专利名称：聚碳酸酯玻璃窗体系及其制备方法
聚碳酸酯玻璃窗体系及其制备方法
背景技术：
1. 发明领域本发明一般地涉及聚碳酸酯玻璃窗(glazing)体系及其制 备方法。
2. 已知^支术的说明在机动车工业中，聚碳酸酯被广泛地接受作为金属和玻璃 制品理想的替代品。由于其优异的强度、光学透明度、在车辆定型中 较大的灵活性和优良的热性能，因此聚碳酸酯用于制备具有特定功能 特征的机动车窗户体系。在相当长的时间内，在制备多层制品中使用 聚合物材料以显示出较好的结构完整性和所需的功能性能已经是本领 域已知的。然而，随着聚碳酸酯技术日益加快的进展，现对除了复杂 装饰以外，还具有多功能特征的复杂的三维部件存在巨大的需求。因此，仍然感兴趣的是开发具有功能层，例如耐候、太阳 光控制、除霜、除雾、天线(antenna)、印刷装饰、光致变色的光控制、 电致变色和电致发光功能的机动车玻璃窗组件。进一步感兴趣的是， 使用低成本和快速的替代注塑的方法，制备机动车玻璃窗组件。
发明简述在一个方面中，本发明涉及多功能玻璃窗体系，及其制备 方法。更具体地，本发明涉及适合于在机动车中使用的多功能玻璃窗 组件。在一个实施方案中，玻璃窗組件包括具有功能层的塑料膜层、 聚合物材料的基础层、在塑料膜和基础层之间的衔接层，和耐磨层。 衔接层与基础层相容且具有良好的粘合性能。衔接层基本上将塑料膜 层粘附到基础层上。在另一方面中，本发明提供制备多功能玻璃窗组件的方法， 该方法牵涉真空热成形方法替代更加常见的注塑方法，从而降低与高成本和低体积生产率有关的问题。考虑到下述详细说明、实施例和所附权利要求，本发明的 其他目的、特征和优点将变得显而易见。 附图简述
图1阐述了通过体现本发明原理的玻璃窗面板的一部分的 示意图；图2阐述了制备图1的玻璃窗面板的体系；图3阐述了图2的体系的另一视图；和图4阐述了通过图2的体系制备的玻璃窗面板的特写图。
发明详述本发明涉及机动车玻璃窗组件，它典型地由聚碳酸酯层压 体制造，提供弹道、轰炸损坏和强制侵入保护。这些不含玻璃的层压 体由聚碳酸酯片材层构造且用粘合剂夹层粘结，因此提供极高的抗冲 击性并吸收冲击层且没有裂开。与常规的玻璃窗相比，它们还显著减 轻了重量。聚碳酸酯层压体借助涂层体系，例如Exatec LLC, of Wixon， Michigan的Exatec 900/500涂层避免了磨蚀以及化学品和UV 光的损害。参考图1，示出了通过体现本发明原理的玻璃窗组件10的 一部分的示意图。应当理解，玻璃窗组件10的示意图没有按比例画出， 以便更好地显示玻璃窗组件10的元件。玻璃窗组件10包括基础层12， 至少一层塑料膜层14,至少一层功能层16，和衔接层18。衔接层18 位于基础层12和塑料膜层14之间。塑料膜层14优选由诸如聚碳酸酯、聚曱基丙烯酸甲酯、聚 酯、聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙烯共混物，或聚碳酸酯/聚酯共混物 之类的材料制成。还优选塑料膜14是挤出、共挤出、吹塑或流延的聚 碳酸酯膜。塑料膜层14具有内表面13(面向基础层12)和外表面15 (远 离基础层12)。塑料膜层14中的内表面和外表面13、 15之一或二者 可以提供、涂布或印刷有功能层16。如图1所示，塑料膜层14中仅 仅内表面13提供有功能层16。
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功能层16可具有各种功能中的任何一种，其中包括，但不 限于，耐候、太阳光控制、除霜、除雾、天线(antenna)、印刷装饰、 光致变色的光控制、电致变色和电致发光层中的一种或更多种。若在 塑料膜层14的内表面13上提供的话，则电致发光、荧光或磷光层可 以更优选作为功能层。然而，若在塑料膜层1的外表面15上提供功能 层16，则通常更优选除霜剂、天线、遮蔽/渐弱或高度耐候的层。提供具有合适厚度的功能层16,以提供玻璃窗组件10充 足的功能性能。典型地，具有功能层16的塑料膜层14的厚度范围为 约0. Q5mni-约lmra，其中通过任何合适的施加方法，将功能层施加到 塑料膜14的表面上。如上所述，玻璃窗组件IO进一步包括位于功能层16和基 础层12之间的衔接层18。衔接层18可以是单层或多层形式，其中多 层中的每一层是选择粘合到基础层和功能膜中任何一个上的不同材 料。典型地，衔接层18必须透明且水晶般透明(透光率(LT)"0。/。)，与 基础层12相容，且应当对所有成型后操作，例如涂布显示出优良的耐 热性。衔接层18尽管薄，但可决定最终产品的总体性能。衔接层18 可含有提高玻璃窗中相关层之间粘合性的任何聚合物材料。优选地， 衔接层18是粘合剂层，例如热塑性聚氨酯(TPU)。 TPU具有特殊的紫 外稳定性，优良的透明度、良好的低温挠性、优良的粘合剂性能和磨 耗性能、高的剥离强度、优良的耐水解性和抗微生物性。适合于在基 础层和功能层和膜之间提供粘合性的合适的候选衔接层的实例包括脂 族聚醚基热塑性聚氨酯(例如，KrystalgranPE 193、 PE399);能注塑 的聚酯/聚醚基热塑性聚氨酯(例如，KrystalgranPE 409);阴离子脂 族聚酯基聚氨酯分散体(例如，Impranil DLS);阴离子脂族聚酯/聚醚 聚氨酯分散体(例如，Impranil DLV Dispersion)、含水聚氨酯分散体 (例如，Dispercoll U42)、在含水分散体内的基于己二异氰酸酯的直 链脂族聚酯氨基甲酸乙酯(例如，Dispercoll U KA 8758)，和其他聚 酯丙烯酸和聚酰胺粘合剂和类似物。在优选的实施方案中，衔接层18,例如TPU粘合剂膜置于功能层18的内側上且厚度范围为约0. 05咖-约2. 5mm。根据图1看出，基础层12被固定到衔接层18的底侧。在 优选的实施方案中，基础层12由诸如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸曱酯、 聚酯、聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙烯共混物，或聚碳酸酯/聚酯共混 物之类的材料制成。基础层12可以或者由挤出的片材形成或者模塑成 板盘(plaque)或面板。更特别地，基础层12确定了基材且可具有适合 于机动车的窗户开口的结构。基础层12的厚度范围优选为约3fflffl-6咖。在与基础层12相对的塑料膜层14之上布置耐候层20。耐 候层50优选是选自丙晞酸-、离聚物-、含氟-、聚氨酯-、硅氧烷-基 聚合物、共聚物或其共混物中的材料。玻璃窗组件IO也可包括在耐候层20上的耐磨层22，以提 供耐磨性或抗划性。耐磨层22优选是能耐磨的材料，所述磨蚀通常由 玻璃窗组件10的外部暴露引起。典型地，耐磨层22是含有硅、氢、
碳和氧的等离子体聚合并氧化的有机基硅材料。在优选的实施方案中， 耐磨层22包括选自氧化铝、氟化钡、氮化硼、氧化铪、氟化镧、氧化 镁、氧化钪、 一氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、 氢化碳氧化硅、碳化硅、氧化钽、氧化钛、氧化锡、氧化钇、氧化锌、 硒化锌、硫化锌、氧化锆和钛酸锆中的材料。可任选地在基础层12的相对侧(在用于机动车的玻璃窗组 件10的内侧)上提供一层或更多层。再参考图1,玻璃窗组件10可提 供有一层或更多层任选层。从基础层12起向内，这些可包括衔接层 18'、功能层16'(与基础层12的外侧上的功能层16具有相同或不同的 功能)、膜层14'、耐候层20'和耐磨层22'。使用相同的参考数字来表 明任选的内部层的结构是或可以与在基础层12的外部上的相应层基 本上相同。尽管以与基础层12的外側具有相同层的内侧形式进行了阐 述，但应当理解，可在没有这些任选层中的一层或更多层的情况下提 供组件10。在另一方面中，本发明提供制备玻璃窗組件10的方法。广义上，该方法包括下述步骤(a)提供具有固定连接到其上的功能层 16的塑料膜层14， (b)提供衔接层18， (c)提供基础层12,和(d)使用 衔接层18作为被粘物，将塑料膜层14粘合到基础层12上。之后，玻 璃窗组件12可成形为窗户形状。最后，耐候层20和耐磨层22沉积在 塑料膜层14的表面上。在形成塑料膜层14和功能层16中，可借助与塑料膜层14 共挤出，形成功能层16，但在塑料膜层14上提供功能层16的其他方 法是可接受的。这些其他方法包括，但不限于，流涂、浸涂、辊涂、 挤出涂布、印刷、粘合剂粘结、真空沉积和溅射。在一个特别的实施方案中，功能层16可借助篩网印刷施加 在塑料膜层14的表面上。在该膜上形成功能层16的进一步的方法包 括，但不限于，印台印刷(pad printing)、膜图象转移印刷、数码印 刷、机器人分配、溶剂流涂、遮盖/喷洒、喷墨印刷和类似方法。当耐 候层20施加到塑料膜层14上时，可使用喷涂、流涂、浸涂、幕涂、 挤出涂布、模具内涂布、辊涂或另一已知的方法，施加耐磨层20。功 能层16可具有其功能，天线、光致变色、电致变色或电致发光功能。为了形成玻璃窗组件10，塑料膜层14和功能层16随后与 衔接层18 —起层压到基础层12上。(或者，塑料膜层14和功能层16 可在基础层12和功能层16之间在没有粘合剂或衔接层18的情况下层 压)。优选使用诸如挤出、共挤出、层压和挤出-层压之类的方法，实 现衔接层18、塑料膜层17、功能层16和基础层12之间的粘合。然后通过真空热成形、压力辅助的热成形、包模成形、双 片成形或冷成形，将玻璃窗組件IO转变或成型为设计形状。在优选的 实施方案中，最好通过真空热成形，实现形成设计形状。所有热成形 技术的优点是，它们在工具上形成膜，而不是将其冲压成所要求的形 状。这可降低任何潜在的图像变形几率，以及维持任何图象印刷在其 上的材料的强度。参考图2，示出了制备图1中玻璃窗组件IO的体系30。 体系30包括第一对夹片框32a、 32b，第二对夹片框34a、 34b和第三对夹片框36a、 36b。第一对夹片框32a、 32b将塑料膜层14和功能层 16保持在一起。第二对夹片框34a、 34b保持衔接层18。最后，第三 对夹片框36a、 36b保持基础层12。为了借助真空热成形方法制备玻璃窗组件10，体系30进 一步包括顶模38和底模40。取决于应用，模具可成型为各种不同的 形状。在优选的应用中，为了生产机动车窗户而成型模具。正如真空热成型领域众所周知的，模具38、 40能被加热且 包括真空体系42、 44。正如本领域很好地理解的，加热模具38、 40， 然后朝彼此移动，正如箭头46所示。当模具38、 40朝彼此移动时， 在模具38、 40之间挤压基础层12、衔接层18、功能层16和塑料膜层 14。在这一工艺过程中，真空体系42、 44施加真空，辅助玻璃窗组件 10成形为模具38、 40所确定的形状。真空体系42、 44基本上抽出在 塑料膜层14和顶模38以及基础层12与底模40之间夹带的空气。通 过进行如此操作，塑料膜层14和基础层12的表面通常是光滑的且不 具有因夹带的气体导致的任何缺陷。如图3所示， 一旦模具38、 40 —起挤压塑料膜层14、功 能层16、衔接18和基础层12，则模具38、 40远离彼此移动，正如箭 头48和50所示。参考图4，示出了玻璃窗组件10的一部分的放大视图。此 处可看出，基础层12、衔接层18、功能层16和塑料膜层14连接在一 起，且准备用于接受如图1所示的耐候层20和耐磨层22。参考图1,对于复杂的三维(3-D)形状来说，可要求压力辅 助的热成形，以实现良好的定界和极端形状。或者，衔接层18与基础 层12、塑料膜层14和功能层一起进入热成形机内，以便同时发生粘 合剂粘结和成形为3-D形状二者。然而，在其中衔接层18的活化温度 低于成形温度的情况下，要求塑料膜基础层和基础层12首先成形，接 着在相同成形工具，但在较低温度下布置的基础层12和塑料膜层14 和功能层16之间插入衔接层。在本发明的方法中，典型地使用匹配的 金属类型工具，进行成形操作，其中该工具可以是或者阳模或阴模。在优选的实施方案中，使用阳模和阴模二者以供热成形，以便它们彼
此匹配。可在旋转或在线梭式热成形机内水平保持基础层12、塑料膜 层14和功能层16,这通常是热成形领域已知的。在加热之后，在上 模和下模内的层软化，且同时在阳模和阴模内抽真空。随后使模具保 持在一起，且衔接层置于其间，和压缩加热的层，并一起粘结/焊接成 单一的玻璃窗组件。用增加额外或提高的功能，例如改进的耐磨性的贴面层进 一步涂布成形的玻璃窗组件10。贴面层典型地为耐磨层，所述耐磨层 使用等离子体加强的化学气相沉积(PECVD)、膨胀热等离子体PECVD、 等离子体聚合、光化学气相沉积、离子束沉积、离子镀敷沉积、阳离 子电弧沉积、溅射、蒸发、中空阴极活化的沉积、磁控管活化的沉积、 活化的反应性蒸发、热化学气相沉积或溶胶-凝胶涂布法之一作为选 择的方法沉积。玻璃窗組件10可具有更多的层，这取决于厚度和安全要 求。在特别的实施方案中，玻璃窗组件10的结合厚度范围为约2mm-10mm厚。所得体系可用于机动车玻璃窗、飞机玻璃窗、机动车头灯和 尾灯以及类似应用上。正如本领域的技术人员容易理解的，上述说明意味着本发 明实施原理的阐述。这一说明书不打算限制本发明的范围或应用，因 为在没有脱离下述权利要求中定义的本发明范围的情况下，本发明对 改性、变化和改变敏感。
权利要求
1.适用于机动车的玻璃窗组件，该玻璃窗组件包括具有第一侧和第二侧的基础层；位于基础层的第一侧上的耐磨层；位于基础层的第一侧和耐磨层之间的功能层；位于功能层和基础层之间的衔接层，由此该层将功能层固定连接到基础层上；位于功能层和耐磨层之间的塑料膜层；其中耐磨层使塑料膜层和基础层的第一侧避免了因磨蚀引起的损坏；和施加到塑料膜层上的耐候层，该耐候层位于塑料膜层和耐磨层之间。
2. 权利要求l的玻璃窗组件，其中功能层是选自耐候、太阳光控 制、除霜、除雾、天线、印刷装饰、光致变色的光控制、电致变色和 电致发光层中的一种。
3. 权利要求l的玻璃窗组件，其中耐候层是选自丙烯酸-、离聚 物-、氟-、氨基甲酸乙酯-、硅氧烷-基聚合物或其共聚物中的材料。
4. 权利要求l的玻璃窗组件，其中塑料膜层是选自聚碳酸酯、聚 曱基丙烯酸甲酯、聚酯、热塑性聚氨酯、聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙 烯共混物，和聚碳酸酯/聚酯共混物中的材料。
5. 权利要求l的玻璃窗组件，其中衔接层包括选自脂族聚醚-基 热塑性聚氨酯；聚酯/聚醚-基热塑性聚氨酯；阴离子脂族聚酯-基聚氨 酯分散体；阴离子脂族聚酯/聚醚聚氨酯分散体，含水聚氨酯分散体， 聚酰胺型粘合剂，和聚酯丙埽酸粘合剂中的材料。
6. 权利要求l的玻璃窗组件，其中基础层是选自聚碳酸酯/聚曱 基丙烯酸甲酯、聚酯、热塑性聚氨酯、聚碳酸酯/丙晞腈丁二烯苯乙烯 共混物，和聚碳酸酯/聚酯共混物中的材料。
7. 权利要求1的玻璃窗组件，其中耐磨层是等离子体聚合且含硅、 氢、碳和氧的有机基硅材料。
8. 权利要求7的玻璃窗组件，其中耐磨层包括选自氧化铝、氟化 钡、氮化硼、氧化铪、氟化镧、氧化镁、氧化钪、 一氧化硅、二氧化 硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、氢化碳氧化硅、碳化硅、氧化钽、 氧化钛、氧化锡、氧化钇、氧化锌、硒化锌、硫化锌、氧化锆和钛酸 锆中的材料。
9. 权利要求1的玻璃窗组件，其中基础层的厚度范围为约2-10mm。
10. 制备玻璃窗组件的方法，该方法包括 提供具有功能层的塑料膜；提供具有顶側和底侧的衔接层； 提供基础层；将具有功能层的塑料膜粘合到衔接层的顶側； 将衔接层的底側粘合到基础层上，从而制备塑料面板； 将塑料面板成型为窗户形状； 在塑料面板的表面上沉积耐磨层；和 将耐候层施加到塑料面板的至少一个表面上。
11. 权利要求10的方法，其中使用选自喷涂、流涂、浸涂、幕涂、 挤出涂布、模具内涂布和辊涂中的一种方法，施加耐候层。
12. 权利要求10的方法，其中使用选自中空热成形、压力辅助的 热成形、包模成形、双片成形和冷成形中的一种方法，制备塑料面板。
13. 权利要求10的方法，其中使用挤出、共挤出、层压、模具内 层压和挤出层压中的一种方法，实现将衔接层粘合到塑料膜和基础层 中的至少一种上的步骤。
14. 权利要求10的方法，其中使用选自下述中的一种方法，实现 沉积耐磨层的步骤等离子体加强的化学气相沉积(PECVD)、膨胀热等 离子体PECVD、等离子体聚合、光化学气相沉积、离子束沉积、离子镀 敷沉积、阳离子电弧沉积、溅射、蒸发、中空阴极活化的沉积、磁控 管活化的沉积、活化的反应性蒸发、热化学气相沉积和溶胶-凝胶涂 布法。
全文摘要
用于机动车窗户组件的多功能的玻璃窗面板。玻璃窗面板包括具有功能层的塑料膜，聚合物材料的基础层，在塑料膜和基础层之间的衔接层。在塑料膜上提供耐磨层保护塑料膜和基础层避免因磨蚀引起的损坏。
文档编号B32B37/18GK101588923SQ200780050453
公开日2009年11月25日 申请日期2007年12月27日 优先权日2006年12月28日
发明者K·D·韦斯, 李成涛 申请人:埃克阿泰克有限责任公司