CN117120259A - 层压窗 - Google Patents

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CN117120259A
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D·E·金曼
A·J·戈克
D·N·梅默林
P·F·马舍林
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Abstract

系统中的窗可具有内窗层和外窗层。该内窗层和该外窗层可由模制玻璃板形成。该内窗层可具有通过将第一玻璃板抵靠具有凹表面的模具模制而形成的模制凸表面。该内窗层可具有相对的非模制表面，该非模制表面在模制操作期间不接触该模具并且比该模制凸表面更光滑。该外窗层可具有通过将第二玻璃板抵靠具有凸表面的模具模制而形成的模制凹表面。该外窗层可具有相对的非模制表面，该非模制表面在模制操作期间不被该模具接触并且比该模制凸表面更光滑。聚合物层可将该内窗层和该外窗层接合并且它们的模制表面面对彼此。

Description

层压窗
本专利申请要求于2021年4月8日提交的美国临时专利申请号63/172,317的优先权，该美国临时专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本文整体涉及使光穿过的结构，并且更具体地涉及窗。
背景技术
窗用于建筑物和车辆中。窗可由玻璃或其他透明材料形成。
发明内容
诸如建筑物或车辆的系统可具有窗。窗可包括通过用聚合物层将内窗层和外窗层附接在一起而形成的层压窗。
窗中的内窗层和外窗层可由模制玻璃板形成。内窗层可具有通过将第一玻璃板抵靠具有凹表面的模具模制而形成的模制凸表面。模制工艺可形成纹理化表面。
聚合物层可将内窗层和外窗层接合。聚合物层的折射率可与模制玻璃板的折射率匹配，以减少反射并防止由于纹理化表面中的粗糙度引起的光散射。可将光学部件层任选地嵌入聚合物层中。
附图说明
图1是根据实施方案的具有窗的例示性系统的横截面视图。
图2、图3、图4和图5是根据实施方案的例示性窗玻璃制造设备的横截面侧视图。
图6是根据实施方案的可用于处理具有配合模制表面的玻璃层的类型的窗玻璃处理设备的侧视图。
图7是根据实施方案的用于由图6所示类型的玻璃层形成层压窗的例示性层压设备的侧视图。
具体实施方式
系统可设置有窗。例如，车辆或其他系统可具有玻璃窗。层压玻璃窗可通过用粘合剂将两个或更多个玻璃层附接在一起而形成。在一些构型中，玻璃层可在层压之前被模制以形成弯曲形状。
使用窗的系统可以是建筑物、车辆或其他合适的系统。系统是车辆诸如汽车的例示性构型有时可在本文中作为示例描述。这仅为例示性的。窗可形成在任何合适的系统中。
图1示出了可包括窗的类型的例示性系统。系统10可以是车辆、建筑物或其他类型的系统。在例示性构型中，系统10是车辆。如图1所示，系统10可具有诸如主体12的支撑结构。主体12可以是包括车门、行李箱结构、发动机罩、侧车身面板、车顶和/或其他车身结构的车身。主体12可被构造成围绕并封闭内部区域18。系统10可包括安装有车轮的底盘，可包括推进和转向系统，并且可包括其他车辆系统。在主体12的内部区域18中可形成座椅。窗14(其可以是车窗)以及主体12的部分可用于将系统10的内部区域18与围绕系统10的外部环境(外部区域16)分开。
诸如窗14的窗可联接到主体12并且可被构造成覆盖主体12中的开口。如果需要，可使用电动窗定位器来打开和关闭窗14。系统10中的窗(诸如窗14)可包括位于车辆前部的安装在主体12的开口内的前窗、在车辆顶部的一些或全部上延伸的天窗(遮阳窗)或其他窗、位于车辆后部上的后窗和/或位于车辆侧部上的侧窗。窗14可以是平坦的(例如，窗14可位于图1的X-Y平面上)，或者窗14可具有一个或多个弯曲部分(例如，窗14可具有弯曲的横截面轮廓，并且可被取向成大致平行于X-Y平面，使得窗14的凸表面在图1的方向Z上面向外)。系统10中的每个窗14的面积可为至少0.1m2、至少0.5m2、至少1m2、至少5m2、至少10m2、小于20m2、小于10m2、小于5m2或小于1.5m2(作为示例)。
系统10可包括控制电路和输入输出设备。系统10中的控制电路可包括一个或多个处理器(例如，微处理器、微控制器、专用集成电路等)和存储装置(例如，易失性和/或非易失性存储器)。系统10中的输入输出设备可包括显示器、传感器、按钮、发光二极管和其他发光设备、触觉设备、扬声器和/或用于提供输出和/或用于收集环境测量结果和/或用户输入的其他设备。传感器可包括环境光传感器、触摸传感器、力传感器、接近传感器、光学传感器、电容传感器、电阻传感器、超声传感器、麦克风、三维和/或二维图像传感器、射频传感器和/或其他传感器。输出设备可用于向用户提供触觉输出、音频输出、视觉输出(例如，所显示内容、光等)和/或其他合适的输出。在操作期间，系统10中的控制电路可从传感器和/或其他输入输出设备收集用户输入、环境信息和其他信息，并且可基于该收集的信息来控制系统10中的可调节部件。
窗14可由一层或多层透明玻璃、透光聚合物(例如，聚碳酸酯、丙烯酸树脂等)、聚合物粘合剂和/或其他层形成。例如，窗14可由用粘合剂层压在一起的两个玻璃层或三个玻璃层形成。玻璃层可经受化学或热回火(例如，以在玻璃层的表面上形成压缩应力)。在图1的例示性构型中，窗14由外窗层20和内窗层24(例如，外和内结构化玻璃层和/或其他透明材料层)形成。层20和24的厚度可为例如0.5mm至3mm、至少0.3mm、至少0.5mm、至少4mm、小于3mm或其他合适的厚度。外层20和内层24可使用聚合物层诸如插入的粘合剂层22(例如，一个表面粘合到外窗层20的面向内的表面并且相对表面粘合到内窗层24的面向外的表面的粘合剂层)层压在一起。粘合剂层22可具有与层20和24的折射率匹配(例如，在0.1以内、在0.07以内、在0.05以内或在0.03以内)的折射率。可用于形成粘合剂层22的聚合物的示例包括热塑性聚氨酯、乙烯-乙酸乙烯酯和聚乙烯醇缩丁醛。如果需要，层22可包括被构造成提供声音衰减的聚合物(例如，软的聚乙烯醇缩丁醛子层或嵌入层22内的其他声学膜)。
外窗层20可由单层结构化窗玻璃形成，或者可包括多个子层，诸如一层或多层玻璃、透光粘合剂和/或聚合物膜。内窗层24可类似地由单层结构化窗玻璃形成，或者可包括多个子层，诸如一层或多层玻璃、透光粘合剂和/或聚合物膜。在本示例中，层20和24是由模制平板玻璃形成的玻璃层。
如果需要，可将任选的固定和/或可调节光学部件结合到窗14中。如图1所示，例如，可将一个或多个光学部件诸如光学层28结合到窗14中(例如，可将一个或多个层诸如层28嵌入粘合剂层22中)。每个层28可以是提供固定和/或可调节量的不透明度、偏振、反射、色偏、雾度和/或其他光学特性的固定和/或可调节光学层。在例示性构型中，层28可以是从光源26接收光的光导。作为示例，光源26可提供通过全内反射被引导穿过光导内的窗14的可见光。光散射结构可设置在窗14中以从光导提取一些引导光(例如，向内以产生对内部区域18的照明和/或向外)。还可使用包括被照亮的光导和/或一个或多个附加的固定和/或可调节光学层的窗14的布置。省略了光学部件诸如图1的光学部件层28的窗14的构型有时可作为示例在本文中描述。
系统10中的窗可以是完全平面的(例如，窗14的内表面和外表面可以是平坦的)和/或系统10中的一些或全部窗可具有表面曲率。每个窗的内表面和外表面可例如具有复合曲率(例如通过沿着图1的X和Y方向截取的弯曲截面轮廓来表征的不可展表面)和/或可具有可展表面(可被展平而无变形的具有零高斯曲率的表面)。可通过加热玻璃直到玻璃足够软以能够模制来形成弯曲窗形状。如果需要，加热的窗玻璃可在重力作用下至少部分地成形。为了获得期望的弯曲窗形状，可在模制窗的内部结构和外部结构时使用附加力，诸如来自模具的压力。
作为示例，考虑图2、图3、图4和图5中所示的例示性玻璃模制操作。在玻璃模制操作期间，可使用模制设备将平板玻璃片模制成具有弯曲横截面轮廓的形状。平坦的玻璃片(例如，钠钙硅玻璃料的片)可被模制成期望的形状以形成外窗层(诸如图1的外窗层20)和内窗层(诸如图1的内窗层24)。这些模制的窗层可通过弯曲的横截面轮廓来表征，并且可具有没有复合曲率的表面(例如，窗层可仅具有可展表面)，可具有没有可展表面区域的表面(例如，窗层可具有仅有复合曲率的表面)，和/或可具有通过可展表面来表征的一个或多个区域和通过复合曲率来表征的一个或多个区域。
如图2所示，可在模制设备52的炉50内加热用于形成内窗层24的平坦玻璃层。设备52可包括具有期望的弯曲形状的模具，诸如模具54。模具54可由能够承受高温的材料诸如石墨形成。可通过模具54中的开口和/或通过多孔模具材料(例如，多孔石墨)施加真空压力。当用炉50施加热时，层24的玻璃将软化。
在用热软化层24之后，层24可在重力作用下下垂以形成图3的部分变形形状。可随后如图4的箭头56所示向层24的面向模具的表面施加真空。所施加的真空将层24向下拉靠在模具54的弯曲表面上，从而将玻璃层24形成为其期望的形状。
该过程得到内窗层24的通过凸形面向外的表面(表面58)来表征的形状。由于层24的凸模制表面与模具54的相对凹表面之间的接触(例如，由于压印到模制表面中的凹模具表面上的粗糙度)，表面58上可能存在表面纹理(粗糙度)。
外窗层20可使用具有凸表面的模具形成。如图5所示，例如，可将外窗层20(例如，一层平板玻璃)放置在模制设备52'的炉50'中并抵靠模具54'模制。层20初始在炉50'中加热以软化层20。重力可导致层20的被软化的玻璃下垂，如结合图3的设备52中的层24所述。可随后通过向层20施加真空56'而抵靠模具54'的暴露凸表面来模制层20。模具54'可由多孔材料诸如多孔石墨形成和/或可具有真空开口以帮助允许真空56'将层20拉到模具54'的暴露凸表面上。由真空施加的压力使层20的凹表面60呈现模具54'的形状，从而使玻璃层20形成期望的最终形状。与接触模具54的层24的表面(表面58)一样，由于凹表面60与模具54'的对应凸粗糙暴露表面之间的接触，层20的表面60可以是粗糙的。
图5的模具54'的凸表面的形状可与图4的模具54的凹表面的形状匹配。因此，外层20的凹表面60将与内窗层24的对应凸表面58配合，如图6所示。凹表面60是由于与图5的模具54'接触而具有模制表面粗糙度的模制表面。相对表面61是不压靠模具的非模制表面，因此通过比模制表面60更小的表面粗糙度来表征。凸表面58是由于与图4的模具54接触而具有模制表面粗糙度的模制表面。相对表面59是通过比模制表面58更小的表面粗糙度来表征的非模制表面。(尽管有时在使用在模制玻璃层的匹配的凹侧和凸侧上形成模制粗糙表面58和60的模具的上下文中进行描述，但应当理解，在形成具有粗糙表面的层20和24时，可使用其他玻璃成形工艺，诸如压弯。)
为了制备用于层压的窗层20和24，可使用加工设备62来修整层20和24的边缘并且可任选地处理表面58和60。作为示例，设备62可包括切割工具64。工具64可以是具有电控定位器的计算机控制的切割器，诸如激光切割器、研磨工具或水射流切割器。可控制这些定位器以围绕层20的周边并围绕层24的周边形成切口66(例如，形成窗14的期望轮廓的周边切口)。作为示例，窗14的轮廓可以是矩形、三角形、椭圆形、圆形等，可具有直的和/或弯曲的边缘段，和/或可具有其他合适的轮廓形状。
如果需要，工具68可任选地用于施加化学蚀刻剂(例如，通过化学蚀刻表面58和/或表面60来化学处理表面58和/或表面60，由此提高光滑度)，工具68可用于机械抛光表面58和/或表面60(例如，通过在表面58和/或60上移动抛光头)，和/或工具68可使用化学和机械抛光技术的组合来帮助降低表面粗糙度。化学蚀刻剂的使用(以及，如果需要的话，抛光的使用)可帮助加宽原本可能保留在表面58和60中的微裂纹。通过加宽表面58和60中的裂纹(例如，通过使用化学蚀刻剂来化学蚀刻表面58和60)，这些裂纹可变得足够大以在后续的层压操作期间接收聚合物(例如，粘合剂22和/或其他聚合物、后续固化的液体聚合物、热塑性聚氨酯、乙烯-乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛和/或其他聚合物材料)(例如，可通过化学蚀刻表面58和60以打开裂纹来减少截留的气泡或其他空隙，否则当将聚合物施加到表面58和60时，这些裂纹可能足够窄以促进空隙形成)。
如果需要，可避免使用诸如工具68的表面处理工具(例如，以帮助降低工艺复杂性)。
用于模制层20和24的模制工艺可引入1％-7％、5％-9％、小于10％、小于8％、小于5％、至少2％、至少4％、至少6％的表面变形或其他表面变形。在模制期间，表面58和60与模具54和54'的对应表面之间的接触可向表面58和60引入表面粗糙度。例如，诸如表面58和60的模制粗糙表面可通过约100nm Ra(例如，至少10nm Ra、至少20nm Ra、至少40nm Ra、至少80nm Ra或至少160nm Ra、小于1000nm Ra、小于500nm Ra、小于250nmRa、小于140nm Ra、小于70nm Ra、25nm Ra-400nm Ra、50nm Ra-200nm Ra或其他表面粗糙度值)的粗糙度值来表征。诸如这些的粗糙表面可能由于来自表面特征的光散射而在窗14中形成不期望的雾度。
粘合剂层22的厚度和折射率可被构造成令人满意地将层20和24附接在一起，同时消除或至少减小由于层20和24的表面粗糙度而导致的窗14中的雾度(例如，雾度值低于2％、低于1％或低于0.5％)。图7显示了当使用加工设备62中的层压设备(例如，真空层压设备)将层20和24层压在一起时，如何在层20和24之间形成粘合剂层22。如图7所示，可在表面58和60之间分配液体粘合剂，并且可通过设备62施加压力(例如，通过使用层压模具70在方向72上将层20和24压在一起)。可通过施加热、光(例如，紫外光)、催化剂等来固化形成层22的液体聚合物。
为了避免由于与表面58和60相关联的模制表面粗糙度而导致的不期望的光散射，层22的厚度可足以将表面58和60的玻璃分开，使其不彼此直接接触，并且层22的折射率可与层20和24的折射率匹配。例如，层22的厚度可以是0.076mm、至少0.030mm、小于0.14mm、0.03mm-0.1mm等，并且层22的折射率可与层20和24的折射率在0.2以内、0.1内以或0.05以内匹配。
层20和24的折射率可以是约1.4-1.5。例如，层20和层24可各自具有至少1.3、至少1.35、至少1.4、至少1.45、小于1.6、小于1.5、小于1.45、1.35-1.55、1.4-1.5、1.4-1.5、1.45-1.55、1.4-1.6、1.3-1.6、1.35-1.55的折射率值或其他合适的折射率值。层20和24可具有相同的折射率值，或者层20和24的折射率值可以不同。在例示性构型中，层20和24共享共同折射率值。为了帮助避免层22和层24之间的界面处的光反射以及帮助避免层20和层22之间的界面处的光反射以及帮助避免由于表面58和60的模制表面粗糙度引起的光散射导致的雾度，层22的折射率可与层20和24的折射率在0.2以内、0.15以内、0.1以内、0.05以内或以其他合适的匹配量匹配。紧密匹配的折射率值(例如，其中层22的折射率高于或低于层20和24的折射率小于0.1或小于0.05的值)可表现出比不太紧密匹配的折射率值(例如，其中层22的折射率比层20和24的折射率大或小至少0.1的值)更小的光反射。然而，一般来讲，可对层22的聚合物使用任何合适的折射率值。
如果需要，可将一个或多个光学部件层诸如图1的层28嵌入层22中。在形成图7的窗14之后，可将窗14安装在主体12的开口中(参见例如图1)。
根据一个实施方案，提供了一种系统，该系统包括：主体；并且主体中的窗包括：内窗层，该内窗层具有带模制表面粗糙度的凸表面；外窗层，该外窗层具有带模制表面粗糙度的凹表面；以及位于凹表面与凸表面之间的聚合物，该聚合物附接内窗层和外窗层。
根据另一个实施方案，内窗层是玻璃车窗层。
根据另一个实施方案，外窗层是玻璃车窗层。
根据另一个实施方案，凸表面和凹表面各自通过50nm Ra-150nm Ra的表面粗糙度来表征。
根据另一个实施方案，聚合物包括选自由以下组成的组的聚合物：热塑性聚氨酯、乙烯-乙酸乙烯酯和聚乙烯醇缩丁醛。
根据另一个实施方案，内窗层具有与凸表面相对的非模制表面，并且外窗层具有与凹表面相对的非模制表面。
根据另一个实施方案，与凸表面相对的非模制表面具有比凸表面小的表面粗糙度，并且与凹表面相对的非模制表面具有比凹表面小的表面粗糙度。
根据另一个实施方案，外窗层具有采用复合曲率的表面。
根据另一个实施方案，系统包括嵌入聚合物中的光学部件层。
根据另一个实施方案，内窗层是玻璃层，外窗层是玻璃层，并且玻璃具有1.35-1.55的折射率值。
根据另一个实施方案，聚合物具有与玻璃的折射率值相差小于0.1的折射率。
根据一个实施方案，提供了一种车辆，该车辆包括：车身；以及车窗，该车窗被构造成覆盖车身中的开口，该车窗具有通过聚合物层彼此附接的第一结构化窗层和第二结构化窗层，第一结构化窗层具有模制粗糙表面和非模制粗糙表面，第二结构化窗层具有模制粗糙表面和非模制粗糙表面，并且第一结构化窗层的模制粗糙表面面向第二结构化窗层的非模制粗糙表面。
根据另一个实施方案，第一结构化窗的模制粗糙表面是凸形的，并且第二结构化窗层的模制粗糙表面是凹形的。
根据另一个实施方案，模制粗糙表面通过50nm Ra至200nm Ra的表面粗糙度来表征。
根据另一个实施方案，物层包括选自由以下组成的组的聚合物层：热塑性聚氨酯聚合物层、乙烯-乙酸乙烯酯聚合物层和聚乙烯醇缩丁醛聚合物层。
根据另一个实施方案，车辆包括嵌入聚合物层中的光学部件层。
根据一个实施方案，提供了一种车窗，该车窗包括：内玻璃层和外玻璃层，内玻璃层具有相对的第一表面和第二表面，外玻璃层具有相对的第三表面和第四表面，第一表面具有50nm Ra至200nm Ra的表面粗糙度，并且第三表面具有50nm Ra至200nm Ra的表面粗糙度；以及位于内玻璃层与外玻璃层之间的聚合物，该聚合物附接到第一表面并附接到第三表面。
根据另一个实施方案，内玻璃层具有弯曲的横截面轮廓，并且外玻璃层具有弯曲的横截面轮廓。
根据另一个实施方案，第一表面包括模制表面，第二表面包括非模制表面，第三表面包括模制表面，并且第四表面包括非模制表面。
根据另一个实施方案，内玻璃层和外玻璃层具有介于1.35和1.55之间的共同折射率值，聚合物层具有在该折射率值的0.1以内的折射率，第一表面的至少一部分是凸形的，并且第三表面的至少一部分是凹形的。
前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
主体；以及
窗，所述窗位于所述主体中并且包括：
内窗层，所述内窗层具有带模制表面粗糙度的凸表面；
外窗层，所述外窗层具有带模制表面粗糙度的凹表面；以及
位于所述凹表面与所述凸表面之间的聚合物，所述聚合物附接所述内窗层和所述外窗层。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述内窗层是玻璃车窗层。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述外窗层是玻璃车窗层。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述凸表面和所述凹表面各自通过50nm Ra-150nmRa的表面粗糙度来表征。
5.根据权利要求4所述的体系，其中所述聚合物包括选自由以下组成的组的聚合物：热塑性聚氨酯、乙烯-乙酸乙烯酯和聚乙烯醇缩丁醛。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述内窗层具有与所述凸表面相对的非模制表面，并且其中所述外窗层具有与所述凹表面相对的非模制表面。
7.根据权利要求6所述的系统，其中与所述凸表面相对的所述非模制表面具有比所述凸表面小的表面粗糙度，并且其中与所述凹表面相对的所述非模制表面具有比所述凹表面小的表面粗糙度。
8.根据权利要求3所述的系统，其中所述外窗层具有采用复合曲率的表面。
9.根据权利要求1所述的系统，还包括嵌入所述聚合物中的光学部件层。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述内窗层是玻璃层，其中所述外窗层是玻璃层，并且其中所述玻璃具有1.35-1.55的折射率值。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述聚合物具有与所述玻璃的折射率值相差小于0.1的折射率。
12.一种车辆，包括：
车身；以及
车窗，所述车窗被构造成覆盖所述车身中的开口，其中所述车窗具有通过聚合物层彼此附接的第一结构化窗层和第二结构化窗层，其中所述第一结构化窗层具有模制粗糙表面和非模制粗糙表面，其中所述第二结构化窗层具有模制粗糙表面和非模制粗糙表面，并且其中所述第一结构化窗层的所述模制粗糙表面面向所述第二结构化窗层的所述非模制粗糙表面。
13.根据权利要求12所述的车辆，其中所述第一结构化窗的所述模制粗糙表面是凸形的，并且其中所述第二结构化窗层的所述模制粗糙表面是凹形的。
14.根据权利要求13所述的车辆，其中所述模制粗糙表面通过50nm Ra至200nm Ra的表面粗糙度来表征。
15.根据权利要求14所述的车辆，其中所述聚合物层包括选自由以下组成的组的聚合物层：热塑性聚氨酯聚合物层、乙烯-乙酸乙烯酯聚合物层和聚乙烯醇缩丁醛聚合物层。
16.根据权利要求15所述的车辆，还包括嵌入所述聚合物层中的光学部件层。
17.一种车窗，包括：
内玻璃层和外玻璃层，其中所述内玻璃层具有相对的第一表面和第二表面，其中所述外玻璃层具有相对的第三表面和第四表面，其中所述第一表面具有50nm Ra至200nm Ra的表面粗糙度，并且其中所述第三表面具有50nm Ra至200nm Ra的表面粗糙度；以及
位于所述内玻璃层与所述外玻璃层之间的聚合物，所述聚合物附接到所述第一表面并附接到所述第三表面。
18.根据权利要求17所述的车窗，其中所述内玻璃层具有弯曲的横截面轮廓，并且其中所述外玻璃层具有弯曲的横截面轮廓。
19.根据权利要求18所述的车窗，其中所述第一表面包括模制表面，其中所述第二表面包括非模制表面，其中所述第三表面包括模制表面，并且其中所述第四表面包括非模制表面。
20.根据权利要求19所述的车窗，其中所述内玻璃层和所述外玻璃层具有介于1.35和1.55之间的共同折射率值，其中所述聚合物层具有在所述折射率值的0.1以内的折射率，其中所述第一表面的至少一部分是凸形的，并且其中所述第三表面的至少一部分是凹形的。
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