具有高玻璃-聚合物中间层粘附强度的层压玻璃结构

摘要

提供了薄玻璃层压件，其包括至少一种或两种薄玻璃板且在它们之间层压至少一种聚合物中间层。层压件在玻璃板和中间层之间具有高粘附强度，从而层压件的冲击粘附值为至少7,至少8,或至少9。层压件还具有高耐穿透性，为至少20英尺平均破碎高度。聚合物中间层的厚度为约0.5mm-约2.5mm，且由离子聚合物、聚乙烯醇缩丁醛或聚碳酸酯形成。两玻璃板中的至少一种或两种是经过化学强化的。

说明书

交叉引用

本申请与2012年6月8日提交的题为“具有高玻璃-聚合物中间层粘 附强度的层压玻璃结构(Laminated Glass Structures Having High Glass  to Polymer Interlayer Adhesion)”的美国临时专利申请序列号 61/657,182共同待审，且要求该文的优先权，该文的全部内容通过引用纳 入本文。

背景

本发明总体涉及层压玻璃结构，具体来说，涉及在聚合物中间层和至 少一种玻璃板之间存在高粘附强度的层压件结构，所述结构可用于汽车窗 用玻璃和其它车辆和建筑应用。

玻璃层压件可以在建筑和车辆或运输应用，包括在轿车、机动车辆、 机车和飞机中用作窗户和窗用玻璃。玻璃层压件还可用作栏杆和阶梯中的 玻璃面板，作为用于墙壁、柱子、电梯桥厢和其它建筑应用的装饰性面板 或盖板。玻璃层压件还可用作用于标志牌、显示器、电器、电子设备和家 具的玻璃面板或盖板。在建筑和车辆应用中所用的玻璃层压件的通用类型 包括透明的和着色的层压玻璃结构。如本文所使用，窗用玻璃或层压玻璃 结构(例如玻璃层压件)可以是窗户、面板、墙壁或其它结构的透明的、半 透明的或不透明的部分，具有至少一种层压到聚合物层、膜或片上的玻璃 板。层压结构还可用作标志牌、电子显示器、电子设备和家电以及许多其 它应用的盖板玻璃。

这种玻璃层压件的耐穿透性可使用2.27kg(5磅)落球测试来测定， 其中通常通过楼梯或能量方法来测量平均破碎高度(MBH)。MBH通常定义为 50％的样品能经受住落球而50％的样品被落球穿透的落球高度。在美国， 用于车辆的汽车挡风玻璃，例如，必须符合最小耐穿透性规定(在12英尺 时100％符合)，见ANSI Z26.1法典。在其它国家也存在类似的法典。此外， 在美国和欧洲，对于建筑应用中所用的层压玻璃也有具体的法典规定，必 须满足最小耐穿透性。

楼梯方法使用冲击塔，其中钢球从不同高度下落到样品上。然后，将 测试层压件水平地支撑于类似于ANSI Z26.1法典所述的支撑框架。如有需 要，可使用环境室来将层压件调整到所需的测试温度。通过将样品支撑于 支撑框架并从接近预期MBH的高度使球下落到层压件样品上，来进行测试。 如果球穿透层压件，将结果记录为不通过；如果球被支撑住，将结果记录 为通过。如果结果是通过，从比前一次测试高0.5米的下落高度重复该过 程。如果结果是不通过，从比前一次测试低0.5米的下落高度重复该过程。 重复该程序，直到用完所有的测试样品。然后，对测试结果制表，计算在 各下落高度的通过百分率，然后用通过百分率相对于高度作图，并在图上 画出表示数据最佳拟合结果的线，对应于MBH，其中5磅的球有50％的概 率将穿透层压件。

可使用冲击粘附测试(冲击粘附值没有单位)来测量聚合物中间层和玻 璃板的粘附强度。冲击粘附测试是测量层压玻璃中玻璃和PVB或其它中间 层的粘附强度的标准方法。冲击测试包括在0℉(-18℃)下将层压件调整预 定的时间，然后用1磅锤子冲击或撞击样品，将玻璃打碎。通过因为玻璃 从PVB中间层掉下而暴露的PVB的量来评价粘附强度。除去所有破碎的、 未粘附到中间层片的玻璃。将仍然粘附在中间层片上的玻璃和一组已知的 冲击尺度标准进行视觉比较。例如，数值越高，仍然和中间层片粘附的玻 璃越多，即冲击粘附值为零时表示没有玻璃仍然和中间层粘附,而冲击粘 附值为10时表示100％的玻璃仍然和中间层粘附。对于典型的玻璃/PVB/ 玻璃层压件而言，为了取得可接受的耐穿透性(或抗冲强度)，应将界面的 玻璃/PVB粘附水平保持在约3-7冲击单位。对于典型的玻璃/PVB/玻璃层 压件而言，在冲击粘附值为3-7,优选地4-6时，取得可接受的耐穿透性。 当冲击粘附值小于2时，通常在冲击时从典型的玻璃/PVB/玻璃中的中间层 片和玻璃损失太多的玻璃，还可发生层压件完整性的问题(即脱层)和长期 耐久性的问题。当冲击粘附值大于7时,典型的玻璃/PVB/玻璃中玻璃和中 间层片的粘附强度通常过高，可导致层压件具有不良的能量耗散和低耐穿 透性。

窗用玻璃构造通常包括2片2毫米厚的钠钙玻璃(热处理或退火)和 聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中间层。这些层压件构造具有一些优势，包括低成 本、足以应用于汽车和其它应用的抗冲性和硬度。但是，因为它们受限的 抗冲性，这些层压件通常具有不良的性能，且当被路边石头撞击、故意破 坏(vandal)和/或遭遇其它冲击事件时，具有更高的破碎概率。大多数的汽 车层压玻璃结构使用PVB中间层材料。为了取得可接受的PVB中间层和玻 璃的粘附强度和取得耐穿透性,将盐类控制剂或其它粘附抑制剂添加到常 规的PVB制剂中，从而降低PVB膜和玻璃的粘附强度。但是，降低PVB中 间层和玻璃的粘附强度具有降低破碎后玻璃保留能力的不利后果。对于在 建筑应用中广泛使用的离子聚合物中间层，例如购自杜邦公司(DuPont)的 常常需要粘附促进剂来增加离子聚合物中间层和玻璃的粘附 强度。

概述

在许多交通工具应用中，燃料经济性是交通工具重量的函数。因此， 希望降低此类应用中窗用玻璃或层压件的重量，而不降低它们的强度和消 音特性。鉴于所述，还需要较薄的经济性窗用玻璃或玻璃层压件，该窗用 玻璃或玻璃层压件具有与较厚、较重窗用玻璃一样或更好的耐久性和声阻 尼特性。

本发明涉及用于汽车、建筑和其它应用的玻璃层压件，其在至少一种 化学强化的薄玻璃板和至少一种聚合物层例如PVB层或层之 间具有高水平的粘附强度。根据本发明的层压件具有玻璃和聚合物层之间 的高粘附强度，且还具有突出的破碎后玻璃保留性质。如本文所述的层压 件还可同时显示高粘附强度和高耐穿透性,这与常规的钠钙玻璃和PVB层 压件在高粘附强度下呈现的不良耐穿透性相反。此外，本发明的层压件无 需粘附控制剂来提供可接受的耐穿透性或者PVB或层与玻璃 的粘附强度。相比之下，常规的钠钙玻璃/PVB层压件在高粘附水平下呈现 不良的耐穿透性。此外，在将PVB片层压到示例玻璃板的一些实施方式中, 当将PVB和玻璃板粘结时，所得玻璃层压件的高耐穿透性可无需粘附抑制 剂。在将片层压到示例玻璃板的其它实施方式中,当将 和玻璃板粘结时，化学强化玻璃和的高粘附强度 可无需粘附促进剂。此外，薄化学强化玻璃板和之间的高粘附 强度不取决于接触玻璃板的哪一侧，而当将层压 到钠钙玻璃时则相反。

根据本发明的一种实施方式，可提供一种玻璃层压件结构，其可包括 厚度小于2毫米的两块玻璃板，两块玻璃板之间的聚合物中间层，且所述 聚合物中间层与所述两块玻璃板的粘附强度使得层压件的冲击粘附值为至 少7,至少8,或至少9。在如本文所述的玻璃层压件中的聚合物中间层 的厚度范围可为约0.5mm-约2.5毫米。根据其它实施方式，层压件的耐 穿透性可为至少20英尺平均破碎高度(MBH)。两块玻璃板中的至少一块可 以是经过化学强化的。当然，两块玻璃板可都是经过化学强化的，且厚度 还可不超过1.5毫米。此外，两块玻璃板中的任一块可以是经过退火的、 固化或部分强化的。在其他实施方式中，两块玻璃板中的至少一块的厚度 可不超过2mm,不超过1.5mm或不超过1mm。示例中间层可由离子聚合 物,聚乙烯醇缩丁醛(PVB),或其它合适的聚合物形成。在如本文所述的玻 璃层压件中的离子聚合物中间层(例如购自杜邦公司(DuPont)的 )的厚度范围可为约0.5mm-约2.5mm,或0.89mm-约2.29 mm。在如本文所述的玻璃层压件中的PVB中间层的厚度范围可为约0.38mm -约2mm,或约0.76mm-约0.81mm。

本发明还描述了形成一种玻璃层压件结构的方法，所述方法包括以下 步骤：提供第一玻璃板、第二玻璃板和聚乙烯醇缩丁醛中间层,将所述中 间层堆叠在所述第一玻璃板顶部,和将所述第二玻璃板堆叠在中间层上以 形成组装的堆叠件。所述方法还包括将组装的堆叠件加热到大于或等于中 间层的软化温度的温度，从而将所述中间层层压到所述第一玻璃板和所述 第二玻璃板上，由此，在中间层与第一玻璃板和第二玻璃板之间不使用粘 附抑制剂,从而中间层粘合到两玻璃板且粘附的冲击粘附值为至少7。

本发明还描述了形成一种玻璃层压件结构的方法，所述方法包括以下 步骤：提供第一玻璃板、第二玻璃板和离子聚合物中间层,将所述中间层 堆叠在所述第一玻璃板顶部,和将所述第二玻璃板堆叠在中间层上以形成 组装的堆叠件。所述方法还包括将组装的堆叠件加热到大于或等于中间层 的软化温度的温度，从而将所述中间层层压到所述第一玻璃板和所述第二 玻璃板上，由此，在中间层与第一玻璃板和第二玻璃板之间不使用粘附促 进剂,从而中间层粘合到两玻璃板且粘附的冲击粘附值为至少7。

在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特 征和优点对本领域的技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和 其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。应理解，上面的一般性 描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性 质和特点的总体评述或框架。所附附图提供了对本发明的进一步理解，附 图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了本发明的一个 或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

附图简要说明

图1是根据本发明的一种实施方式的层压的玻璃结构的横截面示意 图。

图2是根据本发明的另一种实施方式的层压的玻璃结构的横截面示意 图。

图3是根据几种实施方式的各种玻璃板的层深度与压缩应力关系图。

图4是用于钠钙玻璃/PVB层压件的耐穿透性随粘附的关系图。

详细描述

参考附图，其中赋予相同的元件相同的附图标记以促进对本发明的主 题内容的理解，描述了具有高玻璃和聚合物中间层粘附强度的层压的玻璃 结构的各种实施方式。

提供以下对本发明的主题内容描述，作为按其目前已知实施方式来揭 示本发明内容。相关领域的技术人员将会认识到，可以对所描述的实施方 式做出许多改变，而还能获得本发明的主题内容有益的结果。还显而易见 的是，本发明主题内容理想的有益结果中的一部分可以通过选择本发明的 主题内容一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域普通技术人 员会认识到，对本发明的主题内容的许多更改和修改都是可能的，在某些 情况下甚至是理想的，并且是本发明的一部分。因此，提供的以下描述作 为对本发明主题内容的原理的说明不构成对本发明的限制。

本领域普通技术人员将理解，在不偏离本发明的主题内容的精神和范 围时，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，但应 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，还可使用 本发明的主题内容的一些特征，而相应地不使用其它特征。因此，提供示 例或示意实施方式的上述说明，来显示本发明的主题内容的原理，而不构 成其限制，且可包括对本发明的主题内容的修改和置换。

图1是根据一些实施方式的一种玻璃层压件结构10的横截面示意图。 参考图1，层压件结构10可包括两块玻璃板12和14，它们层压在聚合 物中间层16两侧。玻璃板12和14中的至少一块可由通过例如离子交换 过程化学强化的玻璃形成。聚合物中间层16可为，但不限于PVB或者离子 聚合物材料，例如刚性PVB的示例是购自索鲁提亚(Solutia) 的Saflex DG。还例如，中间层可由标准PVB、吸音PVB、乙烯醋酸乙烯酯 (EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)或其它合适的聚合物或热塑性材料形成。

根据本发明的另一实施方式，玻璃板可由薄玻璃板形成，其已使用离 子交换过程进行化学强化，例如康宁大猩猩玻璃。在 这种过程中，通常将玻璃板在熔盐浴中浸没预定的时间。玻璃板中处于或 接近玻璃板表面的离子与更大的金属离子例如来自盐浴的金属离子进行交 换。在一个非限制性实施方式中，所述熔盐浴的温度约为430℃，预定的时 间约为8小时。较大离子结合到玻璃中，在近表面区域产生压缩应力，从 而强化玻璃板。可在玻璃板中心区域内产生相应的拉伸应力，以平衡所述 压缩应力。

如本文所使用，涉及本文所述的玻璃板时，“薄”指玻璃板的厚度不 超过2.0mm,不超过1.5mm,不超过1.0mm,不超过0.7mm,不超过0.5 mm,或在下述范围内：约0.5mm-约2.0mm,约0.5mm-约1.5mm,或 约0.5mm-约1.0mm或约0.5mm-约0.7mm。

在如本文所述的玻璃层压件中的聚合物中间层的厚度范围可为约0.5 mm-约2.5。在如本文所述的玻璃层压件中的离子聚合物中间层(例如购自 杜邦公司(DuPont)的SentryGlas)的厚度范围可为约0.5mm-约2.5mm,或 0.89mm-约2.29mm。在如本文所述的玻璃层压件中的PVB中间层的厚度 范围可为约0.38mm-约2mm,或约0.76mm-约0.81mm。

如美国专利号7666511,4483700和5674790所述,康宁大猩猩 玻璃可通过熔合拉制玻璃板然后化学强化该玻璃板来 制备。如下文所进一步描述，康宁大猩猩玻璃具有深 压缩应力层深度(DOL)，且提供的表面具有高挠曲强度、耐刮性和抗冲击 性。玻璃板12和14与聚合物中间层16可在层压过程中粘合在一起，其 中玻璃板12、中间层16和玻璃板14彼此堆叠，压制在一起并加热到 中间层材料软化温度以上的温度,从而中间层16粘附到玻璃板。

使用大猩猩玻璃作为外部玻璃板12和14中的一块或两块玻璃板， 且使用PVB作为中间层16，由此制备的玻璃层压件同时具有高粘附强度 (即，良好的破碎后玻璃保留)和优异的耐穿透性。对使用0.76mm厚的高 粘附级别(RA)PVB和两块1毫米厚大猩猩玻璃制备的玻璃层压件进行测 试，显示了在约9-约10范围的高冲击粘附值。根据本发明使用PVB中间 层的薄玻璃层压件可呈现在下述范围的高冲击粘附值：约7.5-约10,约7 -约10,约8-10,约9-约10,至少7,至少7.5,至少8,或至少9,以 及还显示良好的抗冲性质且MBH范围是约20-24英尺到约或为至少20英 尺。这与如上所述的关于MBH和冲击粘附关系的常规认知是相反的。在这 类层压件结构的冲击数据中，在使用5磅小球从24英尺(7.32米)高度落下 的落球测试中，3次测试有2次测试球没有穿透玻璃层压件。

对于建筑应用，目标可为最小化负载下的挠曲和最大化破碎后玻璃保 留。对于这些应用而言，可广泛使用刚性中间层，例如聚碳酸酯或者购自 杜邦公司(DuPont)的对使用0.89毫米厚和两 块1毫米厚大猩猩玻璃制备的玻璃层压件进行的测试表明，使用大猩猩玻 璃和制备的层压件具有异常高的冲击粘附值(约10)和降低的 有负载时的挠曲，如其边缘强度约为使用标准的未刚化PVB制备的类似层 压件的两倍所证实。根据本发明的具有离子聚合物中间层(例如 )的薄玻璃层压件可具有在下述范围的高冲击粘附值：约7.5- 约10,约7-约10,约8-10,约9-约10,至少7,至少7.5,至少8,或 至少9,以及还可显示良好的抗冲性质且MBH范围是约20-24英尺到约或 为至少20英尺。

图2是根据另一实施方式的一种层压玻璃结构的横截面示意图。参考 图2,可存在大于或等于3块薄玻璃板22,24,26，且在相邻的玻璃板之 间具有聚合物中间层28和30。在这种实施方式中，优选地可只化学强化 外部玻璃板22和26,而内部玻璃板24(或多块玻璃板)可以是常规强化 的玻璃。在另一种实施方式中，一块或多块内部玻璃板可由钠钙玻璃制成。 如果需要额外的硬度，内部或中央玻璃板24可以是厚的玻璃板，其厚度 为至少1.5mm,至少2.0mm或至少3.0mm。或者，在层压件20中的 一块或多块内部玻璃板或者所有的内部玻璃板可以是化学强化玻璃板、薄 玻璃板或者薄的化学强化玻璃板。

适于形成根据本发明的实施方式的玻璃层压件所用的化学强化玻璃板 的示例性可离子交换玻璃是碱性铝硅酸盐玻璃或者碱性铝硼硅酸盐玻璃， 但也设想了其它玻璃组合物。本文所用的“可离子交换”是指玻璃能够通 过尺寸更大或更小的同价态阳离子交换位于玻璃表面处或附近的阳离子。 一种示例性玻璃组成包含SiO₂、B₂O₃和Na₂O，其中(SiO₂+B₂O₃)≥66摩尔 ％并且Na₂O≥9摩尔％。在一个实施方式中，玻璃板包含至少6重量％的氧 化铝。在另一个实施方式中，玻璃板包含一种或多种碱土金属氧化物，且 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 合物还包含K₂O、MgO和CaO中的至少一种。在一个特定的实施方式中，玻 璃可包含61-75摩尔％SiO₂、7-15摩尔％Al₂O₃、0-12摩尔％B₂O₃、9-21摩 尔％Na₂O、0-4摩尔％K₂O、0-7摩尔％MgO以及0-3摩尔％CaO。

适用于形成玻璃层压件的另一个示例性玻璃组合物包含：60-70摩尔 ％SiO₂、6-14摩尔％Al₂O₃、0-15摩尔％B₂O₃、0-15摩尔％Li₂O、0-20摩尔％Na₂O、 0-10摩尔％K₂O、0-8摩尔％MgO、0-10摩尔％CaO、0-5摩尔％ZrO₂、0-1摩尔％SnO₂、 0-1摩尔％CeO₂、小于50ppm的As₂O₃、以及小于50ppm的Sb₂O₃；其中12摩 尔％≤(Li₂O+Na₂O+K₂O)≤20摩尔％，0摩尔％≤(MgO+CaO)≤10摩尔％。另一个 示例性玻璃组合物包含：63.5-66.5摩尔％SiO₂、8-12摩尔％Al₂O₃、0-3摩尔 ％B₂O₃、0-5摩尔％Li₂O、8-18摩尔％Na₂O、0-5摩尔％K₂O、1-7摩尔％MgO、0-2.5 摩尔％CaO、0-3摩尔％ZrO₂、0.05-0.25摩尔％SnO₂、0.05-0.5摩尔％CeO₂、小 于50ppm的As₂O₃、以及小于50ppm的Sb₂O₃；其中14摩尔％≤(Li₂O+Na₂O+K₂O) ≤18摩尔％，2摩尔％≤(MgO+CaO)≤7摩尔％。在另一个实施方式中，碱性铝 硅酸盐玻璃包含以下组分、主要由以下组分组成、或者由以下组分组成： 61-75摩尔％SiO₂；7-15摩尔％Al₂O₃；0-12摩尔％B₂O₃；9-21摩尔％Na₂O； 0-4摩尔％K₂O；0-7摩尔％MgO以及0-3摩尔％CaO。

在一个具体实施方式中，碱性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，在另一些实施方式中 至少58摩尔％的SiO₂，以及在其他实施方式中至少60摩尔％的SiO₂，其中 比例其中组分的比例以摩尔％计，改性剂是碱金属氧化物。在 具体实施方式中，该玻璃包括下述组分、主要由下述组分组成、或者由下 述组分组成：58-72摩尔％SiO₂、9-17摩尔％Al₂O₃、2-12摩尔％B₂O₃、8-16 摩尔％Na₂O、0-4摩尔％K₂O，其中比例

在另一个实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃基材包含以下组分、主要由 以下组分组成、或者由以下组分组成：60-70摩尔％SiO₂；6-14摩尔％Al₂O₃； 0-15摩尔％B₂O₃；0-15摩尔％Li₂O；0-20摩尔％Na₂O；0-10摩尔％K₂O；0-8 摩尔％MgO；0-10摩尔％CaO；0-5摩尔％ZrO₂；0-1摩尔％SnO₂；0-1摩尔％ CeO₂；小于50ppm的As₂O₃；以及小于50ppm的Sb₂O₃；其中12摩尔％≤Li₂O +Na₂O+K₂O≤20摩尔％，0摩尔％≤MgO+CaO≤10摩尔％。还在另一个 实施方式中，碱性铝硅酸盐玻璃包含以下组分、主要由以下组分组成、或 者由以下组分组成：64-68摩尔％SiO₂；12-16摩尔％Na₂O；8-12摩尔％Al₂O₃； 0-3摩尔％B₂O₃；2-5摩尔％K₂O；4-6摩尔％MgO；以及0-5摩尔％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％；以及4摩尔％≤(Na₂O+K₂O)≤Al₂O₃ ≤10摩尔％。

在一些实施方式中，所述化学强化玻璃和非化学强化玻璃配料中可包 含0-2摩尔％的至少一种澄清剂，包括但不限于：Na₂SO₄,NaCl,NaF,NaBr, K₂SO₄,KCl,KF,KBr,和/或SnO₂。在一个示例性实施方式中，玻璃中的钠 离子可以被熔浴中的钾离子替换，但是具有较大原子半径的其他碱金属离 子(例如铷或铯)也可以替换玻璃中的较小的碱金属离子。根据特定的实 施方式，玻璃中的较小碱金属离子可以被Ag⁺离子替换。类似的，其它的碱 金属盐，例如但不限于硫酸盐、卤化物等，可以用于所述离子交换过程。

在温度低于玻璃网络可以松弛的温度时用较大的离子代替较小的离 子，会在玻璃表面上造成离子分布，形成应力曲线。进入的离子的较大的 体积在表面上产生压缩应力(CS)，在玻璃中心区域内产生张力(中心张 力(CT))。压缩应力与中心张力的关系如下式所示：

$\mathrm{CS}=\mathrm{CT}\left(\frac{t-2\mathrm{DOL}}{\mathrm{DOL}}\right)$

其中t是玻璃板的总厚度，DOL是交换深度，也称为层深度。

根据各种实施方式，包含一片或多片经过离子交换的玻璃板并且具有 指定层深度与压缩应力曲线的薄玻璃层压件可具有一系列所需的特性，包 括重量轻、抗冲击性强以及改进的声衰减。

在一个实施方式中，化学强化玻璃板的表面压缩应力可以至少为300 MPa，例如至少400、500或者600MPa，层深度至少约为20μm(例如，至 少约为20、25、30、35、40、45或者50μm)并且/或者中心张力大于40MPa (例如，大于40、45或者50MPa)且小于100MPa(例如，小于100、95、 90、85、80、75、70、65、60或者55MPa)。

图3是根据几种实施方式的各种玻璃板的层深度与压缩应力关系图。 参考图3，来自钠钙对照玻璃的数据用菱形“SL”表示，而经过化学强化的 铝硅酸盐玻璃的数据用三角形“GG”表示。如示例性图片所示，经过化学 强化的玻璃板的层深度与表面压缩应力数据关系可被限定为压缩应力大于 约600MPa，层深度大于约20微米。可将区域200限定为表面压缩应力大 于约600MPa、层深度大于约40微米，拉伸应力在约40-65MPa之间。独 立于上述的关系或者与上述关系结合，经过化学强化的玻璃的层深度可以 用相应的表面压缩应力表示。在一个例子中，近表面区域从第一玻璃板的 表面延伸到至少65-0.06(CS)的层深度(单位为微米)，其中CS是表面压 缩应力且CS至少为300MPa。在图3中用斜线来表示这种线性关系。令人 满意的CS和DOL水平在图中的线65-0.06(CS)以上，其中y轴表示DOL且 x轴表示CS。

在其它示例中，近表面区域从第一玻璃板的表面延伸到值为至少 B-M(CS)的层深度(单位是微米),其中CS是表面压缩应力且至少为300 MPa，B的范围可为约50-180(例如，60,70,80,90,100,110,120,130, 140,150,160±5)，且M可独立地是约-0.2至-0.02(例如，-0.18, -0.16,-0.14,-0.12,-0.10,-0.08,-0.06,-0.04±-0.01)。

化学强化玻璃板的弹性模量范围可以是60-85GPa(例如，60、65、 70、75、80或者85GPa)。玻璃板和聚合物中间层的弹性模量会影响所得 玻璃层压件的机械特性(例如挠曲和强度)和声性能(例如传播损失)。

示例性玻璃板成形方法可包括熔合拉制法和狭缝拉制法，它们分别是 下拉法以及浮法的例子。所述熔合拉制法使用拉制容器，该拉制容器包含 沟槽，用来接受熔融的玻璃原料。该沟槽包括在沟槽两侧顶部沿着沟槽长 度开口的堰。当在沟槽内装入熔融材料的时候，熔融的玻璃从堰上溢流。 在重力的作用下，熔融玻璃从拉制容器的外表面流下。这些外表面向下和 向内延伸，使得它们在拉制容器下方的边缘处结合。两个流动玻璃表面在 此边缘处结合并熔合起来，形成单独的流动板材。所述熔合下拉法的优点 在于，由于从沟槽溢流的两块玻璃膜会熔合在一起，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相接触。因此，熔合拉制玻璃板的表 面性质不会受到这些接触的影响。

狭缝拉制法与熔合拉制法不同。在此方法中，将熔融的原料玻璃提供 给拉制容器。所述拉制容器的底部具有开放的狭缝，所述开放狭缝具有沿 着狭缝的长度延伸的喷嘴。熔融的玻璃流过所述狭缝/喷嘴，以连续的板材 的形式通过该狭缝/喷嘴下拉，并进入退火区。狭缝拉制法通常提供比熔合 拉制法更薄的玻璃板，因为通过狭缝仅仅拉制了单片，而不是将两片熔合 在一起。

下拉法制得具有均匀厚度的玻璃板，其表面是相对完好的。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 面具有较高的初始强度。当随后对所述高强度玻璃进行化学强化的时候， 制得的玻璃的强度可高于已经进行过磨光和抛光的玻璃。可以将下拉法制 造的玻璃拉至厚度约小于2毫米。另外，因为下拉法玻璃具有非常平坦光 滑的表面，可以不经高成本的研磨和抛光就用于最终应用。

在浮法中，可以通过将熔融玻璃在熔融金属(通常为锡)床上浮动， 来制造特征在于光滑表面和均匀厚度的玻璃板。在一个示例性过程中，将 熔融玻璃进料到熔融锡床表面上，形成浮动带。随着玻璃带沿着锡浴流动， 温度逐渐降低，直至可以将固体玻璃板从锡拉起到辊上。一旦离开浴，玻 璃板可以更快地冷却并退火以降低内部应力。

可使用各种方法来形成用于汽车窗用玻璃和其它应用的玻璃层压件。 在一个示例性方法中，在预压机中组装一片或多片具有聚合物中间层的化 学强化玻璃板，粘成预层压件，精整成光学透明的玻璃层压件。在包含两 片玻璃板的示例性实施方式中，组件可通过下述步骤来形成：设置第一玻 璃板，覆盖聚合物中间层例如PVB片，设置第二玻璃板，然后修整多余的 PVB至玻璃板边缘。示例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。通常在提升的温度和压力下进行示例精整步骤，完 成各玻璃板与聚合物中间层的匹配。

在一些实施方式中，热塑性材料如PVB可用作预成形聚合物中间层。 在某些实施方式中，热塑性层的厚度可以至少为0.125mm(例如，0.125、 0.25、0.375、0.5、0.75或者1mm)。热塑性层可以覆盖玻璃的大部分或 者基本上所有的两个相对的主表面。它也可以覆盖玻璃的边缘面。可以将 与热塑性层接触的一种或更多种玻璃板加热至高于热塑性材料的软化点， 例如比软化点高至少5℃或者10℃，以促进热塑性材料与玻璃的结合。 可以在玻璃板与热塑性层在压力下接触的条件下进行加热。

非限制性示例聚合物中间层材料见表1的总结，表1还提供了各材料 的玻璃转变温度和模量。玻璃转变温度和模量数据来自供应商的技术数据 表，或者使用DSC 200差式扫描量热计(日本精工仪器公司(Seiko  Instruments Corp.,Japan))或者通过ASTM D638方法分别测定玻璃转变 温度和模量数据。在ISD树脂中使用的丙烯酸/硅酮树脂材料的进一步说明 在美国专利号5,624,763中公开，且对吸音改性PVB树脂的描述在日本专 利号05138840中公开，以上各文的全部内容通过引用纳入本文。

表1.示例性聚合物中间层材料

示例聚合物中间层的弹性模量范围可约为1MPa-300MPa(例如，约 1,5,10,20,25,50,100,150,200,250,或300MPa)。当加载速率 为1Hz时，标准PVB中间层的弹性模量可以约为15MPa，吸音级别PVB 中间层的弹性模量可以约为2MPa。在其他实施方式中，可以在玻璃层压件 中结合一层或多层聚合物中间层。多层中间层可以提供互补或不同的功能， 包括促进粘附、控制吸音、控制UV透射率和/或控制IR透射率。

在示例层压过程中，通常将中间层加热至足以使其软化的温度，这促 进了中间层与玻璃板各个表面的共形匹配，以及中间层和玻璃板的粘附。 例如对于PVB，层压温度可以约为140℃。中间层材料中的可移动聚合物 链形成与玻璃表面的结合，这促进了粘附。提升的温度还加速了残留空气 和/或水分从玻璃-聚合物界面扩散出去。可任选施加的压力促进了中间层 材料的流动并抑制了气泡的形成，否则水蒸汽压力与界面处俘获的空气结 合起来可能会导致气泡的形成。为了抑制气泡的形成，还可以对高压釜中 的组件同时加热加压。

可以使用基本相同的玻璃板形成玻璃层压件，或者在其他实施方式中， 单片玻璃板的特性，例如组成、离子交换分布和/或厚度可以独立地发生变 化，以形成不对称的玻璃层压件。

示例玻璃层压件可用于提供有益的效果，包括噪声衰减、降低紫外光 和/或红外光的透射率，和/或增加窗口的美观性。玻璃层压件所包含的单 片玻璃板可以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，包括机械性质、光学性质和/或声衰减性质。

下表2呈现了与使用较薄玻璃板相关的重量减轻现象，表2提供了实 际尺寸为110cm x 50cm且包含聚合物中间层的示例性玻璃层压件的玻璃 重量、中间层重量以及玻璃层压件重量，所述聚合物中间层包含0.76mm 厚、密度为1.069g/cm³的PVB片。

表2.玻璃板/PVB/玻璃板层压件的物理性质。

厚度(mm) 玻璃重量(g) PVB重量(g) 层压件重量(g) 4 5479 445 11404 3 4110 445 8664 2 2740 445 5925 1.4 1918 445 4281 1 1370 445 3185 0.7 959 445 2363 0.5 685 445 1815

参考表2，通过降低单片玻璃板的厚度，可以明显地降低层压件的总 重量。在一些应用中，较轻的总重量直接转化为更高的燃料经济性。玻璃 层压件可用作例如面板、盖板、窗或者窗用玻璃，并且配置成任意合适的 尺寸和大小。在一些实施方式中，玻璃层压件的长度和宽度可在10厘米至 大于或等于1m之间独立地变化(例如，0.1、0.2、0.5、1、2或5m)。 独立地，玻璃层压件的面积可以大于0.1m²，例如大于0.1、0.2、0.5、1、 2、5、10或者25m²。当然，这些尺寸只是示例性的，且不应限制本文所附 权利要求的范围。

示例玻璃层压件可以是基本平坦的或者对于某些应用是具有形状的。 例如，用作挡风玻璃或者盖板时，玻璃层压件可以成形为弯曲或者具有形 状的部件。具有形状的玻璃层压件的结构也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件可以具有复杂曲率，其中，玻璃板 在两个独立方向上具有不同的曲率半径。从而此类具有形状的玻璃板可以 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，还沿 着垂直于所述相同维度的轴弯曲。例如，通常测得的汽车天窗为0.5m x 1.0 m，沿短轴的曲率半径为2-2.5m，沿长轴的曲率半径为4-5m。

根据某些实施方式的具有形状的玻璃层压件可以由弯曲因子定义，其 中对于给定部件的弯曲因子基本上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 汽车天窗，沿各轴的弯曲因子是4。具有形状的玻璃层压件还可具有2到大 于或等于8的弯曲因子。

使玻璃层压件弯曲或者具有形状的方法可以包括重力弯曲法、按压弯 曲法及其混合。在传统的重力弯曲方法中，通过将单片或多片玻璃板放在 弯曲夹具的刚性、预成形的外周支承表面上，可将薄的平坦玻璃板形成为 弯曲成形体，例如汽车挡风玻璃，冷压的预切割单片或多片玻璃板。该弯 曲夹具可以使用金属或者难熔材料制得。在示例性方法中，可以使用活动 连接的弯曲夹具。在弯曲之前，通常仅在数个接触点上支承玻璃。通常在 玻璃韧化炉中与升高的温度接触来加热玻璃，这软化了玻璃，允许重力将 玻璃弯垂或跌落至与外周支承表面一致。通常，整个支承表面会与玻璃外 周接触。

另一种弯曲技术是压制弯曲，在该技术中，将平坦玻璃板加热至基本 等于玻璃软化点的温度。然后在具有互补成形表面的阳模元件和阴膜元件 之间，将经过加热的玻璃板压制或者成形为所需曲率。在一些实施方式中， 可以使用重力弯曲和按压弯曲技术的组合。

在其它实施方式中，化学强化玻璃板的厚度可以不超过1.4mm或者小 于1.0mm。在另一些实施方式中，化学强化玻璃板的厚度可以基本等于与 外部玻璃板或内部玻璃板相对的第二玻璃板的厚度，从而各自的厚度变化 不大于5％，例如小于5、4、3、2或者1％。根据一些其它实施方式，第二 玻璃板(例如，内部玻璃板)的厚度可以小于2.0mm或小于1.4mm。不限 于理论，申请人相信包含厚度基本相同的相对玻璃板的玻璃层压件可以提 供最大的相干频率，以及在相干频率下垂处(coincidence dip)的相应最大 吸音传播损失。该设计可以为例如汽车应用中的玻璃层压件提供有益的吸 音性能。

如本文所述的层压玻璃结构具有优异的耐久性、抗冲性、韧性和耐刮 擦性。玻璃板或层压件的强度和抗机械冲击性能受到玻璃中的缺陷(包括 表面缺陷和内部缺陷)的限制。当玻璃层压件受到冲击时，冲击点受到压 缩，同时冲击点周围的环或者“环带(hoop)”以及受到冲击的玻璃板的相 对表面处于拉伸状态中。通常，可从裂纹处开始发生破坏，这常常位于玻 璃表面上的最高张力点或者最高张力点附近。这可能发生在相对表面上， 但是也可能发生在环内。如果在冲击事件过程中，玻璃中的裂纹被置于张 力下，裂纹可能会发生扩展，并且玻璃会破碎。因此，优选具有高量级和 深度的压缩应力(层深度)。将受控的裂纹添加到本文所述的实施方式的 示例表面，和对本文所述的实施方式的示例表面进行酸蚀刻处理，可提供 在发生内部和外部冲击事件时具有理想的破碎性能的这种层压件。

由于化学强化，本文所述的玻璃层压件的一个或两个外表面可处于压 缩状态下。要使裂纹扩展并且发生失效，来自冲击的拉伸应力必须大于裂 纹顶端的表面压缩应力。在一些实施方式中，化学强化玻璃板的高压缩应 力和较深层深度可使得能够使用比未化学强化玻璃更薄的玻璃。

在其它实施方式中，玻璃层压件可包括内部和外部玻璃板，例如但不 限于，化学强化玻璃板，其中朝向外部的化学强化玻璃板的表面压缩应力 约为至少300MPa(例如至少400,450,500,550,600,650,700,750或 者800MPa)，层深度至少约为20μm(例如，至少约为20、25、30、35、 40、45或者50μm)并且/或者中心张力大于40MPa(例如，大于40、45 或者50MPa)且小于100MPa(例如，小于100、95、90、85、80、75、70、 65、60或者55MPa)。这种实施方式还可包括朝向内部的玻璃板(例如， 化学强化的内部玻璃板)，其表面压缩应力是化学强化的外部玻璃板的表面 压缩应力的三分之一到二分之一，或与外部玻璃板的相同。

除了它们的机械性质之外，还评价了示例玻璃层压件的声阻尼性质。 如本领域普通技术人员所将理解，具有中央吸音中间层16(例如市售的吸音 PVB中间层)的层压结构可用来阻尼声波。本文所揭示的化学强化玻璃层压 件虽然使用较薄(且较轻)的结构，但可以显著地降低声传播，所述较薄 (且较轻)的结构还拥有许多窗用玻璃应用所必需的机械性质。

本发明的一种实施方式包括使用硬的、刚性中间层与至少一种或更多 种化学强化的薄外部玻璃板和一种或多种内部玻璃板制备的薄的玻璃层压 件结构10和20。硬的中间层可为使用薄玻璃制造的层压件提供改善的负荷 /变形性质。其它实施方式可包括软的中间层，例如吸音阻尼中间层。其它 实施方式可使用软的吸音(例如，声阻尼)中间层和硬的中间层，例如 中间层。

可通过中间层剪切模量和中间层材料的损耗因子来测定吸音阻尼。当 中间层占总层压件厚度大部分时，可主要由杨氏模量来确定弯曲刚性(负荷 变形性质)。使用多层中间层，可独立地调节这些性质，得到具有令人满意 的刚性和吸音阻尼的层压件。

可用作根据本发明的玻璃层压件中的聚合物中间层的市售材料包括， 但不限于：离子聚合物,吸音PVB(例如，积水公司(Sekisui) 的薄0.4mm厚吸音PVB),EVA,TPU,硬PVB(例如Saflex DG),和标准 PVB。在多层中间层的情况下，全部使用PVB层是优选的，因为层之间具有 良好的化学兼容性。和其它中间层材料例如EVA和PVB在化学 上更不兼容，且可能在层之间需要粘合剂膜(例如，聚酯膜)。

在第一个实验中，使用真空袋和反应釜来制造包括PVB中间层的玻璃 层压件和包括中间层的层压件，真空袋用于脱气并固定层压 件，反应釜按索鲁提亚公司(Solutia)(PVB供应商)和杜邦公司 (DuPont)(供应商)所规定的周期范围运行。片可 储存在金属箔内衬的袋子中直到使用，由此确保片是干燥的 (＜0.2％湿度)。对于PVB中间层，示例实施方式可包括片水分含量＜0.6 ％。使用标准冲击测试方法来测试层压件，以测量用于层压玻璃的玻璃和 中间层的粘附强度。冲击测试包括在0℉(-18℃)下对层压件进行调整，然 后用1磅锤子冲击样品以打碎玻璃。通过因玻璃从中间层掉落而暴露的中 间层材料的量(例如冲击粘附值)来评价粘附。

具有标准汽车玻璃(例如2.1mm厚或2.3mm厚钠钙玻璃)的PVB层压 件的耐穿透性和冲击粘附之间的关系见图4。参考图4,随着粘附增加，耐 穿透性(如用MBH度量)可降低到不可接受的水平。已知对于厚的钠钙玻璃 层压件，抗冲性主要由PVB-玻璃粘附强度和PVB中间层的性质决定，且玻 璃的贡献很小。如图4所示，钠钙玻璃-PVB层压件需要在可接受的耐穿透 性和粘附强度之间进行折衷。

本发明的实施方式可提供玻璃层压件，用于汽车、车辆、电器、电子、 建筑和其它应用，其具有高水平的至少一种玻璃板和聚合物层之间的粘附 强度，且冲击粘附值范围为约7-约10,约8-10,约9-约10,为至少7, 至少8,或至少9。这种具有玻璃和聚合物层之间的高粘附强度的层压件 呈现突出的破碎后玻璃保留性质。这些层压件还显示出高粘附强度和高水 平的耐穿透性(MBH为至少20英尺)的良好组合，这与常规钠钙玻璃层压件 在高粘附下呈现的不良耐穿透性相反。本文所述的示例层压件无需粘附控 制剂来提供可接受的耐穿透性或者与玻璃的粘附。用于例如汽车和建筑窗 用玻璃的应用时，当与使用钠钙玻璃制备的层压玻璃相比，使用化学强化 玻璃例如康宁大猩猩玻璃和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或离子聚合 物中间层制备的层压玻璃具有不同寻常的高粘附强度。高粘附强度是有益 的，因为它提供破碎后的高水平的玻璃保留。此外，使用大猩猩玻璃和PVB 中间层制造的层压件同时结合了所需的高粘附强度性质和高穿透高度(高 耐穿透性)。

相反，钠钙玻璃/PVB层压件在高粘附水平下具有不良的耐穿透性。此 外，大猩猩玻璃和的高粘附强度使得无需粘附促进剂，且不取 决于大猩猩玻璃的哪一侧和接触，而钠钙玻璃层压件的情况则 相反。

示例实施方式包括轻量薄玻璃层压件，其具有可接受的机械性能和/ 或吸音阻尼性质。其它实施方式可包括聚合物中间层和层压玻璃结构，其 中可通过调节聚合物中间层的单个层的性质，来独立地改造它们的机械性 能和吸音性能。本文所述的层压玻璃结构的层可以是在层压过程中粘合在 一起的单独的片层。本文所述的中间层结构的层可以共挤出在一起，以形 成具有多层的单一中间层片。

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。在本说明书的单独的实施 方式中描述的某些特征也可以组合起来在单个实施方式中实现。反之，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，而且甚至最初也是这样要求权利的，但所要求权利的 组合中的一种或多种特征在一些情况下可以从该组合中去除，所要求权利 的组合可以针对次级组合或者次级组合的变化。

类似地，虽然在附图和图片中将操作描述成按照特定顺序，但不应理 解成这些操作需要按特定顺序或按依次顺序进行，或者进行所有显示的操 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。

如图1-4中的各种构造和实施方式所示，已描述了玻璃和聚合物中间 层具有高粘附强度的层压玻璃结构的各种实施方式。

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。