薄玻璃層壓結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】薄玻璃層壓結(jié)構(gòu)
[0001]本申請要求2013年8月29日提交的美國專利申請第61/871602號的優(yōu)先權(quán)，其全部 內(nèi)容通過引用納入本文。
[000^ 背景
[0003] 玻璃層壓件可被用作建筑物和車輛或運(yùn)輸應(yīng)用中的窗戶和窗用玻璃，包括在汽 車、機(jī)動車輛、機(jī)車和飛機(jī)中。玻璃層壓件還可用作欄桿和樓梯中的玻璃嵌板，W及用作墻 壁、柱子、電梯轎廂、廚房電器及其他應(yīng)用中的裝飾板或蓋板。如本文所用，窗用玻璃或?qū)訅?玻璃結(jié)構(gòu)可W是用于窗戶、面板、墻壁、罩殼、標(biāo)牌或其他結(jié)構(gòu)的透明、半透明、部分透明或 不透明的部件。建筑物和/或車輛應(yīng)用中所使用的窗用玻璃的常見類型包括明凈的層壓玻 璃結(jié)構(gòu)和著色的層壓玻璃結(jié)構(gòu)。
[0004] 常規(guī)的汽車窗用玻璃構(gòu)造包括兩層2mm的鋼巧玻璃和聚乙締醇縮下醒(PVB)中間 層。運(yùn)些層壓構(gòu)造具有某些優(yōu)勢，包括低成本、足W應(yīng)用于汽車和其他應(yīng)用的抗沖擊性。然 而，由于它們的抗沖擊性有限且重量更重，運(yùn)些層壓件表現(xiàn)出糟糕的性能特征，包括當(dāng)受到 路邊碎石撞擊、人為敲擊及其他物體沖擊時發(fā)生破裂的概率更高、W及對于各種車輛來說 燃油效率更低。
[0005] 在重視強(qiáng)度的應(yīng)用（例如上述汽車應(yīng)用）中，常規(guī)玻璃的強(qiáng)度可通過多種方法提 高，包括涂層、熱鋼化和化學(xué)強(qiáng)化(離子交換）。熱鋼化一般用于厚的整體式玻璃板，其優(yōu)點 是穿過玻璃表面而產(chǎn)生厚的壓縮層，通常達(dá)到整個玻璃厚度的20~25%。然而，該壓縮應(yīng)力 相對較低，通常小于lOOMPa。另外，對于較薄的玻璃，如厚度小于大約2mm的玻璃，熱鋼化的 效果變得越來越差。
[0006] 相比之下，離子交換（IX)技術(shù)能夠在經(jīng)過處理的玻璃中產(chǎn)生高水平的壓縮應(yīng)力， 在表面處的壓縮應(yīng)力高達(dá)大約lOOOMPa，且適用于非常薄的玻璃。然而，離子交換會受限于 相對較淺的壓縮層，通常為大約幾十微米的級別。運(yùn)種高壓縮應(yīng)力會導(dǎo)致非常高的抗純擊 性，對汽車應(yīng)用來說可能通不過特定的安全標(biāo)準(zhǔn)，例如ECE(聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會)R43人 頭模型沖擊測試，該試驗要求玻璃在某個沖擊負(fù)荷下破裂，W防造成傷害。常規(guī)研發(fā)力量集 中于車用層壓件的受控或優(yōu)先破裂上，而W其抗沖擊性為代價。
[0007] 對于某些汽車窗用玻璃或?qū)訅杭?，例如擋風(fēng)玻璃等而言，其中所使用的材料必須 通過若干安全標(biāo)準(zhǔn)，例如ECE R43人頭模型沖擊測試。如果產(chǎn)品在該測試所規(guī)定的條件下沒 有破裂，則該產(chǎn)品會由于安全原因而不被接受。運(yùn)便是擋風(fēng)玻璃通常由層壓退火玻璃而不 是鋼化玻璃制造的原因之一。
[000引（經(jīng)過熱鋼化和化學(xué)鋼化的）鋼化玻璃的優(yōu)勢在于抗破裂性更強(qiáng)，運(yùn)對于提高層壓 汽車窗用玻璃的可靠性而言是需要的。具體而言，經(jīng)過化學(xué)鋼化的薄玻璃宜于在制造結(jié)實 的重量更輕的汽車窗用玻璃中使用。然而，由運(yùn)種鋼化玻璃制成的常規(guī)層壓玻璃并不滿足 頭部沖擊安全的要求。一種用于形成符合頭部安全要求的經(jīng)過化學(xué)鋼化的薄玻璃的方法可 W是在對玻璃進(jìn)行化學(xué)鋼化之后進(jìn)行熱退火工藝。運(yùn)具有降低玻璃的壓縮應(yīng)力的效果，從 而降低了導(dǎo)致玻璃破裂所需的應(yīng)力。其它用于形成符合頭部安全要求的經(jīng)過化學(xué)鋼化的薄 玻璃的方法可W是在離子交換工藝的過程中使用激光技術(shù)、感應(yīng)和微波源或使用遮蔽對玻 璃結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部退火。運(yùn)些方法在2013年8月26日提交的共同待審的美國專利申請?zhí)?1/ 869962中有所描述，其全部內(nèi)容通過引用納入本文。
[0009]另外，在汽車層壓件中，優(yōu)選使其在沖擊下發(fā)生控制破裂，W減小乘客撕裂傷和撞 擊傷的程度。理想中，運(yùn)些層壓件還應(yīng)當(dāng)被制造成使對來自外部沖擊物體例如巖石、冰富、 從天橋墜落的物體、來自可能出現(xiàn)的小偷的沖擊的耐受能力最大化，并且還具有來自內(nèi)部 沖擊物體的受控制的破裂特點W滿足人頭模型標(biāo)準(zhǔn)。
[001日]發(fā)明概述
[0011] 本發(fā)明的實施方式總體上設(shè)及具有層壓鋼化玻璃的玻璃結(jié)構(gòu)、汽車窗用玻璃或?qū)?壓件。
[0012] -些實施方式提供了具有第一玻璃層、第二玻璃層和介于它們之間的聚合物中間 層的層壓結(jié)構(gòu)。運(yùn)些玻璃層中的一個或多個可包括具有改進(jìn)的抗沖擊特點的高強(qiáng)度薄玻璃 板。其它實施方式提供了具有至少一個經(jīng)過機(jī)械預(yù)應(yīng)力的玻璃層W實現(xiàn)所述的破裂特點。
[0013] 另一些實施方式提供了具有第一玻璃層、第二玻璃層W及至少一個介于該第一和 第二玻璃層之間的聚合物中間層的層壓結(jié)構(gòu)。第一玻璃層可包含具有第一和第二表面的強(qiáng) 化玻璃，第二表面郵鄰中間層且經(jīng)過化學(xué)拋光，第二玻璃層可包含具有第Ξ和第四表面的 強(qiáng)化玻璃，第四表面與中間層相背且經(jīng)過化學(xué)拋光，第Ξ表面郵鄰中間層且具有在其上形 成的基本透明的、可選地具有低霧度的且可選地具有低雙折射的涂層。該層壓件可選地在 第一玻璃層的第一表面(最外部玻璃表面)之上包含基本透明的第二涂層。
[0014] 本發(fā)明的一些實施方式提供了一種提供層壓結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括提供第一玻 璃層和第二玻璃層，對第一和第二玻璃層中的一種或兩種進(jìn)行強(qiáng)化并W使至少一個聚合物 中間層介于第一和第二玻璃層之間的方式對第一和第二玻璃層進(jìn)行層壓。該方法還包括對 第一玻璃層的第二表面進(jìn)行化學(xué)拋光，第二表面郵鄰中間層;對第二玻璃層的第四表面進(jìn) 行化學(xué)拋光，第四表面與中間層相背；W及在第二玻璃層的第Ξ表面上全面或局部地形成 基本透明的涂層，第Ξ表面郵鄰中間層。
[0015] 本發(fā)明的其它實施方式提供了具有彎曲的第一玻璃層、基本呈平面的第二玻璃層 W及至少一個介于第一和第二玻璃層之間的聚合物中間層的層壓結(jié)構(gòu)。第一玻璃層可包含 退火玻璃，第二玻璃層可包含具有郵鄰中間層的表面和與中間層相背的表面的強(qiáng)化玻璃， 第二玻璃層冷成形為第一玻璃層的曲率W使運(yùn)兩個表面上的表面壓縮應(yīng)力之間存在差異。
[0016] 另一些實施方式提供了一種對玻璃結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷成形的方法，該方法包括W下步 驟:提供彎曲的第一玻璃層、基本呈平面的第二玻璃層W及至少一個介于第一和第二玻璃 層之間的聚合物中間層，在低于第一和第二玻璃層的軟化溫度的溫度下，將第一玻璃層、第 二玻璃層和聚合物中間層層壓在一起。第一玻璃層可包含退火玻璃，第二玻璃層可包含具 有郵鄰中間層的第一表面和與中間層相背的第二表面的強(qiáng)化玻璃，可使第二玻璃層通過層 壓具有與第一玻璃層的曲率基本上相似的曲率W使第一和第二表面的表面壓縮應(yīng)力之間 存在差異。
[0017] 應(yīng)當(dāng)理解的是，前面的一般性描述和W下的詳細(xì)描述都描述了本發(fā)明的實施方式 且都旨在提供用于理解所要求保護(hù)的主題的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。所包含的附圖 供進(jìn)一步理解本發(fā)明，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖例示了各種 實施方式，且與描述一起用于解釋所要求保護(hù)的主題的原理和操作。
[001引附圖的簡要說明
[0019] 出于說明之目的，在附圖中示出目前優(yōu)選的形式，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所公開和 討論的實施方式不限于所示的精確排列和手段。
[0020] 圖1是說明本發(fā)明的一些實施方式的流程圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明的一些實施方式的橫截面圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明的另一些實施方式的透視圖。
[0023] 圖4是韋布爾(Weibull)圖，其總結(jié)了當(dāng)在層壓件的外部表面上發(fā)生沖擊時，Ξ種 層壓結(jié)構(gòu)的落球破碎高度數(shù)據(jù)。
[0024] 圖5A~5B分別是一種薄玻璃層壓結(jié)構(gòu)的示例性的涂覆表面的25倍和50倍顯微圖 像。
[0025] 圖5C是一種薄玻璃層壓結(jié)構(gòu)的示例性的涂覆表面的原子力顯微鏡(AFM)圖像。
[0026] 圖6是說明本發(fā)明的另一些實施方式的流程圖。
[0027] 圖7是韋布爾圖，其總結(jié)了當(dāng)在層壓件的外部表面上發(fā)生沖擊時，Ξ種示例性的層 壓結(jié)構(gòu)的落球破碎高度數(shù)據(jù)。
[0028] 圖8A~8B是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的示例性的內(nèi)玻璃層的橫截面應(yīng)力曲線。
[0029] 發(fā)明詳述
[0030] 在W下描述中，在所有附圖所示的若干視圖中，相同的附圖標(biāo)記表示類似或相應(yīng) 的部分。還應(yīng)當(dāng)理解的是，除非另外說明，否則，術(shù)語如"頂部"、"底部"、"向外"、"向內(nèi)"等是 為了方便起見的用語，不應(yīng)視為限制性用語。此外，每當(dāng)將一個組描述為包含一組要素中的 至少一個要素和它們的組合時，應(yīng)將其理解為所述組可W單個要素或相互組合的形式包含 任何數(shù)量的運(yùn)些所列要素，或者主要由它們組成，或者由它們組成。
[0031] 類似地，每當(dāng)將一個組描述為由一組要素中的至少一個要素或它們的組合組成 時，應(yīng)將其理解為所述組可W單個要素或相互組合的形式由任何數(shù)量的運(yùn)些所列要素組 成。除非另有說明，否則，所列舉的數(shù)值范圍同時包括所述范圍的上限和下限。除非另有說 明，否則，本文所用的不定冠詞"一個"和"一種"及其相應(yīng)的定冠詞"該"表示"至少一個/ 種"，或者"一個/種或更多"。
[0032] 提供W下對本發(fā)明的描述，作為其能夠?qū)嵤┑慕虒?dǎo)及其目前已知的最佳實施方 式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可W對本文所描述的實施方式作出許多改變，而仍能獲 得本發(fā)明的有益的結(jié)果。還顯而易見的是，本發(fā)明所需的有益結(jié)果中的一部分可W通過選 擇本發(fā)明的一些特性而不利用其他的特性來獲得。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認(rèn)識到，對 本發(fā)明的許多更改和修改都是可能的，在某些情況下甚至是希望的，并且是本發(fā)明的一部 分。因此，提供W下描述作為對本發(fā)明原理的說明而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0033] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對本文所述 的示例實施方式進(jìn)行許多修改。因此，本發(fā)明的描述并非意在受限于所給出的示例，也不應(yīng) 理解為受限于所給出的示例，而應(yīng)被賦予由所附權(quán)利要求及其等同體提供的全部保護(hù)范 圍。此外，可W利用本發(fā)明的一些特性而不相應(yīng)地利用其他特性。因此，前面提供對示例性 或示范性的實施方式的描述的目的在于說明本發(fā)明的原理而不是對其加 W限制，可包括其 修改形式和變體。
[0034] 圖1是說明本發(fā)明的一些實施方式的流程圖。參照圖1，一些實施方式包括應(yīng)用一 種或多種方法W生產(chǎn)相對較薄的玻璃板(大約2mm或更薄的級別），運(yùn)些玻璃板具有某些特 性，例如壓縮應(yīng)力(CS)、相對較大的壓縮層深度(WL)和/或適度的中屯、張力(CT)。該方法包 括制備能夠進(jìn)行離子交換的玻璃板(步驟100)。接著可對該玻璃板進(jìn)行離子交換處理(步驟 102)，然后，在一些實施方式中可對該玻璃板進(jìn)行退火處理（步驟104)，而在另一些實施方 式中對其進(jìn)行酸蝕刻處理(步驟105)，或同時進(jìn)行運(yùn)兩種處理。
[0035] 離子交換處理102可包括在一個或多個范圍在大約400~500°C的第一溫度下將玻 璃板置于包含KN03、優(yōu)選相對較純的KN03的烙鹽浴中并且/或者處理一段范圍在大約1~24 小時、例如但不限于大約8小時的第一時間段。應(yīng)當(dāng)指出的是，也可采用其他鹽浴組分，并且 考慮運(yùn)些替代方案是在技術(shù)人員的技能水平之內(nèi)的。因此，所披露的KN化不應(yīng)當(dāng)限制本文 所附的權(quán)利要求的范圍。運(yùn)種示例性的離子交換處理可產(chǎn)生位于玻璃板表面的初始壓縮應(yīng) 力（iCS)、進(jìn)入玻璃板的壓縮層的初始深度（iD0L)、W及位于玻璃板內(nèi)部的初始中屯、張力 (iCT)o
[0036] 通常，在示例性的離子交換處理之后，初始壓縮應(yīng)力（iCS)可能會超過預(yù)定(或所 希望的)數(shù)值，例如等于或大于大約500MPa，通常可能達(dá)到600M化或更高，在一些玻璃中，在 一些處理條件下甚至可W達(dá)到lOOOMPa。或者，在示例性的離子交換處理之后，壓縮層的初 始深度（iDOL)可能會低于預(yù)定(或所希望的）數(shù)值，例如在一些玻璃中，在一些處理條件下 等于或小于大約75WI1甚至更低?；蛘撸谑纠缘?