ЛАМИНИРОВАННОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ С ПОВЫШЕННОЙ СТОЙКОСТЬЮ К УДАРАМ ОТНОСИТЕЛЬНО ДИСКРЕТНЫХ ТИПОВ Российский патент 2024 года по МПК B32B17/10 B32B7/22 B32B7/12 B32B3/02 

[0001] Настоящее изобретение относится к остеклению воздушного, наземного или плавающего транспортного средства или остеклению для зданий, предпочтительно, остеклению авиационного назначения, обладающему улучшенными характеристиками в отношении некоторых типов удара, в том числе, града или небольших птиц. Более конкретно, рассматриваются летательные аппараты с обогреваемым остеклением, такие как служебные реактивные самолеты, самолеты местных авиалиний, например, продаваемые компанией ATR, самолеты коммерческой авиации, самолеты авиалиний средней протяженности, самолеты авиалиний дальних перевозок и т.д.

[0002] В частности, лобовые стекла самолетов состоят из, так называемого, структурного блока, выполняющего, главным образом, механическую функцию (сопротивление давлению и ударной нагрузке при столкновении с самыми крупными птицами), соединенного, например, путем ламинирования с листом (или слоем), например, стекла, образующего поверхность контакта со средой снаружи самолета. Этот лист, благодаря нагреванию, выполняет функцию предотвращения появление инея во время полета; он также устойчив к действию стеклоочистителей и пескоструйной обработке.

[0003] Из-за этих ограничений стекло является предпочтительным материалом наружного слоя благодаря его стойкости к царапинам, термическим свойствам и возможности нанесения теплопроводных слоев, подводящих высокую удельную мощность.

[0004] Кроме этого, из соображений аэродинамической неразрывности ламинирование наружного стекла выполняют с использованием относительного толстого промежуточного адгезионного слоя. «Промежуточный адгезионный слой» в данном случае означает слой полимерного материала, соединяющий друг с другом два листа минерального и/или органического стекла. В качестве примеров органического стекла можно назвать поли(метилметакрилат) (РММА), поликарбонат (РС), полиуретан (PU), а в качестве примеров материала промежуточного адгезионного слоя - поливинилбутираль (PVB), термопластичный полиуретан (TPU), сополимер этилен/винилацетат (EVA).

[0005] Благодаря относительно большой толщине промежуточного адгезионного слоя, наружное стекло от воздействия ударов града (до 50 мм в диаметре) или небольших птиц изгибается, возможно, до такой степени, что разрушается. Это накладывает ограничение на толщину наружного стекла, которая обычно составляет 3 мм и не может быть уменьшена. Однако, уменьшение этой толщины позволило бы уменьшить массу остекления.

[0006] Если толщину наружного стекла уменьшают, его стойкость к ударам града естественным образом снижается, а промежуточный слой делают более толстым для сохранения аэродинамической неразрывности.

[0007] Распространенной причиной замены остекления остается разрушение от ударов града или столкновения с небольшими птицами.

[0008] Для преодоления указанных недостатков изобретение направлено на ламинированное остекление, включающее структурный прозрачный субстрат, соединенный с листом стекла толщиной от 0,5 до 4 мм, образующим наружную поверхность ламинированного остекления, посредством промежуточного адгезионного слоя толщиной от 4 до 10 мм, отличающееся тем, что промежуточный адгезионный слой включает последовательно/один за другим имеющий некоторую толщину от 0,25 до 2,5 мм первый гибкий полимерный материал, характеризующийся модулем релаксации, равным, самое большее, 2 ГПа для времени релаксации, по меньшей мере, равного 10 мин, при температуре, по меньшей мере, равной -40°С, контактирующий с листом стекла, и, затем, имеющий некоторую толщину второй жесткий полимерный материал, характеризующийся модулем релаксации, по меньшей мере, равным 4 ГПа для константы времени, самое большее, равной 0,1 миллисекунды и температуры, самое большее, равной 40°С (условия, характерные для такого типа удара, как град для самолетов).

[0009] Из-за наличия механического и термомеханического напряжения на стадиях производства и использования остекления, гибкость соединительного промежуточного слоя желательна с точки зрения ограничения избыточного напряжения в стекле, которое может приводить к его разрушению, или на поверхности раздела с промежуточным слоем, которое может вызывать отслоение. По этим причинам выгодно, чтобы между средним (или вторым, начиная от окружающей атмосферы) и наружным стеклами находилось сочетание «жесткого» полимерного материала, обеспечивающего надлежащие параметры стойкости к ударам града, и «гибкого» полимерного материала, ограничивающего термомеханическое и механическое напряжение в остеклении. Жесткость жесткого материала оценивают как функцию типичного ударного напряжения, тогда как для гибкого материала ее оценивают относительно механического и термомеханического напряжения, в частности, связанного со внутренним избыточным давлением в самолете.

[0010] Структурный прозрачный субстрат состоит из листа стекла или, в более общем смысле, из нескольких ламинированных листов, общая толщина которых достаточна для того, чтобы воспринимать указанную выше механическую нагрузку. Это может быть как минеральное стекло, так и органическое стекло, такое как поли(метилметакрилат) (РММА), поликарбонат (РС) или полиуретан (PU).

[0011] Благодаря изобретению, промежуточный адгезионный слой, обладающий повышенной жесткостью, ограничивает деформацию листа стекла и, следовательно, противодействует скорости удара града или небольших птиц, вызывающего разрушение. Следовательно, можно использовать более тонкий лист стекла и уменьшить массу ламинированного остекления.

[0012] Предпочтительно, от 40% до 90% толщины промежуточного адгезионного слоя состоит из указанного второго жесткого полимерного материала и от 10% до 60% его толщины состоит из указанного первого гибкого полимерного материала.

[0013] Предпочтительно, имеющий некоторую толщину указанный первый гибкий полимерный материал расположен между и в контакте с имеющим некоторую толщину указанным вторым жестким полимерным материалом и структурным прозрачным субстратом.

[0014] Предпочтительно, модуль релаксации указанного первого полимерного материала, самое большее, равен 2 ГПа, предпочтительно, 0,5 ГПа для времени релаксации, по меньшей мере, равного 10 мин при температуре, по меньшей мере, равной -40°С.

[0015] Предпочтительно, модуль упругости указанного второго полимерного материала, по меньшей мере, равен 5 ГПа для константы времени, самое большее, равной 0,1 миллисекунды и температуры, самое большее, равной 40°С.

[0016] Предпочтительно, толщина листа стекла составляет от 1,5 до 3 мм.

[0017] Предпочтительно, указанный лист стекла состоит из химически упрочненного стекла, в частности, известково-натриевого или алюмосиликатного стекла или является термически закаленным.

[0018] Предпочтительно, структурный прозрачный субстрат состоит, по меньшей мере, из одного листа стекла или из нескольких ламинированных листов, в частности, алюмосиликатного или известково-натриевого стекла, по меньшей мере, один из которых может быть химически упрочненным; термин «стекло» в данном случае означает также структурный прозрачный органический полимерный материал, такой как поли(метилметакрилат) (РММА), поликарбонат (РС), полиуретан (PU), полиэфир, такой как поли(этилентерефталат) (РЕТ) и т.п.

[0019] Предпочтительно, указанный первый полимерный материал выбран из следующих: термопластичный полиуретан (TPU), поливинилбутираль (PVB), сополимер этилен/винилацетат (EVA), взятых в отдельности или в виде смеси или сополимера нескольких из них.

[0020] Предпочтительно, указанный второй полимерный материал выбран из следующих: поли(метилметакрилат) (РММА), поликарбонат (РС), полиуретан (PU), полиэфир, такой как поли(этилентерефталат) (РЕТ), взятых в отдельности или в виде смеси или сополимера нескольких из них.

[0021] Указанный второй жесткий полимерный материал доходит до краев указанного листа стекла. Однако, предпочтительно, указанный второй жесткий полимерный материал оканчивается, не доходя до краев указанного листа стекла. При такой конфигурации периферия остекления (зона, наиболее подверженная воздействию низкой температуры) более гибкая, что повышает ее надежность Указанное инкапсулирование границы раздела между жестким и гибким полимерными материалами уменьшает риск отслаивания. Кроме этого, таким образом освобождается пространство для прокладки соединительных систем.

[0022] Предпочтительно, лист стекла, образующий наружную поверхность ламинированного остекления, и жесткий полимерный материал оканчиваются с отступом относительно структурного прозрачного субстрата и не являются частью крепления ламинированного остекления.

[0023] Другим предметом изобретения является применение ламинированного остекления, описанного выше, в качестве остекления воздушного, наземного или плавающего транспортного средства или остекления для зданий, предпочтительно, остекления авиационного назначения.

[0024] Изобретение пояснено прилагаемыми чертежами:

[0025] На фиг. 1 схематично в поперечном сечении показано ламинированное остекление, соответствующее изобретению.

[0026] На фиг. 2 приведен график, на котором представлены результаты второй серии испытаний на ударную нагрузку от града.

[0027] На фиг. 3 схематично в поперечном сечении показано ламинированное остекление, соответствующее изобретению, наружный лист стекла и жесткий полимерный материал которого оканчиваются с отступом относительно структурного прозрачного субстрата и не являются частью крепления ламинированного остекления.

[0028] На фиг. 4 схематично показано крепление остекления фиг. 3 к кабине самолета.

[0029] На фиг. 5 схематично в поперечном сечении показано ламинированное остекление, соответствующее изобретению, которое отличается от показанного на фиг. 3 только тем, что жесткий полимерный материал оканчивается с отступом относительно наружного листа стекла.

[0030] Данное ламинированное остекление включает два основных стеклянных элемента: структурный прозрачный субстрат или блок 1 и лист 2 стекла, который предусматривает контакт с наружной средой, откуда возможно воздействие относительно дискретных/легких ударов, например, града или небольших птиц.

[0031] Структурный прозрачный блок 1 выполнен так, чтобы гарантировать, что ламинированное остекление в полной мере обладает требуемой механической прочностью, например, в отношении изменений давления, которым может подвергаться самолет, или самых сильных ударов, например, при столкновении с крупными птицами. Он изготовлен из листов 1а и 1b химически упрочненного алюмосиликатного стекла толщиной 8 мм, соединенных друг с другом слоем 6 из PVB толщиной 2,28 мм, при этом, вообще, указанная толщина может составлять от 1,5 до 3 мм.

[0032] Лист 2 стекла изготовлен из химически упрочненного известково-натриевого стекла и имеет толщину от 1,5 до 3 мм. Он соединен со структурным прозрачным блоком 1 относительно толстым промежуточным адгезионным слоем 3. В случае квазидискретного удара, такого как во время града, подушка, которую образует промежуточный адгезионный слой, деформируется под листом 2 стекла, позволяя ему изгибаться под действием удара.

[0033] Промежуточный адгезионный слой 3 состоит из слоя 5 поли(метилметакрилата) (РММА) толщиной от 1 до 9 мм, расположенного между двумя слоями 4а и 4b, соответственно, термопластичного полиуретана (ТРU) толщиной от 0,25 до 2,5 мм и от 0,25 до 5 мм, соответственно. Модуль релаксации РММА 5 для константы времени, самое большее, равной 0,1 миллисекунды, и температуры, самое большее, равной 40°С, составляет от 6 до 7 ГПа, модуль релаксации ТРU для времени релаксации, по меньшей мере, равного 10 мин при температуре, по меньшей мере, равной -40°С, составляет 1 ГПа.

[0034] Для проведения испытаний на ударную нагрузку от града использовали образец для испытаний размером 500 мм х 500 мм, состоящий из монолитного структурного слоя и стекла, подверженного действию града, соединенных друг с другом промежуточным слоем (ТРU), необязательно, упрочненным РММА. Состав такого ламинированного остекления приведен в следующей ниже таблице.

[0035] Таблица 1

Наименование остекления Структурный слой Стекло, подверженное действию града Промежуточный слой (мм)/PMMA (мм)/ Промежуточный слой (мм) Наружное стекло+Промежуточный слой+PMMA (мм) Стандартное Стекло
8 мм 2,8 мм полузакаленное 7,2/0/0 10,0 Легкое Стекло
8 мм 1,6 мм CT 7,2/0/0 8,8 Упрочненное Стекло
8 мм 2,8 мм полузакаленное 1,25/4,5/1,25 9,8 Легкое упрочненное Стекло
8 мм 1,6 мм CT 1,25/6/1,25 10,1 Упрочненное PMMA PMMA
18 мм 1,6 мм CT 1,25/0/0 2,85

[0036] Эти пять вариантов ламинированного остекления подвергали обстрелу градом диаметром 25 мм с увеличивающейся скоростью (приращение 5 м/с) до разрушения. Для каждого состава ламинированного остекления использовали десять образцов. Результаты представлены на фиг. 2, где

- результаты для стандартного остекления показаны черными кругами,

- для легкого остекления - белыми кругами,

- для упрочненного остекления - черными квадратами,

- для упрочненного легкого остекления - белыми квадратами и

- для упрочненного остекления РММА - серыми треугольниками.

[0037] Из фиг. 2 явствует, что

- утончение наружного стекла без упрочнения промежуточного слоя ведет к потере прочности по отношению к ударам града,

- замена 2/3 промежуточного слоя на РММА удваивает стойкость к ударам града, и

- упрочненное легкое остекление выдерживает удары града лучше, чем стандартное остекление, при этом, будучи легче на 1,8 кг/м².

[0038] На фиг. 3 показан лист 2 стекла, предусматривающий контакт с наружной средой, и составной промежуточный адгезионный слой 4а, 5, 4b, соответствующий изобретению, которые не доходят до краев структурного прозрачного субстрата 1а, 6, 1b.

[0039] На фиг. 4 промежуточный слой 4а, 5, 4b фиг. 3 показан как единый блок с номером позиции 3. Части остекления, обеспечивающие возможность механического соединения (крепления) с кабиной самолета, хомутового или болтового, показаны как две зоны пунктирными линиями. Лист 2 стекла и промежуточный слой 3 (включая жесткий полимерный материал 5) не являются частью крепления ламинированного остекления. Общая толщина листа 2 стекла и промежуточного слоя 3 выбрана из соображений обеспечения аэродинамической неразрывности с фиксатором 7 оконного стекла, толщина которого, в свою очередь, определяется необходимостью выдерживать внутреннее избыточное давление. Материал листа 2 стекла обеспечивает сопротивление абразивному износу и способность выдерживать противообледенительные нагревательные слои на основе легированного оловом оксида индия (ITO, tin-doped indium oxide). Промежуточный слой 3 состоит из трех слоев полимерного материала, плотность которого в 2,5 раза меньше плотности стекла 2. С точки зрения уменьшения веса выгодно минимизировать толщину листа 2 стекла и, следовательно, увеличить толщину промежуточного слоя 3. Чтобы повысить стойкость к ударам града, в соответствии с изобретением используется составной промежуточный слой, описанный выше, для которого, в частности, важно, чтобы слой гибкого полимерного материала 4а не был слишком толстым.

[0040] Как показано на фиг. 5, жесткий полимерный материал 5 не доходит до краев наружного листа 2 стекла. Отступ периферийной части полимерного материала 5 продлен при помощи заполнения или заделки гибким полимерным материалом 4с, имеющим такие же параметры, что и гибкие полимерные материалы 4а, 4b.

Изобретение относится к остеклению воздушного, наземного или плавающего транспортного средства или остеклению для зданий, предпочтительно остеклению авиационного назначения, обладающему улучшенными характеристиками в отношении некоторых типов удара, в том числе града или небольших птиц. Ламинированное остекление с повышенной стойкостью к ударам относительно дискретных типов включает структурный прозрачный субстрат (1), соединенный с листом (2) стекла толщиной от 0,5 до 4 мм, образующим наружную поверхность ламинированного остекления, посредством промежуточного адгезионного слоя (3) толщиной от 4 до 10 мм, который включает последовательно имеющий некоторую толщину (4а) от 0,25 до 2,5 мм первый гибкий полимерный материал, характеризующийся модулем релаксации, равным самое большее 2 ГПа для времени релаксации по меньшей мере 10 мин при температуре по меньшей мере -40°С, контактирующий с листом (2) стекла, и затем имеющий некоторую толщину (5) второй жесткий полимерный материал, характеризующийся модулем релаксации по меньшей мере равным 4 ГПа для константы времени самое большее 0,1 мс и температуры самое большее 40°С. Изобретение обеспечивает стойкость ламинированного остекления от разрушения ударов града или столкновения с небольшими птицами при возможности использовать более тонкий лист стекла и уменьшение массы ламинированного остекления. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.,1 табл.

1. Ламинированное остекление, включающее структурный прозрачный субстрат (1), соединенный с листом (2) стекла толщиной от 0,5 до 4 мм, образующим наружную поверхность ламинированного остекления, посредством промежуточного адгезионного слоя (3) толщиной от 4 до 10 мм, отличающееся тем, что промежуточный адгезионный слой (3) включает последовательно имеющий толщину (4а) от 0,25 до 2,5 мм первый гибкий полимерный материал, характеризующийся модулем релаксации, равным самое большее 2 ГПа для времени релаксации, по меньшей мере равного 10 мин, при температуре, по меньшей мере равной -40°С, контактирующий с листом (2) стекла, и затем имеющий толщину (5) второй жесткий полимерный материал, характеризующийся модулем релаксации, по меньшей мере равным 4 ГПа для константы времени, самое большее равной 0,1 мс, и температуры, самое большее равной 40°С.

2. Остекление по п. 1, отличающееся тем, что от 40% до 90% толщины промежуточного адгезионного слоя (3) состоит из второго жесткого полимерного материала (5) и от 10% до 60% его толщины состоит из первого гибкого полимерного материала (4а, 4b).

3. Остекление по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что имеющий толщину (4b) первый гибкий полимерный материал расположен между и в контакте с имеющим толщину (5) вторым жестким полимерным материалом и структурным прозрачным субстратом (1).

4. Остекление по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что модуль релаксации первого полимерного материала (4а, 4b) равен самое большее 0,5 ГПа для времени релаксации, по меньшей мере равного 10 мин, при температуре, по меньшей мере равной -40°С.

5. Остекление по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что модуль упругости второго полимерного материала (5) равен по меньшей мере 5 ГПа для константы времени, самое большее равной 0,1 мс, и температуры, самое большее равной 40°С.

6. Остекление по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что толщина листа (2) стекла составляет от 1,5 до 3 мм.

7. Остекление по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что лист (2) стекла состоит из химически упрочненного стекла, в частности, известково-натриевого или алюмосиликатного стекла или является термически закаленным.

8. Остекление по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что структурный прозрачный субстрат (1) состоит по меньшей мере из одного листа стекла или из нескольких ламинированных листов (1а, 1b), в частности алюмосиликатного или известково-натриевого стекла, по меньшей мере один из которых является химически упрочненным.

9. Остекление по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первый полимерный материал (4а, 4b) выбран из следующих: термопластичный полиуретан (TPU), поливинилбутираль (PVB), этиленвинилацетат (EVA), взятых в отдельности или в виде смеси или сополимера нескольких из них.

10. Остекление по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что второй полимерный материал (5) выбран из следующих: поли(метилметакрилат) (РММА), поликарбонат (РС), полиуретан (PU), полиэфир, такой как поли(этилентерефталат) (РЕТ), взятых в отдельности или в виде смеси или сополимера нескольких из них.

11. Остекление по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что второй жесткий полимерный материал (5) оканчивается, не доходя до краев листа (2) стекла.

12. Остекление по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что лист (2) стекла и жесткий полимерный материал (5) оканчиваются с отступом относительно структурного прозрачного субстрата (1; 1а, 6, 1b), так что они не формируют часть крепления ламинированного остекления.

13. Применение ламинированного остекления по одному из предшествующих пунктов в качестве остекления воздушного, наземного или плавающего транспортного средства или остекления для зданий.