專利名稱:用于透明面板的高性能除霜?jiǎng)┑闹谱鞣椒?br>
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及提供在特定范圍內(nèi)的性能的傳導(dǎo)性加熱器格柵設(shè)計(jì),從而使得它易于在除霜塑料和玻璃面板或窗戶上使用。
發(fā)明的簡要背景技術(shù)塑料材料,例如聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)目前用于制造許多機(jī)動(dòng)車部件和組件,例如B-支柱、頭燈和遮陽篷頂。機(jī)動(dòng)車后窗(逆光(backlight))體系代表這些塑料材料的新興有用,這是由于在定型/設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)許多得到證明的優(yōu)點(diǎn)、重量節(jié)約和/可靠度導(dǎo)致的。更具體地說,塑料材料常常提供機(jī)動(dòng)車制造商通過將功能組件集成到模塑的塑料體系內(nèi),降低后窗組件復(fù)雜度,和通過增加總體設(shè)計(jì)與形狀的復(fù)雜度,區(qū)別其車輛與競爭者車輛的能力。使用輕質(zhì)的后部提升式閘門模件可有助于車輛較低的重心(較好的車輛處理性和安全度)以及改進(jìn)的燃料經(jīng)濟(jì)性。最后,當(dāng)牽涉翻車事件時(shí),在具有塑料窗戶的車輛內(nèi)乘客或者旅客保留的較大傾向,進(jìn)一步證明了提高的安全度。
盡管存在與提供塑料窗戶有關(guān)的許多優(yōu)點(diǎn),但這些塑料材料不是沒有限制,這些限制代表在大規(guī)模商業(yè)利用之前必需要解決的技術(shù)障礙。涉及材料性能的局限包括塑料長期暴露于升高的溫度下的穩(wěn)定性和塑料導(dǎo)熱的有限能力。為了用作后窗或者車輛上的逆光,塑料材料必需與除霜?jiǎng)┗蛘叱w系相容。關(guān)于這一點(diǎn),塑料逆光必需滿足為后玻璃窗的除霜而建立的性能標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)考慮導(dǎo)熱時(shí),玻璃和塑料之間的材料性能差別時(shí)相當(dāng)明顯的。玻璃的導(dǎo)熱率(Tc=22.39cal/cm-s-℃)比典型的塑料所顯示的大約4-5倍(例如對于聚碳酸酯來說,Tc=4.78cal/cm-s-℃)。因此,為在玻璃窗上有效地工作而設(shè)計(jì)的加熱器格柵或者除霜?jiǎng)┛赡懿灰欢ㄔ谒芰洗暗某矫嬗行АK芰系膶?dǎo)熱率低可限制熱量從加熱器格柵線越過塑料窗表面耗散。因此,在類似的功率輸出下,在玻璃窗上的加熱器格柵可除去窗戶整個(gè)視野范圍內(nèi)的霜,而在塑料窗上的相同的加熱器格柵可能僅僅除去與加熱器格柵線靠近的一部分視野范圍。
必需克服的玻璃與塑料的第二個(gè)差別涉及通過印刷的加熱器格柵所顯示的導(dǎo)電率。通過相對高軟化溫度(例如,T軟化>>1000℃)證明的玻璃的熱穩(wěn)定性便于金屬糊劑的燒結(jié),在玻璃窗表面上得到基本上無機(jī)的釉料(grit)或者金屬線材。玻璃的軟化溫度顯著大于塑料樹脂顯示的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(例如聚碳酸酯Tg=145℃)。因此,對于塑料窗來說,不可能燒結(jié)金屬糊劑,相反必需在低于塑料樹脂Tg的溫度下固化。
金屬糊劑典型地由分散在聚合物樹脂內(nèi)的金屬顆粒組成,其中所述金屬顆粒將粘結(jié)到它將施加于其上的塑料表面上。金屬糊劑的固化提供傳導(dǎo)性聚合物基體,所述傳導(dǎo)性聚合物基體由分散在整個(gè)導(dǎo)電聚合物內(nèi)的空間上致密的金屬顆粒組成。與在玻璃基底上燒結(jié)的尺寸類似的加熱器格柵線相比,在分散的傳導(dǎo)顆粒之間存在介電層(例如聚合物)導(dǎo)致傳導(dǎo)率下降或者因固化的加熱器格柵線而顯示的阻值增加。印刷在玻璃上的加熱器格柵和印刷在塑料窗上的加熱器格柵的傳導(dǎo)率差別本身表明與玻璃窗相比,塑料窗顯示出差的除霜特征。
因此,工業(yè)上仍需要設(shè)計(jì)以在玻璃窗上進(jìn)行除霜的方式類似的方式,有效地除去塑料窗上霜的加熱器格柵。此外,工業(yè)上仍需要設(shè)計(jì)加熱器格柵,所述加熱器格柵以在玻璃窗上的印刷的加熱器格柵所顯示的相類似的方式,允許印刷的金屬糊劑作為在塑料窗上的除霜?jiǎng)┢鹱饔谩?br>
發(fā)明簡述本發(fā)明提供用于塑料面板或者窗戶的加熱器格柵設(shè)計(jì),其仿效在玻璃面板上常規(guī)的加熱器格柵的性能能除去大于或等于75%視野范圍內(nèi)的霜,。本發(fā)明允許在高度可視的格柵線之間的間距大于在玻璃窗上的加熱器格柵目前使用的25-30mm的常規(guī)間距。由于在塑料面板或者窗戶上優(yōu)異的性能,因此,本發(fā)明的加熱器格柵也可用于增加在玻璃面板或者窗戶上的加熱器格柵的格柵線間距。
在一個(gè)實(shí)施方案中,本發(fā)明提供窗戶組件,其包括透明的面板和與透明面板一體化形成的傳導(dǎo)性加熱器格柵。該傳導(dǎo)性加熱器格柵具有第一組格柵線和第二組格柵線,其中第一組格柵線和第二組格柵線的每一根的相對端連接到第一和第二母線(busbar)上。第二組格柵線位于第一組兩根相鄰的格柵線之間。另外,第二組內(nèi)格柵線本身的寬度小于第一組格柵線內(nèi)的格柵線的寬度。
在另一實(shí)施方案中,本發(fā)明提供窗戶組件,其包括透明面板、傳導(dǎo)性加熱器格柵,和至少一層保護(hù)涂層。傳導(dǎo)性加熱器格柵與具有第一組格柵線和第二組格柵線的透明面板一體化形成,其中第二組內(nèi)的格柵線的寬度小于第一組內(nèi)的格柵線的寬度。保護(hù)性涂層可進(jìn)一步包括層狀結(jié)構(gòu)的多層保護(hù)涂層,以提高對氣候和磨耗的保護(hù)。
在考慮下述詳細(xì)說明和所附權(quán)利要求,以及參考附圖的情況下,本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
附圖簡述
圖1是對于借助(i)在玻璃面板上焙燒的銀糊劑和(ii)在塑料面板上固化的銀油墨形成的常規(guī)的加熱器格柵來說,除霜的視野范圍的百分?jǐn)?shù)作為時(shí)間的函數(shù)的圖表。
圖2a和2b說明了從2a車輛內(nèi)部和2b車輛外部觀察的在窗戶模件內(nèi)布置的玻璃或塑料面板上的垂直取向的加熱器格柵。
圖3說明了從車輛內(nèi)部觀察到的在窗戶模件內(nèi),在玻璃或塑料面板上的水平取向的加熱器格柵。
圖4是比較通過常規(guī)印刷的加熱器格柵、常規(guī)的薄線材加熱器格柵,和結(jié)合薄線材和厚的印刷格柵線顯示的溫度作為時(shí)間的函數(shù)的圖表。
圖5是由在其間具有各種間距水平的第一組格柵線和(在該圖的右側(cè))結(jié)合第一組格柵線和格柵線本身的寬度較小的第二組格柵線的數(shù)個(gè)圖案組成的加熱器格柵試驗(yàn)設(shè)計(jì)的示意圖。
圖6是圖5所示的那部分加熱器格柵試驗(yàn)設(shè)計(jì)(它包括具有各種間距水平的第一組格柵線)來說,除霜的視野范圍的百分?jǐn)?shù)作為時(shí)間的函數(shù)的圖表。還定義了“玻璃狀”性能的范圍。
圖7是圖5所示的那部分加熱器格柵試驗(yàn)設(shè)計(jì)(它包括第一組格柵線和第二組格柵線的結(jié)合)來說,除霜的視野范圍的百分?jǐn)?shù)作為時(shí)間的函數(shù)的圖表。
圖8說明了由各種組合的第一和第二組格柵線組成的加熱器格柵試驗(yàn)設(shè)計(jì),其中第一組和第二組格柵線均具有各種間距水平。
圖9是對于圖8所示的加熱器格柵試驗(yàn)設(shè)計(jì)來說,除霜的視野范圍的百分?jǐn)?shù)作為時(shí)間的函數(shù)的圖表。
發(fā)明詳述優(yōu)選實(shí)施方案的下述說明在性質(zhì)上僅僅是例舉,且決不打算限制本發(fā)明或其應(yīng)用或用途。
發(fā)明人觀察到,使用金屬油墨在塑料面板上形成,隨后根據(jù)制造商的建議固化的常規(guī)的加熱器格柵在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化除霜?jiǎng)┰囼?yàn)中表現(xiàn)差,其中所述試驗(yàn)為評價(jià)在玻璃窗上的加熱器格柵而建立。機(jī)動(dòng)車工業(yè)的試驗(yàn)方案要求在30分鐘的時(shí)間框架內(nèi)75%或更大的視野區(qū)域的除霜。為了在塑料面板上形成的除霜?jiǎng)?shí)現(xiàn)類似于在玻璃10上形成的除霜?jiǎng)┑男阅?,加熱器格柵必需在小于約8分鐘內(nèi)除去大于或等于75%視野區(qū)域內(nèi)的霜。表征窗戶除霜而使用的試驗(yàn)方案是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的,且由SAE(Society of Automotive Engineers)標(biāo)準(zhǔn)J953(93年4月),以及由許多機(jī)動(dòng)車制造商內(nèi)部技術(shù)規(guī)格,例如Volkswagen/Audi技術(shù)規(guī)格#TL 820-45或Ford Motor Company技術(shù)規(guī)格#01.11-L-401充分地公開。表1列出了與SAE標(biāo)準(zhǔn)非常類似的11步方法。
表1
在整個(gè)試驗(yàn)中格柵圖案的溫度不應(yīng)當(dāng)超過70℃,這通過在環(huán)境條件下施加電壓來測定(步驟a)。將窗戶置于寒冷腔室內(nèi),并允許在-18到-20℃下達(dá)成熱平衡(步驟b)。然后對于每m2的表面積來說,在平面或者水平位置內(nèi),在確定的視野范圍(待除霜的區(qū)域)內(nèi)用460ml水噴灑窗戶,并使之在該溫度下平衡額外1小時(shí)(步驟c和d)。然后將窗戶置于垂直位置(步驟e),并記錄在寒冷腔室的環(huán)境內(nèi)的溫度以及風(fēng)速(標(biāo)準(zhǔn)f)。在整個(gè)試驗(yàn)中周期性記錄寒冷腔室的溫度和在該腔室內(nèi)的風(fēng)速。當(dāng)引入鼓風(fēng)機(jī)模件時(shí),在寒冷腔室內(nèi)的最大風(fēng)速確定為440ft/min。為了確立可接受的除霜?jiǎng)┬阅埽瑑?yōu)選這一風(fēng)速水平,這是由于當(dāng)在車輛內(nèi)安裝時(shí)逆光的表面可能遇到的潛在的風(fēng)驟冷所致。
然后通過施加步驟a中確定的電壓到加熱器格柵上,從而打開除霜器(步驟g)。在時(shí)間0處(步驟h)和在整個(gè)試驗(yàn)(步驟i)中測量施加到加熱器格柵上的電壓和電流以及通過加熱器格柵確立的溫度。每三分鐘和在最初熔融或者除霜“分解”(步驟i)時(shí)拍攝視野區(qū)域的圖像?;蛘咴谕瓿?00%的視野區(qū)域的除霜或者在過去40分鐘之后,終止試驗(yàn)(步驟j)。以全部視野區(qū)域的百分?jǐn)?shù)形式定量測定在試驗(yàn)過程中作為時(shí)間的函數(shù)被除霜的視野區(qū)域的數(shù)量(步驟k)。為了加熱器格柵滿足標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)除霜要求,它必需能在30分鐘的時(shí)間框架內(nèi)除去75%確定的視野區(qū)域內(nèi)的霜。為了加熱器格柵模擬在玻璃窗上的常規(guī)加熱器格柵,大于75%確定視野區(qū)域必需在小于或等于8分鐘內(nèi)被除霜。
以上確定了在隨后的實(shí)施例中使用的試驗(yàn)工序以供比較由各種加熱器格柵和除霜器設(shè)計(jì)所顯示的性能。還通過這一工序確立除霜的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)性能標(biāo)準(zhǔn)和滿足或超過常規(guī)除霜器能力的加熱器格柵所需的性能水平。
如圖1所示設(shè)計(jì)常規(guī)的加熱器格柵11。這一簡單的設(shè)計(jì)由六根平行的寬度為1mm和長度為229mm的格柵線13組成。所有格柵線13彼此隔開25mm,在第一或第二母線14處開始和終止。每一母線14寬6mm。制造兩個(gè)相同的加熱器格柵11,一個(gè)格柵在玻璃面板12上,另一個(gè)格柵在聚碳酸酯面板12上。印刷在玻璃面板上的銀糊劑是在機(jī)動(dòng)車工業(yè)中所使用的常規(guī)的銀釉料材料。將這一傳導(dǎo)性材料篩網(wǎng)印刷到玻璃面板12上,隨后在1100℃下燒結(jié)3.5分鐘,于是在玻璃表面上留下銀釉料材料。將含有有機(jī)粘合劑的銀油墨(#11809 2k Silver,CreativeMaterials,Tyngsboro MA)篩網(wǎng)印刷到聚碳酸酯基底12(聚碳酸酯,Makrolon A12647,Bayer AG,Leverkusen,德國)上,隨后在100℃下固化30分鐘。通過使用輪廓儀(profilometry),發(fā)現(xiàn)在每一除霜器上的所得格柵線和母線的厚度數(shù)量級為10-14微米。在聚碳酸酯面板上的加熱器格柵最終施加到聚硅氧烷硬質(zhì)涂層體系(SHP401/AS4000,GE Silicones,Waterford,NY)上,以提供對氣候和磨耗的保護(hù)。根據(jù)表1中所述的工序,測試兩個(gè)除霜器的每一個(gè)和所施加的最大風(fēng)速。
發(fā)現(xiàn)在分別于玻璃和聚碳酸酯上沉積的加熱器格柵內(nèi),需要施加6.24伏特和14.45伏特以確立熱平衡,當(dāng)在環(huán)境空氣溫度(23℃)下測試時(shí),所述熱平衡略微小于最大極限70℃。觀察到在玻璃上的加熱器格柵11在小于8分鐘內(nèi),在-20℃下(空氣溫度)除去視野區(qū)域內(nèi)75%的霜,和在約8分鐘內(nèi)除去大于95%的視野區(qū)域內(nèi)的霜,正如圖1的曲線(i)所示。觀察到在試驗(yàn)條件下,這一除霜器所顯示的最大溫度的數(shù)量級為15.5℃。
相比之下,觀察到在于聚碳酸酯上沉積的除霜?jiǎng)?1在8分鐘內(nèi),在-20℃下(空氣溫度)除去視野區(qū)域內(nèi)21%的霜,而在30分鐘內(nèi)除去小于30%視野區(qū)域內(nèi)的霜,正如圖1的曲線(ii)所示。觀察到在試驗(yàn)條件下,這一除霜器所顯示的最大溫度測量結(jié)果的數(shù)量級為-8.0℃。
這一實(shí)施例證明典型地與玻璃窗一起使用的傳導(dǎo)性材料和常規(guī)的加熱器格柵設(shè)計(jì)對于與塑料窗,例如聚碳酸酯一起使用來說是不可接受的。如圖1所示,固化的銀油墨除去聚碳酸酯面板上霜的能力在相同條件下顯著低于燒結(jié)的銀釉料除去玻璃面板上霜的能力。為了模擬在玻璃上形成的類似加熱器格柵設(shè)計(jì),在塑料面板上形成的除霜?jiǎng)┑男阅苣繕?biāo)確立為在小于約8分鐘內(nèi)使視野區(qū)域的至少75%清澈。
根據(jù)上述可以看出,當(dāng)加熱器格柵在塑料面板或窗戶上一體化成形時(shí),為玻璃面板或窗戶而設(shè)計(jì)的常規(guī)的加熱器格柵,在相同的性能標(biāo)準(zhǔn)下沒有合適地起作用。兩種面板或窗戶以及影響性能的有關(guān)的除霜器體系的主要物理差別是,(1)與玻璃相比,塑料的導(dǎo)熱率(Tc)低,和(2)與在相對低溫(例如,低于塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg)下固化的塑料上的銀糊劑相比,在高溫下燒結(jié)的玻璃上的銀糊劑的導(dǎo)電率較高。已知玻璃的導(dǎo)熱率為22.39car/cm-sec-℃,而塑料所顯示的導(dǎo)熱率低得多(例如,聚碳酸酯的Tc=4.78car/cm-sec-℃)。另外,玻璃的軟化溫度(例如,T軟化>>1000℃)顯著高于塑料所顯示的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(例如聚碳酸酯的Tg=145℃)。
發(fā)明人觀察到與在塑料窗上一體化成形的類似除霜?jiǎng)┫啾?,在玻璃窗上一體化成形的常規(guī)除霜?jiǎng)┰诓AУ娜勘砻嫔巷@示出更均勻的表面溫度。使用熱老化設(shè)備(ThermaCAM S40,F(xiàn)LIR Systems Inc.,Boston,MA),檢驗(yàn)在每一加熱器格柵線上的熱分布,以及每一格柵線之間的間距。發(fā)現(xiàn)在玻璃上的除霜?jiǎng)┑淖畲蟾駯啪€溫度達(dá)到約30℃,而在聚碳酸酯上的除霜?jiǎng)┑母駯啪€的溫度達(dá)到約44℃。發(fā)現(xiàn)格柵線溫度和玻璃基底的表面溫度之間的差值為約2-3℃。發(fā)現(xiàn)格柵線溫度和聚碳酸酯基底的表面溫度之間的差值為約10-15℃。由于與玻璃有關(guān)的導(dǎo)熱率高,因此在格柵線與玻璃表面之間出現(xiàn)小的溫差。類似地,由于與聚碳酸酯有關(guān)的導(dǎo)熱率差或低,因此在格柵線與聚碳酸酯表面之間出現(xiàn)大的溫差。
通過在3mm和1mm的聚碳酸酯片材之間包封加熱器格柵,從而制備薄的線材除霜器。加熱器格柵由彼此隔開約450mm布置的兩根母線組成,且這兩根母線顯示出約400mm的長度和約12mm的寬度。連接每一母線的是隔開約3-4mm的一系列的薄的線材。每一薄的線材的直徑為0.01-0.07mm和長度為450mm。這一加熱器格柵代表數(shù)種可商購的玻璃逆光所使用的常規(guī)薄的線材設(shè)計(jì)。根據(jù)以上所述的11步工序測試薄的線材加熱器格柵的除霜能力2次。第一次試驗(yàn)使用1mm一側(cè)的窗戶作為外表面,而第二次試驗(yàn)使用3mm厚一側(cè)的窗戶作為外表面。當(dāng)加熱器格柵離聚碳酸酯片材的外表面1mm時(shí)(這模擬當(dāng)除霜器靠近窗戶表面上的情況)進(jìn)行除霜試驗(yàn)。當(dāng)加熱器格柵離聚碳酸酯片材的外表面3mm時(shí)(這模擬當(dāng)除霜器在車輛內(nèi)表面上或者其附近時(shí)的情況)進(jìn)行除霜試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)僅僅當(dāng)加熱器格柵靠近窗戶的外表面,并進(jìn)行試驗(yàn)方案的數(shù)種改性時(shí),加熱器格柵才能在小于30分鐘內(nèi)除去聚碳酸酯表面上的霜。基本上,必需施加總計(jì)19伏特到加熱器格柵上,且在試驗(yàn)過程中不可能施加風(fēng)速。當(dāng)根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)除霜方案測試時(shí),由薄的線材組成的加熱器格柵(正如目前在玻璃上發(fā)現(xiàn)的常規(guī)地用于某些加熱器格柵的一樣)沒有有效地充當(dāng)在塑料窗上的加熱器格柵。
本發(fā)明提供加熱器格柵設(shè)計(jì),其中在常規(guī)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)條件下,它允許塑料面板或者窗戶在對于玻璃面板或窗戶所使用的條件內(nèi)能除霜。另外,本發(fā)明的優(yōu)選的加熱器格柵設(shè)計(jì)表明能模擬在玻璃10上的加熱器格柵的性能,亦即在小于約8分鐘內(nèi)除去視野區(qū)域內(nèi)至少75%的霜。由于在塑料面板或窗戶上的優(yōu)異性能,因此包封的加熱器格柵也可用于增加在玻璃面板或窗戶上的加熱器格柵的格柵線間距。
發(fā)明人預(yù)料不到地發(fā)現(xiàn),在塑料面板或窗戶16上的加熱器格柵15(其具有兩組格柵線的組合,其中第一組20具有線寬(W1)和格柵線35的第二組具有較小的線寬(W2),且每一根線的每一端連接到第一25和第二30母線上)顯示出明顯的性能改進(jìn)。第二組的一根或更多根線35位于第一組的相鄰線20之間。取決于面板16的尺寸,加熱器格柵15可含有任何數(shù)量(n)的第一組內(nèi)的格柵線20和第二組35內(nèi)的相應(yīng)數(shù)值(n、n+1、n+2、n+3等等)。
圖2a和2b示出了加熱器格柵15的一個(gè)實(shí)例。在這一特定的實(shí)施例中,格柵線的第一組20和第二組35在玻璃模件45內(nèi)垂直于玻璃或塑料面板16的寬度取向,或者當(dāng)窗戶模件45安裝在車輛內(nèi)時(shí),相對于地面垂直取向。每一格柵線20、35與第一25和第二30母線之間連接,其中每一母線制造至少一個(gè)正或負(fù)的電連接,以便完成電路。所示的實(shí)施例總計(jì)包括在第一組內(nèi)8根格柵線20和在第二組內(nèi)14根格柵線35。位于第一組的相鄰格柵線20之間的第二組中的格柵線35的數(shù)量為2。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明原理的加熱器格柵15的第二個(gè)實(shí)例。在這一特定的實(shí)施例中,第一和第二組格柵線20、35在窗戶模件45內(nèi)平行于玻璃或塑料面板16的寬度取向,或者當(dāng)窗戶模件45安裝在車輛內(nèi)時(shí),相對于地面水平取向。所示的實(shí)施例包括在第一組內(nèi)9根格柵線20和在第二組內(nèi)24根格柵線35。位于第一組的相鄰格柵線35之間的第二組中的格柵線35的數(shù)量為3。
可通過比較覆蓋塑料面板的相同表面區(qū)域的三個(gè)加熱器格柵的性能,從而證明本發(fā)明的加熱器格柵的提高的性能。三個(gè)加熱器格柵包括含有隔開25.4mm的6根平行線(1mm寬)的常規(guī)印刷的加熱器格柵;含有薄的平行線材或長絲(隔開4.0mm,直徑0.01-0.07mm)的常規(guī)加熱器格柵;和結(jié)合印刷的格柵與薄的線材格柵的加熱器格柵。組合加熱器格柵包括隔開25.4mm的6根格柵線20(1mm寬)。第二組格柵線35包括在每一相鄰的格柵線20之間分開約4.0mm均勻地隔開的5根薄的線材(直徑0.01-0.07mm)。印刷和薄的線材加熱器格柵二者代表常規(guī)的加熱器格柵設(shè)計(jì),而組合的加熱器格柵是代表本發(fā)明一個(gè)方面的加熱器格柵設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)例。
一旦在相同的試驗(yàn)條件下施加電壓到每一加熱器格柵上,則發(fā)現(xiàn)與印刷的加熱器格柵或者薄的線材加熱器格柵相比,組合的加熱器格柵以較快的速度增加聚碳酸酯表面的溫度并達(dá)到較高的平衡溫度,正如圖4所示。組合的加熱器格柵在2分鐘內(nèi)增加聚碳酸酯的表面溫度從-18℃到約5℃,且在14分鐘之后在15℃下建立平衡。相比之下,印刷的加熱器格柵和細(xì)線材加熱器格柵在2分鐘內(nèi)分別僅僅增加聚碳酸酯的表面溫度到約-4℃和-2℃,且在14分鐘之后在約4℃和-1℃下建立平衡溫度。這一實(shí)例證明與常規(guī)的加熱器格柵設(shè)計(jì)相比,為包括具有寬度(W1)的第一組格柵和具有較小寬度(W2)的第二組格柵而設(shè)計(jì)的組合的加熱器格柵顯示出性能的顯著改進(jìn)。
發(fā)明人已發(fā)現(xiàn),在第一組內(nèi)的格柵線20之間的距離(D1)與第二組內(nèi)的格柵線35之間的距離(D2)可以變化。設(shè)計(jì)圖5所示的加熱器格柵試驗(yàn)圖案17,以評價(jià)對于加熱器格柵來說根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)除霜試驗(yàn)方案使塑料窗16除霜和模擬在玻璃窗上加熱器格柵的除霜能力所需的格柵線之間的最小間距。每一格柵線20顯示出1.0mm的寬度、200mm的長度和15微米的高度。每一格柵線35的寬度為約0.225mm,長度為200mm和高度為15微米。每一母線25、30的寬度為25mm和長度為439mm以及厚度或者高度為15微米。
使用銀油墨(31-3A,Methode Engineering),將加熱器格柵試驗(yàn)圖案17篩網(wǎng)印刷到聚碳酸酯面板(Lexan,GE Plastics,Pittsfield,MA)上,并在125℃下固化60分鐘。將兩個(gè)(+)電連接到一個(gè)母線25上,且兩個(gè)(-)電連接到第二個(gè)母線30上。然后根據(jù)表1所述的工序測試加熱器格柵。
發(fā)明人已發(fā)現(xiàn),對于加熱器格柵來說,為了以模擬在玻璃面板上常規(guī)加熱器格柵性能的方式在塑料面板16(即聚碳酸酯)上進(jìn)行測試,優(yōu)選間距小于或等于22mm的格柵線20。發(fā)現(xiàn)具有隔開22mm的單一的一組格柵線20的加熱器格柵能在小于或等于8分鐘內(nèi)除去大于或等于約75%格柵線之間的區(qū)域(即視野)內(nèi)的霜,如圖6所示。若進(jìn)一步降低線間距(例如<22mm),則發(fā)現(xiàn)加熱器格柵能在較少的時(shí)間內(nèi)除去視野內(nèi)的霜。若線間距大于約22mm,則發(fā)現(xiàn)加熱器格柵不能在8分鐘的時(shí)間框架內(nèi)除去視野內(nèi)的霜,而8分鐘的時(shí)間框架內(nèi)除霜是為描述代表在玻璃窗或面板上常規(guī)的除霜?jiǎng)┬阅芏捎玫摹?br>
發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),包含具有寬度W1的第一組格柵線20和具有寬度W2的第二組格柵線35的組合的加熱器格柵15設(shè)計(jì)能比包含僅僅一組格柵線的加熱器格柵快速得多地除去大于或等于75%視野內(nèi)的霜。發(fā)現(xiàn)具有隔開25mm的第一組格柵線20和在第一組格柵線之間布置的第二組格柵線35的加熱器格柵在小于或等于8分鐘內(nèi)除去大于75%視野內(nèi)的霜,正如圖7所示。在這一實(shí)例中,在第二組內(nèi)的格柵線的數(shù)量范圍為1-3。相比之下,發(fā)現(xiàn)以上提及的僅僅由隔開25mm的單一的一組格柵線20組成的加熱器格柵要求顯著較大量的時(shí)間除去相同區(qū)域內(nèi)的霜。
上述實(shí)例證明,對于在塑料面板上的加熱器格柵來說,小于或等于22mm的線間距是滿足在玻璃面板上的常規(guī)加熱器格柵性能所列出的除霜標(biāo)準(zhǔn)所需的。這一實(shí)例進(jìn)一步證明,與僅僅由單一的一組格柵線組成的常規(guī)加熱器格柵設(shè)計(jì)相比,由具有寬度為W1的第一組格柵線20和具有寬度為W2的第二組格柵線35組成的加熱器格柵設(shè)計(jì)具有預(yù)料不到的優(yōu)異性能。
進(jìn)一步如下所述,發(fā)明人已發(fā)現(xiàn),在第一組內(nèi)的格柵線20的寬度和在第二組內(nèi)的格柵線35的寬度可以變化,條件是寬度之比(W2/W1)小于或等于約0.5。在這一范圍以外的W2/W1之比可導(dǎo)致或者美學(xué)上令人不悅或者不滿足無阻視野的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的加熱器格柵設(shè)計(jì)。優(yōu)選第一組內(nèi)的格柵線20的寬度(W1)小于或等于約2.0mm和第二組內(nèi)的格柵線35的寬度(W2)小于或等于約0.3mm。在這一優(yōu)選的情況下,W2/W1之比等于或小于約0.2。在第一組內(nèi),以及第二組內(nèi)的格柵線的厚度也可在格柵線的長度上顯示出厚度的變化,以便在一部分格柵線上確立較大的電阻。為了滿足對于逆光來說的聯(lián)邦和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),至少70%的無阻視野是必需的。對于含本發(fā)明的加熱器格柵的窗戶或者面板來說,這可以實(shí)現(xiàn),條件是在第二組內(nèi)的每一格柵線35之間(或者第一組的相鄰格柵線)的無阻視野(A2)與在第一組內(nèi)的格柵線20之間的無阻視野(A1)之比(A2/A1)大于或等于0.7。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)可在沒有犧牲性能的情況下獲得美學(xué)上可接受的加熱器格柵設(shè)計(jì),且優(yōu)選A2/A1之比大于或等于0.8,特別優(yōu)選A2/A1之比大于或等于0.9。
加熱器格柵的總阻值(R總)是窗戶組件45用除霜?jiǎng)┰O(shè)計(jì)的重要參數(shù)。加熱器格柵的總阻值依賴于每一單獨(dú)的格柵線所顯示的阻值。使用方程式1所示的Kirchoff定律,測定在加熱器格柵設(shè)計(jì)中所有格柵線的總阻值,其中R1和R2代表格柵線的阻值,且n1和n2分別代表格柵線20和第二組內(nèi)的格柵線35的數(shù)量。對于每一格柵線組來說,在第一組和第二組內(nèi)的格柵線20、35的線寬差引起對加熱器格柵總阻值的不同的總體影響。為了在采用12伏特電池的電壓下,加熱器格柵通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)除霜試驗(yàn),由第一組和第二組格柵線20、35組成的加熱器格柵的總阻值(R總)優(yōu)選大于約0.2歐姆且小于約2歐姆。對于具有優(yōu)選范圍內(nèi)的總阻值的加熱器格柵來說,所得功率輸出值介于20-1000W/m2,其中對于塑料面板或窗戶來說特別優(yōu)選300-800W/m2。在這一優(yōu)選阻值范圍以外的加熱器格柵可或者要求過大的電壓或電流,以便有效地加熱格柵線和除去窗戶的霜,或者完全不能生成除去窗戶上的霜所需的熱量數(shù)量級。
等式1第一組內(nèi)的格柵線20的電阻(R1)和第二組內(nèi)的格柵線35的電阻(R2)可利用傳導(dǎo)材料的線長(L)、寬度(W)、高度(H)和電阻率(Q)來描述。在方程式2中更詳細(xì)地描述了這一關(guān)系,其中所述方程式2著重于第二組內(nèi)的格柵線35的電阻(R2)與第一組內(nèi)的格柵線20的電阻(R1)之比。傳導(dǎo)材料的電阻率(Q)可表示為或者薄膜(表面)電阻率或者體積(本體)電阻率。薄膜電阻率是作為具有恒定厚度(例如25.4微米或者1mil)的薄膜印刷的導(dǎo)電體的固有性能。薄膜電阻率通常定義為對于在傳導(dǎo)的印刷表面上流過的電流來說,單位長度的壓降與單位寬度的表面電流之比。事實(shí)上,表面電阻率代表正方形的兩個(gè)相對側(cè)之間的電阻。由于表面電阻率的測量與正方形的尺寸無關(guān),因此通常用歐姆/sq(Ω/sq)表示,其中square是無量綱單位。
R2R1=Q2×L2×H1×W1Q1×L1×H2×W2]]>等式2導(dǎo)電體的本體或體積比電阻不同于前面所述的表面或者表面電阻率。對于傳導(dǎo)材料來說,體積電阻率定義為單位厚度上的壓降與單位面積上流過該材料的電流大小之比。體積電阻率(用歐姆-cm(Ω-cm)來表達(dá))提供材料如何通過該材料本體容易地傳導(dǎo)電的指示??赏ㄟ^用體積電阻率除以導(dǎo)體的厚度,從而估計(jì)體積電阻率轉(zhuǎn)化成表面電阻率的數(shù)值。
可制造本發(fā)明的除霜?jiǎng)?5,其中第二組內(nèi)的格柵線35的體積電阻率(Q2)小于、等于或者大于第一組內(nèi)的格柵線20的表面或者體積電阻率。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn),第二組內(nèi)的格柵線35的或者表面或體積電阻率(Q2)優(yōu)選等于或者小于第一組內(nèi)的格柵線20的表面或者體積電阻率(Q1)。在第一組和第二組二者內(nèi)的格柵線20、35可以分別具有小于或等于約0.1歐姆/sq或者約0.0001Ω-cm的任何表面或者體積電阻率。
當(dāng)Q1>Q2時(shí),第二組格柵線35的電阻(R2)與第一組格柵線20的電阻(R1)的優(yōu)選比值小于約1。當(dāng)Q1=Q2時(shí),第二組格柵線35的電阻(R2)與第一組格柵線20的電阻(R1)的優(yōu)選比值小于約15。當(dāng)?shù)谝唤M內(nèi)的格柵線20和第二組內(nèi)的格柵線35或者由相同材料組成,或者第二組內(nèi)的格柵線35由比第一組內(nèi)的格柵線的導(dǎo)電率高的材料組成時(shí),出現(xiàn)這些優(yōu)選的情況。當(dāng)在第一組內(nèi)的格柵線20的形成中使用印刷的金屬糊劑和在第二組內(nèi)的格柵線35的形成中使用薄的金屬線材時(shí),觀察到這一情況(Q1>Q2)的實(shí)例。
可由任何傳導(dǎo)材料或者元件,其中包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的傳導(dǎo)糊劑、油墨、油漆或者膜,以及任何傳導(dǎo)線材或者長絲,形成在第一組或者第二組內(nèi)的格柵線20、35。若傳導(dǎo)元件是線材或長絲,則該線材優(yōu)選由金屬或合金組成,例如,但不限于鉬-鎢、銅、不銹鋼、銀、鎳、鎂或鋁,以及類似物的混合物與合金。若傳導(dǎo)元件是糊劑、油墨或者油漆,則優(yōu)選它們包括分散在聚合物基體內(nèi)的傳導(dǎo)顆粒、薄片或者粉末。這一聚合物基體優(yōu)選是環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚乙酸乙烯酯樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚氨酯樹脂或者類似物的混合物與共聚物。若傳導(dǎo)元件是膜,則優(yōu)選它們包括無機(jī)元素,尤其例如銦、錫或鋅。除了無機(jī)元素以外,傳導(dǎo)膜還可包括一些有機(jī)元素,尤其例如氧或者碳。傳導(dǎo)膜的一些實(shí)例包括銀、銦、氧化錫和摻雜的氧化鋅。
以糊劑、油墨或尤其形式存在的傳導(dǎo)顆粒、薄片或粉末可以由金屬組成,其中包括,但不限于,銀、銅、鋅、鋁、鎂、鎳、錫或類似物的混合物與合金,以及任何金屬化合物,例如金屬二硫?qū)倩铩_@些傳導(dǎo)顆粒、薄片或粉末也可以是本領(lǐng)域已知的任何傳導(dǎo)有機(jī)材料,例如聚苯胺、無定形碳和碳-石墨。盡管任何顆粒、薄片或粉末的粒度可以變化,但優(yōu)選直徑小于約40微米,其中特別優(yōu)選直徑小于約1微米。任何溶劑(它充當(dāng)傳導(dǎo)糊劑、油墨或油漆內(nèi)的載體介質(zhì))可以是提供有機(jī)樹脂溶解度的任何有機(jī)載體的混合物。金屬糊劑、油墨或油漆的實(shí)例包括銀-填充的組合物,其商購于DuPont ElectronicMaterials,Research Triangle Park,NC(5000 Membrane Switch,5029Conductor Composition,5021 Silver Conductor,和5096 SilverConductor)、Acheson Colloids、Port Huron、MI(PF-007和Electrodag SP-405)、Methode Engineering,Chicago,IL(31-1ASilver Composition,31-3A Silver Composition)、CreativeMaterials Inc.,Tyngsboro,MA(118-029 2k Silver)和AdvancedConductive Materials,Atascadero,CA(PTF-12),其中優(yōu)選5000Membrane Switch(DuPont)、31-3A Silver Composition(Methode)和118-029 2k Silver(Creative Materials),這是因?yàn)樗鼈兣c聚硅氧烷硬質(zhì)涂層(SHP401/AS4000 GE Silicones,Waterford,NY)相容。
加熱器格柵在其上一體化形成的窗戶基質(zhì)可以是由熱塑性聚合物樹脂、玻璃氧化物或者其混合物或結(jié)合物組成的任何透明面板16。適合于在本發(fā)明中使用的熱塑性樹脂包括,但不限于,聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚丙烯酸酯樹脂、聚酯樹脂和聚砜樹脂,以及它們的共聚物和混合物。適合于在本發(fā)明中使用的玻璃氧化物的實(shí)例包括任何類型的玻璃,例如SiO2、鈉鈣玻璃、硅鋁酸鹽、B2O3-P2O5、FE1-xBx、Na2O-SiO2、PbO3-SiO2、SiO2-B2O3和SiO2-P2O5??赏ㄟ^使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何技術(shù),例如模塑、熱成形或者擠出,將透明面板形成為窗戶。
可通過使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的將加熱器格柵置于基質(zhì)上的任何方法,將第一組的格柵線20和第二組的格柵線35與透明表面一體化成形。例如,可通過使用篩網(wǎng)印刷技術(shù)、噴墨頭、微量噴灑(micro-spray)涂敷器和高壓粘合劑涂敷器,其中包括,但不限于涌流(streaming)(例如,PrecisionFlo、Graco Inc.Minneapolis,MN)技術(shù)、射流技術(shù)、drip&drag體系、flow-through-felt,以及人工和自動(dòng)化流動(dòng)分配頭,從而將由傳導(dǎo)糊劑、油墨或油漆組成的格柵線施加到基質(zhì)上??赏ㄟ^諸如縫合到基質(zhì)表面內(nèi)或者用層壓粘合劑粘合到表面上的技術(shù),從而施加金屬線材或者長絲。可通過許多技術(shù),尤其例如物理沉積、化學(xué)氣相沉積、濺射、反應(yīng)性濺射和等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積,從而沉積傳導(dǎo)膜??赏ㄟ^任何已知的熱反應(yīng)、催化反應(yīng)或輻射(例如UV或e-束)固化機(jī)理,使傳導(dǎo)糊劑、油墨或油漆與基質(zhì)一體化固化。
第一組和第二組的格柵線20、35的設(shè)計(jì)可以是曲線、直線或者之字形,以及尤其正弦曲線。格柵線20、35可以彼此平行或者略微傾斜、逐漸變細(xì)或者彎曲,這取決于窗戶的尺寸和幾何形狀。加熱器格柵20、35可以或者與窗戶的寬度平行(例如水平)或者與窗戶的寬度垂直(例如直角)地置于面板或者窗戶16上。取決于窗戶的尺寸,加熱器格柵15可含有大于兩個(gè)母線25、30,以便降低在第一組和第二組這兩組內(nèi)的格柵線20、35的長度。格柵線20、35可以置于窗戶16的內(nèi)表面上,窗戶16的外表面上,或者靠近窗戶16的外部或者內(nèi)部表面上。
一體化地置于窗戶16的內(nèi)表面上的加熱器格柵15可以與窗戶16的表面直接接觸或者與作為裝飾性漸變圖像(fade-out)施加到窗戶16的表面上的油墨或者陶瓷釉料接觸地布置,以遮蓋在車輛主體的組裝和內(nèi)部裝潢過程中遇到的缺陷或者公差(tolerance difference),并在視覺上遮蓋在加熱器格柵15的設(shè)計(jì)中所使用的母線25、30的存在。類似地,一體化地置于窗戶16的外表面上的加熱器格柵可以與窗戶16的表面接觸。在這一情況下,裝飾油墨或者陶瓷釉料可置于母線25、30的頂部,以便遮蓋在車輛主體的制造和內(nèi)部裝潢中的缺陷或者公差??呻S后用涂層或者涂布層覆蓋在窗戶16的內(nèi)部或者外部上的加熱器格柵15,其目的是保護(hù)因環(huán)境條件(例如氣候、UV光等)或者磨蝕介質(zhì)(例如刮擦、石頭片等)導(dǎo)致的窗戶16劣化?;蛘呒訜崞鞲駯?5當(dāng)面向車輛內(nèi)部時(shí)可以置于保護(hù)涂層之上,或者當(dāng)面向車輛的內(nèi)部或外部時(shí),可以置于保護(hù)涂層之間。
保護(hù)涂層包括,但不限于,尤其聚硅氧烷硬質(zhì)涂層、聚氨酯涂層、丙烯酸涂層和“玻璃狀”涂層。用“玻璃狀”面漆末道涂布的由或者丙烯酸底漆和聚硅氧烷中間層或者聚氨酯中間層組成的層狀涂層體系也可用于進(jìn)一步提高加熱器格柵與透明面板的保護(hù)。保護(hù)涂層的實(shí)例包括丙烯酸底漆(SHP401,GE Silicones,Waterford,NY)和聚硅氧烷硬質(zhì)涂層(AS4000,GE Silicones)的結(jié)合,以及通過等離子體加強(qiáng)的化學(xué)缺陷沉積(PECVD)而沉積的SiOxCyHz“玻璃狀”膜。層狀涂層體系的實(shí)例是用于塑料上釉的Exatec LLC(Wixom,Michigan)以Exatec500和Exatec900形式提供的丙烯酸/硅氧烷/“玻璃狀”涂層體系??赏ㄟ^浸涂、流涂、噴涂、等離子體加強(qiáng)的化學(xué)缺陷沉積(PECVD)或者本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù),施加保護(hù)涂層。
在保護(hù)涂層的各層之間一體化形成的加熱器格柵是優(yōu)選的方法,這是因?yàn)樗茉谡麄€(gè)窗戶表面上均勻地分配熱量。本發(fā)明的一個(gè)方面包括置于保護(hù)涂層的至少一層之上的加熱器格柵,然后用至少一層額外的保護(hù)涂層末道涂布。例如,傳導(dǎo)性加熱器格柵可置于聚硅氧烷保護(hù)涂層(例如AS4000,GE Silicones)之上,隨后用SiOxCyHz“玻璃狀”膜末道涂布。
可通過表面處理或者氧化這一表面,從而提高在加熱器格柵和加熱器格柵施加到其上的材料表面之間的粘合。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的用作表面處理的技術(shù)包括,但不限于,火焰離子化、電暈放電和大氣等離子體氧化。
可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法,其中包括,但不限于,薄膜插入模塑、模內(nèi)裝飾和層壓,在窗戶16的外表面附近一體化地布置加熱器格柵15。這些方法典型地牽涉施加本發(fā)明的加熱器格柵15到透明材料的薄片或者膜,例如塑料上,或者施加到第二透明材料上。薄的塑料膜或者第二透明面板由聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚砜樹脂和聚乙烯基縮丁醛樹脂(PVB)以及它們的共聚物和混合物組成。
隨后可將透明的片材或者薄膜熱成形為窗戶16的形狀。熱成形的片材然后可置于模具內(nèi),并借助注塑暴露于塑料熔體下,結(jié)果形成塑料面板或者窗戶16。在薄膜插入模塑或者模內(nèi)裝飾中,薄膜和熔融的塑料優(yōu)選一體化地一起熔體粘結(jié)。薄膜和透明面板也可一起層壓或者用粘合劑粘合。加熱器格柵15置于其上的扁平的片材或者薄膜也可含有裝飾油墨圖案(例如漸變的圖像等)以及其它外加的功能。
表2中列出了具有含透明面板16、具有第一和第二母線25、30的加熱器格柵15和至少一層保護(hù)涂層的多層窗戶模件45的優(yōu)選層狀結(jié)構(gòu)的數(shù)個(gè)實(shí)例(a-f)。優(yōu)選在將格柵15置于面板16上之前或者之后(例如,在窗戶模件45的層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的加熱器格柵15之上或者之下),可給透明面板16增加裝飾和其它功能。當(dāng)透明面板16是塑料時(shí),表2所述的優(yōu)選的層狀結(jié)構(gòu)a-d代表可能的層狀結(jié)構(gòu)。在其中透明面板16是玻璃的情況下,表2的產(chǎn)品層狀結(jié)構(gòu)e和f代表優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。相對于當(dāng)在車輛內(nèi)安裝時(shí),表2所述的層狀結(jié)構(gòu)易于在或者窗戶的外表面(a和c)上,在窗戶的外/內(nèi)表面(d和f)附近,或者在窗戶的內(nèi)表面(a、b、c和e)上具有加熱器格柵15。
表2a bc d
e f
給出下述具體實(shí)施例以闡述本發(fā)明,且不應(yīng)當(dāng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1制造圖8所示的加熱器格柵試驗(yàn)圖案18,以評價(jià)根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)除霜試驗(yàn)方案,含在寬度為W1的第一組格柵線20之間不同間距和寬度為W2的不同數(shù)量的第二組格柵線35的各種加熱器格柵設(shè)計(jì)除去塑料窗戶16上的霜的能力,并模擬在玻璃窗戶上加熱器格柵除霜的能力。在這一試驗(yàn)圖案中評價(jià)總計(jì)10種不同的組合。表3中提供了鑒定每一組合的所有測量結(jié)果。更具體地,這一試驗(yàn)圖案評價(jià)在第一組格柵線20之間30mm(a-c)、40mm(d-f)和50mm(g-j)的距離(D1),以及在第一組的相鄰的格柵線20之一之間在第二組格柵線35內(nèi)總計(jì)1條格柵線(a)、2條格柵線(b-e,g)、3條格柵線(f和h)、4條格柵線(i)和5條格柵線(j)。第二組格柵線內(nèi)的格柵線35之間的距離范圍為約8mm(j)-約17mm(g)。還比較之字形格柵線(a,b,d)和相對平行的格柵線(c,e,g)。
使用銀油墨(31-3A,Methode Engineering),將加熱器格柵試驗(yàn)圖案篩網(wǎng)印刷到聚碳酸酯面板16(Lexan,GEPlastics,Pittsfleld,MA)上,并在125℃下固化60分鐘。在第一組和第二組二者內(nèi)的每一格柵線20、35的長度為200mm并發(fā)現(xiàn)厚度(例如高度)為約15微米。第一組(W1)和第二組(W2)內(nèi)的格柵線20、35的寬度分別為1.0mm和200微米。將兩個(gè)(+)電連接到一個(gè)母線25上,且兩個(gè)(-)電連接到第二個(gè)母線30上。使用環(huán)氧銀填充的粘合劑(EP-600,Conductive Compounds,Londonberry,New Hampshire),進(jìn)行電連接,將線材終端粘結(jié)到母線上。兩個(gè)母線25、30的長度為439mm、寬度為25mm和厚度(高度)為約15微米。然后根據(jù)表1所述的工序測試加熱器格柵18。
表3ab c d e f ghi j
發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),含有寬度為W1的第一組格柵線20和寬度為W2的第二組格柵線35的加熱器格柵設(shè)計(jì)能以模擬在玻璃面板上常規(guī)加熱器格柵的性能的方式除去大于或等于75%視野內(nèi)的霜。發(fā)現(xiàn)第一組格柵線20和第二組格柵線35的所有組合(a-j)能在小于或等于8分鐘內(nèi)除去大于75%的霜,正如圖9所示。在這一實(shí)例中,在第二組內(nèi)的格柵線35的數(shù)量范圍為1-5。另外,發(fā)現(xiàn)之字形或者曲線格柵線當(dāng)用作第二組格柵線時(shí),顯示出與由筆直的格柵線組成的第二組格柵線所觀察到的性能相類似的性能。
這一實(shí)施例證明第一組格柵線20之間的距離可以變化,且可比在玻璃窗戶上的常規(guī)的加熱器格柵所使用的距離大25-30mm。這一實(shí)施例進(jìn)一步證明在第一組的相鄰格柵線20之間的第二組格柵線35的數(shù)量可以是1或更多。
這一實(shí)施例進(jìn)一步證明,對于具有不同寬度,分別W1和W2的第一組格柵線20和第二組格柵線35的組合來說,不同的物理和電參數(shù)的優(yōu)選范圍。特別地,這一實(shí)施例證明W2/W1之比應(yīng)當(dāng)小于0.5(其中小于約0.2是優(yōu)選的比值),D1/D2之比大于約2,A2/A1之比大于0.7,其中優(yōu)選大于約0.8,和特別優(yōu)選大于0.9。單獨(dú)的線寬W1和W2分別優(yōu)選小于約2.0mm和0.3mm。單獨(dú)的距離,D1和D2優(yōu)選分別大于約25mm和小于約22mm。
這一實(shí)施例進(jìn)一步證明由第一組格柵線和第二組格柵線組成的多套格柵線組成的加熱器格柵的總阻值優(yōu)選在約0.2歐姆到2歐姆范圍內(nèi)。在這一實(shí)施例中,電阻率值Q1和Q2,對于薄膜電阻率來說,在小于或等于約0.1Ω/sq的優(yōu)選范圍內(nèi),和對于體積電阻率來說為0.0001Ω-cm。此外,這一實(shí)施例證明當(dāng)?shù)谝唤M格柵線內(nèi)的格柵線的電阻率等于第二組格柵線內(nèi)的格柵線的電阻率(Q1=Q2)時(shí),優(yōu)選R1/R2之比小于約15。
實(shí)施例2-用于塑料機(jī)動(dòng)車逆光的加熱器格柵設(shè)計(jì)含8個(gè)第一組和8個(gè)第二組格柵線的加熱器格柵用于機(jī)動(dòng)車的逆光,正如圖3所示。第一組內(nèi)的每一條格柵線和第二組的格柵線分別顯示出1.25mm的寬度(W1)和0.225mm的寬度(W2)。第二組的每一格柵線由三條格柵線組成。在第一組內(nèi)的格柵線(L1)和第二組的格柵線(L2)的長度均為約616mm。所有格柵線相對彼此平行,且在第一組內(nèi)的格柵線的距離(D1)為約50mm和在第二組內(nèi)的格柵線之間的距離(D2)為約12.5mm。第一組(R1)和第二組(R2)內(nèi)的格柵線的電阻分別為12.5歐姆和69.5歐姆。測定比值(W2/W1)、(D1/D2)、(R2/R1)和(A2/A1)分別為0.18、4.0、5.56和0.956。
使用銀油墨(31-3A,Methode Engineering),將加熱器格柵試驗(yàn)圖案篩網(wǎng)印刷到聚碳酸酯窗戶(Lexan,GE Plastics,Pittsfield,MA)上,并在125℃下固化60分鐘。將加熱器格柵置于聚碳酸酯窗戶上,以便當(dāng)窗戶安裝在車輛內(nèi)時(shí),所有組格柵線平行于窗戶的寬度或者相對于地面水平。發(fā)現(xiàn)在第一組和第二組內(nèi)的每一格柵線的厚度(例如高度)為約12.5微米。兩個(gè)母線連接第一組和第二組內(nèi)的每一格柵線的一端。兩個(gè)母線的長度為400mm、寬度為25mm和厚度(高度)為約25微米。格柵線中第一組(Q1)和第二組(Q2)的薄膜電阻率的數(shù)量級均為0.020Ω/sq。
將加熱器格柵和塑料窗戶熱成形為使窗戶適配到機(jī)動(dòng)車車身內(nèi)所需的復(fù)雜曲線。在這一工藝步驟中,當(dāng)與具有所需窗戶形狀的成形體接觸時(shí),聚碳酸酯面板在真空下接受略高于該聚合物Tg的溫度。然后,根據(jù)制造商關(guān)于流涂施加工藝的說明書,用丙烯酸底漆(SHP401,GESilicones,Waterford,NY)和聚硅氧烷涂料(AS4000,GE Silicones)涂布熱成形的窗戶。最后,使用等離子體加強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積,在窗戶表面上沉積“玻璃狀”層(即SiOxCyHz),以便提高窗戶對磨蝕的抗性。然后修整塑料面板成使開口適配到機(jī)動(dòng)車車身內(nèi)所需的逆光或者窗戶的尺寸。
然后將兩個(gè)(+)電連接到一個(gè)母線上,且兩個(gè)(-)也電連接到第二個(gè)母線上。使用環(huán)氧銀填充的粘合劑(EP-600,Conductive Compounds,New Hampshire),進(jìn)行電連接,將線材終端粘結(jié)到母線上。然后根據(jù)表1所述的工序測試加熱器格柵。
發(fā)明人已發(fā)現(xiàn),這一加熱器格柵能以模擬在玻璃窗戶上常規(guī)的加熱器格柵的性能的方式除去真實(shí)的逆光的大于75%視野內(nèi)的霜。發(fā)現(xiàn)當(dāng)施加12伏特的電壓到窗戶上時(shí),這一加熱器格柵能在小于或等于6分鐘內(nèi)除去大于75%視野內(nèi)的霜。除霜器的功率輸出值測定為321W/m2(在12伏特下),且總阻值(R總計(jì))為0.87歐姆。
這一實(shí)施例證明含多個(gè)第一組和第二組格柵線的加熱器格柵能以在玻璃窗戶上加熱器格柵所預(yù)期的類似方式除去塑料窗戶上的霜。這一實(shí)施例進(jìn)一步證明使用測定在本發(fā)明所述范圍內(nèi)的物理和電參數(shù),進(jìn)行窗戶的除霜。這一實(shí)施例進(jìn)一步證明制造含具有第一組和第二組格柵線的加熱器格柵的窗戶的一種可能的工藝。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)前面的說明會(huì)意識(shí)到,可在沒有脫離下述權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍的情況下,進(jìn)行改性和改變。本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步會(huì)意識(shí)到在優(yōu)選實(shí)施方案中所述的所有測量結(jié)果是可通過各種不同的試驗(yàn)方法獲得的標(biāo)準(zhǔn)測量結(jié)果。在實(shí)施例中所述的試驗(yàn)方法代表僅僅一種可獲得的方法以獲得每一個(gè)所要求的測量結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種窗戶組件,其包括透明面板;和與透明面板一體化形成的傳導(dǎo)性加熱器格柵,該加熱器格柵具有第一組格柵線和第二組格柵線,其中第一組格柵線和第二組格柵線的相對端連接到第一和第二母線上;第二組格柵線中至少一條位于第一組相鄰的格柵線之間;和其中第二組內(nèi)的格柵線的寬度(W2)小于第一組內(nèi)的格柵線的寬度(W1)。
2.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第二組內(nèi)的格柵線的寬度(W2)與第一組內(nèi)的格柵線的寬度(W1)之比小于或等于約0.5。
3.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第二組內(nèi)的格柵線的寬度(W2)與第一組內(nèi)的格柵線的寬度(W1)之比小于或等于約0.2。
4.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第二組內(nèi)的格柵線的寬度(W2)小于或等于約300微米。
5.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第一組內(nèi)的格柵線的寬度(W1)小于約2.0mm。
6.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第二組中相鄰格柵線的距離(D2)小于約20mm。
7.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第一組中相鄰格柵線的距離(D1)大于約25mm。
8.權(quán)利要求7的窗戶組件,其中第一組內(nèi)的格柵線之間的距離(D1)與第二組內(nèi)的相鄰格柵線之間的距離(D2)之比大于或等于2。
9.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第二組內(nèi)格柵線之間的透明區(qū)域(A2)與第一組內(nèi)格柵線之間的透明區(qū)域(A1)之比大于或等于0.7。
10.權(quán)利要求9的窗戶組件,其中第二組內(nèi)格柵線之間的透明區(qū)域(A2)與第一組內(nèi)格柵線之間的透明區(qū)域(A1)之比大于或等于0.8。
11.權(quán)利要求10的窗戶組件,其中第二組內(nèi)格柵線之間的透明區(qū)域(A2)與第一組內(nèi)格柵線之間的透明區(qū)域(A1)之比大于或等于0.9。
12.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中加熱器格柵的總阻值(R總)范圍為約0.2歐姆到約2.0歐姆。
13.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中加熱器格柵的功率輸出值范圍為約20-約1000W/m2。
14.權(quán)利要求13的窗戶組件,其中功率輸出值范圍為約300-約800W/m2。
15.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第一組內(nèi)的格柵線的電阻率(Q1)與第二組內(nèi)的格柵線的電阻率(Q2),以表面電阻率表示,小于或等于0.1Ω/sq,和以體積電阻率表示小于或等于0.0001Ω-cm。
16.權(quán)利要求15的窗戶組件,其中電阻率(Q1)大于電阻率(Q2)。
17.權(quán)利要求16的窗戶組件,其中第二組內(nèi)的格柵線的阻值(R2)與第一組內(nèi)的格柵線的阻值(R1)之比小于約1。
18.權(quán)利要求15的窗戶組件,其中電阻率(Q1)約等于電阻率(Q2)。
19.權(quán)利要求18的窗戶組件,其中第二組內(nèi)的格柵線的阻值(R2)與第一組內(nèi)的格柵線的阻值(R1)之比小于約15。
20.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第一組和第二組內(nèi)的格柵線包括以傳導(dǎo)糊劑、油墨、油漆、薄膜、線材或長絲形式施加的材料。
21.權(quán)利要求20的窗戶組件,其中該材料包括分散在有機(jī)樹脂和溶劑內(nèi)的至少一種金屬顆粒、薄片或粉末。
22.權(quán)利要求21的窗戶組件,其中金屬顆粒、薄片或粉末是含銀、銅、鋅、鋁、鎂、錫、金屬二硫?qū)倩锏慕M中的一種,或者類似物的混合物與合金。
23.權(quán)利要求21的窗戶組件,其中有機(jī)樹脂是含環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚乙酸乙烯酯樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚氨酯樹脂,或者類似物的混合物與共聚物的組中的一種。
24.權(quán)利要求20的窗戶組件,其中傳導(dǎo)線材或者長絲由含鉬-鎢、銅、不銹鋼、銀、鎳、鎂、鋁中的組中的一種,及其混合物與合金制成。
25.權(quán)利要求15的窗戶組件,其中傳導(dǎo)膜包括選自銦、錫和鋅中的無機(jī)元素。
26.權(quán)利要求25的窗戶組件,其中傳導(dǎo)膜包括與氧、碳混合的無機(jī)元素,或其結(jié)合。
27.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中透明面板是塑料面板。
28.權(quán)利要求27的窗戶組件,其中塑料面板由選自聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚丙烯酸酯樹脂、聚酯樹脂或聚砜樹脂,其共聚物與混合物中的材料形成。
29.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中透明面板是玻璃面板。
30.權(quán)利要求29的窗戶組件,其中玻璃面板由選自SiO2、鈉鈣玻璃、硅鋁酸鹽、B2O3-P2O5、FE1-xBx、Na2O-SiO2、PbO3-SiO2、SiO2-B2O3或SiO2-P2O5及其混合物中的一種形成。
31.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第一組的格柵線和第二組的格柵線具有曲線、直線、之字形、正弦曲線、逐漸變細(xì)或者彎曲的幾何形狀。
32.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第一組的格柵線和第二組的格柵線與窗戶組件的寬度相對平行。
33.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中第一組的格柵線和第二組的格柵線與窗戶組件的寬度垂直。
34.權(quán)利要求1的窗戶組件,進(jìn)一步包括施加到透明面板上的至少一層保護(hù)涂層,以提高耐候性和耐磨性。
35.權(quán)利要求34的窗戶組件,其中保護(hù)涂層包括多層保護(hù)層。
36.權(quán)利要求35的窗戶組件,其中保護(hù)層選自用“玻璃狀”面漆末道涂布的丙烯酸底漆、聚硅氧烷夾層和聚氨酯夾層。
37.權(quán)利要求35的窗戶組件,其中加熱器格柵位于保護(hù)涂層的各層之間。
38.權(quán)利要求37的窗戶組件,其中使用選自火焰離子化、電暈放電或等離子體氧化中的一種,處理保護(hù)涂層的表面,以便提高與加熱器格柵的粘合。
39.權(quán)利要求34的窗戶組件,其中加熱器格柵在保護(hù)涂層之上。
40.權(quán)利要求39的窗戶組件,其中加熱器格柵位于與第一透明面板成一體的塑料膜之下。
41.權(quán)要求40的窗戶組件,其中塑料薄膜是聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚丙烯酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚砜樹脂、聚乙烯基縮丁醛樹脂(PVB),和它們的共聚物與混合物中的至少一種。
42.權(quán)利要求40的窗戶組件,其中加熱器格柵位于與第一透明面板一體化的第二透明面板之下。
43.權(quán)利要求42的窗戶組件,其中第二透明面板是聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚丙烯酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚砜樹脂、聚乙烯基縮丁醛樹脂(PVB),和它們的共聚物與混合物中的至少一種。
44.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中加熱器格柵在透明面板的表面上。
45.權(quán)利要求1的窗戶組件,其中加熱器格柵在透明面板內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種窗戶組件,其具有透明面板和與該透明面板一體形成的傳導(dǎo)性加熱器格柵。該傳導(dǎo)性加熱器格柵具有第一組格柵線和第二組格柵線,其中每一組的相對端與第一和第二母線相連。第二組的格柵線位于第一組的相鄰格柵線之間,且第二組內(nèi)的格柵線本身的寬度小于第一組內(nèi)的格柵線的寬度。
文檔編號H05B3/84GK1998267SQ200580015966
公開日2007年7月11日 申請日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月17日
發(fā)明者K·D·韋斯 申請人:埃克阿泰克有限責(zé)任公司