專利名稱：機(jī)動(dòng)車車窗的能量吸收裝配系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)了用于機(jī)動(dòng)車特別是汽車車窗的能量吸收裝配系統(tǒng)，該系統(tǒng)在車輛碰撞時(shí)是安全的。
機(jī)動(dòng)車的側(cè)窗和后窗通常采用已回火的浮法玻璃制造。玻璃回火使玻璃的兩個(gè)外表面緊縮。因此，當(dāng)這種玻璃受到撞擊就會(huì)破碎為很小的碎片。機(jī)動(dòng)車的車窗已經(jīng)用回火玻璃取代退火玻璃。退火玻璃往往會(huì)破裂為匕首樣的大塊碎片，很容易劃破和嚴(yán)重傷害乘客。雖然回火玻璃可以減少劃傷，可是仍然存在一些問(wèn)題。
回火玻璃會(huì)劃傷乘客是因?yàn)椴ＡУ男∷槠泻芗怃J的棱;如果回火玻璃窗破碎，仍然會(huì)有若干玻璃碎片嵌在車窗的邊沿。這樣，當(dāng)乘客身體的某些部位擦過(guò)車窗邊沿時(shí)，就會(huì)受到嚴(yán)重的劃傷。
由于回火玻璃會(huì)破碎，因而不可能防止乘客從車廂中拋出。如果機(jī)動(dòng)車側(cè)面受撞，乘客身體的一部分或全身會(huì)從窗口被拋出車廂。如果機(jī)動(dòng)車突然翻車，那么，乘客身體的一部分或全身會(huì)被拋出車廂，一旦身體的某些部位在車外，就必然會(huì)受到嚴(yán)重的或致命的傷害。
已知有一些工作試圖改進(jìn)回火玻璃的破裂和保護(hù)不足的缺陷。例如，采用一種以薄層塑料隔開(kāi)的雙層玻璃制成擋風(fēng)玻璃。用聚乙烯醇縮丁醛制成的玻璃窗內(nèi)層可以在車輛碰撞時(shí)將破碎的玻璃聯(lián)在一起。進(jìn)一步改進(jìn)之處是，用另一張塑料薄層貼在車窗的內(nèi)表面上。
已知有一種內(nèi)塑料薄層和外玻璃層組合的可移動(dòng)車窗的設(shè)計(jì)。這種車窗是用來(lái)在車輛側(cè)面被撞時(shí)使乘客保持在車內(nèi)。這可以通過(guò)在專門(mén)的軌道設(shè)計(jì)中能上下移動(dòng)的塑料窗框組成的多重結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該塑料窗框的邊沿呈″T″形，可以起到將外玻璃層和內(nèi)塑料層一起夾在其中的作用。其缺點(diǎn)是內(nèi)塑料層容易劃痕，降低駕駛員的能見(jiàn)度，而且這種窗框增加了玻璃窗結(jié)構(gòu)的重量。
有幾種發(fā)明介紹了用于機(jī)動(dòng)車的熱塑料車窗。美國(guó)專利4，635，420介紹了一種用超聲波焊接到塑料墊圈上的丙烯酸類車窗材料。公開(kāi)的安全裝置是從丙烯酸車窗的邊沿向內(nèi)設(shè)置凹槽或V形切口以增大破裂區(qū)。該墊圈裝置的兩個(gè)缺點(diǎn)是，原來(lái)的設(shè)備制造廠通常不采用這種裝置，而且生產(chǎn)這種裝置也不經(jīng)濟(jì)。另一專利介紹了一種用于機(jī)動(dòng)車的合成樹(shù)脂車窗，其窗框或墊圈用相同的合成樹(shù)脂材料模壓而成。這種窗框是輕質(zhì)的，然而，在車輛側(cè)面受撞時(shí)，體現(xiàn)不出安全的特性。
希望使用一種由熱塑性樹(shù)脂制成、有裝配系統(tǒng)的整體式玻璃窗結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以減少劃傷、不會(huì)產(chǎn)生頭部傷害并能對(duì)乘客提供保護(hù)。另外的優(yōu)點(diǎn)是可以減輕車窗結(jié)構(gòu)的重量。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方案的汽車側(cè)窗模件透視圖。
圖2為實(shí)施方案的一塊熱塑性玻璃窗材料的局部截面圖。
圖3所示為圖2的實(shí)施方案中各種其它演變的示意圖。
圖4為本發(fā)明另一實(shí)施方案的透視圖，即，一種采用反應(yīng)注模法(RIM)制成的機(jī)動(dòng)車邊窗裝置。圖5所示為以窗框和裝配螺拴組合的車窗的截面圖。
圖5為通過(guò)圖4的側(cè)窗底部截取的截面，表示使車窗模件固定在機(jī)動(dòng)車底盤(pán)上的裝配螺拴。
圖6為本發(fā)明另一實(shí)施方案關(guān)于機(jī)動(dòng)車門(mén)框內(nèi)可移動(dòng)車窗裝置的透視圖。
參見(jiàn)圖1、2、3、4、5和6，圖中所示為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案可用于汽車的合成樹(shù)脂車窗。該車窗模件是根據(jù)參考文獻(xiàn)1設(shè)計(jì)的，它用適宜的熱塑性樹(shù)脂經(jīng)注模法或熱成形法制成(將在下文介紹)，并用裝配系統(tǒng)將其固定在有關(guān)的汽車底盤(pán)6上。
車窗模件1包括呈片狀的透明或半透明合成樹(shù)脂(例如聚碳酸酯、丙烯酸樹(shù)脂或聚戊二酰亞胺樹(shù)脂或類似的樹(shù)脂)的窗體部分4。該車窗模件1還包括沿窗體部分4的周邊延續(xù)的框架部分5。耐磨涂層10覆蓋窗體部分4的表面。如果沒(méi)有模壓的框架部分5，可以采用壓敏泡沫帶或密封劑(例如聚氨酯)16(將在下文介紹)。被切割或模壓入窗體部分4的V形切口或凹槽9會(huì)增加破裂區(qū)14的形成。
在圖2和圖3的實(shí)施方案中，V形切口或其它形狀的凹槽9可以切割或模壓入合成樹(shù)脂玻璃窗材料的一邊或兩邊。如美國(guó)專利4，635，420中所述，可以將圖3所示的一些可能的形狀切割或模壓入合成樹(shù)脂材料。雙面粘合的泡沫帶16圍繞玻璃窗材料的邊緣粘貼。
圖4和圖5從背面示出了一種典型的機(jī)動(dòng)車窗口8。窗口的金屬邊沿(作為底盤(pán)6的一個(gè)部分)有螺孔13。
圖5為安裝在窗口8中的車窗模件的截面。熱塑性車窗材料4用RIM固定框架5封裝。裝配螺拴7的螺拴頭18被嵌入RIM12的鑲面內(nèi)。用裝配螺拴和螺母15將車窗模件1連接在機(jī)動(dòng)車的底盤(pán)6上。
圖6所示為安裝在車門(mén)20上的熱塑性車窗4。車門(mén)上部28的框架21將車窗材料固定在軌道22的位置上。該軌道可以起吸收碰撞能量的作用，在功能上可以讓熱塑車窗4上下移動(dòng)。
我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了一些能量吸收的裝配系統(tǒng)，當(dāng)其與透明的熱塑性汽車車窗配合使用時(shí)，可以產(chǎn)生出乎意料的安全效果，例如沒(méi)有頭部傷害(HIC1＜1000)，極少或沒(méi)有劃傷(Chamois劃傷等級(jí)2≤1)并能在發(fā)生撞車事故時(shí)增強(qiáng)對(duì)乘客的保護(hù)。該車窗的設(shè)計(jì)優(yōu)選采用涂有耐磨的高模量(即，大于約2.0GPa)熱塑性塑料。有許多不同的裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以達(dá)到上述的性能，其中的一些將在下文中介紹。
1.頭部傷害(HIC)引自49CFR571.208HIC = ［1t2- t1∫t1t2a d t ］2 . 5( t2- t1)]]>式(1)式中，a＝所產(chǎn)生的頭部加速度，以g(重力加速度)的倍數(shù)表示，式中，t1和t2是碰撞時(shí)的任意兩個(gè)時(shí)刻，該兩個(gè)時(shí)刻被不大于36毫秒的時(shí)間間隔分開(kāi)，和選擇t1和t2足以使式(1)極限化。
如果HIC值低于1000，49CFR571.208中規(guī)定頭部傷害的可能性不大。如果HIC值高于1000，頭部傷害是可能的。
2.Chamois劃傷等級(jí)0表皮劃破通過(guò)1外層劃破通過(guò)2內(nèi)層劃破不通過(guò)RefernceSocietyofAutomotiveEngineersPaperNumber860198(1986)。
用涂有壓敏粘合劑的泡沫塑料帶16可以將窗體部分4連接到機(jī)動(dòng)車的底盤(pán)6上。該粘合劑使泡沫塑料帶芯粘合到車窗和車體上，從而能提供擋風(fēng)雨密封。
這種熱塑性車窗與泡沫塑料基的粘合帶配合使用，使該車窗可以伸出車窗平面的窗口，而不致在低-中等程度的頭部速度撞擊時(shí)脫出或破裂。如果機(jī)動(dòng)車的乘客碰撞車窗，在低-中等頭部速度下，該車窗不會(huì)破裂，不會(huì)使乘客受到任何劃傷(因?yàn)樵撥嚧安粫?huì)破裂)，也不會(huì)使乘客受到任何頭部的傷害。低-中等頭部速度的范圍是指每小時(shí)0-32公里。高的頭部碰撞速度是大于每小時(shí)約32公里的速度。該泡沫塑料帶能夠制成其強(qiáng)度足以使車窗定位，而且能比其原厚度伸長(zhǎng)許多倍，從而可增強(qiáng)能量吸收性能。即使由于設(shè)計(jì)上的缺陷導(dǎo)致車窗破裂，該泡沫塑料帶會(huì)讓任一塊破裂的碎片安全地保持在窗口上。然而，如果車窗脫出，大部分碰撞的動(dòng)能會(huì)撕開(kāi)泡沫塑料帶(內(nèi)聚衰減)或從車窗或框架上撕開(kāi)泡沫塑料帶(粘合衰減)。一旦破碎的碎片拋離窗口，該泡沫帶會(huì)自行撕開(kāi)，而不會(huì)將碎片朝著窗口的平面彈回。
與帶16配合使用的V形切口或凹槽9可以切割、機(jī)械加工或模壓入塑料的玻璃窗材料4中。由邊沿向內(nèi)模壓或機(jī)械加工入熱塑性車窗的凹槽或V形切口可以增大破裂區(qū)14。凹槽或V形切口應(yīng)盡量淺，使熱塑性車窗不致在低-中等頭部碰撞速度(例如每小時(shí)0-32公里)下突然彈出，而且，該熱塑性塑料車窗的設(shè)計(jì)應(yīng)能使該熱塑性車窗在高頭部碰撞速度(例如每小時(shí)32公里以上)下突然彈出或破裂。為了有效地釋放塑料玻璃窗碎片，可以采用不同深度和不同形狀的切口。在較高的頭部碰撞速度下，該塑料玻璃窗會(huì)按沿切口規(guī)定的破裂區(qū)破裂并從邊沿釋放車窗。這樣，就可以安全地釋放任何破碎的塑料玻璃窗的碎片。與切口配合，泡沫塑料帶可以讓任何碎片安全地附著并離開(kāi)乘客，因此，即使破裂區(qū)不能按照設(shè)計(jì)起作用，乘客的頭部也不大可能受到傷害(如下文中的實(shí)施例所示)。
也可以用汽車級(jí)的聚氨酯密封劑將該車窗連接在機(jī)動(dòng)車的窗口中。聚氨酯使車窗粘合到機(jī)動(dòng)車上，而且能提供擋風(fēng)雨密封。
與聚氨酯配合使用的V形切口或凹槽，可以切割或模壓入塑料玻璃窗材料中。由邊沿向內(nèi)模壓或機(jī)械加工入熱塑性車窗的V形切口或凹槽，可以促進(jìn)車窗的安全釋放。
熱塑性車窗、聚氨酯密封劑和切口周邊的組合可以讓車窗伸出窗框口中。如果機(jī)動(dòng)車的乘客碰撞車窗，該車窗不會(huì)破裂，而且不會(huì)使該乘客受到任何劃傷，因?yàn)樵撥嚧安粫?huì)破裂，也不會(huì)在低-中等頭部碰撞速度下，使乘客受到任何頭部傷害。該聚氨酯的強(qiáng)度足以使車窗定位，而且能比原厚度伸長(zhǎng)的許多倍。如果車窗脫出，大部分碰撞動(dòng)能會(huì)沿著切口撕開(kāi)熱塑性塑料。即使由于設(shè)計(jì)上的缺陷導(dǎo)致車窗破裂，熱塑性車窗的裂縫將朝著車窗邊沿向外擴(kuò)散并沿切口破裂。如實(shí)施例中所示，乘客不會(huì)受到任何嚴(yán)重的頭部傷害。
熱塑性車窗4也能用反應(yīng)注塑的熱固性窗框5封裝，以替換失敗的傳統(tǒng)玻璃窗系統(tǒng)模式。用螺拴7將窗框5連接到機(jī)動(dòng)車的底盤(pán)6上，螺拴頭18被模壓進(jìn)RIM材料12的后部，并使螺拴通過(guò)位于機(jī)動(dòng)車框架上的孔13伸出。在車窗模件1安置在機(jī)動(dòng)車窗口中之前，某些丁基橡膠擋風(fēng)雨密封帶被用在內(nèi)部的RIM表面12上。然后，用螺母接頭15將螺拴固定在機(jī)動(dòng)車框架上。在中等的頭部碰撞速度(例如每小時(shí)23-32公里)下，用RIM封裝的回火玻璃會(huì)打碎，但破碎的玻璃片會(huì)被粘合而保持在RIM密封的周圍。這樣，可能造成乘客身體的某些部位沿著車窗邊沿擦過(guò)時(shí)導(dǎo)致嚴(yán)重的劃傷。通過(guò)采用耐磨涂層(ARC)、用RIM封裝透明熱塑性塑料窗，上述失效的機(jī)制出乎意料地由車窗破碎變成從RIM封裝12中拔出螺拴頭18，或?qū)IM封裝12撕開(kāi)。RIM封裝可以在RIM與熱塑性塑料車窗內(nèi)聚或粘合的界面上被撕開(kāi)。在中等的頭部碰撞速度下，熱塑性塑料車窗都不會(huì)破裂，不會(huì)使乘客受到任何劃傷，車窗也不會(huì)脫離窗口，因?yàn)椴皇撬械穆菟╊^18都突然彈出。大部分動(dòng)能都通過(guò)拔出螺拴頭而被消散。因此，乘客不會(huì)受到任何頭部傷害。
如實(shí)施例中所示，乘客不會(huì)受到任何劃傷(因?yàn)檐嚧皼](méi)有破裂)，在高的頭部碰撞速度(例如每小時(shí)32公里以上)下，乘客也不會(huì)受到任何頭部傷害。在上述速度下，大部分能量由于螺拴頭18從RIM12上脫離而被消散。
與上述固定車窗設(shè)計(jì)形成對(duì)照，塑料車窗和裝有滑軌22的門(mén)框21的獨(dú)特配合，可以使車窗上下移動(dòng)，提供意想不到的高能量吸收性能。在低-中等頭部速度下，該塑料車窗不會(huì)破裂，而且會(huì)將大部分能量轉(zhuǎn)移到周圍的門(mén)框上，并使其向機(jī)動(dòng)車外變形。這種能量消散機(jī)制能防止塑料車窗破裂，因而不會(huì)使乘客受到任何劃傷。門(mén)框的變形能在極高的碰撞速度下使塑料車窗保護(hù)乘客，防止乘客受到任何頭部傷害。在較高的頭部碰撞速度下，塑料車窗在破裂或從門(mén)框區(qū)脫離之前仍能將能量轉(zhuǎn)移到門(mén)框上。該門(mén)框可以設(shè)計(jì)成具有適應(yīng)ARC涂層車窗邊沿的U形導(dǎo)槽。該門(mén)框可以與上述塑料車窗一起設(shè)計(jì)，以能在發(fā)生撞車事故的情況下有最適宜的能量吸收的特性。
熱塑性樹(shù)脂可以是任何高模量的透明材料，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、耐沖擊的改性聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯酸共聚物、聚(甲基丙烯酸甲酯-共-丙烯酸烷基酯)(其中烷基基團(tuán)含1-8個(gè)碳原子)、丙烯酸類聚合物的共混、丙烯酸類聚合物合金、聚氯乙烯、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(其中該共聚物至多包括40%的丙烯腈聚合物)、聚碳酸酯、聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、聚苯乙烯、聚(苯乙烯-共-甲基丙烯酸甲酯)、聚(α-甲基苯乙烯-共-甲基丙烯酸甲酯)、聚(α-甲基苯乙烯-共-丙烯酸烷基酯)(其中烷基基團(tuán)含1-8個(gè)碳原子)、聚乙酸乙烯酯、聚酯碳酸酯(poly(estercarbonate))、多芳基化合物、聚醚砜、或聚醚酰亞胺。這樣一種丙烯酸類的共聚物可以是聚戊二酰亞胺和聚(甲基丙烯酸甲酯)的共聚物，也稱為聚(甲基丙烯酸酰亞胺甲酯)(PMMI)，即轉(zhuǎn)讓給Rohm和Haas公司的美國(guó)專利4，246，374;4，217，424;和4，727，117;及其它共聚物。對(duì)丙烯酸熱塑性塑料而言，其彈性模量應(yīng)在2.0-4.2GPa的范圍，其室溫下熱膨脹系數(shù)約為4-8×10-5cm/cm/℃，連續(xù)操作溫度約為至少70℃或70℃以上。其它熱塑性樹(shù)脂的范圍，對(duì)PMMI約為115℃以上，對(duì)聚碳酸酯約為110℃以上。為了提供一種車窗，在車輛高速駕駛時(shí)不顫動(dòng)，在車輛能達(dá)到的高溫下，其尺寸不隨溫度升高而大為膨脹，并能保持其完整性，上述條件是必需的。任何具有塑料配合技術(shù)知識(shí)的人員都可以采用塑性填料、耐沖擊改進(jìn)劑、熱膨脹系數(shù)調(diào)節(jié)劑、連續(xù)操作溫度調(diào)節(jié)劑、硬度改進(jìn)劑，例如玻璃填料;改性熱塑性材料以達(dá)到上述性能標(biāo)準(zhǔn)的其它塑性添加劑和穩(wěn)定劑。例如，為了減少日光透射的程度，上述玻璃窗材料可以著色或染色。
上述任一種熱塑性塑料通常采用塑料片或塑料粉(粒)制成車窗的形狀和尺寸。該熱塑性塑料片的厚度可以為約1.5-6mm，采用適宜的模型進(jìn)行區(qū)域成形或熱壓成形。將該塑料片加熱至某一溫度，使其軟化，即能容易地呈現(xiàn)模型的形狀。
另一種車窗成形的技術(shù)是將熱塑性塑料粒在注塑機(jī)(用熔融的塑料材料充滿模腔)中注塑。具體的注塑條件很大程度上取決于該材料的熱性質(zhì)和流動(dòng)性質(zhì)。對(duì)于光學(xué)上的應(yīng)用而言，最好在保證使模壓件中殘余應(yīng)力最小的條件下進(jìn)行注塑。該車窗的厚度可以在約1.5-6mm之間。
用于本發(fā)明的車窗4已經(jīng)用耐磨涂層10在兩面進(jìn)行了處理。這就提供了不容易劃痕的堅(jiān)固表面。涂料，例如聚硅氧烷、透明的熱固性樹(shù)脂、紫外線固化的涂料、聚氨酯、或金剛石樣的耐磨涂料都是實(shí)用的。涂布的方法可以采用等離子沉積、離子注入、離子輔助噴涂、蒸發(fā)、噴鍍沉積、物理或化學(xué)的汽相沉積、熱噴涂、和等離子體輔助沉積。其它耐磨涂層在本技術(shù)領(lǐng)域是已知的。
在開(kāi)始涂布之前，將熱塑性部件在烘爐中退火以除去任何殘余應(yīng)力。本發(fā)明中所用的聚硅氧烷與底漆在一起應(yīng)用，典型的方法是將熱塑的玻璃窗部件浸入液體涂料溶液中進(jìn)行涂布。然而，淋涂、噴涂、簾流涂布和其它涂布技術(shù)也可以采用。在每一個(gè)涂布工序之后，將該部件在升高溫度的爐中干燥。任一種硬質(zhì)的涂層都可以采用，但是，它必須與熱塑性塑料和裝配系統(tǒng)匹配。
本發(fā)明中使用的粘合劑是泡沫塑料帶，它是由丙烯酸基的材料制成的，在泡沫塑料帶的兩面上有壓敏粘合劑?；蛘撸撆菽芰蠋暇哂袩崛坌哉澈蟿?。該泡沫塑料帶一般寬5mm至26mm，厚1mm至7mm。泡沫塑料的密度應(yīng)為從約0.3g/cm3至約0.8g/cm3。
其它材料的帶子也可以用來(lái)粘接熱塑性塑料車窗，例如聚氨酯、氯丁橡膠或任何其它類型能制成兩面有粘合層帶子的泡沫材料。所述帶子應(yīng)優(yōu)選防水的和耐天氣老化的。上述任一種材料可以通過(guò)添加本技術(shù)領(lǐng)域已知的添加劑、穩(wěn)定劑、增塑劑和起泡劑使之增強(qiáng)，以符合上述標(biāo)準(zhǔn)。
泡沫塑料的密度在本發(fā)明的實(shí)施中是重要的。例如已證明，當(dāng)塑料車窗受到碰撞時(shí)，低密度(在給定范圍)的泡沫塑料將被撕破，而當(dāng)其密度較高時(shí)(在給定范圍)，就不會(huì)被撕破。如果車窗破裂，高密度的泡沫塑料比較可能將破碎的玻璃片保持在車窗的平面上，從而可能造成劃傷。
粘結(jié)機(jī)動(dòng)車這一邊的泡沫塑料帶上的壓敏粘合劑的配制，應(yīng)能很好效地與機(jī)動(dòng)車噴漆物系粘合。該粘合劑在泡沫塑料帶和塑料車窗或噴漆表面之間的強(qiáng)度應(yīng)高于與泡沫塑料帶的粘合強(qiáng)度。泡沫塑料帶的粘合失效可以通過(guò)其機(jī)械性能預(yù)測(cè)。
其它類型的密封劑可以采用并可能產(chǎn)生同樣的效果。聚氨酯、硅氧烷、和丙烯酸基的密封劑通常用于汽車工業(yè)?；诙』鹉z的產(chǎn)品、多硫化物、乙烯、丙烯和非共軛二烯的三元共聚物、乙烯丙烯的二聚物(EPDM)、熱塑性高彈體和熱固性材料如環(huán)氧樹(shù)脂、以及熱熔塑料都可用來(lái)將塑料車窗粘合到機(jī)動(dòng)車上?？梢栽O(shè)計(jì)一種連接系統(tǒng)例如Velcro用以提供能量吸收的裝置，在低-中等頭部碰撞速度下固定住熱塑性塑料車窗。在高的頭部碰撞速度下，特殊設(shè)計(jì)的Velcro連接系統(tǒng)可以自行撕開(kāi)并安全地釋放車窗模件。
可以采用其它裝配方法例如圍繞塑料玻璃窗邊沿的聚合物密封。兩個(gè)例子是反應(yīng)注塑的熱固性材料(RIM)和注塑聚氯乙烯(PVC)?？梢原h(huán)繞車窗材料模壓的其它熱塑性塑料，例如PMMA、改性PMMA、PMMI、聚碳酸酯和其它合成樹(shù)脂。上述材料用以制造環(huán)繞車窗的窗框，然后用機(jī)械的或粘合的方法粘合到窗口上。
RIM系統(tǒng)的消能特性可以用下列技術(shù)加以改進(jìn)，以能在較寬的頭部碰撞速度范圍內(nèi)，進(jìn)一步減少劃傷和頭部傷害的可能性。一種方法是將螺拴頭粘合到RIM材料上。這可通過(guò)在注塑到RIM材料之前在螺拴頭上涂底漆或粘合促進(jìn)劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。這也可以通過(guò)在RIM/螺拴頭的界面涂粘合劑以提高拔出螺拴頭所需的力來(lái)實(shí)現(xiàn)。
另一種方法是增加螺拴頭的尺寸。這種方法勢(shì)必增加螺拴頭的表面積并會(huì)使它更難于從通過(guò)RIM的開(kāi)口處(螺拴向車框伸出之處)拔出。這種方法也會(huì)增加可以用來(lái)將螺拴粘合到RIM材料的螺拴頭的表面積。
另一種方法是將裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)成使螺拴頭和螺母組件夾緊RIM材料，而不是將其壓縮，固定在螺拴上。這樣可以防止螺拴頭從RIM材料中突然彈出，迫使RIM材料或沿著內(nèi)聚的緊固區(qū)撕開(kāi)或在粘合界面(RIM密封連接熱塑車窗處)撕開(kāi)。
另一種方法是增加用于將車窗模件與車體連接的螺拴的數(shù)量。這有助于降低每一個(gè)螺拴部位的應(yīng)力載荷并提供另外的能量消散。RIM材料(用于將螺拴頭固定在RIM中)的厚度也可以增加。這就可以使RIM得以產(chǎn)生更大的阻力，有助于防止螺拴拔出。另一種可能性是用稍微堅(jiān)硬一些的RIM材料，當(dāng)頭部碰撞時(shí)可使螺拴頭定位。應(yīng)注意的是，上述方法可以在任一種固定的車窗中分別或聯(lián)合使用。
與上述任一種車窗的裝配方法配合，可以沿塑料車窗邊沿向內(nèi)設(shè)置切口或凹槽9以提供破裂區(qū)。美國(guó)專利5，035，096中公開(kāi)了各種切口。任一種切口的組合都可以與車窗的裝配方法配合使用以限定塑料車窗中具體的破裂區(qū)14。切口的深度優(yōu)選為塑料車窗厚度的10%和80%之間。破裂區(qū)中切口半徑可以為組件厚度的約5%至約200%或以上，切口可以模壓、切割、或機(jī)械加工入塑料玻璃窗。
該切口根據(jù)半徑、橫截面的類型、周邊的位置(沿車窗邊的任一數(shù)目或段數(shù))、由邊沿向內(nèi)的距離(例如1-100mm，以具有美感)、和深度設(shè)計(jì)，使切口或凹槽內(nèi)的車窗部分在較高的碰撞速度(例如每小時(shí)約32公里以上)下能沿切口破裂。在低-中等的頭部碰撞速度下，例如每小時(shí)0-32公里，該切口不會(huì)破裂。這就可以在不太嚴(yán)重的碰撞情況下保護(hù)乘客，大大減少乘客從車輛窗口拋出的可能性。
本發(fā)明是以塑料玻璃窗材料的機(jī)械和物理性能和用來(lái)使該塑料車窗與機(jī)動(dòng)車窗口連接的裝配系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。回火玻璃是一種模量很高的脆性材料，是本發(fā)明有意設(shè)計(jì)使其能在碰撞時(shí)破碎為小碎片。不過(guò)，與某些管理部門(mén)的試驗(yàn)方法(參閱49CFR571.214等)所規(guī)定的典型的碰撞速度相比回火玻璃破碎時(shí)的碰撞速度較低。
本發(fā)明的熱塑性材料的性質(zhì)是在頭部碰撞速度，例如低于每小時(shí)23公里時(shí)塑料車窗不會(huì)破裂，而在此速度下回火玻璃會(huì)破碎。如果與上述裝配系統(tǒng)配合使用，整個(gè)玻璃窗結(jié)構(gòu)可以從車輛結(jié)構(gòu)伸出或變形。通過(guò)適宜地選擇車窗的厚度和特殊的裝配系統(tǒng)，制成的車窗模件能夠伸展，這樣，該車窗就可以保持完整無(wú)缺，并盡可能減少乘客頭部或身體的某些部位受到碰撞時(shí)遭受傷害的可能性。該裝配系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成能在很高的頭部碰撞速度下，使車窗以安全的狀態(tài)從車輛中脫離。該車窗既會(huì)自行從裝配系統(tǒng)脫離，也會(huì)沿著切入車窗的破裂區(qū)破裂，或該車窗破裂時(shí)，任何碎片會(huì)通過(guò)切口破裂或在某種情況下通過(guò)泡沫帶自行撕開(kāi)而從窗框中安全地脫離。
本發(fā)明適用于在機(jī)動(dòng)車中裝配塑料車窗。車窗的類型是擋風(fēng)車窗、可移動(dòng)車窗(安裝在機(jī)動(dòng)車的側(cè)面)、側(cè)窗(不移動(dòng)的)、劇院的窗戶(operawindows)、可轉(zhuǎn)動(dòng)的小邊窗、或其它類型的通風(fēng)窗以及后窗。機(jī)動(dòng)車的類型是小客車、輕型載重汽車、通用汽車、越野汽車、重型卡車、公共汽車、游覽車和旅宿汽車。
實(shí)施例1PMMI模壓片(5mm厚)，熱壓成形為小客車后側(cè)角窗的形狀和尺寸。然后，用耐磨涂料即聚硅氧烷涂布于該塑料車窗上。用液體底漆和清潔劑預(yù)處理車窗。將兩種汽車用泡沫塑料帶(密度范圍為0.5-0.65g/cm3和0.6-0.75g/cm3，寬6.2mm和12.5mm)壓在處理后的車窗表面上。揭開(kāi)泡沫塑料帶第二面后，將該車窗和泡沫塑料帶粘合在后側(cè)角窗框的開(kāi)口中。
用模擬人頭(49CFR572E規(guī)定的頭和幾何形狀)朝著車窗以每小時(shí)26、34和40公里速度的撞擊，對(duì)該車窗進(jìn)行試驗(yàn)。收集有關(guān)頭部受碰撞減速的數(shù)據(jù)，測(cè)定車窗和任何碎片情況以及開(kāi)裂的狀況，用兩層麂皮置于該模擬人頭上，以測(cè)定傷害情況。該車窗或其碎片的狀況、麂皮開(kāi)裂值2和HIC1值列于下表中。
實(shí)施例2PMMI模壓片(5mm厚)，熱壓成形為小客車后側(cè)角窗的形狀和尺寸。用聚硅氧烷耐磨涂料蘸涂該塑料車窗。由車窗外緣向內(nèi)切成14mm的V字形切口(角度60°)。在某些情況下，該切口的深度為從2.5mm至3.0mm。用液體底漆和清潔劑預(yù)處理車窗。將兩種汽車用泡沫塑料帶(密度范圍為0.5-0.65g/cm3，寬12.5mm)壓在處理后的車窗表面上。揭開(kāi)泡沫塑料帶第二面后，將該車窗和泡沫塑料帶粘合在后側(cè)角窗框的開(kāi)口中。
該車窗被安裝在車輛底盤(pán)部分的窗孔中。模擬人頭型架(49CFR572E規(guī)定的頭和幾何形狀)以每小時(shí)26、34和40公里速度，進(jìn)行撞擊對(duì)該車窗模件進(jìn)行試驗(yàn)。收集有關(guān)頭部受碰撞劃傷的數(shù)據(jù)，該車窗和任何碎片情況以及用兩層麂皮置于該模擬人頭上測(cè)定的開(kāi)裂狀況。該車窗或其碎片的狀況、麂皮開(kāi)裂值2和HIC1值列于下表中。
實(shí)施例3PMMI模壓片(5mm厚)，熱壓成形為小客車后側(cè)角窗的形狀和尺寸。用聚硅氧烷耐磨涂料蘸涂該塑料車窗。該車窗具有由周邊向內(nèi)用機(jī)械加工成的切口或凹槽，其深度為1.0mm至3.0mm。用液體底漆和清潔劑預(yù)處理車窗。噴漆的窗框也用底漆預(yù)處理。在車窗和窗框之間貼聚氨酯或硅氧烷密封劑。然后，將該車窗安裝在后側(cè)角窗框的開(kāi)口中。
該車窗被安裝在車輛底盤(pán)部分的窗孔中。模擬人頭型架(49CFR572E規(guī)定的頭和幾何形狀)以每小時(shí)26、34和40公里速度，進(jìn)行撞擊以對(duì)該車窗模件進(jìn)行試驗(yàn)。收集有關(guān)頭部受碰撞劃傷的數(shù)據(jù)，該車窗及任何碎片情況以及用兩層麂皮置于該模擬人頭上測(cè)定的開(kāi)裂狀況。該車窗或其碎片的狀況、麂皮開(kāi)裂值2和HIC1值列于下表中。
實(shí)施例4PMMI模壓片(5mm厚)，熱壓成形為小客車后側(cè)角窗的形狀和尺寸。用聚硅氧烷耐磨硬質(zhì)涂料蘸涂該塑料車窗。用液體底漆和清潔劑預(yù)處理車窗。環(huán)繞塑料車窗周邊安置模腔。環(huán)繞塑料車窗周邊還安置了9個(gè)螺拴7，并使螺拴頭18嵌入模腔中。用反應(yīng)注塑法將聚氨酯注入模腔和環(huán)繞螺拴頭，從而形成窗框5。將所有螺拴與位于車上沿窗口安放的各個(gè)孔13對(duì)中，并用螺母15將其擰緊，使窗框連接到后側(cè)角窗孔上。
該車窗被安裝在車輛底盤(pán)部分的窗孔中。模擬人頭型架(49CFR572E規(guī)定的頭和幾何形狀)以每小時(shí)23、26、34和40公里速度，進(jìn)行撞擊對(duì)該車窗模件進(jìn)行試驗(yàn)。收集有關(guān)頭部受碰撞劃傷的數(shù)據(jù)和該車窗與任何碎片的情況以及用兩層麂皮置于該模擬人頭上測(cè)定的開(kāi)裂狀況。該車窗或其碎片的狀況列于下表中。
PMMI聚(甲基丙烯酸甲酯)
實(shí)施例5PMMI模壓片(4mm和5mm厚)，區(qū)域成形為小客車后側(cè)角窗的形狀。用硅氧烷基的耐磨硬質(zhì)涂料淋涂該塑料車窗，隨后將其切到應(yīng)有的尺寸。聚碳酸酯(PC)模壓片(4mm厚)，熱壓成形為小客車后側(cè)角窗的形狀，隨后將其切到應(yīng)有的尺寸。然后，將每一種車窗4安裝在小客車駕駛室的門(mén)20上，其上裝有U形滑軌22，可以讓車窗上下移動(dòng)。
該車窗被安裝在車輛底盤(pán)部分的窗孔中。模擬人頭型架(49CFR572E規(guī)定的頭和幾何形狀)以每小時(shí)18、26和34公里速度進(jìn)行撞擊，對(duì)該車窗模件進(jìn)行試驗(yàn)。收集有關(guān)頭部受碰撞劃傷的數(shù)據(jù)和該車窗與任何碎片的情況以及用兩層麂皮置于該模擬人頭上測(cè)定的開(kāi)裂狀況。該車窗或其碎片的狀況列于下表中。
PMMI聚(甲基丙烯酸甲酯)PC聚碳酸酯實(shí)施例6PMMI模壓片(5mm厚)，熱壓成形為小客車后側(cè)角窗的形狀和尺寸。用聚硅氧烷耐磨硬質(zhì)涂料蘸涂該塑料車窗。用液體底漆和清潔劑預(yù)處理車窗。環(huán)繞塑料車窗周邊安置模腔。環(huán)繞塑料車窗周邊還安置了9個(gè)螺拴7，從而使螺拴頭18嵌入模腔中。用反應(yīng)注塑法將聚氨酯注入模腔并環(huán)繞螺拴頭，從而形成窗框5。將所有螺拴與位于車上沿窗口安放的各個(gè)孔13對(duì)中，并用螺母15將其擰緊，使該窗框連接到后側(cè)角窗孔上。
該車窗被安裝在車輛底盤(pán)部分的窗孔中。鄰接汽車座位的車輛底盤(pán)被牢固地連接在試驗(yàn)裝置上。一個(gè)50th百分位的男性人體模型(SID)(49CFR572F)具有Hybrid Ⅲ1頭(49 CFR572E)受到側(cè)面碰撞。通過(guò)HYGE滑板將整個(gè)試驗(yàn)裝置加速(模型放在鄰近汽車底盤(pán)的椅子上)，該加速度導(dǎo)致產(chǎn)生每小時(shí)36-37公里的頭部撞擊。收集有關(guān)頭部受碰撞減速的數(shù)據(jù)、該車窗和任何碎片的情況，以及用兩層麂皮置于該模擬人頭上測(cè)定開(kāi)裂的狀況。該車窗或其碎片的狀況、麂皮開(kāi)裂值和HIC值列于下表中。
實(shí)施例7PMMI模壓片(5mm厚)，熱壓成形為小客車后側(cè)角窗的形狀和尺寸。用聚硅氧烷耐磨涂料蘸涂該塑料車窗。由車窗外緣向內(nèi)切成14mm的V字形切口(角度60°)。該切口的深度為3.0mm。用液體底漆和清潔劑預(yù)處理車窗。將汽車用泡沫塑料帶(密度范圍為0.5-0.65g/cm3，寬6.2mm和12.5mm)壓在處理后的車窗表面上。揭開(kāi)泡沫塑料帶第二面后，將該車窗和泡沫塑料帶粘合在后側(cè)角窗框的縫隙中。
該車窗被安裝在車輛底盤(pán)部分的窗孔中。鄰接汽車座位的車輛底盤(pán)被牢固地連接在試驗(yàn)裝置上。一個(gè)50th百分位的男性人體模型(SID)(49CFR572F)具有Hybrid Ⅲ頭(49 CFR572E)受到側(cè)面碰撞。通過(guò)HYGE滑板將整個(gè)試驗(yàn)裝置加速(模型放在鄰近汽車底盤(pán)的椅子上)，該加速度導(dǎo)致產(chǎn)生每小時(shí)36-37公里的頭部撞擊。收集有關(guān)頭部受碰撞減速的數(shù)據(jù)、該車窗和任何碎片的情況，以及用兩層麂皮置于該模擬人頭上，測(cè)定開(kāi)裂的狀況。該車窗或其碎片的狀況、麂皮開(kāi)裂值和HIC值列于下表中。
權(quán)利要求
1.一種車窗模件，包括a)一種具有下列特性的透明熱塑性玻璃窗材料1)彈性模量不小于約2.0GPa，2)在室溫下，熱膨脹系數(shù)約為4-8×10-5cm/cm/℃，3)連續(xù)操作溫度至少約為70℃，和4)一種耐磨硬質(zhì)涂料；和b)一種機(jī)動(dòng)車熱塑性玻璃窗的裝配系統(tǒng)，可使該車窗材料伸展出窗口平面之外，并能在車輛發(fā)生事故時(shí)吸收能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的車窗模件，其中，所述透明的熱塑性玻璃窗材料選自聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、耐沖擊的改性聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯酸類共聚物(例如，聚(甲基丙烯酸酰亞胺甲酯)(PMMI))、聚(甲基丙烯酸甲酯-共-丙烯酸烷基酯)(其中烷基基團(tuán)含1-8個(gè)碳原子)、丙烯酸類聚合物共混物、丙烯酸聚合物合金、聚氯乙烯、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(其中該共聚物至多包括40%的丙烯腈聚合物)、聚碳酸酯、聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、聚苯乙烯、聚(苯乙烯-共-甲基丙烯酸甲酯)、聚(α-甲基苯乙烯-共-甲基丙烯酸甲酯)、聚(α-甲基苯乙烯-共-丙烯酸烷基酯)(其中烷基基團(tuán)含1-8個(gè)碳原子)、聚乙酸乙烯酯、聚酯碳酸酯、多芳基化合物、聚醚砜、或聚醚酰亞胺及其混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的車窗模件，其中，所述透明的熱塑性玻璃窗材料與耐沖擊改進(jìn)劑、剛性調(diào)節(jié)劑或其它類似的性能改進(jìn)劑摻合或制成合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的車窗模件，其中，所述車窗模件用作為裝配系統(tǒng)的能量吸收帶連接在機(jī)動(dòng)車上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的車窗模件，其中，車窗模件內(nèi)側(cè)或外側(cè)的切口或凹槽可以提供破裂區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的車窗模件，其中，所述車窗模件用作為裝配系統(tǒng)的選自聚氨酯、硅氧烷、丙烯酸聚合物基化合物、丁基橡膠基化合物、乙烯丙烯的二聚物、多硫化物、熱塑性高彈體、熱固性材料、及其混合物的能量吸收密封劑連接在機(jī)動(dòng)車上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的車窗模件，其中，在車窗模件內(nèi)側(cè)或外側(cè)的切口或凹槽可以提供破裂區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的車窗模件，其中，所述車窗用作為裝配系統(tǒng)的模壓窗框封裝，該模壓窗框連接在車架上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的車窗模件，其中，所述窗框的連接件選自機(jī)械緊固件、粘合帶或粘合密封劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的車窗模件，其中，車窗模件內(nèi)側(cè)或外側(cè)的切口或凹槽可以提供破裂區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的車窗模件，其中，所述車窗用作為裝配系統(tǒng)的滑軌安裝在門(mén)框上
12.根據(jù)權(quán)利要求11的車窗模件，其中，門(mén)框的變形能夠使所述熱塑性車窗保持住乘客。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的車窗模件，其中，車窗模件內(nèi)側(cè)或外側(cè)的切口或凹槽可以提供破裂區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的車窗模件，其中，該車窗的厚度為1.5mm至6.0mm。
15.根據(jù)權(quán)利要求4的車窗模件，其中，所述泡沫塑料帶是一種雙面粘合帶，寬為5-26mm，厚1-7mm，密度為0.3-0.8g/cm3。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的車窗模件，其中，該車窗被著色、染色或作了控制日光的處理。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的車窗模件，其中，耐磨處理材料選自聚硅氧烷、透明的熱固性硅氧烷樹(shù)脂、紫外線固化的涂料、聚氨酯、和金剛石樣的涂料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的車窗模件，其中，涂布的方法選自噴涂、蘸涂、簾流涂布或淋涂技術(shù)、等離子沉積、離子注入、離子輔助噴涂、蒸發(fā)、噴鍍沉積、熱噴涂、或等離子體輔助沉積。
19.根據(jù)權(quán)利要求4的車窗模件，其中，能量吸收帶選自丙烯酸類聚合物、聚氨酯、氯丁橡膠、Velcro、和其混合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求8的車窗模件，其中，所述模壓窗框由熱塑性樹(shù)脂制成，該熱塑性樹(shù)脂選自聚氯乙烯、丙烯酸類聚合物、聚(甲基丙烯酸酰亞胺甲酯)、熱塑性高彈體、乙烯、丙烯和非共軛二烯的三元共聚物、乙烯丙烯的二聚物、聚碳酸酯、或反應(yīng)注塑的聚氨酯。
21.根據(jù)權(quán)利要求5、7、10、或13中任一項(xiàng)的車窗模件，其中，所述切口或凹槽為塑料車窗厚度的10%至80%，所述切口或凹槽由周邊向內(nèi)(1-100mm)設(shè)置，這些切口或凹槽是開(kāi)在車窗周邊1、2、3、4、或更多的側(cè)邊上或其配件上。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的車窗模件，其中，所述塑料車窗采用熱成形、區(qū)域成形、注塑、模壓或噴射模壓法制成。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-20或22中任一項(xiàng)的車窗模件，其中，當(dāng)機(jī)動(dòng)車受碰撞和乘客接觸所述車窗模件時(shí)，頭部傷害標(biāo)準(zhǔn)小于1000，麂皮開(kāi)裂等級(jí)不大于1。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的車窗模件，其中，當(dāng)機(jī)動(dòng)車受碰撞和乘客接觸所述車窗模件時(shí)，頭部傷害標(biāo)準(zhǔn)小于1000，麂皮開(kāi)裂等級(jí)不大于1。
全文摘要
本發(fā)明敘述了塑料車窗及其安裝方法，該車窗的設(shè)計(jì)采用高模量的透明熱塑性塑料并具有耐磨粘合劑涂層。通過(guò)選擇車窗厚度和特殊的裝配技術(shù)，使該熱塑車窗能夠伸展并保持完整，因而不致造成乘客頭部碰撞傷害。該裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)的車窗能夠伸展，并可使車窗安全地從車輛中脫離。車窗的破裂區(qū)會(huì)沿著切割或模壓入車窗的切口破裂，通過(guò)切口破裂，該車窗會(huì)破裂，而碎片會(huì)安全地從窗框上脫離。
文檔編號(hào)B60J10/02GK1096256SQ9311445
公開(kāi)日1994年12月14日 申請(qǐng)日期1993年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月9日
發(fā)明者P·J·雷蒙德, R·W·詹斯, J·J·雷黎 申請(qǐng)人:羅姆和哈斯公司