МНОГОСЛОЙНОЕ СТЕКЛО, СТОЙКОЕ К ВТОРЖЕНИЮ Российский патент 2007 года по МПК B32B17/10 B32B17/06 B32B27/08 B32B27/36 

Предпосылки создания изобретения

Известно использование энергопоглощающего промежуточного слоя пластифицированного поливинилбутираля (ПВБ) с одним или несколькими твердыми слоями, например, в качестве стекла в защитном остеклении. Такое остекление обычно получают путем расположения слоя ПВБ между листами стекла с одновременным откачиванием воздуха из промежутка между контактирующими поверхностями и последующего воздействия на получаемую сборку повышенными температурой и давлением в автоклаве для связывания плавлением ПВБ и стекла с образованием оптически прозрачной структуры. Эти остекления используют в окнах, таких как передние, боковые и задние окна в автомобилях, в частности, в ветровых стеклах, при этом промежуточный слой может амортизировать удар головы пассажира, не допуская проникновение через ветровое стекло.

Авто- и домовладельцы, особенно те, кто уже испытал на себе последствия автомобильных аварий, воровства или разрушений после ураганов, весьма заинтересованы в остеклениях, стойких к вторжению. Обнаружено, что стекло является слабым звеном при обеспечении общего противодействия вторжению для автомобилей или зданий. Например, судя по некоторым оценкам, приведенным в отчетах полиции, разбитое стекло обеспечивает путь проникновения, по меньшей мере, в 60% случаев несанкционированного проникновения в пассажирские автомобили.

Существует также уверенность в том, что тридцатисекундная задержка проникновения является достаточной для того, чтобы обескуражить многих воров, действующих спонтанно, ввиду возросшего времени взлома, и, кроме того, дополнительный звук может привлечь внимание к вору. Реагируя на ситуацию, изготовители легковых автомобилей, по меньшей мере, заменяют обычное стекло, подвергнутое закалке с последующим отпуском, многослойным стеклом для обеспечения повышенного уровня защиты. Несмотря на это, обычное многослойное стекло не является препятствием для квалифицированных воров, которые используют более сложные инструменты и с их помощью могут пробить многослойное стекло и вытащить его из рамы.

Предприняты многочисленные попытки улучшения рабочих характеристик многослойных стекол, включая изменение жесткости промежуточного слоя ПВБ и/или его стойкости к ударному воздействию. Например, в патенте США № 4814529 (Cartier et al.), описано незначительное сшивание поливинилбутираля для избирательного увеличения молекулярной массы поливинилбутиралевой смолы (ПВБ-смолы) и модуля упругости пластифицированного листа из упомянутого материала с целью использования в сборках многослойных защитных стекол. В патенте США № 5246764 (LaPorte et al.), описано многослойное остекление с повышенной ударопрочностью и указано, что средняя высота разбивания массой, падающей на многослойное стекло, увеличивается за счет диспергирования адгезионностойких средств по поверхности листа ПВБ. В патенте США № 5482767 (Karagiannis et al.) описаны многослойные стекла, обладающие повышенной стойкостью к ударному воздействию и содержащие промежуточный слой ПВБ, имеющий дискретные частицы сшитого поливинилбутираля, внедренные в соответствии с интегральным распределением по всей матрице ПВБ.

В последние годы в таких окнах появляются дополнительные усложненные особенности для улучшения рабочих характеристик. Они включают в себя: особые многослойные массы металлов и диэлектриков для противодействия солнечному излучению, которые также могут быть электропроводными и предназначаться для оттаивания, устранения запотевания, и т.д.; голографические слои, например, в зеркалах, которые отражают солнечный свет, и в средствах индикации показаний приборов на ветровом стекле, предназначенных для облегчения осуществляемого без наклона головы наблюдения за приборами, находящимися на приборных панелях автомобилей; фотохимические и электрохимические слои, которые обеспечивают регулируемое изменение цвета и/или пропускания видимого света при воздействии солнечного излучения или приложении напряжения; многослойные защитные противоразрывные структуры на внутренней стороне трехслойного стекла, содержащего лист ПВБ, заключенный между слоями обычного стекла, предназначенные для минимизации разрывов вследствие образования острых кромок после разбивания стекла; особые пластиковые слои в двухслойных структурах, заменяющие один слой упомянутого трехслойного стекла, и т.п.; функциональные слои и покрытия, улучшающие рабочие характеристики. Такие слои, обуславливающие различные рабочие характеристики, обычно наносят на слой подложки, который отличается от эластомерного ПВБ, имеющего малый модуль упругости и непригодного в качестве подложки. Для использования в защитных остеклениях слой подложки должен иметь хорошую прозрачность, быть относительно однородным по толщине и прочным, имеющим большой модуль упругости, для облегчения обращения с ним и обработки при связывании со слоем или слоями, обуславливающими различные рабочие характеристики. Как отмечалось, например, в патенте США № 4465736 зачастую используют двуосно-ориентированный полиэтилентерефталат (ПЭТФ).

Использование ПЭТФ в многослойных стеклах дает многочисленные преимущества. Как указано в патенте США № 5024895 (Kavanagh et al.) и в патенте США № 5091258 (Moran), ПЭТФ может быть двуосно-растянутым для повышения прочности, а также может быть термостабилизированным для обеспечения характеристик усадки при воздействии повышенных температур. Модуль упругости при растяжении, являющийся желательным свойством промежуточных слоев многослойных стекол и показателем жесткости промежуточного слоя, для ПЭТФ при температуре от 21°С до 25°С составляет примерно 10¹⁰ Па по сравнению с 10⁷ Па для ПВБ того типа, который используется в защитных остеклениях. Эта повышенная жесткость ПЭТФ является желательным свойством для материала, который предполагается использовать в многослойных стеклах.

Многие приложения ПЭТФ предусматривают использование слоя ПЭТФ в качестве подложки для вышеупомянутых функциональных слоев, таких как средства для защиты от солнечного излучения, линейки антенных усилителей или ленточные нагреватели. В патенте США № 5979932 (Jourdain et al.), в патенте США № 5091258 (Moran) и в патенте США № 5932329 (Frost et al.) описан слой ПЭТФ между двумя слоями ПВБ, причем этот слой ПЭТФ снабжен покрытием, отражающим инфракрасный свет. В патенте США № 4017661 (Gillery) описан композиционный промежуточный слой, в котором лист ПЭТФ, покрытый оптически прозрачным электропроводным бесцветным покрытием, используется в качестве подложки для слоев металла, которые могут быть сделаны электронагревательными для оттаивания многослойного стекла. В патенте США № 5024895 (Kavanagh et al.) описан слой ПЭТФ, находящийся между двумя слоями ПВБ и включающий в себя покрытие, которое одновременно обладает свойством отражения инфракрасного света и свойством электропроводности.

Хотя большинство известных многослойных материалов обеспечивает приемлемую стойкость к разбиванию при ударе тупым предметом, стойкость к проникновению и вытаскиванию зачастую оказывается недостаточной. Например, в случае взломов автомобилей известные многослойные стекла зачастую не будут разбиваться, но будет нарушаться их целостность. После взлома известные многослойные стекла обычно значительно ослабляются и поэтому легко вытаскиваются из своих рам. Этот недостаток жесткости в известных многослойных стеклах, в частности, в ситуациях взломов автомобилей может, по существу, снижать приемлемые в остальном свойства стойкости к разбиванию, присущие многослойным стеклам. Многие известные многослойные стекла не проявляют достаточные прочностные свойства после нарушения целостности.

Кроме того, хотя простое увеличение толщины ПВБ может повысить стойкость к проникновению, это решение не справляется с проблемой недостаточной стойкости к вытаскиванию. Многослойные материалы повышенной толщины также могут иметь ограниченную оптическую прозрачность. В случае многослойных стекол, используемых для автомобильных защитных остеклений, особенно важно, чтобы они проявляли высокую степень оптической прозрачности, то есть проявляли высокий уровень пропускания в диапазоне видимого света и низкие уровни оптической матовости или рассеивания света. Известные многослойные материалы не обладают средствами для достижения значительного повышения жесткости многослойного материала без ухудшения оптической прозрачности.

Таким образом, было бы желательно разработать многослойное стекло, которое проявляет превосходные качества стойкости к проникновению, а также повышенную жесткость, что обеспечивало бы повышение стойкости этого многослойного стекла к вытаскиванию после взлома, подходящее, например, для приложений, связанных с защитным остеклением, таким как остекление архитектурных сооружений или автомобилей. Помимо этого, было бы желательно повысить жесткость многослойного материала без ущерба для его оптической прозрачности.

Краткое изложение сущности изобретения

Данное изобретение обеспечивает композиционный промежуточный слой многослойного материала для использования при изготовлении многослойных стекол, стойких к вторжению и обладающих повышенной жесткостью. Такие многослойные материалы согласно настоящему изобретению содержат промежуточный слой, имеющий два наружных слоя ПВБ и два внутренних слоя связанного оптически прозрачного ПЭТФ. Обнаружено, что использование двух составляющих слоев оптически прозрачного ПЭТФ для повышения жесткости многослойного материала приводит к повышению жесткости многослойного материала, но не приводит к существенному снижению оптической прозрачности этого многослойного материала. Такой вывод противоречит общепринятому мнению, согласно которому, если толщина одиночного слоя ПЭТФ увеличивается, то его оптическая прозрачность уменьшается. Толщина оптически прозрачного ПЭТФ с уровнями матовости менее чем примерно 1,0% ограничена значением порядка 0,175 мм (7 мил) или менее. Объединение двух составляющих слоев оптически прозрачного ПЭТФ, например двух составляющих слоев толщиной по 7 мил, увеличивает стойкость многослойного материала к взлому и вытаскиванию или вдавливанию по сравнению с одиночным слоем ПЭТФ той же совокупной толщины без существенного ущерба для оптической прозрачности многослойного материала.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен композиционный промежуточный слой многослойного материала, включающий два слоя ПЭТФ между слоями пластифицированного поливинилбутиралевого клея (ПВБ-клея), причем, по меньшей мере, один из слоев проявляет повышенную жесткость. В одном аспекте изобретения, высокую жесткость в пластифицированном ПВБ обеспечивают путем уменьшения уровня пластификатора в ПВБ. Показателем этого является увеличение температуры стеклования (Т_с) пластифицированного ПВБ, например, на величину порядка 2-3°С сверхзначений, типичных для коммерческих применений. К примеру, для применений в автомобилях, в которых лист пластифицированного ПВБ в типичном случае имеет Т_с порядка 30-33°С, ПВБ высокой жесткости согласно этому изобретению будет иметь Т_с, по меньшей мере, 35°С.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложены композиционные материалы с промежуточными слоями, включающие в себя другие функциональные слои, например звукоослабляющие эластомерные слои или слои, блокирующие излучение.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

В данном описании термин "температура стеклования (Т_с) пластифицированного ПВБ" означает, что эта температура определяется путем реометрического динамического анализа с использованием следующей методики. Лист пластифицированного ПВБ формуют с получением диска-образца диаметром 25 миллиметров (мм). Диск-образец ПВБ помещают между двумя зажимными приспособлениями в форме параллельных пластин диаметром по 25 мм в динамическом спектрометре "Реометрикс" модели II (Rheometrics Dynamic Spectrometer II). Диск-образец ПВБ испытывают на сдвиг при частоте колебаний 1 Герц по мере повышения температуры образца ПВБ от -20 до 70°С со скоростью 2°С/мин. Опыт подсказывает, что точность воспроизведения такого метода находится в пределах ±1°С. Коммерчески используемый ПВБ, как привило, имеет Т_с в диапазоне 30-33°С.

Визуальную матовость как для компонентов поливинилбутиралевой пленки (ПВБ-пленки), так и для многослойного стекла измеряли в соответствии со стандартом Д1003 Американского общества по испытанию материалов (ASTM D1003) с использованием осветительного прибора С и угла наблюдения 2°.

В контексте описания изобретения единицы измерения "мил", "мм", "дюйм" будут использоваться при описании толщины промежуточного слоя многослойного стекла. Взаимосвязь этих единиц такова: значение 0,25 мм приблизительно эквивалентно 10 мил и 0,01 дюйма.

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой многослойное стекло, в котором два связанных листа ПЭТФ расположены между двумя стандартными листами ПВБ. Обнаружено, что увеличение толщины слоя ПЭТФ значительно увеличивает жесткость многослойного стекла, повышая тем самым прочность многослойного стекла после нарушения его целостности. При этом оптическое качество пленки ПЭТФ, в частности визуальная матовость, представляет проблему при толщине, превышающей примерно 7 мил, тогда как ПЭТФ толщиной примерно 7 мил или менее проявляет приемлемую матовость на уровне 1% или менее. Например, типичные уровни матовости для изготавливаемой фирмой Е.I. du Pont de Nemours майларовой пленки толщиной 10 мил составляет 2%, а в случае превышения этой толщины уровни матовости становятся гораздо выше. Высокая матовость слоев ПЭТФ толщиной свыше примерно 7 мил не позволяет использовать эти толстые слои в сочетании с ПВБ для применений в качестве автомобильных остеклений, для которых существенна оптическая прозрачность.

Ключевое преимущество настоящего изобретения затрагивает свойства, присущие слоям ПЭТФ толщиной свыше 10 мил, имеющим неприемлемые характеристики матовости. Обнаружено, что использование двух слоев ПЭТФ с приемлемыми характеристиками матовости (с матовостью менее чем примерно 1%) в сочетании позволяет получить оптическую прозрачность, желательную и необходимую для использования материалов в многослойных стеклах. Так, например, предусматривая два слоя ПЭТФ толщиной по 7 мил и имея при этом общую толщину слоев ПЭТФ 14 мил, получают качества повышенной жесткости многослойного материала без существенного уменьшения оптической прозрачности этого многослойного материала. Предусматривая два слоя ПЭТФ с приемлемой оптической прозрачностью между двумя слоями ПВБ, обеспечивают многочисленные преимущества, включая получение многослойного материала с повышенной жесткостью (по сравнению с обычным многослойным материалом) без ущерба для оптической прозрачности многослойного материала.

В предпочтительном варианте осуществления используют два листа оптически прозрачного ПЭТФ вместо одного более толстого листа ПЭТФ. В наиболее предпочтительном варианте осуществления применяют два листа ПЭТФ толщиной примерно 7 мил каждый, связанные друг с другом и расположенные между двумя слоями ПВБ. Применение ПЭТФ таким образом значительно уменьшает проблему матовости, которая возникает в других обстоятельствах в связи с использованием одиночного слоя ПЭТФ толщиной 14 мил.

Два слоя ПЭТФ предпочтительно связаны с помощью клея. Поскольку выбираемый клей не вызывает существенное увеличение матовости многослойного стекла согласно этому изобретению, то можно использовать все клеи, перечисленные ниже, а именно слой пластифицированного ПВБ, слой полиуретановой двухкомпонентной реактивной отверждающейся смолы, слой акриловой смолы, склеивающий при сдавливании, а также другие клеи. Выбираемый клей, используемый с композиционным промежуточным слоем согласно настоящему изобретению, предпочтительно не должен иметь характеристику ослабления звука, существенно отличающуюся от характеристики ослабления звука, присущей многослойному стеклу со стандартным ПВБ. Многослойное стекло, обладающее высокой способностью к ослаблению звука, будет, скорее всего, иметь сниженную стойкость к вторжению, что не является желательным свойством для настоящего изобретения.

Одним предпочтительным клеем является акриловая смола, склеивающая при сдавливании. Этот класс клеев проявляет предпочтительную оптическую прозрачность, которая является желательной составляющей для этого изобретения. Акриловая смола предпочтительно содержит полиакрилатные сложные эфиры, имеющие различные молекулярные массы и функциональные возможности сложных эфиров. Акриловая смола может также содержать функциональные мономеры, которые используются для обеспечения средства сшивания молекул полимеров с целью повышения сопротивления ползучести и предела прочности при сдвиге. Наиболее предпочтительным клеем является клей марки GMS 263 на основе многополимерного раствора "Гельва" (Gelva), поставляемый фирмой Solutia, Inc.

Поливинилбутиралевую смолу (ПВБ-смолу) получают посредством известных процессов ацетализации в воде или растворителе, предусматривающих реакцию поливинилового спирта (ПВС) с бутиральальдегидом в присутствии кислотного катализатора и последующую нейтрализацию этого катализатора, выделение, стабилизацию и сушку смолы. Такая смола коммерчески доступна под названием Butwar® от фирмы Solutia, Inc. ПВБ-смола в типичном случае имеет среднемассовую молекулярную массу более 70000, предпочтительно примерно от 100000 до 250000, по результатам замеров методом размерной вытеснительной (эксклюзионной) хроматографии с использованием рассеивания лазерного света при малых углах. ПВБ в типичном случае содержит: менее 22 мас.%, предпочтительно примерно от 17 до 19 мас.% гидроксильных групп в пересчете на ПВС; до 10 мас.%, предпочтительно от 0 до 3 мас.% остаточных групп сложных эфиров в пересчете на сложный поливиниловый эфир, например, ацетатный, а остальное составляет ацеталь, предпочтительно бутиральдегидацеталь, но, необязательно, возможно включение незначительного количества групп ацеталей, не являющихся бутиралями, например 2-этилгексана, как указано в патенте США № 5137954.

ПВБ-смолу листа обычно термопластифицируют с обеспечением примерно от 20 до 80, а в общем случае от 25 до 45 частей пластификатора на сто частей смолы. Обычно используемыми пластификаторами являются сложные эфиры многоосновной кислоты или многоатомного спирта. Подходящими пластификаторами являются триэтиленгликольди-(2-этилбутират), триэтиленгликольди-(2-этилгексаноат), тетраэтиленгликольдигептаноат, дигексиладипат, диоктиладипат, смеси гептил- и нониладипатов, дибутилсебацат, полимерные пластификаторы, такие как алкидные смолы на основе себацинового ангидрида, модифицированные маслом, а также смеси фосфатов и адипатов, такие как описанные в патенте США № 3841890, а также адипаты и алкилбензилфталаты, такие, как описанные в патенте США № 4144217. Также подходят смешанные адипаты, полученные из С₄-С₉ алкиловых спиртов и цикло-С₄-С₁₀ спиртов, описанные в патенте США № 5013779. Предпочтительными пластификаторами являются сложные С₆-C₈ эфиры адипиновой кислоты, такие как гексиладипат. Более предпочтительным пластификатором является триэтиленгликольди-(2-этилгексаноат).

В альтернативном конкретном варианте осуществления, количество используемого пластификатора является удобным средством изменения и регулирования жесткости ПВБ. Полезным свойством-заменителем жесткости является Т_с, которая непосредственно связана с уровнем пластификатора. Тем не менее, лист пластифицированного ПВБ, используемый в многослойных материалах согласно предпочтительному варианту осуществления, имеет нормальные значения Т_с примерно 33°С или менее. В некоторых вариантах осуществления этого изобретения значение Т_с будет составлять, по меньшей мере, 35°С или выше за счет изменения содержания пластификатора в ПВБ.

Как указано в патенте США № 5618863, также зачастую бывает полезно или желательно включать в ПВБ материал-поглотитель ультрафиолетового света (УФС). Помимо пластификатора, необязательного материала-поглотителя УФС и материала-регулятора адгезии, лист ПВБ может содержать другие добавки для улучшения рабочих характеристик, такие как пигменты или красители для окрашивания всего листа или его части, антиоксиданты и т.п. Лист ПВБ получают путем смешивания совокупного пластификатора и других добавок (например, материала-поглотителя УФС, материала-регулятора адгезии и т.п.) с ПВБ-смолой и пропускания смеси под давлением между зажимными губками сварочной машины для формирования листа. Толщина листа ПВБ может находиться в диапазоне от примерно 0,1 до 2 мм (примерно 4-80 мил), а в типичном случае эта толщина может находиться в диапазоне от примерно 0,375 до примерно 1,5 мм (примерно 15-60 мил) для обеспечения желательных рабочих характеристик многослойного стекла.

Листы ПЭТФ для использования в композиционном промежуточном слое согласно этому изобретению предпочтительно являются двуосно-растянутыми для повышения прочности и термостабилизированы для обеспечения характеристик малой усадки в случае, когда они подвергаются воздействию повышенных температур (т.е. величина усадки составляет менее 2% в обоих направлениях через 30 минут воздействия температуры 150°С). Модуль упругости при растяжении (при 21-25°С) полиэтилентерефталата составляет примерно 10¹⁰ Па по сравнению с величиной примерно 10⁷Па для пластифицированного поливинилбутираля того типа, который используется в защитных остеклениях. Для облегчения связывания ПВБ с ПЭТФ можно наносить на ПЭТФ любое известное покрытие или предпринимать любую известную обработку поверхности ПЭТФ. В предпочтительном варианте используют плазменную обработку двуосно-растянутого сложного полиэфира для улучшения адгезии, как указано в Европейском патенте № 157030 В1 и в патенте США № 4732814, включенных в данное описание в качестве ссылок. Еще один способ обработки поверхности полиэтилентерефталатной пленки (ПЭТФ-пленки) включает в себя осаждение тонкого слоя углерода путем вакуумного напыления, как предложил в патенте США № 4865711 (Kittler), включен в данное описание в качестве ссылки).

Композиционные промежуточные слои, соответствующие этому изобретению, получают по известным методикам. Информацию о способах ламинирования пластифицированного ПВБ на лист ПЭТФ, подвергнутый обработке поверхности, можно найти, например, в патентах США №№ 4973511, 5024895 и 5091258 (включенных в данное описание в качестве ссылок). Поскольку конечные условия связывания будут иметь место при связывании промежуточного слоя со стеклом, степень связывания ПВБ с ПЭТФ в композиционном промежуточном слое не играет существенной роли. Если слой пластифицированного ПВБ в композиционных промежуточных слоях согласно этому изобретению имеет Т_с больше обычной, то для специалиста в данной области техники будет понятна необходимость повышения температуры обработки листа ПВБ на величину, соответствующую приросту Т_с. Подходящие температуры для связывания ПВБ с ПЭТФ в типичном случае будут находиться в диапазоне 50-120°С. Композиционные материалы, содержащие ПЭТФ и ПВБ, можно прессовать, например, под воздействием прижимного ролика для повышения адгезии.

Многослойные стекла, в которых используются листы согласно изобретению, получают по известным методикам, например, таким, которые описаны в патентах США №№ 5024895, 5091258, 5145744, 5189551, 5264058 и 5529654 (все эти патенты включены в данное описание в качестве ссылок). При осуществлении одного известного способа располагают композиционный промежуточный слой между двумя листами стекла и нагревают в вакууме до температуры, находящейся в диапазоне от примерно 85 до 120°С, в течение 10-30 минут, в зависимости от температуры, для удаления воздуха из промежутков между слоями многослойного материала, а также для запаивания краев многослойного материала перед ламинированием в автоклаве. После завершения деаэрации и запаивания краев многослойный материал предпочтительно нагревают в автоклаве при повышенных температуре (примерно 90-165°С) и давлении (примерно 1000-2000 кПа) в течение времени, достаточного для прочного связывания слоев многослойного материала. Можно также использовать способы обработки без автоклавов, описанные в патенте США № 5536347, например, в случае пластифицированного ПВБ, которому присущи лишь умеренные повышения Т_с.

Типичное многослойное стекло согласно настоящему изобретению включает листы стекла, которым обычно является флоат-стекло, закаленное стекло или стекло, подвергнутое закалке с последующим отпуском, толщина которого, как правило, находится в диапазоне 1-10 миллиметров (мм), предпочтительно в диапазоне 1-5 мм. Между листами стекла находится связанный с ними композиционный промежуточный слой, содержащий два листа ПЭТФ между слоями пластифицированного поливинилбутиралевого клея (ПВБ-клея). Каждый лист ПВБ предпочтительно имеет толщину примерно 0,76 мм, а каждый лист ПЭТФ является двуосно-ориентированным и может иметь толщину в диапазоне примерно 0,025-0,25 мм (1-10 мил), предпочтительно толщину примерно 0,175 мм (7 мил), при этом общая предпочтительная толщина ПЭТФ составляет 0,350 мм (14 мил). Оптическая прозрачность каждого слоя ПЭТФ должна быть на уровне приемлемых характеристик оптической прозрачности, а в предпочтительном варианте должна соответствовать матовости менее 1%. Слои ПЭТФ связаны друг с другом предпочтительно посредством акриловой смолы, склеивающей при сдавливании.

Для достижения желательной адгезии к ПВБ поверхность ПЭТФ предпочтительно модифицирована, например, путем огрубления этой поверхности или путем химической модификации материала на поверхности. Такую модификацию можно осуществить посредством огневой обработки, химического окисления, коронного разряда, напыления углерода, плазменной обработки в вакууме или в воздухе, или других обработок, хорошо известных специалистам в данной области техники.

В наиболее предпочтительном варианте ПВБ пластифицируют триэтиленгликольди-(2-этилгексаноатом). Пластификатор можно вводить в чередующемся порядке и в количестве, обеспечивающем Т_с, по меньшей мере, 35°С. В многослойных материалах согласно этому изобретению слои ПВБ могут быть одинаковыми, например, оба могут быть слоями ПВБ, имеющими Т_с, по меньшей мере, 35°С, или могут иметь обычное значение Т_с, причем конкретный вариант осуществления, охватывающий одинаковые слои обычного ПВБ, является предпочтительным. В альтернативном варианте, эти два слоя могут быть разными, например один может быть слоем пластифицированного ПВБ, имеющим обычную Т_с величиной примерно 30-35°С, а другой - более жестким слоем ПВБ, имеющим Т_с, по меньшей мере, 35°С.

Еще один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой многослойное стекло, содержащее дополнительный функциональный слой. Этим слоем может быть, например, звукоослабляющий эластомерный слой, описанный в патенте США № 5796055 (включенный в данное описание в качестве ссылки), или слой, блокирующий излучение, например, содержащий композиционный материал из одного или нескольких слоев металла или оксида металла, осажденного на любой слой ПЭТФ, как описано в любом из патентов США №№ 5024895, 5091258 или 5932329 (причем все эти патенты включены в данное описание в качестве ссылок). Если используют звукоослабляющий слой, то его следует вводить в многослойное стекло согласно настоящему изобретению взамен одного из двух слоев ПВБ.

В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения используют несколько слоев оптически прозрачного ПЭТФ, на которые наложено лишь одно ограничение, связанное с характеристиками матовости готового многослойного стекла. Например, можно было бы использовать два листа оптически прозрачного ПЭТФ толщиной по 5 мил и один лист оптически прозрачного ПЭТФ толщиной 2 мил, чтобы повысить жесткость многослойного стекла, не снижая его оптическую прозрачность. Рамки объема притязаний этого изобретения также охватывают использование нескольких более тонких листов оптически прозрачного ПЭТФ вместо эквивалентного более толстого листа ПЭТФ, при этом общее количество используемых листов ограничено лишь наличием приемлемой оптической прозрачности.

Далее будут приведены примеры, носящие иллюстративный характер, а не ограничивающие изобретение, в которых отражены результаты использования нижеуказанных материалов.

Пример 1

Измерения матовости

Изготавливали ряд многослойных стекол для оценки влияния включения различных ПЭТФ-пленок на оптическую матовость. Структуры этих многослойных стекол получали с использованием обычных методик ламинирования ПВБ в сочетании с двумя составными слоями прозрачного отожженного флоат-стекла толщиной 2,3 мм и при различных комбинациях ПЭТФ и ПВБ, как приведено в нижеследующей табл. 1. Компонент ПЭТФ толщиной 14 мил (0,35 мм) представлял собой композиционный материал из двух слоев пленок толщиной по 7 мил (0,18 мм), связанных друг с другом посредством акрилового клея, склеивающего при сдавливании, марки "Gelva 263". Измерения матовости проводили в соответствии со стандартом ASTM D1003 с использованием осветительного прибора С (с углом наблюдения 2°), а результаты этих измерений приведены в табл. 1.

Таблица 1
Измерения матовости многослойных стекол, имеющих разную толщину ПЭТФ Описание многослойного материалаМатовость (%)№1ПВБ 0,76 мм (стандартный многослойный материал)0,50№2ПВБ 0,76 мм/ПЭТФ 0,18 мм/ПВБ 0,76 мм1,0№3ПВБ 0,76 мм/ПЭТФ 0,35 мм/ПВБ 0,76 мм1,3

Хотя в случае многослойного материала №3 наблюдался повышенный уровень матовости по сравнению со стандартным многослойным материалом, этот наблюдавшийся уровень матовости многослойного материала № 3 все же оказался значительно ниже, чем тот, который можно было бы наблюдать в случае многослойного материала, содержащего одиночный слой ПЭТФ сравнимой толщины.

Пример 2

Стандартный многослойный материал

Получали стандартное многослойное стекло для использования в качестве контрольного образца во время экспериментов. Этот контрольный образец представлял собой трехслойную структуру, состоящую из двух слоев закаленного флоат-стекла с гомогенным промежуточным слоем обычного ПВБ, имеющего Т_с примерно 33°С. Каждый слой стекла имел толщину, которая, судя по результатам обычных измерений, составляла 2,1 мм, при этом толщина слоя ПВБ составляла 0,76 мм. Этот стандартный многослойный материал подвергали ударным испытаниям маятниковым копром в форме тупого предмета, показавшим, что для проникновения сквозь стандартный многослойный материал требовалось 20-30 сек в отличие от периода менее 2 сек для стекла, закаленного с последующим отпуском.

Формальные ударные испытания маятниковым копром в форме тупого предмета проводили в соответствии со стандартом AU 209 Британского института стандартов (BS), то есть проводили ударное испытание маятниковым копром с использованием маятникового копра в форме тупого предмета массой 9,5 кг для нанесения удара с энергией 65 джоулей (Дж) по испытываемому многослойному стеклу. Кроме того, в процессе этих испытаний осуществляли ударное воздействие и вытаскивание или вталкивание, при этом сначала проводили ударные испытания маятниковым копром, а потом испытания на вытаскивание или выдавливание.

Объектом этих испытаний была передняя боковая дверь, у которой контактная кромка стекла составляла, по меньшей мере, 14 мм. При ударном воздействии, энергия которого находилась на уровне 65 Дж, стандартный многослойный материал проявил значительную деформацию (˜3 см), и это позволило предположить, что стандартный многослойный материал, проходя это испытание, находился на пределе своих возможностей.

С учетом осведомленности о возрастающей потребности в многослойных стеклах с большей ударной вязкостью и большей прочностью проводили испытание в той модификации действий, которая оговорена в стандарте AU 209 BS, часть 4, при этом маятниковый копер массой 9,5 кг заменяли маятниковым копром массой 19,5 кг, что обеспечивало приложение энергии ударного воздействия, составлявшей 134 Дж, к многослойному стеклу. Это приводило к пробою, т.е. проникновению с помощью маятникового копра, или к появлению промежутка между металлической рамой и остеклением во всех испытываемых образцах стандартного многослойного материала. Таким образом, желательно разработать многослойное стекло повышенной жесткости, позволяющее получить изделие, которое может выдержать приложение увеличенных сил, являющихся обычными при воздействиях со стороны преступников.

Пример 3

Усовершенствованные многослойные материалы,

использованные в испытаниях

На основании результатов ударных испытаний маятниковым копром по модифицированной методике, описанной в Примере 2, получали модификации многослойных материалов для повышения как стойкости к проникновению, так и жесткости. В свете вышеизложенного для дальнейших испытаний использовали следующие многослойные материалы.

Таблица 2
Испытываемые многослойные материалы для опытов по проверке на стойкость к проникновениюМногослойный материалПВБ (мм)ПВБ А (мм)ПЭТФ (мм)ПВБ А (мм)ПВБ (мм)А0,76-0,18-0,76Б-0,760,180,76-В0,76-0,35-0,76Г (стандартный)1,52----

ПВБ, использовавшийся в многослойных материалах А, В и Г, представлял собой промышленный стандартный автомобильный ПВБ под названием Saflex®, поставляемый фирмой "Solutia, Инк." и содержащий нормальные уровни пластификатора. ПВБ, использовавшийся в многослойном материале Б (т.е. ПВБ А), представлял собой экспериментальный материал с повышенной жесткостью, в котором уровень пластификатора был отрегулирован так, чтобы получался слой ПВБ с Т_с более 35°С. Слои ПВБ, использовавшиеся в многослойных материалах А и Б, содержали одиночный лист оптически прозрачной ПЭТФ-пленки толщиной 7 мил (0,18 мм). Слой ПВБ, использовавшийся в многослойном материале В, содержал два листа оптически прозрачной ПЭТФ-пленки толщиной 7 мил (0,18 мм), связанные акриловым клеем. Испытание этих экспериментальных многослойных материалов проводили в соответствии с параметрами, оговоренными в стандарте AU 209 BS, часть 4а. Для изготовления многослойных материалов использовали плоское отожженное стекло толщиной 2,3 мм. Дверь, куда вставляли стекло, имела проем размерами 45x60 см, а многослойный материал полностью закрепляли в испытательной раме, у которой контактная кромка стекла составляла, по меньшей мере, 10 мм. Нижеследующие протоколы испытаний, приведенные в табл. 3, использовали для установления основных слабых мест многослойных материалов при воздействиях, подобных тем, которые оказывают в действительности с помощью различных инструментов при взломе, и применяли уровни энергии, имевшей тот порядок величины, который известен как характерный для криминальных воздействий.

Таблица 3
Типы испытаний и зарегистрированные данныеИспытаниеЭлемент испытанийОписание1Ударные испытания маятниковым копромИспользовали стандартную (65 Дж) и модифицированную (134 Дж) методики испытаний по AU 209 BS, 4a. Регистрировали деформацию; регистрировали количество ударных воздействий до проникновения2Ударные испытания головкой топораИспользовали методику испытаний по AU 209 BS, 4a, и головку топора в качестве ударного инструмента. Регистрировали деформацию; регистрировали количество ударных воздействий до проникновения.3Стойкость к вытаскиванию или вталкиваниюПроводили после удара маятниковым копром; регистрировали зависимость между нагрузкой и деформацией4 Ударное воздействие тупым предметом с последующим вытаскиванием или вталкиваниемМногократное ударное воздействие на одно и то же место тупым предметом. Регистрировали зависимость между нагрузкой и деформацией после проникновения5Ударное воздействие головкой топора с последующим вытаскиванием или вталкиваниемМногократное ударное воздействие на одно и то же место головкой топора. Осуществляли деформацию под нагрузкой после проникновения с помощью головки топора через многослойный материал; регистрировали зависимость между нагрузкой и деформацией

Пример 4

Ударные испытания маятниковым копром

(испытания № 1)

Использовали массу маятникового копра, составлявшую либо 9,5 кг, что обеспечивало подвод энергии 65 Дж при ударном воздействии, либо 19,5 кг, что обеспечивало подвод энергии 134 Дж при ударном воздействии. Все ударные воздействия осуществляли в центре многослойных материалов, а не по направлению к центру верхней поверхности, как предписывает стандарт AU 209 BS, 4a, и наносили их в соответствии с ромбической сеткой, как при стандартном способе.

Результаты ударных испытаний маятниковым копром сведены в табл. 4. Поскольку многослойный материал был полностью прикреплен к испытательной раме, стандартный многослойный материал проходил ударные испытания маятниковым копром при большей энергии ударного воздействия (134 Дж). Однако серьезная деформация многослойного материала показывает, что в реальных практических ситуациях произошло бы разрушение окна либо за счет смятия (складывания), либо за счет вытаскивания. Каждый из многослойных материалов А-В проявил значительные приросты стойкости к ударному воздействию тупым предметом при значительно меньшей серьезности деформаций этих многослойных материалов. Как показано в табл. 4, многослойные материалы Б и В, представляющие собой предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, проявили наибольшую стойкость к ударному воздействию тупым предметом.

Таблица 4
Результаты ударных испытаний маятниковым копромТип многослойного материалаЭнергия ударного воздействия (Дж)Годен/негоден по стандарту AU 209 BSЦелостность многослойного материалаСтандартный65ГоденДеформация 3 смСтандартный 134ГоденДеформация 4 смА65ГоденДеформация
< 1,0 смА134ГоденДеформация
< 1,5 смБ65ГоденДеформация
< 0,5 смБ134ГоденДеформация
< 1,0 смВ65ГоденДеформация
< 0,5 смВ134ГоденДеформация
<1,0 см

Пример 5

Ударные испытания головкой топора (испытания № 2)

Ударные испытания головкой топора проводили на устройстве, соответствующем стандарту AU 209 BS, и на уровне энергии ударного воздействия 65 Дж. Многослойный материал подвергали непрерывно повторяемым ударным воздействиям головкой топора в одном и том же месте удара до тех пор, пока не происходило проникновение. После проникновения головки топора на многослойном материале возникла щель длиной 9 см.

Результаты испытаний сведены в табл. 5. Хотя стандартный многослойный материал и проявляет довольно приемлемую стойкость к ударному воздействию головки топора, композиционные многослойные материалы, содержащие ПВБ, в частности, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, соответствующем многослойному материалу В, проявили исключительно высокую стойкость к воздействию режущего инструмента. Данные о жесткости из табл. 5 рассматриваются ниже в примере 8.

Таблица 5
Результаты ударных испытаний головкой топораТип многослойного материалаКоличество ударных воздействий до поврежденияКажущаяся жесткость многослойного материалаМаксимальная жесткость многослойного материалаСтандартный370120А4315545Б7680900В16450760

Пример 6

Испытания на стойкость к вытаскиванию или вталкиванию

(испытания № 3)

Перед испытанием на стойкость к вытаскиванию или вталкиванию каждый многослойный материал подвергали модифицированному испытанию по стандарту AU 209 BS, часть 4а, на уровне энергии 65 Дж (с использованием маятникового копра массой 9,5 кг). Стойкость к вытаскиванию или вталкиванию определяли с помощью тарана, имевшего полусферическую металлическую головку диаметром 18 см. Скорость вытаскивания или вталкивания составляла 10 см/мин в направлении, перпендикулярном той стороне многослойного материала, к которой прикладывали ударные воздействия. Регистрировали зависимость между силой (нагрузкой), прикладываемой к многослойному материалу, и смещением (расстоянием, на которое вталкивался внутрь многослойный материал). Кажущийся модуль упругости многослойного материала получали путем деления максимальной нагрузки на максимальное смещение. Максимальный модуль упругости многослойного материала был равен наибольшей средней величине наклонов касательных к кривой, отображающей зависимость между силой вытаскивания и смещением в диапазоне смещений до 2 см. Результаты сведены в табл. 6.

Как показано, многослойные материалы Б и В проявили свойства значительно большего модуля упругости, чем стандартный многослойный материал и многослойный материал А. Эта повышенная стойкость к вытаскиванию или вталкиванию, достигнутая при испытаниях, отражает повышенную прочность многослойных материалов после повреждения тупым предметом. Этот повышенный модуль упругости многослойных материалов после повреждения стекла является весьма желательным свойством в автомобильных многослойных материалах как средство предотвращения взломов.

Таблица 6
Результаты испытания на стойкость к вытаскиванию или вталкиваниюТип промежуточного слояКажущийся модуль упругости многослойного материала
(Н/см смещения)Максимальный модуль упругости многослойного материала
(Н/см смещения)Стандартный150230А440690Б8001100В6951000

Пример 7

Последовательные испытания на ударное воздействие тупым предметом и вытаскивание или вталкивание

(испытания № 4)

При осуществлении попыток взлома на практике вор должен пробить сквозную дыру диаметром 3-4 см в многослойном материале, вставить через эту дыру крюк и вытащить стекло. Сначала проводили последовательное испытание на ударное воздействие тупым предметом и вытаскивание или вталкивание, чтобы определить, насколько хорошо многослойные материалы противостоят таким попыткам взлома. Все многослойные материалы подвергали непрерывно повторяемым ударным воздействием с энергией ударного воздействия, составлявшей 134 Дж (при этом использовали маятниковый копер массой 19,5 кг), в одном и том же месте до тех пор, пока не происходило проникновение за счет ударного воздействия тупым предметом. После этого проводили испытания на стойкость к вытаскиванию или вталкиванию. Результаты сведены в табл. 7.

Таблица 7
Результаты последовательных испытаний на ударное воздействие тупым предметом и вытаскивание или вталкиваниеТип промежуточного слояКоличество ударных воздействий до поврежденияКажущаяся жесткость многослойного материалаМаксимальная жесткость многослойного материалаСтандартный370110А7295510Б12600875В9395770

Стандартный многослойный материал теряет половину своей жесткости после проникновения и поэтому беззащитен перед последовательными испытаниями такого рода. Многослойные материалы Б и В оказались более стойкими к ударному воздействию тупым предметом на более высоком уровне энергии ударного воздействия, и они имели наибольшую измеренную жесткость после проникновения. Чтобы выдавить такие многослойные материалы из оконной рамы, придется приложить огромную силу, даже если в каждом таком многослойном материале уже проделана дыра диаметром 3-4 см.

Пример 8

Последовательные испытания на ударное воздействие головкой топора и вытаскивание или вталкивание (испытания № 5)

Последовательное испытание на ударное воздействие головкой топора и вытаскивание или вталкивание проводили по методике, аналогичной примеру 7, за исключением того, что прикладывали энергию ударного воздействия 65 Дж (с помощью маятникового копра массой 9,5 кг). Полученные результаты оказались такими же, как в примере 7, и сведены в табл. 5. Многослойные материалы Б и В проявили наибольшую стойкость к ударному воздействию головкой топора и имели наибольшую измеренную жесткость после проникновения. Чтобы выдавить такие многослойные материалы из оконной рамы, придется приложить огромную силу, даже если в каждом таком многослойном материале уже проделана щель длиной 9 см.

Вышеизложенное описание приведено лишь в иллюстративных целях и не носит ограничительный характер. Для специалистов в данной области техники будет очевидно, что возможны модификации и изменения. Следовательно, все вышеизложенное следует считать лишь возможным вариантом осуществления, а объем притязаний изобретения определяется нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к технологии производства стекла для защитного остекленения, в частности, для получения композиционных промежуточных слоев многослойных материалов для связывания многослойного стекла. Промежуточный слой содержит два или более листов связанного оптически прозрачного полиэтилентерефталата (ПЭТФ) между клейкими слоями, пластифицированного поливинилбутираля. Толщина каждого слоя ПЭТФ составляет примерно от 0,025 до примерно 0,175 мм. Изобретение обеспечивает придание повышенной жесткости многослойному материалу без ущерба для оптической прозрачности этого многослойного материала. 4 н. и 30 з.п. ф-лы, 7 табл.

1. Композиционный промежуточный слой многослойного материала для многослойного стекла, содержащий два или более листов связанного оптически прозрачного полиэтилентерефталата между двумя слоями пластифицированного поливинилбутираля, в котором толщина каждого слоя полиэтилентерефталата находится в диапазоне между примерно 0,025 мм и примерно 0,175 мм.2. Промежуточный слой по п.1, в котором толщина каждого слоя пластифицированного поливинилбутираля находится в диапазоне между примерно 0,125 мм и примерно 2 мм.3. Промежуточный слой по п.2, в котором каждый слой полиэтилентерефталата имеет разную толщину.4. Промежуточный слой по п.2, в котором каждый слой полиэтилентерефталата имеет примерно одинаковую толщину.5. Промежуточный слой по п.2, в котором толщина каждого слоя полиэтилентерефталата составляет примерно 0,175 мм.6. Промежуточный слой по п.2, в котором каждый слой пластифицированного поливинилбутираля имеет толщину в диапазоне между примерно 0,375 мм и примерно 1,5 мм.7. Промежуточный слой по п.6, в котором толщина каждого слоя пластифицированного поливинилбутираля составляет примерно 0,76 мм.8. Промежуточный слой по п.1, в котором каждый слой полиэтилентерефталата имеет матовость менее, чем примерно 1%.9. Промежуточный слой по п.2, содержащий также дополнительный функциональный слой.10. Промежуточный слой по п.9, в котором упомянутый функциональный слой представляет собой звукоослабляющий эластомерный слой или слой, блокирующий излучение.11. Промежуточный слой по п.1, в котором два или более листов оптически прозрачного полиэтилентерефталата связаны акриловой смолой, склеивающей при сдавливании.12. Промежуточный слой по п.1, в котором два или более листов связанного оптически прозрачного полиэтилентерефталата связаны слоем пластифицированного поливинилбутираля.13. Промежуточный слой по п.1, в котором, по меньшей мере, один слой пластифицированного поливинилбутираля имеет температуру стеклования, по меньшей мере, 35°С.14. Композиционный промежуточный слой многослойного материала для многослойного стекла, состоящий, по существу, из двух листов связанного оптически прозрачного полиэтилентерефталата между слоями пластифицированного поливинилбутираля, в котором толщина каждого слоя полиэтилентерефталата находится в диапазоне между примерно 0,025 мм и примерно 0,175 мм.15. Промежуточный слой по п.14, в котором толщина каждого слоя пластифицированного поливинилбутираля находится в диапазоне между примерно 0,125 мм и примерно 2 мм.16. Промежуточный слой по п.14, в котором два листа оптически прозрачного полиэтилентерефталата связаны акриловой смолой, склеивающей при сдавливании.17. Промежуточный слой по п.14, в котором два листа оптически прозрачного полиэтилентерефталата связаны слоем пластифицированного поливинилбутираля.18. Промежуточный слой по п.14, в котором, по меньшей мере, один слой пластифицированного поливинилбутираля имеет температуру стеклования, по меньшей мере, 35°С.19. Многослойное стекло, содержащее в нижеуказанном порядке

а) первый лист стекла,

б) первый слой пластифицированного поливинилбутираля,

в) первый слой оптически прозрачного полиэтилентерефталата,

г) второй слой оптически прозрачного полиэтилентерефталата,

д) второй слой пластифицированного поливинилбутираля и

е) второй лист стекла,

в котором толщина каждого слоя полиэтилентерефталата находится в диапазоне между примерно 0,025 мм и примерно 0,175 мм.

а) первый лист стекла,

б) первый слой пластифицированного поливинилбутираля,

в) первый слой оптически прозрачного полиэтилентерефталата, связанный со вторым слоем оптически прозрачного полиэтилентерефталата,

г) второй слой пластифицированного поливинилбутираля и

е) второй лист стекла,

при этом, по меньшей мере, один слой пластифицированного поливинилбутираля имеет температуру стеклования, по меньшей мере, 35°С и толщина каждого слоя полиэтилентерефталата находится в диапазоне между примерно 0,025 мм и примерно 0,175 мм.