專利名稱：具有機械強度和隔音性能的層狀玻璃板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有隔音和機械強度性能的層狀玻璃板，其中包括兩層玻璃和一層呈單層聚合物膜形式的厚度e的夾層。
層狀玻璃板一般用來裝配車輛或建筑物，以便減小外部噪音對其內(nèi)部的干擾。此外，層狀玻璃板的一個主要優(yōu)點在于它們的機械強度。事實上，在沖擊時，在玻璃破碎之前，夾層可能有利地因粘性消耗而吸收部分能量。夾層的作用也是最重要的，因為當玻璃完全破碎時它保證結(jié)構(gòu)大部分完整，這可能由于玻璃碎片與膜的粘著作用而避免玻璃碎片散落并傷害人們。
聚乙烯醇縮丁醛(PVB)由于其機械性能而被廣泛應用；但是，它的聲學特征不太好。這就是為什么為了使其聲學性能更好有時取用特殊的樹脂。
選擇層狀玻璃樹脂的一個基本標準是玻璃板的隔音。使用測定層狀玻璃的臨界頻率的方法并且將其與玻璃條的臨界頻率比較，可以確定這項選擇。專利文獻EP-B-0100701描述過這樣一種方法；當9厘米長、3厘米寬的條是由層狀玻璃構(gòu)成，而該層狀玻璃包括兩層4毫米厚玻璃，它們用一層2毫米厚的所述樹脂粘合在一起，該條的臨界頻率與具有相同長度、相同寬度和4毫米厚度的玻璃條的差最多35％，這樣的樹脂被認為是合適的。
但是，這些高聲學性能的樹脂并不總是具有在使用它們的條件下所必需的機械性能。
為了同時將聲學性能和機械性能結(jié)合到一起，專利文獻EP-B-0763420提出了一種聚乙烯醇縮丁醛膜與一種聲學性能樹脂膜的組合。
但是，這兩種不同膜的組合導致產(chǎn)品成本過高，更重要地導致玻璃板的生產(chǎn)成本增高。事實上，夾層的幾層材料組合不能從一般在生產(chǎn)線后剩余產(chǎn)品分別回收每種材料，而當夾層為單層時，為了使生產(chǎn)過程盡可能合算，可以很容易地實施回收操作。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種整體狀玻璃板，也就是說其中夾層是單層的，通過適當選擇夾層材料，使其具有符合從建筑物和車輛玻璃板安全角度期望的隔音性能和機械強度性能。
為了該目的，本發(fā)明根據(jù)第一個實施方案給出一種材料選擇和夾層厚度標準的評價方法，其夾層必須具有保證足夠機械強度的最小厚度。
根據(jù)本發(fā)明，層狀玻璃板或用作層狀玻璃板中夾層的聚合物膜，其特征在于所述夾層具有至少等于eref×Jref/Jc的厚度，其中-Jc是夾層材料特有的臨界能量值，并且代表夾層中裂紋擴散所必需的能量；-Jref是參比臨界能量值，其相應于聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膜的臨界能量值，并且在溫度20℃和PVB膜的拉伸速度為100毫米/分鐘的條件下等于35100J/m2；-eref是參比厚度，其相應于PVB膜厚度，并且等于0.38毫米。
根據(jù)一個特征，當玻璃板符合由下述事實確定的改進聲學性質(zhì)標準時，則該玻璃板在聲學上是令人滿意的由包括兩層厚4毫米玻離，其玻璃用2毫米厚所述夾層連接的層狀玻璃構(gòu)成的9厘米長、3厘米寬的條，其臨界頻率與具有相同長度、相同寬度和4毫米厚度玻璃條的臨界頻率差至多35％。
此外，本發(fā)明用于評價厚度e1的聚合物膜抗撕裂性的方法，該膜用于構(gòu)成層狀玻璃板的夾層，該方法的特征在于-測定夾層的臨界能量Jc值，即代表夾層中裂紋擴散所必需的能量值；-計算通過關(guān)系式Jc~=Jc×e1]]>確定的與厚度相關(guān)的臨界能量 值； 與代表具有0.38毫米厚度和等于13.3J/m的PVB膜的參考值 相比較；-當Jc~>Jref~]]>時，夾層符合抗撕裂性標準。
根據(jù)第二個實施方案，該方案不依賴膜的厚度，該膜具有足夠的機械強度，單層夾層的特征在于其材料為一種復合材料，它特別地是由一種聚合物和包埋在該聚合物中的增強纖維構(gòu)成。
通過閱讀下面關(guān)于附圖的說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點就顯而易見-

圖1是具有單一夾層膜的簡單層狀玻璃板的截面圖；-圖2說明用于評價該夾層抗撕裂性的實驗裝置；-圖3表示裂紋根部，即在夾層中產(chǎn)生的裂紋的能量變化；-圖4表示對夾層施加的拉伸力隨該夾層拉伸距離的變化；-圖5表示夾層勢能隨該夾層拉伸長度的變化；
-圖6說明撕裂試驗的令人滿意的重復性。
圖1中表示的簡單層狀玻璃板1包括兩層玻璃10和11，和夾層聚合物膜12，玻璃層的厚度例如分別是6和4mm，而夾層厚度e可以變化，并且根據(jù)對其選擇的材料類型而定。
確定的夾層厚度e事實上取決于材料的抗撕裂性?？顾毫研允歉鞣N材料固有的性質(zhì)，并且用代表材料中裂紋擴散所必需能量的能量值來表征。稱之臨界能量Jc的這種能量對于各種類型的材料都是不同的，并且不依賴于膜的厚度；它以J/m2表示。
這樣用臨界能量Jc直接鑒定材料的抗撕裂性只有在評價了所述材料的聲學性能之后評價。事實上，本發(fā)明優(yōu)選地首先采取選擇符合隔音標準的合適材料，然后試驗該材料的抗撕裂性能，以得出符合機械強度標準所必需的厚度e。
為了符合聲學性能標準，夾層必須滿足專利文獻EP-B-0100701中提到的臨界頻率條件。
測定夾層臨界頻率的原理是分析兩個受到撞擊的條的振動頻率，一個9厘米長、3厘米寬的玻璃條，另一個具有相同尺寸的層狀玻璃條，該玻璃條包括兩層厚度為4毫米的玻璃和厚度e1例如等于2毫米的夾層。觀察標記兩個條各自的共振頻率位置，并對這兩個共振頻率彼此進行比較。當其共振頻率與玻璃共振頻率差小于35％時，構(gòu)成夾層的材料是合適的。
作為一種改變的實施方案，專利申請EP 0844075提出了用于選擇聲學性能令人滿意的夾層的另一種選擇技術(shù)。該專利文獻利用稱之為粘度分析儀的儀器評價了材料的彈性分量(或剪切模量)G’和材料損耗角正切值(或損耗因數(shù))tanδ。
粘度分析儀能夠在精確的溫度和頻率條件下測試材料樣品的形變應力，于是獲得并處理表征材料的所有流變學量值。利用各種溫度下作為頻率函數(shù)的原始數(shù)據(jù)即測量的力、位移和相移能夠計算剪切模量G’量值和損耗角正切值量值tanδ。已經(jīng)證明，在10℃和60℃之間的溫度范圍內(nèi)和在50和10000Hz之間頻率范圍內(nèi)，良好聲學夾層的損耗因數(shù)tanδ必須大于0.6，剪切模量G’為1×106-2×107N/m2。
一旦根據(jù)其聲學性能選擇了夾層材料，那么可以通過其撕裂行為確定其機械強度。為此目的，采納厚度e1的夾層進行撕裂試驗，下面我們將結(jié)合計算臨界能量值Jc的方法解釋該試驗。
測定了所采用材料固有臨界能量Jc值后，計算與夾層厚度e1相關(guān)的臨界能量 它以J/m表示，是如Jc~=Jc×e1]]>。將該 值與參照值 相比較， 相應于參照厚度為eref時在安全方面完全符合機械強度標準的材料。該參照材料是參照厚度eref等于0.38mm的聚乙烯醇縮丁醛(PVB)。
如果比較的結(jié)果滿足Jc~≥Jref~]]>規(guī)則，則選擇的夾層厚度e1是合適的。
在相反的情況下，選擇的夾層厚度給定為e，使得其至少等于eref×Jref/Jc，這樣滿足最小機械強度標準。
通過以Rice J積分為基礎(chǔ)的能量方法可以給出抗撕裂性或臨界能量Jc,Rice J積分定義為在破裂點位于使膜受到非常強應力的裂紋根部的能量。該能量可用簡化的數(shù)學公式(1)表示J=-le1(∂U∂a)]]>對于試驗樣品的給定拉伸長度δ，下文稱之為位移δ，其中e1是樣品的厚度，a是裂紋的尺寸，U是樣品的勢能。
下面公開的計算裂紋根部能量J的方法是Tielking研究出來的方法。
如圖2中描述的實驗裝置如下對幾個樣品進行了使用張力-擠壓試驗機2的拉伸試驗，例如使用四個樣品Ex1至Ex4，它們是相同的材料并且具有相同的100mm2表面積(50mm長，20mm寬)。每個樣品在其側(cè)面垂直于拉伸力根據(jù)標號20切口，每個樣品Ex1至Ex4的開裂長度不同，分別相應于5,8,12和15毫米。
以100毫米/分鐘拉伸速度與給定拉伸長度或距離δ，垂直于裂紋20拉伸各樣品Ex。
該方法能夠建立裂紋根部能量J隨樣品受到位移δ的變化曲線C(圖3)，通過該曲線還能夠測定樣品開始破裂的臨界能量Jc。
因此，正是該臨界值Jc材料才被撕裂，結(jié)果材料機械上被損傷。
從下面解釋的步驟獲得曲線C。這些樣品是具有0.38mm厚度的聚乙烯醇縮丁醛膜。
首先，對于每個樣品Ex1至Ex4，繪出代表對所述樣品施加拉伸力隨所述樣品所受到的拉伸距離δ，即從0至40毫米的距離變化的曲線C1(圖4)。
接著，從樣品的曲線C1，根據(jù)與其開始裂紋尺寸相比的裂紋變化的尺寸，可推導出相應于給定的位移δ的勢能U。通過計算等效于圖4上陰影表面積的部分A，對于相應于樣品Ex4的陰影面積，即在0毫米至給定位移δ，這里為22毫米之間曲線C1下的表面積，可測量出勢能U。
考慮自3mm至22mm8個位移δ。對于8個位移中每個位移，這時可以繪出圖5中表示的曲線C2，該曲線表示勢能U隨裂口尺寸改變而變化。
代表勢能U曲線C2是一條直線；因此式(1)中的能量J導數(shù)(U/a)事實上是直線C2的斜率，因此等于一個常數(shù)。該常數(shù)除以樣品的厚度e1，可計算出J值。
計算相應于8個位移的各個斜率后，確立代表作為位移δ的函數(shù)的能量J的曲線C(圖3)。
使用可觀察裂紋20擴散的錄相機，檢測什么位移δc時樣品開始破裂。利用曲線C，從該位移δc推導出相應的臨界能量Jc值。
作為例子，這種方法應用于機械學上令人滿意的PVB膜，該膜構(gòu)成0.38mm厚度參照膜。位移δc為12mm時開始破裂，從這里可以得出結(jié)論，在溫度是20℃與拉伸速度100毫米/分鐘的實驗條件下，臨界能量Jc值等于35100J/m2。
PVB的這個臨界值Jc35100 J/m2構(gòu)成了能量參照值Jref，根據(jù)上述方法算的其他材料高于該值的所有能量值都被認為是合理的，這樣該材料因符合機械強度標準是適合的。
選擇聲學上令人滿意的材料要進行上述同樣的抗撕裂性試驗，以計算其固有的臨界能量Jc值。然后，如上文已經(jīng)解釋的，計算出與其厚度相關(guān)的臨界能量Jc~(Jc×e1)]]>，以便與PVB參照物臨界能量，即Jref~=Jref×0.38=35100×0.3]]>8=13.3 J/m相比，并且從中推導出當厚度e1不足時的合適厚度e。
我們指出，Tielking方法優(yōu)于其它方法，例如Hashemi方法，因為其方法易于實施。此外，該方法是可靠的，因為它具有再現(xiàn)性，并且能量J隨位移總變化的平均偏差為8％。圖6說明了一組三次試驗，這些試驗類似于上面關(guān)于能量J隨位移δ變化所進行的試驗。
根據(jù)第二種實施方案，在該方案中不必依賴于為機械抗壓模應該具有的厚度，聲學上非常合理的單層夾層由于其材料組成而抗撕裂，該材料是復合材料，并且特別由一種聚合物和包埋在該聚合物中的增強纖維(例如玻璃纖維)組成。
權(quán)利要求
1．具有隔音和機械強度性能的層狀玻璃板，包括兩層玻璃(10,11)和呈聚合物膜形式的厚度e的單層夾層(12)，其特征在于所述夾層的厚度e至少等于eref×Jref/Jc，其中-Jc是夾層材料特有的臨界能量值，并且代表夾層中裂紋擴散所必需的能量；-Jref是參比臨界能量值，其相應于聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膜的臨界能量值，并且在溫度20℃和PVB膜的拉伸速度為100毫米/分鐘的條件下等于35100J/m2；-eref是參比厚度，其相應于PVB膜厚度，并且等于0.38毫米。
2．具有隔音和機械強度性能的層狀玻璃板，包括兩層玻璃(10,11)和一層夾層(12)，其特征在于夾層材料是一種復合材料，特別地由一種聚合物和包埋在該聚合物中的增強纖維組成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的層狀玻璃板，其特征在于夾層滿足改進的聲學性能標準，該標準定義為，由包括兩層厚4毫米玻璃，其玻璃用2毫米厚所述夾層連接的層狀玻璃構(gòu)成的9厘米長、3厘米寬的條，其臨界頻率與具有相同長度、相同寬度和4毫米厚度玻璃條的臨界頻率差至多35％。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的層狀玻璃板，其特征在于在10℃至60℃的溫度范圍內(nèi)和在50至10000Hz的頻率范圍內(nèi)，夾層的損耗因數(shù)tanδ大于0.6，剪切模量G’為1.106至2.107N/m2。
5．用作層狀玻璃板夾層的厚度e的聚合物膜，其特征在于所述厚度e至少等于eref×Jref/Jc，其中-Jc是夾層材料特有的臨界能量值，并且代表夾層中裂紋擴散所必需的能量；-Jref是參比臨界能量值，其相應于聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膜的臨界能量值，并且在溫度20℃和PVB膜的拉伸速度為100毫米/分鐘的條件下等于35100J/m2；-eref是參比厚度，其相應于PVB膜厚度，并且等于0.38毫米。
6．用作層狀玻璃板夾層的聚合物膜，其特征在于它是一種復合料，特別地由一種聚合物和包埋在該聚合物中的增強纖維組成。
7．用作構(gòu)成層狀玻璃板夾層的厚度e1聚合物膜抗撕裂性的測定方法，其特征在于-測定夾層的臨界能量Jc值，即代表夾層中裂紋擴散所必需的能量值；-計算通過關(guān)系式Jc~=Jc×e1]]>確定的與厚度相關(guān)的臨界能量 值； 與代表有0.38毫米厚度和等于13.3J/m的PVB膜的參考值 相比較；-當Jc~>J~ref]]>時，夾層符合抗撕裂性標準。
全文摘要
具有隔音和機械強度性能的層狀玻璃板,包括兩層玻璃(10,11)和聚合物膜形式的厚度e的單層夾層(12),根據(jù)材料特有的參數(shù)J
文檔編號B32B17/10GK1324776SQ0112169
公開日2001年12月5日 申請日期2001年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月3日
發(fā)明者M·雷菲爾德, B·維達爾 申請人:法國圣戈班玻璃廠