本公开涉及在车辆中使用的聚合物玻璃以及生产该聚合物玻璃的方法。
背景技术：
聚合物玻璃已成为对传统玻璃或层压玻璃车窗的具有吸引力的替代品。聚合物玻璃包括具有额外薄膜或涂层的聚碳酸酯(pc)基底，以提高诸如耐候性、紫外线(uv)辐射抗性和耐磨损性的特性。通常，将包括有机硅(silicone)的硬质覆层(hardcoatlayer)添加到pc玻璃，硬质覆层使因暴露到uv辐射而引起的玻璃退化的速率减慢。但是，随着时间，由于长期暴露到uv辐射而导致的内部应力，硬质覆层自身从相邻的层脱落并产生微裂纹。
技术实现要素：
在至少一个实施例中，公开一种车辆的聚合物玻璃。玻璃可包括具有车内侧和车外侧的聚碳酸酯玻璃基底。玻璃还可包括直接涂覆到车内侧的硬质覆层。玻璃还可包括共挤出薄膜，该共挤出薄膜具有聚碳酸酯部和聚甲基丙烯酸甲酯部，并与车外侧直接接触，使得聚合物玻璃在车外侧的外部不具有硬质覆层并且聚甲基丙烯酸甲酯部形成聚合物玻璃的最外层。薄膜的聚碳酸酯部和车外侧可彼此直接接触。玻璃还可包括与车内侧上的硬质覆层直接接触的耐磨损层和/或与车外侧上的薄膜的聚甲基丙烯酸甲酯部直接接触的耐磨损层。耐磨损层可包括硅酸盐。聚甲基丙烯酸甲酯部可形成共挤出薄膜的总厚度的约5％至10％。车外侧上的耐磨损层和车内侧上的硬质覆层可将聚碳酸酯玻璃基底和共挤出薄膜夹在它们之间。硬质覆层可以是车内侧上的单个硬质覆层。
在另一实施例中，公开一种汽车聚合物玻璃。玻璃可包括具有内侧和外侧的聚碳酸酯玻璃基底。玻璃还可包括共挤出薄膜，共挤出薄膜具有聚甲基丙烯酸甲酯部和聚碳酸酯部，并与所述外侧直接接触。玻璃还可包括与聚甲基丙烯酸甲酯部直接接触的第一耐磨损层。玻璃还可包括硬质覆层，硬质覆层被直接涂覆到内侧，使得硬质覆层是汽车聚合物玻璃内的唯一硬质覆层。薄膜的聚碳酸酯部和聚碳酸酯基底的外侧可彼此直接接触。玻璃还可包括与内侧上的硬质覆层直接接触的第二耐磨损层。第一耐磨损层和/或第二耐磨损层可包括硅酸盐。第一耐磨损层和所述外侧可夹着共挤出薄膜。第一耐磨损层和第二耐磨损层可将共挤出薄膜、聚碳酸酯玻璃基底和硬质覆层夹在它们之间。汽车聚合物玻璃在聚碳酸酯基底的外侧上不具有硬质覆层。
在又一实施例中，公开一种形成汽车聚合物玻璃的方法。方法可包括：将共挤出的聚甲基丙烯酸甲酯/聚碳酸酯薄膜插入到模具中，以产生具有聚甲基丙烯酸甲酯部和聚碳酸酯部的模塑薄膜。方法可进一步包括：将聚碳酸酯玻璃基底直接注塑成型到薄膜的聚碳酸酯部上。方法可包括：将硬质覆层直接涂覆到聚碳酸酯玻璃基底上，使得共挤出薄膜和硬质覆层将聚碳酸酯玻璃基底夹在它们之间，并且聚合物玻璃不具有额外的硬质覆层。方法还可包括：将第一耐磨损层直接沉积到共挤出薄膜的聚甲基丙烯酸甲酯部上。聚合物玻璃在共挤出薄膜与第一耐磨损层之间不具有额外的层。方法可进一步包括：将第二耐磨损层沉积到硬质覆层上。第一耐磨损层和/或第二耐磨损层可以由等离子涂覆工艺形成。共挤出的层可以是在注塑成型步骤期间被插入模塑。
附图说明
图1描绘了具有根据一个或更多个实施例的聚合物玻璃的示例车辆的透视示意图；
图2描绘了在沿线2,3-2,3截取的截面中的玻璃的示意性截面图；
图3描绘了在沿线2,3-2,3截取的截面中的玻璃的替代的示意性截面图；
图4示意性示出了用于生产聚合物玻璃的一系列制造步骤。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采取多种替代形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，此处所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
除非明确地指出，否则在本说明书中指示尺寸或者材料特性的所有数值量均应理解为被词语“大约”修饰以描述本公开的最宽范围。
首字母缩略词或其它缩写词的首次定义适用于本文中相同缩写词的所有后续使用，并准用于最初定义的缩写词的正常的语法变体。除非明确地做出相反的说明，否则对特性的测量由前文或后文中针对相同的特性所参照的相同的技术来确定。
将对发明人知晓的本发明的组成、实施例和方法进行详细说明。然而，应理解的是，公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可以以不同的和替代的形式实施。因此，在此公开的具体的细节不应该被解释为限制性的，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式应用本发明的代表性基础。
结合本发明的一个或更多个实施例的适于给定目的的材料组或材料分类的描述意味着该组或该分类的元素中的任意两个或更多个的混合物是适合的。化学术语的成分描述指的是添加到描述中的指定的任意组合时的成分，并且不必要排除一旦混合后混合物的成分之间的化学相互作用。首字母缩略词或其它缩写的首次定义应用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且加上必要的变更应用于最初定义的缩写的常规语法变型。除非特别指明与之相反，否则由与之前或之后对同一特性提及的技术相同的技术来确定特性的测量。
汽车玻璃包括前风挡(windscreen/windshield)、侧窗和后窗、三角窗(quarterwindow)和玻璃顶板(诸如车辆上的遮阳天窗(sunroof)和透光天窗(moonroof))。过去，大多数车窗是由玻璃制成的。现在，大多数车辆包括层压玻璃。例如，典型的前风挡包括层压在两层玻璃面板之间的聚乙烯醇缩丁醛(pvb)板。由于玻璃在受到撞击的情况下不会破碎成尖锐的碎片，因此pvb提高了驾驶员和乘客的安全性。pvb还可降低噪音传播。
对持续提高燃料经济性和安全性的需要已引领对聚合物玻璃的开发，与传统层压和钢化玻璃窗相比这能够使玻璃部件的重量降低约30％至50％。因此，聚合物玻璃提高了燃料经济性，同时提供了卓越的光学耐性和抗撞击性。除了重量较低以外，由于当前市场趋势需要一体的、风格化的玻璃表面，因此聚合物玻璃具有吸引力。
聚合物玻璃通常是注塑成型的。注塑成型工艺通常能够获得高质量的光学器件并且能够相对容易地将期望的部件和模入特征(mold-infeature)整合到玻璃中。大多数聚合物玻璃包含相对昂贵的pc。但pc除了具有在模塑处理期间将部件包含在pc内的能力以外，pc还有使其值得使用的许多优势。例如，pc具有优秀的抗撞击性，这可以降低玻璃破裂的发生率，提高安全性并有可能防盗。
然而，要生产可以耐久和耐刮划的pc玻璃仍然具有挑战。pc非常容易受到uv退化和诸如刮划的机械损伤的影响。为了提高uv抗性，将各种层添加到pc层，使得形成层压的pc玻璃。层压的玻璃的最外层可以是硬质覆层。可选地，硬质覆层可以仅为被包括在基底的侧面(在安装在车辆中时面向车外)上的层中的一个。虽然典型硬质覆层可以具有遮挡pc免受uv辐射的能力，但硬质覆层自身通常不具有长期的耐久性。当受到持续很久的uv暴晒时，典型的硬质覆层产生微裂纹并在层压的玻璃内从相邻的子层脱落。随着时间流逝微裂纹和脱落减弱透过玻璃看见的能力，并且随着时间流逝变得不适于在需要保持良好光学质量的车辆的一些区域中使用。
因此，需要可以解决上面描述的一个或更多个问题的聚合物玻璃。根据一个或更多个实施例，公开了车辆聚合物玻璃10。可包含聚合物玻璃10的车辆的非限制性示例类型包括诸如汽车、巴士的陆地车辆、用于运输货物的车辆、摩托车、越野车辆、轨道车辆、火车、两栖车辆、船只等。在图1中作为示例描绘了包含聚合物玻璃10的车辆50。聚合物玻璃10可用作前风挡、后窗、侧窗、三角窗或顶板。
聚合物玻璃10是层压的并包括多个层。图2描绘了玻璃10的层的示例性分层。玻璃10包括pc玻璃基底12，pc玻璃基底12具有车内侧16和车外侧14。每一侧包括不同的层。例如，基底12的内侧16包括硬质覆层18。硬质覆层18与基底12直接接触。此外，与硬质覆层形成层压玻璃的最外部的应用相比，通过包括位于基底12的内侧上的硬质覆层18，保护硬质覆层18免于受到直接的uv辐射。结果是，由于仅极小量的uv辐射进入内侧16，因此硬质覆层18不从相邻的层脱落并且不屈服于微裂纹。
在外侧14上不设置硬质覆层18。因此，内侧16上的硬质覆层18是玻璃10内唯一的硬质覆层。因此，在车辆的外侧14上玻璃10不具有硬质覆层18，外侧14上的硬质覆层18可能倾向于增大由uv辐射所造成的内部应力。
在外侧14上，基底12靠近pc和聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的共挤出层20。共挤出层20可以形成层压玻璃10的最外部或最外层。共挤出层20可以防止玻璃10的uv退化。共挤出层20包括pc部22和pmma部24。pc部22和车外侧14可彼此直接接触，使得基底12的pc和共挤出层20的pc部22彼此直接接触。因此，在安装在车辆中时pmma部24可形成玻璃10的最外部并直接与大气接触。由于pmma部24用作对pc的内在层(underlyinglayer)的抗uv缓冲(uvresistantbuffer)，因此这种布置为玻璃10提供了增强的uv保护。pc比pmma的抗撞击性更好，但比pmma的抗uv性更低。
在图3描绘的替代实施例中，与玻璃10相比，玻璃100包括额外的层。具体地说，玻璃100包括pc玻璃基底112，pc玻璃基底112具有内侧116和外侧114。内侧116与硬质覆层118直接接触，同时外侧114与共挤出薄膜120直接接触，共挤出薄膜120包括pc部122和pmma部124。此外，一个或两个耐磨损层126、128被包括在玻璃100中。耐磨损层126可与外侧114上的薄膜120的pmma部124、内侧116上的硬质覆层118或两者直接接触。耐磨损层可以是第一耐磨损层126或第二耐磨损层128。当第一耐磨损层126与外侧114上的薄膜120的pmma部124直接接触时，在安装在车辆中时第一耐磨损层126形成玻璃100的最外部并直接与大气接触。第二耐磨损层128与硬质覆层118直接接触并且是玻璃100的最内部。第一耐磨损层126和第二耐磨损层128是可选的。在一个或更多个实施例中，玻璃100包括第一耐磨损层126，但不包括第二耐磨损层128。在另一实施例中，玻璃100包含第一耐磨损层126和第二耐磨损层128两者。
在又一替代实施例中，底漆(primer)可被包括在基底与硬质覆层之间。可使用任意适合的底漆。
上面描述的每个层、每个部、每个薄膜等可包括一个或更多个子层。子层的数量可根据应用的具体需要而不同。在pc玻璃基底的内侧和外侧上的相同类型的层中，子层的数量可以相同或不同。子层的数量可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、15、18、20或更多。
单个层的厚度取决于具体应用。层的示例厚度包括从约3mm至8mm、从3.5mm至6mm或从4mm至5mm的pc玻璃基底。共挤出薄膜可具有约350μm至450μm、370μm至420μm或390μm至410μm的厚度。硬质覆层的厚度可为2μm至10μm、3μm至8μm或4μm至7μm。耐磨损层可具有约1μm至10μm、2μm至7μm或4μm至5μm的厚度。每个耐磨损层的厚度可以相同或不同。每个子层的厚度可以相同或不同。子层的厚度可从约0.01μm至5μm、0.1μm至2mm或1μm至1mm。在整个层或子层中，层或子层的厚度可以是均匀的。可选地，在整个层中厚度可以波动。
每个层的厚度可表示为整个玻璃厚度的百分比。pc玻璃基底可形成整个玻璃厚度的约89％至95％，共挤出薄膜可形成整个玻璃厚度的约5％至11％，硬质覆层可形成约0.06％至0.2％，并且每个耐磨损层(如果包括)可形成整个玻璃厚度的约0.03％至0.2％。pc部可形成整个共挤出薄膜厚度的约90％至95％，pmma部可形成整个共挤出薄膜厚度的约5％至10％。
聚碳酸酯玻璃基底可包括具有适于在光学车辆应用中使用的纯度级别的聚碳酸酯，其具有高可见光透射性、低色度(lowcolor)、高强度、高韧性、高耐热性和良好的尺寸和色彩稳定性。可选地，聚碳酸酯玻璃基底可包括改善基底的一个或更多个特性的额外成分。此外，可添加诸如uv稳定剂的其它复合物，以承受较长时间的暴露到uv辐射。添加的另一示例复合物类型可以是使处理更容易的脱模剂或润滑剂。包括的又一示例材料类型可以是用于增大湿度、溶解性和/或耐磨损性的纳米颗粒(诸如纳米粘土或金属氧化物颗粒)。可以添加染料、颜料或它们的组合以改变可见光和红外光的透射性、色度或两者。
共挤出层包括pc和pmma。除了这两种聚合物以外，可将额外的复合物添加到每者中，诸如uv稳定剂或提高抗磨损层与pmma层的附着性的复合物。
硬质覆层可包括有机硅。硬质覆层可包括聚硅氧烷、聚氨酯等或它们的组合。硬质覆层具有与玻璃的任意其它层和/或子层不同的化学成分。
第一耐磨损层、第二耐磨损层或两者具有玻璃样的表面。术语“玻璃样的”指的是具有玻璃的光学特性、物理特性、化学特性或它们的组合。耐磨损层比硬质覆层更坚硬，使得耐磨损层的硬度大于硬质覆层的硬度，如在莫氏硬度表上测量的。耐磨损层可由具有完美的透明度和可见光透射性但可能具有比pmma的耐冲击强度更高的耐撞击强度的材料制成。这种材料可包括有机类硅酸盐(organicbasedsilicate)。耐磨损层可包括诸如氧化铝、氧化镁、氧化钪、一氧化硅、二氧化硅、氧化铪、氧化钽、氧化钛、氧化锡、铟锡氧化物、氧化钇、氧化锌、硒化锌、氧化锆、氮化硅、氮化硼、氮氧化硅、氟化钡、氟化镧、氟化镁、碳氧化硅、碳化硅、硫化锌、钛酸锆等或它们的组合的各种氧化物、氟化物、氮化物、碳化物、硫化物、硒化物、钛酸盐。
还公开了一种生产玻璃10、100、200的方法。虽然在图4中玻璃及其组件被表示为玻璃200，但此处描述的方法可应用于此处描述的任意玻璃。所述方法包括：通过共挤出pc材料与pmma材料而形成pc-pmma薄膜或层，以形成具有pc部和pmma部的板202，使得pc部和pmma部沿着板的整个表面区域彼此紧密接触。在步骤300处，pc/pmma板202被加热并软化，使得板202变柔韧。所述方法还包括：在步骤301中，在柔韧板202上抽真空，以形成共挤出薄膜204的期望形状。在步骤302处可对成形的共挤出薄膜204进行修剪，以移除一个或更多个多余的部分206。
步骤303处，共挤出薄膜204可插入到模具208中。随后，在步骤304处，pc玻璃基底210被注塑成型在成形的共挤出薄膜204之上，使得共挤出薄膜204的pc部与pc玻璃基底210直接接触。具体来说，共挤出薄膜204的pc部与pc玻璃基底210的外侧直接接触，如图2和图3所示。步骤305处，从模具208移出其上注塑成型有pc玻璃基底的共挤出薄膜部件212。在成形的共挤出薄膜204之上注塑成型pc玻璃基底210具有多个制造优势。例如，不需要湿涂层，不需要底漆涂覆，并且可以避免否则可能存在的湿涂料或底漆的固化时间。
步骤306处，所述方法包括将硬质覆层214涂覆到所述部件212上，使得pc玻璃基底210的内侧与硬质覆层214直接接触。可选地，底漆可首先涂覆到pc玻璃基底210上并进行烘烤，随后将硬质覆层214涂覆到底漆上。硬质覆层214可通过浸涂、浇涂、喷涂或模塑进行涂覆。硬质覆层214随后被热固化或uv固化。硬质覆层214可涂覆为完全或部分覆盖pc玻璃基底210的内侧的涂层。所述方法可包括在玻璃200内仅涂覆单个硬质覆层214。所述方法可包括将硬质覆层214直接涂覆到所述部件212的pc玻璃基底210上，使得共挤出薄膜204和硬质覆层214将pc玻璃基底210夹在它们之间。硬质覆层214可作为液体涂覆并随后被固化。固化温度取决于涂层的化学性质。
可选地，在步骤307a至307d处，一个或更多个耐磨损层(具体指第一耐磨损层216、第二耐磨损层218或两者)可涂覆为玻璃200的最靠内和/或最靠外的层/涂层。在步骤307a处，所述方法可包括将第二耐磨损层218直接涂覆到硬质覆层214上。可选地，在步骤307b处，所述方法可包括将第一耐磨损层216直接涂覆到所述部件212的共挤出薄膜204的pmma部上，并将第二耐磨损层218直接涂覆到硬质覆层214上。可选地，所述方法可包括将第一耐磨损层216涂覆到所述部件212的共挤出薄膜204的pmma部上，但不在硬质覆层214上涂覆任何耐磨损层，如步骤307c所示。
所述方法可包括将耐磨损层216、218涂覆到硬质覆层214和/或共挤出薄膜204的pmma部的整个表面区域上，如步骤307a至307c所示。可选地，所述方法可包括仅在共挤出薄膜204的pmma部和/或硬质覆层214的一部分上涂覆耐磨损层216、218，如步骤307d所描绘的。例如，共挤出薄膜204的pmma部和/或硬质覆层214的外周可不含有耐磨损层，而层204、214的表面的剩余部分可涂有耐磨损层材料。共挤出薄膜204的pmma部和/或硬质覆层214的约50％至100％、60％至99％或70％至95％可涂有耐磨损层216、218或两者。由于期望玻璃的不同形状，因此第一耐磨损层216和第二耐磨损层218可彼此接触或彼此紧邻。
可通过等离子增强化学气相沉积、膨胀热等离子、离子辅助等离子沉积、磁控溅射、电子束蒸发、离子束溅射、物理气相沉积等来涂覆耐磨损层216、218。如果涂覆第一耐磨损层216和第二耐磨损层218，则耐磨损层216、218两者的涂覆可同时执行。
所述方法可包括将上面描述的层、部、薄膜中的至少一些涂覆为一个或更多个子层。所述方法可包括按照使层的分层如图2和图3所示的方式涂覆上面的层、部、薄膜。因此，玻璃10可包括与外侧14的共挤出薄膜20和内侧16上的硬质覆层18直接接触的pc玻璃基底12。玻璃100可包括与车身的内表面直接接触的第二耐磨损层128。第一耐磨损层126与共挤出薄膜120的pmma部124直接接触。pmma部124是与共挤出薄膜120的pc部122共挤出的，共挤出薄膜120的pc部122与pc玻璃基底112直接接触，具体为与pc玻璃基底112的外侧114直接接触。pc玻璃基底112的内侧116与硬质覆层118直接接触。硬质覆层118与第二耐磨损层128直接接触，第二耐磨损层128是车内侧上的玻璃200的最外层。在玻璃10、100中不必包括额外的层来提供期望的光学性能、uv抗性、耐磨损性和耐久性。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并非意味着这些实施例描述了本公开的所有可能形式。更确切地，说明书中所使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。此外，可组合各种实施的实施例的特征以形成本公开的进一步的实施例。