專利名稱：制造安全玻璃的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
安全玻璃通常是指透明的層壓板，其通過將聚乙烯醇縮丁荃片材(此后稱“PVB”片材)夾在兩塊玻璃之間組成。安全玻璃經(jīng)常在建筑和汽車的開口中用作透明屏障。其主要功能是吸收能量，如物體爆炸產(chǎn)生的能量，而不容許其穿透開口，因此使得在封閉區(qū)域內(nèi)的物體或人的損害或傷害最小化。安全玻璃也具有其他有益效果如減弱聲噪聲、降低UV和/或IR光的傳輸和/或提高窗口的美學(xué)作用。
安全玻璃通常由以下方法形成，即將兩層玻璃和一層塑料中間層如PVB組裝成預(yù)壓件(預(yù)壓件)，結(jié)合成預(yù)層壓板，然后加工成光學(xué)上清楚的層壓板。組裝階段包括鋪設(shè)一塊玻璃、覆蓋一層PVB片材、鋪設(shè)第二塊玻璃，然后將多余的PVB修整到玻璃層的邊緣。結(jié)合步驟通常是復(fù)雜的，包括從界面排出大部分空氣且將PVB局部結(jié)合到玻璃上。加工步驟通常在高溫和高壓下進行，完成玻璃與PVB間的緊密配合。
溫度、壓力和時間是三個基本的過程變量，其能夠在層壓過程中平衡。在最后的層壓成型中，溫度通常升高到大約140℃，以軟化中間層，有助于將其與玻璃基板的表面一致且使其流動到可能不平的基板空間的區(qū)域內(nèi)。一旦中間層得到整合，移動的聚合物鏈逐漸與玻璃結(jié)合在一起。上升的溫度也加速殘余氣體和/或殘存濕氣從玻璃/PVB界面擴散到聚合物中間層內(nèi)。
在安全玻璃的生產(chǎn)中，壓力起到兩個關(guān)鍵性的作用。首先，壓力促進PVB流動。其次，其抑制氣泡的形成，否則該氣泡將會由水汽壓力和截留在系統(tǒng)內(nèi)的空氣結(jié)合造成。勿庸置疑，在玻璃板中，后一個作用是最重要的制約作用。當(dāng)預(yù)壓件組件在環(huán)境壓力下被加熱，從而到達大于大約100℃(在1atm.下水的沸點是100℃)時的溫度時，陷入預(yù)壓件(即未結(jié)合的玻璃和塑料的成層組件中)的水和空氣易于膨脹成氣泡。為抑制氣泡形成，通常將伴隨壓倒性的壓力的熱量施加到加壓釜器皿中的組件上，以便抵消當(dāng)截留在預(yù)壓件中的氣體和水被加熱時所產(chǎn)生的膨脹力。
在層壓過程中，時間最后起到最重要的作用。盡管溫度和壓力能夠加速層壓過程，必須總是經(jīng)過一定的臨界時間，以生產(chǎn)良好質(zhì)量的層壓玻璃。
遺憾地是，即使仔細優(yōu)化這三個可控過程變量，經(jīng)常不足以制造良好質(zhì)量的層壓玻璃。如果在早期的結(jié)合步驟過程中，太多的空氣被截留在層壓材料中，則沒有合理的時間量、溫度和壓力能夠生產(chǎn)良好的層壓板。安全玻璃層壓機已經(jīng)意識到截留在界面上的氣體和隨后的高溫氣泡成形間的微妙關(guān)系，不斷改進結(jié)合過程，從而使界面氣體最小化。實際上，所有目前制造層壓玻璃的方法包括結(jié)合/排氣步驟，該結(jié)合/排氣步驟涉及或者利用軋輥(nip roll)裝置擠壓預(yù)壓件，或者用袋子或圓環(huán)包住預(yù)壓件，并抽真空，以排出氣體?，F(xiàn)有技術(shù)中存在有各種排氣技術(shù)，在最后的高溫加工過程中，用作提高阻止氣泡形成的層壓材料阻力的方法。盡管這樣，幾乎所有的這些現(xiàn)有層壓過程都在壓力超過大約10大氣壓和溫度超過大約130℃的情況下，要求采用增壓的高壓釜進行精加工處理，以便制造質(zhì)量可接受的層壓玻璃。
一個值得注意的專利現(xiàn)有技術(shù)方法是，其沒有在高壓下操作，利用改進的排氣工序(使用在真空處理中凸出的PVB片材)，以便消除標準高壓釜處理的需要。在美國專利US5536347中敘述了這一方法，在此一并作為參考，其教導(dǎo)了一種真空排氣非高壓釜方法，其中使用含水量為0.4到0.6重量百分比的PVB片材來制造預(yù)層壓板。這種基于真空的非高壓釜方法的預(yù)層壓板因此能夠很好的排氣，能夠在常壓、高溫的精加工處理步驟中處理該預(yù)層壓板，避免了界面氣泡的形成。
在整個玻璃層壓板曲線中使用的目標中間層片材的含水量看來似乎是相對含量保持在大約0.30到0.60重量百分比的范圍內(nèi)。盡管，如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)認識并采用了截留的空氣和氣泡形成間的關(guān)系，PVB中間層材料的含水量和隨后在層壓板中的氣泡形成間的關(guān)系還沒有得到有效的平衡。
發(fā)明概述依照本發(fā)明，驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過一個新方法來獲得層壓結(jié)構(gòu)，該方法優(yōu)選包括在準備預(yù)壓件組件、層壓過程時使用低含水量的PVB中間層，來獲得本發(fā)明，其中不需要高壓釜精加工處理。本發(fā)明包括用于制造層壓玻璃的過程，通過將含水量低于0.35重量百分比的塑性材料與至少一個剛性基板相對放置，從而形成組件，預(yù)熱剛性基板或塑性材料或者其中的任何組合中的至少一個到結(jié)合溫度，使用施加短期壓力(short-term pressure application)將塑性材料結(jié)合到至少一個剛性基板上，從而形成預(yù)層壓板組件，并在一個溫度下進行精加工加熱，并加熱一段時間，從而有效的將塑性材料結(jié)合到基板上，從而形成層壓板。本發(fā)明還包括用于制造層壓玻璃的方法，通過將含水量低于0.35重量百分比的塑性材料插入兩剛性基板之間，從而形成組件，將基板或塑性材料或其中的任何組合中的至少其中一個預(yù)熱到結(jié)合溫度，使用施加短期壓力將塑性材料粘貼到兩基板上，從而形成預(yù)層壓板組件，并在一個溫度下進行精加工加熱，并加熱一段時間，以有效的將塑性材料結(jié)合到基板上，從而形成層壓板。可在常壓下進行精加工加熱(finishheating)，因此不需標準增壓的高壓釜步驟，也能夠生產(chǎn)玻璃層壓板，傳統(tǒng)上該高壓釜步驟是制造成功的玻璃層壓板的關(guān)鍵要求。依照現(xiàn)在所披露的內(nèi)容，現(xiàn)在認識到，中間層和玻璃/中間層的界面上的組合含水和含氣量有一個臨界值，在該臨界值之下，不需要利用超大氣壓來避免在精加工溫度超過100℃時的氣泡形成。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果PVB中間層的含水量(含濕量)在大約0.30重量百分比之下，更優(yōu)選在大約0.01到大約0.20重量百分比之間，能夠?qū)㈩A(yù)層壓板(玻璃和塑料層的排氣和邊緣密封的組件，其僅僅局部結(jié)合在一起)制成達到所需的層壓質(zhì)量和安全規(guī)格的成品(全部結(jié)合且清楚的)，而沒有使用真空壓力來排出預(yù)層壓板組件的氣體，和沒有在高壓釜中進行精加工擠壓。
通過使用低含水量的PVB作為塑性中間層材料，可以在降低的高壓釜壓力或甚至在大氣壓力下采用層壓精加工溫度，該溫度遠高于前述軋輥排氣的預(yù)層壓板可能采用的溫度。因此，本發(fā)明使得有可能在大氣壓或降低的高壓釜壓力條件下，在溫度范圍為大約115℃到大約230℃之間，優(yōu)選大約125℃到220℃之間生產(chǎn)層壓板。
另外，在精加工步驟中，都可在短的時間間隔內(nèi)實現(xiàn)使用高溫時的由溫度決定的優(yōu)點，這些優(yōu)點如將空氣溶解入PVB中、將PVB軟化從而使充滿其所占據(jù)剛性基板間的空間內(nèi)并借此使基板空間與基板表面一致、逐漸結(jié)合以及緩和PVB中的殘余壓力。更詳細地說，在目前的方法中，可以降低制造達到規(guī)定的性能規(guī)格的成品層壓板所需的時間，即從通常的高達大約360分鐘減少到小于180分鐘，優(yōu)選大約0.5分鐘到大約180分鐘，更優(yōu)選為大約2分鐘到大約60分鐘。本發(fā)明的層壓板的高溫阻力性能也使得其在層壓過程中很大地降低對溫度變量的敏感性，由此提高生產(chǎn)率。
在一些處理條件下，可以采用一些受限的精加工壓力。盡管如此，這種精加工將包括在小于標準高壓釜壓力下，在一個溫度和在一段時間內(nèi)加熱，以有效的將塑性材料結(jié)合到基板上。優(yōu)選地，可在精加工處理中采用小于大約3大氣壓的壓力，這兒塑性材料被結(jié)合到基板上；更優(yōu)選地，可采用大氣壓力。
依照本發(fā)明，制造層壓板的裝置包括主加熱器單元，其用于將塑性材料層預(yù)熱到結(jié)合溫度；結(jié)合加壓裝置(如軋輥裝置)，其用于將施加短期壓力施加到分層的組件上，以便將塑性材料層粘貼到剛性基板上，從而形成預(yù)層壓板組件，其中該分層的組件由至少一個剛性基板和一層塑性材料組成；和精加工加熱器單元，其用于將預(yù)層壓板組件加熱到一個溫度，并加熱一段時間，從而有效的將塑性材料結(jié)合到剛性基板上。


先參考附圖，其中相同的元件采用相同的附圖標記，其中圖1是示出適于執(zhí)行本發(fā)明的裝置的一個實施例的示意側(cè)視圖。如圖所示，該裝置包括預(yù)熱器單元，后面是軋輥裝置，再后面是精加工加熱器單元。
圖2是示出適于執(zhí)行本發(fā)明的裝置的第二實施例的示意側(cè)視圖。如圖所示，該裝置包括初級軋輥裝置，后面是預(yù)熱器單元，再后面是軋輥裝置，最后是精加工加熱器單元。
圖3是示出適于執(zhí)行本發(fā)明的裝置的第三實施例的示意側(cè)視圖。如圖所示，該裝置包括初級預(yù)熱器單元，后面是初級軋輥裝置，之后是預(yù)熱器單元，之后是軋輥裝置，最后是精加工加熱器單元。
圖4是示出適于執(zhí)行本發(fā)明的裝置的第四實施例的示意側(cè)視圖。如圖所示，該裝置包括初級軋輥裝置，之后是預(yù)熱器單元，之后是軋輥裝置，最后是垂直輸送機精加工加熱器單元。
圖5是示出適于執(zhí)行本發(fā)明的裝置的第五實施例的示意側(cè)視圖。如圖所示，該裝置包括軋輥裝置，之后是預(yù)熱器單元，之后是第二軋輥裝置，之后是卸載輸送機支架(rack)，之后是腳手架支架，最后是精加工加熱器單元。
優(yōu)選實施例的詳細描述依照本發(fā)明，在層壓過程中優(yōu)選采用低含濕量塑料板。如果需要，可在塑料板與剛性透明的基板，優(yōu)選玻璃組裝從而形成預(yù)壓件組件之前，將該塑料板起初調(diào)節(jié)到低濕氣(即含水量)。在預(yù)壓件中優(yōu)選PVB板的含水量可在高達0.35重量百分比的范圍內(nèi)，但是優(yōu)選應(yīng)低于0.30重量百分比，更優(yōu)選為大約0.01重量百分比到0.20重量百分比的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，PVB板的含水量范圍在其重量的大約0.03到大約0.18重量百分比之間。
可用于本發(fā)明的PVB板可從Solutia，Inc.Louis，Missouri，如“Saflex”中間層商業(yè)可得。盡管不很關(guān)鍵，板厚優(yōu)選在大約0.25到4.0mm之間，更優(yōu)選在大約0.32到2.5mm之間。
如果需要調(diào)制PVB達到所需的含水量，將PVB板調(diào)制到低含濕量的時間和溫度不是關(guān)鍵。使用加熱爐以使板內(nèi)的水氣化，在大約60℃和70℃之間的溫度下，且在加熱爐內(nèi)大約5-10％的相對濕度(RH)x下7，PVB板的優(yōu)選調(diào)制時間是大約30到60分鐘。這些調(diào)制可容易地將“Safles”PVB板的含水量降低到大約0.06到0.13重量百分比之間。微波、紅外線等環(huán)境也可用于這一目的?？商鎿Q地，可以采用標準塑料干燥機，如用于在擠出之前干燥塑料粒的干燥機。
優(yōu)選的PVB中間層通常包含大約10到大約30重量百分比的羥基，表示成聚乙烯醇，剩下的主要是丁縮醛，其表示成聚乙烯醇丁縮醛。在PVB中可包含醋酸鹽或其他單體單元，如在美國專利US4968744和5130370中所披露的，在此一并作為參考。填料、色素、著色劑和其他添加劑也可包含在板內(nèi)，如在前述的美國專利US5130370中所披露的。
PVB板中的增塑劑含量一般范圍是，在每100份PVB中含有20到60份的增塑劑。在現(xiàn)有技術(shù)中已知的合適的增塑劑如在美國專利US4292372、5013780和5137954中所披露的，這些申請在此一并作為參考。EP877665B1披露了一種優(yōu)選的增塑劑，二(2-乙基丁酸)三甘醇酯，也在此一并參考該申請。
為控制成品層壓板的PVB中間層和玻璃板間的結(jié)合，在PVB配方中可包含附著控制介質(zhì)。傳統(tǒng)的低附著混合物如鎂和鉀基鹽可以加入增塑的PVB板中。Magnesium-di-2-ethyl-butyrate是優(yōu)選的附著可控介質(zhì)，用于降低層壓玻璃的附著力和提高其長期穩(wěn)定性能，其中以每千克未增塑PVB中含有大約0.1到大約2.5克Magnesium-di-2-ethyl-butyrate的濃度加入PVB中。還優(yōu)選在每千克未增塑PVB中加入大約0.1到大約1.5克的醋酸鉀。
在本發(fā)明中并不限制塑性材料的表面構(gòu)形?？蓪⑻卣鳛闃藴时砻鏄?gòu)形的商業(yè)上可得的塑料中間層成功地用于本發(fā)明。另外，也可容易地采用特征為規(guī)則或不規(guī)則的粗糙或圖案表面的塑性材料。這種表面構(gòu)形可以受到各種技術(shù)如壓花、熔體破壞等的影響。美國專利US5595818和4654179敘述了帶有不規(guī)則表面構(gòu)形的PVB(此后稱作“無規(guī)粗糙”)，其優(yōu)選用于本發(fā)明。通過使用帶有特征為直的規(guī)則導(dǎo)槽的表面的PVB板可以提高工藝的魯棒性，如在美國專利US5425977和6093471中所述的，在此一并參考。這種PVB板特別優(yōu)選用于本發(fā)明。
通常，將玻璃板和一層或多層PVB組裝在一起，通過切邊將玻璃的邊緣外側(cè)的過剩PVB板去除(形成預(yù)壓件)?？呻S意地在形成組件之前或之后，或可替換地，在此后敘述的結(jié)合步驟之后進行裁切，以將其裁切至適當(dāng)?shù)某叽纭?br> 在隨后的結(jié)合步驟中，將預(yù)壓件層加熱至足夠高的溫度，以將各層結(jié)合在一起。結(jié)合溫度可隨PVB層(或使用的其他塑料層)的配方設(shè)計(formulation)不同而改變。對于低分子量中間層來說，在室溫下就可以得到將各層保持在一起的充分結(jié)合。對于在兩玻璃板之間含有單個PVB板的多數(shù)層壓板來說，可在大約40℃和大約130℃之間，優(yōu)選在大約70℃和大約100℃之間的結(jié)合溫度下，可以進行充分結(jié)合。如圖1所示，玻璃/PVB/玻璃組件20在預(yù)熱器單元10就可達到結(jié)合溫度，其中在這一階段玻璃/PVB/玻璃組件20是指預(yù)壓件，預(yù)熱器單元10由裝備有一組紅外線加熱器管11的加熱爐外殼組成，通過該紅外線加熱器管11在輸送機輥15的平臺上輸送層壓板20，該輸送機輥15由驅(qū)動馬達17供給動力。可替換地，對流加熱器、微波和其他供應(yīng)熱量的等效形式，或其組合也可用來預(yù)熱層壓板。
玻璃和PVB中間層的組件然后易于受到短期結(jié)合壓力，致使各層相互粘貼，且將邊緣密封，以阻止空氣再進入，其中該短期結(jié)合壓力足夠用于去除過剩的中間層玻璃界面上的空氣。這兒將合成的結(jié)合層的組合稱作預(yù)層壓板。施加結(jié)合壓力的優(yōu)選技術(shù)是使用軋輥裝置，其為那些制造安全玻璃層壓板的本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。如圖1所示，軋輥裝置12由一組相對的軋輥13組成，該軋輥13具有彈性表面，如橡膠表面，其在相對方向上旋轉(zhuǎn)，從而將預(yù)壓件組件12通過這種軋輥間的間隙。在施加短期壓力中施加到組件上的壓力優(yōu)選持續(xù)在小于大約15分鐘的時間內(nèi)。使用軋輥施加短期壓力，壓力應(yīng)用的時間范圍優(yōu)選從大約0.02到大約100秒，更優(yōu)選為大約0.04到50.0秒。這些時間周期類似于常規(guī)層壓成型生產(chǎn)線中的結(jié)合步驟的范圍，且遠遠短于商業(yè)上的高壓釜壓力周期的60到150分鐘。
然而，本發(fā)明不受限于使用軋輥裝置來進行排氣和產(chǎn)生結(jié)合壓力。如果一些最小的施加短期壓力被施加到層壓板上，用于施加結(jié)合壓力的裝置并不關(guān)鍵。也可以使用氣囊、壓力機用壓板、連續(xù)帶、并聯(lián)滾筒或交錯滾筒等。
如這兒所用的，施加短期壓力可將壓力施加到預(yù)壓件組件上一段時間，在該段時間內(nèi)，充分排氣并將中間層結(jié)合到玻璃上，而不需產(chǎn)生中間層的永久流動或迫使空氣完全擴散到中間層內(nèi)，如使用高壓釜所遇到的。必須應(yīng)用的最小壓力優(yōu)選是至少大約5psi。軋輥優(yōu)選是施加施加短期壓力的裝置。輥在層壓板上的軌跡(輥施加的壓力所覆蓋的區(qū)域)依據(jù)軋輥設(shè)計而改變，通常為大約10mm，盡管這個尺寸并不關(guān)鍵。滾筒施加到層壓板上的力優(yōu)選在滾筒的每線性英寸上大約為2到2000磅的范圍(2-2000PLI；36-35720千克每線性米)，盡管也可以使用此范圍外的壓力。在軋輥壓力施加過程中的時間也隨層壓板通過軋輥的速度而不同，但是通常不小于0.02或大于100秒。本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解，由軋輥組件施加的壓力不足以完成在高壓的高壓釜中得到的結(jié)合結(jié)果，即將空氣驅(qū)逐到松散的PVB中、消除PVB表面粗糙度、降低殘余壓力或促進PVB/玻璃界面處的完全結(jié)合等組合結(jié)果。
在施加結(jié)合壓力之后，在一個溫度下將結(jié)合的層壓板加熱一段時間，以充分達到粘著，使PVB中間層符合基板的表面及基板間的空間，且將壓力釋放到可接受的水平并擴散空氣。這一加熱過程(heathistory)類似于在常規(guī)高壓釜工藝中進行的加熱過程，但并不受限于此。如圖1所示，可在如精加工加熱器單元14內(nèi)加熱處理結(jié)合的組件20，該精加工加熱器單元14包括裝有一組紅外線加熱器管11的加熱爐外殼16、18，通過該紅外線加熱器管11將該組件20在輸送機滾筒15的平臺上輸送，該輸送機滾筒15由驅(qū)動馬達17供應(yīng)動力。可替換地，也可以使用對流加熱器、微波和其它供應(yīng)熱量的等效形式或者其的組合等來精加工層壓板。
通常，在披露的方法中的溫度超出通常的高壓釜溫度(120℃到150℃)，因此加速了層壓成型過程。依照本發(fā)明，在大約常壓下，通過加熱到大約115℃到230℃的溫度范圍內(nèi)并持續(xù)優(yōu)選大約0.5到180分鐘的時間，更優(yōu)選持續(xù)大約2到60分鐘的時間，可以精加工預(yù)壓件組件。當(dāng)層壓PVB板的含水量在所述的含水量范圍的下部區(qū)間(0.01到0.2％)時，優(yōu)選使用在所述溫度范圍的上部區(qū)間內(nèi)的精加工溫度；當(dāng)使用PVB板的含水量小于大約0.20％的范圍內(nèi)時，特別優(yōu)選大約150℃到220℃范圍內(nèi)的精加工溫度。相反地，當(dāng)層壓PVB板的含水量在含水量的上部區(qū)間(0.20到大約0.35)時，優(yōu)選使用在所述的溫度范圍的下部區(qū)間(125℃到大約150℃)的精加工溫度。以示例方式，當(dāng)使用含水量范圍為0.28％的PVB板時，優(yōu)選的精加工溫度是大約130℃。在熱處理之后，從加熱爐內(nèi)移除精加工的層壓板，并將其冷卻。優(yōu)選在大氣壓力(非高壓釜)下執(zhí)行這個方法。盡管依照本發(fā)明不需要標準高壓釜壓力，但是可以使用受限的壓力，優(yōu)選小于大約3大氣壓，來提高層壓板的精加工，而不形成氣泡。
使用多重加熱循環(huán)進行精加工步驟也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，可以是特征為初始均熱、冷卻到接近室溫的溫度、在可等于或不等于初次均熱的溫度下進行第二次均熱和最后冷卻到室溫的雙循環(huán)。其中在該PVB板的含水量在所指出范圍的上部區(qū)間內(nèi)，在溫度是所指出范圍的上部區(qū)間內(nèi)的情況下，這種精加工步驟經(jīng)常有助于加速PVB板的層壓或能夠使PVB板層壓。各個加熱循環(huán)的精加工溫度范圍可在115℃到230℃，持續(xù)時間為0.5到180分鐘。可以緊接著執(zhí)行這種加熱步驟，或者可以在大量的時間間隔下分開進行這種加熱步驟，因此可以在0到50000分鐘的時間范圍內(nèi)進行中間冷卻和/或保持步驟。中間冷卻步驟的溫度可在-20℃到100℃范圍內(nèi)。以示例方式，可通過將PVB板置于計劃用30分鐘加熱到180℃的加熱爐內(nèi)、在60分鐘的時間內(nèi)冷卻到30℃、再次用30分鐘加熱到180℃、最后用30分鐘冷卻到室溫，以得到含水量為0.18％的PVB的預(yù)層壓板。
在不同時間內(nèi)進行結(jié)合和精加工步驟也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，使用本發(fā)明的工藝的結(jié)合部分，可以批量生產(chǎn)一系列預(yù)層壓板，然后被容許冷卻到室溫。如在此敘述的，可在方便于層壓機的更遲的時間內(nèi)進行最后的加熱精加工(如幾個小時以后，第二天或以后的任何時間)。這種非連續(xù)操作型式很適合于批量工藝，在該操作中，提前生產(chǎn)所有的層壓板、在(racks)支架上階梯排列、并在最后的精加工步驟中集中加熱，這類似于高壓釜精加工步驟，但是不需使用高壓釜的壓力。
也可在工業(yè)上存在地安全玻璃層壓成型生產(chǎn)線中連續(xù)執(zhí)行本發(fā)明的工藝。常規(guī)生產(chǎn)線通常由主加熱區(qū)、主排氣輥隙、副加熱區(qū)和副排氣輥隙組成。例如，如在圖2的實施例中所述的，為了執(zhí)行本發(fā)明，可將這些生產(chǎn)線重新排列成主軋輥裝置22、主加熱器單元10(調(diào)節(jié)到大約40℃到130℃，優(yōu)選大約70℃到100℃的結(jié)合溫度)、軋輥裝置12和精加工加熱器單元14(調(diào)節(jié)到大約115℃到大約230℃，優(yōu)選大約180℃的精加工溫度)的結(jié)構(gòu)。利用這種重排列，主軋輥裝置22的軋輥13誘發(fā)組件20的PVB和玻璃間的微弱結(jié)合，而沒有排氣或?qū)⑦吘壝芊?。這種結(jié)合確保了PVB板在主加熱器單元10進行主加熱的過程中的尺寸穩(wěn)定性，而沒有對副輥隙的排氣和邊緣密封功能或結(jié)合步驟造成不利影響。如果玻璃和PVB的溫度太低，以至于影響到這種結(jié)合，可在生產(chǎn)線的前方設(shè)置初級加熱器單元26如短暫加熱爐(short oven)，以在主軋輥裝置22之前將組件20的元件預(yù)熱到正確的溫度(如圖3所示的結(jié)構(gòu)，包括初級加熱器單元26加熱爐、主軋輥裝置22、主加熱器單元10加熱爐、軋輥裝置12、和帶有一組加熱爐的精加工加熱器單元14)。
本發(fā)明并不受限于兩玻璃板間的單層PVB的層壓結(jié)構(gòu)。也可以使用金屬板或結(jié)構(gòu)塑料板如聚碳酸酯板與PVB聯(lián)合。也可以容易地實現(xiàn)可替換的結(jié)構(gòu)如將多層PVB和聚亞胺酯層壓到剛性基板如玻璃或聚碳酸酯板上。
例如，本發(fā)明范圍內(nèi)的層壓板還包括第一玻璃板、PVB層、聚乙烯對苯二甲酸酯板(PET)、第二PVB層和第二玻璃層。在一些情況下，層壓板可包括將PVB夾在其中間的金屬或聚碳酸酯板。這兒可使用的其他組合或其他塑性材料為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。依照本發(fā)明，這兒可以使用的其他塑性材料包括聚亞胺酯、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚氯乙稀、離子鍵樹脂、聚烯烴橡膠和其他這種清楚的聚合物材料。另外，也可以容易地加入圖案塑料層或具有專門性能特征的層如太陽能吸收或反射層等。
披露的方法也可以用于生產(chǎn)曲面玻璃層壓板如自動擋風(fēng)玻璃、尾燈和側(cè)燈以及平板安全玻璃，如在多數(shù)建筑或安全應(yīng)用中。披露的方法可用于生產(chǎn)非玻璃層壓板，以及包含多于兩塊玻璃板的結(jié)構(gòu)。例如可以用交錯在聚碳酸酯層之間的PVB板來制備層壓板?？商鎿Q地，利用本發(fā)明方法，可有利地制造具有玻璃和PVB交替的多層層壓板。
性能試驗和特性A)光學(xué)質(zhì)量用裸眼看到的層壓板的直觀缺陷如氣泡或玻璃和聚合物中間層沒有完全接觸的區(qū)域。通過將試驗層壓板置于高強度的氙光下可以估計光學(xué)畸變(透鏡)，并尋求由透鏡效應(yīng)產(chǎn)生的光斑或暗斑(light and darkpatches)，該光學(xué)畸變通過改變穿過層壓板的中間層厚度而產(chǎn)生。
B)擊打附著擊打附著用于測量塑性材料到玻璃上的附著力。進行擊打附著試驗，來估計沖擊消耗。為測量擊打附著，準備安全玻璃，并使其處于-17℃下，且使用1磅的錘子擊打，從而使玻璃破碎。將沒有附著到PVB上的所有破碎玻璃去除?？蓪⑹Ｏ碌母街ＡЯ颗c一組已知的擊打等級標準比較，標準數(shù)字越高，附著到PVB中間層的剩余玻璃越多(即，在0擊打時，沒有玻璃剩下，而在擊打標準數(shù)字為10時，100％的PVB層表面附著到玻璃上)。擊打附著值沒有單位。
C)烘焙失效將層壓板置于100度的加熱爐內(nèi)16個小時，然后移除并目測檢驗氣泡。置于層壓板內(nèi)的任何單個氣泡在層壓板周圍的1/4英寸邊界區(qū)域之外構(gòu)成失效。如果沒有在層壓板內(nèi)發(fā)現(xiàn)這種氣泡，將層壓板放回到加熱爐內(nèi)，且將溫度升高10℃，即升高至110℃。在110℃下的1個小時之后，再次檢驗層壓板的氣泡。去除任何不符合試驗的層壓板。將所有符合試驗的層壓板放回加熱爐內(nèi)，且將溫度升高10℃。將層壓板保持在該溫度下一個小時。繼續(xù)這一過程，直到所有層壓板失效。
D)煮沸失效將層壓板截面浸入沸水中兩個小時，然后目測檢驗氣泡形成。通過這個試驗的層壓板顯示沒有在層壓板內(nèi)產(chǎn)生氣泡，在層壓板周邊的周圍1/2英寸邊界區(qū)域除外。
示例提供以下示例來進一步敘述本發(fā)明。這些示例是說明性的，不構(gòu)成對本發(fā)明的范圍的限制。除非另外指明，所有組分和百分比都是以重量計的。
示例1將最初含有0.43％濕氣的PVB板的五部分裁切得稍微大于所需的最終層壓板尺寸，并將其置于調(diào)節(jié)在70℃的恒溫恒壓室內(nèi)，該恒溫恒壓室的濕度水平可以變化。將PVB板調(diào)節(jié)至25％、25％、22％、14.5％和6％的相對濕度并分別標記成實例1、2、3、4和5。也將五對玻璃置于處于70℃和6％的相對濕度下的第一恒溫恒壓室內(nèi)。一個小時十五分鐘之后，將PVB和玻璃從加熱爐內(nèi)取出，組裝成五塊分離的預(yù)壓件、修整并使其通過固體橡膠輥隙(0.5fpm(0.0025m/s)；30PLI(536kg/m))。在通過輥隙之后，使用層壓成型工業(yè)上通常的壓力和溫度過程來使第一預(yù)層壓板(實例1)增壓加溫(185psi(1.28Mpa)和143℃，周期為一個小時)。將實例2和5的預(yù)層壓板置于對流加熱爐(在常壓下)內(nèi)，預(yù)熱到180℃，并均熱30分鐘。將實例3的預(yù)層壓板置于對流加熱爐內(nèi)預(yù)熱到115℃，并均熱180分鐘。將實例4的預(yù)層壓板置于對流加熱爐內(nèi)預(yù)熱到130℃，并均熱90分鐘。
在冷卻到室溫之后，將層壓板進行光學(xué)透明度、含濕量、烘焙失效性能和煮沸失效性能的試驗(結(jié)果在表1中示出)。按重量計算，實例1含有0.36％的水，其在層壓安全玻璃中普遍常見。其通過了所有的光學(xué)檢驗，并在高溫失效試驗中進行得相當(dāng)好。按重量計算，實例2的層壓板的含水量也是0.36％。其在層壓板的整個表面上顯示出小的氣泡，并因而沒有通過所有的目測檢驗和高溫失效試驗。按重量計算，實例3的層壓板的含水量是0.30％，且完全清楚，沒有任何直觀缺陷，其中該實例3的層壓板是依照本發(fā)明的實施例來生產(chǎn)的。按重量計算，實例4的層壓板的含水量是0.20％，且完全清楚，沒有任何直觀缺陷，其中該實例4的層壓板是依照本發(fā)明的實施例來生產(chǎn)的。最后，按重量計算，實例5的層壓板的含水量是0.11％，且完全清楚，沒有任何直觀缺陷，其中該實例5的層壓板是依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例來生產(chǎn)的。實例3、4和5都通過了高溫失效試驗。實例5的層壓板顯示出230℃的極高烘焙失效溫度。對于依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例制備的層壓板(特征含水量范圍是PVB板重量的大約0.03到大約0.18％)來說，這是典型的，其所制備的層壓板的烘焙失效溫度落在170℃到250℃范圍內(nèi)，這與依照現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的層壓板的烘焙失效溫度在115℃到160℃的范圍相反。實例1、3、4和5的層壓板都通過了光學(xué)試驗，沒有顯示出氣泡、未附著區(qū)域或者在高強度光之下的重大光學(xué)畸變。
表1

示例2將標記實例1到4的PVB的四部分裁切得稍微大約最終層壓板的所要尺寸。將實例1(控制)從由Solutia Inc.生產(chǎn)的標準商業(yè)板上裁初。實例2與控制(實例1)相同，除了其每千克未增塑設(shè)置中含有0.76克magnesium-di-2-ethyl butyrate和0.29克的醋酸鉀之外。實例3與控制相同(實例1)，除了其每千克未增塑樹脂中含有1.016克magnesium-di-2-ethyl butyrate和0.392克醋酸鉀之外。實例4與實例1相同，除了其每千克未增塑樹脂中含有1.27克magnesium-di-2-ethylbutyrate和0.49克醋酸鉀之外。
可從美國的Pittsburgh Pennsylvania的PITTSBURGH PAINT ANDGLASS COMPANY得到用于制造實例1、2、3、4中的層壓板的玻璃，且已知可以產(chǎn)生PVB與玻璃間的附著力，該附著力可與玻璃工業(yè)所生產(chǎn)的附著力相比。
將玻璃和PVB置于6％RH環(huán)境的70℃加熱爐內(nèi)60分鐘的時間。然后將其從加熱爐內(nèi)取出，組裝成預(yù)壓件、修整、通過固體橡膠輥隙(0.5fpm(0.0025m/s)；30PLI(536kg/m))，并在180℃的對流加熱爐內(nèi)加熱30分鐘。
使用在性能試驗部分中敘述的擊打試驗對將成品層壓板進行附著力試驗。結(jié)果表明，存在多種方法將依照本發(fā)明制備的層壓板中的附著力減至中等水平。將成品層壓板中的中間層含濕量確定為0.08％到0.10％重量百分比范圍內(nèi)。
表2

示例3將PVB板的部分裁切得稍微大于最終層壓板所需的尺寸，且將其置于6％RH環(huán)境的70℃加熱爐內(nèi)20到30分鐘，或者直到板內(nèi)含水量降低至0.1重量百分比為止，其中該PVB板沒有玻璃支撐。將兩塊玻璃也置于加熱爐內(nèi)，且容許穩(wěn)定在70℃。然后將PVB和玻璃從加熱爐內(nèi)移除、置于室溫下、修整并通過固體橡膠輥隙(0.5fpm(0.0025m/s)；30PLI(536kg/m))。在通過輥隙之后，將層壓板置于對流加熱爐內(nèi)(在大氣壓力下)，該對流加熱爐已經(jīng)被預(yù)熱至180℃，并均熱10分鐘。然后將其從加熱爐內(nèi)取出，并將其冷卻?？梢云谕氖?，性能特性應(yīng)與上述示例1中的實例5具有可比性。
示例4將PVB卷展開到加熱至50℃、6％RH的室內(nèi)。板在室內(nèi)的停留時間是25-35分鐘，將含水量充分降低到0.1重量百分比之下。在離開室之后，PVB被置于兩玻璃板之間并在層壓板邊緣被修整。如附圖1所示，然后將層壓板20移至輸送機滾筒15上，在該處，其被IR加熱器管11加熱到70℃、穿過軋輥13(30PLI(536kg/m)；以0.5fpm(0.0025m/s)旋轉(zhuǎn))并移動通過精加工加熱器單元14(其中IR加熱器管11在3分鐘內(nèi)將層壓板20加熱到175℃，沒有高溫保持時間)。在一個短的冷卻區(qū)域之后，層壓板20被從輸送機滾筒15的終端(在圖1中的從左向右)移除?？梢云谕氖牵阅芴匦詰?yīng)與上述示例1中的實例5具有可比性。
示例5將PVB卷展開到加熱至50℃、6％RH的室內(nèi)。板在室內(nèi)的停留時間是25-35分鐘，將含水量充分降低到0.10重量百分比之下。在離開室之后，PVB被置于兩曲面玻璃板，如在汽車側(cè)燈中所使用的曲面玻璃板之間，并修整層壓板邊緣。然后將層壓板移至輸送機上，在該處，其被對流加熱器加熱到70℃、穿過分隔的軋輥13(多個滾壓圓盤，大約1英寸厚，各個都在30PLI(536kg/m)下，以0.5fpm(0.0025m/s)旋轉(zhuǎn))并移動通過連續(xù)的對流加熱區(qū)域，該對流加熱區(qū)域?qū)訅喊寮訜岬?60℃并保溫20分鐘。在一個短的冷卻區(qū)域之后，層壓板被從輸送機移除?？梢云谕氖?，性能特性應(yīng)與上述示例1中的實例5具有可比性。
示例6將含水量為0.1重量百分比的PVB卷展開到玻璃板上。將第二玻璃板置于頂部，修整組件，以去除多余的PVB。參考圖5，層壓板20的組件迅速穿過在30PLI和10fpm下操作的主軋輥裝置組件23，以便誘導(dǎo)玻璃和PVB之間輕微結(jié)合，但是這種結(jié)合不足以密封邊緣。然后將層壓板20移動通過IR加熱的主加熱器單元10，在此處，層壓板組件被迅速加熱至70℃。一旦被加熱，層壓板20就穿過也設(shè)置在30PLI(536kg/m)和10fpm(0.051m/s)下操作的第二軋輥裝置組件12，該組件12將玻璃/PVB界面上的氣體排出、將材料結(jié)合在一起并將邊緣密封，以阻止空氣再次進入。成品層壓板20從軋輥裝置組件12離開，到滾筒平臺28上，然后分段放置在支架30上。這一步驟是重復(fù)的，直到支架30上充滿結(jié)合的但是未成品的層壓板20。支架30然后滾動到精加工加熱器單元32，在這個情況中，較大加熱爐將整個組件加熱到180℃并在冷卻到室溫之前保溫20分鐘?？梢云谕氖牵阅芴匦詰?yīng)與上述示例1中的實例5具有可比性。
示例7將含水量為0.1重量百分比的PVB卷展開到玻璃板上。將第二玻璃板置于頂部，修整組件，以去除多余的PVB。參考圖4，玻璃/PVB/玻璃層壓板20的組件迅速穿過在30PLI(536kg/m)和3fpm(0.015m/s)下操作的主軋輥裝置組件23，以便使玻璃和PVB之間輕微結(jié)合，但是這種結(jié)合不足以密封邊緣。然后將層壓板20移動通過IR加熱的主加熱器單元10，在此處，層壓板組件被迅速加熱至70℃。一旦被加熱，層壓板20就穿過也設(shè)置在30PLI(536kg/m)和3fpm(0.015m/s)下操作的第二軋輥裝置組件12，該組件12將玻璃/PVB界面上的氣體排出、將材料結(jié)合在一起并將邊緣密封，以阻止空氣再次進入。離開軋輥裝置組件12，層壓板20(在預(yù)層壓板階段)被垂直輸送機單元33倒立，且穿過精加工加熱器單元34加工，在這一結(jié)構(gòu)中，包括加熱爐，其包括加熱到200℃的對流加熱區(qū)，隨后是短暫(short)冷卻區(qū)域。在加熱和冷卻部分的總時間分別是30分鐘和10分鐘。(連續(xù)的垂直輸送機在層壓成型工業(yè)中是常見的，能夠從位于Sweden的Tamglass購買)?？梢云谕氖?，性能特性應(yīng)與上述示例1中的實例5具有可比性。
在不偏離由附屬權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明的上面的詳細敘述作出一定優(yōu)化。因而，所有的情況都包含在以上敘述中，或者在附圖中示出，該附圖本質(zhì)上被解釋為說明而非限制。
權(quán)利要求
1.一種制造層壓板的方法，包括將一塑性材料與至少一個剛性基板相對放置，所述塑性材料的含濕量低于其重量的0.35％；將至少一個剛性基板、塑性材料或它們的任何組合預(yù)熱到結(jié)合溫度；通過施加短期壓力使所述塑性材料和基板結(jié)合，從而形成預(yù)層壓板；在一定溫度下加熱預(yù)層壓板一段時間，以將塑性材料有效地結(jié)合到基板上。
2.如權(quán)利要求1所述的用于制造層壓板的方法，包括將一塑性材料插入在兩個剛性基板之間，所述塑性材料的含濕量低于其重量的0.35％；將至少一個所述基板、塑性材料或它們的任何組合預(yù)熱到結(jié)合溫度；通過施加短期壓力使塑性材料和基板結(jié)合，從而形成預(yù)層壓板；在一定溫度下加熱所述預(yù)層壓板一段時間，以將塑性材料有效的結(jié)合到基板上。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在從大約40℃到130℃的溫度范圍內(nèi)進行所述預(yù)熱。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在從大約70℃到100℃的溫度范圍內(nèi)進行所述預(yù)熱。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述施加短期壓力的持續(xù)時間小于約15分鐘。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述施加短期壓力的持續(xù)時間為大約0.02秒到大約100秒。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述施加短期壓力的持續(xù)時間為大約0.04到大約50秒。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述施加短期壓力至少在5psi的壓力下進行。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在從大約115℃到大約230℃的溫度范圍內(nèi)進行所述加熱。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在從大約125℃到大約220℃的溫度范圍內(nèi)進行所述加熱。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述加熱進行大約0.5到大約180分鐘的時間。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述加熱進行大約2到大約60分鐘的時間。
13.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在大約1到大約3大氣壓的壓力范圍內(nèi)進行所述加熱。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在大約1大氣壓的壓力下進行所述加熱。
15.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述塑性材料是聚乙烯醇縮丁荃片材。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，至少一個所述基板是玻璃。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述聚乙烯醇縮丁荃片材的含濕量低于所述聚乙烯醇縮丁荃片材重量的0.3％。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述含濕量在大約0.01％到大約0.20％重量百分比之間。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述含濕量在大約0.03％和大約0.18％重量百分比之間。
20.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，多層塑性材料夾在兩個剛性基板之間。
21.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，利用軋輥進行所述施加短期壓力。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在從大約2到大約2000磅每線性英寸的壓力下進行所述施加短期壓力。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述多層塑性材料中的至少兩層包括不同的塑性材料。
24.一種制造層壓板的方法，包括將聚乙烯醇縮丁荃片材插入在兩個剛性基板之間，該聚乙烯醇縮丁荃片材的含濕量在大約0.01％和0.20％重量百分比之間；將所述聚乙烯醇縮丁荃片材和基板結(jié)合在一起，并將邊緣密封，以形成預(yù)層壓板；在大約0.02到大約100秒的持續(xù)時間內(nèi)，使預(yù)層壓板通過施加短期壓力；在大約150℃到大約220℃的溫度下加熱大約0.5到大約180分鐘，以將聚乙烯醇縮丁荃片材結(jié)合到基板上，形成層壓板。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，在大約1大氣壓的壓力下進行所述加熱。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，包括通過將含濕量降低至所述聚乙烯醇縮丁荃片材的重量的大約0.01％到大約0.20％的范圍內(nèi)來調(diào)節(jié)所述聚乙烯醇縮丁荃片材。
27.依照權(quán)利要求1所述的方法制備的安全玻璃。
28.依照權(quán)利要求2所述的方法制備的安全玻璃。
29.依照權(quán)利要求24所述的方法制備的安全玻璃。
30.一種安全玻璃，其中間層的含濕量范圍在塑性材料片材重量的約0.03％到約0.18％之間，且烘焙失效在170℃到250℃的范圍內(nèi)。
31.一種制造層壓玻璃的裝置，包括主加熱器單元，其用于將塑性材料層預(yù)熱到結(jié)合溫度；結(jié)合壓力裝置，其用于將短期壓力施加到成層組件上，從而將塑性材料層結(jié)合到剛性基板上，以形成預(yù)層壓板組件，其中所述成層組件由至少一個剛性基板和所述塑性材料層組成；以及精加工加熱器單元，其用于將預(yù)層壓板組件加熱到一個溫度，并加熱一段時間，以將塑性材料有效地結(jié)合到剛性基板上。
32.如權(quán)利要求31所述的制造層壓玻璃的裝置，包括主加熱器單元，其用于將塑性材料層預(yù)熱到結(jié)合溫度；結(jié)合壓力裝置，其用于將短期壓力施加到預(yù)壓、未結(jié)合的成層組件上，從而將塑性材料層結(jié)合到剛性基板的片材上，以形成預(yù)層壓板組件，其中所述成層組件由兩個剛性基板形成，所述塑性材料層夾入在該兩個剛性基板中間；以及精加工加熱器單元，其用于將預(yù)層壓板組件加熱到一個溫度，并加熱一段時間，從而將塑性材料有效地結(jié)合到剛性基板上。
33.如權(quán)利要求32所述的裝置，還包括主壓力裝置，其用于將短期壓力施加到預(yù)壓、未結(jié)合的成層組件上，該成層組件由兩個中間夾有塑性材料層的剛性基板形成；主加熱器單元，其用于將預(yù)壓件組件的塑性材料層預(yù)熱到結(jié)合溫度；結(jié)合壓力裝置，其用于將短期壓力施加到預(yù)壓件組件上，以將塑性材料層結(jié)合到玻璃板上，從而形成預(yù)層壓板結(jié)構(gòu)；以及精加工加熱器單元，其用于將預(yù)層壓板組件加熱到一個溫度，并加熱一段時間，從而將塑性材料有效地結(jié)合玻璃基板上。
34.如權(quán)利要求32所述的裝置，還包括主加熱器單元，其用于預(yù)熱預(yù)壓件組件的塑性材料層；主壓力裝置，其用于將短期壓力施加到預(yù)壓、未結(jié)合的成層組件上，所述成層組件由兩個中間夾有塑性材料層的剛性基板形成；主加熱器單元，其用于將預(yù)壓件組件的塑性材料層預(yù)熱到結(jié)合溫度；結(jié)合壓力組件，其用于將短期壓力施加到預(yù)壓件組件上，以將塑性材料層結(jié)合到玻璃板上，從而形成預(yù)層壓板組件；以及精加工加熱器單元，其用于將預(yù)層壓板組件加熱到一個溫度，并加熱一段時間，從而將塑性材料有效地結(jié)合到玻璃基板上。
35.如權(quán)利要求32所述的裝置，其特征在于，所述壓力裝置是軋輥裝置。
36.如權(quán)利要求32所述的裝置，其特征在于，在從約1到約3大氣壓的壓力范圍內(nèi)操作所述精加工加熱器單元。
37.如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，在大約1大氣壓的壓力下操作所述精加工加熱器單元。
全文摘要
使用低含水量的塑性中間層材料，如聚乙烯醇縮丁荃中間層板，通過采用軋輥排氣和在大氣壓力下高溫精整的方法來制備安全玻璃。
文檔編號B32B17/10GK1617796SQ02827718
公開日2005年5月18日 申請日期2002年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者戴維·P·布爾西耶, 弗朗科斯·A·科蘭, 簡·H·L·克羅曼 申請人:索魯?shù)賮喒?br>