具有改进的抗猛烈撞击的结构完整性的防爆玻璃叠层片的制作方法

专利名称：具有改进的抗猛烈撞击的结构完整性的防爆玻璃叠层片的制作方法
技术领域：
本发明涉及叠层片玻璃结构。本发明特别涉及这样一种叠层片玻璃结构，即使被支承在该窗玻璃部件周边周围或在该窗玻璃部件主体内部的局部位置中，该叠层片玻璃结构也能承受严重的撞击和/或严重的压力载荷。
现有技术描述传统的窗玻璃结构包括一个窗玻璃部件。这样的窗玻璃部件能包括一扇叠层片窗，如玻璃/中间层/玻璃叠层片窗。有各种已知的装配玻璃的方法，它们对于制造用于商业建筑物和/或居住建筑物的窗子、门或其它玻璃部件是传统的。此类玻璃装配方法例如是外部压力板玻璃装配法；齐平玻璃装配法；船用玻璃装配法；可移动的限位器玻璃装配法；以及硅酮结构玻璃装配法(也称为无限位器玻璃装配法)。
例如，美国专利No.4,406,105描写一种结构上的玻璃装配系统，其中通过该窗玻璃部件产生多个孔，通过该孔形成一个带连接器的板部件系统。
防恐窗和防恐玻璃结构是已知的，并可用传统的玻璃装配方法制造。美国专利No.5,960,606和No.4,799,376描述做成经受严重的力的叠层片窗。在国际出版物号WO 98/28515中，一个玻璃叠层片安置在一个刚性的通道中，其中一种靠近该玻璃的弹性材料允许在该弹性材料和刚性通道之间进行弯曲运动。存在保持窗玻璃片的其它机构如胶粘带、垫圈、腻子等，它们可以用于将玻璃板紧固在窗框上。例如，WO 93/002269描述使用一种加强部件，该加强部件围绕一个玻璃叠层片的周边而叠合在一个聚合物中间层上，以加强该中间层，该加强部件可以越过该玻璃/中间层叠层片的边缘而伸出。在另一实施例中，WO 93/002269描述一种刚性部件的使用，该刚性部件插入一个在单片透明物体的表面下面的通道中，并从该透明物体伸出。
但是，能够经受飓风风力和强力撞击的窗子和玻璃结构不是没有麻烦的。传统的玻璃装配方法要求该窗玻璃部件在窗框中有某些额外的空间，以便于插入或取出该窗玻璃部件。虽然该额外的空间便于安装，但它使窗玻璃部件能在窗框内摆动、摇动或转动。其次，它能够在窗框中从一侧移动到另一侧(横向)，取决于对着窗玻璃部件施加的力的大小和方向。在严重的重复撞击和/或连续压力的状态下，一个玻璃叠层片能够在该窗框或结构支架中这样移动，使得能积累足够的应力而最终使窗子破裂，并使该叠层片能从窗框中脱出。例如，在其中玻璃保持在一刚性通道中的场合，当受到严重的飓风风力时，窗玻璃能脱出该通道而造成丧失结构的完整性。
由于窗框变形/失效或不能防止玻璃摇晃，现有的窗玻璃支承结构如窗框常常不能充分地保持窗玻璃的高性能。只有保持完全的整体性，才能达到窗玻璃的充分价值。防爆的窗玻璃结构通常已从玻璃和各种中间层产品如用聚氨酯结合的PVB或PC的非常厚的多层结构中产生。相应的窗框必须具有坚固的与窗玻璃的边缘卡住(叠合)，否则在压力加载期间该窗玻璃将被从窗框开孔中挤出。或者是，可以将一个金属部件的窗格条支承网格直接安置在该窗玻璃的后面，以帮助减小窗玻璃的弯曲。这些方法的任何一种都很费钱、难以实施和不太美观。窗玻璃的大的广阔面积不可能克服这样的高风险。
因此希望有这样一种窗玻璃系统，它能经受在炸弹爆炸的条件下可能存在的严重的突然冲击和应力。
附图简述

图1是本发明的带有角部卡头的叠层片。
图2表示该角部卡头的分解图。
图4表示用角部件单元装配的四个叠层片。
图5是该角部件的分解图。
图6是包括在一U形铝槽中的对该窗玻璃的铝增强周边的窗玻璃部件。
图7是一种有一啮合该窗框的模制保持支脚的窗玻璃部件。
图8是一种在其后表面上还包括杜邦SpallshieldTM(防裂屏TM)的窗玻璃部件。
图9是本发明的一种保持在一U形槽中的另一窗玻璃图。
图10是保持在窗框中的单片离子键聚合物窗玻璃的图。
图11是该单片离子键聚合物窗玻璃的截面图。
发明概要在一方面，本发明是一种窗玻璃系统，包括一个玻璃叠层片窗玻璃部件；一个该窗玻璃部件的支承结构；以及一个将该窗玻璃部件附接在该支承结构上的连接系统；其中该窗玻璃部件、该支承结构和该连接系统做成给该窗玻璃系统提供一种动力响应机制，其中，在力的冲击波施加到该窗玻璃系统上之后，该连接系统将力的一部分从窗玻璃部件传递到该支承结构上，而且其中，该支承结构具有运动的某些自由度，能使外部施加的力的被传递部分转换为遍及整个支承结构的非破坏性运动，由此减小窗玻璃部件所经受的冲击的有效量级。
发明详述在一个实施例中，本发明是一种包括一个玻璃叠层片的防爆玻璃窗系统。本发明的玻璃叠层片是一种包括至少一层中间层材料的叠层片，该中间层材料选自下列一组材料聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯缩醛、聚氨酯、乙烯和丙烯酸和/或甲基丙烯酸及其酯类的共聚物。该中间层可以包括这些中间层材料的任何一种的若干层，或者可以包括这些中间层材料的两个或多个不同层的混合物。本发明的叠层片可以是玻璃窗技术中描述的那种类型的传统叠层片，并已知能向玻璃叠层片传递抗震能力和在破裂时减小玻璃碎裂。
叠层片玻璃减少与爆炸负荷有关的危险的能力主要受四个因素限制1)中间层撕裂能力，它影响叠层片破裂的点；2)中间层粘附力，它影响尽可能减少玻璃碎裂的能力；3)玻璃破碎后叠层片的配合性能，它决定叠层片的动力响应和从玻璃窗限制条件拉出来的有关倾向；4)叠层片的质量，它也影响动力响应。对一特定的爆炸事件，该叠层片最优化到刚达到聚合物中间层的撕裂限度，而不会脱出窗框，并尽可能减小玻璃碎裂程度。
虽然许多传统的聚合物可适合用于实施本发明，但优选地该聚合物是乙烯共聚物。更优选地该热塑性聚合物是通过乙烯和α，β-不饱和羧酸或其衍生物的共聚化而得到的共聚物。可用于本发明实际的合适的酸的衍生物对该技术的专业人员是已知的。包括酯类、盐类、酐类、酰胺类等。酸共聚物可以完全或部分地中和为盐(或部分盐)。完全或部分中和的共聚物传统上称为含离子键的聚合物。合适的共聚物可以包括一种任选的第三单体成分，它可以是一种乙烯不饱和羧酸。可用于本发明实际的合适的酸共聚物可以(例如)从E.I.DuPont deNemours公司买到，商品名称例如是Surlyn和Nucrei。特别优选的叠层片已知相对于传统的玻璃叠层片对从飓风风力和/或从飓风夹带的碎片的猛烈撞击具有改善的抵抗力。本发明的中间层当按照ASTM D5026-95a测定时具有存储杨氏模量约50～约1000MPa(兆帕)，最好约100～约500MPa。中间层在40℃以下时其存储杨氏模量应当保持在50～1000MPa的范围。
本发明的叠层片可以直接地或间接地连接在窗玻璃系统的支承结构上。在一优选实施例中，该叠层片包括一中间层，中间层的一部分越过玻璃的周边而伸出，该伸出部分可用于将叠层片附接在该支承结构上。此类叠层片充分地描述于参考合并于此的美国专利申请书顺序号No.09/551,334中。合适的叠层片可以用各种商品名称买到，如E.I.DuPont de Nemous公司的Sentry GlassPlus。
该叠层片可以以连续的方式沿叠层片的周边连接在该支承结构上。或者是，该中间层可以以不连续的方式也就是在围绕叠层片周边的断续的各个点处连接在该支承结构上。利用中间层将叠层片连接在该支承结构上的任何方式被认为是为了本发明的目的而将叠层片连接在该支承结构上的合适机构，它们都在本发明的范围内。
在本发明的实际中，如果该窗玻璃部件用钉子、螺钉、螺栓、胶水、槽沟、绳索或其它方法限制而不能从该支承结构上脱开，那么都说该窗玻璃部件被连接到支承结构上了。
叠层片的性能可以受支承框架的结构响应和连接系统的细节的严重影响。爆炸负荷(为了本发明的目的，该负荷是由于爆炸而施加在窗玻璃系统上的力)按其本性是一种高度动态的事件，因此该窗玻璃支承和连接系统的动态响应在该叠层片如何响应一个给定的压力/冲击负荷而变形的过程中起重要的作用。本发明是，通过改变该系统和连接对动态负荷的响应，该叠层片的性能可以大大扩展或改善而克服力的严重冲击。通过有效地软化该窗玻璃支承系统和延迟完全啮合连接系统之前的时间，该叠层片有效地屏蔽充分的压力/冲击负荷而改善了整个透明的外观性能。
如本发明的实际中考虑的，支承结构是将该窗玻璃部件支承或保持在位置中的结构部件。可以从顶部、侧面、底部或穿过中间层材料而将该中间层附接在该支承结构上。
该窗玻璃系统可以任选地包括一个保持装置，该装置的作用是贴靠窗子的竖框将该窗玻璃部件保持就位。本发明的保持装置特别设计用来利用该叠层片的连接系统保持本发明的叠层片。本发明的保持装置可在该竖框之内或在其外面。本发明的保持装置可以是夹子装置、帽子部件或其它形式的部件，它们提供一种将本发明的窗玻璃部件保持在窗框结构中，但当该窗玻璃部件完全装配好以后，该保持装置应该看不见。一个保持装置可以包括一个紧固件，其作用是将该保持装置保持在该竖框上。
该叠层片可以包括一个附接机构，其中附接机构是一个能结合在中间层延伸部分上的夹子。在本发明的实际中，在该夹子和叠层片的玻璃层的任何部分之间没有预定的直接接触，而任何这样的接触都是偶然的。夹子和玻璃之间的接触被减到最小，从而减少了在应力下或当叠层片在支承结构中移动期间玻璃的碎裂。为此，该中间层的从其边缘上伸出的部分在夹子和玻璃层之间形成一个阻挡层，使得夹子不会接触玻璃。夹子接触中间层的表面可以是光滑的，但优选地是夹子的表面至少有一个凸出部和/或一个凹进面积，更优选地是有几个凸出部和/或凹进面积，它们能提供一个机械互锁机构，以增强夹子和中间层之间胶粘结合的有效性，从而提供具有更大结构一体性的叠层片/夹子装配件。
可以以这样一种方式构成多个叠层片，从而形成一个叠层片的墙。
对于建筑用途和交通用途如汽车、卡车和火车，一个叠层片可以有两层玻璃和一层自动粘结在玻璃上的热塑性聚合物中间层。本发明的叠层片可以有约3～30mm的总厚度。中间层可以有约0.38～4.6mm的厚度，而每个玻璃层可以有至少1mm厚度。在一优选实施例中，中间层直接地自动粘结在玻璃上，也就是玻璃之间有一中间的胶粘层或涂层，而并不另外使用中间层。可以采用其它叠层片构造，如多层玻璃和热塑性中间层；或带一热塑性聚合物中间层的单独一层玻璃，在该中间层上已胶粘了一层耐久的透明塑料薄膜。任何上述叠层片可以涂敷在该技术中已知的传统的耐磨涂层上。
可以从玻璃装配技术的许多可用的窗框设计中选择一种窗框。该叠层片可以使用或不使用胶粘物而附接或固定在该窗框上。已经发现，一个用离子键聚合物树脂制成的中间层自动牢固地粘合在大多数窗框材料如木头、钢、铝和塑料上。在某些用途中，沿窗框的边缘可能希望使用附加的紧固件如螺钉、螺栓和夹子。任何将该附接机构锚定在窗框上的方法均适用于本发明。
例子这些例子仅用于例示的目的，并不限制本发明的范围。
通用例子通用的窗玻璃准备手续按照下列手续准备本发明的窗玻璃结构用去离子水洗涤5英尺乘7英尺的玻璃板(10mm厚，完全回火)，并干燥。在两层玻璃之间安置离子键聚合物树脂板(厚2.3mm)，其表面结构能易于除去空气，以改善叠层片的透明度和“气泡点”。这些例子中的所有叠层片使用两层90密耳(2.3mm)厚的离子键聚合物树脂中间层和两层各厚10mm的玻璃，该树脂由81％乙烯和19％甲基丙烯酸组成，已用钠离子中和37％，并具有熔融指数2。该离子键聚合物树脂可从E.I.DuPont de Nemous公司买到。该离子键聚合物树脂中间层具有361MPa的存储杨氏模量，101MJ/m3的撕裂能和24MPa的对玻璃结合力，全在25℃测量。取决于特定的形状/轮廓或所需的附接，在窗玻璃部件的周边周围使用中间层材料的附加条，以允许一种制动和/或附接的机构。
例子1～4准备如图1～5中示出的金属角部件，在玻璃的边缘和金属角部件“匣”的背面之间安置一层中间层材料之后，将金属角部件安置在叠层片的每个角部上，以便基本上接触和粘合。然后利用传统的工业方法将叠层片真空包围，通过施加真空，由此从有关空间除去大部分空气，然后将叠层片在220PSIG(1.6MPa)的压力和135℃下置于空气高压釜中90分钟。结果如下表1
注试验结果和评价根据政府服务管理局(GSA)炸弹爆炸判断标准表2试验样本性能状态的GSA判断标准
例子5～10表3的叠层片的玻璃是以如例子1中的同样方式准备的。这些例子中使用的玻璃厚3mm并退火。样品的尺寸为42英寸×70英寸，利用两层或3层2.3mm厚的离子键聚合物树脂板，取决于选择和期待的危险水平。如图6～9中所示，围绕该玻璃装配部件的全周边安置的是与两个铝角部件一起的补充的离子键聚合物树脂。这些样品用传统方法真空包围在相当充分的真空下(绝对压力小于50乇)。然后将该样品安置在对流炉中并在真空下加热到135℃加热2小时。然后利用一台大型落地风扇鼓吹样品上的室温空气来冷却。在冷却之后(通常30分钟左右)，撤去真空包围，产生一个完全叠合的窗玻璃部件，同时在周边周围的附加的离子键聚合物树脂之间获得粘合并密封那些铝角部/通道。
当如图7中所示地产生一个离子键聚合物树脂的成型轮廓时，就准备了另一样品，这样做通过如图7中所示地啮合窗框和支承结构而提供一个可靠的保持机构。利用同样的真空包围和炉子加热方法而在单独一个作业步骤中形成该窗玻璃部件叠层片和可靠的保持系统。
利用一个围绕该窗玻璃部件的周边的U形铝槽来重新形成一种远远超越垫圈、胶带或密封剂(如硅酮)的传统方法的可靠制动机构，从而准备另外的样品。
表3提供各种防爆窗玻璃的设计在炸弹爆炸试验中的试验结果。
表3
例子11一个连接在SentryGlasplus的硅片上的防爆绳网壁支承系统利用SecureTM连接器叠合，该连接器中窗框中的啮合被修改而产生时间延迟。该绳网支承系统与相对于叠合玻璃的长的天然响应时间高度符合一致(图12)。
权利要求
1.一种窗玻璃系统，包括一个玻璃叠层片窗玻璃部件；一个用于该窗玻璃部件的支承结构；以及一个将该窗玻璃部件附接在该支承结构上的连接系统；其中，该窗玻璃部件、该支承结构和该连接系统被构制成为该窗玻璃系统提供一种动力响应机构，其中在一个力冲击波施加到该窗玻璃系统期间和/或之后，该连接系统吸收施加到该窗玻璃系统上的力的一部分，并耗散该外部施加力的被吸收部分，使得被吸收的力转化为整个连接系统的无破坏作用的运动。
2.权利要求1的窗玻璃系统，其特征在于，该叠层片包括一个用于抗飓风玻璃中的这种玻璃叠层片。
3.权利要求2的窗玻璃系统，其特征在于，该连接系统包括在该中间层和支承结构之间的附件。
4.权利要求3的叠层片，其特征在于，该中间层是乙烯酸共聚物或其完全或部分地中和的盐。
5.一种窗玻璃系统，包括一个窗玻璃部件；一个用于该窗玻璃部件的支承结构；以及一个将该窗玻璃部件附接在该支承结构上的连接系统；其中，该窗玻璃部件、该支承结构和该连接系统被构制成为该窗玻璃系统提供一种动力响应机构，其中在一个力冲击波施加到该窗玻璃系统期间和/或之后，该连接系统吸收被施加到该窗玻璃系统上的力的一部分，并耗散该外部施加力的被吸收部分，使得该被吸收的力转化为整个连接系统的无破坏作用的运动。
全文摘要
一种窗玻璃系统，包括一个玻璃叠层片窗玻璃部件；一个用于该窗玻璃部件的支承结构；以及一个将该窗玻璃部件附接到该支承结构上的连接系统；其中该窗玻璃部件、该支承结构和该连接系统做成给该窗玻璃系统提供一个动力响应机构，其中在一个力冲击波被施加到该窗玻璃系统和连接系统上期间和/或之后，该连接系统吸收施加到该窗玻璃部件上的力的一部分，并耗散该外部施加的力的该吸收部分，使得该吸收的力转化为通过整个连接系统的不起破坏作用的运动。
文档编号B32B7/02GK1918358SQ200480041704
公开日2007年2月21日 申请日期2004年12月15日 优先权日2003年12月15日
发明者C·A·史密斯, S·J·本尼森, D·M·赖恩哈特, J·G·斯洛恩 申请人:纳幕尔杜邦公司