多层聚合物片材和由其制备的轻量层合体的制作方法_4

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推杆(推杆挤出)或者通过旋转螺杆(螺杆挤出)施加,这一操作在汽 缸中进行,并且在该汽缸中,材料受热并塑化,然后以连续流动的方式通过模头从汽缸中挤 出。可以使用本领域内已知的单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机。不同种类的模具用于制备不 同的产品,诸如片材和带状物(狭缝模)以及中空和实心部分(圆形口模)。一般来讲,将狭缝 模(T形,或"衣架式"模头)用于制备多层片材。模头的宽度可为10英尺,并且通常在后凸面 上具有厚壁部分以尽可能减少内部压力造成的唇缘挠曲。
[0065] 然后,借助于通常维持在约15°C至约55°C范围内的一次冷却或铸塑辊将多层聚合 物片材拉伸至预期标准厚度。取决于卷取片材的辊速,初生多层浇铸片材可拉伸,并显著变 薄。拉伸比率通常在约1:1至约5:1至约40:1的范围内。然后将多层聚合物片材卷取到辊上, 或作为平坦的片材,冷却并固化。这可通过使片材穿过水浴或从两个或更多个装芯用于水 冷的镀铬冷却辊上经过来实现。然后,将浇铸的多层聚合物片材输送通过压料辊、切割器以 修剪边缘,并且然后卷绕或切割并堆叠,同时防止片材的任何后续变形。
[0066] 本发明的多层聚合物片材可具有平滑表面。如果多层聚合物片材待用作层合体例 如轻量层合体内的夹层,则其优选具有粗糙表面,以有效地使得大部分空气在层合过程中 从片材的表面之间除去。这可例如通过如上所述在挤出之后将片材机械压花,或通过在挤 出期间熔体破裂来实现。
[0067] 本文中还提供层合体,其包括多层聚合物片材和至少一个附加片材。优选地,附加 片材为刚性层,并且更优选地层合体包括两个刚性片材。
[0068] 本文所述的层合体的特征可在于多种功能性或装饰性有益效果,其包括不透明度 或透射光的扩散。例如,层合体可具有赋予其上的表面图案或纹理,或夹层可如上所述着 色,或者层合体可包括含图像的附加片材。然而,优选地,本文所述的层合体为光学透明的, 即,它们具有低雾度值和高透过率值。雾度是以与由运行穿过层合体的未散射光的路径限 定的轴线成大于2.5度的角度散射的光通量的百分比。雾度可使用购自BYK-Gardner USA (Columbia,MD)的Hazegard雾度计来测量。此外,雾度可根据ASTM标准NF-54-111来测量,其 符合ASTM标准D1003-61的方法A。雾度还可根据日本行业标准(JIS)K7136,使用Murakami Khikisai雾度计HM-150来测量。虽然,雾度测量的准确值取决于夹层的厚度和层合体的冷 却速率(参见例如授予Hausmann等人的美国专利8,399,096),但当层合体以5°(3/11^11的速率 冷却时,层合体的雾度优选为10%或更小,优选地5%或更小,更优选地2%或更小,还更优 选地1.5%或更小,1 %或更小,或0.5%或更小。
[0069] 透过率百分比表示由UV-Vis光度计获得的介于350nm至800nm之间的算术平均透 过率。其常常根据日本行业标准(JIS)K7361来测量。同样,透过率的准确值取决于夹层的厚 度和层合体的冷却速率。然而,在具有玻璃/夹层/玻璃结构的优选层合体中,透过率为75% 或更大、85%或更大,或大于95%。
[0070]刚性片材可由玻璃或刚性透明塑料,诸如例如聚碳酸酯、丙烯酸类树脂、聚丙烯酸 酯、环状聚烯烃(诸如乙烯降冰片烯聚合物)、茂金属催化的聚苯乙烯等以及它们的组合制 成。如果层合体不要求透明度,那么可以用金属或陶瓷板替代刚性聚合物片材或玻璃。
[0071 ]优选地,刚性片材为玻璃片材。如本文所用,术语"玻璃"是指窗玻璃、平板玻璃、硅 酸盐玻璃、片材玻璃、浮法玻璃、有色玻璃、包含控制日照产热的成分的特种玻璃、涂覆有出 于控制日光目的的喷镀金属(诸如银或氧化铟锡)的玻璃、E-玻璃、Toroglass和SoleX?玻 璃。特种玻璃的示例在例如美国专利 4,615,989;5,173,212;5,264,286;6,150,028;6,340, 646; 6,461,736和6,468,934中有所描述。具体层合体所选择的玻璃类型取决于层合体的预 期用途。
[0072] 适用于机动车最终用途的典型的整料玻璃是厚度为约3.7mm的钠钙硅退火浮法玻 璃。作为本文所述的层合体中的刚性片材,优选厚度介于约〇. 7mm和约3.0mm之间的钠|丐娃 退火浮法玻璃,并且特别优选厚度为约1. 至约2.5mm,或厚度为约2.3mm,或者约2.0mm, 或者约1.6mm。在该相同的相对小厚度范围内的其它类型的玻璃也用于层合体中,其包括但 不限于热强化玻璃、热钢化玻璃和化学强化玻璃,以及包括由浮法和熔拉方法制成的硼硅 酸玻璃和铝硅酸盐玻璃的玻璃组合物。还适用于本文所述的层合体中的相对薄的玻璃片材 的应用的附加描述可见于美国专利申请公布2012-0097219A1和2012-0094100A1。
[0073] 本文所述的层合体可通过本领域中已知的任何合适的方法制备。具体地,层合体 可通过如下所述的压热器法和非压热器法制备。
[0074] 在典型的压热器法中,玻璃片材、包括本发明多层聚合物片材的夹层、和第二玻璃 片材在加热加压以及真空(例如,在约25-30英寸汞柱(635-762mm Hg)的范围内)条件下被 层合在一起以除去空气。优选地,玻璃片材经过洗涤和干燥。在典型的过程中,夹层定位在 玻璃板之间以形成玻璃/夹层/玻璃预压件组件。然后将预压件组件置于能够承受真空的袋 子("真空袋")中。可使用两种类型的真空袋-可重复使用的袋或一次性袋。预压件组件可使 用真空或烘箱在任一类型的袋中制备。然后从袋中取出预压件并置于高压釜中。然而,在一 次性袋的情况下,层合体可保留在袋中并且然后在高压釜中加工。使用真空管路或对于袋 抽真空的其它装置,将空气从袋中抽出。在保持真空的同时密封所述袋。将密封袋置于约80 °C至约180°C,优选地介于约130°C和约180°C之间的温度,约200psi (15巴)的压力下的高压 釜中约10分钟至约50分钟。优选地,所述袋在约100°C至约160°C,优选地介于约120°C和约 160°C之间的温度下压热20分钟至约45分钟。更优选地,所述袋在约105°C至约155°C,甚至 更优选地约135°C至约155°C的温度下压热20分钟至约40分钟。另选地,预压件组件可通过 一个或多个烘箱,其中预压温度在第一烘箱中为约50°C至约80°C,并且在最终烘箱中为约 80°C至约120°C。可以用真空环代替真空袋。一种类型的真空袋在美国专利3,311,517中有 所描述。
[0075] 在另一个另选的替代方案中,残存在玻璃/夹层/玻璃预压件组件内的任何空气均 可通过压料辊方法除去。例如,可将玻璃/夹层/玻璃预压件组件在烘箱中加热约30分钟,加 热温度介于约50°C和约150°C之间,优选地介于约60°C和约140°C之间。然后,使受热的玻 璃/夹层/玻璃预压件组件通过一组压料辊,使得挤出玻璃和夹层之间的空隙空间内的空 气,并将组件的边缘密封。
[0076]然后,可以将密封和脱气的预压件组件置于空气高压釜中并在介于约80°C和约 160°C之间,优选介于约90°C和约160°C之间的温度下,并且在介于约lOOpsig至约300psig 之间,优选地约lOOpsig至约200psig(14.3巴)之间的压力下加工。将这些条件保持约15分 钟至约1小时,优选约20分钟至约50分钟,然后在没有新空气进入高压釜的情况下使空气冷 却。冷却约20分钟之后,释放掉多余的空气压力,并从高压釜中取出层合体。
[0077] 非热压层合法描述于例如美国专利3,234,062;3,852,136;4,341,576;4,385, 951 ;4,398,979;5,536,347;5,853,516;6,342,116;5,415,909;美国专利申请公布2004/ 0182493;欧洲专利EP 1 235 683 B1;以及国际专利申请公布W0 91/01880和W0 03/057478 A1中。一般来讲,非热压方法包括:加热预压件组件以及施加真空、压力,或前述两者。例如, 预压件组件可连续通过加热烘箱和压料辊。
[0078] 可以将粘合剂、底漆、以及聚合物片材和膜的"附加层"结合到本文所述的层合体 中。
[0079] 对于建筑应用和运输工具(诸如汽车、货车和火车)中的应用而言,典型的层合体 具有两层玻璃以及直接自粘附到玻璃层上的如本文所述的多层聚合物层合体夹层。层合体 一般具有约1.5mm至约5.5mm的总体厚度。多层聚合物片材通常具有约0.3mm至约2.0mm,优 选地约0.35mm至约1.5mm的厚度,并且每个玻璃层的厚度通常介于约0.5mm和约3.0mm之间, 优选地介于约1 .〇mm和约2.5mm之间,或更优选地介于约1.0mm和约2.0mm之间。当将夹层直 接粘附到玻璃上时,可不需要玻璃和夹层之间的中间粘合剂层或涂层。
[0080] 当与由本领域已知的单层片材或由具有不同建筑学或亚层组成的已知多层聚合 物片材制得的常规层合体相比时,本文所述的多层聚合物片材向由此制备的层合体提供有 益效果。本发明材料相比于整料玻璃的优点在于多层聚合物层合体表现出改善的声音传播 等级(STC)、减少的重量(面密度)和大致等同的有效弯曲厚度中的一者或多者。具体地,优 选的层合体表现出如通过ASTM E314所测量的大于25的声音传播等级;或如通过ASTM C158 所测量的约3.0mm至约5.0mm的有效弯曲刚度。还优选地,层合体具有比相当厚度和抗弯强 度的整料玻璃低的面密度。
[0081] 提供下列实例以便更详细地描述本发明。这些实例示出了目前设想的用于实施本 发明的具体实施例和优选模式,其旨在举例说明,并不旨在限制本发明。
[0082] 实例和比较例 [0083] 制备方法 [0084] 挤出方法
[0085]三层聚合物片材通过使用两个挤出机、多层送料区块、和1200mm单歧管衣架式片 材模头来共挤出而制备。将模头间隙设置调节成约1mm。使用在约200°C下操作的50mm单螺 杆挤出机挤出芯材料。使用在约200°C下操作的65mm单螺杆挤出机来挤出外层。对于目标片 材结构调节挤出机吞吐量。使用约50kg/hr的芯层吞吐量与约100kg/hr的外层挤出机吞吐 量来制备项目,所述项目的目标构造为1/1/1层比率。将两种聚合物流供入送料区块和模头 组件中。将外层聚合物流在送料区块中分离并操纵到一定位置中以制备三层片材。片材挤 出通过模头,使用冷却辑冷却并以约3m/m i η的恒定速率卷绕。
[0086] 标准层合过程
[0087] 将其中层合体中的层以期望顺序堆叠的预层合组件置于真空袋中并密封。将管和 联接件插入袋组件中并且通过真空栗除去袋装层合体组件中的空气。在置于高压釜中之 前,使袋装组件内的绝对压力降低至小于70豪巴以除去预压件组件的层之间所容纳的大部 分空气。将预层合组件在135°C下于压力为200psig(14.3巴)的空气高压釜中加热30分钟。 然后在不添加附加气体的情况
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