包含光吸收层，并且所述光吸收层包含着色材料。在一些实施方案中，多层玻璃叠层还包括选自摄像机、传感器、加热元件、波导、内耦合光学元件、外耦合光学元件、光注入装置及其组合的元件。在一些实施方案中，车辆挡风玻璃具有曲线形状。在一些实施方案中，车辆挡风玻璃被配置为破碎成小片。
在另一个方面，描述了一种包括车架和多层玻璃叠层的车辆。在一些实施方案中，车辆还包括电动机。在一些实施方案中，车辆还包括被定位成朝向所述多层玻璃叠层中的朝向内部的玻璃层的摄像机。在一些实施方案中，多层玻璃叠层还包括摄像机观察区域，其中所述摄像机被定位成通过所述多层玻璃叠层的摄像机观察区域进行观察，并且其中所述摄像机观察区域具有小于约250毫屈光度(millidiopter)的光学畸变。
在另一个方面，描述了一种制造多层玻璃叠层的方法。该方法包括形成包含硼硅酸盐的朝向外部的玻璃层，形成朝向内部的玻璃层，形成包含粘合剂的粘合剂中间层，以及将粘合剂中间层定位于朝向外部的玻璃层与朝向内部的玻璃层之间以形成多层玻璃叠层。
附图说明
图1示出了硅氧烷键断裂过程中的化学步骤，这是可能在玻璃材料中发生的机制。
图2示出了根据一些实施方案的具有多层玻璃叠层的车辆上的前挡风玻璃的一个示例的透视图。
图3示出了根据一些实施方案的多层玻璃叠层的示例。
图4是提供具有苏打石灰玻璃或硼硅酸盐玻璃的不同的朝向外部的玻璃层材料的多层玻璃叠层的冲击可靠性数据的线图。X轴是冲击能量(J)，Y轴是玻璃的不可靠度。
图5是提供具有变化的朝向内部的玻璃层厚度的多层玻璃叠层的冲击可靠性数据的线图。X轴是冲击能量(J)，Y轴是可能失效的测试材料的群体的百分比。
图6是提供包括具有变化的玻璃转化温度(Tg)和能量吸收性能的粘合剂中间层的多层玻璃叠层的冲击可靠性数据的线图。X轴是冲击能量(J)，Y轴是玻璃的不可靠度。
通过参考下面的详细描述，可以最好地理解本公开的实施方案及其优势。应当理解，相同的附图标记用于标识在一个或多个附图中示出的相同元件，其中，其中的显示是为了示出本公开的实施方案的目的，而不是为了限制本公开的实施方案。
具体实施方案
通过参考以下的详细描述可以理解本公开。应注意，出于阐明清楚的目的，各个附图中的某些元件可不按比例绘制，可用示意图或概念表示，或者可能不完全对应于实施方案的某些物理配置。
实施方案涉及可用于车辆(例如用作挡风玻璃)的堆叠玻璃结构或多层玻璃叠层。所公开的堆叠玻璃结构的实施方案能够提供相比于常规车辆玻璃结构(例如单片玻璃、或由常规玻璃和粘合剂材料制成的多层玻璃)增强的耐用性。一些实施方案可包括一层或多层硼硅酸盐玻璃并提供增强的耐用性，同时还可形成为更复杂的曲线形状，例如车辆挡风玻璃或其它车辆部件。在一个实施方案中，玻璃是具有内部玻璃层、粘合剂层和硼硅酸盐玻璃外层的多层玻璃。一些实施方案可以提供增加的透明度，这在车辆的实施中也是有益的。在一些实施方案中，多层玻璃叠层提供增强的损伤容限，包括防止或减少裂纹形成和/或裂纹扩展。
这种改进的多层玻璃叠层的其他优势包括改善的消费者体验(由于玻璃损坏或破碎导致的更换挡风玻璃或其它玻璃部件的需要得以减少或消除)、更好的技术集成为玻璃部件、降低成本、改进的可持续性、减少浪费、改善的尖锐物体抗冲击性(例如来自尖锐物体，例如在高速公路上被较大卡车踢起的尖锐岩石)、改善的钝物体抗冲击性如通过弯曲玻璃并拉紧相对侧(通常为内侧)对玻璃的损伤(例如，来自小的和大的钝器冲击，例如在高速公路上被踢起的小的光滑岩石、或人的冲击，例如行人冲击和/或事故中的车辆乘员冲击，其中包括当进入/离开车辆时撞击窗玻璃的肘部)、改善的耐刮擦性，其可以进一步防止玻璃因预先存在的划痕或裂痕的活化而破裂(例如，来自运输或制造期间的不适当处理、与驾驶员/乘客物体例如钥匙、珠宝接触和/或清洁)、改善的抗点蚀性，其可在暴露于能量太低而不能引起开裂的冲击时发生(例如，与小砂砾或沙子的冲击或强制接触可以引起玻璃表面中的不能扩展至足以引起可见裂纹的厚度的微压痕或裂痕，其可以引起玻璃表面由于微损伤的累积影响而导致的变模糊)、改善的热循环，其可导致裂纹形成产生和裂纹扩展(例如，相对小的温度变化可导致现有的裂纹或瑕疵扩展，其中所有材料具有热膨胀系数(CTE)，并且具有较高CTE的材料将随着温度变化而更多地膨胀和收缩)，以及耐湿性和/或耐湿性，其中裂纹尖端处水分的存在可显著增加玻璃(例如苏打石灰玻璃)中的裂纹扩展速率。
例如，图1中示出了常规玻璃(例如苏打石灰玻璃)中裂纹扩展的机制。图1阐明了部分可能由水导致的硅氧烷键断裂机制。当由冲击(例如岩屑)引起的小边缘裂纹或裂纹在雨后或当存在冷凝时在挡风玻璃上生长时，这种硅氧烷键断裂可导致裂纹扩展，并且可显现于汽车玻璃中。本文的实施方案可以通过在玻璃外层使用硼硅酸盐玻璃层来减少这些影响，所述玻璃外层将受到来自道路物体的碰撞的冲击。
图2示出了具有在前挡风玻璃30中实施的多层玻璃叠层20的车辆10的示例。在一些实施方案中，挡风玻璃可以是前挡风玻璃、侧挡风玻璃、后挡风玻璃、顶部或车顶挡风玻璃(例如，天窗或顶窗)、车前灯或前灯及其组合。在一些实施方案中，挡风玻璃是前挡风玻璃、侧挡风玻璃、后挡风玻璃、顶挡风玻璃及其组合。在一些实施方案中，车辆挡风玻璃具有曲线形状。在一些实施方案中，多层玻璃叠层成形为适合于车辆挡风玻璃框架。在一些实施方案中，车辆挡风玻璃被配置为破碎成小片以符合政府安全准则。在一些实施方案中，车辆包括车架。在一些实施方案中，车辆包括电动机。
多层玻璃叠层
图3以分解图和侧视图示出了多层玻璃叠层100的示例。多层玻璃叠层100包括硼硅酸盐玻璃外层(即朝向外部的玻璃层)101和玻璃内层(即朝向内部的玻璃层)102。粘合剂中间层103位于玻璃外层101和玻璃内层103之间。多层玻璃叠层100可包括一个或多个附加的玻璃和粘合剂层。应当理解，叠层100内的每个玻璃层可以各自包括一个或多个层或层压件。这些层的取向可以反转(例如，外层可以反转为朝向车辆的内部，并且内层可以反转为朝向车辆的外部)。此外，叠层的各层中的材料可以根据所需的耐用性进行调整。本文所述材料可以各种组合实施，并且应理解，三层101、102和103中的任何一层可包括本文所述材料、基本上由本文所述材料组成或由本文所述材料组成，即使其中仅描述为“包括”。
在一些实施方案中，多层玻璃叠层包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、粘合剂中间层和朝向内部的硼硅酸盐玻璃层。在这些实施方案中，粘合剂中间层可以是例如聚乙烯醚(PVE)。在一些实施方案中，多层玻璃叠层包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、粘合剂中间层和朝向内部的铝硅酸盐玻璃层。在一些实施方案中，多层玻璃叠层包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、粘合剂中间层和朝向内部的钢化玻璃层。
在一些实施方案中，多层玻璃叠层包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、粘合剂中间层和朝向内部的包含硼硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃的层。在一些实施方案中，多层玻璃叠层包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、粘合剂中间层和朝向内部的硼硅酸盐玻璃和钢化玻璃层。在一些实施方案中，多层玻璃叠层包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、粘合剂中间层和朝向内部的由铝硅酸盐玻璃和钢化玻璃制成的层。
在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个硼硅酸盐玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的硼硅酸盐玻璃层。在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个硼硅酸盐玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的铝硅酸盐玻璃层。在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个硼硅酸盐玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的钢化玻璃层。
在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个硼硅酸盐玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的包含硼硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃的层。在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个硼硅酸盐玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的硼硅酸盐玻璃和钢化玻璃层。在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个硼硅酸盐玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的由铝硅酸盐玻璃和钢化玻璃制成的层。
在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个硼硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的硼硅酸盐玻璃层。在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个硼硅酸盐玻璃和钢化玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的铝硅酸盐玻璃层。在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个铝硅酸盐玻璃和钢化玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的钢化玻璃层。
在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个硼硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的包含硼硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃的层。在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个硼硅酸盐玻璃和钢化玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的硼硅酸盐玻璃和钢化玻璃层。在一些实施方案中，多层玻璃叠层按所述顺序包括朝向外部的硼硅酸盐玻璃层、第一粘合剂中间层、一个或多个铝硅酸盐玻璃和钢化玻璃中间层、第二粘合剂中间层和朝向内部的铝硅酸盐玻璃和钢化玻璃层。
在一些实施方案中，多层玻璃叠层包括、至少包括或至多包括3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20层材料，或其间数值的任何范围。在一些实施方案中，多层玻璃叠层包括、至少包括或至多包括2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个玻璃层，或其间数值的任何范围。在一些实施方案中，多层玻璃叠层的至少一层不包含或不存在苏打石灰玻璃。在一些实施方案中，多层玻璃叠层的所有层不包含或不存在苏打石灰玻璃。
在一些实施方案中，多层玻璃叠层在为或约为1J、1.5J、2J、2.5J、3J、3.2J、3.5J、3.8J、3.9J、4J、4.5J、5J或6J或其间数值的任何范围的冲击下，具有至多或约10％的故障机会。在一些实施方案中，多层玻璃叠层在为或约为3J的冲击下具有至多或约1％、2％、3％、4％、5％、6％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％或70％的故障机会，或其间数值的任何范围。在一些实施方案中，多层玻璃叠层具有曲线形状。在一些实施方案中，多层玻璃叠层被配置为破碎成小片。在一些实施方案中，多层玻璃叠层还可包括具有各种特性的各种合适的材料，以提供本文所述的一个或多个益处。
在一些实施方案中，多层玻璃叠层的厚度为、约为、至多为或至多约为0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、120mm、140mm、160mm、180mm、200mm、225mm、250mm、300mm或500mm，或其间数值的任何范围。在一些实施方案中，多层玻璃叠层的面密度为、约为、至多为、或至多约为1kg/m2、2kg/m2、3kg/m2、4kg/m2、5kg/m2、5.5kg/m2、6kg/m2、6.5kg/m2、7kg/m2、7.5kg/m2、8kg/m2、8.5kg/m2、9kg/m2、9.5kg/m2、10kg/m2、11kg/m2、12kg/m2、13kg/m2、15kg/m2、20kg/m2、25kg/m2或50kg/m2，或其间数值的任何范围。
朝向外部的玻璃层
朝向外部的玻璃层包括对损坏(例如来自尖锐物体冲击、划痕和点蚀的损坏)强健的玻璃。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层可以是防碎的、抗碎的、经化学处理的以提供进一步增加的硬度和耐用性或其组合。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层是抗碎的或防碎的。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃对裂纹形成和裂纹扩展有抗性。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层在破裂时形成或者可能形成锥形裂纹。锥形裂纹可以帮助该层阻止裂纹扩展，特别是与已知在其它材料(例如苏打石灰玻璃)中形成的径向裂纹有关。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层是多层玻璃叠层的最外层或最内层。
在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层包括含金属的材料。在一些实施方案中，金属选自硼、硅及其组合。在一些实施方案中，该材料是透明材料。在一些实施方案中，该材料是硼硅酸盐玻璃。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层不包括或包含苏打石灰玻璃。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层不包括苏打石灰玻璃。在一些实施方案中，不含苏打石灰的化学品允许朝向外部的玻璃层更不易受到键的化学断裂影响，该键的化学断裂导致玻璃中湿度引起的开裂。与耐热循环一样，耐湿性可以防止由预先存在的裂纹和裂痕引起的裂纹生长，从而防止对玻璃替换的需要。
相对于常规挡风玻璃，朝向外部的玻璃层可包括高致密玻璃。相对于低致密化玻璃(例如苏打石灰玻璃)，朝向外部的玻璃层(例如包含硼硅酸盐玻璃)的这种增加的致密化可以改善耐刮擦性和抗点蚀性。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层的密度为、约为、至少为、或至少约为1g/cm3、1.5g/cm3、1.75g/cm3、2g/cm3、2.25g/cm3、2.5g/cm3、2.75g/cm3、3g/cm3、3.5g/cm3、4g/cm3、5g/cm3、6g/cm3、7g/cm3、8g/cm3、9g/cm3、10g/cm3，或其间数值的任何范围。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层的硬度为、约为、至少为、或至少约为3Mohs、4Mohs、4.2Mohs、4.4Mohs、4.6Mohs、4.8Mohs、5Mohs、5.1Mohs、5.2Mohs、5.3Mohs、5.4Mohs、5.5Mohs、5.6Mohs、5.7Mohs、5.8Mohs、5.9Mohs、6Mohs、6.2Mohs、6.4Mohs、6.6Mohs、6.8Mohs、7Mohs或8Mohs，或其间数值的任何范围。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层在为或约为1J、1.5J、2J、2.5J、3J、3.2J、3.5J、3.8J、3.9J、4J、4.5J、5J或6J或其间数值的任何范围的冲击下，具有至多或约10％的故障机会。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层在为或约为3J的冲击下具有至多或约1％、2％、3％、4％、5％、6％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％或70％的故障机会，或其间数值的任何范围。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层的厚度为、约为、至多为、或至多约为0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、7mm、8mm、9mm、10mm、12mm、15mm、18mm或20mm，或其间数值的任何范围。
相对于传统的挡风玻璃，朝向外部的玻璃层可以包括低的热膨胀系数(低CTE)的玻璃。低CTE玻璃有效地使玻璃对热循环裂纹生长较不敏感。因此，即使玻璃对冲击更强健，它仍可能受损或有裂痕。但是，在玻璃有裂痕或破裂的情况下，低CTE玻璃不太可能使由温度变化引起的应力引起的损坏生长或扩展。在美国，法律要求是挡风玻璃中的裂纹必须不大于12mm。尽管一些管辖区域对于乘客和其它车辆具有裂纹要求，但关于裂纹尺寸和替换的法律要求通常适用于商业卡车。因此，即使玻璃受到岩石撞击，低CTE玻璃也可防止裂纹或裂痕扩大到法律上要求更换挡风玻璃的尺寸。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层在20℃下的热膨胀系数(CTE)为、约为、至多为、或至多约为1×10-6K-1、1.5×10-6K-1、2×10-6K-1、2.2×10-6K-1、2.4×10-6K-1、2.6×10-6K-1、2.8×10-6K-1、3×10-6K-1、3.2×10-6K-1、3.4×10-6K-1、3.6×10-6K-1、3.8×10-6K-1、4×10-6K-1、4.5×10-6K-1或5×10-6K-1，或其间数值的任何范围。
已发现，具有朝向外部的硼硅酸盐玻璃层的多层玻璃叠层导致相对于常规玻璃叠层(例如用于不包括硼硅酸盐玻璃的车辆挡风玻璃的常规玻璃叠层)具有改善的抗冲击性的玻璃叠层。在一些实施方案中，具有朝向外部的硼硅酸盐玻璃层的多层玻璃叠层相对于常规玻璃叠层(例如用于不包括硼硅酸盐玻璃的车辆挡风玻璃的常规玻璃叠层)可产生具有2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15或20倍改善的抗冲击性的玻璃叠层。
朝向内部的玻璃层
朝向内部的玻璃层包括薄的、柔韧的和/或坚固的玻璃，其允许更多的冲击能量在弯曲中耗散而不是通过断裂。在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层是多层玻璃叠层的最外层或最内层。
在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层可以包括与朝向外部的玻璃层相同或不同的材料。例如，在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层可以具有与朝向外部的玻璃层相同或不同的化学组成、强度、硬度和/或柔韧性。在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层包括选自硼硅酸盐、铝硅酸盐、钢化玻璃及其组合的材料。在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层包含选自铝硅酸盐、钢化玻璃及其组合的材料。
在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层是化学强化的。玻璃的化学强化在玻璃表面上产生压缩层，这使得玻璃更难以被刮伤或以其它方式损坏。因为钝物冲击活化了玻璃的相对表面上的裂痕，所以化学强化朝向内部的玻璃层可以降低因冲击的裂痕活化而失效的可能性。在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层可以是防碎的、抗碎的或经化学处理的，以提供进一步增强的硬度和耐用性。
在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层在为或约为1J、1.5J、2J、2.5J、3J、3.2J、3.5J、3.8J、3.9J、4J、4.5J、5J或6J或其间数值的任何范围的冲击下，具有至多或约10％的故障机会。在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层在为或约为3J的冲击下具有至多或约1％、2％、3％、4％、5％、6％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％或70％的故障机会，或其间数值的任何范围。
在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层的厚度为、约为、至多为、或至多约为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、7mm、8mm、9mm、10mm或12mm，或其间数值的任何范围。在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层的厚度与朝向外部的玻璃层的厚度相同或不同。在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层比朝向内部的玻璃层厚。在一些实施方案中，朝向内部的玻璃层比朝向内部的玻璃层薄。在一些实施方案中，朝向外部的玻璃层：朝向内部的玻璃层的厚度比为、约为、小于、小于约、至多为、至多约为、大于、大于约、至少为、或至少约为1：10、1：5、1：2、1：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1、10：1、12：1、15：1、20：1、40：1，或其间数值的任何范围。
粘合剂中间层
粘合剂中间层可以位于朝向外部的玻璃层和朝向内部的玻璃层之间。在一些实施方案中，粘合剂中间层包含中间层材料。在一些实施方案中，中间层材料包括粘合剂。在一些实施方案中，粘合剂包括聚乙烯醚(PVE)。在一些实施方案中，粘合剂中间层包含多个层。
在一些实施方案中，粘合剂中间层具有能量吸收性能。在一些实施方案中，中间层材料具有能量吸收性能。在一些实施方案中，中间层材料具有车辆的正常操作条件区域之外的玻璃转化温度(Tg)。在一些实施方案中，中间层材料可以防止常规汽车玻璃中典型的脆弱性。选择具有高能量吸收的中间层材料可有助于限制由钝的和尖锐的冲击导致的破裂。冲击能量必须通过弯曲和破裂(以及热和声)的组合来耗散以避免损坏玻璃层。因此，中间层吸收的能量越多，转移到朝向外部和朝向内部的玻璃层的能量就越少。此外，低的玻璃转化温度(Tg)将有助于玻璃的性能在所有驾驶环境中一致。在Tg以上，中间层是柔韧的，而在Tg以下，它变得易碎且较不能够耗散冲击能量。然而，典型的车辆在低于传统中间层材料的Tg下花费平均10％英里来行驶。因此，低Tg中间层解决方案将确保性能在所有操作温度下是一致的且在寒冷天气下不具有额外的破坏。在一些实施方案中，粘合剂中间层具有约、约为、至少、至少约、至多、或至多约1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、15℃或20℃或其间数值的任何范围的玻璃转化温度。
此外，玻璃层上的装饰将弱点引入玻璃叠层中。例如，用于汽车玻璃叠层边缘上的黑色釉料在玻璃表面上产生削弱叠层的应力。为了去除该应力并产生更耐用的玻璃叠层，可将装饰添加至粘合剂中间层中。在一些实施方案中，中间层材料包括装饰。在一些实施方案中，装饰被印刷在粘合剂中间层上。
附加层和元件
多层玻璃叠层可以包括集成到多层玻璃叠层中的附加层和/或元件。在一些实施方案中，多层玻璃叠层还包括或至少包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个附加层，或其间数值的任何范围。在一些实施方案中，所述附加层是附加的中间层。在一些实施方案中，所述至少一个附加层选自玻璃层、粘合剂层、光吸收层、光反射层、声学阻尼层及其组合。在一些实施方案中，光吸收层包括着色材料。在一些实施方案中，多层玻璃叠层还包括或至少包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个元件，或其间数值的任何范围。在一些实施方案中，多层玻璃叠层还包括选自摄像机、传感器、加热元件、波导、内耦合光学元件、外耦合光学元件、光注入装置及其组合的元件。在一些实施方案中，元件定位或设置在朝向外部的层、朝向内部的层上或上方，或在朝向外部的层和朝向内部的层之间。
在一些实施方案中，元件是摄像机。在一些实施方案中，多层玻璃叠层包括摄像机观察区域。在一些实施方案中，摄像机观察区域具有为、约为、至多、或至多约1mdpt、5mdpt、10mdpt、50mdpt、75mdpt、100mdpt、125mdpt、150mdpt、175mdpt、200mdpt、225mdpt、250mdpt、275mdpt、300mdpt、325mdpt、350mdpt、400mdpt、500mdpt、600mdpt、700mdpt、800mdpt或1000mdpt的，或其间数值的任何范围的光学畸变(例如，以毫屈光度-mdpt计的平均光学畸变)。在一些实施方案中，摄像机观察区域的尺寸为、为约、至多为、至多为约、至少为或至少为约0.1cm2、0.5cm2、1cm2、2cm2、3cm2、4cm2、7cm2、8cm2、9cm2、10cm2、15cm2、20cm2、25cm2、30cm2、40cm2、50cm2、60cm2、cm2、80cm2、100cm2、cm2、125cm2、cm2、150cm2、200cm2、250cm2、300cm2、400cm2、500cm2、600cm2、700cm2、800cm2或1000cm2，或其间数值的任何范围。
方法
还描述了一种制造多层玻璃叠层的方法。在一些实施方案中，形成朝向外部的玻璃层。在一些实施方案中，形成朝向内部的玻璃层。在一些实施方案中，形成粘合剂中间层。在一些实施方案中，将粘合剂中间层定位于所述朝向外部的玻璃层和朝向内部的玻璃层之间以形成多层玻璃叠层。
实施例
具有不同玻璃组成的多层玻璃叠层的性能是使用金刚石掉落测试来进行实验性测量的，其中称重的金刚石从不同高度坠落，以计算导致破坏的冲击能量。这些测量的结果如下所示。
实施例1
图4是显示包含用作朝向外部的玻璃层的厚度大致相同(分别为3.3mm和3.2mm)的硅酸盐玻璃(圆形标记)和苏打石灰玻璃(三角形标记)的多层玻璃叠层之间的不可靠度差异的线图。图4显示，当被具有1.4J的冲击能量的抛射体撞击时，苏打石灰叠层具有10％的故障机会，而当被具有3.9J的高得多的冲击能量的抛射体撞击时，硼硅酸盐叠层具有相同的10％的故障机会。因此，具有外部硼硅酸盐玻璃层的玻璃叠层能够比具有苏打石灰外部玻璃层的玻璃叠层承受更大的抛射体冲击。
实施例2：朝向内部的玻璃层
图5是显示包括不同厚度的朝向内部的玻璃层的多层玻璃叠层之间对冲击性能的不可靠度差异的线图。图5证实，具有较薄的朝向内部的玻璃层的多层玻璃叠层在被抛射体撞击时产生改进的性能。因此，具有较薄的朝向内部的玻璃层的玻璃叠层能够比具有较厚的朝向内部的玻璃层的玻璃叠层承受更大的抛射体冲击。
实施例3：粘合剂中间层
图6是显示包括具有不同Tg和能量吸收性能的不同粘合剂中间层的多层玻璃叠层之间的不可靠度差异的线图。图6证实，包括具有较低Tg和较高吸收性能的粘合剂中间层的多层玻璃叠层在受到抛射体撞击时产生改进的性能。因此，具有较低Tg和较高吸收性能的粘合剂中间层的玻璃叠层能够比具有较高Tg和较低吸收性能的粘合剂中间层的玻璃叠层承受更大的抛射体冲击。
虽然已经描述了某些实施方案，但是这些实施方案仅以示例的方式呈现，并且不旨在限制本公开的范围。实际上，本文描述的新颖的方法和系统可以各种其他形式实施。此外，在不违背本公开的精神的情况下，可以对本文描述的系统和方法进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在涵盖落入本公开的范围和精神内的这些形式或修改。
结合特定方面、实施方案或实施例描述的特征、材料、特性或群组应理解为适用于在本部分或本说明书中其它地方描述的任何其它方面、实施方案或实施例，除非与其不相容。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如所公开的任何方法或过程的所有步骤可以任何组合来结合，除了组合中至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥。该保护不限于任何前述实施例的细节。该保护扩展到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖特征或任何新颖组合，或者扩展到如本所公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖步骤或任何新颖组合。
此外，本公开中描述的在单独实施的背景下的某些特征也可以在单个实施中组合实现。相反，本文描述的在单个实施的背景下的各种特征也可以在多个实施中单独地或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管上述特征可在某些组合物起作用，但是在一些情况下，来自要求保护的组合的一个或多个特征可以从该组合中去除，并且所要求的组合可作为子组合或子组合的变体。
此外，尽管可以特定顺序在附图中描绘或在说明书中描述操作，但是这样的操作不需要以所示的特定顺序或按顺序执行，或者不需要执行所有操作来实现期望的结果。未被描绘或描述的其它操作可并入示例方法和过程中。例如，可以在任何所述操作之前、之后、同时或之间执行一个或多个其他的操作。此外，在其它实施中，操作可被重新排列或重新排序。本领域技术人员将理解，在一些实施例中，所阐明和/或所公开的过程中采取的实际步骤可以与附图中所示的那些步骤不同。根据实施方案，可以去除上述的某些步骤，而可以添加其它步骤。此外，以上公开的特定实施方案的特征和属性可以不同方式组合以形成另外的实施方案，所有这些均落入本公开的范围内。此外，上述实施中的各种系统组件的分离不应被理解为所有实施均需要这种分离，并且应当理解，所描述的组件和系统通常可以被一起集成在单个产品中或封装到多个产品中。例如，用于本文所述的能量存储系统的任何部件可以单独或一起集成(例如，封装在一起，或连接在一起)提供以形成能量存储系统。
出于本公开的目的，本文描述了某些方面、优势和新颖特征。根据任何特定实施方案，不必实现所有这些优势。因此，例如，本领域技术人员将认识到本公开可以实现或优化如本文所教导的一个或一组优势而不必实现如本文所教导或启示的其它目的或优势的方式来实施或进行。
除非另外特别说明，或者在所使用的上下文中另有理解，条件性语言(例如“可以”、“能够”、“可能”或“可”)通常旨在表达某些实施方案包括而其它实施方案不包括的某些特征、元件和/或步骤。因此，此类条件性语言通常不旨在暗示一个或多个实施方案以任何方式需要特征、元件和/或步骤，或者一个或多个实施方案必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定任何特定实施方案中是否包括或执行这些特征、元件和/或步骤的逻辑。
除非另外明确说明，连接语例如短语“X、Y和Z中的至少一个”在上下文中应理解为一般用于表达项目、术语等可以是X、Y和Z。因此，这样的连接语一般不旨在暗示某些实施方案需要至少一个X、至少一个Y和至少一个的存在。
本文使用的程度语言，例如本文所用术语“大约”、“约”、“一般”和“基本上”表示接近所述值、量或特性的值、量或特性，其仍然执行期望的功能或实现期望的结果。例如，根据期望的功能或期望的结果，术语“大约、“约”、“一般”和“基本上”可指在所述量的小于10％内、小于5％内、小于1％内、小于0.1％内和小于0.01％内的量。
本文件中包含的标题(如果有的话)仅是为了方便并且不一点影响本文公开的装置和方法的范围或含义。
本公开的范围不旨在受本部分或本说明书中其他地方的优选实施方案的具体公开的限制，并且可以由本部分或本说明书中其他地方提出的或将来提出的权利要求书来限定。权利要求书的语言应基于权利要求书采用的语言进行广义地解释，且不限于本说明书中或在申请的过程中所描述的示例，所述示例应解释为非排他性的。

Claims (29)

1.一种用于车辆挡风玻璃的多层玻璃叠层，其包含：
包含硼硅酸盐的朝向外部的玻璃层；
朝向内部的玻璃层；以及
位于所述朝向外部的玻璃层和朝向内部的玻璃层之间的粘合剂中间层，其中所述粘合剂中间层包含粘合剂，其中所述多层玻璃叠层是车辆挡风玻璃，且成形为适合于车辆挡风玻璃框架。
2.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述多层玻璃叠层具有约7.5kg/m2至约10kg/m2的面密度。
3.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述多层玻璃叠层在2J的冲击下具有至多10％的故障机会。
4.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述车辆挡风玻璃选自前挡风玻璃、侧挡风玻璃、后挡风玻璃、顶挡风玻璃及其组合。
5.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述朝向外部的玻璃层在2J冲击下具有至多10％的故障机会。
6.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述朝向外部的玻璃层具有约2mm至约5mm的厚度。
7.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述朝向外部的玻璃层是所述多层玻璃叠层的最外层。
8.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述朝向外部的玻璃层是抗碎的或防碎的。
9.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述朝向外部的玻璃层对裂纹形成和裂纹扩展有抗性。
10.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述朝向外部的玻璃层不包括苏打石灰玻璃。
11.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述朝向内部的玻璃层包含选自铝硅酸盐、钢化玻璃及其组合的材料。
12.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述朝向内部的玻璃层具有约0.5mm至约1.1mm的厚度。
13.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述朝向内部的玻璃层是所述多层玻璃叠层的最外层。
14.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述朝向外部的玻璃层：朝向内部的玻璃层的厚度比为大于1：1。
15.根据权利要求14所述的多层玻璃叠层，其中所述朝向外部的玻璃层：朝向内部的玻璃层的厚度比为大于1：1至约10：1。
16.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述粘合剂中间层具有能量吸收性能。
17.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述粘合剂中间层具有约6℃至约10℃的玻璃转化温度。
18.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述粘合剂中间层包括多个层。
19.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述粘合剂包括聚乙烯醚(PVE)。
20.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其还包括至少一个附加层，其中所述至少一个附加层选自光吸收层、光反射层、声学阻尼层及其组合。
21.根据权利要求20所述的多层玻璃叠层，其中所述至少一个附加层包含光吸收层，并且所述光吸收层包含着色材料。
22.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其还包含元件，所述元件选自摄像机、传感器、加热元件、波导、内耦合光学元件、外耦合光学元件、光注入装置及其组合。
23.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述车辆挡风玻璃具有曲线形状。
24.根据权利要求1所述的多层玻璃叠层，其中所述车辆挡风玻璃被配置为破碎成小片。
25.一种车辆，其包含车架和根据权利要求1所述的多层玻璃叠层。
26.根据权利要求25所述的车辆，其中所述车辆还包含电动机。
27.根据权利要求25所述的车辆，其中所述车辆还包含定位成朝向所述多层玻璃叠层的所述朝向内部的玻璃层的摄像机。
28.根据权利要求27所述的车辆，其中所述多层玻璃叠层还包含摄像机观察区域，其中所述摄像机被定位成通过所述多层玻璃叠层的摄像机观察区域进行观察，并且所述摄像机观察区域具有小于约250毫屈光度的光学畸变。
29.一种制造多层玻璃叠层的方法，其包括：
形成包含硼硅酸盐的朝向外部的玻璃层；
形成朝向内部的玻璃层；
形成包含粘合剂的粘合剂中间层；和
将所述粘合剂中间层定位于所述朝向外部的玻璃层与朝向内部的玻璃层之间以形成多层玻璃叠层。
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