选择用于声震阻尼的夹层的方法、 夹层和包含所述夹层的 玻璃窗单元 技术领域 本发明涉及一种选择夹层的方法， 所述夹层具有声震阻尼的性能， 用于与层压的 玻璃窗单元组合， 特别用于移动交通工具， 特别是机动车辆。
背景技术 在所有对诸如火车和机动车辆的现代运输方式的舒适性起贡献的性能中， 安静已 经成为决定性因素。
经过若干年， 通过处理噪音， 例如产生于引擎、 轮胎或悬挂的噪音， 现在已经改善 了声学舒适性， 而该处理是在其来源处或在其通过空气或固体传播期间， 例如通过吸收涂 层或弹性连接成分而实现的。
交通工具的外形已经被修改以改善通过空气的穿透性， 并减少本身作为噪音来源 的扰动。
多年以来， 对玻璃窗单元能够在改善声学舒适性中所起的作用已经引起重视， 特 别是包括塑料夹层薄膜的层压玻璃窗单元。 另外， 层压玻璃窗单元具有其他优点， 如在突然 破裂的情况下消除了碎片飞溅的风险， 以及防止非法闯入。
已经证明， 标准塑料薄膜在层压玻璃窗单元中的应用不适于改善声学舒适性。因 此， 人们开发了具有能改善声学舒适性的阻尼性能的特定塑料薄膜。
在下列说明书中， 涉及的阻尼薄膜与粘弹性塑料薄膜有关， 所述粘弹性塑料薄膜 提供改善的振荡阻尼， 以赋予玻璃窗单元减噪功能。
已经显示， 玻璃窗单元的声学性能依赖于组成夹层薄膜的材料的损耗因子 tanδ 的值。损耗因子是以热的形式消散的能量与弹性应变能量之间的比率 ； 其表征材料消散能 量的能力。损耗因子越高， 消散的能量越高， 因而材料所起的阻尼作用越大。
所述损耗因子随温度和频率而变化。对于给定的频率， 损耗因子在已知为玻璃转 化温度的温度下达到最大值。
用作层压玻璃窗单元的材料是粘弹性塑料薄膜， 例如丙烯酸聚合物或缩醛树脂或 聚氨酯型的粘弹性塑料薄膜， 其具有非常高的损耗因子， 如对于给定的温度范围和频率范 围下， 至少大于 0.6。
损耗因子 tanδ 是用粘弹分析仪来评价。粘弹分析仪是一种仪器， 其可以使材料 样品处于精确温度和频率条件下的张力， 从而得到和处理用于表征材料的全部流变量。
关于在层压玻璃窗单元中的阻尼夹层的整合， 已有描述显示不应当只考虑损耗 因子 tanδ， 而应将剪切模量 G’定为在夹层的阻尼性能中要考虑的另一种表征。文献 EP-A-844075 教导了为了阻尼振动， 层压玻璃窗单元的夹层必须与剪切模量 G’ 和损耗因子 tanδ 相关的特定值一致。有记录表明剪切模量 G’ 是材料硬度的表征 ； G’ 越高， 材料越硬， 而 G’ 越低， 材料的柔韧性越好。剪切模量与温度和频率相关。剪切模量 G’ 也用粘弹分析 仪评价。所述文献描述了在 10℃ -60℃的温度和 50Hz-10000Hz 的频率下， 夹层的损耗因子
tanδ 大于 0.6， 而夹层的剪切模量小于 2×107Pa， 以更特别地阻尼固体来源的噪音。
而且， 当用层压玻璃窗单元作为挡风玻璃时， 其会受到针对其的声震动。因而， 挡 风玻璃的四个第一固有频率， 特别是挡风玻璃的第二和第三固有频率在 100Hz-240Hz 间， 其是特别令人烦恼和声学上逼真的。文献 EP-A-844075 的夹层适于阻尼固体源噪音， 但是 不适于声震阻尼挡风玻璃的第一固有频率， 特别是第二和第三固有频率。
因而， 需要一种选择夹层的方法， 其可以使挡风玻璃的第一固有频率的阻尼最优 化， 特别是挡风玻璃的第二和第三固有频率， 而不压低挡风玻璃。 发明内容 为此， 本发明提供一种选择粘弹性塑料夹层的方法， 所述夹层包含两个外层和一 个中间层， 用于加入玻璃窗单元的两片玻璃之间， 所述方法包括如下步骤 ：
- 提供由粘弹性塑料材料制成的用于构成所述中间层的第一部件， 和由粘弹性塑 料材料制成的用于构成所述外层的第二部件，
- 用粘弹分析仪测量所述第一部件和第二部件的剪切模量 G’ ，
- 仅 在 如 果 在 20 ℃ 和 100Hz-240Hz 的 频 率 范 围 下 的 剪 切 模 量 G’大 于 或 等 于 7 3×10 Pa 时， 选择第二部件的材料，
- 固定第一部件的厚度 h， 以使 h 处于 0.31mm-1.20mm 之间， 并使剪切参数 g ＝ G’ / 8 9 h 在 20℃和 100Hz-240Hz 的频率范围下为 5.58×10 Pa/m-2.37×10 Pa/m， 其中 G’ 是剪切 模量。
依据另一个实施方案， 设置第一部件的厚度 h， 以使 h 在 0.50-0.90mm 之间， 并使 8 9 G’ /h 在 20℃和 100Hz-240Hz 的频率范围下为 7.56×10 Pa/m-1.42×10 Pa/m。
依据另一个实施方案， 本方法在设定厚度 h 的步骤之前， 另外还包括如下步骤 ：
- 用粘弹分析仪测量第一部件的损耗因子 tanδ ； 和
- 仅在如果损耗因子 tanδ 大于 0.6 时， 选择第一部件。
依据另一个实施方案， 本方法另外包括如下步骤 ：
- 仅在如果剪切模量 G’ 在 20℃和 100Hz-240Hz 的频率范围下为 108Pa-2×108Pa 时， 选择第二部件的材料。
依据另一个实施方案， 本方法另外包括如下步骤 ：
- 扭曲由粘合在两个玻璃片上的第二部件的材料构成的夹层样品， 测量由第二 部件的材料构成的夹层与玻璃片开始分离时的扭力， 并由所述力计算相应的附着剪切强 度， 将所述附着强度值与容许值的范围比较， 以使任何层压玻璃窗单元承受相应于规则 R43(Regulation 43) 的应力， 由此检验第二部件的材料的附着力与规则 R43 的要求是否相 符； 和
- 以如下方式设置第二部件的厚度 e ：
- 确定承受符合规则 R43 的应力的参比层压玻璃窗单元， 其包含两个玻璃片和由 第二部件的材料构成的一个夹层 ；
- 测定参比层压玻璃窗单元的夹层的撕裂强度、 参比层压玻璃窗单元的夹层的厚 度和参比层压玻璃窗单元的的玻璃片的厚度 ；
- 用曲线图表示使任何层压玻璃窗单元承受符合规则 R43 的应力所需的最小夹层
撕裂强度作为任何层压玻璃窗单元的夹层厚度的函数， 所述曲线图是在任何层压玻璃窗单 元的基材厚度等于参比层压玻璃窗单元的基材厚度下确立的， 由此推导出最小必须夹层厚 度， 其相当于最小必须夹层撕裂强度值等于参比层压玻璃窗单元的夹层的撕裂强度 ； 和
- 设置第二部件的厚度 e， 以使 e 大于或等于所述最佳夹层厚度值。
还需要夹层以使挡风玻璃的第一固有频率的阻尼最优化， 特别是挡风玻璃的第二 和第三固有频率， 而使不压低挡风玻璃成为可能。
为此， 本发明提供一种粘弹性塑料夹层， 用于加入玻璃窗单元的两片玻璃之间， 以 赋予声震阻尼性能， 所述夹层包括 ：
- 由粘弹性塑料材料制成的两个外层， 其剪切模量 G’ 在 20℃和 100Hz-240Hz 的频 7 率范围下大于等于 3×10 Pa，
- 厚 度 为 h 的 具 有 声 震 阻 尼 性 能 的 中 间 层， 其 中 h 在 0.31mm-1.20mm 之 间， 且 8 中 间 层 的 剪 切 参 数 g ＝ G’ /h 在 20 ℃ 和 100Hz-240Hz 的 频 率 范 围 下 为 5.58×10 Pa/ 9 m-2.37×10 Pa/m， 其中 G’ 为剪切模量 ；
所述中间层在两个外层之间。
依据本发明的另一个实施方案， 中间层的厚度 h 为 0.50-0.90mm 之间， 且使 G’ /h 8 9 在 20℃和 100Hz-240Hz 的频率范围下为 7.56×10 Pa/m-1.42×10 Pa/m。 依据另一个实施方案， 中间层的损耗因子 tanδ 大于 0.6。
依据另一个实施方案， 外层的剪切模量 G’ 在 20℃和 100Hz-240Hz 的频率范围下为 8 8 10 Pa-2×10 Pa。
依据另一个实施方案， 每个外层具有厚度 e， 以使 ：
- 外层的材料的附着力与规则 R43 的要求相符， 该附着力是如下确定的 ： 扭曲由粘 合在两个玻璃片上的外层的材料构成的夹层样品， 测量外层的材料构成的夹层与玻璃片开 始分离时的扭力， 并由所述力计算相应的附着剪切强度， 而后比较所述附着强度值与容许 值的范围， 以使任何层压玻璃窗单元承受相应于规则 R43 的应力 ； 和
- 设定每个外层的厚度 e， 以满足规则 R43 的要求， 该厚度 e 是以如下方式测定的 ：
- 确定承受符合规则 R43 的应力的参比层压玻璃窗单元， 其包含两个玻璃片和由 外层的材料构成的夹层 ；
- 测定参比层压玻璃窗单元的夹层的撕裂强度、 参比层压玻璃窗单元的夹层的厚 度和参比层压玻璃窗单元的的玻璃片的厚度 ；
- 用曲线图表示使任何层压玻璃窗单元承受符合规则 R43 的应力所需的最小夹层 撕裂强度作为任何层压玻璃窗单元的夹层厚度的函数， 所述曲线图是在任何层压玻璃窗单 元的基材厚度等于参比层压玻璃窗单元的基材厚度下确立的， 由此推导出最小必须夹层厚 度， 其相当于最小必须夹层撕裂强度等于参比层压玻璃窗单元的夹层的撕裂强度 ； 和
- 设置每个外层的厚度 e， 以使 e 大于等于所述最佳夹层厚度值。
依据另一个实施方案， 中心层包含 ：
- 由厚度为 hA、 剪切参数为 gA 的粘弹性塑料材料 A 制成的阻尼薄膜 ；
- 由厚度为 hB、 剪切参数为 gB 的粘弹性塑料材料 B 制成的阻尼薄膜 ；
在各自温度范围 tA 和 tB 以及在 100Hz-240Hz 的频率下， 材料 A 和 B 各自具有大于 8 9 0.6 的损耗因子和 5.58×10 Pa/m-2.37×10 Pa/m 的剪切模量， 以及对于在分别包括在温度
范围 tA 和 tB 内的给定温度范围下具有最高损耗因子的所述薄膜， 其具有当量剪切参数 gAeq gA 或 B 是构成薄膜的材料的剪切参数， h 是中间层的厚度， 其在所述温度范围 或 Beq ＝ gA 或 B×h， 内小于其他薄膜的当量剪切参数。
本发明还涉及玻璃窗单元， 包含 ：
- 厚度为 1.4mm-2.1mm 的玻璃片，
- 厚度为 1.1mm-1.6mm 的玻璃片， 和
- 如上所述的夹层， 该夹层在所述玻璃片之间。
依据另一个实施方案， 设定每个外层的厚度 e 和玻璃片的总厚度使 ：
- 外层的材料的附着力与规则 R43 的要求相符， 该附着力是如下确定的 ： 扭曲由粘 合在两个玻璃片上的外层的材料构成的夹层样品， 测量由外层的材料构成的夹层与玻璃片 开始分离时的扭力， 并由所述力计算相应的附着剪切强度， 而后比较所述附着强度值与容 许值的范围， 以使任何层压玻璃窗单元承受相应于规则 R43 的应力 ； 和
- 设定每个外层的厚度 e 和玻璃片的总厚度， 以满足规则 R43 的要求， 它们是以如 下方式测定的 ：
- 确定承受符合规则 R43 的应力的参比层压玻璃窗单元， 其包含两个玻璃片和由 外层的材料构成的夹层 ； - 测定参比层压玻璃窗单元的夹层的撕裂强度、 参比层压玻璃窗单元的夹层的厚 度和参比层压玻璃窗单元的的玻璃片的厚度 ；
- 用曲线图表示使任何层压玻璃窗单元承受符合规则 R43 的应力所需的最小夹层 撕裂强度作为任意层压玻璃窗单元的夹层厚度以及任意层压玻璃窗单元的玻璃片厚度的 函数， 推导出夹层厚度和玻璃片厚度的最佳值的组合， 其相应于等于参比层压玻璃窗单元 的夹层的撕裂强度的最小必须夹层撕裂强度 ； 和
- 设置每个外层的厚度 e， 以使 e 大于或等于所述最佳夹层厚度值， 并设置玻璃片 的厚度大于或等于所述最佳玻璃片厚度值。
本发明还涉及包括如上所述的玻璃窗单元的交通工具， 厚度为 1.4mm-2.1mm 的玻 璃片朝向交通工具的外侧， 而厚度为 1.1mm-1.6mm 的玻璃片朝向交通工具的内侧。
本发明还涉及上述夹层在声震阻尼由两个玻璃片和在两个玻璃片间加入的夹层 构成的挡风玻璃的第二和第三固有频率中的应用。
本发明还涉及上述玻璃窗单元作为交通工具的挡风玻璃的应用。
附图说明 现在参考附图描述本发明的其他特征和优势， 其中 ：
· 图 1 代表在 20℃， 频率为 100Hz-240Hz， 厚度为 0.10-1.20mm 的中间层的条件下， 层压挡风玻璃的模态阻尼随层压挡风玻璃的夹层的中间层的剪切参数变化的曲线图 ；
·图 2 代表依据本发明的玻璃窗单元的截面图 ；
·图 3 代表依据本发明的另一个实施方案的玻璃窗单元的截面图 ；
·图 4 代表使层压玻璃窗单元承受符合规则 R43 的应力所需的最小夹层撕裂强度 随层压玻璃窗单元的夹层厚度变化的曲线图， 其是在包含两个厚度为 2.1mm 的玻璃基材和 附着强度为 2MPa-5MPa 的夹层的层压玻璃窗单元以及落差为 4m 的条件下确立的 ；
· 图 5 代表使层压玻璃窗单元承受符合规则 R43 的应力所需的最小夹层撕裂 强度随层压玻璃窗单元的夹层厚度和玻璃厚度变化的立体图， 其是在包含附着强度为 2MPa-5MPa 的夹层的层压玻璃窗单元以及落差为 4m 的情况下确立的 ；
·图 6 代表用于评价夹层对与之组合的玻璃片的附着力的实验装置的示意性前视 图；
·图 7 代表用于评价夹层对与之组合的玻璃片的附着力的装置的另一个实施方案 的透视图 ； 和
·图 8 代表用于评价夹层的撕裂强度的实验装置的示意图。 具体实施方式
在各个图中相同的参考数值代表相同或类似的部件。
还需注意的是， 在本应用中给出的间隔的界限包含在间隔内。
本发明提供一种选择粘弹性塑料夹层的方法， 该夹层包含两个外层和一个中间 层， 用于加入到玻璃窗单元的两个玻璃片之间。
所述方法包括如下步骤 ：
- 提供由粘弹性塑料材料制成的用于构成中间层的第一部件， 和由粘弹性塑料材 料制成的用于构成外层的第二部件，
- 用粘弹分析仪测量第一部件和第二部件的剪切模量 G’ ，
- 仅 在 如 果 在 20 ℃ 和 100Hz-240Hz 的 频 率 范 围 下 的 剪 切 模 量 G’大 于 或 等 于 7 3×10 Pa 时， 选择第二部件的材料，
- 设定第一部件的厚度 h， 以使 h 处于 0.31mm-1.20mm 之间， 并使剪切参数 g ＝ G’ / 8 9 h 在 20℃和 100Hz-240Hz 的频率范围下为 5.58×10 Pa/m-2.37×10 Pa/m， 其中 G’ 是剪切 模量。
110Hz-240Hz 的频率范围包括层压挡风玻璃的四个第一固有频率， 和特别是第二 和第三固有频率， 本发明人已经能够通过交通工具测试对其测量。
而且， 本发明人证明满足上述 h 和 g 的条件的材料可以使层压挡风玻璃的第一固 有频率的阻尼最优化， 特别是包含两个玻璃片和选自上述的夹层的挡风玻璃的第二和第三 固有频率的阻尼。
具体而言， 如将要进一步描述的， 特别是在图 1 的研究期间， 本发明人显示所述在 8 9 100Hz-240Hz 的频率范围下的 5.58×10 Pa/m-2.37×10 Pa/m 的 g 值， 以及 0.31-1.20mm 的 h 值， 可以使 100Hz-240Hz 的频率的声阻尼最优化。
如果第一部件的材料使其剪切参数 g 在 0.31-1.20mm 的厚度下不在 5.58×108Pa/ m-2.37×109Pa/m 的范围内， 则不能选择该材料生产夹层。
而且， 为了使中间层恰当地震荡 (vibrate)， 需要外层比中间层更硬， 这可以用所 确定的弹性条件达到。
本发明还涉及用于加入到玻璃窗单元的两个玻璃片间的粘弹性塑料夹层， 以赋予 声震阻尼性能， 所述夹层包含 ：
- 由粘弹性塑料材料制成的两个外层， 其剪切模量 G’ 在 20℃和 100Hz-240Hz 的频 7 率范围下大于或等于 3×10 Pa，- 厚 度 为 h 的 具 有 声 震 阻 尼 性 能 的 中 间 层， 使 h 在 0.31mm-1.20mm 之 间， 并且 使中间层的剪切参数 g ＝ G’ /h 在 20 ℃和 100Hz-240Hz 的频率范围下为 5.58×108Pa/ m-2.37×109Pa/m， 其中 G’ 为剪切模量。
夹层是通过上述选择方法得到的。
夹层可以使层压挡风玻璃的第一固有频率的阻尼最优化， 特别是挡风玻璃的第二 和第三固有频率的阻尼， 该层压挡风玻璃包含两个玻璃片和加入到玻璃片间的中间层。
人们倾向于将夹层整合 (integrated) 在玻璃窗单元中。玻璃窗单元则倾向于在 交通工具中使用， 特别作为挡风玻璃。
本发明还涉及包含所述夹层的玻璃窗单元。 本发明还涉及包含所述玻璃窗单元的 交通工具。
图 2 代表依据本发明的玻璃窗单元的截面图。
玻璃窗单元包含两个玻璃片 1、 2， 在其之间插入夹层。夹层与玻璃片的粘合 (bonding) 通过已知的方式实施， 例如通过堆叠玻璃片和夹层并将组件移入高压釜中。
玻璃窗单元的玻璃片 1 朝向交通工具的外侧， 而玻璃片 2 朝向交通工具的内侧。 玻 璃片 1 比玻璃片 2 厚， 因而玻璃窗单元对外部攻击 ( 恶劣天气条件、 沙砾喷溅等 ) 具有更好 的防护性。实际上， 玻璃越厚， 其机械强度越好。然而， 玻璃越厚， 其越重。因而需要寻找玻 璃窗单元的机械强度和重量之间的平衡。因此， 玻璃片 1 的厚度例如为 1.4mm-2.1mm， 玻璃 片 2 的厚度例如为 1.1mm-2.1mm。
在现有玻璃窗单元中， 玻璃片 1 的厚度通常为 2.1mm， 而玻璃片 2 的厚度通常为1.6mm。 依据本发明优选的是， 玻璃片 1 的厚度为 1.8mm， 玻璃片 2 的厚度为 1.4mm， 以限制 挡风玻璃的重量， 这样可以使其操作更容易， 并降低原料成本。 这同样可以降低配有所述挡 风玻璃的交通工具的燃料消耗。所述降低的玻璃片厚度与现有玻璃窗单元相比， 可以不损 失声学或机械性能， 这将更进一步可见。
本发明还可以应用于玻璃片 1 的厚度为 1.6mm 而玻璃片 2 的厚度为 1.2mm 的挡风 玻璃， 或应用于玻璃片 1 的厚度为 1.4mm 而玻璃片 2 的厚度为 1.1mm 的挡风玻璃。
夹层包含外层 4、 5， 其间插入中间层 3。
外层 4、 5 的剪切模量 G’ 在 20℃和 100Hz-240Hz 的频率范围内大于等于 3×107Pa， 外层的剪切模量 G’ 优选为 108Pa-2×108Pa， 以进一步改善中间层的声震阻尼。外层例如由 聚乙烯醇缩丁醛 (PVB) 制成。
选择中间层 3 以使其厚度 h 为 0.31-1.20mm， 而中间层的剪切参数 g ＝ G’ /h 在 8 9 20℃和 100Hz-240Hz 的频率范围内为 5.58×10 Pa/m-2.37×10 Pa/m， 其中 G’ 是剪切模量。 因此中间层 3 使 100Hz-240Hz 的频率下的声学性能最优化。中间层例如包含 Sekisui 公司 销售的商品名为 SAF RZN-12 的三层声学 PVB 的中间层， 或 Solutia 公司销售的商品名为 QC 55 的三层声学 PVB 的中间层。
为了最优化声震阻尼甚至更多， 优选选择中间层使 h 为 0.50mm-0.90mm， 并使 G’ / 8 9 h 在 20℃和 100Hz-240Hz 的频率范围内为 7.56×10 Pa/m-1.42×10 Pa/m， 这使最优化声震 阻尼甚至更多成为可能。
中间层 3 的声学性能还通过其损耗因子 tanδ 确定。选择中间层 3 以使其损耗因
子在 20℃和 100Hz-240Hz 的频率范围内大于 0.6， 以达到满意的阻尼。
用粘弹分析仪测量剪切模量 G’ 和损耗因子 tanδ。
玻璃片对玻璃窗单元的声震性能起作用。玻璃片越厚， 扰动必须越强以使玻璃窗 单元震荡。 然而， 100Hz-240Hz 的频率下， 对于朝向交通工具的外侧的玻璃片， 夹层的声学性 能的最优化使降低玻璃片的厚度低至 1.8mm， 甚至低至 1.6mm 或甚至 1.4mm 成为可能， 而对 于朝向交通工具内侧的玻璃片， 可以低至 1.4mm， 甚至低至 1.2mm 或甚至 1.1mm， 相对于现有 的玻璃窗单元没有声学损失。典型地， 现有挡风玻璃窗单元的玻璃片厚度分别为 2.1mm 和 1.6mm， 其间插入的夹层包含粘弹性塑料材料的中间层， 其厚度为 0.12mm， 在 20℃的温度下 5 7 和 100Hz 的频率下， 剪切模量 G’ 为 5×10 -2×10 Pa， 损耗因子大于 0.6。玻璃片厚度的降 低可以降低玻璃窗单元的重量， 从而改善可操作性并减少原料消耗， 并降低配有所述挡风 玻璃的交通工具的燃料消耗。
两个外层 4、 5 具有相同的厚度 e。同时确定每个外层 4、 5 的厚度 e 以使其尽可 能小， 并使外层的机械性能足以满足机动车辆所确定的机械强度标准， 特别是涉及硬冲 击强度标准的 United Nations Regulation No.43( 被称为规则 R43)。United Natiohs Regulation R43 涉及与安全玻璃窗和所述玻璃窗在公路车辆中的安装的核定相关的统一 技术规范的采用。尤其是， 期望夹层的总厚度尽可能低， 这一方面是由于挡风玻璃的重量， 这使降低配有所述挡风玻璃的交通工具的燃料消耗成为可能， 另一方面可以节约材料。 为此， 通过考虑外层材料构成的夹层相对于两个玻璃片的附着力和外层材料的撕 裂强度， 最小化厚度 e。
基于专利申请 EP-A-1495305 所描述的测试和计算方法评价附着力 (adhesion)， 其在下文中将重复描述。
首先， 在由两个玻璃片和由外层材料构成的夹层所组成的 (composedof) 层压玻 璃窗单元的样品上施加扭曲应力， 直到包含外层材料的夹层相对于至少一个玻璃片发生松 解。 实际上， 测试在玻璃窗的圆形样品 50 上实施， 所述样品的半径 r 等于 10mm， 例如用已知 类型的扭矩装置 500， 如图 6 中所述。
装置 500 包含三个狭口 51、 52、 53， 一个与垂直轴的驱动链条 55 相连的半径 R 为 100mm 的滑轮 54。每个狭口为 120°圆弧的形式， 以扣紧全部样品。狭口的表面涂层由与玻
璃机械兼容的材料制成， 例如铝、
或聚乙烯。狭口之一背向框架固定， 而另一个狭口扣住用于旋转以在样品上施加扭矩的滑轮 54。 通过驱动与滑轮相连的链条 55 使滑轮 54 转动。 以 35-50mm/min 的最小恒速拉动链条。
当样品扭曲时， 使用力传感器测量引发外层材料构成的夹层开始松解所需的力 F。 由此， 从而可以通过计算， 用下面的已知公式推演出附着剪切强度 ：
其中 F 是引发外层材料构成的夹层开始松解所需的力， R 是滑轮 54 的半径， r 是样 品的半径。
然而如申请 EP-A-1495305 中所解释的， 装置 500 是体积庞大的， 这意味着测试必 须在实验室中进行。因此装置 500 不适合在层压玻璃窗生产线上进行 “过程指示器” 型的 测量。 然而， 对于层压玻璃窗单元的制造， 尽管设计聚合夹层的组成以满足本发明设定的强
度值， 但是在成品中决不会出现夹层的弱附着力， 这是由于与制造玻璃窗单元的方法相关 的参数的原因， 例如夹层的储存条件、 玻璃清洗质量、 或在装配玻璃和夹层期间的压光步骤 过程中的温度和压力， 这些都影响粘合质量。
为了在接近生产线的生产监控期间进行测量以便可以迅速中断相应于弱的测量 强度值的过程， 作为变例， 可以用另一种测量装置 600， 其有利地更紧凑和易于运输。 所述装 置 600 如图 7 所示， 小型化至约 60cm×20cm， 包含两个三狭口体系 60 和 61、 转轴 62、 用于驱 动转轴转动的马达 63、 扭矩计 64 和容纳计算元件的盒 65。
将由两个玻璃片和由外层材料构成的夹层组成的层压玻璃窗单元的圆形样品夹 在两个狭口系统 60 和 61 之间， 固定一个系统 60 而另一个可以通过其与轴 62 的连接而移动 和旋转。将扭矩仪置于马达和可移动狭口系统 61 之间。轴的转速与夹层的厚度相关。作 为实例， 对于厚度为 0.76mm 的由外层材料构成的夹层， 旋转为约 0.08rpm。
系统 61 旋转， 当测量的扭矩倒转时， 由外层材料构成的夹层的开始松解已经发 生。扭矩仪与盒 65 的计算元件相连， 其包括显示元件， 在显示元件上可以直接读取附着强 度 τ 的值。
无论用什么装置， 考虑到在附着强度 τ 的值下对分散的详细理解， 优选在若干样 品上重复测试， 例如最少 5 个样品， 并计算强度 τ 的平均值和其标准偏差。 已验证， 得到的附着强度 τ 的值在层压玻璃窗单元可以承受符合规则 R43( 硬冲 击强度 ) 的应力的容许值范围内。所述容许值范围通过实验由规则 R43 所确定的标准机械 强度测试测定， 所述测试在不同组成的层压玻璃窗单元上进行。
规则 R43 的容许值范围是低于 5MPa 的全部值， 在所说范围内的任何附着强度 τ 的值适于满足附着力标准。优选的， 不依赖于玻璃窗单元的机械强度因素， 规则 R43 的附着 强度 τ 的容许值范围为 2MPa-5MPa， 确定所述值的范围的下限以确保玻璃窗单元的良好透 明度。
一旦验证了由外层材料构成的夹层的附着强度 τ 在上述容许值范围内， 就可以 规定夹层的外层的实际尺寸。
图 4 和 5 的曲线图说明了两种可能的对所述外层规定尺寸 (sizing) 的方法， 以使 其满足硬冲击强度的规则 R43 的要求。
依据第一种方法， 相应于图 4， 对玻璃窗单元规定尺寸， 以使层压玻璃窗单元中的 玻璃片的总厚度 eg-dim 固定并等于 4.2mm， 其例如相应于每个玻璃片的厚度为 2.1mm， 以及特 定组成 ci 的由外层材料构成的夹层， 例如 PVB- 基夹层。在外层厚度的测定中忽略了中间 层。
在所述情况下， 考虑到规定由外层材料构成的夹层的尺寸， 首先， 曲线 C3， 见图 4 并 代表任何层压玻璃窗单元承受符合规则 R43 的应力所需的最小夹层撕裂强度 Jc- 最小， 作为任 何层压玻璃窗单元的夹层厚度 ei 的函数绘制， 其在玻璃片厚度 eg 等于 4.2mm 条件下确立所 述曲线。实际上， 由规则 R43 所确定的机械强度的标准化测试得到曲线 C3， 所述测试在依据 其夹层厚度的不同组成的层压玻璃窗单元上实施。
其次， 确定参比层压玻璃窗单元， 其承受符合规则 R43 的应力， 玻璃基材厚度等于 4.2mm， 包含具有特定组成 ci 的夹层。所述参比层压玻璃窗单元的实例是已知的玻璃窗单 元 2.1/0.76/2.1， 其包含两个玻璃基材， 每个的厚度为 2.1mm， 以及两个标准厚度为 0.38mm
并具有成 ci 的夹层， 其相应于参比玻璃窗单元的夹层厚度 ei- 参比等于 0.76mm。所述玻璃窗 单元对符合规则 R43 的应力的抗性 (resistance) 通过标准机械强度测试验证， 在所述实施 例中冲击下落高度为 4m。
而后通过 Tielking 法测定参比玻璃窗单元 2.1/0.76/2.1 的夹层的撕裂强度 Jc- 参 比。
所述方法由 M.Tielking 开发， 包含基于计算裂纹根部能量 J 的方法评价撕裂强 度。特别的， 在专利申请 EP-A-1151855 和 EP-A-1495305 中解释了 Tielking 法， 以下将部 分重复。
夹层的撕裂强度是含有其的材料的固有特征。 其特征在于代表在材料中传导引发 的裂纹所需能量的能量值。所述能量， 被称为临界能量 Jc， 对于不同类型的材料是不同的， 并且不依赖于夹层薄膜的厚度。
用已知的方式， 通过基于 Rice 积分 J 的能量法给出撕裂强度或临界能量 Jc， 其在 裂纹的位置上确定在处于非常高的应力下的薄膜的裂纹根部的能量。 其可以记为简单的数 学形式 ：
对于所测试的样品的给定拉伸， 其在下文中被称为位移 d， 其中 ：
e1 是样品的厚度 ；
a 是裂纹的长度 ； 和
U 是样品的势能。
图 8 说明了用于测定撕裂强度的试验设备。 在若干相同材料并具有 100mm2 的表面 积 (50mm 长 ×20mm 宽 ) 的样品 Exn 上使用拉力 - 压力机器 700 进行的拉力测试， 例如 4 个 样品。在每个样品的侧面垂直于拉力刻有凹槽， 每个样品 Exn 具有不同的裂缝长度 a， 分别 为 5、 8、 12 和 15mm。
在温度为 20℃的环境下， 垂直于裂纹 20， 以 100mm/min 的拉伸速率拉伸每个样品 Exn 超过给定的拉伸长度或距离 d。
依据 EP-A-1495305 详细描述的方法， 可以建立裂纹根部能量 J 的变量作为样品经 历的拉伸 d 的函数的曲线 ( 未描述 )。使用显示裂纹 70 的延伸的摄影机， 而后发现在位移 dc 下， 样品中的裂纹的延伸开始。而后， 由曲线 J(d)， 相应于位移 dc， 可以推演出引发样品 撕裂的临界能量值 Jc。在所述临界值 Jc 下， 材料撕裂， 因而相应于需要的机械作用发生机
械损坏。 用参比玻璃窗单元 2.1/0.76/2.1 的组成 ci 的夹层测量的撕裂强度值 Jc- 参比 为 31000J/m2。
用图 4 的曲线 C3， 推演出相应于最小必须夹层撕裂强度值 Jc- 最小的最小必须夹层厚 度 ei- 最小等于参比层压玻璃窗单元的夹层的撕裂强度 Jc- 参比。如在曲线 C3 上所示， 最小必须 夹层厚度 ei- 最小等于 0.45mm。
因此， 可以规定由厚度各为 2.1mm 的两个玻璃片和夹层构成的层压玻璃窗单元 的尺寸， 所述夹层由外层材料构成， 夹层的厚度 ei-dim 大于等于最小必须夹层厚度 ei- 最小＝ 0.45mm。优选的， 层压玻璃窗单元的夹层厚度 ei-dim 仅大于最小必须夹层厚度 ei- 最小的 20％
的限度内， 即， 在在先实施例中， 优选 ei-dim 使得 0.45mm ≤ ei-dim ≤ 0.55mm。
因此， 得到层压玻璃窗单元， 其满足规则 R43 的要求， 包含两个厚度为 2.1mm 的玻 璃片 1、 2 和具有中间层 3 和两个外层 4、 5 的夹层， 每个外层的厚度为 0.225mm 和 0.275mm。
可以用其他玻璃片值绘制曲线 C3， 例如 1.8mm 和 1.4mm。那么每个外层的厚度为 0.2mm-0.37mm。
依据规定夹层的外层的尺寸的第二个可能的方法， 其相应于图 5， 规定层压玻璃窗 单元的尺寸而无需任意设定玻璃片的厚度， 玻璃窗单元包含由外层材料构成的夹层。
参见图 5， 绘制三维曲线图 C4， 其代表使任何层压玻璃窗单元承受相应于规则 R43 的应力所需要的最小夹层撕裂强度 Jc- 最小作为任何层压玻璃窗单元的由外层材料构成的夹 层的厚度 ei 和任何玻璃窗单元的玻璃片的厚度 eg 的函数。由规则 R43 所确定的标准机械 强度测试得到图 5 的曲线图 C4， 其在层压玻璃窗单元上实施， 所述层压玻璃窗单元根据夹层 厚度和基材厚度具有不同的组成。
而后测定参比层压玻璃窗单元的撕裂强度 Jc- 参比， 其承受相应于规则 R43 的应力并 包含具有特定组成 ci 的夹层。
例如， 上述已知的层压玻璃窗单元 2.1/0.76/2.1 可以作为参比层压玻璃窗单元， 同时已知的层压玻璃窗单元 2.1/0.76/1.8 也可以作为参比层压玻璃窗单元， 其包含两个 厚度分别为 2.1mm 和 1.8mm 的玻璃片以及两个由标准厚度 0.38mm 的外层材料构成的夹层， 所述外层具有组成 ci， 相应于夹层厚度 ei- 参比等于 0.76mm。如前述通过 Tielking 法评价一 个或其他参比玻璃窗单元在相应于规则 R43 的应力下的撕裂强度 Jc- 参比。
使用曲线图 C4， 从而可以推演出由外层材料构成的夹层厚度和玻璃片厚度的最佳 值 ei-- 最佳、 eg-- 最佳的组合， 所述玻璃片相应于最小必须夹层撕裂强度值 Jc- 最小等于参比层压 玻璃窗单元的夹层的撕裂强度 Jc- 参比。例如， 当由参比玻璃窗 2.1/0.76/2.1 开始， 其相应 2 于撕裂强度 Jc- 参比值为 31000J/m ， 提供最佳值 ei-- 最佳、 eg-- 最佳的组合点为相应于 Jc- 参比值为 2 31000J/m 的曲线图 C4 的面积或表面的点。关于这一点， 需要注意的是， 每个最佳值 ei-- 最佳 或 eg-- 最佳不必分别地是由外层材料构成的夹层的厚度的最小值或玻璃片厚度的最小值。其 是 ei-- 最佳、 eg-- 最佳的值的组合， 以得到层压玻璃窗单元的总厚度最小值。
如在曲线图 C4 中所见， 值 ei ＝ 0.5mm 和 eg ＝ 1.8mm/1.4mm 的组合是大于等于最 佳值组合的值的组合。
因此， 可以规定层压玻璃窗单元的尺寸为由外层材料构成的夹层的厚度 ei-dim 大于 等于 0.5mm， 玻璃片的厚度 eg-dim 分别为 1.8mm 和 1.4mm， 所述层压玻璃窗单元满足规则 R43 的要求。
在上述实施例中考虑的组成 ci 的夹层， 由其撕裂强度的角度看， 具有平均性能， 现 在已知的更好性能的夹层的组成的撕裂强度水平使其可以达到最佳值 ei-- 最佳、 eg-- 最佳的组 合， 其相比于在先给出的值进一步降低。
特别的， 对于适于承受相应于规则 R43 的应力并包含两个厚度分别为 1.8mm 和 1.4mm 的玻璃基材的层压玻璃窗单元， 最小必须夹层厚度 ei- 最小可以降至约 0.4mm。 因此， 相 应于规则 R43 的要求并包含两个厚度分别为 1.8mm 和 1.4mm 的玻璃基材的层压玻璃窗单元 的最佳夹层厚度 ei-dim 通常为 0.4mm ≤ ei-dim ≤ 0.74mm， 所述间隔的下限相应于考虑撕裂强 度而具有高性能的夹层组成。因此， 得到满足规则 R43 的要求并包含两个厚度分别为 1.8mm 和 1.4mm 的玻璃 片和具有中间层 3 和两个外层 4、 5 的夹层的层压玻璃窗单元， 其中每个外层的厚度为 0.2mm-0.37mm。
因此， 设定每个外层 4、 5 的厚度 e， 以使其为玻璃窗单元提供足够的机械性能， 即 满足规则 R43 的机械性能。所述厚度以如下方式进行设置 ：
- 扭曲由粘合在两个玻璃片上的外层材料构成的夹层的样品， 测量由外层材料构 成的夹层与玻璃片开始分离时的扭力 (F)， 并通过用所述力 (F) 计算相应的附着剪切强度 (τ)， 将所述附着强度 (τ) 的值与容许值范围比较， 以使任何层压玻璃窗单元承受相应于 规则 R43 的应力， 由此验证外层材料的附着力是否符合规则 R43 的要求 ； 和
- 以如下方式设置每个外层的厚度 e， 以使其满足规则 R43 的要求 ：
- 确定参比层压玻璃窗单元承受相应于 R43 的应力， 其包含两个玻璃片和由外层 材料构成的夹层 ；
- 确定参比层压玻璃窗单元的夹层的撕裂强度 (Jc- 参比 )、 参比层压玻璃窗单元的夹 层的厚度 (ei- 参比 )， 以及参比层压玻璃窗单元的玻璃片的厚度 (eg- 参比 ) ；
- 使用代表任何层压玻璃窗单元承受相应于规则 R43 应力的所需最小夹层撕裂强 度 (Jc- 最小 ) 作为任何层压玻璃窗单元的夹层厚度 (ei) 的函数的曲线图 (C3)， 所述曲线图是 用等于参比层压玻璃窗单元的基材厚度的任何层压玻璃窗单元的基材厚度 (eg ＝ eg- 参比 ) 建 立的， 由此推算出最小必须夹层厚度 (ei- 最小 )， 其相当于最小必须夹层撕裂强度值等于参比 层压玻璃窗单元的夹层的撕裂强度 (Jc- 最小＝ Jc- 参比 ) ； 和
- 设定每个外层的厚度 e， 以使 e 大于或等于所述最佳夹层厚度值 (ei- 最佳 )。
作为变例， 设定每个外层 4、 5 的厚度 e 和玻璃片的厚度， 以使组件可为玻璃窗单元 提供足够的机械性能， 即满足规则 R43 的机械性能。以如下方式进行设置 ：
- 验证外层材料的附着力是否与规则 R43 的要求相符 ： 扭曲由粘合在两个玻璃片 上的外层材料构成的夹层的样品， 测量由外层材料构成的夹层与玻璃片开始分离时的扭力 (F)， 并用所述力 (F) 计算相应的附着剪切强度 (τ)， 将所述附着强度 (τ) 的值与容许值范 围比较， 以使任何层压玻璃窗单元承受相应于规则 R43 的应力 ； 和
- 以如下方式设置每个外层的厚度 e 和玻璃片的总厚度， 以使其满足规则 R43 的要 求：
- 确定参比层压玻璃窗单元承受相应于 R43 的应力， 其包含两个玻璃片和由外层 材料构成的一个夹层 ；
- 确定参比层压玻璃窗单元的夹层的撕裂强度 (Jc- 参比 )、 参比层压玻璃窗单元的夹 层的厚度 (2e- 参比 )， 以及参比层压玻璃窗单元的玻璃片的厚度 (eg- 参比 ) ；
- 使用代表任何层压玻璃窗单元承受相应于规则 R43 的应力的所需最小夹层撕裂 强度 (Jc- 最小 )， 作为任何层压玻璃窗单元的夹层厚度 (ei) 的函数， 以及任何层压玻璃窗单元 的玻璃片厚度 (eg) 的函数的曲线图 (C4)， 推算出夹层厚度和玻璃片厚度的最佳值 (ei- 最佳， eg- 最佳 ) 的组合， 其相当于最小必须夹层撕裂强度值等于参比层压玻璃窗单元的夹层的撕裂 强度 (Jc- 最小＝ Jc- 参比 ) ； 和
- 设定每个外层的厚度 e， 以使 e 大于等于所述最佳夹层厚度值 (ei- 最佳 )， 并设定 玻璃片厚度 (eg-dim) 大于等于所述最佳玻璃片厚度值 (eg- 最佳 )。夹层的总厚度优选小于等于 0.86mm。
图 3 代表依据本发明的另一个实施方案的玻璃窗单元的截面图。
夹层的玻璃片 1、 2 和外层 4、 5 与图 2 的那些一致。
中间层 3 包括两个阻尼薄膜 6、 7。阻尼薄膜 6 由粘弹性塑料材料 A 构成， 其不同于 构成阻尼薄膜 7 的粘弹性材料 B。依据一个实施方案， 材料 A、 B 是共挤出的。作为变例， 其 为层压的。
构成中间层 3 的阻尼薄膜 6、 7 可以使不同温度范围下的声振动的阻尼最优化。因 此， 薄膜 6 在第一温度范围下最佳地阻尼声振动， 而薄膜 7 在第二温度范围下最佳地阻尼声 振动。 第一和第二温度范围不交叠。 这使得可以在更广阔的温度范围下能够在 100Hz-240Hz 的频率间使阻尼最优化。
为了实现这种情况， 选择材料 A， 其在温度范围 tA 和 100Hz-240Hz 的频率间具有 8 大于 0.6 的损耗因子和 5.58×10 Pa/m-2.37×109Pa/m 的剪切参数。同样， 选择材料 B， 以 8 使在温度范围 tB 和 100Hz-240Hz 的频率间其具有大于 0.6 的损耗因子和 5.58×10 Pa/ m-2.37×109Pa/m 的剪切参数。
而且， 薄膜 6 或 7 在给定的温度范围内具有最大的损耗因子， 所述温度范围分别包 括在温度范围 tA 或 tB 中， 且其具有的当量剪切参数 gA 或 B 当量＝ h×gA 或 B 在所述温度范围内 大大低于其他薄膜 7 或 6 的当量剪切参数， 其中 gA 或 B 是分别构成薄膜 6 或 7 的材料 A 或 B 的剪切参数， h 是中间层的厚度。所述当量剪切参数相应于剪切模量。
给定的温度范围是第一温度范围或第二温度范围， 其中薄膜 6 或 7 分别最佳地阻 尼 100Hz-240Hz 的频率下的声振动。
因此， 不仅需要每个薄膜 6、 7 的损耗因子大于 0.6， 每种薄膜的材料的剪切参数在 8 9 其相应温度范围内为 5.58×10 Pa/m-2.37×10 Pa/m， 而且需要在相应温度范围内的最高阻 尼薄膜 ( 最高 tanδ) 的当量剪切模量大大低于其他薄膜的。这样， 夹层的行为在每个温度 范围下都与最高阻尼薄膜类似。因此， 所述夹层在每个构成夹层的薄膜起最佳阻尼作用的 每个温度范围下都可提供最佳的阻尼。
现在将提供在上述 g 的范围具有真正最佳的 100Hz-240Hz 的频率阻尼的证明。
图 1 代表了在 20℃、 频率为 100Hz-240Hz 的条件下， 层压挡风玻璃的模态阻尼作为 层压挡风玻璃的夹层的中间层的剪切参数的函数。通过有限元法计算出所述曲线。
用由两个厚度分别为 1.4mm 和 1.8mm 的玻璃片构成的挡风玻璃进行计算， 所述玻 璃片间加入粘弹性塑料材料制成的夹层。夹层包含三层 ： 在两个外层之间加入一个中间 层。图 1 曲线的每个点表示模态阻尼作为中间层厚度 h 下的剪切参数的函数， 不同点相应 于 0.10mm-1.20mm 间的厚度 h。
下表 1 涵盖了剪切参数 g 的值和每个 h 值下的模态阻尼的值。
H(mm) 0.10 0.15 G(Pa/m) 7.958×109 5.164×109 模态阻尼 0.2421 0.273716102373867 A CN 102373872 0.20 0.30 0.31 0.35 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20
说明书0.2959 0.3235 0.3273 0.3273 0.3327 0.3365 0.3365 0.3381 0.3365 0.3365 0.3327 0.3327 0.332713/13 页3.793×109 2.449×109 2.366×109 2.076×109 1.796×109 1.414×109 1.163×109 9.864×108 8.570×108 7.564×108 6.759×108 6.112×108 5.583×108表1
如 图 1 和 表 1 所 示，在 20 ℃ 和 100Hz-240HZ 的 频 率 下，对 于 厚 度 h 为 0.31mm-1.20mm 的中间层 3， 剪切参数 g 的范围为 5.58×108Pa/m-2.37×109Pa/m， 这可以使 模态阻尼大于等于 0.327， 由于厚度为 0.7mm 的中间层的曲线的最大值为 0.338， 因而是非 常良好的。 在 20℃和 100Hz-240HZ 的频率下， 对于厚度 h 为 0.50mm-0.90mm 的中间层 3， 剪切 8 9 参数 g 的范围是 7.56×10 Pa/m-1.42×10 Pa/m， 这可以使模态阻尼大于等于 0.336， 因而是 最优化的阻尼。
因此， 本发明真正使包含如上所述的夹层的挡风玻璃在第一固有频率下的声震阻 尼的最优化成为可能。
依据本发明的夹层还可以在为其最优化的频率范围下得到良好的外侧声震阻尼。
对于挡风玻璃， 可以在两个玻璃片之间优选使用依据本发明的插入物。也可以在 诸如汽车的交通工具的侧窗玻璃或顶棚玻璃中使用该插入物。