用于外压力板装玻璃应用中并且具有可承受危险应力的改进结构完整性的玻璃层压板的制作方法

专利名称：用于外压力板装玻璃应用中并且具有可承受危险应力的改进结构完整性的玻璃层压板的制作方法
本申请要求享有于2003年4月4日提交的美国临时专利申请No.60/460676的权益。
背景技术：
发明领域本发明涉及层压玻璃结构。本发明尤其涉及可承受猛烈冲击和/或猛烈压力荷载的层压玻璃结构。
现有技术的介绍传统的玻璃窗(glazing)结构包括安装在支承结构如框架之中或之上的玻璃窗件。这种玻璃窗构件可包括层压板窗，例如玻璃/夹层/玻璃层压板窗。已知有用于构造用于商业和/或居住建筑物中的窗、门或其它玻璃窗件的各种传统装玻璃方法。这些装玻璃方法例如为外压力板装玻璃方法；无缝式装玻璃方法；船用装玻璃方法；可拆式限位件装玻璃方法；以及硅酮结构胶装玻璃(也称为连续装玻璃方法)。
例如，美国专利No.4406105介绍了一种结构装玻璃系统，其中在玻璃窗件上穿孔，带有连接件的板件系统形成为穿过该孔。
可防威胁的窗和玻璃结构是已知的，并且可利用传统的装玻璃方法来构成。美国专利No.5960606(′606)和美国专利No.4799376(′376)各自介绍了制作成可承受猛烈作用力的层压板窗。在国际出版物WO 98/28515(IPN′515)中，玻璃层压板位于刚性槽道中，其中与玻璃相邻的弹性材料允许在弹性材料与刚性槽道之间发生挠曲移动。存在夹持玻璃面板的其它工具，例如粘合带、垫片、腻子等，并且可用于将玻璃面板固定在框上。例如，WO 93/002269介绍了加强件的使用，其围绕玻璃层压板的周边而层压在聚合物夹层上以加强夹层，并可延伸至玻璃/夹层层压板的边缘之外。在另一实施例中，′269介绍了刚性构件的使用，其插入到单块透明件的表面以下的槽道中，并从该透明件中延伸出。
然而，能够承受飓风和高冲击力作用的窗和玻璃结构并非不会发生问题。传统的装玻璃方法可要求玻璃窗件在框中具有一定的额外空间，以便有助于插入或取下玻璃窗件。尽管该额外空间有助于安装，但它会允许玻璃窗件在框内摆动、晃动或旋转运动。另外，它可根据作用于玻璃窗件上的作用力的幅度和方向而在框内左右移动(即沿着横向方向)。在猛烈的重复冲击和/或连续或不连续压力的状态下，玻璃层压板可在框内或结构支承件内运动，导致足够的应力积聚，最终导致窗破裂，并使层压板可从框上拉出。例如，当遭受猛烈的飓风时，IPN′515的窗中的玻璃在刚性槽道内挠曲的挠曲运动可逐渐地将层压板拉出槽道，导致丧失结构的完整性。在′376中，夹持在框上的玻璃会裂开和破碎，导致丧失窗/框结构的结构完整性。在WO′269中，在本文所述的夹层中插入刚性外体可在聚合物与外体接触的界面处形成可防止在受到危险应力时失效的结构。
WO 00/64670介绍了一种玻璃层压板，其利用夹层来作为玻璃窗结构中的构件，从而在玻璃的受迫期间或在玻璃发生初始破裂之后为层压板提供更大的结构完整性。
发明概要在一个方面中，本发明是可用于外压力板装玻璃中的玻璃窗件，其包括透明的层压板以及用于将层压板连接在支承结构上的连接工具，其中(1)层压板包括至少一层玻璃，其在玻璃的至少一个表面上直接结合在热塑性聚合物夹层上；(2)夹层延伸到层压板的至少一条边缘之外；(3)夹层的延伸部分的一个表面结合在连接工具的至少一个表面上；(4)夹层的延伸部分的另一表面结合在玻璃上；(5)连接工具是卡夹，其可用于将层压板对准和夹持在支承结构的保持槽道中；(6)卡夹还包括至少一个互锁式延伸部，其用于限制层压板在槽道内的旋转和/或横向运动，和/或层压板离开槽道的运动。
附图简介

图1是处于框内的传统玻璃层压板。
图2是本发明的包括热塑性夹层的玻璃/塑料/玻璃层压板，其中层压板保持在由竖框和压力板形成的槽道中，层压板通过结合在热塑性夹层上的连接工具的帮助而保持就位。
图3描述了玻璃窗件，其因重新设计的压力板而与图2所示玻璃窗件相比具有变小的力矩臂。
图4描述了包括连接工具和重新设计的竖框的玻璃窗件，其中连接工具具有两个对称的延伸部，而重新设计的竖框具有用于接受和约束其中一个延伸部的凹口。
图5描述了具有两个对称延伸部和平坦表面的连接卡夹。
图6描述了具有不同延伸部的连接卡夹。
图7描述了具有一个延伸部和粘合剂的连接卡夹，其中粘合剂施加在槽道内以便限制玻璃窗在负压作用下发生摇动。
本发明的详细描述图1显示了传统的层压板，其包括玻璃(1)、热塑性夹层(2)和玻璃(3)，玻璃经由中间粘合层(5)而连接在框(4)上，中间粘合层(5)通常为垫片、腻子、密封胶带或硅酮密封胶。
本发明是采用了用于将层压板连接在支承结构的夹层的玻璃层压板系统，如WO00/64670中所述，该文献通过引用而结合于本文中。在结合有作为玻璃窗构件的夹层的用于建筑用途的玻璃窗单元的生产工艺中，已经发现，将玻璃层压板的夹层连接在层压板所用支承结构上可提供能承受严重威胁的具有提高的强度和结构完整性的玻璃窗单元。本发明涉及玻璃窗件，其构造成用于外压力板装玻璃应用，并且采用了连接在结构支承件上的夹层。
在传统的外压力板装玻璃应用中，玻璃窗件通常插入包括竖框和压力板的框中。竖框和压力板用于将玻璃窗件连接在将装备该玻璃窗件的建筑物或结构上。压力板与竖框一起地用于将玻璃窗件牢固地夹持在框中。压力板利用紧固件连接在竖框上。
在一个实施例中，本发明的玻璃窗件包括能够支承玻璃窗结构的支承结构，该玻璃窗结构包括层压板，其具有至少一层玻璃和直接自粘合在玻璃的至少一个表面上的至少一层热塑性聚合物夹层。自粘合就意味着夹层/玻璃界面不要求、并因此可能不包括任何粘合剂的中间层和/或玻璃表面预处理来获得适用作安全玻璃的粘合。在一些应用中，优选没有中间膜或粘合层。
用于本发明的实践中的热塑性聚合物应具有允许夹层为玻璃窗提供传统优点的性能，例如透光性、与玻璃的结合力，以及夹层材料的其它已知的和所需的性能。在这方面，传统的夹层材料可适用于本文中。传统的夹层材料包括热塑性聚合物。合适的聚合物例如包括聚乙烯醇缩丁醛(PVB)；聚氯乙烯(PVC)；聚氨酯(PUR)；聚乙酸乙烯酯；乙烯酸共聚物以及它们的离聚物；聚酯；共聚多酯；聚缩醛；以及在生产玻璃层压板的领域中已知的其它聚合物。采用这些材料的任何相容组合物的共混材料也会是合适的。另外，用于本发明实践中的合适夹层材料应能够在极限应力下承受脱离支承结构的撕裂。用于本发明实践中的合适聚合物的片材具有高的模量、优异的撕裂强度以及直接与玻璃的优异粘合性。同样，合适的夹层材料或材料共混物在高达约40℃的温度下应具有至少50MPa的储能杨氏模量。它可用于改变夹层的厚度以便例如提高撕裂强度。
尽管许多传统的热塑性聚合物可适用于本发明的实践中，但这些聚合物优选为乙烯酸共聚物。更优选的是，这种热塑性聚合物是通过乙烯与α，β-不饱和羧酸或其衍生物的共聚作用得到的乙烯酸共聚物。可用于本发明实践中的合适的酸衍生物对于本领域的技术人员而言是已知的，并包括酯、盐、酐、酰胺、腈，等等。酸共聚物可完全地或部分地中和成盐(或部分盐)。完全地或部分地中和的酸共聚物传统上称为离聚物。合适的共聚物可包括可选的第三单体组分，其可以是烯属不饱和羧酸的酯。可用于本发明实践中的合适酸共聚物例如可以从E.I.Du Pont de Nemours & Company公司买到，商品名例如为Surlyn和Nucrel。
在本发明的实践中，夹层的边缘可直接连接在支承结构上，或者通过连接工具间接连接在支承结构上。如本发明的实践中所预期的那样，支承结构可以是将玻璃窗件保持就位于建筑物上或可支承玻璃窗件重量的任何构件或者构件的任何组合。支承结构可包括框、螺栓、螺钉、线、缆、钉子、U形钉，和/或用于保持或支撑玻璃窗件的任何传统工具，或者它们的组合。在本发明中，“支承结构”可指完整的或整个的支承结构，或者它可指特定结构构件或完整支承结构的元件。玻璃窗生产领域中的技术人员从上下文中可知适用于哪个特定含义。如本文所预期的那样，夹层的直接连接意味着将层压板直接连接在支承结构或其任何元件上，其中夹层与支承结构直接地并一致地接触。夹层与支承件的直接连接可从顶部、侧面、底部或通过夹层材料来进行。间接连接是指其中夹层不与支承结构直接接触、而通过玻璃窗件的至少一个中间结构件与支承结构相接触的任何连接模式。夹层通过连接工具与支承结构的间接连接在本发明的实践中是最优选的。连接工具可以是用于将玻璃层压板保持或限制在框或其它支承结构中的任何工具。
在一个优选实施例中，连接工具是可通过结合工艺结合在夹层的延伸部分上的连接卡夹。在本发明的实践中，并未预期在卡夹与层压板玻璃层的任何部分之间有直接接触，任何这种接触都是偶然的。在任何情形下，优选减少卡夹和玻璃之间的接触以减少在应力作用下或在层压板于支承结构内运动时的玻璃破裂。为此，夹层的从层压板边缘延伸出的那部分优选形成了卡夹和玻璃层之间的中间层，使得卡夹不会与玻璃接触。卡夹的与夹层接触的表面可以是光滑的，但优选卡夹的该表面具有至少一个凸起和/或一个下凹部位，更优选为若干凸起和/或下凹部位，其可为粘合以及与夹层的机械互锁机构提供额外的表面区域，以便提高卡夹和夹层之间的粘合结合的有效性，从而为层压板/卡夹组件提供更好的结构完整性。
在另一实施例中，传统的玻璃层压板单元可用于形成本发明的层压板玻璃窗单元。为了实现与其它实施例中相同或相类似的效果，夹层材料可结合在热塑性材料上，而不必使夹层真正地延伸至层压板的边缘之外。在该实施例中，适于结合在热塑性夹层上的热塑性聚合物材料条可设在层压板的周边上，并被加热以促进夹层和热塑性聚合物在层压板周边上的熔融或流动，使得这两种材料直接接触并共混在一起。在冷却至聚合物的熔点以下之后，这两种材料相互间结合在一起，并因此可用于执行玻璃和连接工具之间的结合功能。用于将夹层结合在连接工具上的其它工艺也是可以考虑的，并属于本发明的范围内，如果夹层通过这种工艺而有效地延伸到层压板的边缘之外的话。热塑性聚合物可以是与夹层所用相同的聚合物，或者可以是不同的材料，其在所使用的工艺条件下与夹层材料形成了强度足够好的结合。在一个优选实施例中，可以同时进行热塑性条与层压板的玻璃以及与连接工具的结合。
适用于本发明实践中的结合工艺可以是其中夹层可结合在连接工具上的任一种工艺。在本发明中，“结合”的意思是夹层和连接工具形成了这样的结合，即连接工具和夹层之间粘合在一起。结合可以通过物理手段或通过化学手段或通过这两者的组合来实现。用于本发明目的的物理结合是夹层与连接工具的相互作用所导致的粘接，其中夹层和/或连接工具的化学性质在存在粘接的表面处未发生变化。例如，分子间力所导致的粘接是物理结合的一个实例，其既未形成也未损坏化学共价键。根据本发明，化学结合将要求形成和/或断开夹层和连接工具之间的界面处的化学共价键，以形成粘接。
本发明的结合工艺优选包括在卡夹与夹层直接接触时对卡夹加热的步骤，也就是说，对卡夹/夹层组件施加热量或能量，使得聚合物夹层及卡夹在卡夹与夹层相接触的界面处发生结合。在未遵守原理的前提下，可以认为这会导致物理结合而非化学结合。在结合工艺中施加热量可以通过各种方法来实现，包括使用加热工具、微波能量或超声波来加热夹层和/或连接卡夹，并促进结合。卡夹/夹层组件优选可在低于175℃的温度下进行结合，更优选在低于165℃的温度下。最好是，卡夹/夹层组件可在大约125℃至大约150℃的温度下进行结合。一旦结合好，卡夹/夹层/层压板就形成了可装配或以其它方式连接在框或其它支承结构上的层压板/卡夹组件。
适用于本发明的实践中的卡夹具有机械互锁式延伸部，其可通过与支承结构的互锁来减少层压板在框的槽道内的运动，或者减少层压板克服任何其它的刚性支承结构件进行的运动。卡夹的延伸部件由此可减少刚性支承结构靠在层压板上的作用力，并且还有助于将层压板保持在支承结构之中或之上。延伸部件可具有各种形式和/或形状以实现其功能。例如，延伸部件可形成球窝的一部分；它可形成“C”、“L”、或“T”形以便将其保持在支承结构中，或者它可以为任何类型的延伸臂，例如钩或夹。可实现帮助层压板保持在支承结构上的功能的延伸部件的任何设计都视为属于本发明的范围内。
为了本发明的目的，本发明的层压板/卡夹组件如所述地连接在支承结构上，即组件钉在、螺钉固定在、螺栓固定在、胶粘在、槽口式连接在、系在该支承结构上，或以其它方式被限制成无法与该支承结构脱离接合。优选的是，本发明的层压板/卡夹组件在几何形状上和/或在物理结构上被限制在传统框架结构的元件所形成的槽道内。在本发明的实践中，传统的框架结构包括竖框，其用于将玻璃窗件连接和保持在例如建筑物上。可用于本发明的实践中的框架结构可包括压力板和紧固件，其用于将玻璃窗件保持靠在竖框上。在用于外玻璃窗的玻璃窗技术领域中使用压力板和竖框是传统的。
在本发明的如图2所示的其中一个优选实施例中，玻璃窗件(1)包括玻璃(2)/夹层(3)/玻璃(2)的层压板；以及连接卡夹(4)。玻璃窗件与垫片(7)相接触，垫片(7)有助于将玻璃窗件保持在竖框(5)和压力板(6)所形成的槽道内。连接卡夹包括互锁式延伸部(9)，其离开层压板的外边缘向外突出。通过减轻层压板在层压板表面上受到正压而产生的摇动，该臂可用于限制玻璃窗件在框槽道(10)内的运动。另外，该臂可有助于防止层压板因玻璃窗件的左右运动而被拉出。紧固件(11)将压力板和竖框保持在一起，并且可被拧紧或松开以便在用于保持玻璃窗件的垫片上施加更多或更少的压力。隔热件(12)可用于温度绝缘。图2所示的设计导致层压板可承受猛烈的正压或负压荷载。卡夹可选择性地包括位于延伸部端部处的接合钩，以便帮助将层压板固定在框槽道内。
在图3所示的另一实施例中，所示玻璃窗件与图2所示玻璃窗件相同。竖框和压力板与图2所示相同，不同之处在于，隔热件(12)的形状已重新设计并被反转过来，以减小玻璃窗件的力矩臂。减小的力矩臂可进一步限制槽道内的运动，使得可防止形成足以损坏层压板和/或允许层压板从该结构内拉出的作用力。
在图4所示的另一实施例中，玻璃窗件与图3所示玻璃窗件相同，不同之处在于，连接卡夹(4a)包括第二延伸臂(13)，其用于进一步促进玻璃窗件在槽道(10)内的固定，无论是受到正压或负压。图4的竖框具有用于接受附加延伸臂的凹口(14)。
在图5所示的另一优选实施例中，玻璃窗件与图3所示的玻璃窗件相同，不同之处在于，连接卡夹(4b)具有平表面，其可在卡夹/夹层的结合工艺过程中更易于施加热量。图5所示卡夹的修改设计可导致层压板在框中的更好玻璃夹持或玻璃钳合，这可导致玻璃窗件具有更好的结构完整性。图5所示竖框与图4所示竖框相同。
在图6所示的另一优选实施例中，玻璃窗件与图3所示玻璃窗件相同，不同之处在于，连接卡夹(4c)包括第二延伸臂(13a)，其比延伸臂(9)更短，并用于在受到正压或负压时均可促进玻璃窗件在槽道(10)内的保持。图6所示竖框与图3所示竖框相同。
在图7所示的另一优选实施例中，玻璃窗件与图3所示玻璃窗件相同，不同之处在于，连接卡夹(4)通过粘合剂(14)结合在竖框上。尽管在本发明的实践中选用了粘合剂，然而以这种方式来使用粘合剂不要求较好的技巧和技术本领来施加粘合剂，因为粘合剂从玻璃窗件的框外侧是看不到的。
本发明的层压板具有优越的耐久性、抗冲击性、韧性，以及在玻璃破碎时可通过夹层来防止玻璃造成割伤。本发明的层压板尤其可用于承受飓风和风暴的建筑物内的建筑应用中。通过夹层连接在或安装在框内的本发明层压板在受到这种应力或冲击之后不会从框上脱落。本发明的层压板还具有低的混浊度和优越的透明度。这些性能使得本发明的玻璃窗件可用作建筑玻璃，例如包括用于降低太阳光线、噪音控制、安全和保安。
在一个优选实施例中，夹层设在玻璃板之间，使得夹层以可连接在周边框上的方式而露出。该夹层可沿着层压板的周边以连续的方式而连接在支承结构上。或者，夹层可围绕层压板的周边在不同点处以不连续的方式而连接在结构支承件上。通过夹层将层压板连接在框上的任何方式都视为属于本发明的范围内。例如，围绕层压板的框可包含能够与层压板以及与框结合在一起的夹层材料；层压板例如可通过螺钉、挂钩、钉子或夹子而机械式地锚固在框上。机械连接件包括层压板的任何物理约束件，其例如通过开槽、配合或模制支承件来将夹层保持就位于结构支承件内。
可从层压板层之间除去空气，夹层可通过传统的手段结合或粘接在玻璃板上，包括对结构进行加热和加压。在一个优选实施例中，夹层可实现结合而无需在结构上施加增大的压力。
本发明的一种优选层压板是透明的层压板，包括两层玻璃和自粘接在至少一个玻璃表面上的热塑性聚合物中间夹层。夹层的储能杨氏模量优选在0.3Hz和25℃下为50-1000MPa(兆帕斯卡)，优选为大约100至大约500MPa，其根据ASTM D5026-95a来确定。夹层在高达40℃的温度下应使得其储能杨氏模量保持在50-1000MPa的范围内。
层压板可根据本领域中已知的传统工艺来制备。例如，在典型的工艺中，将夹层放在两片大小为12英寸×12英寸(305毫米×305毫米)和2.5毫米公称厚度的退火浮法玻璃之间，其已经在脱矿质水中进行了清洗和漂洗。然后，将玻璃/夹层/玻璃组件在烘箱中加热并保持在90-100℃下达30分钟。之后使它通过一组包胶夹辊(辊筒轧压)，使得玻璃和夹层之间的间隙内的大部分空气可被挤出，并且组件的边缘被密封。在该阶段的组件称为预压件。然后将预压件放入空气高压釜中，其中将温度升高至135℃，将压力提升至200磅/平方英寸(14.3巴)。在这样的条件下保持20分钟，之后使空气冷却，同时在高压釜中不添加更多的空气。在20分钟的冷却之后，当高压釜中的空气温度低于50℃时，就排出多余的空气压力。该工艺的显而易见的变型对于玻璃层压领域中的普通技术人员而言是已知的，这些显而易见的变型被视为适用于本发明的实践中。
优选的是，层压板的夹层是离子键树脂的片材，其中离子键树脂是乙烯和甲基丙烯酸或丙烯酸聚合物的不溶于水的盐，其含有大约14-24％重量的酸和大约76-86％重量的乙烯。该离聚物的特征还在于，它具有大约10-80％的用金属离子、优选为钠离子来中和的酸，并且该离聚物具有大约0.5-50d熔体指数。熔体指数在190℃下根据ASTM D1238来测定。离子键树脂的制备公开于美国专利No.3404134中。可采用已知的方法来得到具有合适光学性能的离子键树脂。然而，现有的可买到的酸共聚物的酸含量不大于大约20％。如果从当前可买到的酸、共聚物和离子键树脂的性能中可预测具有更高酸含量的树脂的性能，则高酸树脂可适用于本文中。
采用Hazeguard XL211混浊度测量仪或Hazeguard Plus混浊度测量仪(BYK Gardner-USA)并根据ASTM D-1003-61来测量本发明的层压板的混浊度和透明度。百分比混浊度是扩散光透射占总体光透射的百分比。为了适用于建筑和运输应用，层压板的夹层一般要求具有至少90％的透明度和小于5％的混浊度。
在本发明的实践中，底涂料或粘合层的使用是可选的。取消使用底涂料可减少工艺步骤以及降低加工成本，这是优选的。
可采用标准技术来形成树脂夹层片材。例如，可采用模压法、注射模塑法、挤出和/或压延法。优选采用传统的挤出技术。在典型的工艺中，适用于本发明的离子键树脂可包括回收的离子键树脂以及纯离子键树脂。可将添加剂如着色剂、抗氧化剂和UV稳定剂装入传统的挤压机中进行熔融共混，然后经过盒匣类型的熔体滤器以便除去污染物。熔体可通过模子挤出，并穿过压延辊以形成大约0.38-4.6毫米厚的片材。可用于离子键树脂片材的典型着色剂例如为可减少发黄的上蓝剂或增白剂，或者为可添加以用于给玻璃上色或用于控制太阳光的着色剂。
挤出后的聚合物片材可具有光滑的表面，但优选具有粗糙的表面，以便在层压过程中有效地使大多数空气从层压板的表面之间排出。这例如可通过在挤出之后给片材机械式地加工出浮凸，或者通过片材挤出过程中的熔体破坏等等来实现。可通过任何传统的方法来除去层压板的层之间的空气，例如对预层压板结构进行包胶夹辊压制、真空装袋或在高压釜中处理。
附图并不代表属于本发明范围内的所有变型。玻璃窗生产领域的普通技术人员可知道如何将本发明的内容结合到传统的技术领域中，同时不脱离本文所述的本发明的范围。玻璃/夹层/玻璃层压板组件的任何变型被视为属于本发明的范围内，其中框可直接地连接在夹层上，或者通过中间层如粘合层而间接连接在夹层上。
对于建筑应用而言，层压板可具有两层玻璃和一层热塑性聚合物的夹层。多层式夹层是传统使用的，并且可适用于本文中，只要其中至少一层可连接在如本文中所述的支承结构上。本发明的层压板可具有大约3-30毫米的总厚度。夹层可具有大约0.38-4.6毫米的厚度，并且各玻璃层可为至少1毫米厚。在一个优选实施例中，夹层直接地自粘接在玻璃上，也就是说，未在玻璃和夹层之间使用中间粘合层或涂层。例如，可以使用其它层压板的构造，例如多层玻璃和热塑性夹层；或者单层玻璃与热塑性聚合物夹层，其中在夹层上粘接了一层耐久性的透明塑料薄膜。上述层压板中的任一种可涂覆有本技术领域中已知的传统耐磨涂层。
框和/或连接工具可由多种材料制成，例如木材、铝、钢；以及多种强度好的塑料材料，包括聚氯乙烯和尼龙。根据所使用的材料以及安装的类型，可能要求或不要求框层叠在层压板上，以便在框和层压板夹层之间实现相当刚硬的粘合式结合。
框可选自玻璃窗领域中的多种可用的框设计。层压板可通过使用或不使用粘合剂材料而连接在或固定在框上。已经发现，离子键树脂制成的夹层牢固地自粘接在大多数框材料如木材、钢、铝和塑料上。在一些应用中，可能需要沿着框的边缘来使用另外的紧固件，例如螺钉、螺栓和夹子。将连接工具固定在框上的任何手段都适用于本发明中。
在制备本发明的玻璃窗件时，在高压釜中处理是可选的。在本技术领域中众所周知的工艺步骤，例如辊筒轧压、真空环或装袋预压，或者真空环或装袋可用于制备本发明的层压板。在任何情况下，板构件层相互间紧密接触并加工成最终的层压板，这种层压板没有气泡，并且具有良好的光学性能，以及适当的性能以保证层压板在应用场合的整个使用寿命期间的性能。在这些工艺中，目的是挤出或迫出玻璃和塑料层之间的大部分空气。在一个实施例中，框可用作真空环。除了驱出空气之外，外压力的施加使玻璃和塑料层直接接触并形成粘接。
对于海滨地区的建筑应用而言，玻璃/夹层/玻璃的层压板必须通过模拟的飓风冲击和循环测试，其中测量层压板承受碎片冲击和风压循环的性能。目前可接受的测试根据南佛罗里达州建筑规范第23章2315节“用于风引起的碎片冲击试验”来进行。疲劳荷载测试根据1994年的2314.5节的表23-F来测定。该测试模拟了在恶劣天气如飓风下的风作用力加上风形成的碎片的冲击。对35英寸×50英寸(88.9×127厘米)的层压板样品进行测试。该测试包括在层压板上的两次冲击(一次位于层压板样品的中心，接下来的第二次冲击位于层压板的转角处)。通过空气压力罐以50英尺/秒(15.2米/秒)的速度来发射公称尺寸为2英寸(5厘米)乘以4英寸(10厘米)和8英尺(2.43米)长的9磅(4.1公斤)重的板，来进行冲击。如果层压板在上述冲击过程中保持完好，就对其进行空气压力循环测试。在该测试中，将层压板牢固地固定在室内。在正压测试中，带有朝外冲击侧的层压板固定在室内，在室内施加真空，然后与表1所示循环过程相一致地改变真空。如表1所示，压力循环程序为为最大压力(P)的一小部分。在该测试中，P等于70PSF(磅每平方英尺)或3360帕斯卡。在1-3秒内完成第一次3500次循环中的每一次循环和随后的循环。在完成正压测试过程之后，将层压板反过来，使冲击侧面向室内以用于测试的负压部分，与以下的循环过程相一致地施加真空。这些值表达为负值(-)。
表1
*绝对压力水平，其中P为70磅每平方英尺(3360帕斯卡)。
当没有出现长度在5英寸(12.7厘米)以上并且宽度不超过1/16英寸(0.16厘米)的裂缝或开口时，层压板就通过了冲击和循环测试。
其它应用会要求另外的测试以确定玻璃窗是否适用于此特定应用。玻璃窗膜片和相应的支承结构可通过以下三种失效模式中的一种而失效1.玻璃窗膜片因施加在玻璃窗或周围结构上的作用力而裂开(裂缝或孔扩展)。
2.玻璃窗膜片从支承结构上拉离开，从而丧失了机械完整性，使得玻璃窗膜片不再提供预定的功能，通常为屏障。
3.支承结构因丧失了其构成的完整性或丧失了支承结构与周围结构之间的完整性而失效。
只有上述失效模式1和/或2才是本发明的主题。
在本文中将最优化系统规定为，其中当预期的最大威胁施加在玻璃窗系统上时，玻璃窗系统的任何部件/子部件没有发生失效。当超过某些阈值时，理想的失效模式是，其中在上述失效模式1和2之间实现了平衡。如果玻璃窗膜片本身可承受比所施加的大很多的作用力或能量，则支承结构具有固定玻璃窗的能力，那么玻璃窗“充填物”设计余量太大，或者支承结构设计余量不足。反之亦然。
实例实例仅仅是用于说明性目的，并非试图限制本发明的范围。
实例1至3以及对比实例C1至C3通过以下方法来制备传统的玻璃层压板。尺寸为300毫米×300毫米(12平方英寸)的两片退火玻璃用去离子水清洗，然后干燥。在两片玻璃之间放置了由81％乙烯、19％甲基丙烯酸构成的离子键树脂的片材(2.3毫米厚)，其中37％的酸被中和且具有作为反离子的钠离子，并且熔体指数为2。将尼龙真空袋设置成包围预层压板组件，以允许基本上从中除去空气(袋内的空气压力降低至100毫巴的绝对压力以下)。将装袋的预层压板在传统的空气烘箱中加热至120℃并保持30分钟。采用冷却风扇将层压板冷却至环境温度，使层压板与真空源分开并取下袋，从而生产出玻璃和夹层的完全结合在一起的层压板。
本发明的层压板以与上述相同的方式来制备，不同之处如下。在一些实例中，在将离聚物的片材(2.3毫米厚)装配到盒内从而对内部“施加衬里”之后，将本应用中的图6和9所示的三角形“角-盒”固定组件设在层压板的各角上，该固定组件具有0.2毫米的壁厚以及50毫米×50毫米×71毫米的尺寸(内侧开口为10毫米)。将组件放入真空袋中，并执行上述工艺以便将连接件直接“结合”在夹层上。为了更好地保证层压板没有夹带气泡的空隙区、即离聚物和玻璃表面之间的未接触区，以及保证在离聚物和“角-盒”的内侧之间形成了良好的流动和接触，将所有的层压板放入空气高压釜中以进行进一步的处理。使高压釜内的压力和温度从环境状态升高至135℃和200磅/平方英寸，并保持15分钟。该温度和压力保持30分钟，然后使温度在20分钟内降低至40℃，因此压力下降至环境大气压，将组件取出。
装配好与SAE工业标准J-2568(作为附录附加)中所述相类似的测试装置，以测量膜片完整性的程度。该装置包括带有一体式测力计的液压缸，其以预定的方式驱动半球形金属锤(200毫米直径)作用于各玻璃窗样品的中心处，并测量作用力/挠曲特性。通过连接在锤上的绳电位计来测量挠曲。通过在周边夹持样品的金属框来支承玻璃窗样品，并仅在转角处或在需要有性能信息的任何结构处进行支承。通过合适的校准因子并通过与计算机系统的接口来得到数据。然后对数据进行进一步的处理，以便计算单位为牛顿(N)的最大施加力(Fmax)，以及挠度。将数据进行综合就可推导出到达玻璃窗或支承条件的失效点所需的总能量。层压板的测试在使层压板破裂之后进行，以便更准确地测量夹层连接系统的承载能力。
实例C1是退火玻璃板(10毫米)，其受到应力，直到破裂。测试玻璃窗具有标准的安装，其中所有四个侧面都利用典型数量的边缘夹持件而被框夹持住(也就是说，框和玻璃相重叠)，并且衬有弹性体垫片。
实例C2是90密耳的预先破裂的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)层压板。层压板构造是典型的接合板设计。
实例C3是90密耳的SentryGlasPlus(SGP)层压板，其预先破裂并且构造成具有典型的接合板设计。
实例1是本发明的层压板，其采用了预先破裂并且构造成具有整个周边连接设计的90密耳的SentryGlasPlus夹层(也就是说，夹层连接在框上并围绕层压板的整个周边)。
实例2与实例1相同，不同之处在于，它构造成带有转角连接的设计。
实例3与实例2相同，不同之处在于采用了180密耳的SentryGlasPlus层压板。
为了测量玻璃窗膜片承受所施加的作用力/能量的能力与玻璃窗支承结构(或工具)保持玻璃窗的能力之间的相对性能，进行以下测试。位移(D)定义为锤从与层压板相接合至层压板失效的点处的行进距离，并对其进行测量。测量膜片强度与完整性(S/R)的比率。S/R比率定义为使给定层压板失效所需的外加能量与使C1破裂所需的外加能量之比。通过用使C3失效所需的外加能量除以使层压板失效所需的外加能量来得到优于传统接合板设计的性能优点(B)。所得数据如表2所示。
表2
实例4至10和对比实例C4采用9/16英寸厚的层压玻璃与可从E.I.Du Pont de Nemours andCompany(Du Pont)公司得到的0.090英寸厚的SentryGlasPlus，以及1/4英寸厚的热强化玻璃相结合，来制备层压板。在几乎所有的方面中，这是用于防止较大发射物冲击的商业装玻璃应用中的常见玻璃窗备选例。对现有工业标准的改进是所使用的连接工具，也就是说，铝型材通过接触加热装置而与层压玻璃的夹层边缘结合在一起。铝型材为“u”形的槽道形，并带有从“u”形的底部伸出的支脚，其与定制的挤出压力板中的互锁轮廓设计相接合。12英寸长的铝型材设置成在精心设计的位置处包围了玻璃边缘，以便确定用于装玻璃系统内的荷载传递的最佳位置。用于设计验证的连接工具几何形状有目的地设计成对其所安装的框架系统的冲击最小。因此，系统内的结构性能在向内作用的空气压力循环荷载下与向外作用的空气压力荷载下的结构性能是不同的。这就验证了本发明的连接工具的设计确实真正地比传统上的无灰式装玻璃系统有显著的改进。
采用八个不同的单独测试样本来接受较大发射物冲击耐受性能所需的测试程序，其中本发明的连接工具的位置随各测试样本变化。实例C4在没有本发明的任何连接件的情形下接受测试，以便确定用于带有1/2英寸玻璃钳口的无灰式装玻璃应用的基线性能标准。各测试样本为63英寸宽×120英寸高，并安装在钢制测试框内以模拟建筑物中的穿孔开口安装。
所有的测试样本都通过了所要求的利用重量为9#并以50英尺/秒的速度行进的2英寸×4英寸发射物进行的耐冲击性测试。用于各测试样本的循环测试的结果如表3所示。根据表1所示的压力程序来执行压力循环。如果层压板在正荷载方向上的4500次循环下保持在支承结构上，则给予本发明的层压板用于(+)荷载的合格标记，如果在层压板在负荷载方向上的4500次循环下保持在支承结构上，则给予本发明的层压板用于(-)荷载的合格标记。测试层压板(对比实例例外)设计成使得本发明的连接工具仅用在(+)荷载方向上接合，在负荷载下的保持力近似等于传统的层压板。
在负荷载方向上失效的单元精确地显示出连接工具对安装的提高有多少。假设没有连接工具，则用于通过1/2英寸玻璃钳口进行的无灰式装玻璃的这种类型的框架的限制为大约50PSF的设计压力差。通过测试就显示出至少双倍的达100PSF的有效设计压力差。可以设想，如果内部的挤出铝型材设计成还可接受连接卡夹，则可以得到更高的压力荷载。
表3
实例11至15以及C5和C6本发明的层压板构造成类似于图2和3(实例11-13)以及图4和5(实例14和15)。在未破裂的层压板上以及在故意弄破的层压板上测量失效所需的拉力。实例13和14采用铝(Al)框，其修改成带有槽以允许聚合物流入框的表面中的槽道中，从而形成聚合物与框的附加机械互锁。结果如表4所示。
表权利要求
1.一种外压力板玻璃窗件，其包括透明的层压板以及用于将所述层压板保持在或将所述层压板连接在支承结构的连接工具，其中(1)所述连接工具直接结合在热塑性聚合物夹层的至少一个表面上；(2)所述层压板包括至少一层玻璃，其在至少一个玻璃表面上直接结合在所述夹层上；(3)所述夹层延伸到所述层压板的至少一条边缘之外，所述夹层的延伸部分连接在所述连接工具上；(4)连接工具为卡夹，其可用于将所述层压板对准和夹持在所述支承结构的保持槽道中；(6)所述卡夹还包括至少一个机械互锁式延伸部，其用于限制所述层压板在所述槽道内的旋转和/或横向运动，以及/或者所述层压板离开所述槽道的运动。
2.根据权利要求1所述的玻璃窗件，其特征在于，所述支承结构是框。
3.根据权利要求2所述的玻璃窗件，其特征在于，所述框包括竖框和压力板，竖框和压力板形成了在几何形状上约束了所述玻璃窗件卡夹的所述槽道，其中，所述卡夹互锁式延伸部是直的延伸臂、球窝、“C”形、“L”形、“T”形、钩或者它们的组合。
4.根据权利要求3所述的玻璃窗件，其特征在于，所述卡夹包括如图2所示的延伸部(9)。
5.一种如图3所示的根据权利要求3所述的玻璃窗件。
6.根据权利要求5所述的玻璃窗件，其特征在于，所述卡夹另外还包括如图4所示的第二延伸部(13)。
7.一种如图5所示的根据权利要求3所述的玻璃窗件。
8.一种如图6所示的根据权利要求3所述的玻璃窗件。
9.根据权利要求5所述的玻璃窗件，其特征在于，所述玻璃窗件还包括如图7所示的粘合剂。
10.根据权利要求1所述的玻璃窗件，其特征在于，所述热塑性夹层是乙烯共聚物。
11.根据权利要求10所述的玻璃窗件，其特征在于，所述夹层是乙烯共聚物，其包括α，β-不饱和羧酸和/或其衍生物的重复单元。
全文摘要
本发明是作为玻璃层压板的用于外安装的建筑玻璃窗结构，其提高了在受到猛烈的正和/或负压荷载时从框上被拉离的抵抗力。本发明尤其适用于这样的建筑结构，其具有在飓风中常常会经受极限状态的窗，或者具有会置于因对层压板的重复性强制冲击所导致的危险应力下的窗。
文档编号E06B3/54GK1795095SQ200480014555
公开日2006年6月28日 申请日期2004年4月5日 优先权日2003年4月4日
发明者D·M·林哈特, C·A·史密斯 申请人:纳幕尔杜邦公司