层间有控制键合的层压玻璃用中间层复合结构 和该中间层结构的制造方法 发明背景
本发明涉及制备层压安全玻璃所用的改进的中间层产品。更具体地说，本发明涉及层压安全玻璃用中间层产品，即通过使水珠在横向和纵向上的排列，实现将具有所要求厚度、尺寸稳定性和表面形状性能的多层膜层相结合。
建筑物等用作窗玻璃的层压安全玻璃中，将比通常用于汽车的中间层，标称是0.76mm(30mils)，更厚的中间层用在层压机上并不罕有。此外，通常将多层中间层结合以获得更厚的产品，来提高其结构和声学性能。
制造厚度大于0.76mm(30mils)的中间层的挤出方法要求高物料通过速率和低线速度，其成本并不合算。该方法导致产品在尺寸稳定性如收缩性上有缺陷，难以弯曲和切割，需要额外的制造过程，以及在层压玻璃/中间层结构时必须产生适于脱气的表面形状的问题。
典型的多层产品如我们在1998年11月12日提交的申请PCT/US98/26425(下文称为申请FA-0782)所述，在此引入作为参考，虽然它克服了上述有关挤出的问题，但是用自动退绕设备并不总能很好地加工，因为由于设备内压料辊偏移和速度不匹配，使键合不牢的板层分开。
此外，其它类型的表面形状，如压花和锯齿形用如申请FA-0782中所述的多板层压法不能良好运行。
现已发现，在用如FA-0782所述的方法复合中间层板层时，如果以横向和纵向的排列喷洒水滴，那么所得结构更坚固，并且可作为一整块用于任何类型的层压装置而不会分开。
此外，通过适当选择水滴的排列和大小，可以在板与板之间获得大范围的键合强度，同时仍提供足够地未键合或键合不牢的区域，用以在层压过程中脱气。
此外，因为水不是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的侵入物质，水滴完全被吸附和扩散，并且不产生后来的处理问题。
此外，虽然键合受粗糙度的影响，但该技术可用于许多PVB薄片的表面形状类型。
发明简述
本发明方法中，两卷或多卷含聚乙烯醇缩丁醛作为主要组分、增塑剂作为次要组分的薄板同时退绕，并重新缠在一起。该方法在控制张力、线速度和温度下进行，以便使各层的边缘对齐，滚压成型正常，各薄板的张力相等，厚度一致并且残存空气最小。
此外，在卷起来的薄板结合之前，通过投配器在薄板横向和纵向上洒水，形成水滴排列。通过脉冲控制剂量单位进行洒水，使得水滴周期性地洒在纵向上。所得的产物用于制造带有厚中间层结构的层压安全玻璃。
更具体地说，通过改变横跨坯料方向上的剂量单位数和脉冲频率来控制纵向洒水，可以在层与层之间产生一种有不同控制键合的复合结构。
附图简述
图中：
图1是水投配器的示意图；
图2是中间层层压生产线的侧视示意图，显示从水投配器的喷水点；
图3是表现用于中间层的水滴排列；和
图4是试验一种类型实验室试样用的排列。
发明详述
在层压玻璃工业，特别是建筑应用中，经常的情况是使用多层聚乙烯醇缩丁醛薄片中间层，以便在最终的结构中获得特有的结构性能。多层的最终厚度完全取决于所要求的强度和声学性质。
聚乙烯醇缩丁醛薄板中间层可以用本领域众所周知的挤出方法制造，然而用这种方法制造基本上厚于0.76mm(30mils)的中间层有其不利之处，而该厚度是汽车用安全玻璃的标准厚度。这些不利之处包括生物料通过速率而线速度低、尺寸稳定性如收缩有缺陷、难以弯曲、转变费时和产生废品，以及难以生成某种在玻璃层压过程中适当脱气所需的表面形状。
本领域中充分记录的、用于在制造层压安全玻璃的中间层上产生表面形状的方法包括在冲模唇缘熔裂、压花和用带锯齿状唇缘的常规冲模挤出。
多层熔裂形状的聚乙烯醇缩丁醛薄板中间层，如E.I.duPont deNemour以Butacite为商标销售的PVB薄板在用如申请FA-0782所述的方法进行复合时，所得的复合结构在用弹簧秤试验时一般具有每米薄板宽度0.6-1.8牛顿的键合强度。层与层键合不牢是无规熔裂表面形状的机械锁闭结果，并且是形状粗糙度的函数。也就是说，越光滑形状的薄板比越粗糙形状的薄板具有更大的键合力，因为各表面的接触更大。
在制造层压玻璃所用的大多数加工条件下，该复合材料起整块料的作用。然而，在某些自动退绕条件下，压料辊偏移、速度不均匀导致发生薄板打滑或不对称力，例如薄板撕裂，可以使板层分离。发现这些状态时，一般需要基本上更高的键合强度来阻止分离。
在用如申请FA-0782所述的方法进行复合时，其它的表面形状类型如压花和锯齿状的都没有良好的键合力或根本没有键合力。
现已表明，在如申请FA-0782所述的控制卷绕操作中，通过多个更薄层结合同时在薄板的横向和纵向上洒上水滴，可以制造有增强了坚固性的厚聚乙烯醇缩丁醛薄板中间层。水滴软化喷水点的聚乙烯醇缩丁醛，由此增加粘合性。在板层之间获得所要求水平键合力的时间通常在24小时之内，这是商用PVB存储的常见时间，并且粘合性不随存储时间增加而下降。
此外，通过该方法可以结合任何类型表面形状成具有各类表面形状组合的聚乙烯醇缩丁醛薄板。然而，美国国家标准B46.1-1985定义的10点平均值Rz，对于有效键合应小于50微米，优选为约15-45微米。
另外，因为水对于聚乙烯醇缩丁醛不是侵入物质，所用的水最终在薄板内被吸收和扩散，由此避免了玻璃层压时的任何加工上的问题。另外也不干扰板层外表面上的表面形状。
图1所示的水投配器以脉冲工作方式喷洒水滴，以便依据板层所要求的键合强度，可以改变和控制剂量单位数和脉动频率。投配器从如EFDInc等公司市购得到。图1是显示典型投配器的示意图。控制装置12可以调到不同频率，并且调节通过剂量阀14的施用，而配料头15可用于调节水滴的大小。气压通过调节器11控制，一般用于开启剂量阀14并用于对储液器13加压。所用水量可以在每滴约0.5-30微升之间变化，优选每滴2.5-10微升。
根据图2实施本发明的方法时，中间层卷26和27在退绕和传输时被施以张力
(i)从第一台辊轴上，以10-50米/分钟的线速度，在5-35℃的温度和4-70牛顿米/米薄板宽度的退绕张力下，退绕下第一层塑化的聚乙烯醇缩丁醛17，形成第一块坯料；
(ii)同时第二台辊轴上，以10-50米/分钟的线速度，在5-35℃的温度和4-45牛顿米/米薄板宽度的退绕张力下，退绕下至少另一层塑化的聚乙烯醇缩丁醛16，形成至少第二块坯料；和
(iii)在缠绕辊上使层(i)和层(ii)结合起来，形成对齐的多层复合结构。
因而，根据张力的变化可以使用厚度在0.38-1.52mm(15-60mils)之间的PVB薄板。该方法可以还包括以2-5牛顿米/米的张力，从一个退绕轴上(未显示)随第一和第二个辊轴同时退绕聚烯烃保护板，将层(i)和(ii)与作为表层的保护薄板在缠绕辊19上结合起来，形成有聚烯烃保护薄板的对齐的多层复合结构。
在缠绕复合之前，通过如图1所示的投配器18喷洒水滴。实际剂量单位数取决于想要喷洒水滴的横跨坯料的横向上的位置数。另外，水滴在纵向上的喷洒频率通过剂量控制装置12控制。优选水滴大小相等，并在薄板上分布成均匀的排列10。仅需要将水洒在将进行层压的一块坯料的表面。通过调节单位数和频率，可以将板层的键合力控制在用弹簧称称量下的标称的1.0牛顿每米，到大于150牛顿每米薄板宽度之间。
图3代表可能用在层压薄板上的水滴排列10。如可看到的，所用水滴的数量和频率仅覆盖有效表面积的一小部分，由此提供足够面积用于脱气。排列10优选在纵向(MD)和横向(TD)上基本上均匀分布。该排列是玻璃层压的重要参数，因为夹带的空气将导致最终产品形成鼓泡，使其无法使用。
本发明通过以下实施例进一步举例说明。
试验方法：
分离力，方法1：将弹簧秤，有时指钩秤，附于二层压板结构的顶层板层。以90度或者180度角将顶层板层拉开。分离力用牛顿每米薄板宽度表示，由按公斤计量的最大刻度偏转和试验样品宽度计算。该方法可以用于平的实验室试样或用于仍然在多层卷轴上的样品。
分离力，方法2：用Instrumentors Inc.出售的SP-102B-3M90型剥离试验仪，试验0.0254米(1英寸)宽乘标称的0.1524米(6英寸)长的样品。为了使剥离时板层底部的延伸最小，将试验样品的底部板层用双面胶带固定在一块玻璃上。试验样品以90度角剥离。
形状：根据美国国家标准B46.1-1985试验。
实施例1和2
向一片33×33cm的熔裂形状的Butacite PVB薄板以如图4所示的排列喷洒4滴水，该板的Rz值为25.7微米，Sm值为46.2微米。各滴水20的体积是2.5微升。图4所示尺寸中长度22为33cm，长度24为15cm，长度23为9cm。水是用如Hamilton出售的微升注射器施用的。将第二片同样的PVB薄板立即放在已经喷有水的薄板上面。将一块33×33cm的玻璃放在该复合结构的上面以便模拟包卷力，然后在试验以前调节试验装置。
根据方法1以90度剥离角试验所得二层压板结构的键合力。结果显示键合力超过90牛顿每米薄板宽度，表明板层之间键合力强。
根据典型玻璃层压步骤，包括压热处理，将同样制备的其它样品层压到玻璃上。所得的层压薄板目测检查缺陷，特别是在施水点的气泡。没有发现气泡表明层压合格。
表1总结这些结果。
对比实施例A和B
在根据申请FA-0782的压轧方法中，加工二块33×33同样熔裂形状的上述Butacite PVB薄板。如上所述，所得的二层压板结构用一块放在其上面的33×33cm的玻璃调节以模拟包卷力，然后根据方法1以90度剥离角试验键合力。结果显示键合力为0.6-1.8牛顿每米薄板宽度。
根据典型玻璃层压步骤，包括压热处理，将类似样品层压到玻璃上。所得的层压板如上所述目测检查缺陷。没有观察到缺陷，表明层压合格。
表1总结这些结果。
表1实施例 处理温度 ℃压轧压力2.5微升水滴调节温度 ℃ 调节时 间 (小时) 键合力 N/m层压质量 1 20 NA 4 20 6 ＞150 OK 2 10 NA 4 10 6 90 OK A 20 2.8 NA 20 6 0.6- 1.8 OK B 10 2.8 NA 20 6 0.6- 1.8 OK
实施例3和4
根据本发明以横向和纵向两个方向上都为15cm的水滴排列制备二层压板复合PVB薄板卷，其Rz值为26.2微米，Sm值为41.4微米，而水滴体积为每滴5微升，然后用人工和自动退绕设备对其试验。根据方法1在横跨坯料的七个位置试验多层合板卷的键合力。该键合强度为90-150牛顿每米薄板宽度。
在人工和自动退绕设备上成功退绕，板层间没有发生分离。结果总结在表2中。
对比实施例C和D
根据如FA-0782所述的方法制备二层压板复合PVB薄板卷，其Rz值为23.4-30.1微米，Sm值为37.2-40.4微米，并在人工和自动退绕设备上对其进行试验。根据方法1在横跨坯料的三个位置试验这些多层合板卷的分离力，其键合强度为0.2-25.2牛顿每米薄板宽度。
在人工设备上退绕成功，板层间没有分离。然而，在自动装置上退绕失败，板层间发生分离。结果总结在表2中。
表2 实施例 退绕装置 键合力N/m 加工 3 人工 90-150 通过 4 自动 90-150 通过 C 人工 0.6-6.6 通过 D 自动 0.2-25.2 失败
实施例5-8以及对比实施例E-H
向33×33cm的熔裂PVB板分别加入如上改变体积的单个水滴，PVB板的Rz值为28.5或38.0微米，Sm值为41.2或38.8微米。如上将第二片PVB板放在上面然后再放一块玻璃。记录按毫米计量的水滴大小。调整之后根据方法1试验样品的键合强度。
表3所示结果表明，随凹槽深度增加，给定体积的水滴大小下降，由此软化更小的接触面积并减小键合强度。
表3 实施例薄板Rz(微米)薄板Sm(微米)水滴体积(微升)水滴大小(微米)分离力(千克) 5 28.5 41.2 5 10 3 E 38.0 38.8 5 0 0 6 28.5 41.2 10 21 5 F 38.0 38.8 10 4 0 7 28.5 41.2 15 25 ＞5 G 38.0 38.8 15 8 1 8 28.5 41.2 20 31 ＞5 H 38.0 38.8 20 9 1
实施例9-19以及对比实施例I-L
将有不同类型表面形状和不同粗糙度的PVB薄板样品切成2.54cm宽×15.24cm长的条，所述PVB薄板的商品名为Butacite(DuPont)、Saflex(Solutia)和S-Lec(Sekisui)。用如Hamilton出售的微升注射器，向固定在玻璃载玻片上的双面胶带上的薄板条施加一滴水。将第二条同样的PVB板立即放在上面。对某些样品，将一块玻璃在该结构的上面，以模拟卷绕或压轧力。样品块在10℃下调整20小时。
根据方法2对样品试验按克计量的分离力，然后变为牛顿每米薄板宽度。
结果表明，在表面粗糙度Rz大于50微米时，锯齿状形状几乎没有或完全没有键合力，是最差的。
然而，在表面粗糙度Rz小于50微米时，所有表面形状类型都实现粘合。
结果总结在表4中。
表4 实施 例 PVB类型 形状类型 Rz， 微米 Sm， 微米水滴尺寸L外加压力 分离力， N/m 9 Butacite 熔裂 30.0 43.8 2.5 无 7.25 10 Butacite 熔裂 30.0 43.8 5.0 无 6.18 11 Butacite 熔裂 30.0 43.8 5.0 有 4.94 12 Butacite 熔裂 30.0 43.8 10.0 有 3.44 13 Butacite 熔裂 57.0 2.0 5.0 有 1.27 14 Butacite 熔裂 30.0 43.8 压轧 有 0.31 I Butacite 熔裂 57.0 34.6 压轧 有 0 15 S-Lec 压花 35.0 25.3 2.5 无 2.86 16 S-Lec 压花 35.0 25.3 5.0 有 3.55 17 S-Lec 压花 35.0 25.3 10.0 有 2.16 J S-Lec 压花 35.0 25.3 压轧 有 0 18 Saflex 熔裂 57.4 76.1 5.0 有 0.31 19 Saflex 锯齿状 44.2 21.2 10.0 有 0.35 K Saflex 锯齿状 56.2 18.2 2.5 无 0 L Saflex 锯齿状 56.2 18.2 压轧 有 0