一种自动调节气压的中空玻璃组件技术领域
本发明涉及一种自动调节气压的中空玻璃组件，可用于对隔热、隔音、强度和减轻
重量有要求的动车组、机车车辆、飞机尤其是运行于线路气压有变化的车辆门窗。
背景技术
对于在不同海拔高度之间运行的机车或者动车组车窗，由于其对隔热、隔音、重量
和透视有特殊的要求而基本都使用复合中空玻璃。中空玻璃属刚性密封体，在运行线路海
拔高度变化时外界气压也会随之变化。气压变化会导致中空玻璃内部和外界存在压差，使
玻璃发生变形，或者边部密封材料开裂而缩短寿命，甚至玻璃破碎。比如，现有机车运行最
高海拔为5072米的青藏铁路，在这个海拔的外界气压仅仅为0.5个大气压，形成内外空气压
强差，如果压差过大，超过玻璃能够承受的范围，就会导致玻璃出现涨裂的情形，对旅客的
安全造成危害。
目前采取的方式是增加玻璃厚度，虽然能够提高承受压差的范围，但带来的不良
影响是玻璃厚度增加导致现有复合中空玻璃经过组合后的重量较大。一列8编组的动车组
侧窗大概需要中空玻璃200平方米，如果每平方米减少10公斤，每列车就可减少2吨。重量的
减轻，对于列车运行时的节能降耗效果显著。因此，考虑节能环保，必须设法在强度和安全
不降低的情况下减轻复合中空玻璃的重量，并且还要求达到足够的使用年限例如10年以
上。
发明内容
为了能够适应铁路列车等在运行过程中海拔变化导致的中空玻璃面临的内外气
压差的变化，并且尽可能的减小玻璃的重量，节能降耗，并且达到足够的使用年限，本发明
提出了一种自动调节气压的中空玻璃组件，能够适用于对隔热、隔音、强度和重量有要求的
动车组、机车车辆、飞机等且运行于线路气压有变化的车辆门窗。
本发明提出的一种自动调节气压的中空玻璃组件，包括外层板材1，内层板材2，外
层板材1和内层板材2通过固定框3固定连接并形成中空腔室4，固定框3与外层板材1的连接
方式为气密连接，中空腔室4内有密封板6以及一个或多个能够发生形变的弹性连接装置7，
密封板6通过弹性连接装置7与外层板材1以及固定框3气密连接形成容积能够发生变化的
气密腔室8，中空腔室4内除气密腔室8以外为连通腔室9，固定框3开有一个或多个通孔5，连
通腔室9通过通孔5与外界空气连通。具体地，所述外层板材1、内层板材2和密封板6均为玻
璃板。气密腔室8与外界空气不连通，因而引起其内部气压主要变化因素为温度，连通腔室9
通过通孔5与外界空气连通，因为其内部气压随外界气压变化并保持与外界气压相同。海拔
高度的变化，引起外界气压变化，同时导致连通腔室9的气压变化，从而引起气密腔室8和连
通腔室9的气压差异，由于弹性连接装置7的作用，使得气密腔室8的容积能够发生变化，容
积变化能够减小气密腔室8和连通腔室9之间的气压差异使得两者气压趋于一致。通孔5的
数量不需要太多，只要有1～2个，能够实现过滤腔36与外界空气连通即可。
作为一种优选，上述自动调节气压的中空玻璃组件，固定框3为长方形金属框，包
括外粘接面31、内粘接面32、固定面33和卡接面34，固定框3内部有干燥腔35和过滤腔36，干
燥腔35内有干燥剂并开有干燥孔37，干燥腔35通过干燥孔37仅与气密腔室7的内部连通，过
滤腔36内填充具有空气过滤功能的填充物并通过通孔5与外界空气连通，所述具有空气过
滤功能的填充物将过滤腔36的全部空间填充或至少将通孔5附近局部空间填充；弹性连接
装置7包括橡胶条73、自由框74，自由框74为长方形金属框并有密封平面75，橡胶条73沿密
封板6的周向连续分布，橡胶条73有第一连接部731、第二连接部732以及弹性部733，第一连
接部731气密地与卡接面34连接，第二连接部732气密地与自由框74连接，弹性部733靠近连
通腔室(9)的一侧有开槽或调压孔76，密封板6气密地固定连接在密封平面75上。固定框3和
自由框74选为金属框，是因为金属与玻璃的粘接能达到列车车窗气密要求的密封效果，并
且，选用金属框能够增加整个中空玻璃组件的刚度、抗扭转的性能，在玻璃已经粘贴具有防
爆隔热抗辐射功能的玻璃膜的情况下，如果玻璃破碎，金属框能够撑起玻璃膜，避免破碎的
玻璃散落并起到一定的防风作用。
进一步地，所述橡胶条73的第一连接部731气密地与卡接面34连接、第二连接部
732气密地与自由框74连接，是通过对第一连接部731和第二连接部732进行橡胶硫化实现
的。本发明使用的橡胶硫化工艺，是现有技术中将橡胶与金属粘接的通用工艺，可以使用直
接粘合法，将增粘剂直接均匀混入橡胶胶料中，当胶料在热硫化成型时橡胶就和金属产生
牢固粘合；也可以使用硬质胶法，在金属表面贴或涂一层高硫含量的硬质胶，再贴软质胶
料，经加热、加压、硫化，使软质胶通过硬质胶与金属粘接。使用橡胶硫化的方法，能够保证
本发明中的金属框与橡胶条粘接的使用寿命和强度，如果使用胶黏剂法，例如异氰酸酯类
胶黏剂、含卤胶黏剂和酚醛树脂类胶粘剂直接粘合，也可以达到使用要求，但效果不如橡胶
硫化工艺的效果好。
作为一种改进，弹性连接装置7包括第一卡槽71、第二卡槽72、橡胶条73，第一卡槽
71内嵌在固定框3的卡接面34内，自由框74为长方形金属框，自由框74有第二卡槽72和密封
平面75，橡胶条73沿密封板6的周向连续分布，橡胶条73有第一连接部731、第二连接部732
以及弹性部733，第一连接部731气密地与第一卡槽71连接，第二连接部732气密地与第二卡
槽72连接，弹性部733靠近连通腔室9的一侧有开槽或调压孔76，密封板6气密地固定连接在
密封平面75上。卡槽的存在，能够增加固定框3或自由框74与橡胶条的接触面积，增加连接
的气密性和牢固性。
作为上述弹性连接装置7的一个具体实施方式，第一连接部731嵌入第一卡槽71并
气密地填充第一卡槽71全部空间，第二连接部732嵌入第二卡槽并气密地填充第二卡槽72
全部空间，所述气密地填充是通过对第一连接部731和第二连接部732进行橡胶硫化实现
的。固定框8选用铝框，采用型材折弯、接头焊接后用胶密封的工艺，保证金属框接头的气密
性。
作为一种改进，本发明所述的自动调节气压的中空玻璃组件，弹性部(733)的截面
形状可以是C形或Σ形，有利于弹性变形，适应气密腔室(8)的气压变化。
作为一种改进，本发明提出的自动调节气压的中空玻璃组件，具有空气过滤功能
的填充物选用过滤棉或过滤纸，起到过滤灰尘的作用。
作为一种改进，本发明提出的自动调节气压的中空玻璃组件，第一卡槽71和第二
卡槽72均有一个缺口711以及与缺口711相连的易于导入弹性物体的斜面712，易于橡胶部
件的安装或橡胶硫化材料的填入。
进一步的，本发明提出的自动调节气压的中空玻璃组件，外层板材1面向气密腔室
8的全部表面粘有SGP膜，SGP膜是美国杜邦公司生产并在市场上广泛销售的Sentry Glas
Plus(SGP)玻璃膜，是乙烯与甲基丙烯酸酯的共聚物，一种离子聚合物型的玻璃膜，作用是
粘接和防辐射，防止破碎时玻璃散落，进一步提高安全性。选用SGP膜，是因为SGP膜在仅使
用1片玻璃即可达到强度要求。目前普遍使用的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中间膜，在两块玻璃
之间夹进一层PVB薄膜，经高压复合、加温而成夹层玻璃，具有安全、保温、控制噪音和隔离
紫外线等功能，但PVB中间膜需要粘贴在2片玻璃中间使用，相对于PVB中间膜，SGP膜的撕裂
强度是普通PVB膜的5倍，硬度是PVB膜的30～l00倍，可以节省1片玻璃，对于减轻整体构件
的重量具有有益的效果。并且与PVB相比，SGP与金属之间以离子键方式结合，具有更强的黏
结能力，可以实现与金属的黏结，黏结强度达到20.7MPa以上。SGP膜具有隔热抗紫外线辐射
效果，能够起到对本发明所述的自动调节气压的中空玻璃组件内部材料例如粘接使用的丁
基胶等的保护作用。
气密腔室8内填充干燥空气、干燥氮气或干燥的惰性气体(稀有气体)如氩气，外层
板材1面向气密腔室8的全部表面粘有SGP膜，气密腔室8内放干燥剂，干燥剂可以选择硅胶、
分子筛干燥剂等物质，作用是吸收气密腔室内游离水分，使气密腔室8内的湿度降低，避免
结露，减少热传递。因露点温度由绝对湿度决定，绝对湿度越低空气的露点温度就越低。同
时，气密腔室的干燥，对低辐射膜有保护作用。另外，相对于潮湿气体，干燥气体的传热系数
低，能够隔热节能，气密腔室8腔内干燥气体比湿气更节能，达到火车节能的设计指标参数
要求。密封板为玻璃材质，起到了隔热功能，隔热性能进一步提高。
作为一种具体的实施方式，本发明提出的自动调节气压的中空玻璃组件，外层板
材1为5mm灰玻璃板，外层板材1面向气密腔室8的全部表面粘有SGP膜，固定框3的外粘接面
31通过丁基胶与0.4mm316L不锈钢板38气密连接，不锈钢板38选0.4mm轻质钢板，目的是减
重，不锈钢板38通过SGP膜与外层板材1气密连接，SGP膜的使用按照美国杜邦公司提供的工
艺指南，固定框3的内粘接面32通过丁基胶与内层板材2气密连接，内层板材2为5mm玻璃板，
固定框3为铝框，密封板6要求具有良好的密封性能，并且尽量薄，减轻厚度和重量，因此选
择2mm白玻化学钢化玻璃板。相对于现有技术，本实施方式作为一种优选，能够使用更少的
玻璃板材厚度，达到相同的隔音指标要求。作为对比的现有技术，使用的是2块5mm灰玻璃板
用PVB膜粘接制作的夹层玻璃，以此夹层玻璃作为外层板材1，使用5mm灰玻璃板作为内层板
材2，使用玻璃板材总厚度为15mm，通过增加外层板材使用的玻璃厚度，实现隔音指标。而本
优选的实施方式，采用5mm灰玻璃板覆SGP膜作为外层板材1，5mm灰玻璃板作为内层板材2，
增加2mm白玻化学钢化玻璃板在外层板材1和内层板材2之间，3层玻璃2层腔室的结构，达到
同样的隔音效果，并且由于2层腔室的存在，隔热效果更优，但使用玻璃板材总厚度仅为
12mm，减小了3mm玻璃板材的厚度，使车窗玻璃板材重量减轻了20％，对铁路列车等交通工
具的运行时的节能具有有益的技术效果。
本发明所述的所述自动调节气压的中空玻璃组件，其固定框和弹性连接装置还可
以采用以下形式实现，即：固定框3为长方形金属框，优选为铝框，其横截面形状为匚形，固
定框3包括外粘接面31、内粘接面32、固定面33和卡接面34，外粘接面31、内粘接面32均为平
面，固定面33沿固定框3的长方形外形每个边的方向上均为平面，固定框3内部有干燥腔35
和过滤腔36，所述弹性连接装置7为橡胶条73，橡胶条73沿密封板6的周向连续分布，橡胶条
73为截面为Σ形的中空橡胶条，包括第一连接部731、第二连接部732、弹性部733以及夹持
部734，所述夹持部734有凹槽将密封板6的周边气密地夹持在凹槽内，所述弹性部733能够
折叠变形。夹持部734有凹槽将密封板6的周边气密地夹持在凹槽内，是通过胶粘或橡胶硫
化工艺实现的。优选地，橡胶条73靠近连通腔室9的一侧有开槽或调压孔76，用于连通腔室
与外界的空气流通。
本发明采用金属的固定框3与作为弹性连接装置的橡胶条73相连接，是因为金属
固定框能够起到增加构件强度和抗扭转等性能，在保证强度和抗扭转等性能基础上，相对
于使用金属制的弹性连接装置，使用橡胶条能够更好地起到隔热作用，因橡胶是热的不良
导体，也是振动(例如噪音振动)的不良导体，能够有效减小热量或振动从外层板材1通过弹
性连接装置7的接触面向内层板材2的传导。铁路客运列车车窗的隔音性能是一项重要指
标，此外还有隔热节能指标要求。
为了实现本发明所述的自动调节气压的中空玻璃组件与铁路列车窗框的固定，本
发明提出的自动调节气压的中空玻璃组件，还包括能够与铁路列车窗框连接的连接框10，
连接框10与外层板材1、内层板材2和固定框3使用密封胶连接，连接框10有气孔101与通孔5
连通，连接框10上有螺孔，通过螺丝与铁路列车窗框固定。
本发明提出的自动调节气压的中空玻璃组件，能够适应铁路列车运行过程中海拔
变化导致的中空玻璃面临的内外气压差的问题，自动适应压强变化，会使玻璃变形完全消
除，玻璃平整度达到最佳，车体外观效果好，并且尽可能的减小玻璃的重量，节能降耗，使用
寿命可达20～30年，能够满足对隔热、隔音、强度和重量有要求的动车组、机车车辆、飞机等
且运行于线路气压有变化的车辆门窗的设计使用要求。
附图说明
图1为本发明的平面示意图；
图2为本发明的第一种实施方式的沿A-A方向的剖面图；
图3为本发明的第一种实施方式的局部放大图；
图4为本发明的第一种实施方式的橡胶条的剖面图；
图5为本发明的第二种实施方式的局部放大图；
图6为本发明的第二种实施方式的第一卡槽和第二卡槽示意图；
图7为本发明的第三种实施方式的局部放大图；
图8为本发明的第三种实施方式的橡胶条剖面图；
图9为本发明的第四种实施方式的连接框示意图。
图中：1.外层板材；2.内层板材；3.固定框；4.中空腔室；5.通孔；6.密封板；7.弹性
连接装置；8.气密腔室；9.连通腔室；10.连接框；31.外粘接面；32内粘接面；33.固定面；34.
卡接面；35.干燥腔；36.过滤腔；37.干燥孔；38.不锈钢板；39.SGP膜；71.第一卡槽；72.第二
卡槽；73.橡胶条；74.自由框；75.密封平面；76.开槽或调压孔；711.缺口；712.斜面；731.第
一连接部；732.第二连接部；733.弹性部；101.气孔；102.螺孔；103.螺丝。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
实施例1：
图1为本发明的自动调节气压的中空玻璃组件平面示意图，为简便起见，图1仅对
弹性连接装置的轮廓和位置进行了示意，其具体形状在图2中体现。
结合图2和图3，本发明提供的一种自动调节气压的中空玻璃组件，外层板材1为
5mm灰玻璃板，内层板材2为5mm灰玻璃板，外层板材1与内层板材2的间距为30mm，外层板材1
和内层板材2通过固定框3固定连接并形成中空腔室4。固定框3为长方形铝框，其横截面形
状为Γ形，内部分为干燥腔35和过滤腔36，固定框3包括外粘接面31、内粘接面32、固定面33
和卡接面34，外粘接面31、内粘接面32均为平面，固定面33沿固定框3的长方形外形每个边
的方向上均为平面。
固定框3的外粘接面31通过丁基胶与0.4mm316L不锈钢板38气密连接，按照美国杜
邦公司提供的SGP膜使用的工艺指南，使用SGP膜39将不锈钢板38与外层板材1气密连接，并
且在外层板材1的靠近中空腔室4的表面覆一层SGP膜，SGP膜39的厚度为0.89mm，固定框3的
内粘接面32通过丁基胶与内层板材2气密连接。
固定框3开有一个或多个通孔5，干燥腔35内有干燥剂(图中未示出)并开有干燥孔
37与气密腔室8连通，过滤腔36内填充过滤棉(图中未示出)并通过通孔5与外界空气连通，
过滤棉将过滤腔36的全部空间填充。干燥腔35和过滤腔36之间互相之间无气体流通，通孔5
仅与过滤腔36连通，通孔5与干燥腔35不连通。图2中，为了示意，过滤腔36的两侧都画出了
通孔5，两侧通孔5通过电钻或开孔器在过滤腔36的腔壁上开孔，孔的尺寸为直径10mm，不影
响过滤腔36的除通孔5以外的腔壁的连续性。
中空腔室4内有密封板6，密封板6为方形2mm白玻化学钢化玻璃板，以及橡胶条73、
自由框74，自由框74为长方形铝框并有密封平面75，橡胶条73沿密封板6的周向连续分布，
如图4所示，橡胶条73有第一连接部731、第二连接部732以及弹性部733，第一连接部731气
密地与卡接面34连接，第二连接部732气密地与自由框74连接，弹性部733靠近连通腔室9的
一侧有开槽76使得733的截面形状为C形，密封板6气密地固定连接在密封平面75上。气密腔
室8内填充氩气。
实施例2：
结合图5和图6说明本发明的另一种实施方式。在实施例1的基础上，弹性连接装置
7包括第一卡槽71、第二卡槽72、橡胶条73，第一卡槽71内嵌在固定框3的卡接面34内，自由
框74有第二卡槽72和密封平面75，第一卡槽71和第二卡槽72均有一个缺口711以及与缺口
711相连的易于导入弹性物体的斜面712。橡胶条73沿密封板6的周向连续分布，橡胶条73有
第一连接部731、第二连接部732以及弹性部733，第一连接部731和第二连接部732的截面均
为长方形，使用橡胶硫化工艺实现第一连接部731气密地与第一卡槽71连接，第二连接部
732气密地与第二卡槽72连接，弹性部733的截面形状为C形，密封板6气密地固定连接在密
封平面75上。密封板6通过弹性连接装置7与外层板材1以及固定框3气密连接形成容积能够
发生变化的气密腔室8，密封板6为2mm白玻化学钢化玻璃板。中空腔室4内除气密腔室8以外
的连通腔室9通过通孔5与外界空气连通。外层板材1面向气密腔室8的全部表面粘有SGP膜
39，气密腔室8内填充氮气。
实施例3：
结合图7和图8说明本发明的第三种实施方式。在实施例1的基础上，固定框3横截
面形状为匚形，固定框3包括外粘接面31、内粘接面32、固定面33和卡接面34，外粘接面31、
内粘接面32均为平面，固定面33沿固定框3的长方形外形每个边的方向上均为平面，固定框
3内部有干燥腔35和过滤腔36，弹性连接装置7为橡胶条73，橡胶条73沿密封板6的周向连续
分布，橡胶条73为截面为Σ形的中空橡胶条，包括第一连接部731、第二连接部732、弹性部
733以及夹持部734，所述夹持部734有凹槽将密封板6的周边气密地夹持在凹槽内，弹性部
733能够折叠变形；干燥腔35内有干燥剂并开有干燥孔37，干燥腔35通过干燥孔37仅与气密
腔室7的内部连通，过滤腔36内填充活性炭并通过通孔5与外界空气连通，活性炭将过滤腔
36的全部空间填充。夹持部734有凹槽将密封板6的周边气密地夹持在凹槽内，是通过胶粘
工艺实现的。
实施例4：
结合图9说明本发明的第四种实施方式，在实施例1、实施例2、实施例3的基础上，
还包括能够与铁路列车窗框连接的连接框10，连接框10与外层板材1、内层板材2和固定框3
使用密封胶连接，连接框10有气孔101与通孔5连通，连接框10上有螺孔102，通过螺丝103与
铁路列车窗框固定。
上面结合附图和具体实施方式对本发明进行了详细说明。但本发明不仅限于上面
描述的内容，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本发明构思的各种变化，仍落
在本发明的保护范围内。