KR20220151646A - 비대칭 적층 글레이징 - Google Patents

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KR20220151646A
KR20220151646A KR1020227034334A KR20227034334A KR20220151646A KR 20220151646 A KR20220151646 A KR 20220151646A KR 1020227034334 A KR1020227034334 A KR 1020227034334A KR 20227034334 A KR20227034334 A KR 20227034334A KR 20220151646 A KR20220151646 A KR 20220151646A
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제랄드 메르씨에
장-필립 부르
시몽 데프레이타
띠보 라뻰느
띠보 라–u느
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쌩-고벵 글래스 프랑스
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Abstract

본 발명은 고분자 재료로 제조된 중간층에 의해 분리된 서로 다른 두께의 두 장의 유리시트들을 포함하는 차량용 성형 적층 글레이징에 관한 것으로, 두꺼운 유리(V1)의 두께(E1)는 1.4mm ≤ E1 ≤ 3.9mm이고, 얇은 유리(V2)의 두께(E2)는 1.1mm ≤ E2 ≤ 2.6mm이고, 고분자 재료(M)의 두께(E3)는 0.3mm ≤ E3 ≤ 1.2mm이고, 총 유리 두께(EV)는 2.5mm ≤ EV ≤ 5.7mm이고, 두께 비율(E2/E1)은 0.34 ≤ E2/E1 ≤ 0.9이다. 이 글레이징은 강성, 음향 성능 및 제조 용이성이 결합된다.

Description

비대칭 적층 글레이징
본 발명은 차량, 특히 자동차용 적층 글레이징(glazing), 특히 측면 글레이징, 즉 자동차 도어에 장착되고 도어에서 상승 또는 하강될 수 있는 글레이징에 관한 것이다.
통상적으로, 자동차 측면 글레이징은 단일체(monolithic)이고 강화된다(tempered). 침입에 대한 저항성을 향상시키기 위해, 이러한 측면 글레이징들은 유리하게는 적층될 수 있다. 측면 글레이징들이 외부 충격(특히 침입의 경우 및 선택적으로 돌에 맞았을 때) 또는 내부 충격(적층된 측면 창은 사고 및 차량 전복의 경우 탑승자를 승객실 안에 있도록 하는 것을 가능하게 하고, 탑승자가 차량에서 부분적으로 튕겨 나갈 때 영구적인 부상을 방지함) 우수한 저항성을 유지하기 위해, 적층 글레이징을 구성하는 유리 시트들은 강화되거나 반 강화된다. 적절하게 냉간 성형된 두께 1mm 미만의 매우 얇은 유리 시트를 두꺼운 유리 시트와 조립하여 적층 글레이징을 제조하는 것이 이미 제안되었다. 그러나 얇은 시트의 매우 얇은 두께로 인해 경화 처리로 고가의 화학적 템퍼링(chemical tempering)이 필요하다. 또한, 가능한 한 무게가 가볍고 두께가 표준 모노리식 창의 두께를 초과하지 않는 창을 생산하고자 한다. 또한, 이러한 적층 측면 창은 특히 고급 차량에 장착하기 위한 것이기 때문에 방음 특성과 "프레임 없는(frameless)" 도어, 즉 상부 프레임이 없는 도어에 장착될 수 있을 것으로 예상된다. 이 경우, 글레이징은 창을 올렸을 때 그 상부 에지가 도어 개구부의 상부에 이러한 목적을 위해 차체에 제공된 홈에 정확하게 맞물리도록 충분히 단단해야 한다. 실제로, 차량이 고속으로 이동할 때 차량 내부와 외부 사이의 압력 차이로 인해 충분히 단단하지 않은 창을 완전히 들어올리기가 어려울 수 있으며, 이로 인해 이 창의 상당한 변형이 발생할 수 있음이 관찰되었다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하고 합리적인 비용으로 유리 특성들에 대한 예외적인 절충값을 갖는 적층 글레이징을 얻는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 화학적 템퍼링을 사용하지 않고도 열적으로 강화될 만큼 충분히 두꺼운 유리 시트를 사용하고자 하는 바람에서 비롯된다. 이를 위해 공지 기술에서, 이들 시트들은 적어도 1mm의 두께를 가져야 한다고 여겨진다.
동일한 두께의 유리에 대해, 적층 글레이징은 모노리식 글레이징보다 낮은 휨 강성계수(flexural rigidity modulus)를 갖는다. 실제로 기계적 판 이론(plate theory)에 따르면 유리 시트의 휨 강성계수 R(가해진 굴곡력을 견디는 능력을 반영함)은 다음 공식에 따라 두께 T의 세제곱에 비례한다:
R = K(E,μ)·T3
여기서 K는 재료의 탄성계수 E와 푸아송(Poisson)계수 μ에 좌우되는 비례계수이다. 따라서 두께가 2.85~4.85mm인 모노리식 유리의 휨 강성(Rm)과 개별 유리의 두께가 1.6~2.6mm인 두 유리 적층체의 휨 강성(Rf)을 비교해보면, 모노리식 유리의 강성이 훨씬 더 크다고 알게되었다:
Rm = K·(2.85 ~ 4.85)3 >> Rf = K·[(1.6 ~ 2.6)3 + (1.6 ~ 2.6)3]
상기 Rf에 대한 공식에서, -10℃보다 높은 온도에서 항상 매우 무시할 수 있는 열가소성 중간층의 영향은 제거되었음을 주목해야 한다.
본 발명에서 비대칭 글레이징이 생성되는데, 비대칭 글레이징은 두께가 다른 두장의 유리시트, 두께 E1의 한장의 유리시트 V1과 두께 E2의 한장의 유리시트 V2를 포함하는 것을 의미하며, E1이 E2보다 더 크고, V1은 두꺼운 유리, V2는 얇은 유리를 칭한다. 일반적으로 얇은 유리는 차량의 내측에 배치되며 "내부 유리"라고 할 수 있다. 이 유리의 외부면은 차량의 내부와 대면하며 일반적으로 수직 방향으로 오목하다. 일반적으로 두꺼운 유리는 차량의 외측에 배치되며 "외부 유리"라고 할 수 있다. 이 유리의 외부면은 차량의 외측을 향하며 수직 방향으로 볼록하다.
본 발명에 따르면, 비대칭 비율은 보통이고, 0.34 ≤ E2/E1 ≤ 0.9이고 얇은 유리의 두께는 적어도 1.1mm이다. 실제로 다음과 같은 부정적인 이유 때문에 매우 얇은 유리 시트를 사용하는 것을 피한다:
- 매우 얇은 유리 시트(즉, 1mm 미만, 일반적으로 0.7 또는 0.55mm)는 매우 깨지기 쉬우며 절단, 처리, 성형 전후 세척, 선택적 화학적 템퍼링, 조립, 팔레트에 적재 등과 같은 공정에서 많은 파손이 일어나고 많은 단계들을 거쳐야 한다.
- 매우 얇은 시트(즉, 1mm 미만, 일반적으로 0.7 또는 0.55mm)로 가능한 냉간 성형은 두 가지 이유 때문에 실망스럽다: 1) 가장자리의 광학적 품질에 영향을 미치거나 또는 매우 얇은 내부 유리 시트는 글레이징 주변에서 접히는 경향이 있기 때문에 두 장의 유리 시트를 조립하는데 영향을 미쳐서 냉간 성형 기술을 사용하여 만들 수 있는 기하학적 구조의 난이도에 제한이 생기고, 2) 내부 시트의 기계적 특성을 화학적 템퍼링에 의해서 강화할 필요가 있기 때문이다.
- 매우 얇은 시트를 강화하는 데에 필요한 화학적 템퍼링 작업은 다음과 같은 이유 때문에 자동차용 제품 생산에 그다지 적합하지 않은 것으로 판명되었다: 1) 이 작업은 너무 길다. 왜냐하면 제대로 된 표면응력 수준을 얻기 위해 서로 다른 알칼리 금속염 배스(bath)에서 고온에서 여러 시간 동안 두는 것이 필요하고, 2) 화학적 템퍼링 전 또는 후에 취급 작업, 세척하는 동안 그리고 템퍼링 그 자체를 하는 동안 파손은 많고 수율은 보잘 것 없고, 3) 본질적으로 불연속적이고 중간 저장을 필요로 하는 배치식 작업(batchwise work)은 생산 작업장을 무질서하게 만든다.
따라서 본 발명은 다음 원칙들을 바탕으로 개발되었다.
1) 두께가 1.1mm 이상인 유리 시트 사용,
2) 기존의 열간 성형 방법("냉간" 성형 방법이 아님) 및 적층 방법으로 두 장의 유리시트를 성형, 및
3) 각 유리 시트를 반 강화 또는 선택적으로 강화하기 위해 공기 중에서 급속 냉각에 의한 열 강화(화학 강화가 아님)를 사용,
4) 고분자 재료로 만들어진 중간층의 두께를 고려함. 실제로, 중간층이 두꺼울수록 적층 글레이징의 강성이 더 감소한다는 것을 알게 되었다.
열간 성형이라는 표현은 변형 온도에서 유리를 열간 성형하는 것을 의미하며, 유리가 주위 온도로 복귀한 후 영구 변형된다. 따라서 이것은 유리의 탄성 영역에서 작동하는 냉간 성형이 아니다. 이 열간 성형은 유리의 유리전이온도(glass transition temperature)보다 높은 온도에서, 일반적으로 550℃보다 높은 온도에서 수행된다.
따라서, 본 발명은 첫째로 차량용 성형 적층 글레이징에 관한 것으로, 고분자 재료로 만든 중간층에 의해 분리되고 두께가 다른 두 장의 유리시트를 포함하며,
- 두꺼운 유리(V1)의 두께(E1)는 1.4 mm ≤ E1 ≤ 3.9 mm이고,
- 얇은 유리(V2)의 두께(E2)는 1.1 mm ≤ E2 ≤ 2.6 mm이고,
- 고분자 재료(M)의 두께(E3)는 0.3 mm ≤ E3 ≤ 1.2mm이고,
- 총 유리 두께(EV)는 2.5 mm ≤ EV ≤ 5.7 mm이고,
- 두께 비율(E2/E1)은 0.34 ≤ E2/E1 ≤ 0.9 인 것을 특징으로 한다.
M으로 지칭되는 고분자 재료는 일반적으로 PVB 유형(폴리비닐 부티랄)이다. 이 고분자 재료는 "음향" 유형, 즉 글레이징을 통과하는 소리를 줄이는 기능을 가질 수 있다. 음향으로 분류되기 위해서는 이러한 고분자 재료는 20℃의 온도에서 500Hz와 5000Hz 사이의 주파수에서 0.8보다 큰 tan(δ) 손실 계수와 20MPa 미만의 전단 계수(G')를 갖는 고분자 재료(일반적으로 PVB로 만들어짐)로 만든 적어도 하나의 층을 포함해야 한다. 이러한 점탄성 특성은 Metravib 01dB Metravib VA4000과 같은 점도 분석기를 사용하여 ISO 6721 표준(동적 기계적 특성의 결정)에 따른 평면 전단에 의한 측정을 통해 당업자에 의해 평가된다.
이러한 음향 고분자 재료 층은 중간층의 유일한 층일 수 있거나, 고분자 재료의 적어도 하나의 다른 층과 나란히 놓을 수 있다. 음향 특성을 갖는 중간층은 특히 적어도 3개의 PVB 층을 조립함으로써 생성될 수 있으며, 내부층이 이를 둘러싸는 2개의 다른 층보다 더 부드럽다. 일반적으로 음향 고분자 재료는 기존의 고분자 재료에 비해 적층 글레이징의 강성을 약간 떨어뜨린다. 따라서 기존의 고분자 재료는 높은 강성이 주로 기대되는 적층 글레이징에 더 적합하다. 기존의 고분자 재료는 20℃의 온도에서 500Hz와 5000Hz 사이의 주파수에서 0.4 미만의 tan(δ) 손실 계수와 100 MPa 보다 큰 전단 계수(G')를 갖는다.
0.45 ≤ E2/E1 ≤ 0.62로 우수한 강성/음향 절충값을 갖는 적층 글레이징이 특히 제공된다.
적층 글레이징이 유리를 더 포함할수록 강성이 더 좋다. 그래서 유리하게는 적층 글레이징에서 총 유리 두께 EV(EV=E1+E2)가 3mm ≤ EV ≤ 5.7mm, 또는 3.5mm ≤ EV ≤ 5.7mm이다 ("x ≤ y"는 "x가 y보다 작거나 같음"을 의미하고 "x ≥ y"는 "x가 y보다 크거나 같음"을 의미한다).
일정한 총 유리두께(일정한 EV)에서 비대칭이 증가하면 앞서 설명한 바와 같이 유리의 강성이 두께의 세제곱으로 증가한다는 사실로 인해 강성도 증가한다. 그러므로 강성이 매우 중요한 기준인 경우,
- E2/E1 ≤ 0.88, 또는 E2/E1 ≤ 0.74, 또는 E2/E1 ≤ 0.62 과
- 1.8mm ≤ E1, 또는 2.1mm ≤ E1을 결합하고,
적절한 경우, 강성을 촉진하는 앞서 언급한 총 유리 두께에 대한 선호도, 즉 3mm ≤ EV ≤ 5.7mm, 또는 3.5mm ≤ EV ≤ 5.7mm)와 조합하여 결합하고, 적절한 경우 V1과 V2 사이에 종래의 고분자 재료(일반적으로 PVB로 만들어진)를 사용하는 것과 조합하여 결합한다. 이러한 조합의 맥락에서, 최종 글레이징에서 약간의 강성을 잃는 것이 허용된다면 두 개의 유리시트 사이에 음향 폴리머 재료(일반적으로 음향 PVB를 포함함)를 배치하는 것도 가능하다.
특히 적층 글레이징의 음향 성능이 요구된다면, 중간층 재료로서 상술한 바와 같은 음향 고분자 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 이 경우 V1, V2 및 M의 동일한 두께에서 적층 글레이징의 강성을 잃는 것이 일반적이다. 이러한 강성 손실을 보상하기 위해 두 유리의 두께 비대칭을 크게 증가시키는 것이 바람직한 것으로 간주되었을 수 있다. 이러한 높은 비대칭성은 실제로 강성을 증가시키는 하지만, 예기치 않게 음향 성능 특성이 저하되는 것으로 관찰되었다. 따라서 궁극적으로 두 개의 유리 사이의 비대칭이 존재해야 하지만 비교적 완만해야 음향 성능과 강성 사이에서 우수한 특성들의 절충값을 얻을 수 있다는 결론을 얻었다.
음향이 매우 중요한 기준인 경우
- 0.36 ≤ E2/E1 또는 0.39 ≤ E2/E1 또는 0.42 ≤ E2/E1 또는 0.45 ≤ E2/E1과
- 1.4mm ≤ E2 또는 1.6mm ≤ E2을 결합하는 것이 유리하다;
적절할 경우 강성을 촉진하는 앞서 언급한 총 유리 두께에 대한 선호도, 즉 3mm ≤ EV ≤ 5.7mm 또는 3.5mm ≤ EV ≤ 5.7mm와 조합하고 또는 음향 고분자 재료, 일반적으로는 음향 PVB를 포함하는 중간층의 사용과 조합하여 결합한다.
두 장의 유리시트는 성형 전에 동일한 윤곽을 가질 수 있다. 유리시트는 적층 글레이징으로 조립되기 전의 최종 유리의 모양이 모두 동일한 모양으로 형성된다. 두 장의 유리시트에 적합한 성형 방법은 예를 들어 "두 롤러 베드(roller bed) 사이에서 이송하면서 성형하기" 유형(WO2005047198 또는 WO2004033381에서와 같이) 또는 "프레스에 의해 성형하기" 유형(WO0206170 또는 WO2017178733에서와 같이)이다. 시트는 중첩된 상태가 아닌 개별 상태로 성형되는 것이 바람직하다.
적어도 하나의 유리시트는 소다석회 또는 알루미노실리케이트 또는 붕규산 유리로 제조될 수 있다. 두 장의 유리시트는 소다석회 또는 알루미노실리케이트 또는 붕규산 유리로 만들 수 있다. 두 장의 유리 시트는 다른 유형일 수 있다. 예를 들어 하나는 소다석회 유리이고 다른 하나는 알루미노실리케이트 또는 붕규산 유리일 수 있다.
적어도 하나의 유리시트는 착색될 수 있다. 두 장의 유리시트가 착색될 수 있다. 착색 유리는 원하는 무기 안료(산화철, 산화코발트, 산화크롬 등)를 포함하는 유리이다. 두 장의 유리시트는 특히 조성과 색상이 다를 수 있다.
일반적으로, 유리시트는 열적으로 강화된다. 즉, 적층 글레이징을 조립하기 전에 반 강화 또는 강화된다. 본 출원의 맥락에서, 표면응력은 GlasStress Ltd, Tallin 10912 Estonia에서 판매되는 Scalp-04 polariscope와 같은 편광 원리에 따라 작동하는 장치에 의해 측정된다. 주어진 응력값은 절대값이며, 이는 당업자가 음의 부호로 나타낼 수도 있기 때문이다.
본 출원의 맥락에서, 에지응력은 영국 프레스톤 소재의 Sharples Stress Engineers LTD의 Sharples Edge Stress Meter Ref (S-67) 장치를 사용하여 광탄성계에 의해 측정된다.
열적으로 강화된 유리는 90 MPa 초과, 일반적으로 90 내지 200 MPa의 표면응력을 유발한다. 열 강화(또는 반강화) 유리는 15 ~ 90 MPa 범위, 보다 일반적으로 20 ~ 60 MPa 범위의 표면응력을 갖는다.
본 발명에 따른 글레이징은 특히 프레임 없는(frameless) 도어용 자동차 글레이징일 수 있다.
반강화 유리("열 강화"라고도 함)의 제조는 열 강화 유리와 동일한 설비에서 이루어진다. 가열 조건은 동일하지만 냉각 공기의 송풍력이 낮아 유리의 주요 면과의 대류 열교환이 감소한다. 결과적으로 냉각으로 유리의 잔류응력을 해결하는데 더 많은 시간이 필요하기 때문에 사이클 시간이 더 길어진다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 글레이징을 제조하는 방법에 관한 것으로서,
- 열간 성형 후 두 장의 유리시트에 공기를 불어 넣어 열 강화하는 단계;
- 두 장의 유리시트를 조립하여 적층 글레이징으로 만들고, 두 장의 유리시트 사이에 한 장의 고분자 재료를 놓고 접착하는 단계를 포함한다.
유리시트의 열간 성형은 개별 상태에서 각 유리시트에 대해 수행될 수 있다. 두 장의 유리시트는 동일한 형상으로 성형되는 것이 바람직하며, 동일한 형상을 얻기 위해 설정된 제조 방법의 허용 오차 범위 내이면 형상의 차이도 가능하다. 두 장의 유리시트는 바람직하게는 동일한 성형 방법에 의해 성형된다. 실제로, 동일한 유형의 방법은 두께가 다르더라도 다른 모양의 시트들에 가능한 한 가장 유사한 모양을 제공하는 이점을 준다. 동일한 방법이란 두 장의 유리시트가 동일한 원리를 사용하여 성형됨을 의미한다. 즉, 둘 다 압축에 의해 또는 둘 다 중력에 의해, 또는 둘 다 롤러 베드 사이에서 이송하여 성형함으로써 성형된다. 두 장의 유리시트가 동일한 유형의 성형 방법으로 성형되더라도 각각은 다른 시트가 성형되는 동안과 다른 실행 중에 성형될 수 있다.
각 유리(외부 유리 및 내부 유리)시트가 개별 상태로 성형되는 경우(즉, 적층된 상태가 아님), 이들을 용해로를 통해 순환시키고 하나를 성형한 다음 곧이어 다른 하나를 성형하는 것이 유리하다. 실제로, 이는 성형 단계 직후에 조립 공정을 연속적으로 돌리는 것을 가능하게 한다. 그렇지만, 두 장의 유리시트가 예를 들어 색상 및/또는 두께 면에서 서로 너무 다른 경우, 동일한 생산 공정을 돌리는 동안 어느 하나를 성형 후 곧이어 다른 하나를 성형하면 두 가지 유형의 유리시트에 대해 유사한 기하학적 구조를 보장하기는 어려울 수 있다. 실제로, 예를 들어 얇고 짙게 착색된 유리시트는 투명하고 두꺼운 유리시트보다 더 빠르게 가열된다. 이 두 장의 유리시트가 동일한 생산에서 서로 이어진다면 서로 상당히 다른 형상을 갖는 두 제품군(하나는 얇은 착색 유리에 해당하고 다른 하나는 두꺼운 투명 유리에 해당)이 나올 가능성이 매우 높다.
따라서, 두 장의 유리시트가 서로 너무 다른 경우 배치(batch)로 성형하는 것이 바람직하다. 이로써 (예를 들어 외부 유리에 해당하는) 첫 번째 배치의 유리시트를 성형한 다음 두 번째 실행 동안 (내부 유리에 해당하는) 두 번째 배치의 유리시트를 성형하는 것이 가능하다. 그러면 두 개의 개별 성형 작업에서 나온 시트를 결합하는 조립 작업(assembly operation)은 두 번째 성형 작업과 동시에 수행될 수 있다. 따라서, 개별 상태에서 두 개의 유리시트에 대해 동일한 유형의 방법으로 이들 유리시트 각각에 대해 2회의 개별 생산 작업동안 열간 성형을 수행할 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 유리시트가 열적으로 강화되고 또는 두 개의 유리 시트가 열적으로 강화된다. 성형 바로 직후 유리의 양면에 공기를 불어 넣어 성형 온도를 기점으로 급속 냉각시켜 열 강화를 실시한다.
유리시트와 중간층으로부터 시작하는 적층 글레이징의 조립은 일반적으로 당업자에게 공지된 오토클레이브를 필요로 하는 방법에 따라 수행될 수 있다.
도 1은 하나의 도어가 개방되어 있고 "프레임 없는" 도어의 예를 예시하는 자동차를 부분적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 모노리식(monolithic) 또는 적층 유리의 강성을 측정하는 데 사용되는 기술을 보여주는 개략도이다.
도 3은 4.2mm 두께의 모노리식 글레이징의 강성에 대한 적층 글레이징의 강성 변화 그래프를 나타내며, 이는 상기 적층 글레이징에 포함된 두 장의 유리시트의 두께 비율의 함수이다.
도 4는 0.81mm 두께의 음향 PVB를 포함하는 다양한 글레이징에 대하여 주파수에 기초한 음향전송손실(STL)을 도시한다.
도 5는 도 3 및 4와 동일한 음향 PVB가 장착된 적층 글레이징에서 동일한 온도 조건(즉, 20℃)에서 두 시트의 두께 비율에 따른 상대적 강성(하강 곡선) 및 최소의 상대적 음향 감쇠(상승 곡선)의 변화를 보여준다. 각각의 곡선은 동일한 총 유리 두께, 즉 4.2mm에서 이다.
도 6은 동일한 총 유리 두께, 즉 4.2 mm에 대해서, 두 개의 유리시트의 두께의 비율의 함수로서 결과치(곱셈의 의미에서): (상대적 강성 - 104%) x (최소 STL의 상대적 감소 - 94%)의 변화를 그래프로 나타낸다
도 1은 도어(2)가 열려 있는 자동차(1)를 도시한다. 이 도어는 "프레임 없는" 창(3)을 포함한다. 즉, 도어는 상부에 틀이 없다. 이 창이 완전히 올라갔을 때 그 상부 에지(4)가 차체의 홈(5)에 정확하게 맞물릴 수 있을 만큼 충분히 단단해야 하는 것이 중요하다. 창(3)의 구조는 본 발명에 따라 확대된 부분이 도시되어 있다. 이것은 두께 E1의 유리시트 V1과 두께 E2의 유리시트 V2를 포함하는 적층 글레이징이며, 이 두장의 시트는 고분자 재료로 만든 두께 E3의 시트 M의 양쪽에 접착식으로 조립되고, E1 > E2이다. 더 두꺼운 시트 V1은 차량 외부에 있고 더 얇은 시트 V2는 차량 내부에 있다. 글레이징의 오목한 면은 차량 내부에 있다.
도 2는 모노리식 또는 적층 유리의 강성을 측정하기 위해 본 출원의 맥락에서 사용되는 기술을 도시한다. 도어 글레이징과 유사한 치수의 직사각형 글레이징(1)(적층 또는 모노리식)이 한쪽 에지(2)에 고정적으로 지지되고 공지의 굴곡력(F)이 상기 고정적으로 지진된 부분 반대쪽 에지(4)에 가해진다. 고정 바(6)가 글레이징의 밑부분을 제 위치에 유지시킨다. 센서(5)는 굴곡력(F)에 의해 야기된 변위를 측정한다. 변위에 대한 힘의 비율은 강성의 척도로 간주된다. 동일한 유리 두께의 경우 비대칭 특성이 증가하면 강성이 증가하므로 전체 유리 두께가 일정한 대칭 글레이징이 기준으로 사용된다. 다음 예에서는 상대적 강성값이 제공된다. 강성을 측정하는 이러한 방법은 온도에 따른 고분자 중간층의 기여도를 고려하여 유한요소수치 모델을 사용하여 시뮬레이션할 수 있으며 그 결과는 경험치와 상관 관계가 있다. 이러한 시뮬레이션들은 도 3과 5의 곡선을 설정하는 데에 사용되었다. 이러한 시뮬레이션의 경우 20℃의 온도에서 음향 PVB에 대한 상기 요건들을 만족하는 Sekisui 브랜드의 0.81mm 두께의 음향 PVB(참조번호 RZN 12 SAF)가 고려되었다. 물론 시뮬레이션이 실제로 현실을 반영하는지 확인하기 위해 대표적인 수의 점들을 사용하였다.
도 3은 4.2mm 두께의 모노리식 글레이징의 강성에 대한 적층 글레이징의 강성 변화의 그래프를 나타내며, 이는 상기 적층 글레이징에 포함된 두 장의 유리 시트의 두께 비율의 함수이다. 각 곡선은 동일한 총 유리 두께이며 총 유리 두께는 2.85mm에서 5.6mm까지 다양하다. 따라서 y축의 점들(비율 0)은 모노리식 글레이징에 해당하고 비율 1에 있는 점들은 대칭 적층 글레이징(두 개의 유리시트가 동일한 두께를 가짐)에 해당한다. 모든 곡선이 동일한 경향을 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 모노리식 유리는 동일한 유리를 포함하는 어떤 적층 유리보다 훨씬 더 큰 강성을 가지며, 또한 적층 유리의 경우 시트들 두께의 비율이 1에 가까워질수록 (일정한 양의 유리에 대해) 강성이 더 감소한다는 것을 알 수 있다.
도 4는 음향 PVB에 대해 위에 표시된 요건을 충족하는 Sekisui브랜드, 참조번호 RZN 12 SAF에서 0.81mm 두께의 음향 PVB를 포함하는 다양한 글레이징들에 대하여 주파수에 기초한 음향전달손실(STL)을 도시한다. 음향전달손실은 20℃(+/- 3℃)의 온도에서 500mm x 800mm 크기의 글레이징에 대해 EN ISO 10140 표준에 따라 측정한 것으로 결정되었다. 비교를 위해 두께 4.85mm의 강화 유리에 대해 동일한 측정을 수행했다. 특히 중요한 주파수 범위는 2000-5000Hz 범위인데, 다음 두 가지 이유 때문이다. 우선, 이것은 인간의 귀가 최대의 감도를 갖는 주파수 범위이다. 더욱이, 2.5 내지 6mm의 총 유리 두께를 갖는 이러한 유형의 글레이징에 대한 당업자의 임계 주파수는 최소 음향감쇠의 존재로 인해 2000-5000Hz의 이 주파수 범위에 위치한다. 언어적으로 단순하게 하기 위해 이 주파수 범위를 "임계 주파수 범위"라고 한다. 이것은 무엇보다 중요한데, 왜냐하면 자동차 도어의 경우 차량 승객의 귀가 측면 글레이징 바로 근처에 위치하므로 이 주파수 범위의 음향 여기(acoustic excitations), 예를 들면 백미러와 관련된 난기류와 같은 음향 분산이 일어나는 곳의 바로 근처에 위치하기 때문이다. 이 스펙트럼 범위에서 다양한 곡선들의 분석은 다양한 글레이징에 대하여 음향전달손실에 불리한 영향을 미치는 일치 주파수(coincidence frequency)들이 있다는 것을 보여준다. 2kHz ~ 5kHz 대역에서 가장 좋은 음향전달손실 수준을 갖는 구성은 2.6/2.6mm 대칭 글레이징에 해당한다. 강화유리는 2500Hz에서 일치 주파수로 표시된 가장 낮은 음향전달손실을 준다. 이러한 테스트의 조건들에서 유리 총량이 유사한 경우(10% 미만의 차이), 임계 주파수(critical frequency) 범위에서의 음향 감쇠는 모노리식 강화유리에 비해 대칭 적층 글레이징에 +9 dB 차이만큼 더 유리하게 나타난다. 본 분석에 따르면 유사한 유리 총량을 갖는 비대칭 적층 글레이징의 경우 내부유리와 외부유리의 두께 비율 E2/E1이 각각 0.46과 0.29인 글레이징에 비해 대칭 적층 글레이징에 +2dB와 +3.5dB 차이만큼 더 유리하다는 것을 알 수 있다.
도 5는 도 3과 4에서 언급한 것과 동일한 음향 PVB가 장착된 적층 글레이징에 동일한 온도 조건(즉, 20℃)에서 두장의 시트들의 두께 비율에 기초한 상대적 강성(하강 곡선) 및 최소의 상대적 음향 감쇠(상승 곡선)의 변화를 보여준다. 각 곡선은 동일한 총 유리 두께, 즉 4.2 mm이다.
강성 값과 관련하여 2.1/2.1 mm 적층 글레이징을 기준으로 고려하였다. 도면에서 각 두께 비율의 점에 대해 각 시뮬레이션의 고유 강성 백분율은 이전에 정의된 기준 글레이징의 강성에 대해 표시되었다.
음향 값은 각각의 두께 비율 및 동일한 총 유리 두께(4.2mm)에 대해 임계 주파수(또는 도 4에 의해 예시된 바와 같이 이전에 정의된 2000 내지 5000Hz 대역에서 첫 번째 일치 주파수)에서 최소 STL을 취함으로써 결정되었다. 임계 주파수 영역에서 최소 STL의 상대적 변화는 강성 곡선(2.1/2.1mm 대칭 적층체)과 동일한 기준에 대해 결정되었다. 이를 위해 고려된 각 두께 비율에 대해 이러한 값(최소 STL) 각각을 기준 글레이징에 대한 해당 값에서 빼서 그 결과를 기준 글레이징 값으로 나눈 다음 전체를 백분율로 변환한다. 0.34에서 0.9까지의 두께 비율의 범위가 음향 및 강성 특성의 우수한 절충값을 갖는 적층 글레이징을 얻는 것을 가능하게 하는 것으로 생각할 수 있다.
따라서 도 5의 이러한 곡선은 동일한 총 유리 두께에 대해 대칭 적층 글레이징의 최소 94%의 최소 음향손실을 유지하면서, 글레이징의 강성이 동일한 총 유리 두께를 갖는 대칭 글레이징 강성의 적어도 +4%(즉, 기준의 104%)만큼 증가되는 두께 비율 범위가 있음을 보여준다. 이 값은 자동차 글레이징의 공지된 용도와 관련하여 선택되며 차량 사용자의 인식 임계값에 해당한다. 예를 들어, 음향 성능의 경우, 0.81mm 두께의 음향 PVB(위에 정의됨)를 포함하는 2.1/2.1mm 대칭 적층 글레이징은 2 ~ 5 kHz 임계 주파수 영역에서 38dB 정도의 최소 STL을 갖는다. 따라서, -6% 변화(100-94%)는 가장 가까운 정수로 반올림하여 3dB 정도의 최소 STL 감소에 해당하며, 또한 당업자는 인간 귀가 지각하는 임계값은 3dB라고 생각한다.
이와 같이 정의하면서, 도 6은 동일한 총 유리 두께, 즉 4.2 mm에 대해 두 장의 유리 시트의 두께 비율과 관련하여 결과치 (곱셈의 의미에서): (상대적 강성 - 104%) x (최소 STL의 상대적 감소 - 94%)의 변화를 그래프로 보여준다. 동일한 총 유리 두께에 대해 두 장의 임계 주파수 영역에서 우수한 강성과 최소 STL의 최소 열화를 모두 가능하게 하는 유리의 조합을 찾고자 하면, 상기와 같이 긍정적으로 정의된 결과치를 얻을 수 있는 비대칭 적층 글레이징을 찾는 것이 바람직하다. 도 6의 경우(총 유리 두께 = 4.2mm), 이 범위는 유리들의 두께 비율이 0.34~0.9 범위이다. 모든 경우에 0.45에서 0.62까지의 범위 내의 두께 비율에 대해 우수한 강성/음향 절충값이 있다. 음향과 강성의 성능을 동시에 최적화하는 절충값의 최대값이 있다는 것을 알 수 있다. 도 6의 예에서, 두 장의 유리시트의 두께의 최적 비율은 0.5이다.
1 차량
2 프레임 없는 도어
3 성형 적층 글레이징
V1 두꺼운 유리,
V2 얇은 유리
M 고분자 재료
E1 두꺼운 유리의 두께
E2 얇은 유리의 두께
E3 고분자 재료의 두께

Claims (17)

  1. 고분자 재료로 제조된 중간층(M)에 의해 분리된 서로 다른 두께의 두 장의 유리시트들(V1, V2)을 포함하는 차량용 성형 적층 글레이징(3)에 있어서,
    - 두꺼운 유리(V1)의 두께(E1)는 1.4mm ≤ E1 ≤ 3.9mm이고,
    - 얇은 유리(V2)의 두께(E2)는 1.1mm ≤ E2 ≤ 2.6mm이고,
    - 고분자 재료(M)의 두께(E3)는 0.3mm ≤ E3 ≤ 1.2mm이고,
    - 총 유리 두께(EV)는 2.5mm ≤ EV ≤ 5.7mm이고,
    - 두께 비율(E2/E1)은 0.34 ≤ E2/E1 ≤ 0.9인 것을 특징으로 하는 성형 적층 글레이징.
  2. 제1항에 있어서,
    총 유리 두께(EV)가 3mm ≤ EV ≤ 5.7mm이고 또는 3.5mm ≤ EV ≤ 5.7mm인 것을 특징으로 하는 성형 적층 글레이징.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    고분자 재료가 20℃의 온도에서 500Hz와 5000Hz 사이의 주파수에서 0.8 초과의 tan(δ) 손실 계수 및 20MPa 미만의 전단 계수(G')를 갖는, 음향 PVB인 PVB를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 적층 글레이징.
  4. 제3항에 있어서,
    - 0.36 ≤ E2/E1 또는 0.39 ≤ E2/E1 또는 0.42 ≤ E2/E1 또는 0.45 ≤ E2/E1, 및
    - 1.4mm ≤ E2 인 것을 특징으로 하는 성형 적층 글레이징.
  5. 제4항에 있어서,
    1.6 mm ≤ E2인 것을 특징으로 하는 성형 적층 글레이징.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - E2/E1 ≤ 0.88 또는 E2/E1 ≤ 0.74 또는 E2/E1 ≤ 0.62, 및
    - 1.8mm ≤ E1인 것을 특징으로 하는 성형 적층 글레이징.
  7. 제6항에 있어서,
    2.1 mm ≤ E1인 것을 특징으로 하는 성형 적층 글레이징.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.45 ≤ E2/E1 ≤ 0.62인 것을 특징으로 하는 성형 적층 글레이징.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 유리시트가 열적으로 강화되고 또는 두 개의 유리시트가 열적으로 강화되는 것을 특징으로 하는 성형 적층 글레이징.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    두장의 유리 시트가 상이한 조성 및 색상을 갖는 것을 특징으로 하는 성형 적층 글레이징.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    자동차 글레이징으로서 특히 프레임 없는 도어용 글레이징인 것을 특징으로 하는 성형 적층 글레이징.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 글레이징(3)을 포함하는 차량(1).
  13. 제12항에 있어서, 글레이징은 프레임 없는 도어(2)에 장착되는 것을 특징으로 하는 차량.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 글레이징을 제조하는 방법으로서,
    - 열간 성형 후 두 장의 유리에 공기를 불어 열 강화하는 단계, 그 다음
    - 두 장의 유리시트를 적층 글레이징으로 조립하고, 한 장의 고분자 재료를 두 장의 유리시트 사이에 배치하고 두 장의 유리시트를 접착하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    열간 성형으로 두 장의 유리시트를 동일한 형상이 되게 하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 열간 성형이 개별 상태의 각 시트에 대해 수행되고, 동일한 유형의 성형 공정이 두 장의 유리시트를 형성하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 열간 성형이 두 개의 유리시트 각각에 대한 두 개의 개별 생산 실행에 걸쳐 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
KR1020227034334A 2020-03-12 2021-03-11 비대칭 적층 글레이징 KR20220151646A (ko)

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