专利名称：夹层窗玻璃的制作方法
夹层窗玻璃本发明涉及夹层窗玻璃，特别是具有曲率并用拉伸的中间层材料层接合在一起的夹层窗玻璃。本发明还涉及预成型中间层材料层的方法。车辆中广泛使用夹层窗玻璃，而所有满足欧洲、美国和日本安全规范的风挡都是层压的，且后窗、侧窗以及顶窗的数量在增加。风挡的一个特别问题是当透过玻璃看物体时，将在风挡上看到双影像或第二影像。这种效应是由玻璃内的厚度变化而引起的，该厚度变化以不同程度呈现，还由于该风挡的形状以及在制备过程中引入的可能的成型错误。图 1是如何在楔形内出现第二影像的示意图。观察者10通过风挡12看远方的物体11。风挡 12在观察者10透过其观看的区域中发生厚度变化。当光线穿过玻璃时，风挡有效地充当了折射光线的局部楔形。在内玻璃/空气界面处，某些光线被反射向外玻璃/空气界面，从外玻璃/空气界面顺次使某些光线向后反射向驾驶员，驾驶员因而观察到显著较弱的第二影像，该第二影像与原始影像错位θ角。角度θ表示物体的第二影像与原始图像之间的偏差，并且其取决于玻璃中在所看的位置处楔形或曲率的量。在装有风挡的车辆上，过度的第二影像妨碍驾驶员，并且还引起安全担忧。在ECE R43下，在风挡内可允许的第二影像的量根据原始影像和第二影像之间的偏差角θ测量。 目前能接受的最大偏差角度是15弧分。除了由第二影像在风挡周边区域引起的问题外，第二影像引起的第二个问题是在头顶的显示区域内看见第二影像，该显示区域位于风挡的中间、可见的区域。尽管存在于车辆仪表盘上的仪表为驾驶员提供了重要的信息，但当看仪表时，驾驶员从道路上分散注意力。研究已表明注意力在仪表板和前方道路之间重复改变是长途旅行中增加驾驶员疲劳的主要因素。消除需要重复看仪表板的一个方法是采用头顶显示，或HUD。头顶显示最初为军事用途开发，例如战斗机，以使分散注意力最小化，并且构成飞行员或驾驶员视野内显示信息的手段。HUD在20世纪80年代后期被首次引入汽车，并提供了一种在车辆的窗玻璃上显示信息的方式，允许驾驶员容易地关注前方的道路，同时看到通常显示在仪表板或仪表盘上的信息。在车辆中，HUD通过将影像从窗玻璃反射到驾驶员的视野中进行工作。影像在窗玻璃的下方产生，通过安置在仪表盘之上或之中的单元，并向上投影向窗玻璃。该单元典型地包含至少一个光源如LED(发光二极管)，照明薄膜晶体管显示器如LCD(液晶显示器)。 如果用彩色光源，HUD可以在窗玻璃上显示彩色信息或标记。为了产生这样的显示，在LCD 上产生图像，从后面照明并向窗玻璃上投影。该投影可以直接投向窗玻璃，或通过镜子和/ 或偏光镜以产生尖锐并清晰的图像。如果在HUD区域存在足够大的楔形角，或者甚至如果楔形角(尽管小)在视野区域中变化，则产生的图像对于车辆驾驶员不仅是不舒服的，而且是危险的，因为其可能难以分辨所投影的影像。该问题的一种解决方法是在夹层窗玻璃内使用中间层材料层，其具有跨过该中间层材料至少一部分的特定楔形横截面。这可以是跨过整个窗玻璃(完全楔形横截面)，并且如图2所示意的，或者仅在HUD将被看到的区域(部分楔形横截面)，如图3所示意的。
4图4是在夹层窗玻璃内特定的HUD区域的示意图，其中该中间层材料具有完全楔形横截面。 夹层窗玻璃40包含第一 41和第二 42窗玻璃材料板，例如退火的硅酸盐浮法玻璃，其具有复杂的曲率(其具有χ-和y_方向的曲率)。这些板通过完全楔形中间层材料层43接合在一起。在放大的区域，显示了楔形角的变化，该变化由将两块复杂的弯曲板层压在一起所需的处理引起。该变化可导致难以看到作为HUD—部分的投影影像。(为图示的目的将整个效应夸大。)使用完全或部分楔形中间层材料是众所周知的，并且由例如US5，812，332，US T 861，037，DE1961148和EP 1 880 243 Al所公开。然而，当通常都使用完全或部分楔形的中间层材料时，一旦在形成夹层窗玻璃中处理该中间层材料，在该夹层窗玻璃为风挡的情况下具有至少χ-或y_方向之一的曲率，则难以控制在HUD区域内楔形角的变化。结果，上面所列两个问题中的第二个仍然存在。因此，期望能够采用完全或部分楔形中间层材料生产夹层窗玻璃，其中在夹层窗玻璃的特定区域内能够控制楔形角的变化。本发明的目的是通过提供夹层车辆窗玻璃解决这些问题，该夹层车辆窗玻璃包含第一窗玻璃材料层和第二窗玻璃材料层，具有层压在其间的基本上在空间共同扩展 (co-extensive)的中间层材料层，至少一部分中间层材料层具有楔形的横截面，其中该中间层材料层通过拉伸而预成型使得(a)当通过测定激光束穿过窗玻璃时的折射在跨窗玻璃的多个点处计算楔形角时，楔形部分的楔形角量值的标准偏差小于0. 05mrad ；或(b)当将网格图案投影到窗玻璃上时，在观察到的网格部分原始影像和第二影像之间的错位的标准偏差小于0. 85mm。通过提供具有楔形区域(其中楔形角的标准偏差被最小化)的中间层材料，可以获得在该楔形区域中具有上乘光学品质的窗玻璃。当激光束穿过窗玻璃时，测定激光束的折射可能涉及使用放大器、长焦距透镜 (focal length len)和高精度定位探测器以测量窗玻璃内的楔形角。该领域的理论表明穿过楔形层的激光束将产生折射。在窗玻璃中总的折射是楔形和玻璃光学器件的结果。如果将玻璃弯曲，玻璃将具有更大的光学权重(optical power)并且这也将导致束的折射，而不管是否中间层材料层具有楔形横截面。因此，有利地是激光垂直于玻璃表面以避免任何错误的测量并且能够获得期望的楔形角。该中间层材料层可以具有部分楔形或完全楔形的横截面。楔形角量值的标准偏差可以小于0. 045mrad,优选小于0. 04mrad,更优选小于 0.035mrado在观察到的网格部分的原始影像和第二影像之间的错位的标准偏差可以小于 0. 70mm,优选小于0. 50mm,更优选小于0. 35mm,甚至更优选小于0. 20mm,并且最优选小于 0. 15mm。该中间层材料层可以是聚乙烯醇缩丁醛中间层材料层(PVB)。本发明还提供夹层窗玻璃中所用的中间层材料层的预成型方法，其中至少部分该中间层材料层具有楔形横截面，通过拉伸至少部分该中间层材料层进行，该方法包括在第一步，向该中间层材料层的第一表面提供热和湿气以进行第一加热阶段；
在第二步，向该中间层材料层的第二表面(与第一表面相对)提供热和湿气以进行第二加热阶段；和在第三步，拉伸该中间层材料层至期望的形状；其中在第一步和第二步，控制提供热和湿气的速率使得该中间层材料层的成型均勻，并且中间层材料的楔形部分的楔形角量值的标准偏差小于0. 05mrad。楔形部分的楔形角量值的标准偏差可以小于0. 045mrad,优选小于0. 04mrad,更优选小于0. 035mrado优选地，第一步通过使该中间层材料层经过第一旋转鼓(drum)表面的上方进行， 并且通过水提供热和湿气。这种安排是有利的，因为其能够更好地控制鼓的温度。优选地，第二步通过使该中间层材料层经过第二旋转鼓表面的上方进行，并且通过水提供热和湿气。如上，这种安排是有利的，因为其能够更好地控制鼓的温度。该方法还可以包含在两个窗玻璃材料层之间层压预成型的中间层材料层的步骤。本发明还提供夹层窗玻璃，该夹层窗玻璃包含用上述讨论的方法成形的预成型中间层材料层。可理解，可适于本发明的一个方面的任选特征可以以任何组合并以任何数量使用。而且，它们也可以与本发明的任何其它方面以任何组合并以任何数量使用。这包括但不限于来自对于本申请的权利要求书中任何其它权利要求用作独立权利要求的任何权利要求的独立权利要求。现在，本发明将仅通过实施例的方式描述，并参考附图，其中
图1(参考上文)是如何在楔形内出现第二影像的示意图；图2(参考上文)是完全楔形的中间层材料的示意图；图3(参考上文)是部分楔形的中间层材料的示意图；图4(参考上文)是夹层窗玻璃内特定HUD区域的示意图，其中该中间层材料具有完全楔形横截面；图5是中间层材料的成型设备的示意图表；图6是本发明执行中所用的楔形成型设备的示意图；图7是显示实验测试装置的示意横截面，该测试装置用于测量投影在HUD区域上的影像的重像(ghosting)；图8a显示第一网格图案；图8b显示第二网格图案；图8c显示第三网格图案；图9a是显示对于夹层窗玻璃的第三网格图案(图8c)的原始影像和第二影像位置的照片，该夹层窗玻璃包含非楔形中间层材料；且图9b是显示对于夹层窗玻璃的第三网格图案(图8c)的原始影像和第二影像位置的照片，该夹层窗玻璃包含楔形中间层材料。在本发明中，已经令人惊奇地发现，可以通过采用中间层材料成型系统高度控制在部分或完全楔形中间层材料内的任何点处的楔形角的标准偏差，该中间层材料成型系统原打算用于成型标准的、非楔形中间层材料。通过用拉伸来预成型中间层材料，可以精细控制在最终夹层窗玻璃中的楔形，导致风挡整体上或在特定区域如HUD范围具有更高的光学品质。作为本发明预成型的结果，取决于拉伸参数热、速度和膨胀锥的半径，可获得在 0. 1-0. ISmrad内的中间层材料层的楔形角的增加。这个小范围是有利的，因为其能精细调节至期望的楔形角。在下面的讨论中，所用的中间层材料是聚乙烯醇缩丁醛中间层材料，因为这些是在层压风挡和其它车辆窗玻璃中最通常使用的。然而，本发明同样可适用于其它中间层材料类型。通常，通过在特定温度和湿度条件下拉伸处理来成型PVB中间层材料。这样做，以将PVB材料成型为基本上弓形的形状以便能更好地匹配最终风挡的形状，并且确保可从商购中间层材料的单卷(roll)切割出可能最大数量的风挡形状的坯料。图5示意地示出了对于0. 36-0. 78mm的PVB中间层材料恒定厚度的典型成型设备(用箭头A标识PVB中间层材料的流动方向)。成型设备50包含加热鼓装置51和膨胀锥装置52。将PVB中间层材料 53从开卷(unwinding)站(未示出)送入并通过经过第一辊M上方并到达旋转鼓55上而进入设备50。当PVB中间层材料53经过旋转鼓55表面上时将其加热。这允许PVB材料 53拉伸并获得期望的形状。鼓55由钢板形成，并具有外PTFE(聚四氟乙烯)涂层。然后使 PVB材料53经过第二辊56a和压带(lay-on)辊56b上方之后接触膨胀锥57。在中间层材料53离开第二辊46的点处，其已被加热到高于其玻璃化转变点Tg的温度。这允许塑性变形发生。膨胀锥57包含一系列连接在一起的板条以形成锥形截头体(conic frustum)。与张开的伞类似，当PVB中间层材料53经过膨胀锥57上方时，板条逐渐移动分离。然而，与伞不同，锥形截头体的窄端膨胀，增加其直径，而最大的增加导致锥形截头体的两端具有相同的半径。膨胀的量由所用的中间层材料53的类型、所期望的拉伸和处理条件决定。使膨胀锥57的一侧冷却以保持拉伸的PVB中间层材料53的形状，其现在为连续弧的形式。然后使PVB材料53离开成型设备50进入切割机，用以从目前弓形的PVB材料53 (未示出) 切割出风挡坯料。在本发明中，当成型具有0. 74-1. 4mm厚度的完全或部分楔形的PVB材料时，使用第二旋转鼓以提供更大程度的控制。图6是本发明所用的成型设备的示意图(用箭头B标识PVB中间层材料的流动方向)。成型设备60包含第一加热鼓装置61，第二加热鼓装置62 和膨胀锥装置63。将PVB中间层材料64从开卷站(未示出)送入并通过经过第一辊65上方并到达旋转鼓66上进入设备60。当PVB中间层材料64经过旋转鼓66表面上方时将其加热。这允许PVB材料64拉伸并获得期望的形状。鼓66由钢板成形，并具有外PTFE (聚四氟乙烯)涂层。仅PVB材料64的一个表面接触旋转鼓66。然后使PVB材料64离开第一加热鼓装置61，经过第二辊67上方，并且到达第三辊68上进入第二加热鼓装置62。当 PVB中间层材料64经过旋转鼓69表面上时将其加热。这允许PVB材料64拉伸并获得期望的形状。将第二加热鼓装置62进行定位，使得没有与第一旋转鼓66接触的PVB材料64的相对表面现在与第二旋转鼓69接触。然后使PVB材料64通过第四辊70离开第二加热鼓装置62并到达膨胀锥71上。在中间层材料64离开第四辊70的点处，其已被加热到高于其玻璃化转变点Tg的温度。这允许塑性变形发生。膨胀锥71包含一系列连接在一起的板条以形成锥形截头体。与张开的伞类似，当PVB中间层材料64经过膨胀锥71上方时，板条逐渐移动分离。然而，与伞不同，锥形截头体的窄端膨胀，增加其直径，而最大的增加导致锥形截头体的两端具有相同的半径。膨胀的量由所用的中间层材料64的类型、所期望的拉伸和处理条件决定。理想地，拉伸处理在湿度受控的室内进行，使得在最终的、拉伸的PVB中间层材料上存在的湿气量与原始PVB中间层材料中的湿气量相同或尽可能接近。使膨胀锥 71的一侧冷却以保持拉伸的PVB中间层材料64的形状，然后使其离开成型设备60进入切割机，用以从目前弓形的PVB材料64 (未示出)切割出风挡坯料。通过采用第二加热鼓装置，使得精细控制部分或完全楔形PVB材料的不同区域的楔形角变化成为可能，同时提供弓形的材料卷，从该材料卷可切割出风挡坯料。为了测试是否该双重加热首先能生产部分或完全楔形的PVB材料的连续弧，用两种商购的PVB材料进行试验，一种是完全楔形的，而一种是部分楔形的。所选的完全楔形的产品是Solutia RW41 PVB，其具有跨中间层材料卷的楔形，该中间层材料在楔形最薄边具有0. 76mm的最小厚度。对该完全楔形产品的处理条件如下面表1所列。所选的部分楔形产品是可从DuPont得到的ButaciteTMWedge，在最薄的边也具有0. 76mm的最小厚度。表1和表2列出了处理后对于完全(表1)和部分(表2、楔形产
品所获得的卷宽度和形状高度
卷宽度试验编号初始(m)成型后(m)形状高度(半径)(mm)10. 9850. 90232. 020. 9850. 92234. 030. 9950. 94038. 540. 9950. 92239. 0表1用于完全楔形PVB产品的成型试验的材料明细
卷，t度试验编号初始(m)成型后(m)形状高度(半径)(mm)10.9550. 8734420.9550. 8663330.9550. 86734表2用于部分楔形PVB产品的成型试验的材料明细为了成型材料，使在第一旋转鼓处的线速度保持为3_8m/分钟，并且在第二旋转鼓处的线速度保持为3-8m/分钟。改变每个鼓处的线速度以及每个鼓的加热以确保PVB中间层材料的温度高于Tg，在该点处其离开第四辊到达膨胀锥上。试验在湿度受控的室内进行，确保PVB中间层材料的湿气含量尽可能在处理之前、之中及之后被保持为恒定。这些试验后，确定了采用两个旋转鼓赋予了 PVB表面和蒸汽之间的良好接触，导致了均勻温度控制和在成型的PVB内几乎不出现透镜效应(其中透过中间层材料看物体出现扭曲)。一旦成型，可以接下来将中间层材料在至少两个窗玻璃材料层之间层压，以形成夹层窗玻璃。
8
一旦总结出完全和部分楔形PVB产品都能成功成型，则决定生产含有预成型和未成型的完全和部分楔形PVB的层压样品，以检验成型对风挡中HUD区域内楔形角的标准偏差的影响。用各种中间层材料(标准的即非楔形的、完全楔形的或部分楔形的)，用同样的标准处理层压了多于5个样品。开始，将成型的中间层材料坯料置于第一玻璃层上，该中间层材料大致对应于用于形成窗玻璃的弯曲玻璃层的形状。然后将第二玻璃层置于该中间层材料的顶上，与第一玻璃层对齐，形成层叠组件。然后将多余的中间层材料从层压组件的边缘周围剪掉，使其经过压送辊用以最初除气。一旦除气，将层压组件置于在140°C和10-15 巴压力下的高压釜中，直至完全接合。所用的每个玻璃层具有1.8mm的厚度，颜色上是着浅绿色的玻璃，具有80%的透光度(CIE Illuminant A)。为了确定跨窗玻璃的HUD区域的楔形角标准偏差，采用激光束方法。该方法是透过窗玻璃，在不同位置观察一系列激光点光源，并记录每个激光点光源的折射。从距离模糊带边缘0. 05m,距离风挡的左手边0. 2m处开始测量。以激光束沿线收集数据，每0. Olm间隔。表3总结了窗玻璃结构和对所有样品以mrad计算的楔形角数值。 所有的测量点是标称(nominal)位置。
权利要求
1.夹层车辆窗玻璃，包含第一窗玻璃材料层和第二窗玻璃材料层，具有层压于其间的基本上在空间共同扩展的中间层材料层，至少一部分中间层材料层具有楔形横截面，其中该中间层材料层通过拉伸而预成型使得(a)当通过测定激光束穿过窗玻璃时的折射在跨窗玻璃的多个点处计算楔形角时，楔形部分的楔形角量值的标准偏差小于0. 05mrad ；或(b)当将网格图案投影到窗玻璃上时，在观察到的网格部分原始影像和第二影像之间的错位的标准偏差小于0. 85mm。
2.权利要求1的夹层车辆窗玻璃，其中该中间层材料层具有部分楔形或完全楔形的横截面。
3.权利要求1或2的夹层车辆窗玻璃，其中在观察到的网格部分的原始影像和第二影像之间的错位的标准偏差小于0. 70mm。
4.权利要求3的夹层车辆窗玻璃，其中在观察到的网格部分的原始影像和第二影像之间的错位的标准偏差小于0. 50mm。
5.权利要求4的夹层车辆窗玻璃，其中在观察到的网格部分的原始影像和第二影像之间的错位的标准偏差小于0. 35mm。
6.权利要求5的夹层车辆窗玻璃，其中在观察到的网格部分的原始影像和第二影像之间的错位的标准偏差小于0. 20mm。
7.权利要求6的夹层车辆窗玻璃，其中在观察到的网格部分的原始影像和第二影像之间的错位的标准偏差小于0. 15mm。
8.夹层窗玻璃中所用的中间层材料层的预成型方法，其中至少部分该中间层材料层具有楔形横截面，该方法通过拉伸至少部分该中间层材料层进行，该方法包括在第一步，向该中间层材料层的第一表面提供热和湿气以进行第一加热阶段；在第二步，向该中间层材料层的与第一表面相对的第二表面提供热和湿气以进行第二加热阶段；和在第三步，拉伸该中间层材料层至期望的形状；其中在第一步和第二步，控制提供热和湿气的速率使得该中间层材料层的成型均勻， 并且中间层材料楔形部分的楔形角量值的标准偏差小于0. 05mrad。
9.权利要求1-7任一项的夹层车辆窗玻璃，或权利要求8的预成型方法，其中楔形部分的楔形角量值的标准偏差小于0. 045mrad。
10.权利要求9的夹层车辆窗玻璃，或权利要求9的预成型方法，其中楔形部分的楔形角量值的标准偏差小于0. 04mrad。
11.权利要求10的夹层车辆窗玻璃，或权利要求10的预成型方法，其中楔形部分的楔形角量值的标准偏差小于0. 035mrad。
12.权利要求8-11中任一项的方法，其中第一步通过使该中间层材料层经过第一旋转鼓表面的上方并通过水提供热和湿气进行。
13.权利要求8-12中任一项的方法，其中第二步通过使该中间层材料层经过第二旋转鼓表面的上方并通过水提供热和湿气进行。
14.权利要求8-13中任一项的方法，还包含在两个窗玻璃材料层之间层压预成型的中间层材料层的步骤。
15.夹层窗玻璃，包含用权利要求8-13任一项的方法成形的预成型中间层材料层。
全文摘要
夹层车辆窗玻璃，包含第一层窗玻璃材料和第二层窗玻璃材料，具有层压在其间的基本上在空间共同扩展的一层中间层材料，至少一部分中间层材料层具有楔形截面，其中该中间层材料层通过拉伸而预成型使得(a)当通过测定激光束穿过窗玻璃时的折射在跨过窗玻璃的多个点处计算楔形角时，楔形部分的楔形角量值的标准偏差小于0.05mrad；或(b)当将网格图案投影到窗玻璃上时，在观察到的网格部分原始影像和第二影像之间错位的标准偏差小于0.85mm。
文档编号B32B17/10GK102164744SQ200980137517
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月23日 优先权日2008年9月26日
发明者M·德达, N·J·德宾 申请人:皮尔金顿汽车德国有限公司, 皮尔金顿集团有限公司