在其所有玻璃片材破裂时具有最小变形的航空层压窗玻璃的制作方法

文档序号:21545635发布日期:2020-07-17 17:54阅读:360来源:国知局

经受耐鸟撞击冲击的要求且进行加压的飞机的航空窗玻璃(例如商用航空)必须承受住窗玻璃的结构片层之一破裂:所述片层之一的破裂不得导致窗玻璃的失去也不得引起座舱的降压。片层是指层压窗玻璃的构成片材;它可以是玻璃片材或聚合物材料片材。结构片层是指具有足够厚度以被认为参与结构的坚固性,机械强度和断裂强度的片材。

在所有玻璃片层破裂的情况下,没有规范要求来要求层压窗玻璃的强度。但是,在提高飞行安全的措施中,这些要求可能被某些制造商加入。

在所有玻璃层破裂的情况下,玻璃制窗玻璃特别容易遭受减压的风险。

航空窗玻璃是由通过粘合剂中间层(热塑性中间层,例如聚乙烯醇缩丁醛(pvb)或聚氨酯(pu))组装的玻璃片材或聚合物材料片材(通常是航空品质的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma))或玻璃片材和聚合物材料片材构成的层压窗玻璃。

在玻璃制窗玻璃的情况下,对鸟撞击的抵抗力通过两个具有很高断裂应力的厚玻璃来确保。这种高的断裂应力可以通过剧烈的热淬火来获得,但更优选地是通过化学增强来获得。

结构片层数目为两个,使得,在这些玻璃之一破裂(无论出于何种原因)的情况下,窗玻璃保留了其对座舱内部增压的抵抗力,并继续为其提供增压。

被称为“螺栓固定”窗玻璃(在窗玻璃和结构-飞机壳体-之间的螺栓连接)的窗玻璃,通过其该窗玻璃被整体地连接到飞机结构,对所有片层的破裂不敏感或很少敏感。这时,正是中间层充当膜的作用,该膜膨胀而不会破裂同时确保密封性。螺栓固定窗玻璃可以具有由聚合物材料制成的结构片层(因此可以直接钻孔以附着到结构上)也可以具有由玻璃制成的结构片层,钻孔的插入物(金属和/或复合材料)在外围结合到由玻璃制成的结构片层上,从而允许与结构连接。

夹紧的窗玻璃仅通过夹紧窗玻璃的外围密封件才与结构连接。在所有片层破裂的情况下,窗玻璃的刚度急速下降并且这些窗玻璃有被移位的风险。

螺栓固定窗玻璃非常昂贵:

-航空pmma是一种昂贵的材料;

-将插入件粘合到玻璃窗玻璃上很复杂。

此外,螺栓紧固由于由于飞机加压而引起的结构变形而导致窗玻璃的高机械应力。

由玻璃制成的窗玻璃具有高增强,优选化学增强。这种增强作用使玻璃的表面处于压缩状态,而芯部不可避免地处于拉伸状态。在引发局部破裂的情况下,芯部的这种拉伸引起玻璃的总破裂。芯部的应力越高,玻璃破裂成小块的可能性就越大;在所有片层破裂之后,中间粘合剂和碎玻璃的层压体处于更加柔软。

因此,在对抗鸟撞击的要求(其要求玻璃的强烈加强)和在所有片层破裂的情况下对抗压的需要之间存在矛盾。

当层压窗玻璃的结构部分由外玻璃片材(外部大气侧)和内玻璃片(例如飞机的座舱侧)组成时,和当该层压窗玻璃遭受到鸟撞击时,受到撞击的层压窗玻璃的表面变形,同时形成凹面并产生压缩应力;层压窗玻璃的与冲击相反的表面相反地发生变形,从而形成凸面并产生拉伸应力。然而,即使在没有加强时,玻璃在压缩下的性能也非常好。恰恰相反,需要增强其表面在张力下变形的玻璃。因此,在这里是内结构片材承受高的拉伸机械应力,外结构片材受到显著小得多的应力。然而,这种应力较小的外玻璃片材的存在使层压窗玻璃机械地硬化并且限制了内玻璃片材受到的应力。

本发明在于区分两个结构片层的机械性能,通过优先考虑:

-座舱侧的片层的高断裂应力(因此会产生不希望的破裂成小块),该片层是鸟撞击时受到最大压力片层;

-在飞机的最外侧结构片层上的大碎片(在鸟撞击时很小压力),以限制在所有玻璃片层破裂时与压力有关的变形。

该目的通过本发明得到实现,因此,本发明的一个主题是用于车辆或建筑物的层压窗玻璃,其特征在于,其包括内结构玻璃片材和外结构玻璃片材,该内结构玻璃片材具有为400至1000mpa的表面压缩应力,具有为100至500,优选至少等于150μm的交换深度,并且外结构玻璃片材具有为50至300mpa的表面压缩应力,具有50至100µm的交换深度,条件是这两者的乘积最多等于25000mpa.µm。

在鸟撞击的情况下,则内结构玻璃片材,其是唯一基本上受到拉伸应力的玻璃片材,考虑到其较高的表面压缩应力,它可以很好地承受住,并且允许保持窗玻璃的两个结构片层的完整性。

如果由于某种其它原因所有结构玻璃片材都发生破裂,例如由于电气故障,则内结构玻璃片材会破裂成小块,而外结构玻璃片材会破裂成大块,使得由胶粘两个结构玻璃的中间胶粘剂层固定的层压窗玻璃,其通过螺栓连接或夹紧进行固定,将相对较小地变形。在夹紧窗玻璃的特定情况下,经受座舱压力的层压窗玻璃的小变形降低了窗玻璃移位的风险,特别地对于大尺寸窗玻璃而言。

作为本发明的层压窗玻璃的次要优点,在内结构玻璃片材的相当大的深度上的表面压缩应力为其提供低的划痕敏感性。

根据本发明的层压窗玻璃的其它优选特征:

-内和外结构玻璃片材具有相同或不同的,在3至20毫米之间的厚度,其总和在10至20毫米之间;

-内和外结构玻璃片材为钠钙或铝硅酸盐类型;

-结构玻璃片材经过化学增强;化学增强作用包括例如在玻璃片材的表面上用钾离子代替钠离子,或用钠离子代替锂离子,即每次用更大的离子代替;正是这增加了它们的表面压缩应力;

-内和外结构玻璃片材通过厚度为0.5至5毫米,优选为1.8至3.2毫米的第一粘合剂中间层相互粘合;

-层压窗玻璃在外结构玻璃片材的与内结构玻璃片材相反的一侧上包括厚度为0.5至5mm的外玻璃片材;这种薄的且非结构性的外玻璃片材构成了层状窗玻璃的外表面,与外界大气接触;

-外玻璃片材为钠钙或铝硅酸盐类型,如同结构玻璃片材一样;

-外玻璃片材是半淬火或化学增强的;

-外玻璃片材通过厚度在3到12毫米之间的第二粘合剂中间层粘结到外结构玻璃片材上;

-朝向外结构玻璃片材的外玻璃片材的面支撑着加热丝网和/或导电加热层:铜线,掺锡的氧化铟ito(铟锡氧化物)层,它们通过集电器(母线)连接到电源供电;在所有使用条件下,加热功能的这种定位在与外部大气接触时为层压窗玻璃的表面提供除冰,同时使所需的电功率最小化(接近冰);

-内或外结构玻璃片材的一个面支撑着如上所述的加热丝网和/或导电加热层;加热功能的这种定位为与飞机座舱的与大气接触的层压窗玻璃表面的提供除雾;

-外玻璃片材的与外结构玻璃片材相反的面与装配结构齐平;换句话说,该面处于结构(飞机机身)的连续性中;外玻璃片材的基本功能是飞机的空气动力学性能,并且在较小程度上是外观功能;

-粘合剂中间层包含聚乙烯醇缩丁醛(pvb),聚氨酯(pu),乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(eva)等;

-层压窗玻璃是弯曲的(在装配位置朝车辆或建筑物内部的凹面);

-在层压窗玻璃的外围区域的至少一部分上,在内和外结构玻璃片材之间插入增强片材;它是沿着层压窗玻璃外围区域的有效部分的增强材料条,例如金属或纤维复合材料(kevlar®等);该增强片材承受窗玻璃保持器施加的局部应力,这具有使内结构玻璃局部破碎成小块的风险;增强片材防止在窗玻璃保持器和窗玻璃之间的接触边界处粘合剂中间层的撕裂。

另一方面,本发明的主题是如上所述的层压窗玻璃在航空中的应用,特别地作为加压飞机窗玻璃的应用。

本发明现在通过以下实施例进行说明。

实施例

加压商用飞机座舱的层压窗玻璃从飞机内部向外部由以下构成:

-具有化学增强的8毫米厚的铝硅酸盐玻璃内结构片材,在交换深度为200μm时产生450mpa的表面应力;

-具有化学增强的8毫米厚的钠钙玻璃外结构片材,在交换深度为60µm时产生250mpa的表面应力;和

-3毫米厚的半淬火外钠钙玻璃片材(表面应力为50mpa)。

两个结构玻璃片材通过2mm厚的pvb粘合剂中间层进行粘合。

外结构玻璃片材和外玻璃片材通过10mm厚的pu粘合剂中间层粘合。

朝向外结构玻璃片材的外玻璃片材的面带有ito的除冰加热层。飞机座舱的正面防冰窗玻璃尤其是这种情况。如上所述,在除雾窗玻璃的情况下,可以通过在层压板中结构块的任何表面来支撑加热功能。

外玻璃片材的外表面与飞机的机体、层压窗玻璃的组装环境齐平。

在层压窗玻璃的两个结构玻璃片材破裂的情况下,外结构玻璃片材的较大碎裂,即分成大尺寸碎块,在压力的作用下使窗玻璃产生最小变形。

此外,通过其表面压缩应力特性使两个结构玻璃片材破裂的可能性最小化。

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