具有改善的边缘强度的玻璃层压结构
阅读：1031发布：2020-07-07
专利汇可以提供具有改善的边缘强度的玻璃层压结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 层压 结构，其具有第一玻璃层、第二玻璃层以及至少一个介于所述第一和第二玻璃层之间的 聚合物 中间层 。所述聚合物中间层可包含第一区域和第二区域，所述第一区域具有第一 弹性模量 ，所述第二区域具有第二弹性模量。所述第二弹性模量可大于所述第一弹性模量。在一些实施方式中，所述第一区域可以是所述聚合物中间层的中心区域，所述第二区域可以是所述聚合物中间层的外围区域，其包围所述第一区域。，下面是具有改善的边缘强度的玻璃层压结构专利的具体信息内容。
1.一种层压结构，其包含：
第一玻璃层；
第二玻璃层；以及
至少一个介于所述第一和第二玻璃层之间的聚合物中间层，
其中，所述聚合物中间层包含第一区域和第二区域，所述第一区域具有第一弹性模量，所述第二区域具有第二弹性模量。
2.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第二弹性模量大于所述第一弹性模量。
3.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第一区域是所述聚合物中间层的中心区域，所述第二区域是所述聚合物中间层的外围区域，所述外围区域包围所述第一区域。
4.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第一区域的弹性模量为大约15MPa、在大约1MPa～大约20MPa之间、或在2～大约15MPa之间。
5.如权利要求1或4所述的层压结构，其特征在于，所述第二区域的弹性模量大于大约
25MPa、在25MPa～90MPa之间、大于大约30MPa、大于大约50MPa、为大约75MPa、大于大约
90MPa、大于大约100MPa、大于大约500MPa、大于大约1GPa、大于大约2GPa、在大约1GPa～大约4GPa之间、大于大约4GPa、或在大约100MPa～大约4GPa之间。
6.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第二区域的宽度是可变的。
7.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第二区域的宽度是基本上恒定的。
8.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第一玻璃层是经过化学强化的玻璃，所述第二玻璃层是未经化学强化的玻璃。
9.如权利要求8所述的层压结构，其特征在于，所述第一玻璃层在所述第二玻璃层的外部。
10.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第一玻璃层是经过化学强化的玻璃，所述第二玻璃层是经过化学强化的玻璃。
11.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第一玻璃层是未经化学强化的玻璃，所述第二玻璃层是经过化学强化的玻璃。
12.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第一和第二玻璃层的厚度选自不超过1.5mm的厚度、不超过1.0mm的厚度、不超过0.7mm的厚度、不超过0.5mm的厚度、在大约
0.5mm～大约1.0mm范围内的厚度、大约0.5mm～大约0.7mm的厚度。
13.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第一和第二玻璃层的厚度不同。
14.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第一和第二玻璃层的组成不同。
15.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述聚合物中间层的第一区域包含选自聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚碳酸酯、隔音PVB、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)、离子交联聚合物、热塑性材料以及它们的组合中的材料。
16.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述聚合物中间层的第二区域包含选自聚氨酯、硫化橡胶、聚酯材料、离子交联聚合物、(苯)酚-甲醛、脲-甲醛、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酯类、聚氰脲酸酯、酯类、树脂、环氧树脂、交联聚合物、强化聚合材料、双组份环氧树脂、双组份氨基甲酸酯、双组份丙烯酸类、双组份硅酮、湿份固化的氨基甲酸酯和环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、三聚氰胺甲醛、醇酸树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、可光固化或电子束固化的聚合物以及它们的组合中的材料。
17.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述聚合物中间层具有大约0.4～大约
1.2mm的厚度。
18.如权利要求17所述的层压结构，其特征在于，所述聚合物中间层的厚度为大约
0.8mm。
19.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述结构具有大于1m2的面积。
20.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述结构为汽车挡风玻璃、天窗或盖板。
21.如权利要求1所述的层压结构，其特征在于，所述第一和第二玻璃层的一个或多个表面经过酸蚀刻。
22.一种层压结构，其包含：
第一玻璃层；
第二玻璃层；以及
介于所述第一和第二玻璃层之间的中间层，
其中，所述中间层包含第一区域和第二区域，所述第一区域具有第一弹性模量，所述第二区域具有第二弹性模量。
23.如权利要求22所述的层压结构，其特征在于，所述第二弹性模量大于所述第一弹性模量。
24.如权利要求22所述的层压结构，其特征在于，所述第一区域是所述中间层的中心区域，所述第二区域是所述中间层的外围区域，该外围区域包围所述第一区域。
25.如权利要求22所述的层压结构，其特征在于，所述中间层的第一区域包含选自聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚碳酸酯、隔音PVB、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)、离子交联聚合物、热塑性材料以及它们的组合中的材料。
26.如权利要求22所述的层压结构，其特征在于，所述中间层的第一区域包含选自聚氨酯、硫化橡胶、聚酯材料、离子交联聚合物、(苯)酚-甲醛、脲-甲醛、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酯类、聚氰脲酸酯、酯类、树脂、环氧树脂、交联聚合物、强化聚合材料、双组份环氧树脂、双组份氨基甲酸酯、双组份丙烯酸类、双组份硅酮、湿份固化的氨基甲酸酯和环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、三聚氰胺甲醛、醇酸树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、可光固化或电子束固化的聚合物以及它们的组合中的材料。
27.如权利要求25所述的层压结构，其特征在于，所述中间层的第二区域包含选自聚氨酯、硫化橡胶、聚酯材料、离子交联聚合物、(苯)酚-甲醛、脲-甲醛、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酯类、聚氰脲酸酯、酯类、树脂、环氧树脂、交联聚合物、强化聚合材料、双组份环氧树脂、双组份氨基甲酸酯、双组份丙烯酸类、双组份硅酮、湿份固化的氨基甲酸酯和环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、三聚氰胺甲醛、醇酸树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、可光固化或电子束固化的聚合物以及它们的组合中的材料。
28.如权利要求22、25或26所述的层压结构，其特征在于，所述中间层的所述第二区域包含玻璃材料。
具有改善的边缘强度的玻璃层压结构
[0001] 背景
[0003] 玻璃层压件可被用作建筑物和车辆或运输应用中的窗户和窗用玻璃，包括在汽车、机动车辆、机车和飞机中。玻璃层压件还可用作栏杆和楼梯中的玻璃嵌板，以及用作墙壁、柱子、电梯轿厢、厨房电器及其他应用中的装饰板或盖板。如本文所用，窗用玻璃或层压玻璃结构可以是用于窗户、面板、墙壁、罩壳、标牌或其他结构的透明、半透明、部分透明或不透明的部件。建筑物和/或车辆应用中所使用的窗用玻璃的常见类型包括明净的层压玻璃结构和着色的层压玻璃结构。
[0004] 常规的汽车窗用玻璃构造包括两层2mm的钠钙玻璃和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中间层。这些层压构造具有某些优势，包括低成本、足以应用于汽车和其他应用的抗冲击性。然而，由于它们的抗冲击性有限且重量更重，这些层压件表现出糟糕的性能特征，包括当受到路边碎石撞击、人为敲击及其他物体冲击时发生破裂的概率更高、以及对于各种车辆来说燃油效率更低。
[0005] 在重视强度的应用(例如上述汽车应用)中，常规玻璃的强度可通过多种方法提高，包括涂层、热钢化和化学强化(离子交换)。热钢化一般用于厚的整体式玻璃板，其优点是穿过玻璃表面而产生厚的压缩层，通常达到整个玻璃厚度的20～25％。然而，该压缩应力相对较低，通常小于100MPa。另外，对于较薄的玻璃，如厚度小于大约2mm的玻璃，热钢化的效果变得越来越差。
[0006] 汽车窗用玻璃层压件的失效模式可以是由于在制造、运输、安装以及在使用过程中的弯曲而从边缘处发生破裂。由于引发破裂所需的负荷通常是厚度平方的函数，因此常规的窗用玻璃层压件通常被限制为在层压结构中使用相对厚的玻璃板，例如各玻璃板的厚度为大约1.6mm～2.0mm。
[0007] 然而，在产业中存在以下需求，即提供更薄、更轻的、具有例如轻质、高强度的优异特性的、以及与常规玻璃层压结构相比具有改善的边缘强度性能的玻璃层压结构。
[0008] 发明概述
[0009] 本发明的实施方式总体上涉及生产经过离子交换的玻璃的方法，例如具有中等压缩应力、高压缩层深度和/或所需中心张力特征的玻璃。其它实施方式提供了具有经过层压、钢化的玻璃的汽车窗用玻璃或层压件。
[0010] 本发明的玻璃层压结构可配置成包含一个或多个经过化学强化的窗格玻璃。本发明的一些实施方式包含经过化学强化的外部窗格玻璃和未经化学强化的内部窗格玻璃。本发明的其它实施方式包含经过化学强化的内部窗格玻璃和未经化学强化的外部窗格玻璃。本发明的其它实施方式可包含经过化学强化的外部和内部窗格玻璃。当然，一些实施方式可包含未经化学强化的外部和内部窗格玻璃。如本文所定义，当使用玻璃层压件时，外部玻璃板会靠近环境或与环境接触，而内部玻璃板会靠近结合有该玻璃层压结构的结构或车辆(例如汽车)的内部(例如箱体)或与之接触。一些实施方式提供了具有高弯曲强度的玻璃层压结构，所述弯曲强度随着围绕该玻璃层压结构外围的有效层压系数的局部增大而变化。
[0011] 在一些实施方式中，提供了具有第一玻璃层、第二玻璃层以及至少一个介于第一和第二玻璃层之间的聚合物中间层的层压结构。所述聚合物中间层可包含第一区域和第二区域，所述第一区域具有第一弹性模量，所述第二区域具有第二弹性模量。
[0012] 应当理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述都描述了本发明的实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。所包含的附图供进一步理解本发明，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了各种实施方式，且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
[0013] 附图的简要说明
[0014] 出于说明之目的，在附图中示出目前优选的形式，但应当理解的是，本文所公开和讨论的实施方式不限于所示的精确设置和手段。
[0015] 图1是本发明的一些实施方式的玻璃层压结构的横截面说明图。
[0016] 图2是图1中所示的实施方式的俯视图。
[0017] 图3是本发明的其它实施方式的示例性的弯曲玻璃层压结构的示意图。
[0018] 图4是本发明的其它实施方式的透视图。
[0019] 图5A和5B提供了具有本发明的一种实施方式的实验的实验前后的说明图。
[0020] 图6是本发明的若干实施方式的三点弯曲实验中失效的箱线图。
[0021] 图7是层压结构的四点弯曲测试的示意图。
[0022] 图8是这些实施方式在各种负荷下的三点弯曲测试的韦布尔图。
[0023] 图9是本发明的若干实施方式的四点弯曲实验中失效负荷的箱线图。
[0024] 图10是本发明的若干实施方式的四点弯曲实验中失效负荷的箱线图。
[0025] 图11是图10中所示的实施方式的四点弯曲失效负荷图。
[0026] 发明详述
[0027] 在以下描述中，在所有附图所示的若干视图中，相同的附图标记表示类似或相应的部分。还应理解，除非另外说明，否则，术语例如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等是为了方便起见的用语，不应视为限制性用语。此外，每当将一个组描述为包含一组要素和它们的组合中的至少一种时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素，或者主要由任何数量的这些所列要素组成，或者由任何数量的这些所列要素组成。
[0028] 类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。除非另有说明，否则，所列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限。除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”和“一种”及其相应的定冠词“该”表示“至少一(个/种)”，或者“一(个/种)或多(个/种)”。
[0029] 提供以下对本发明的描述，作为其能够实施的教导及其目前已知的最佳实施方式。本领域的技术人员将会认识到，可以对本文所描述的实施方式作出许多改变，而仍能获得本发明的有益的结果。还显而易见的是，本发明所需的有益结果中的一部分可以通过选择本发明的一些特性而不利用其他的特性来获得。因此，本领域普通技术人员会认识到，对本发明的许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是希望的，并且是本发明的一部分。因此，提供以下描述作为对本发明原理的说明而不构成对本发明的限制。
[0030] 本领域技术人员将理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对本文所述的示例实施方式进行许多修改。因此，本发明的描述并非意在受限于所给出的示例，也不应理解为受限于所给出的示例，而应被赋予由所附权利要求及其等同体提供的全部保护范围。此外，可以利用本发明的一些特性而不相应地利用其他特性。因此，前面提供对示例性或示范性的实施方式的描述的目的在于说明本发明的原理而不是对其加以限制，可包括其修改形式和变体。
[0031] 本发明的实施方式总体上涉及包含一个或多个经过化学强化的窗格玻璃的玻璃层压结构。本发明的一些实施方式包含经过化学强化的外部窗格玻璃和未经化学强化的内部窗格玻璃。本发明的其它实施方式包含经过化学强化的内部窗格玻璃和未经化学强化的外部窗格玻璃。本发明的其它实施方式可包含经过化学强化的外部和内部窗格玻璃。当然，一些实施方式可包含未经化学强化的外部和内部窗格玻璃。如本文所定义，当使用玻璃层压件时，外部玻璃板会靠近环境或与环境接触，而内部玻璃板会靠近结合有该玻璃层压结构的结构或车辆(例如汽车)的内部(例如箱体)或与之接触。本发明的示例性的实施方式提供了具有高弯曲强度的玻璃层压件，所述弯曲强度随着该玻璃层压结构外围周围的有效层压模量的局部增大而变化。
[0032] 用于玻璃层压的常规可获取的膜通常是热塑性材料，其在更高的温度下软化和流动，以填充位于玻璃层压结构中窗格玻璃之间的间隙，以及在各层压处理的过程中建立结合。为了将成本降至最低以及促进层压处理，这些膜通常为了合适的流动而设计成在100℃～150℃附近被层压，以帮助窗格玻璃的结合。然而，热塑性材料的软化和剪切可在应力下在低得多的温度下发生，从而导致各玻璃层压结构的形状发生变形。如上所述，常规的玻璃层压结构使用厚度大于大约1.6mm的钠钙玻璃，以向玻璃层压结构提供机械强度，例如即使当结合膜可能在更高温度下剪切时，也能够防止层压结构由于重量或中等应力而发生弯曲。这类常规的厚玻璃能够使常规层压结构具有硬度；但是，当使用薄且挠性的玻璃板或窗格玻璃时，层压结构通常缺乏必要的硬度，且会在某些温度下变形。当薄玻璃层压结构变形时，玻璃和结合膜通常会移动或滑动以呈现最终形状。然而，本发明的实施方式通过增加薄玻璃层压结构的硬度，类似地使用固定装置来固定结构的边缘，从而限制了薄玻璃层压结构移动。为此，示例性的实施方式围绕玻璃层压结构的边缘使用了刚性结合材料。这类材料能够通过高粘合性来将各玻璃层压结构中的薄玻璃板粘合在一起，且能够在更高温度下保持稳定和刚性。非限定性的材料包括但不限于在更高温度下软化程度更轻的热固性塑料。热固性材料在固化前通常是液体或具有可塑性，且能够用作粘合剂，以及/并且被设计成模塑成它们的最终形态。热固性材料还能够通过固化来不可逆地变成不熔化、不可溶解的聚合物网络，籍此，热固性材料成为在能够更高温度下保持刚性的刚性固体材料。示例性的实施方式还可在玻璃层压结构中的中间层的一些部分中使用高模量的热固性材料，这有效地防止了层压结构中的玻璃板彼此远离，从而提高了结构的硬度。
[0033] 本发明的实施方式中所使用的合适的玻璃板可经过强化或利用离子交换前处理或离子交换后处理进行过化学强化。在该处理中，通常通过将玻璃板在熔盐浴中浸没一段预定的时间，使得玻璃表面处或表面附近的离子与来自盐浴的较大金属离子发生交换。在一种实施方式中，熔盐浴的温度为大约430℃，预定的时间为大约8小时。更大的离子结合入玻璃中，通过在近表面区域中产生压缩应力来强化玻璃板。可在玻璃的中心区域内产生相应的拉伸应力，以平衡该压缩应力。
[0034] 适用于形成玻璃板或玻璃层压件的示例性的可离子交换玻璃可以是碱金属铝硅酸盐玻璃或碱金属铝硼硅酸盐玻璃，但是也可考虑其他玻璃组成。如本文所用，“可离子交换”是指位于玻璃表面处或表面附近的阳离子能够被尺寸更大或更小的同价态阳离子交换的玻璃。一种示例性玻璃组成包含SiO2、B2O3和Na2O，其中，(SiO2+B2O3)≥66摩尔％，且Na2O≥9摩尔％。在一种实施方式中，玻璃板包含至少6重量％的氧化铝。在另一种实施方式中，玻璃板包含一种或多种碱土金属氧化物，且该碱土金属氧化物的含量至少为5重量％。在一些实施方式中，合适的玻璃组成还包含K2O、MgO和CaO中的至少一种。在一种具体的实施方式中，玻璃可包含61～75摩尔％的SiO2；7～15摩尔％的Al2O3；0～12摩尔％的B2O3；9～21摩尔％的Na2O；0～4摩尔％的K2O；0～7摩尔％的MgO和0～3摩尔％的CaO。
[0035] 适用于形成混合玻璃层压件的另一种示例性的玻璃组成包含：60～70摩尔％的SiO2；6～14摩尔％的Al2O3；0～15摩尔％的B2O3；0～15摩尔％的Li2O；0～20摩尔％的Na2O；0～10摩尔％的K2O；0～8摩尔％的MgO；0～10摩尔％的CaO；0～5摩尔％的ZrO2；0～1摩尔％的SnO2；0～1摩尔％的CeO2；小于50ppm的As2O3；和小于50ppm的Sb2O3，其中，12摩尔％≤(Li2O+Na2O+K2O)≤20摩尔％且0摩尔％≤(MgO+CaO)≤10摩尔％。另一种示例性的玻璃组成包含：63.5～66.5摩尔％的SiO2；8～12摩尔％的Al2O3；0～3摩尔％的B2O3；0～5摩尔％的Li2O；8～
18摩尔％的Na2O；0～5摩尔％的K2O；1～7摩尔％的MgO；0～2.5摩尔％的CaO；0～3摩尔％的ZrO2；0.05～0.25摩尔％的SnO2；0.05～0.5摩尔％的CeO2；小于50ppm的As2O3；和小于50ppm的Sb2O3，其中，14摩尔％≤(Li2O+Na2O+K2O)≤18摩尔％且2摩尔％≤(MgO+CaO)≤7摩尔％。
18摩尔％的Na2O；0～5摩尔％的K2O；1～7摩尔％的MgO；0～2.5摩尔％的CaO；0～3摩尔％的ZrO2；0.05～0.25摩尔％的SnO2；0.05～0.5摩尔％的CeO2；小于50ppm的As2O3；和小于50ppm的Sb2O3，其中，14摩尔％≤(Li2O+Na2O+K2O)≤18摩尔％且2摩尔％≤(MgO+CaO)≤7摩尔％。
[0036] 在一种具体的实施方式中，一种碱金属铝硅酸盐玻璃包含氧化铝、至少一种碱金属，以及在一些实施方式中大于50摩尔％的SiO2，在其它实施方式中至少为58摩尔％的SiO2，在其它实施方式中至少为60摩尔％的SiO2，其中满足比例 在所述比例中，组分以摩尔％计且改性剂是碱金属氧化物。在一些具体的实施方式中，该玻璃包含以下成分、主要由以下成分组成或由以下成分组成：58～72摩尔％的SiO2；9～17摩尔％的Al2O3；2～12摩尔％的B2O3；8～16摩尔％的Na2O和0～4摩尔％的K2O，其中满足比例
[0037] 在另一种实施方式中，一种碱金属铝硅酸盐玻璃包含以下成分、主要由以下成分组成或由以下成分组成：61～75摩尔％的SiO2；7～15摩尔％的Al2O3；0～12摩尔％的B2O3；9～21摩尔％的Na2O；0～4摩尔％的K2O；0～7摩尔％的MgO；以及0～3摩尔％的CaO。在另一种实施方式中，一种碱金属铝硅酸盐玻璃基材包含以下成分、主要由以下成分组成或由以下成分组成：60～70摩尔％的SiO2；6～14摩尔％的Al2O3；0～15摩尔％的B2O3；0～15摩尔％的Li2O；0～20摩尔％的Na2O；0～10摩尔％的K2O；0～8摩尔％的MgO；0～10摩尔％的CaO；0～5摩尔％的ZrO2；0～1摩尔％的SnO2；0～1摩尔％的CeO2；小于50ppm的As2O3；和小于50ppm的Sb2O3，其中12摩尔％≤Li2O+Na2O+K2O≤20摩尔％且0摩尔％≤MgO+CaO≤10摩尔％。在另一种实施方式中，一种碱金属铝硅酸盐玻璃包含以下成分、主要由以下成分组成或由以下成分组成：64～68摩尔％的SiO2；12～16摩尔％的Na2O；8～12摩尔％的Al2O3；0～3摩尔％的B2O3；2～5摩尔％的K2O；4～6摩尔％的MgO和0～5摩尔％的CaO，其中：66摩尔％≤SiO2+B2O3+CaO≤69摩尔％；Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO＞10摩尔％；5摩尔％≤MgO+CaO+SrO≤8摩尔％；(Na2O+B2O3)-Al2O3≤2摩尔％；2摩尔％≤Na2O-Al2O3≤6摩尔％且4摩尔％≤(Na2O+K2O)-Al2O3≤10摩尔％。
[0038] 在一些实施方式中，示例性的经过化学强化的和未经化学强化的玻璃可配有0～2摩尔％的选自以下物质中的至少一种澄清剂：Na2SO4、NaCl、NaF、NaBr、K2SO4、KCl、KF、KBr和SnO2。在一种示例性的实施方式中，示例性的经过化学强化的玻璃中的钠离子可被熔浴中的钾离子替换，但是具有更大原子半径的其它碱金属离子(例如铷或铯)可替换玻璃中更小的碱金属离子。根据具体的实施方式，玻璃中更小的碱金属离子可被Ag+离子替换。类似地，其它碱金属盐，例如但不限于硫酸盐、卤化物等，可用于离子交换处理。在低于玻璃网络会发生松弛的温度的温度下用更大的离子替换更小的离子会在玻璃表面上产生离子分布，这导致应力曲线。进入的离子的更大的体积在表面上产生压缩应力(CS)，且在玻璃中心之内产生张力(中心张力，或者CT)。压缩应力与中心张力通过下式相关联：
[0039]
[0040] 其中t代表玻璃板的总厚度，DOL是交换深度，也称为层深度。
[0041] 根据各种实施方式，包含经过离子交换的玻璃的玻璃板和/或玻璃层压结构可具有一些所需的性质，包括重量轻、高耐冲击性以及改善的声衰减性。在一种实施方式中，经过化学强化的玻璃板的表面压缩应力可至少为250MPa，例如至少为250、300、400、450、500、550、600、650、700、750或800MPa，层深度可至少为大约20μm(例如至少为大约20、25、30、35、
40、45或50μm)并且/或者其中心张力大于40MPa(例如大于40、45或50MPa)但小于100MPa(例如小于100、95、90、85、80、75、70、65、60或55MPa)。经过化学强化的玻璃板的弹性模量可在大约60GPa～85GPa(例如，60、65、70、75、80或85GPa)的范围内。玻璃板和聚合物中间层的弹性模量会影响所得玻璃层压件的机械性质(例如挠曲和强度)和声学性能(例如穿透损失)。
40、45或50μm)并且/或者其中心张力大于40MPa(例如大于40、45或50MPa)但小于100MPa(例如小于100、95、90、85、80、75、70、65、60或55MPa)。经过化学强化的玻璃板的弹性模量可在大约60GPa～85GPa(例如，60、65、70、75、80或85GPa)的范围内。玻璃板和聚合物中间层的弹性模量会影响所得玻璃层压件的机械性质(例如挠曲和强度)和声学性能(例如穿透损失)。
[0042] 示例性的玻璃板形成方法包括熔合拉制法和狭缝拉制法，它们各自是下拉法的例子，另外还包括浮法。这些方法可用于形成经过化学强化的和未经化学强化的玻璃板。熔合拉制法通常使用拉制槽，该拉制容器具有用来接收熔融玻璃原材料的通道。在通道的两侧沿着通道的长度方向具有开放的堰。当该通道填装熔融材料时，熔融玻璃从堰上溢流。在重力的作用下，熔融玻璃沿拉制槽的外表面向下流动。这些外表面向下和向内延伸，以使它们在拉制槽下方的边缘处汇合。这两个流动玻璃表面在该边缘处汇合，从而熔合并形成单一的流动板。熔合拉制法的优点在于，由于在通道上溢流的两块玻璃膜熔合在一起，因此制得的玻璃板的任一外表面都没有与设备的任何部件发生接触。因此，熔合拉制玻璃板的表面性质不会受到这类接触的影响。
[0043] 狭缝拉制法与熔合拉制法不同。在本文中，向拉制槽提供熔融的原材料玻璃。拉制槽的底部具有开放的狭缝，该开放的狭缝具有沿着狭缝的长度延伸的喷嘴。熔融玻璃流过该狭缝/喷嘴，以连续板的形式向下拉制并进入退火区。狭缝拉制法可提供比熔合拉制法更薄的板材，这是因为通过狭缝仅仅拉制了单一板材，而未将两块板材熔合在一起。
[0044] 下拉法可生产具有均匀厚度的玻璃板，其具有相对完好的表面。因为玻璃表面的强度受到表面瑕疵的量和尺寸的控制，因此接触程度最小的完好表面具有更高的初始强度。当该高强度玻璃在随后被化学强化时，所得到的强度可高于已经经过磨光和抛光的表面的强度。可将下拉玻璃拉至厚度小于大约2mm。另外，下拉玻璃具有非常平坦、光滑的表面，这可用于其最终应用而无需昂贵的研磨和抛光。
[0045] 在浮法玻璃法中，可通过将熔融玻璃在熔融金属(通常为锡)床上浮动，来制造具有光滑表面和均匀厚度特征的玻璃板。在一种示例性的工艺中，进料到熔融锡床表面上的熔融玻璃形成浮动带。随着玻璃带沿着锡浴流动，温度逐渐降低，直至可将固体玻璃板从锡上提升到辊上。一旦离开浴，玻璃板可进一步冷却并退火以降低内部应力。
[0046] 如上所述，示例性的玻璃板可用于形成玻璃层压件或玻璃层压结构。本文中所使用的术语“薄”是指厚度不超过大约1.5mm、不超过大约1.0mm、不超过大约0.7mm、或在大约0.5mm～大约1.0mm的范围内、或在大约0.5mm～大约0.7mm的范围内。术语“板”、“结构”、“玻璃结构”、“层压结构”和“玻璃层压件”在本文中可互换使用，且这种使用不应当限制所附权利要求的范围。在一些实施方式中，玻璃层压件还可包含朝外和/或朝内的经过化学强化的玻璃板、朝外和/或朝内的未经化学强化的玻璃板、和形成于玻璃板之间的聚合物中间层。
聚合物中间层可包含整体聚合物板、多层聚合物板、或复合聚合物板(即具有变化的弹性模量的区域的聚合物板)。
聚合物中间层可包含整体聚合物板、多层聚合物板、或复合聚合物板(即具有变化的弹性模量的区域的聚合物板)。
[0047] 图1是本发明的一些实施方式的玻璃层压结构的横截面说明图。图2是图1中所示的实施方式的俯视图。参考图1和图2，一种示例性的玻璃层压结构100包含外部玻璃板110、内部玻璃板120和聚合物中间层130。聚合物中间层130可包含第一区域和第二区域，第一区域具有第一弹性模量，第二区域具有第二弹性模量。在一些实施方式中，第一区域可以是聚合物中间层130的中心区域132，第二区域可沿着中心区域132的外围定位，即沿着聚合物中间层130的外围区域134定位。尽管第一和第二区域以相应环状的形式被描绘成矩形或正方形，但是本文所附的权利要求不应受此所限，因为中心区域132可以是任何几何形状(例如椭圆、圆形、长方/圆形、梯形、对称的、不对称的等)，且可符合各玻璃层压结构所确定的空间或开口。在相似的构造中，外围区域134可环状地包围中心区域132，并形成环形椭圆形、环形圆形等。另外，外围区域134的横向尺寸，即X、Y、或从玻璃层压结构100的边缘101至中心区域132的边缘131的横向距离可沿着各外围区域134的长度而变化或可基本上是恒定的。示例性的聚合物中间层内的中心区域和外围区域的弹性模量可在大约1MPa～大约90MPa的范围内(例如大约1、2、5、10、15、20、25、30、40、50、60、75、80、90MPa)。在一些实施方式中，第一或中心区域132的弹性模量可为大约15MPa、在大约1MPa～大约20MPa之间、或在2～大约15MPa之间。在这些实施方式中，第二或外围区域134的弹性模量可大于第一或中心区域132的弹性模量，其可大于大约25MPa，可在25MPa～90MPa之间，可大于大约30MPa，可大于大约50MPa，可为大约75MPa。
[0048] 在一些实施方式中，外围区域134可由热固性聚合物或热固体形成。示例性的热固性聚合材料包括但不限于聚氨酯、硫化橡胶、电木粉(Bakelite)、聚酯材料、离子交联聚合物(SentryGlass(商品名))(苯)酚-甲醛材料、脲-甲醛材料、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酯类、聚氰脲酸酯、硬塑料以及其它合适的酯类、树脂、环氧树脂、交联聚合物和/或强化聚合材料。另外，用于外围区域132的示例性的材料还可以是但不限于作为液态预聚材料通过聚合物涂层系统施涂的涂层，其随后可发生化学反应以形成聚合物涂层。这些聚合物涂层组合物可含有最少量(例如小于10％)的溶剂或水(如果有的话)。在一些实施方式中，预聚材料可固化成热固性聚合物，特别是当需要固化的涂层材料具有最小的蠕变性或流动阻力时尤是。该类型中可使用的聚合物涂层化学物质种类的非限制性例子包括但不限于双组份环氧树脂、双组份聚氨酯树脂、双组份丙烯酸类树脂、双组份硅酮、湿份固化的聚氨酯或环氧树脂、酚醛树脂、线型酚醛清漆、脲甲醛、三聚氰胺甲醛、交联的丙烯酸类树脂或乙烯基类树脂、醇酸树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、以及可光固化或电子束固化的聚合物。示例性的可光固化或电子束固化的预聚物可由此类化学物质的三个主要种类中的任一个形成，例如自由基加成型(例如丙烯酸酯)、自由基分步生长型(例如硫醇烯)、和阳离子加成型(例如环氧树脂均聚)以及它们的组合。
[0049] 在一些实施方式中，热塑性材料例如PVB可用作中间和/或外围区域的预制的聚合物中间层。在某些实施方式中，复合聚合物层可具有至少0.125mm的厚度(例如0.125、0.25、0.38、0.5、0.7、0.76、0.81、1、1.14、1.19或1.2mm)。复合聚合物层可具有小于或等于1.6mm(例如在0.4～1.2mm之间，例如大约0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1或1.2mm)的厚度。
复合聚合物层可覆盖玻璃的两个相反主面的大部分或基本上全部区域，且还可具有外围部分，该外围部分具有弹性模量更高的相同或不同的聚合材料。与复合聚合物层接触的玻璃板可被加热至高于其软化点的温度，例如高于其软化点至少5℃或10℃，以促进聚合材料对各玻璃板的结合。可在压力下对与复合层接触的玻璃进行加热。可将一种或多种聚合物中间层结合入示例性的玻璃层压结构中。多层中间层可提供互补或不同的功能，包括促进粘附、声学控制、控制UV透射、上色、着色和/或控制IR透射。
复合聚合物层可覆盖玻璃的两个相反主面的大部分或基本上全部区域，且还可具有外围部分，该外围部分具有弹性模量更高的相同或不同的聚合材料。与复合聚合物层接触的玻璃板可被加热至高于其软化点的温度，例如高于其软化点至少5℃或10℃，以促进聚合材料对各玻璃板的结合。可在压力下对与复合层接触的玻璃进行加热。可将一种或多种聚合物中间层结合入示例性的玻璃层压结构中。多层中间层可提供互补或不同的功能，包括促进粘附、声学控制、控制UV透射、上色、着色和/或控制IR透射。
[0050] 聚合物中间层130可与各外部和内部玻璃板中的每一块直接物理接触(例如，层压至其上)。外部玻璃板110具有外表面112和内表面114。在相似的结构中，内部玻璃板120具有外表面122和内表面124。如例示的实施方式所示，外部玻璃板110的内表面114和内部玻璃板120的内表面124各自与聚合物中间层130相接触。玻璃板110、120中的任一者、两者都可以是经过化学强化的玻璃或两者都可以不是经过化学强化的玻璃。
[0051] 本发明的实施方式的玻璃层叠件可用于在建筑和汽车开口中以提供透光性阻挡屏障，例如汽车窗用玻璃。可使用各种方法来形成玻璃层叠件。在一种示例性的实施方式中，装配包括敷设第一玻璃板，将聚合物中间层覆盖在第一板的第一部分上，将另一块聚合物中间层覆盖在第一板的第二部分上，敷设第二玻璃板，然后修整多余的PVB至玻璃板的边缘。粘结步骤可包括从界面处排出大部分的空气，并使PVB与玻璃板部分粘合。精整步骤通常在升高的温度和压力下进行，完成各玻璃板与聚合物中间层的匹配。在上述实施方式中，第一板可以是经过化学强化的玻璃板，第二板可以是未经化学强化的玻璃板、或反之亦可。
[0052] 在层压过程中，中间层通常被加热至足以使其软化的温度，这促进了中间层与玻璃片各表面的共形匹配。例如对于PVB，层压温度可为大约140℃。中间层材料内的可移动聚合物链形成与玻璃表面的键合，这促进了粘附。升高的温度还加速了残留空气和/或水分从玻璃-涂层界面的扩散。压力的施加促进了中间层材料的流动并抑制了气泡的形成，否则，气泡可能通过水的蒸气压力与界面处俘获的空气相结合而引入。为了抑制气泡的形成，可对高压釜中的装配件同时加热加压。
[0053] 在一些非限制性的实施方式中，合适的内部玻璃板可以是未经化学强化的玻璃板，例如钠钙玻璃，或者在一些实施方式中，可以是经过化学强化的玻璃板。任选地，内部玻璃板可经过热强化。在使用钠钙玻璃作为未经化学强化的玻璃板的实施方式中，还可以使用常规的装饰材料和方法(例如玻璃料釉和丝网印刷)，这可以简化玻璃层压件的制造过程。上过色的钠钙玻璃板可被结合入玻璃层压结构中以在电磁光谱内实现所需的透射率和/或衰减。
[0054] 因此，本文所述的玻璃层压结构可提供有益的效果，包括噪声衰减、降低UV和/或IR光的透射，增加边缘强度、和/或提升窗口的美观。包含本文所述的玻璃层压结构的单块玻璃板以及所形成的层压结构可用以下一个或多个特征进行表征，包括组成、密度、厚度、表面形貌以及各种性质，包括光学、声衰减和机械性质，例如抗冲击性。本文所述的玻璃层压结构、组合件或其它形式的各方面如本文所述。
[0055] 示例性的玻璃层压结构可适合用作例如窗或窗用玻璃，并且配置成任意合适的尺寸和大小。在一些实施方式中，玻璃层压结构的长度和宽度在10cm～1m之间或大于1m的范围(例如0.1、0.2、0.5、1、2或5m)内独立地变化。独立地，玻璃层压结构的面积可以大于0.1m2，例如大于0.1、0.2、0.5、1、2、5、10或者25m2。
[0056] 玻璃层压结构可基本上是平坦的或者为了某些应用而具有形状。例如，玻璃层压结构可形成为弯曲或具有形状的部件，以作为挡风玻璃或盖板使用，如图3所示。一种示例性的具有形状的玻璃层压结构200示于图3。具有形状的层压结构200包含形成在层压件凸表面上的(经过化学强化的)外部玻璃板110，而(未经化学强化的)内部玻璃板120形成在层压件的凹表面上。然而，应理解，一种未例举的实施方式的凸表面可包含未经化学强化的玻璃板，而相对的凹表面可包含经过化学强化的玻璃板。当然，凸表面和凹表面可以都包含经过化学强化的玻璃板或未经化学强化的玻璃板。可提供聚合物中间层130，使其介于外部和内部玻璃板110、120之间。如上所述，聚合物中间层130可包含第一区域和第二区域，第一区域具有第一弹性模量，第二区域具有第二弹性模量。在一些实施方式中，第一区域可以是聚合物中间层130的中心区域132，第二区域可沿着中心区域132的外围定位，即沿着聚合物中间层130的外围区域134定位。中心区域132可为任何几何形状(例如椭圆、圆形、长方/圆形、梯形、对称的、不对称的等)，且可符合各玻璃层压结构所确定的空间或开口。在相似的构造中，外围区域134可环状地包围中心区域132，并形成环形椭圆形、环形圆形等。另外，外围区域134的横向尺寸，即X、Y、或从玻璃层压结构100的边缘101至中心区域132的边缘131的横向距离可沿着各外围区域134的长度而变化或可基本上是恒定的。示例性的聚合物中间层内的中心区域和外围区域的弹性模量可在大约1MPa～大约75MPa的范围内(例如大约1、2、5、10、15、20、25、30、40、50、60、75、80、90MPa)。在一些实施方式中，第一或中心区域132的弹性模量可为大约15MPa、在大约1MPa～大约20MPa之间、或在2～大约15MPa之间。在这些实施方式中，第二或外围区域134的弹性模量可大于第一或中心区域132的弹性模量，其可大于大约25MPa，可在25MPa～90MPa之间，可大于大约30MPa，可大于大约50MPa，可为大约75MPa。
在其它实施方式中，第二或外围区域134的模量可大于90MPa，例如大于100MPa、大于
500MPa、大于1GPa、大于2GPa、在1GPa～4GPa之间、大于4GPa、在100MPa～1GPa之间等。在一些实施方式中，可用于外围区域134的示例性的热固性聚合材料包括但不限于聚氨酯、硫化橡胶、电木粉、聚酯材料、离子交联聚合物(SentryGlass(商品名))(苯)酚-甲醛材料、脲-甲醛材料、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酯类、聚氰脲酸酯、硬塑料以及其它合适的酯类、树脂、环氧树脂、交联聚合物和/或强化聚合材料。另外，用于外围区域132的示例性的材料还可以是但不限于作为液态预聚材料通过聚合物涂层系统施涂的涂层，其随后可发生化学反应以形成聚合物涂层。这些聚合物涂层组合物可含有最少量(例如小于10％)的溶剂或水(如果有的话)。在一些实施方式中，预聚材料可固化成热固性聚合物，特别是当需要固化的涂层材料具有最小的蠕变性或流动阻力时尤是。该类型中可使用的聚合物涂层化学物质种类的非限制性例子包括但不限于双组份环氧树脂、双组份聚氨酯树脂、双组份丙烯酸类树脂、双组份硅酮、湿份固化的聚氨酯或环氧树脂、酚醛树脂、线型酚醛清漆、脲甲醛、三聚氰胺甲醛、交联的丙烯酸类树脂或乙烯基类树脂、醇酸树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、以及可光固化或电子束固化的聚合物。示例性的可光固化或电子束固化的预聚物可由此类化学物质的三个主要种类中的任一个形成，例如自由基加成型(例如丙烯酸酯)、自由基分步生长型(例如硫醇烯)、和阳离子加成型(例如环氧树脂均聚)以及它们的组合。
在其它实施方式中，第二或外围区域134的模量可大于90MPa，例如大于100MPa、大于
500MPa、大于1GPa、大于2GPa、在1GPa～4GPa之间、大于4GPa、在100MPa～1GPa之间等。在一些实施方式中，可用于外围区域134的示例性的热固性聚合材料包括但不限于聚氨酯、硫化橡胶、电木粉、聚酯材料、离子交联聚合物(SentryGlass(商品名))(苯)酚-甲醛材料、脲-甲醛材料、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酯类、聚氰脲酸酯、硬塑料以及其它合适的酯类、树脂、环氧树脂、交联聚合物和/或强化聚合材料。另外，用于外围区域132的示例性的材料还可以是但不限于作为液态预聚材料通过聚合物涂层系统施涂的涂层，其随后可发生化学反应以形成聚合物涂层。这些聚合物涂层组合物可含有最少量(例如小于10％)的溶剂或水(如果有的话)。在一些实施方式中，预聚材料可固化成热固性聚合物，特别是当需要固化的涂层材料具有最小的蠕变性或流动阻力时尤是。该类型中可使用的聚合物涂层化学物质种类的非限制性例子包括但不限于双组份环氧树脂、双组份聚氨酯树脂、双组份丙烯酸类树脂、双组份硅酮、湿份固化的聚氨酯或环氧树脂、酚醛树脂、线型酚醛清漆、脲甲醛、三聚氰胺甲醛、交联的丙烯酸类树脂或乙烯基类树脂、醇酸树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、以及可光固化或电子束固化的聚合物。示例性的可光固化或电子束固化的预聚物可由此类化学物质的三个主要种类中的任一个形成，例如自由基加成型(例如丙烯酸酯)、自由基分步生长型(例如硫醇烯)、和阳离子加成型(例如环氧树脂均聚)以及它们的组合。
[0057] 示例性的具有形状的玻璃层压结构的结构可以是简单或者复杂的。在某些实施方式中，具有形状的玻璃层压结构可具有复杂曲率，其中，玻璃板在两个独立方向上具有不同的曲率半径。因此，此类具有形状的玻璃板可表征为具有“交叉曲率”，其中，玻璃沿着平行于给定维度的轴弯曲，并且还沿着垂直于相同维度的轴弯曲。例如，通常测得的汽车天窗为大约0.5m×1.0m，沿短轴的曲率半径为2～2.5m，沿长轴的曲率半径为4～5m。
[0058] 根据某些实施方式的具有形状的玻璃层压结构可由弯曲因子定义，其中，给定部件的弯曲因子等于沿给定轴的曲率半径除以该轴的长度。因此，对于沿0.5m和1.0m的各轴的曲率半径分别为2m和4m的示例性的汽车天窗，沿各轴的弯曲因子是4。具有形状的玻璃层压件的弯曲因子在2～8的范围内(例如，2、3、4、5、6、7或8)。
[0059] 图4是本发明的其它实施方式的透视图。参考图4以及以上段落所述的内容，一种示例性的层压结构10可包含经过化学强化的玻璃的内层16，例如 玻璃。可对该内层16进行热处理、离子交换和/或退火。外层12可以是未经化学强化的玻璃板，例如常规的钠钙玻璃、退火玻璃等。层压件10还可包含介于外玻璃层与内玻璃层之间的聚合物中间层14。
当然，在其它实施方式中，内层16可包含未经化学强化的玻璃，外层12可包含经过化学强化的玻璃。在另一种实施方式中，外层和内层12、16可以都包含经过化学强化的玻璃，或者外层和内层12、16可以都包含未经化学强化的玻璃。玻璃内层16可具有小于或等于1.0mm的厚度，可具有在大约250MPa～大约350MPa之间的残余表面CS水平，且DOL大于60微米。在另一种实施方式中，内层16的CS水平可为大约300MPa。在一种实施方式中，中间层14可具有大约
0.8mm的厚度。示例性的中间层14可以是如上所述的复合聚合中间层，且可包括但不限于聚乙烯醇缩丁醛或其它如本文所述的合适的聚合材料。在另一些实施方式中，外层12和/或内层16的任意表面可经过酸蚀刻，以提高对于外部冲击事件的耐受能力。例如在一种实施方式中，外层12的第一表面13可经过酸蚀刻，并且/或者内层的另一个表面17可被酸蚀刻。在另一种实施方式中，外层的第一表面15可经过酸蚀刻，并且/或者内层的另一表面19可经过酸蚀刻。因此，这类实施方式可提供显著轻于常规层压结构且符合监管规定的冲击要求标准的具有高光学透明度的层压构造。外层12和/或内层16的示例性的厚度可以在0.5mm至
1.5mm至2.0mm或更大的厚度范围内。
当然，在其它实施方式中，内层16可包含未经化学强化的玻璃，外层12可包含经过化学强化的玻璃。在另一种实施方式中，外层和内层12、16可以都包含经过化学强化的玻璃，或者外层和内层12、16可以都包含未经化学强化的玻璃。玻璃内层16可具有小于或等于1.0mm的厚度，可具有在大约250MPa～大约350MPa之间的残余表面CS水平，且DOL大于60微米。在另一种实施方式中，内层16的CS水平可为大约300MPa。在一种实施方式中，中间层14可具有大约
0.8mm的厚度。示例性的中间层14可以是如上所述的复合聚合中间层，且可包括但不限于聚乙烯醇缩丁醛或其它如本文所述的合适的聚合材料。在另一些实施方式中，外层12和/或内层16的任意表面可经过酸蚀刻，以提高对于外部冲击事件的耐受能力。例如在一种实施方式中，外层12的第一表面13可经过酸蚀刻，并且/或者内层的另一个表面17可被酸蚀刻。在另一种实施方式中，外层的第一表面15可经过酸蚀刻，并且/或者内层的另一表面19可经过酸蚀刻。因此，这类实施方式可提供显著轻于常规层压结构且符合监管规定的冲击要求标准的具有高光学透明度的层压构造。外层12和/或内层16的示例性的厚度可以在0.5mm至
1.5mm至2.0mm或更大的厚度范围内。
[0060] 在一个实验中，构造了两种玻璃层压结构。第一层压结构50具有围绕聚合物中间层外围的热固性材料(参见例如图1～4)，第二层压结构52具有标准的聚合物中间层。在一条大约15～17mm的围绕中心聚合物中间层外围的条带上提供热固性材料。将各结构置于环境室内，加热至100℃并进行大约2小时的均热处理。第二结构52在热处理后展现出严重的形状变形，而具有热固性材料的第一结构50则未展现出任何变形。图5A和5B提供了该试验前后的图像。
[0061] 图6是本发明的若干实施方式的三点弯曲实验中失效的箱线图(磅-力)。参考图6，第一组构造60包含具有两块2.0mm的经过热强化的钠钙玻璃的玻璃层压结构，第二组构造62包含具有两块1.6mm的经过热强化的钠钙玻璃的玻璃层压结构，而第三组构造64具有两块0.7mm的经过化学强化的玻璃的玻璃层压结构(例如 玻璃)。所例示的实施方式都不包含如上所述的示例性的聚合物中间层，该聚合物中间层具有被具有更高模量的外围部分134包围的中心部分132。而是各构造包含常规的PVB中间层。由于负荷失效与厚度的平方成正比，因此对于厚度更薄的材料的使用，可观察到固有的不利之处。
[0062] 图7是层压结构的四点弯曲测试的示意图。参考图7，在玻璃层压结构中使用更薄的玻璃会对产品的可靠性产生严重的影响，因为产生破裂所需的负荷(P)可与玻璃厚度的平方(t2)成正比。这通过确定玻璃条的四点弯曲缺陷应力(σF)的公式来展现。
[0063]
[0064] 其中，b代表条宽度，L代表支撑跨度的长度，而S代表负荷跨度的长度。结论是，随着玻璃厚度(t)的减小，产生破裂所需的负荷(P)以平方的比例减小。当层压结构被弯曲时，两片玻璃上所经受的应力是复杂的，且随中间层的性质和玻璃厚度而变化。
[0065] 假设该负荷直接穿过中间层到达第二窗格玻璃或玻璃板，则最大弯曲力矩(M)实际上被一分为二，因为其被两块板分担。所以，在图7的边缘2和4中产生的最大失效应力可通过在以下关系式中所示的修正方程式(1)来求得：
[0066]
[0067] 其中，厚度值(t)代表单一窗格玻璃的厚度。
[0068] 可从若干例子和实验中观察到本发明的实施方式的益处和优势。例如，在具有两块1mm厚的玻璃和一个0.5mm厚的中间层的宽度为10mm的层压结构中，如果假设应力直接穿过中间层(即，如果层压件表现得就好像没有中间层那样，以及就好像具有两块互相堆叠的玻璃那样)，则应用方程式(2)。如果向该结构施加20单位作用力的负荷，则在两块板的边缘上经受的应力为：
[0069]
[0070] 其中，K代表解释负荷跨度和支撑跨度的几何常数。所经受的应力可在两块板上等量共担，从而使这类结构中发生破裂的机会加倍。
[0071] 举另一个例子而言，在具有相似尺寸的层压结构中，如果对中间层进行处理使其牢牢地依附于窗格玻璃上且具有与该窗格玻璃相同的模量，则所要应用的相关方程式将会是式(1)，从而t成为窗格玻璃中间层的厚度的总和，即＝1+1+0.5＝2.5mm。相同负荷下在边缘上所经受的应力为：
[0072]
[0073] 应当注意的是，所经受的应力现在小于之前例子的大约三分之一，这意味着层压结构在破裂前可承受显著更多的负荷。最大拉伸应力现在只出现在边缘4上，因为边缘2上所经受的应力是压缩的，这是由于其在弯曲力矩的中平面的上方。
[0074] 然而，实际经受的应力要更加复杂且位于这两个例子之间的某处。通常，应力随温度而变化，而温度会改变聚合物中间层的模量(例如更冷的温度会导致刚性的PVB中间层，从而各层压结构表现得更像整体情况(例如第二个例子)；更热的温度会导致柔软的PVB中间层，从而各层压结构表现得更像第一例子)。然而，本发明的实施方式提供了一种具有外围边界的复合聚合物中间层，所述外围边界具有相比于该聚合物中间层的中心区域更高的弹性模量，所述中心区域可使用传统的中间层材料(例如PVB等)。因此，本发明的实施方式可享受以下益处：中心区域在保持聚合物中间层的传统功能(例如在撞碎和破裂事件中保全玻璃和乘坐者)的同时，展现出优异的边缘强度性能(例如层压结构在弯曲过程中表现得基本上呈现整体性)。在本发明的替代性的实施方式中，玻璃可用于对层压结构中围绕层压结构外围的两块玻璃之间的间隙进行桥接。这种玻璃可通过热键合或如上所述的方法来附连，从而玻璃的外周足够厚，以显著增加围绕边缘的层压件的刚性，且例如PVB的重量更轻的中间层可制造得更厚而无需增重。(即PVB的密度为玻璃的大约1/2)。用于这类实施方式中的示例性的玻璃材料可以是但不限于低熔化温度的玻璃。
[0075] 示例性的低熔化温度的玻璃包括但不限于硼酸盐和磷酸盐玻璃，例如磷酸锡、氟磷酸锡和氟硼酸锡。这些玻璃还可包含一种或多种掺杂剂，包括但不限于钨、铈和铌。如果包含这些掺杂剂，则它们会对例如玻璃层的光学性质产生影响。示例性的氟磷酸锡玻璃组合物可以表述为各组成SnO、SnF2和P2O5相应的三元相图的形式。合适的低熔化温度玻璃可包含SnO2、ZnO、TiO2、ITO以及其它低熔化玻璃组合物。合适的氟磷酸锡玻璃包含20～100摩尔％的SnO、0～50摩尔％的SnF2和0～30摩尔％的P2O5。这些氟磷酸锡玻璃组合物可任选地包含0～10摩尔％的WO3、0～10摩尔％的CeO2和/或0～5摩尔％的Nb2O5。低熔化温度玻璃的其它组合物包括描述于以下文件中的组合物：共同转让的美国专利号5089446和美国专利申请系列号11/207691、11/544262、11/820855、12/072784、12/362063、12/763541、12/879578和13/841391，这些文件的全部内容通过引用纳入本文。当然，在其它实施方式中，也可使用高温熔化玻璃来替代这些低温熔化玻璃。
[0076] 本发明的实施方式进行了其它实验。在一个实验中，第一玻璃层压结构80包含两块大约0.7mm的经过化学强化的玻璃(例如 玻璃)、具有5mm乐泰(Loctite)环氧树脂(Loctite 3491)外围区域的居间聚合物中间层，第二玻璃层压结构82包含两块大约0.7mm的经过化学强化的玻璃(例如 玻璃)、具有5mm示例性的纤维涂层的外围区域的居间聚合物中间层。图8是这些实施方式在各种负荷下的三点弯曲测试的韦布尔图。如图所示，可观察到第一玻璃层压结构的增加的负荷中发生了位移。
[0077] 图9是本发明的若干实施方式的四点弯曲实验中失效负荷(kg)的箱线图。参考图9，对照的层压构造90包含两块大约0.7mm的经过化学强化的玻璃(例如 玻璃)和居间聚合物中间层，且无外围区域，另一种层压构造91包含两块大约0.7mm的经过化学强化的玻璃(例如 玻璃)和具有5mm伊士曼化学公司(Eastman Chemical)的DG级PVB材料
(DG材料)的外围区域的合适的居间聚合物中间层。如图所示，该示例性的实施方式展现出破裂负荷相比于对照例有显著提高，例如边缘破裂负荷提高了大约30％。
(DG材料)的外围区域的合适的居间聚合物中间层。如图所示，该示例性的实施方式展现出破裂负荷相比于对照例有显著提高，例如边缘破裂负荷提高了大约30％。
[0078] 图10是本发明的若干实施方式的四点弯曲实验中失效负荷(kg)的箱线图。图11是图10中所示的实施方式的四点弯曲失效负荷图。参考图10和11，一种对照的层压构造90包含两块大约0.7mm的经过化学强化的玻璃(例如 玻璃)和居间聚合物中间层，且无外围区域，另一种层压构造92包含两块大约0.7mm的经过化学强化的玻璃(例如 玻璃)和具有5mm DG材料的外围区域的合适的居间聚合物中间层，第二层压构造93包含两块大约0.7mm的经过化学强化的玻璃(例如 玻璃)和具有5mm示例性的纤维涂层的外围区域的合适的居间聚合物中间层，第三层压构造94包含两块大约0.7mm的经过化学强化的玻璃(例如 玻璃)和具有5mm乐泰黑色边框(black border)材料的外围区域的合适的居
间聚合物中间层，第四层压构造95包含两块大约0.7mm的经过化学强化的玻璃(例如玻璃)和具有5mm乐泰透明边框(clear border)材料的外围区域的合适的居间聚合
物中间层。如图所示，各实施方式展现出破裂负荷相比于对照例有所提高；然而具有含有DG材料和乐泰透明(clear)材料的外围区域的实施方式的边缘破裂负荷提高了大约30％或更高。为了提高使用示例性的纤维涂层的实施方式的性能，可使用一种示例性的粘合促进剂来获得相当的边缘破裂负荷的提高。通过实验和理论可以容易看出，本发明的实施方式可提供优异的、重量轻的、具有高边缘强度的玻璃层压结构。
间聚合物中间层，第四层压构造95包含两块大约0.7mm的经过化学强化的玻璃(例如玻璃)和具有5mm乐泰透明边框(clear border)材料的外围区域的合适的居间聚合
物中间层。如图所示，各实施方式展现出破裂负荷相比于对照例有所提高；然而具有含有DG材料和乐泰透明(clear)材料的外围区域的实施方式的边缘破裂负荷提高了大约30％或更高。为了提高使用示例性的纤维涂层的实施方式的性能，可使用一种示例性的粘合促进剂来获得相当的边缘破裂负荷的提高。通过实验和理论可以容易看出，本发明的实施方式可提供优异的、重量轻的、具有高边缘强度的玻璃层压结构。
[0079] 由于本发明的实施方式的边缘区域的模量的提高，因此各层压结构在弯曲时实际上可在边缘区域内经受更低的拉伸应力，从而能够承受更高的边缘负荷而不断裂。另外，如果聚合物包裹住玻璃的暴露边缘，则聚合物可对边缘碰撞和破裂起到保护屏障的作用。本文所述的这些特性和优势可允许使用比以往用于产业中的材料更薄的材料，且可改善玻璃层压结构的刚性，并允许这些结构满足以下应用的刚性要求：包括但不限于滑窗、天窗、桌面等。示例性的实施方式还不会在更高温度下形变，从而拓宽了它们的工作条件以满足不同的应用。通过使用经过化学强化的玻璃，由 玻璃或 玻璃提供的实施方式还可实现耐久性、低重量、耐划痕性等。
[0080] 在一些实施方式中，提供了具有第一玻璃层、第二玻璃层以及至少一个介于第一和第二玻璃层之间的聚合物中间层的层压结构。所述聚合物中间层可包含第一区域和第二区域，所述第一区域具有第一弹性模量，所述第二区域具有第二弹性模量。所述第二弹性模量可大于所述第一弹性模量。在一些实施方式中，所述第一区域可以是所述聚合物中间层的中心区域，所述第二区域可以是所述聚合物中间层的外围区域，其包围所述第一区域。第一区域的示例性的弹性模量可为大约15MPa、在大约1MPa～大约20MPa之间、或在2～大约15MPa之间。第二区域的示例性的弹性模量可大于大约25MPa、在25MPa～90MPa之间、大于大约30MPa、大于大约50MPa、或大约75MPa。在其它实施方式中，第二或外围区域的模量可大于
90MPa，例如大于100MPa、大于500MPa、大于1GPa、大于2GPa、在1GPa～4GPa之间、大于4GPa、在100MPa～1GPa之间等。在一些实施方式中，第二区域的宽度可以是可变的或可以是基本上恒定的。在其它实施方式中，第一玻璃层可以是经过化学强化的玻璃，第二玻璃层可以是未经化学强化的玻璃，从而第一层在第二层的外部或内部。当然，这两个层可以都是经过化学强化的玻璃，或者这两个层可以都是未经化学强化的玻璃。第一和第二玻璃层的的厚度可以是但不限于不超过1.5mm的厚度、不超过1.0mm的厚度、不超过0.7mm的厚度、不超过
0.5mm的厚度、大约0.5mm～大约1.0mm范围内的厚度、大约0.5mm～大约0.7mm范围内的厚度。当然，第一和第二玻璃层的厚度可彼此不同。在一些实施方式中，第一和第二玻璃层的组成可以不同。聚合物中间层的第一区域的示例性的材料可包括但不限于聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚碳酸酯、隔音PVB、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)、离子交联聚合物、热塑性材料以及它们的组合。聚合物中间层的第二区域的示例性的材料可包括但不限于聚氨酯、硫化橡胶、聚酯材料、离子交联聚合物、(苯)酚-甲醛、脲-甲醛、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酯类、聚氰脲酸酯、酯类、树脂、环氧树脂、交联聚合物、强化聚合材料、双组份环氧树脂、双组份氨基甲酸酯、双组份丙烯酸类、双组份硅酮、湿份固化的氨基甲酸酯和环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、三聚氰胺甲醛、醇酸树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、可光固化或电子束固化的聚合物以及它们的组合。一种示例性的聚合物中间层可具有大约0.4～大约1.2mm的厚度。一些中间层可具有大约0.8mm的厚度。一种示例性的层压结构可具有大于1m2的面积，且可以是汽车挡风玻璃、天窗、盖板等。在一些实施方式中，第一和第二玻璃层的一个或多个表面可经过酸蚀刻。
90MPa，例如大于100MPa、大于500MPa、大于1GPa、大于2GPa、在1GPa～4GPa之间、大于4GPa、在100MPa～1GPa之间等。在一些实施方式中，第二区域的宽度可以是可变的或可以是基本上恒定的。在其它实施方式中，第一玻璃层可以是经过化学强化的玻璃，第二玻璃层可以是未经化学强化的玻璃，从而第一层在第二层的外部或内部。当然，这两个层可以都是经过化学强化的玻璃，或者这两个层可以都是未经化学强化的玻璃。第一和第二玻璃层的的厚度可以是但不限于不超过1.5mm的厚度、不超过1.0mm的厚度、不超过0.7mm的厚度、不超过
0.5mm的厚度、大约0.5mm～大约1.0mm范围内的厚度、大约0.5mm～大约0.7mm范围内的厚度。当然，第一和第二玻璃层的厚度可彼此不同。在一些实施方式中，第一和第二玻璃层的组成可以不同。聚合物中间层的第一区域的示例性的材料可包括但不限于聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚碳酸酯、隔音PVB、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)、离子交联聚合物、热塑性材料以及它们的组合。聚合物中间层的第二区域的示例性的材料可包括但不限于聚氨酯、硫化橡胶、聚酯材料、离子交联聚合物、(苯)酚-甲醛、脲-甲醛、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酯类、聚氰脲酸酯、酯类、树脂、环氧树脂、交联聚合物、强化聚合材料、双组份环氧树脂、双组份氨基甲酸酯、双组份丙烯酸类、双组份硅酮、湿份固化的氨基甲酸酯和环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、三聚氰胺甲醛、醇酸树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、可光固化或电子束固化的聚合物以及它们的组合。一种示例性的聚合物中间层可具有大约0.4～大约1.2mm的厚度。一些中间层可具有大约0.8mm的厚度。一种示例性的层压结构可具有大于1m2的面积，且可以是汽车挡风玻璃、天窗、盖板等。在一些实施方式中，第一和第二玻璃层的一个或多个表面可经过酸蚀刻。
[0081] 在另一种实施方式中，提供了一种层压结构，其具有第一玻璃层、第二玻璃层、和介于第一和第二玻璃层之间的中间层，从而中间层包含具有第一弹性模量的第一区域和具有第二弹性模量的第二区域。该第二弹性模量可大于第一弹性模量。在一些实施方式中，第一区域可以是中间层的中心区域，第二区域可以是中间层的外围区域，其包围第一区域。第一区域的示例性的材料可包括但不限于聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚碳酸酯、隔音PVB、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)、离子交联聚合物、热塑性材料、聚氨酯、硫化橡胶、聚酯材料、离子交联聚合物、(苯)酚-甲醛、脲-甲醛、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酯类、聚氰脲酸酯、酯类、树脂、环氧树脂、交联聚合物、强化聚合材料、双组份环氧树脂、双组份氨基甲酸酯、双组份丙烯酸类、双组份硅酮、湿份固化的氨基甲酸酯和环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、三聚氰胺甲醛、醇酸树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、可光固化或电子束固化的聚合物以及它们的组合。在一些实施方式中，第二区域可包含例如但不限于以下材料：聚氨酯、硫化橡胶、聚酯材料、离子交联聚合物、(苯)酚-甲醛、脲-甲醛、环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、酯类、聚氰脲酸酯、酯类、树脂、环氧树脂、交联聚合物、强化聚合材料、双组份环氧树脂、双组份氨基甲酸酯、双组份丙烯酸类、双组份硅酮、湿份固化的氨基甲酸酯和环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、三聚氰胺甲醛、醇酸树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、可光固化或电子束固化的聚合物以及它们的组合。在替代性的实施方式中，中间层的第二区域可以是玻璃材料。
[0082] 虽然本文可能包括许多规格，但这些不构成本发明的范围的限制，只是描述可能对于特定实施方式而言具体的特征。前文已经在单独的实施方式中描述的某些特征也可结合单个实施方式实施。相反，在单一实施方式的内容中描述的各种特征也可以在多个实施方式中独立地或者以任何适当次级组合的形式实现。而且，虽然上述特征被描述成以某些组合的形式起作用，甚至最初也是这样声明的，但所声明的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，所声明的组合可以针对次级组合或者次级组合的变化。
[0083] 类似地，虽然在附图或图片中按照特定顺序描述操作，但不应理解成这些操作需要按图示的特定顺序或按次序进行，或者进行所有图示的操作，以获得所需的结果。在某些情况下，多任务处理和平行加工可能是优选的。
[0084] 如图1～11中例示的各种构型和实施方式所显示的那样，对具有改进的边缘强度的玻璃层压结构的各种实施方式进行了描述。
[0085] 虽然已经描述了本发明的优选的实施方式，但是应理解所述实施方式只是示例性的，且发明的范围仅由被赋予了全部等同形式的所附权利要求来限定，对本领域技术人员显而易见的是，可以进行许多变化和修改。
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