一种高速机车挡风玻璃及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201410061781.5 | 申请日 | 2014-02-24 | 公开(公告)号 | CN103770799B | 公开(公告)日 | 2016-08-17 |
| 申请人 | 中国建筑材料科学研究总院; 北京航玻新材料技术有限公司; | 发明人 | 穆元春; 张保军; 徐志伟; 左岩; 付静; 刘超英; 张凡; 陈玮; 张洋; 张延芳; 安远; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高速 机车 挡 风 玻璃及其制备方法，所述 挡风玻璃 包括减反膜层；第一化学 钢 化玻璃层，减反膜层涂覆在第一化学钢化玻璃层的一侧；至少一层第二化学化学钢化玻璃层，第二化学钢化玻璃层位于第一化学钢化玻璃层的另一侧；第一化学钢化玻璃层与第二化学钢化玻璃层之间粘结胶 片层 ，第二化学钢化玻璃层之间粘结胶片层；防飞溅层，防飞溅层位于最后一层第二化学钢化玻璃层的外侧，防飞溅层与第二化学钢化玻璃层之间粘结胶片层；第一电热组件，第一电热组件设置在与第一化学钢化玻璃层相 接触 的胶片层内。本发明的高速机车挡风玻璃满足高速机车运行要求，尤其是满足高速机车对安全性的要求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高速机车挡风玻璃，其特征在于，包括 |
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| 说明书全文 | 一种高速机车挡风玻璃及其制备方法技术领域背景技术[0002] 在飞机、火车、汽车和轮船构成的海陆空运输体系中，铁路运输具有运量大、速度快、距离长、成本低、污染小等特点，在与其它运输方式的竞争中逐渐胜出，成为最重要的运输系统；高速铁路能够在更短时间内把大量货物和人员运送到远方，带动铁路沿线、地区甚至全国的经济快速发展，从而成为铁路系统中的佼佼者。到2005年初，世界上已经有25个国家的旅客列车运行速度超过240km/h。目前，国外高铁运行速度通常在300km/h左右，最高运行速度在340km/h左右。这些国家的高速列车挡风玻璃技术水平也处于世界前沿水平。当我国高速列车运行速度低于国外高速列车运行速度时，采用从国外进口挡风玻璃的方法进行弥补，这些问题并不明显；但是随着我国高铁运行速度逐渐提高并且远超国外时，国外没有现成的高铁列车挡风玻璃供我们使用，进口无法解决问题，挡风玻璃的问题日益凸显。另外，我国高速列车居于世界领先水平后，已经从进口国变为出口国，挡风玻璃成为一个必须解决的问题 [0003] 目前，用于国内大部分列车的前挡风玻璃多为低速运行条件下使用的普通安全玻璃，无法满足高速机车，尤其是速度超过380公里/小时的高速机车对安全性的要求。此外，高速机车用前挡风玻璃一般在户外使用，我国北部地区冬季气温低、冰雪多，当冰雪凝结在高速机车用前挡风玻璃表面无法及时清除时，不但影响司机的视野，严重时还会威胁机车的运行安全，严重影响前挡风玻璃的使用寿命。 发明内容[0004] 本发明的目的是提出一种高速机车挡风玻璃。 [0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案： [0006] 一种高速机车挡风玻璃，其包括： [0007] 减反膜层； [0009] 至少一层第二化学钢化玻璃层，所述第二化学钢化玻璃层位于第一化学钢化玻璃层的另一侧；第一化学钢化玻璃层与第二化学钢化玻璃层之间粘结胶片层，第二化学钢化玻璃层之间粘结胶片层； [0010] 防飞溅层，所述防飞溅层位于最后一层第二化学钢化玻璃层的外侧，防飞溅层与第二化学钢化玻璃层之间粘结胶片层； [0011] 电热组件，所述电热组件设置在第一化学钢化玻璃层与第二化学钢化玻璃层之间的胶片层内。 [0012] 如上高速机车挡风玻璃，进一步，所述电热组件包括： [0013] 至少一根电热丝，所述电热丝布设在第一化学钢化玻璃层与第二化学钢化玻璃层之间的粘结胶片层内； [0014] 输入汇流导电条，所述输入汇流导电条与所述电热丝的一端分别电连接；输出汇流导电条，所述输出汇流导电条与所述电热丝的另一端分别电连接；输入导线与输入汇流导电条电连接,且延伸出高速机车挡风玻璃；输出导线与输出汇流导电条电连接,且延伸出高速机车挡风玻璃。 [0015] 如上高速机车挡风玻璃，进一步，所述胶片层为聚氨酯胶片，胶片层的厚度为1.5mm～4mm；所述防飞溅层的厚度为0.5mm～1.5mm。 [0016] 如上高速机车挡风玻璃，进一步，所述化学钢化玻璃层的表面应力为700MPa～900MPa，玻璃厚度为4mm～8mm。 [0017] 如上高速机车挡风玻璃，进一步，所述减反膜涂层为SiO2单层膜、TiO2单层膜、SiO2/TiO2双层膜、TiO2/SiO2双层膜，或SiO2/TiO2/SiO2多层复合膜。 [0018] 如上高速机车挡风玻璃，进一步，所述减反膜涂层的厚度为100nm～500nm。 [0019] 如上高速机车挡风玻璃，进一步，所述电热组件至少包括第一电热组件和第二电热组件两组，所述电热组件之间并联。 [0020] 如上所述的高速机车挡风玻璃的制备方法，包括：分别制备防飞溅层、胶片层、涂覆减反膜层的第一化学钢化玻璃层及第二化学钢化玻璃层，层合所述防飞溅层、胶片层、第一化学钢化玻璃层和第二化学钢化玻璃层； [0021] 第一化学钢化玻璃层与第二化学钢化玻璃层之间的胶片层为首层胶片层，所述首层胶片层的制备过程为：根据高速机车挡风玻璃的设计尺寸裁剪胶片；根据热需求确定电热丝的用量及布局；在胶片上布设电热丝、输入汇流导电条、输出汇流导电条、输入导线及输出导线；将所述输入导线和所述输出导线探出所述首层胶片层； [0022] 将所述首层胶片层铺放到第一化学钢化玻璃层上，使所述输入导线和所述输出导线探出高速机车挡风玻璃，在所述首层胶片层上铺放第二化学钢化玻璃层，第二化学钢化玻璃层上再铺放胶片层；按此方法铺完第二化学钢化玻璃层和胶片层，将防飞溅层铺放在最后一层胶片层上；最后将层合的防飞溅层、胶片层第一化学钢化玻璃层和第二化学钢化玻璃层一同放入真空袋中，抽真空，然后在125℃～130℃温度、1Mpa～1.5Mpa压力下反应1.5h～2.5h，去掉真空袋得到复合式高速机车用前挡风玻璃。 [0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于： [0024] 本发明的高速机车挡风玻璃能够满足高速机车运行要求，尤其是满足速度超过380公里/小时的高速机车对安全性的要求。 [0025] 此外,通过在胶片层设置电热组件，通过导线将电热丝与外界电源连接，实现在不影响高速机车挡风玻璃正常透光的情况下，为前挡风的化学钢化玻璃层进行电加热，从而有效的去除化学钢化玻璃层表面的积雪或冰霜，避免了由于高速机车挡风玻璃表面积雪或结冰霜等原因造成的透光率低、影响司机的视野，严重时还会威胁机车运行安全的问题，延长了高速机车挡风玻璃的使用寿命。附图说明 [0027] 图1为本发明一种实施例的高速机车挡风玻璃示意图； [0028] 图2为本发明一种实施例的电热组件示意图； [0029] 图3为本发明另一种实施例的电热组件示意图。 [0030] 附图中，各标号所代表的部件列表如下： [0031] 1、减反膜层，21、第一化学钢化玻璃层，22、第二化学钢化玻璃层，3、胶片层，4、防飞溅层，5、第一电热组件，51、电热丝，52、输入汇流导电条，53、输入导线，54、输出汇流导电条，55、输出导线，6、第二电热组件。 具体实施方式[0032] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。 [0033] 实施例1 [0034] 如图1所示，为本发明一种实施例的高速机车挡风玻璃，其包括：减反膜层1；第一化学钢化玻璃层21，所述减反膜层1涂覆在所述第一化学钢化玻璃层21的一侧；2层第二化学钢化玻璃层22，所述第二化学钢化玻璃层22位于第一化学钢化玻璃层21的另一侧；第一化学钢化玻璃层21与与其相邻的第二化学钢化玻璃层22之间粘结胶片层3，两层第二化学钢化玻璃层22之间粘结胶片层3；防飞溅层4，所述防飞溅层4位于最后一层第二化学钢化玻璃层22的外侧，防飞溅层4与第二化学钢化玻璃层22之间粘结胶片层3；第一电热组件5，所述第一电热组件5设置在与第一化学钢化玻璃层21相接触的胶片层3内。 [0035] 如图2所示，在本发明的一种实施方式中，所述第一电热组件5包括：并行排布的电热丝51，所述电热丝51布设在与第一化学钢化玻璃层21相接触的胶片层3内；输入汇流导电条52，所述输入汇流导电条52与所述电热丝51的一端分别电连接；输出汇流导电条54，所述输出汇流导电条54与所述电热丝51的另一端分别电连接；输入导线53与输入汇流导电条52电连接,且延伸出高速机车挡风玻璃；输出导线55与输出汇流导电条54电连接,且延伸出高速机车挡风玻璃。 [0036] 当遇到冰雪、冻雨天气时，将高速机车挡风玻璃的输入导线53与外界电源的输出端连接，将输出导线55与所述外界电源的输入端连接,使高速机车挡风玻璃的第一电热组件5与外界电源形成闭合的回路，外界电源提供的电流通过其输出端流入输入导线53，经由输入导线53流入输入汇流导电条52，通过输入汇流导电条52将电流分流至并联的电热丝51，通过电热丝51产生热量，融化覆盖在具有减反膜层1的第一化学钢化玻璃层21上的冰雪；流经电热丝51的电流在输出汇流导电条54汇集，经由输出导线55的回流到外界电源的输入端。 [0037] 较佳的，高速机车挡风玻璃输入导线53与温控器的输出端连接，所述输出导线55与温控器的输入端连接，高速机车挡风玻璃通过所述温控器控制第一电热组件5开启或关闭。 [0038] 列车在高速运行中，如果遇到雨雪等恶劣天气，需要及时清理前挡风表面的积雪、冰霜等，在本发明的一种实施方式中第一加热组件5与温控器连接，可以通过温控器预设温度参数，控制第一电热组件5的加热启动，实现低温下自动除冰雪，尤其适用于环境恶劣的北方地区。 [0039] 减反膜层1用于增加光线的透射，提高机车司机的视野清晰度，减反膜层1是单层的二氧化硅膜(SiO2)或二氧化钛膜(TiO2)，也可以是SiO2/TiO2或TiO2/SiO2双层膜，还可以是SiO2/TiO2/SiO2多层复合膜。由于减反膜涂层的折射率可以连续调节，从而有效地降低本体材料的折射率率，使其具有很高的光线透过率，同时适当的热处理又可以使涂层中的Si-OH(或者Ti-OH)基团聚合成Si-O-Si(或者Ti-O-Ti)的交联网络结构，从而使其耐环境(耐海水、潮湿、酸碱等腐蚀)稳定性好，硬度高；采用复合膜可以进一步提高高速机车挡风玻璃的耐环境稳定性，并降低太阳光在前挡风玻璃表面的反射率。在优选的实施方式中，所述减反膜层1的厚度为100nm～500nm。 [0040] 第一化学钢化玻璃层和第二化学钢化玻璃层按照高速机车挡风玻璃的设计面型制成，其表面应力在700MPa-900MPa，满足380型高速列车的安全要求，同时保证前挡风整体满足设计型线要求；胶片层3粘接于第一化学钢化玻璃层与第二化学钢化玻璃层之间，第二化学钢化玻璃层之间，和最后一层第二化学钢化玻璃层与防飞溅层之间。胶片层3选用耐候性好的聚氨酯胶片。在本发明优选的实施方式中胶片层3的厚度为1.5mm～4mm；防飞溅层4的厚度为0.5mm～1.5mm。 [0041] 本发明实施例提供的高速机车挡风玻璃，通过在胶片层内设置电热丝，通过导线将所述电热丝与外界电源连接，实现在不影响高速机车挡风玻璃正常透光的情况下，为高速机车挡风玻璃进行电加热，从而有效的去除高速机车挡风玻璃外表面的积雪或冰霜，避免了由于高速机车挡风玻璃表面积雪或结冰霜等原因造成的透光率低、影响司机的视野，严重时还会威胁机车的运行安全的现象，延长了高速机车挡风玻璃的使用寿命。 [0042] 实施例2 [0043] 参见图3，本实施例提供了另一种高速机车挡风玻璃，与上述实施例相比，所述高速机车挡风玻璃包括两组电热组件，分别为第一电热组件5和第二电热组件6，设置在与第一化学钢化玻璃层21相接触的胶片层3内，并且所述第一电热组件5和第二电热组件6之间并联。本实施例中第一电热组件和第二电热组件位于高速机车挡风玻璃的不同位置，以高速机车挡风玻璃的竖直中线为界限，第一组电热组件5位于高速机车挡风玻璃的左半部，第二组电热组件位于高速机车挡风玻璃的右半部。第一组电热组件5，其输入导线53与第一温控器的输出端连接，其输出导线55与第一温控器的输入端连接，第一电热组件5通过第一温控器控制；第二电热组件的输入导线与第二温控器的输出端连接，第二电热组件的输出导线与第二温控器的输入端连接，第二电热组件通过第二温控器控制。在其他实施方式中，第二电热组件的数量也可以为两个、三个或更多，可以根据高速机车挡风玻璃的面积大小及具体使用需要确定第二电热组件的数量。 [0044] 由于高速机车挡风玻璃的面积较大，高速列车运营范围较广，因此可能出现列车前挡风部分区域存在积雪、冰霜的现象，通过在所述复合式前挡风上分区域设置第一电热组件和第二电热组件，分别控制各区域的电热组件，可以更有针对性的去除前挡风上的冰雪冰霜，更加节能环保。 [0045] 较佳的，在上述实施例中，所用电热丝的直径为0.1～0.2mm，电热丝的直径过细时在胶片布丝阶段容易断丝，从而造成电热组件无法正常工作；电热丝的直径过粗时，会占用较多的胶片空间，造成胶片层3无法牢固的粘接具有减反膜涂层1的第一化学钢化玻璃层21与第二化学钢化玻璃层22；当电热丝的直径在0.1～0.2mm时，既能保证长期有效的工作，又能保证胶片层具有良好的粘接能力。 [0046] 较佳的，电热丝优选钨电热丝。由于分散在胶片层中的电热丝不便于检修，而高速机车挡风玻璃的使用寿命一般在10年以上，其使用环境又多为恶劣自然环境，因此需要电热丝具有足够的稳定性及耐腐蚀性，钨电热丝塑性较好，在高温使用时其结构不易发生改变，耐腐蚀性强，因此尤其适用于380型高速机车挡风玻璃。 [0047] 较佳的，胶片层3为聚氨酯胶片，其厚度为1.5～4mm，聚氨酯胶片具有良好的耐候性，当其厚度为1.5～4mm时，不仅能够包埋电热丝51还能够满足第一化学钢化玻璃层21与第二化学钢化玻璃层22粘接所需要的粘附力。较佳的，第一化学钢化玻璃层21厚度为8～10mm，化学钢化玻璃不仅具有良好的透过率，而且具有优异的抗冲击强度，8～10mm厚的化学钢化玻璃板具有足够的支撑能力，能够保证高速机车前挡风尽可能的满足设计面型。 [0048] 实施例3 [0049] 本实施例提供了一种高速机车挡风玻璃的制备方法，所述方法包括： [0050] 步骤1：分别制备防飞溅层、胶片层、涂覆减反膜层的第一化学钢化玻璃层及第二化学钢化玻璃层，具体包括： [0051] 1a：制备化学钢化玻璃层： [0052] 1a1:制备具减反膜层的第一化学钢化玻璃层 [0053] 按照高速机车挡风玻璃的设计面型，将玻璃热弯成型，再利用化学钢化技术制备出化学钢化玻璃层，最后采用溶胶-凝胶法制备该减反膜层。主要反应原料为Si(OC2H5)4或Ti(OC2H5)4，通过加入适当配比的溶剂、催化剂，在30～40℃下反应4hr，再在室温下陈化5～20天，最终制备得到SiO2和/或TiO2溶胶。采用高速旋涂法或提拉法将制备得到的纳米多孔SiO2和/或TiO2涂覆到第一化学钢化玻璃层，旋涂或者提拉得到的涂层先在干净、干燥的室温环境中静置1hr，再在50～70℃下预处理30min，最后在100～150℃下热处理4Hr，最终得到具有减反膜涂层(折射率为1.13～1.40(300～2500nm处))的第一化学钢化玻璃层，减反膜涂层的厚度为100～500nm，第一化学钢化玻璃层的厚度优选8～10mm。 [0054] 1a2:制备第二化学钢化玻璃层 [0055] 按照高速机车挡风玻璃的设计面型，将第二化学钢化玻璃层热弯成型，再利用化学钢化技术制备出第二化学钢化玻璃层，第二化学钢化玻璃层的厚度优选4～6mm。 [0056] 1b：制备胶片层：胶片层3选用耐候性好的热熔胶，优选聚氨酯胶片，其具体制备方法包括： [0057] 第一化学钢化玻璃层与第二化学钢化玻璃层之间的胶片层为首层胶片层，所述首层胶片层的制备过程为： [0058] 1b1：根据高速机车挡风玻璃的设计尺寸裁剪胶片，本实施例中胶片优选聚氨酯胶片，其厚度优选为1.5～4mm； [0059] 1b2：根据加热功率需求确定电热丝、输入汇流导电条、输出汇流导电条、输入导线及输出导线的用量及布局： [0060] 本实施例中，仅设计有第一电热组件，第一电热组件中的电热丝均匀分散在与第一化学钢化玻璃层21相接触的胶片层3内，共采用两个汇流导电条及两跟导线，即输入汇流导电条、输出汇流导电条、输入导线及输出导线，输入汇流导电条沿所述电热丝的输入端所在位置设置，输出汇流导电条沿各所述电热丝的输出端所在位置设置，使各电热丝并联，输入导线与输入汇流导电条电连接，输出导线与输出汇流导电条电连接； [0061] 1b3：在与第一化学钢化玻璃层21相接触的胶片层3上布设电热丝、输入汇流导电条、输出汇流导电条、输入导线及输出导线，具体包括： [0062] 用布丝机在所述胶片上布丝： [0063] 根据设计的电热丝数量及布局，调节好布丝机的布丝间距和其他布丝参数；将裁剪好的胶片放置在布丝机的滚筒上，调整好电热丝的曲度，开始布丝，布丝结束后引出电热丝两端的接头； [0064] 在所述胶片上布放所述输入汇流导电条和所述输出汇流导电条，将所述电热丝的一端与所述输入汇流导电条连接，另一端与所述输出汇流导电条连接，具体为： [0065] 将布好丝的胶片平放在操作台上，用导电银浆将输入汇流导电条及输出汇流导电条粘贴在胶片上的预设位置，使电热丝的一端与所述输入汇流导电条粘接，另一端与所述输出汇流导电条粘接； [0066] 将所述输入汇流导电条的输入端与输入导线连接，将所述输出汇流导电条的输出端与输出导线连接； [0067] 电热丝、输入汇流导电条、输出汇流导电条、输入导线及输出导线的布设及连接顺序可以根据需要调整； [0068] 1b4：将所述输入导线和所述输出导线探出所述胶片，得到胶片层。 [0069] 1c:制备防飞溅层：防飞溅层根据所述高速机车挡风玻璃的设计面型制造，防飞溅层较厚，优选0.5～1.5mm，用于提高前挡风玻璃整体的安全性，使高速机车前挡风在受到外界冲击时，保持整体的完整性，同时避免玻璃破裂时产生的碎渣威胁驾驶员的安全； [0070] 步骤2：粘合所述防飞溅层、胶片层及化学钢化玻璃层，具体操作如下： [0071] 将所述首层胶片层铺放到第一化学钢化玻璃层上，使所述输入导线和所述输出导线探出高速机车挡风玻璃，在所述首层胶片层上铺放第二化学钢化玻璃层，第二化学钢化玻璃层上再铺放胶片层；按此方法铺完第二化学钢化玻璃层和胶片层，将防飞溅层铺放在最后一层胶片层上；最后将层合的防飞溅层、胶片层第一化学钢化玻璃层和第二化学钢化玻璃层一同放入真空袋中，抽真空；最后真空袋放入气压釜内，在125～130℃、1.12Mpa下反应1.5h；取出真空袋，放至室温去掉所述真空袋，得到高速机车挡风玻璃。 [0072] 由于胶片层中布有电热丝，在步骤2中，若反应温度过高、反应时间过长，容易导致电热丝游走，偏离设计位置，从而导致高速机车挡风玻璃在使用时出现加热不均甚至出现电热丝局部烧毁断路等现象；若加热温度过低反应时间过短，胶片无法达到最佳粘度，造成化学钢化玻璃层粘接不牢，缩短了高速机车挡风玻璃的使用寿命；在125～130℃、1～1.5Mpa下，反应0.5～1.5h，电热丝能保持设计形态，且胶片具有较好的粘结性。 [0073] 本实施例提供的高速机车挡风玻璃的制作方法，制造出在胶片层设置有电热丝的高速机车挡风玻璃，该高速机车挡风玻璃的电热丝通过导线与外界电源连接，实现在不影响高速机车挡风玻璃正常透光的情况下，为化学钢化玻璃进行电加热，从而有效的去除高速机车挡风玻璃表面的积雪或冰霜，避免了由于前挡风玻璃表面积雪或结冰霜等原因造成的透光率低、影响司机的视野，严重时还会威胁机车的运行安全的现象，延长了高速机车挡风玻璃的使用寿命。本发明实施例提供的方法操作简单，适宜批量化生产，并且可自动化操作、效率高、质量稳定。 [0074] 较佳的，所述高速机车挡风玻璃为380型高速机车用前挡风玻璃。高速机车用前挡风玻璃一般在户外使用，我国北部地区冬季气温低冰雪多，冰雪凝结在高速机车用前挡风玻璃表面无法及时清除时，不但影响司机的视野，严重时还会威胁机车的运行安全，严重影响了前挡风玻璃的使用寿命。因此尤其需要能够自动清除积雪、冰霜的高速机车挡风玻璃。 [0075] 实施例4 [0076] 本实施例提供了另一种高速机车挡风玻璃的制备方法，该方法与实施例3相同，唯一不同的是电热丝及汇流导电条的用量及布局，具体为： [0077] 本实施例中，共设计有两组电热组件，参见图3，以高速机车挡风玻璃的竖直中线为界限，第一电热组件位于高速机车挡风玻璃的左半部，第二组电热组件位于高速机车挡风玻璃的右半部。两个电热组件的设计方法均与实施例3中第一电热组件的设计方法相同，在其他实施例中，第二电热组件的数量也可以为两个以上，可以根据高速机车挡风玻璃的面积大小及具体使用需要确定第二电热组件的数量； [0078] 由于高速机车挡风玻璃的面积较大，高速列车运营范围较广，因此可能出现列车前挡风部分区域存在积雪、冰霜的现象，通过在所述复合式前挡风上分区域设置电热组件，分别控制各区域的电热组件，可以更有针对性的去除前挡风上的冰雪冰霜，更加节能环保。 |
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