一种层压安全玻璃的制作方法

本发明涉及安全玻璃
技术领域：
，特别涉及一种层压安全玻璃。
背景技术：
：夹层玻璃是由两片或多片玻璃，之间夹了一层或多层的中间层，经过特殊的高温预压(或抽真空)及高温高压工艺处理后，使玻璃和中间层永久粘合为一体的复合玻璃产品。中间层一般为透明的有机材料。夹层玻璃具有很高的抗冲击和抗贯穿性能，在受到冲击破碎时，无论垂直安装还是倾斜安装，均能抵挡意外撞击的穿透。目前，玻璃幕墙夹层玻璃广泛采用的中间膜是聚乙烯醇缩丁醛，简称pvb，最初是为汽车玻璃而开发的，所以它的性能主要是为了满足汽车玻璃的要求：1、能可靠地粘结玻璃，减少碎玻璃的飞散，最大限度保护驾驶员和乘客的安全；2、能防止石块和其他小物件击穿玻璃进入车内；3、有一定的柔软性，防止驾驶员头部激烈撞击挡风玻璃，并防止车内人员飞出车外；4、满足汽车的使用功能，符合光学、降噪、阻隔紫外线等要求。由于pvb中间膜主要不是针对建筑幕墙开发的，并且因它富有弹性，比较柔软，剪切模量小，两块玻璃间受力后会有显著的相对滑移，承载力较小，弯曲变形较大，所以pvb夹层玻璃可以用于一般玻璃幕墙，但不适宜用于有高性能要求的玻璃幕墙。同时，pvb夹层玻璃的外露边容易受潮开胶，pvb胶膜夹层玻璃使用时间长以后容易发黄变色，这些都是pvb夹层玻璃的缺点。作为理想的建筑幕墙用夹层玻璃中间膜应能满足以下要求：1、对玻璃有较高的粘结能力，有较强的抗撕裂强度，能防止玻璃破碎时飞散；2、有较强的防护能力，可以防止自然力和人力的破坏，对强风、地震、暴力、盗窃等有足够的抵抗力；3、能承受室内人员的突然撞击，防止玻璃飞散或整体脱出，避免室内人员飞出坠落；4、有足够的剩余承载力，玻璃破碎后发生弯曲变形时不会整块脱落；5、中间膜有大的剪切模量，使两块玻璃尽可能整截面受弯工作，从而提高玻璃的承载力和弯曲刚度，减小玻璃的厚度，减轻玻璃的自重；6、无色透明，能耐受紫外线、水汽和外界气候变化影响，长时期使用不泛黄变色。显然目前采用的pvb中间膜还不能完全满足上述要求，所以有必要开发具有更高性能的夹层玻璃专用中间膜，以适应超高层建筑幕墙、大跨度采光顶、超大尺寸夹层玻璃、全玻璃结构等对夹层玻璃的高标准要求。sgp中间膜是美国杜邦公司专门开发的一种离子型胶片，采用sgp胶片作为中间膜生产的夹层玻璃，具有透明度高、机械强度高、抗冲击性能好，是目前安全性能较高的玻璃品种。但是sgp膜价格十分昂贵，约合人民币400元/平米，而普通pvb中间膜的价格在40元/平米左右，因此离子中间膜高昂的价格极大的限制了sgp安全玻璃的应用。如何降低离子中间膜的价格是必须要解决的一个问题。技术实现要素：针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种生产成本低、透明度高、粘合性好、机械强度高、抗冲击性能好、耐溶剂性和使用寿命长的层压安全玻璃。本发明的技术方案是这样实现的：一种层压安全玻璃，层压安全玻璃由玻璃层、离聚物树脂层和透明塑料层构成，所述玻璃层和透明塑料层交替设置且该层压安全玻璃的至少一外层为玻璃层，在任意玻璃层和与之相邻的透明塑料层中间均设有所述离聚物树脂层。进一步地，所述层压安全玻璃的两外层均为玻璃层。进一步地，所述玻璃层为2~8mm厚的浮法玻璃。进一步地，所述离聚物树脂层为采用surlyn®1605、surlyn®1705和surlyn®pc2000中的一种或多种为原料制备得到的离子性中间膜。进一步地，所述离聚物树脂层的厚度为1~2mm。进一步地，所述透明塑料层为聚甲基丙烯酸甲酯层和聚碳酸酯层中的一种。进一步地，所述透明塑料层的厚度为1~10mm。进一步地，离聚物树脂层两面通过粘合剂分别与玻璃层和透明塑料层结合，以增加粘合性。进一步地，所述粘合剂为z-6030硅烷偶联剂。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：（1）本发明采用高透明度的离聚物树脂来制备离子性中间膜，该离子性中间膜具有良好的透明度、机械强度和抗冲击性能，能与sgp中间膜媲美，同时离子性中间膜的生产成本仅为40~50元/平米，基本和pvb中间膜价格相当，远低于sgp中间膜的商品价格，从而降低了生产该类型层压安全玻璃的生产成本，有利于该类型层压安全玻璃的推广应用。（2）本发明可以通过改变离聚物树脂层，玻璃层和透明塑料层的数量和堆叠顺序，生产满足任何强度需求的层压安全玻璃。本发明的原理也可以应用于生产曲面夹层玻璃。（3）本发明的层压安全玻璃不仅具有pvb夹层玻璃的所有优点，而且生产成本较低，还增强了其他性能，例如提高了透明度、耐溶剂性和抗冲击性，具有更长的使用寿命。附图说明图1-玻璃层/离聚物树脂层/透明塑料层结构的层压安全玻璃截面结构示意图。图2-玻璃层/离聚物树脂层/透明塑料层/离聚物树脂层/玻璃层结构的层压安全玻璃截面结构示意图。图3-玻璃层/离聚物树脂层/透明塑料层/离聚物树脂层/玻璃层/离聚物树脂层/透明塑料层/离聚物树脂层/玻璃层结构的层压安全玻璃截面结构示意图。图4-未经热处理的pc2000中间膜在不同应变率下的真实应力应变曲线。图5-经热处理后的pc2000中间膜在不同应变率下的真实应力应变曲线。图6-未经热处理的pc2000中间膜和sgp中间膜在相同应变率下的真实应力应变曲线。图7-经热处理后的pc2000中间膜与sgp中间膜在相同应变率下的真实应力应变曲线。其中：1-玻璃层；2-离聚物树脂层；3-透明塑料层。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。一种层压安全玻璃，由玻璃层1、离聚物树脂层2和透明塑料层3构成，具有多层复合结构，所述玻璃层1和透明塑料层3交替设置且该层压安全玻璃的至少一外层为玻璃层1，所述离聚物树脂层2设置在玻璃层1和透明塑料层3中间。现有的安全玻璃都是采用玻璃层，然后中间设置中间膜，而本发明的离聚物树脂层2相当于中间膜，将其中一部分玻璃层设置为透明塑料层，可大大减轻层压安全玻璃的重量，同时，透明塑料层3具有优异的冲击韧性，在承受高速冲击破坏时，不易产生影响视线的辐射状“蜘蛛网炸裂纹”，在物理安全保护领域具有独特优势。理论上层压安全玻璃的中间层的玻璃层可以由透明塑料层代替，但透明塑料价格昂贵，如果全用透明塑料层3代替玻璃层1，成本会很高，而且玻璃层1具有高强度、高模量，且价格低廉，因此采用玻璃层1和透明塑料层3交替布置，既可以提高安全性能，又可以控制成本。优化地，所述层压安全玻璃的两外层均为玻璃层。如果透明塑料层作为外层，透明塑料比较软，容易被刮擦和磨损，所以将外层都设为玻璃层，从而可以对层压安全玻璃的外表面进行保护。参见图1，该层压安全玻璃由玻璃层1、离聚物树脂层2和透明塑料层3组成，该层压安全玻璃结构最简单，其中一外层为透明塑料层，透明塑料层容易被刮擦和磨损，所以该外层应置于不易被刮擦的一面。参见图2，该层压安全玻璃由玻璃层1、离聚物树脂层2、透明塑料层3、离聚物树脂层2和玻璃层1组成，两外层均为玻璃层，用于保护层压安全玻璃向外暴露的表面。参见图3，该层压安全玻璃由玻璃层1、离聚物树脂层2、透明塑料层3、离聚物树脂层2、玻璃层1、离聚物树脂层2、透明塑料层3、离聚物树脂层2和玻璃层1组成，该层压安全玻璃具有更大的力学强度和阻力来防止玻璃破碎和剥落，因其较厚和较复杂的结构，使得制造该层压安全玻璃的成本也相对较高。本发明中的玻璃层1、离聚物树脂层2和透明塑料层3按照不同的叠放顺序可以形成具有不同强度的层压安全玻璃用于满足不同的使用需求，以上这三种只是本发明的部分层压安全玻璃的结构，工业上可以根据需求进行设计。所述玻璃层为2~8mm厚的浮法玻璃。因浮法玻璃破碎后形成的玻璃碎颗粒的表面比较尖锐，通过本发明的设计，不但增强了玻璃的强度，同时也增强了玻璃的粘合性，即使在超高强度的外力下破碎，也不会形成尖锐表面，同时也不易脱落伤人。所述离聚物树脂层的厚度为1~2mm。离聚物树脂层为厚度为1~2mm的离聚物树脂薄膜或离聚物树脂薄片。离聚物树脂薄膜需用袋子或其它容器储存起来，以保护其免受灰尘、污垢或其它污染物的影响，需使用时才取出。而离聚物树脂薄膜或离聚物树脂薄片均是通过离聚物树脂颗粒熔化并倒入模具中通过模压工艺生产得到。所述离聚物树脂层为采用surlyn®1605、surlyn®1705和surlyn®pc2000等离聚物中的一种或多种为原料制备得到的离子性中间膜。surlyn®1605、surlyn®1705和surlyn®pc2000为美国杜邦公司生产，其中surlyn®1605和surlyn®pc2000为钠离子离聚物树脂，surlyn®1705为锌离子离聚物树脂。surlyn®1605通过astm-d1238《用挤压塑料计测量热塑性塑料熔体流动速率的试验方法》测定其熔体指数为2.5g/10min（190°c/2.16kg）。以上离子性中间膜的制备材料是乙烯-丙烯酸盐共聚物，其化学结构中含有大量的金属离子如钠离子、锌离子等，这些金属离子可以与硅酸钠玻璃表面产生离子键合作用，因此离子性中间膜和玻璃层粘结牢固；另外乙烯-丙烯酸盐共聚物化学结构中也有丙烯酸酯的结构，在和透明塑料层表面粘合时，可以产生氢键作用，因此和透明塑料层的结合也较强。所以该离子性中间膜对玻璃层和透明塑料层有较高的粘结能力，同时还具有较强的抗撕裂强度，能防止层压安全玻璃破碎时飞散；抗冲击性能好，能防止自然力和人力的破坏，对强风、地震、暴力、盗窃等有足够的抵抗力；由于surlyn树脂的结晶度很低，所以透明性好，透光率约为80～92%，此外，离聚物中间膜对水、酸和碱的水解稳定性更高，能耐受紫外线、水汽和外界气候变化影响，长时期使用不泛黄变色，具有比pvb更好的透明度和更长的使用寿命。所述透明塑料层为聚甲基丙烯酸甲酯层和聚碳酸酯层中的一种，具体为聚甲基丙烯酸甲酯板和聚碳酸酯板。所述透明塑料层的厚度为1~10mm。离聚物树脂层两面通过粘合剂分别与玻璃层和透明塑料层结合，以增加粘合性。所述粘合剂为z-6030硅烷偶联剂，该粘合剂为美国道康宁公司生产。层压安全玻璃的制备方法：将玻璃层、离聚物树脂层和透明塑料层按一定顺序叠放后，四角用不干胶封闭固定，然后置于真空干燥箱中（工业上一般采用高压釜制备），然后从室温加热到120~140℃，抽真空，在高温下保持约15~60min，取出层压安全玻璃样品，再进行退火热处理一段时间（1h左右）以防止分层，最后冷却至室温即得到层压安全玻璃。实验室制备层压安全玻璃样品，为便于实验室处理和加工，同时又不影响对样品进行分析研究，所以一般情况下，玻璃层、离聚物树脂层和透明塑料层的尺寸均为50cm×50cm。以下是pc2000中间膜和sgp中间膜在高应变率下的动态力学性能分析及比较：以surlyn®pc2000为原料采用模压工艺制备厚度约1mm的pc2000中间膜，模压温度为170°c，模压时间为10min。工业上一般采用挤出流延法制备中间膜。然后在高应变速率下，比较1mm的pc2000中间膜和sgp中间膜动态力学性能实验条件：在取爆炸载荷作用时应变率能高达1000s-1作为参考应变率，采用霍普金森压杆对pc2000中间膜和sgp中间膜进行高应变下动态力学性能分析。（1）热处理前后pc2000中间膜在不同应变率下动态力学性能分析①热处理前未经热处理的pc2000中间膜在不同应变率下的真实应力应变曲线如图4所示，由图4可知：pc2000中间膜在动态压缩条件下具有应变率敏感性。未经热处理的pc2000中间膜在不同应变率下的屈服强度和屈服应变见表1。表1未经热处理的pc2000中间膜在不同应变率下的屈服强度和屈服应变应变率屈服强度/mpa屈服应变1592/s-164.0070.00522754/s-174.7790.00332866/s-181.6940.00464083/s-1120.9760.0855②热处理后pc2000中间膜在60℃的普通电热鼓风干燥箱内进行热处理2h后，其在不同应变率下的真实应力应变曲线如图5所示，经过热处理的pc2000中间膜的四条应力应变曲线存在着一定的相似性。高应变率情况下的屈服应变要比低应变率下小一个数量级，且屈服强度也随着应变率的增大而增大。应力值均先随着应变值增大而急剧增大，后基本保持不变或缓慢上升，且这种现象随着应变率的增高而变得越明显。这是因为，随着应变的增大，材料内部组织逐渐密实，分子链之间的距离减小，进而出现应变硬化的效应。同时又因为应变率越高，材料内部热力耦合作用越显著，而且材料的应变硬化现象受应变率的影响较大，于是这种应变硬化效应随着应变率的增高而变得越明显；接着，又随着应变继续增大，而出现一小段应变软件现象，为使材料能继续形变的真实力将有一个不大的下跌；最后，随着应变进一步增大，材料出现塑性不稳定性，应力随着应变的增大基本保持不变。同时在高应变率下，应力增大到一定值后都存在一定的下跌趋势，表明试件出现破坏。这是由于在高应变率压缩变形过程中，一部分耗散能量在绝热条件下转化为热能，试件被局部加热，从而使材料的弹性模量和粘性系数发生改变，进而出现应力下降的软化现象，甚至试样发生破坏。经热处理的pc2000中间膜在不同应变率下的屈服强度和屈服应变见表2。表2经热处理的pc2000中间膜在不同应变率下的屈服强度和屈服应变应变率屈服强度/mpa屈服应变1242/s-183.2660.01892029/s-1189.5190.00382374/s-1205.60.01544322/s-1288.1480.0199（2）热处理前后pc2000中间膜和sgp中间膜在相同应变率下动态力学性能分析未经热处理的pc2000中间膜和sgp中间膜在相同应变率下的真实应力应变曲线如图6所示。经过热处理后的pc2000中间膜和sgp中间膜在相同应变率下的真实应力应变曲线如图7所示，由图6和图7可知，经热处理后的pc2000中间膜的屈服强度由82.3mpa变为240.971mpa，经热处理后的sgp膜的屈服强度由90.77mpa变为222.706mpa。这是因为热处理会适当消除离子性中间膜或sgp膜的热历史和受力历史。热处理前后pc2000中间膜与sgp中间膜在相同应变率下的屈服强度和屈服应变比较见表3。表3pc2000中间膜与sgp中间膜在相同应变率下的屈服强度和屈服应变比较未经热处理的pc2000中间膜未经热处理的sgp中间膜经热处理的pc2000中间膜经热处理的sgp中间膜屈服强度82.390.77240.971222.706屈服应变0.01630.05390.03660.014由表3可知，经热处理后的pc2000中间膜的性能比经热处理后的sgp中间膜的性能更好，所以自pc2000中间膜经热处理能够提高其力学性能。总体来说，pc2000中间膜具有与商品sgp中间膜相似的高速应变下的抗冲击破坏行为，适用于安全玻璃的制造。实施例将3mm厚的透明聚碳酸酯板、两片由surlyn®1605制成的1mm厚的离聚物树脂薄膜和两片5mm厚的普通浮法玻璃板按照浮法玻璃板/离聚物树脂薄膜/聚碳酸酯板/离聚物树脂薄膜/浮法玻璃板结构制成一块50cm×50cm的层压安全玻璃。在形成层压安全玻璃之前，对上述浮法玻璃板、离聚物树脂薄膜和聚碳酸酯板进行彻底清洗和干燥，直到没有残留溶剂和水分。然后层与层之间粘合界面的表面用z-6030硅烷偶联剂进行涂刷处理以增强粘合性，四角用不干胶封闭固定，然后置于真空干燥箱中（工业上一般采用高压釜制备），然后从室温加热到120~140℃，抽真空，在高温下保持约15~60min，取出层压安全玻璃样品，再进行退火热处理一段时间（1h左右）以防止分层，最后冷却至室温即得到层压安全玻璃。经测试，该层压安全玻璃具有超过90%的透光率。把层压安全玻璃作为靶材，再用子弹口径为7.62mm的手枪向层压安全玻璃开枪。打靶结果表明该层压安全玻璃样品未被子弹击穿，玻璃表面破碎但没有发生分层，离聚物树脂层仍然与聚碳酸酯层和玻璃层表面紧密粘合。将此层压安全玻璃放在沸水中浸泡2h后，层压安全玻璃没有发生任何分层，说明离聚物中间膜与玻璃层和聚碳酸酯层结合紧密。将此层压安全玻璃置于高低温试验箱里，在低温-20℃试验15h，再转常温试验9h，后再转高温70℃试验15h，然后降温至常温试验9h，随后再按上述转换次序分别交替试验24h、48h、72h、96h，最后观察该层压安全玻璃并没有发生分层脱胶现象，说明该安全玻璃具有良好的耐寒性和耐热性。最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。当前第1页12