基于聚碳酸酯的轻质的爆炸减轻层压体体系 |
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| 申请号 | CN201680009414.8 | 申请日 | 2016-02-09 | 公开(公告)号 | CN107407545A | 公开(公告)日 | 2017-11-28 |
| 申请人 | 科思创有限公司; | 发明人 | J.M.罗伦佐; I.普拉特; J.博耶尔; R.A.派尔斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种轻质的爆炸减轻聚 碳 酸酯 层压 体体系，其包括至少一个聚碳酸酯片，所述聚碳酸酯片的一部分被层压至具有玻璃层，所述玻璃层具有所述聚碳酸酯片的厚度的0.25-小于1倍的厚度。所述层压体体系还可以包括将所述体系连接至 建筑物 的 紧 固件 ，布置所述紧固件以防止所述层压体体系在爆炸事件的情况下 破碎 或分离。 | ||||||
| 权利要求 | 1.爆炸减轻聚碳酸酯层压体系，其包括： |
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| 说明书全文 | 基于聚碳酸酯的轻质的爆炸减轻层压体体系[0003] 现在出于图示说明而不是限制的目的，将结合附图描述本发明，其中：图1示出了本发明的层压体体系的计算机模拟，其中在所述体系经历模拟爆炸事件之前，将螺栓连接至板以将其固定住； 图2示出了在所述体系经历模拟爆炸事件之后的图1的层压体体系的计算机模拟，并且示出了板上的各种应力等级；和 图3示出了来自图1的层压体体系的计算机模拟的图，其描绘了在与图2相同的模拟爆炸时和之后板从其原始位置在板中心处的位移。 [0004] 本发明的描述在本文中描述了若干个不同的体系，其可以作为板被连接至建筑物以赋予其防爆性和/或防弹性，以防止对建筑物及其居住者的显著损害。本发明的板包括至少一个一体的聚碳酸酯片、优选被彼此层压和/或彼此粘附性地结合以形成层压体的两个或更多个叠加的聚碳酸酯片。 [0005] 可用于本发明的结构性隔离板中的聚碳酸酯片优选是透明的，但是本发明人考虑了它们可以是半透明的或不透明的情况。用于制备可用于本发明的结构性隔离板中的片材的合适的聚碳酸酯树脂是均聚碳酸酯和共聚碳酸酯(两者均为线性或支化的树脂)及其混合物。 [0006] 所述聚碳酸酯具有优选10,000-200,000、更优选20,000-80,000的重均分子量，并且它们按ASTM D-1238在300℃下的熔体流动速率优选为1-65g/10分钟，更优选为2-35g/10分钟。它们可例如通过已知的两相界面方法由碳酸衍生物（例如光气）和二羟基化合物通过缩聚制备(参见德国专利文件2,063,050；2,063,052；1,570,703；2,211,956；2,211,957和2,248,817；法国专利1,561,518；以及H. Schnell的 专著“Chemistry and Physics of Polycarbonates”, Interscience Publishers, New York, New York, 1964)。 [0007] 在本发明的上下文中，适于制备本发明的聚碳酸酯的二羟基化合物符合以下结构式(1)或(2)。 [0008] 其中：A表示具有1-8个碳原子的亚烷基、具有2-8个碳原子的烷叉基（alkylidene）、具有5-15个碳原子的亚环烷基、具有5-15个碳原子的环烷叉基、羰基、氧原子、硫原子、-SO-或-SO2或符合(3)的基团： e和g都表示数字0-1； Z表示F、Cl、Br或C1-C4烷基，并且如果若干个Z基团是一个芳基中的取代基，则它们可以彼此相同或不同； d表示0-4的整数；并且 f表示0-3的整数。 [0009] 可用于本发明的实践中的二羟基化合物是氢醌、间苯二酚、双-(羟苯基)-烷烃、双-(羟苯基)-醚、双-(羟苯基)-酮、双-(羟苯基)-亚砜、双-(羟苯基)-硫化物、双-(羟苯基)-砜和α,α-双-(羟苯基)-二异丙基苯，以及它们的核烷基化（nuclear-alkylated）的化合物。这些和其他合适的芳族二羟基化合物描述在例如美国专利5,401,826、5,105,004、5,126,428；5,109,076；5,104,723；5,086,157；3,028,356；2,999,835；3,148,172；2,991, 273；3,271,367；和2,999,846中，其内容通过引用并入本文中。 [0010] 合适的双酚的另外的实例是2,2-双-(4-羟苯基)-丙烷(双酚A)、2,4-双-(4-羟苯基)-2-甲基丁烷、1,1-双-(4-羟苯基)-环己烷、α,α'-双-(4-羟苯基)-对-二异丙基苯、2,2-双-(3-甲基-4-羟苯基)-丙烷、2,2-双-(3-氯-4-羟苯基)-丙烷、4,4'-二羟基-联苯、双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-甲烷、2,2-双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-丙烷、双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-硫化物、双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-亚砜、双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-砜、二羟基-二苯甲酮、2,4-双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-环己烷、α,α'-双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-对二异丙基-苯和4,4'-磺酰基二苯酚。 [0011] 特别优选的芳族双酚的实例是2,2-双-(4-羟苯基)-丙烷、2,2-双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-丙烷、1,1-双-(4-羟苯基)-环己烷和1,1-双-(4-羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷。最优选的双酚是2,2-双-(4-羟苯基)-丙烷(双酚A)。 [0012] 可用于生产本发明的结构性隔离板的聚碳酸酯可能在其结构中需要衍生自一种或多种合适的双酚的单元。 [0013] 可用于本发明的实践中的树脂是基于酚酞的聚碳酸酯、共聚碳酸酯和三聚碳酸酯，例如在美国专利3,036,036和4,210,741中所述，其两者都通过引用并入本文。这种并入优选相对于所述基于酚酞的聚碳酸酯、共聚碳酸酯和三聚碳酸酯的结构、成分和成分比而言是具体的。 [0014] 可用于制备本发明的结构性隔离板的聚碳酸酯还可以通过在其中缩合少量(例如，0.05-2.0mol%(相对于双酚))的多羟基化合物支化。这种类型的聚碳酸酯已经被描述在例如德国专利文件1,570,533；2,116,974和2,113,374；英国专利885,442和1,079,821以及美国专利3,544,514中，其通过引用并入本文。以下是可以用于该目的的多羟基化合物的一些实例：间苯三酚；4,6-二甲基-2,4,6-三-(4-羟苯基)-庚烷；1,3,5-三(4-羟苯基)-苯；1,1,1-三-(4-羟苯基)-乙烷；三-(4-羟苯基)-苯基-甲烷；2,2-双-[4,4-(4,4'-二羟基二苯基)]-环己基-丙烷；2,4-双-(4-羟基-1-异丙叉基)-苯酚；2,6-双-(2'-二羟基-5'-甲基苄基)-4-甲基苯酚； 2,4-二羟基苯甲酸； 2-(4-羟苯基)-2-(2,4-二羟基-苯基)-丙烷和1,4-双-(4,4'-二羟基三-苯基甲基)-苯。其他的一些多官能化合物是2,4-二羟基苯甲酸、均苯三酸、氰尿酰氯和3,3-双-(4-羟苯基)-2-氧代-2,3-二氢吲哚。 [0015] 除了上文提及的缩聚方法之外，其他制备本发明的聚碳酸酯的方法是在均相中的缩聚和酯交换。合适的方法公开在美国专利3,028,365； 2,999,846；3,153,008；和2,991,273中，其通过引用并入本文。 [0016] 用于制备聚碳酸酯的优选方法是界面缩聚法。其他合成方法可用于形成本发明的聚碳酸酯，例如美国专利3,912,688中公开的，其通过引用并入本文。合适的聚碳酸酯树脂可以MAKROLON商标商购自例如Covestro LLC，Pittsburgh, Pennsylvania。聚碳酸酯优选以片材或膜的形式用于本发明的结构性隔离板中。合适的聚碳酸酯片还可以商标HYGARD获自Covestro LLC。 [0017] 本发明的板可任选地包括至少一个玻璃层，以赋予额外的防弹性。所述一个或多个玻璃层可被层压至聚碳酸酯片或任意两个聚碳酸酯片之间。此外，在聚碳酸酯片和玻璃层之间还可以存在粘合剂层。所述玻璃可以作为插入物加入，或者沿着聚碳酸酯层的整个长度和/或宽度延伸。 [0018] 以前据信，要求聚碳酸酯的最小一英寸厚度，以赋予体系足够的防爆性。更薄和/或更轻的板是期望的，以降低板的整体成本和重量，以及它们在所连接至的建筑物上各自的重量负荷。然而，以前并不知道如何获得由这样的材料制成的更薄和/或更轻的板。如本文所述，可以生产赋予足够的防爆性或者防爆性和防弹性的更薄和/或更轻的板。 [0019] 在本发明的一个实施方案中，在板中使用了聚碳酸酯和玻璃两者的更薄和更轻的层，以获得厚度为约3/4英寸-约13/16英寸(约1.9cm-约2.1cm)的聚碳酸酯。在创建这样的薄板中遇到的一个问题是横跨整个板施加玻璃。这是因为，当将玻璃施加至聚碳酸酯和粘合剂层压体体系时，该体系可能“弯曲”或翘曲-也就是说，该板不能保持为平坦的。因此，该板不能以传统的方式安装，其或许将无法满足所需的防爆性和防弹性的最低要求水平。 [0020] 然而，已发现调节玻璃厚度与聚碳酸酯厚度之比可以解决当施加至聚碳酸酯和粘合剂层体系时玻璃的弯曲或翘曲问题。具体而言，已经发现，使用较低的玻璃厚度(与聚碳酸酯的厚度成比例)是优选的。具体而言，已发现约小于1-约0.25的玻璃/聚碳酸酯的厚度比是优选的。在本发明的另一个实施方案中，约0.5-约0.7的玻璃/聚碳酸酯的厚度比也是优选的。 [0021] 还已发现最小化板的总厚度是重要的以生产轻质的爆炸减轻聚碳酸酯体系。即，已发现限制具有聚碳酸酯片和玻璃层的层压体体系(其中玻璃的厚度小于聚碳酸酯的厚度)的整体厚度为2.75英寸(7.0cm)或更小。这种层压体体系(具有2.75英寸或更小的厚度)被认为是轻质的。 [0022] 此外，所述板必须仍保持足以维持足够水平的防爆性和/或防爆性和防弹性的量的聚碳酸酯和/或玻璃材料。在本发明的一个优选的实施方案中，所述板厚度为约0.75英寸-约2.75英寸(约1.9cm-约7.0cm)。在本发明的另一个实施方案中，所述板厚度为约1.75英寸-约2.25英寸(约4.4cm-约5.7cm)。在又另一优选的本发明的实施方案中，所述厚度为约2.0英寸(约5.1cm)。 [0023] 在试图使用较薄的板用于防爆性和防弹性时遇到的另一个问题是这样的板与将所述板连接至建筑物的紧固件分离的倾向，因此不能保护它们所连接至的建筑物。即使在与板相关联使用较强的螺栓或其他紧固件的情况下，这个问题看起来也再现。已经发现，这样的螺栓或紧固件的布置可以对所述板抵抗爆炸或弹道攻击的能力具有令人惊奇的效果。具体而言，已经发现将螺栓或其他紧固件布置在距所述板的边缘较大的距离处，以防止板在经历攻击时与紧固件分离。具体地说，当将螺栓或紧固件布置在距所述板的边缘为所述板厚度的至少1.1倍、优选为所述板厚度的1.1-1.6倍、更优选为所述板厚度的1.2-1.5倍的距离处时，已经证明了在本发明的轻质阻挡物上的爆炸的计算机建模是有效的。此外，还已经发现螺栓或其他紧固件之间的距离应当为与它们距离板的边缘至少相同的距离。这是因为，如附图所示，在爆炸力使所述板破裂得足以将其从螺栓或其他紧固件上移位（dislodge）或使板完全碎裂之前，爆炸看起来首先将板从螺栓或其他紧固件拉离。据信，对于具有约3/4英寸-约13/16英寸(约1.9cm-约2.1cm)的聚碳酸酯厚度的板而言，通过以本文所述的方式重新布置螺栓或其它紧固件，所述板将能够承受比现有技术中已知或预期的更大量的爆炸力和/或弹道力。 [0024] 另外，据信，将具有聚碳酸酯层和玻璃层两者的板组合在一起，玻璃层的厚度为聚碳酸酯层厚度的约0.25倍-约小于一倍，优选为约0.5-约0.7，所述板的总厚度为约0.75英寸-约2.75英寸(约1.9cm-约7.0cm)，优选约1.75英寸-约2.25英寸(约4.4cm-约5.7cm)，最优选2.0英寸(约5.1cm)，并且如上所述将螺栓或其他紧固件重新布置成更加远离所述板的边缘，相对于其厚度而言，对所述板的防爆性和/或防弹性具有协同效应。据信，材料和总体厚度的组合、以及螺栓的布置与先前已知或甚至预期相比，产生令人惊讶的防爆性和/或防爆性和防弹性。 [0025] 如图1所示，螺栓连接至具有本发明的厚度的板。图2是爆炸的计算机模拟，其示出了在图1所示的板上的爆炸的应力和这样的应力的可能影响。如图2所示，由于爆炸，所述板以如下方式被爆炸变形，据信螺栓的布置可以对板是否保持在原位产生关键的区别，从而保护建筑物。图3示出了由图2所示的爆炸模拟产生的成功的板弯曲，而不是断裂或分离。 [0026] 玻璃包覆的聚碳酸酯板还可以包括不对称的玻璃包覆的板或绝缘的玻璃包覆的板。如上所述，每个板层可以进一步包括一个或多个。 [0027] 在本发明的以下优选实施方案中总结如下方案：方案1.爆炸减轻聚碳酸酯层压体系，其包括： - 聚碳酸酯片；和 - 玻璃层； 其中所述聚碳酸酯片的至少一部分被层压至所述玻璃层，并且其中所述玻璃层的厚度为所述聚碳酸酯片的厚度的0.25-小于1倍，优选为所述聚碳酸酯片的厚度的0.5-0.7倍。 [0028] 方案2.方案1的爆炸减轻聚碳酸酯层压体系，其中所述聚碳酸酯片具有1.9cm-2.1cm的厚度。 [0029] 方案3.方案1-2中任一项的爆炸减轻聚碳酸酯层压体系，其中所述聚碳酸酯片和所述玻璃层各自为板的组件，并且所述板具有1.9cm-7cm、优选4.4cm-5.7cm的厚度。 [0030] 方案4.方案1-3中任一项的爆炸减轻聚碳酸酯层压体系，其还包括第二聚碳酸酯片。 [0031] 方案5.方案1-4中任一项的爆炸减轻聚碳酸酯层压体系，其中所述聚碳酸酯片和所述玻璃层各自是板的组件，并且所述体系还包括将所述板连接至建筑物的紧固件，所述紧固件位于距所述板的边缘1.1x-1.6x的距离处，优选距所述板的边缘1.2x-1.5x的距离处，其中x为所述板的厚度。 [0032] 方案6.方案1-5中任一项的爆炸减轻聚碳酸酯层压体系，其中所述聚碳酸酯片和所述玻璃层各自是板的组件，并且所述体系还包括将所述板连接至建筑物的紧固件，所述紧固件位于距另一紧固件1.1x-1.6x的距离处，优选距另一紧固件1.2x-1.5x的距离处，其中x为所述板的厚度。 |
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