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夹层玻璃用点固定系统及其制备方法
    本申请要求2002-07-31提交的美国临时申请号60/400,234的优先权。

    背景技术

    夹层玻璃在家居和建筑物；橱柜和陈列箱中的搁板；以及其它希望改进玻璃的安全性能的制品中都很有用。在建筑中，可能有利的是借助采用螺栓和/或其它非粘合剂性紧固件的直接点支承系统将玻璃联结在框架和建筑支承结构上。例如，螺栓连接玻璃装配系统允许设计大视觉面积、高透明的立面。美国专利4,406,105和美国专利4,680,206和EP No.0 735 227 B1公开点固定系统在结构玻璃组装方面的应用。

    生产能借助直接点固定而紧固到支承结构上的玻璃装配系统(以下称“螺栓连接玻璃”)并非没有麻烦。采用螺栓连接玻璃系统可能由于各种各样常规螺栓连接玻璃方法所固有的因素而实施困难。例如，螺栓连接玻璃系统要求采用回火玻璃，这可能导致光学透明性的下降并带来因夹杂硫化镍和使用引致的深划痕而自发破裂的风险。

    常规夹层安全玻璃一般包含结合在玻璃片材之间的热塑性薄片或其它透明塑性材料。这些夹层玻璃复合材料被要求满足苛刻的要求，包括耐冲击性能、耐候性和透明性。然而，聚合物中间层的存在也给采用螺栓连接玻璃带来困难。如果玻璃意外破裂，则螺栓连接系统的联结将依靠沿与中间层极小地联结的无规玻璃碎片夹紧而得以维持。螺栓连接玻璃特有的集中连结力常常导致破裂的玻璃碎片切穿中间层而切断螺栓连接玻璃叠层制品与建筑支承结构之间的连结。中间层的此种切穿在等于或大于50℃的高温将由于中间层地蠕变而加剧。此种性能方面的疑虑表现在玻璃意外破裂后螺栓连接玻璃叠层制品的玻璃破裂后整体性的下降。

    当采用螺栓连接玻璃叠层制品时的另一个注意之处是在层压期间保持中间层的孔与玻璃中的孔之间对准。美国专利5,787,662描述一种精心设计的构造元件，试图对付此种玻璃层之间孔的对准问题。另外的问题是，螺栓连接夹层玻璃系统的中间层与紧固件之间的相容性，以及此种联结的耐久性。中间层-玻璃脱层问题常常出现在要求容纳螺栓装置的联结孔的周围。在采用螺栓连接夹层玻璃来增强安全性的场合，通常将单层玻璃和聚合物中间层作为冗余(redundant)结构组件。EP 0 651 113 B1公开一种螺栓连接玻璃叠层制品用联结系统，结构上它仅在叠层制品中采用一层玻璃。美国专利申请号2002/0020119 A1公开特殊固定器点固定系统的应用，以便实现螺栓连接玻璃和螺栓连接玻璃叠层制品的最佳设计。

    若能具有可以克服常规螺栓连接玻璃和螺栓连接夹层玻璃系统的种种问题的螺栓连接玻璃叠层制品和简单的联结系统，则将是适宜的。

    发明概述

    在一个方面，本发明是一种直接点联结玻璃装配(螺栓连接玻璃)系统，包含：(1)聚合物中间层；(2)至少一个玻璃片材；(3)至少一个联结装置的接收器；和(4)至少一个联结装置，其中聚合物中间层的至少一个表面结合在至少一个玻璃片材上，且其中至少一个接收器被聚合物中间层以粘合方式结合在玻璃上，使得接收器的位置适合机械方式接受联结装置。

    在另一个方面，本发明是一种制备适合用于直接点固定支承结构的玻璃装配系统的方法，包括下列步骤：组装玻璃叠层制品，其包含(1)聚合物中间层；(2)至少一个玻璃片材；(3)至少一个联结装置的接收器；和(4)至少一个联结装置，其中聚合物中间层的至少一个表面结合在至少一个玻璃片材上，且其中至少一个接收器被聚合物中间层以粘合方式结合在玻璃上，使得接收器的位置适合机械方式接受联结装置。

    附图简述

    图1是一种螺栓连接玻璃系统的断面视图，包含第一和第二玻璃层，由聚合物中间层结合在一起，并且还包含圆筒形带螺纹接收器，它一端敞口用于接受联结装置，而另一端封闭，其中接收器除了敞口端以外的所有侧面均埋入中间层中，敞口端暴露于第一玻璃层表面，且其中接收器不穿通至第二玻璃层的表面以下。

    图2是图1的变换方案，只不过接收器还包含从接收器封闭端底部基本平行于玻璃表面地伸出并完全埋入热塑性聚合物中间层内的凸缘。

    图3是图1的变换方案，只不过接收器穿过这两个玻璃层，接收器的封闭端与第二玻璃层的暴露表面平齐。

    图4是图3的变换方案，只不过接收器还包含从接收器封闭端底部基本平行于玻璃表面地伸出的凸缘。该凸缘由聚合物薄层结合在玻璃表面上。

    图5是图1的变换方案，只不过接收器包含埋头几何结构，以便允许与一个内玻璃表面平齐地安装。埋头接收器壁用聚合物薄层结合在埋头玻璃孔上。

    图6是图5的变换方案，只不过埋头接收器延伸穿过一个内玻璃表面并完全埋入聚合物中间层中。

    图7是图5的变换方案，只不过接收器包含埋头几何结构，以便允许与一个外玻璃表面平齐地安装。埋头接收器壁用聚合物薄层结合在埋头玻璃孔上，并且接收器身连续穿过叠层制品，直至敞口端与另一玻璃层的外表面平齐。紧固件的联结在接收器的敞口端进行。

    图8是图3的变换方案，只不过接收器是双接收器，其每一端均敞口至暴露的玻璃表面上，并可从每一个玻璃表面接受联结装置。

    图9是图8的变换方案，只不过图9的接收器还包含伸入到界于2个玻璃层之间的中间层中的凸缘。

    图10是埋入到叠层制品内并直接结合在聚合物中间层上的接收器装置。它提供用于联结紧固件装置的内实体表面。

    图11是图10的变换方案，其中接收器还是埋入到叠层制品中，但其尺寸选择为与孔的边缘平齐。与紧固件的联结是通过接收器上的螺纹表面实现的。

    发明详述

    附图详述

    图1是螺栓连接玻璃系统(10)的断面视图，包含第一玻璃层(14)和第二玻璃层(16)，二者由聚合物中间层(18)结合在一起，并且还包含圆筒形带螺纹接收器(12)，其一端敞口，用于接受联结装置，而另一端封闭，其中接收器除了敞口端以外的所有侧面均埋入中间层中，敞口端暴露在第一玻璃层的表面，且其中接收器不穿通至第二玻璃层表面以下。

    图2是螺栓连接玻璃系统(20)的断面视图，包含第一玻璃层(24)和第二玻璃层(26)，二者由聚合物中间层(28)结合在一起，并还包含圆筒形带螺纹接收器(22)，其一端敞口，用于接受联结装置，而另一端封闭，该封闭端还包含凸缘(21)，它从封闭端底部伸出，其中接收器除了敞口端以外的所有侧面均埋入中间层中，敞口端暴露在第一玻璃层的表面，且其中接收器不穿通至第二玻璃层表面以下。

    图3是螺栓连接玻璃系统(30)的断面视图，包含第一玻璃层(34)和第二玻璃层(34)，二者由聚合物中间层(36)结合在一起，并还包含圆筒形带螺纹接收器(32)，其一端敞口，用于接受一个联结装置，其中接收器除了敞口端以外所有侧面均埋入中间层中，敞口端暴露在第一玻璃层的表面处，而接收器的封闭端与第二玻璃层的暴露表面平齐。

    图4是螺栓连接玻璃系统(40)的断面视图，包含第一玻璃层(44)和第二玻璃层(44)，二者由聚合物中间层(46)结合在一起，还包含圆筒形带螺纹接收器(42)，它一端敞口，用于接受一个联结装置，其中接收器除了敞口端以外所有侧面均埋入中间层中，而敞口端暴露在第一玻璃层的表面，并且接收器的封闭端基本与第二玻璃层的暴露表面平齐，还包含利用聚合物中间层(46)的薄层结合在第二玻璃层表面的凸缘(48)。

    图5是螺栓连接玻璃系统(50)的断面视图，包含第一玻璃层(54)和第二玻璃层(56)，二者由聚合物中间层(58)结合在一起，还包含埋头带螺纹接收器(52)，它一端敞口，用于接受联结装置，而另一端封闭，其中接收器与第一玻璃层的内表面平齐地安装并且除了敞口端以外所有侧面都接触中间层，敞口端暴露在第一玻璃层的表面，且其中接收器不穿通至第二玻璃层表面以下。

    图6是螺栓连接玻璃系统(60)的断面视图，包含第一玻璃层(64)和第二玻璃层(66)，二者由聚合物中间层(68)结合在一起，还包含埋头带螺纹接收器(62)，它一端敞口，用于接受联结装置，而另一端封闭，其中接收器除了敞口端以外所有侧面均埋入中间层中，敞口端暴露在第一玻璃层的表面，且其中接收器不穿通至第二玻璃层表面以下。

    图7是螺栓连接玻璃系统(70)的断面视图，包含第一玻璃层(74)和第二玻璃层(76)，二者由聚合物中间层(78)结合在一起，还包含埋头带螺纹接收器(72)，它一端敞口，用于接受联结装置，而另一端封闭，其中接收器的敞口端与第一玻璃层的外表面平齐地安装，并且该接收器的封闭端与第二玻璃层的外表面平齐地安装，且除了敞口和封闭端以外的所有侧面都接触中间层，敞口和封闭端都暴露在玻璃层的外表面。

    图8是螺栓连接玻璃系统(80)的断面视图，包含第一玻璃层(84)和第二玻璃层(84)，二者由聚合物中间层(88)结合在一起，还包含圆筒形带螺纹接收器(82)，它两端敞口，用于接受最多2个联结装置，其中接收器除了敞口端以外所有侧面均埋入中间层中，而敞口端暴露在玻璃层的表面，并且接收器端面与玻璃的暴露表面平齐。

    图9是螺栓连接玻璃系统(90)的断面视图，包含第一玻璃层(94)和第二玻璃层(94)，二者由聚合物中间层(96)结合在一起，还包含圆筒形带螺纹接收器(92)，它两端敞口，用于接受最多2个联结装置，其中接收器还包含从接收器伸出的凸缘(93)，且接收器除了敞口端以外所有侧面均埋入中间层中，而敞口端暴露在玻璃层的表面，并且接收器端面与玻璃的暴露表面平齐。

    图10是螺栓连接玻璃系统(100)的断面视图，包含第一玻璃层(104)和第二玻璃层(104)，二者由聚合物中间层(106)结合在一起，还包含在玻璃系统的开孔(101)内的带螺纹内接收器(102)，其中接收器提供用于联结联结装置的实体表面，其中螺纹是从开孔镶插的。

    图11是螺栓连接玻璃系统(110)的断面视图，包含第一玻璃层(114)和第二玻璃层(114)，二者由聚合物中间层(116)结合在一起，还包含在玻璃系统的开孔(111)内的内带螺纹接收器(112)，其中接收器提供用于联结联结装置的实体表面，其中螺纹与开孔平齐。

    在一种实施方案中，本发明是一种用于将接收器系统直接联结到坚韧聚合物中间层上的系统。在玻璃意外破裂时，该装置的整体性通过将任何施加的力例如自重、风载荷等通过聚合物中间层和接收器传递给建筑支承系统的连结系统上而得以保持。这比常规螺栓连接夹层玻璃具有明显优势，在后者的情况下，系统性能取决于力通过破玻璃碎片的传递。后一种情况的局限性在于，玻璃碎片常常造成割破和刺穿中间层并且常常自由破碎，特别是在循环加载期间，也就是载荷施加到叠层制品上的力从正方向循环到负方向的情况。常规螺栓连接叠层制品常常表现出在意外破裂后从螺栓连接配件扯开和拉散。这一问题在高温，尤其是大于50℃的高温下将加剧。图1～9所示系统的另一个优点包括孔周围玻璃-聚合物脱层的倾向减少，因为玻璃-聚合物界面基本上从内部与在脱层机理中起一定作用的外部环境潮湿隔绝开来。图1、2、5和6中所示接收器系统仅要求在一个玻璃层中做出一个孔，从而减少了对准2个不同玻璃层中的2个孔的困难。此种仅螺栓连接一个玻璃层的接收器系统，也将便于在为节能而要求采用绝缘玻璃装置，例如双和三层玻璃场合下螺栓连接玻璃的制造。

    这里公开的螺栓连接玻璃系统允许所有的组件——即玻璃、聚合物和接收器——作为结构元件而被包括在透明结构立面用螺栓连接玻璃叠层制品的设计中。

    在另一种实施方案中，本发明是一种玻璃装配系统，包含被夹在至少两层玻璃之间的聚合物中间层，其中玻璃装配系统可通过直接点联结而联结在支承结构上，其中该直接点固定是通过联结装置的接收器实现的，所述接收器以一定方式埋入中间层中，以便接受用于联结到所述支承结构上的联结装置。玻璃可以是任何一种标准类型的：建筑领域普遍采用的退火、钢化或回火型的。该玻璃可以是平板、弯形或变断面的，而不影响本发明的实施。

    用于本发明目的的支承结构可以是窗框、建筑物、壁面、镶板、天花板、地板、悬丝或者任何具有载荷承载功能的建筑结构或下部结构。

    合适的联结装置可以是任何将叠层制品联结到支承结构上的装置。合适的联结装置可以是，例如螺栓、夹具、钉子、螺丝、索、链、系绳、钩扣、钳等。条件是，联结装置结实得足以形成对夹层结构的适当支承。

    合适的接收器可以是任何特征，只要能与联结装置一起配合而形成对支承结构的联结。合适的接收器可由任何通常坚固的材料制成，例如：金属如钢、铝、钛、黄铜、铅、铬、铜等；工程塑料如聚碳酸酯、聚氨酯、尼龙、聚丙烯酸烷基酯、聚缩醛等；天然材料如石材、木材等。材料应根据与聚合物中间层的相容性和尽量减少夹层结构中内应力的原则选择，例如可能因玻璃、接收器和/或聚合物中间层之间不相容而产生的内应力。

    合适的坚韧聚合物中间层可以是任何材料，只要能形成与玻璃也与用于形成联结装置用接收器的构成材料的粘合性结合即可。合适的热塑性中间层可以是通过烯属不饱和羧酸与乙烯的共聚生成的酸共聚物，或者通过酸共聚物的完全或部分中和生成的离聚物。合适的酸共聚物或离聚物例如可从杜邦公司按照商品名Surlyn或Nucrel市售购得。特别优选的是基本上由乙烯和甲基丙烯酸或丙烯酸共聚物的水不溶性盐组成的热塑性聚合物，其含有14～28重量％酸并且约20～60重量％的酸用钠离子、锌离子、镁离子或其组合中和，且其中离聚物树脂的熔体指数为约0.5～50。合适的热塑性中间层也可以是低增塑水平的硬聚乙烯醇缩丁醛，或聚氨酯。优选的是，合适的聚合物在1.0赫兹和25℃下的贮能杨氏模量介于100～1,000MPa(兆帕)，按照ASTM D5026-95a测定。合适的聚合物中间层也可以基于现场固化树脂，例如丙烯酸或聚氨酯系统。接收器与热塑性中间层之间的粘附力可通过以化学偶联剂，例如硅烷基化合物等处理接收器而以化学方式提高。接收器与热塑性中间层之间的粘附力可通过使接收器表面粗糙而用机械方法提高，例如可采用机加工、滚花、喷砂等方法。

    叠层制品可按照已知和常规玻璃层压技术制造，只是叠层制品必须具有将来接收接收器和联结装置的孔，并且热塑性中间层必须与玻璃表面和接收器形成胶粘性结合从而使中间层、接收器和玻璃表面被适当的粘合力结合在一起。层压温度可依赖于层压条件，包括压力和被叠层制品的类型。就典型而言，可能要求高于100℃的温度，来获得本发明的叠层制品。本领域技术人员知道要采用的合适层压条件。热塑性塑料制造方法的例子包括夹辊预压制，随后进行热压罐内成型(autoclaving)以及真空胎式(bagging)和热压罐内成型。树脂叠层制品用的例子包括组分的液体damming，加入液体树脂随后紫外固化、热固化或催化诱导固化。

    实施例

    为进一步说明本发明，给出下面的实施例。这些实施例不拟从任何意义限制本发明范围，它们也不应被用来以任何与本文所附权利要求和/或说明不一致的方式定义权利要求或说明书。

    实施例1由如图1所示螺栓连接玻璃接收器系统组成。该系统包含第一和第二玻璃层，二者由乙烯/丙烯酸共聚物离聚物(杜邦公司商品名SentryGlasPlus)结合在一起，并还包含不锈钢接收器，用于接受联结装置。具有一个用于接受联结装置的敞口端和一个封闭端的接收器，除了敞口端以外所有侧面均埋入中间层中，敞口端暴露在第一玻璃层表面。该接收器不穿通至第二玻璃层表面以下。接收器的聚合物接触表面进行滚花加工以提高钢和聚合物之间的机械附着力。钢接收器的内表面带有螺纹，用于联结装置。将各个组件组装在一起并通过真空胎式成型和在高温下加压进行层压，由此制造该系统。一种保证聚合物围绕接收器良好流动的方法是冲压出其内径与接收器外径匹配并且其外径与玻璃中的孔的内径匹配的单个杜邦SentryGlasPlus环。用一系列杜邦SentryGlasPlus环围绕接收器构筑热塑性中间层。在热压罐内成型期间，热塑性中间层熔融，流动并熔接至热塑性中间层的其余部分而形成叠层制品主要的面内聚合物组件。制造了不含气泡的叠层制品，其表现出玻璃、钢接收器和中间层之间良好的粘附力。

    实施例2由螺栓连接玻璃接收器系统组成，第一和第二玻璃层由杜邦SentryGlasPlus热塑性中间层结合在一起，如图2所示。在该实施例中，不锈钢接收器是实施例1中使用的变形，其中在接收器的封闭端装上附加的凸缘。接收器的内表面带有螺纹用于联结装置并且聚合物接触表面做了滚花处理以提高粘附力。在制作期间，围绕接收器堆叠杜邦SentryGlasPlus聚合物环并在底表面上伸出凸缘的地方放置杜邦SentryGlasPlus实心盘。用玻璃和杜邦SentryGlasPlus中间层片材组装接收器/杜邦SentryGlasPlus组装，并通过真空胎式成型和在高温下加压完成层压。

    实施例3由螺栓连接玻璃不锈钢接收器组成，第一和第二玻璃层由杜邦SentryGlasPlus热塑性中间层粘合在一起，如图3所示，是实施例2的变换方案，不同的是，不锈钢接收器穿过2层玻璃，接收器的封闭端与第二玻璃层的暴露表面平齐。接收器的内表面带有螺纹用于联结装置并且聚合物接触表面做了滚花处理以提高粘附力。制作过程包括，在SentryGlasPlus中间层中冲孔，围绕接收器组装SentryGlasPlus环，组装中间层、环、接收器和玻璃，并通过真空胎式成型和在足以使聚合物流动的高温下加压完成层压。

    实施例4由螺栓连接玻璃不锈钢接收器组成，第一和第二玻璃层由杜邦SentryGlasPlus热塑性中间层粘合在一起，如图4所示，是实施例3的变换方案，不同的是，该接收器还包含从接收器封闭端底部基本上平行于玻璃表面地伸出的凸缘。该凸缘由杜邦SentryGlasPlus薄层粘合在玻璃表面。接收器的内表面带有螺纹用于联结装置并且聚合物接触表面做了滚花处理以提高粘附力。制作过程包括，在杜邦SentryGlasPlus中间层中冲孔，围绕接收器组装杜邦SentryGlasPlus环，包括外径较大的环以便将凸缘密封到玻璃的顶面，组装中间层、环、接收器和玻璃，并通过真空胎式成型和在热得足以使聚合物流动的高温下加压完成层压。

    实施例5由螺栓连接玻璃不锈钢接收器组成，第一和第二玻璃层由杜邦SentryGlasPlus热塑性中间层粘合在一起，如图5所示，是实施例1的变换方案，不同的是，该接收器包含埋头几何结构，从而与一个内玻璃表面平齐地安装。埋头接收器的壁由杜邦SentryGlasPlus中间层薄层粘合在埋头玻璃孔上。这是这样实现的：在高温下模塑适合埋头接收器外形的杜邦SentryGlasPlus杯形薄垫圈。组装埋头不锈钢接收器、杜邦SentryGlasPlus杯形垫圈、杜邦SentryGlasPlus中间层和玻璃，然后采用真空胎式成型和在高温下加压完成层压。

    实施例6由螺栓连接玻璃不锈钢接收器系统组成，第一和第二玻璃层由杜邦SentryGlasPlus热塑性中间层粘合在一起，如图7所示，是实施例5的变换方案，不同的是，接收器包含埋头几何结构，从而与一个外玻璃表面平齐安装。接收器身进行滚花处理以提高附着力并连续地穿过叠层制品，直至敞口端与另一玻璃层外表面平齐。将带螺纹的紧固件联结在接收器的敞口端。系统的组装过程是，首先用环氧粘合剂将接收器的埋头部分以粘合方式联结到一个玻璃层上。围绕接收器的圆筒形部分堆叠杜邦SentryGlasPlus聚合物环。在杜邦SentryGlasPlus中间层中冲孔，组装玻璃、接收器和聚合物系统，并通过真空胎式成型和在高得足以使聚合物流动的高温下加压完成层压。

    实施例7由螺栓连接玻璃不锈钢接收器系统组成，第一和第二玻璃层由杜邦SentryGlasPlus热塑性中间层粘合在一起，如图8所示，是实施例3的变换方案，不同的是，接收器是双接收器，每一端均敞口至暴露玻璃表面，并可从每一个玻璃表面接受联结装置。接收器的聚合物接触表面做了滚花处理以提高钢与聚合物之间的机械粘附力。钢接收器的内表面带有螺纹用于联结装置。制作过程包括，在杜邦SentryGlasPlus中间层中冲孔，围绕接收器组装杜邦SentryGlasPlus环，组装中间层、环、接收器和玻璃，并通过真空胎式成型和在足以使聚合物流动的高温下加压完成层压。

    实施例8由螺栓连接玻璃不锈钢接收器系统组成，第一和第二玻璃层由杜邦SentryGlasPlus热塑性中间层粘合在一起，如图9所示，是实施例7的变换方案，不同的是，图9中的接收器还包含伸入处于2个玻璃层之间的中间层内部的凸缘。接收器的聚合物接触表面做了滚花处理以提高钢与聚合物之间的机械粘附力。钢接收器的内表面带有螺纹用于联结装置。制作过程包括，在杜邦SentryGlasPlus中间层中冲孔，围绕接收器组装杜邦SentryGlasPlus环。接触内凸缘的杜邦SentryGlasPlus环超过玻璃孔直径延伸至内接收器凸缘的直径。在中间层中冲出的孔的直径与该内接收器凸缘的直径匹配。组装杜邦SentryGlasPlus中间层、不锈钢接收器、杜邦SentryGlasPlus环和玻璃，并通过真空胎式成型和在足以使聚合物流动的高温下加压完成层压。

    实施例9由螺栓连接玻璃聚缩醛杜邦Delrin接收器系统组成，第一和第二玻璃层由杜邦SentryGlasPlus热塑性中间层粘合在一起，如图10所示，其中接收器装置埋入叠层制品内部并直接粘合到杜邦SentryGlasPlus中间层上。该接收器提供一个内坚实表面而用于连结紧固件装置。该杜邦Delrin接收器的中间层接触表面进行滚花处理以提高杜邦Delrin与杜邦SentryGlasPlus中间层之间的机械粘附力。杜邦Delrin接收器的内表面是直孔，用于联结装置。该系统的组装是，首先在杜邦SentryGlasPlus中间层中切割出直径等于杜邦Delrin收器的孔。在杜邦Delrin接收器的大平面上放置2个杜邦SentryGlasPlus中间层薄盘片，并与杜邦SentryGlasPlus中间层和玻璃组装。该组装通过真空胎式成型和在足以使聚合物流动的高温下加压完成层压。