阅读说明：本技术 用于汽车玻璃的隐形边缘固态基板补偿层 (Invisible edge solid substrate compensation layer for automotive glass ) 是由 马里奥·阿图罗·曼海姆·阿斯塔特 朱安·帕勃罗·苏亚雷斯 安德烈斯·费尔南多·萨缅托·桑托斯 于 2018-11-30 设计创作，主要内容包括：随着现代汽车在复杂程度和功能方面的演进,曾经仅用于提供视野和遮风挡雨的汽车玻璃开始承担新的功能。功能膜和中间层常用于增加和增强层压件的功能。这些功能包括阳光控制、隔音、平视显示以及可变透光率。近期的进展使得有可能在薄的透明基板上生产电子电路。在一般的光照条件下,这些电子电路基本上不可见。虽然这些电路可以被嵌入到层压件中并且可以被成功地层压,但是由于基板与中间层在折射率、厚度和色彩方面的不匹配,电路嵌入件的边缘容易降低美观度。本申请通过提供相容补偿材料片来补偿固态嵌入件的边缘,该相容补偿材料与嵌入件的基板相容,并且该相容补偿材料片至少延伸到黑色边或者层压玻璃的边缘。(As modern automobiles evolve in complexity and functionality, automotive glass, once used only to provide vision and weather protection, is beginning to assume new functionality. Functional films and interlayers are often used to add and enhance the function of the laminate. These functions include solar control, sound insulation, head-up display, and variable light transmittance. Recent advances have made it possible to produce electronic circuits on thin transparent substrates. Under normal lighting conditions, these electronic circuits are essentially invisible. While these circuits can be embedded in laminates and can be successfully laminated, the edges of the circuit inserts tend to detract from aesthetics due to the mismatch in refractive index, thickness and color of the substrate and interlayer. The present application compensates for the edges of the solid insert by providing a sheet of compatible compensation material that is compatible with the substrate of the insert and that extends at least to the black edge or the edge of the laminated glass.)

用于汽车玻璃的隐形边缘固态基板补偿层

技术领域

本申请涉及汽车层压玻璃(夹层玻璃)领域。

背景技术

近年来，随着现代汽车在复杂程度和功能方面的演进，曾经仅用于提供视野和遮风挡雨的机动车玻璃(glazing)开始承担新的功能。举例来说，功能膜、玻璃组合物、中间层和涂层常用于增加以及增强汽车玻璃的功能。这些功能包括但不限于阳光控制、隔音、平视显示(HUD)以及可变透光率。

近期的进展已经使得有可能在薄的透明基板上生产电子电路。在一般的光照条件下，这些电子电路基本上不可见。这些电路通过本领域中已知并且特定于所生产的电路和产品的类型的各种方法来生产。一些示例电路包括：传感器、LED、有机发光二极管(OLED)和电致发光显示器。已经在厚度为700微米以及更小的玻璃基板上商业化生产了电路。在该厚度下，能够将电路作为嵌入件结合到汽车层压件中。

结合LED光源的层压件已经为人所知多年。在一些情形中，LED被贴附到柔性塑料基板上，柔性塑料基板随后在层压件的层的组装期间被嵌入到层压件中。一些面积在一到二平方分米范围内的小型电致发光显示器已经在薄的玻璃基板上生产，并且被成功地层压在弯曲的挡风玻璃中。更大的OLED显示器也已经被制造在薄的玻璃基板上了。尽管OLED显示器和电致发光显示器都可以层压，但是，因为难以将电路放置在弯曲基板上，也难以在将电路放置在平板玻璃基板上之后使电路和基板热弯曲，因此，较大的显示器仅限于在平板层压件上使用。

由于在嵌入件所在区域的层压件的曲率、中间层和玻璃的厚度以及所使用的层压工艺的参数所导致的问题，显示器，尤其是用于弯曲层压玻璃中的显示器的大小需受到限制。

除了有源电路，嵌入件还可以被全部或者部分包含在各种无源部件、涂层以及组合物中。有源部件可以是诸如晶体管、真空三极管(阀)和隧道二极管的放大部件。类似地，无源部件包括电阻器、电容器、电感器或者变压器。一个示例是被设计用于增强平视显示的包括带有涂层的薄柔性基板的嵌入件。

一种典型的汽车层压件包括两个玻璃层和一个塑料中间层，该塑料中间层通常是热固性塑料。塑料中间层用于将玻璃层的相对主面粘合到彼此。为了将功能膜增加到层压件，功能膜被切割成形，并且至少增加第二层塑料中间层。功能膜被夹置在两片塑料中间层之间，以将功能膜的每一侧都粘合到每个玻璃层。功能膜通常延伸到玻璃边缘处或者附近，或者至少延伸到黑色的装饰边内侧，功能膜的边缘被隐藏在这些地方。这样做是因为在功能膜的边缘与中间层之间的交界面处可能出现美观度降低和变形。

为了层压嵌入件，第二塑料中间层也与功能膜一起使用。嵌入件被夹置在两个塑料层之间。但是如果嵌入件太厚的话，还需要第三塑料中间层。在这种情况下，在第三塑料中间层中制作一个切口以容纳嵌入件，并且将该第三塑料中间层放置在两个最外面的塑料中间层之间。

尽管该方法能够用于成功生产层压件，但是问题在于，在大多数情况下，嵌入件没有大到使其边缘被装饰边遮盖的程度。

由于嵌入件的基板和塑料中间层在折射率、厚度和色彩方面的不匹配，嵌入件的边缘易于降低美观度。尽管能够改变塑料中间层的色彩，但是不能改变折射率。而且，塑料中间层仅提供有限数量的标准厚度。

期望找到一种可以克服该限制的方法。

发明内容

本申请旨在通过提供一种层压玻璃来克服现有技术的缺点，该层压玻璃具有由刚性透明材料制成的补偿层和嵌入件，使得在它们之间的失配不会被察觉或可以被容忍。

因此，本申请的目的是提供一种层压玻璃，其包括外部玻璃层、内部玻璃层、位于外部玻璃层和内部玻璃层之间的至少两个塑料中间层、至少一个嵌入件和至少一个补偿层。该至少一个补偿层的玻璃态转变温度高于至少两个塑料中间层在层压工艺期间熔融的温度。至少一个补偿层具有至少一个切口区域。该至少一个嵌入件被放置到在至少一个补偿层中的至少一个切口区域内。

本申请的又一目的是提供一种相容性补偿材料的补偿层，该补偿层补偿嵌入件的颜色、厚度和折射率，其中该补偿层至少延伸到层压件的黑色边。可选地，在补偿层中的切口与嵌入件之间的间隙填充有层压树脂，以进一步改善边缘的美观性。

附图说明

图1A示出典型的汽车层压件的截面视图。

图1B示出具有补偿层和涂层的典型的汽车层压件的截面视图。

图2为本申请示例的层压件的挡风玻璃的分解视图。

附图标记

4 塑料中间层

6 装饰件

12 补偿层/片

18 涂层

34 切口

44 嵌入件

101 表面一

102 表面二

103 表面三

104 表面四

201 外玻璃层

202 内玻璃层

具体实施方式

一般而言，层压件是由多个薄材料片(所谓的薄，是相对于其长度和宽度而言)组成的制品，其中，每个薄片具有两个相对布置的主面，通常每个薄片具有相对均匀的厚度，并且每个薄片的至少一个主面被固定粘合到另一个薄片上。

在图1A和图1B中示出了典型的汽车层压件的截面视图。在所示实施例中，层压件包括由塑料中间层4固定粘合在一起的两层玻璃。该两层玻璃包括外部或者外侧的玻璃层(又称外玻璃层201)以及内部或者内侧的玻璃层(又称内玻璃层202)。车辆外部的玻璃表面被称为表面一101或者一号表面。外玻璃层201的相对面是表面二102或者二号表面。车辆内部的玻璃表面被称为表面四104或者四号表面。内玻璃层202的相对面是表面三103或者三号表面。表面二和三(102和103)通过塑料中间层4粘合在一起。装饰件6还可以被应用到玻璃。装饰件通常由被印刷在表面二102或者表面四104或者两者上的黑色搪瓷釉料组成。层压件还可以包括在一个或者多个表面上的涂层18。层压件还可以包括被层压在至少两个塑料中间层4之间的补偿层12。

在许多汽车玻璃上，黑色釉料印刷装饰件6既有功能作用，也有美观的作用。玻璃上的基本不透明的黑色印刷图案用于保护用于将玻璃粘合到车辆的聚氨酯粘合剂免受紫外光线及其可以引起的降解的影响。该黑色印刷图案还用于隐藏粘合剂，使得从车辆外部观察不到粘合剂。黑色装饰件必须经久耐用，在所有暴露和天气状况下都能维持车辆的寿命。美学要求的一部分在于，黑色具有深色的光泽外观，并且随着时间的流逝以及在部件之间始终保持一致的外观。今天所生产的部分必须同20年前生产并且投入使用的部分相匹配。这些部分还必须与车辆中的其他部分(该其他部分可以不是由同一制造商或者利用相同的釉料配方制造的部分)匹配。已经开发出了能够满足这些要求的标准汽车黑色搪瓷油墨(釉料)。

黑色搪瓷釉料由颜料、载体、粘合剂和细磨玻璃组成。有时还会添加其他材料来提高某些性能：例如，烧成温度(firing temperate)、抗粘连、耐化学腐蚀性等。在对玻璃进行加热和弯曲之前，使用丝网印刷或者喷墨打印工艺将黑色釉料应用到玻璃上。当在弯曲工艺期间加热平板玻璃时，釉料中的粉末状玻璃软化并且熔融，从而熔合到玻璃表面。该黑色印刷图案变成玻璃的一个永久部分。这种情况发生时，称釉料被“烧制”。这是一个玻璃化的过程，与用于在卫浴设备、陶器、瓷器和家具上应用搪瓷饰面的工艺非常相似。

在玻璃层被弯曲的情况下，通常使用重力弯曲、压弯、冷弯或者在本领域中已知的任何其他常规手段来使玻璃层成型。用于使玻璃成型的重力弯曲和压弯方法是为本领域所熟知的，因此将不在本公开中讨论。

冷弯是一种相对新的技术。顾名思义，玻璃在冷却状态下不使用加热弯曲至其最终形状。在具有最小曲率的部件上，可以将一块玻璃平板冷弯成该部件的轮廓。之所以能够这样做是因为，随着玻璃厚度的减小，玻璃片变得越来越易弯曲，并且可以被弯曲，而不会引起高到足以显著增加长期断裂可能性的应力水平。厚度约为1mm的退火钠钙玻璃薄板能够被弯曲成大半径(大于6m)的圆柱形。当玻璃被化学或者热强化处理时，玻璃能够承受更高水平的应力，并且能够被沿着两个主轴方向弯曲。该工艺主要用于将化学钢化薄玻璃板(小于等于1mm)弯曲成形。

圆柱形可以是沿一个方向的半径小于4米的圆柱形。形状还可以是具有复合弯曲(即，在两个主轴方向都弯曲)的形状，其中，沿每一个方向的曲率半径都小至大约8米。当然，很大程度上取决于部件的表面面积以及基板的类型和厚度。

冷弯玻璃将保持张紧状态，并且倾向于使其粘合到的弯曲层的形状扭曲。因此，为了抵消张力，必须补偿弯曲层。对于具有更高曲率水平的更复杂的形状，平板玻璃可能需要在被冷弯之前局部热弯。

待冷弯的玻璃与弯曲成形层和粘合层放置在一起，其中粘合层被放置在待冷弯的玻璃与弯曲玻璃层之间。该组件被放置在所谓的真空袋中。真空袋是塑料片形成的气密装置，其将组件围封起来并将其边缘粘合在一起，这样可以允许从组件中抽空空气，并且提供压力至组件上以迫使各层接触。在被抽空的真空袋中的组件随后被加热以使组件密封。然后，组件被放置到高压釜内，并被加热和加压。因为平板玻璃此时已经符合弯曲层的形状并且被永久粘贴，因此冷弯工艺完成。该冷弯工艺与在本领域中众所周知的标准真空袋/高压釜工艺非常类似，区别在于将未弯曲的玻璃层添加到玻璃堆叠中。

可以使用的玻璃类型包括但不限于：汽车玻璃中典型的普通钠钙玻璃类型，以及，铝硅酸盐、铝硅酸锂、硼硅酸盐、玻璃陶瓷以及经历玻璃态转变并且被归类为玻璃的各种其他无机固体非晶组合物，包括不透明的玻璃。玻璃层可以包括热吸收玻璃组合物以及红外线反射和其他类型的涂层。

用于容器和窗户的大多数玻璃是钠钙玻璃。钠钙玻璃由碳酸钠(苏打)、石灰(碳酸钙)、白云石、二氧化硅(硅土)、氧化铝(矾土)和少量被添加以改变色彩和其他性能的物质制成。

硼硅酸盐玻璃是一种包含氧化硼的玻璃。其具有低热膨胀系数并且具有高的耐化学腐蚀性。硼硅酸盐玻璃通常用于制成灯泡、实验室玻璃器皿和厨房用具。

铝硅酸盐玻璃由氧化铝制成。铝硅酸盐玻璃对化学腐蚀的抗性甚至比硼硅酸盐玻璃更高，并且其能够承受更高的温度。化学钢化的铝硅酸盐玻璃广泛用于在智能手机以及其他电子设备上的显示器。

玻璃层可以被退火或者强化。有两种可以用于增加玻璃强度的工艺。它们是热强化和化学钢化。在热强化中，热玻璃被迅速冷却(淬火)。在化学钢化中，通过离子交换化学处理实现相同的效果。在化学钢化工艺中，玻璃外侧表面中及其附近的离子会与更大的离子交换。这将玻璃的外层置于压缩状态中。可以实现高达1000Mpa的压缩强度。

退火玻璃是一种从弯曲温度缓慢冷却通过玻璃态转变范围的玻璃。该工艺释放由弯曲工艺留在玻璃中的任何应力。退火玻璃破碎成具有锋利边缘的大碎片。当层压玻璃破碎时，碎玻璃的碎片就像拼图游戏的拼图片一样，通过塑料层保持在一起，从而有助于保持玻璃的结构完整。挡风玻璃损坏的车辆仍然可以操作。塑料中间层4还有助于防止由从外部撞击层压件的物体导致的穿透，并且在发生事故的情况下，改善乘员保持(occupantretention)。

塑料中间层的主要功能是将相邻层的主面彼此粘合。所选择的材料通常是透明热固性塑料。

对于汽车中的用途，最常用的塑料中间层是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。它是由在聚乙烯醇与正丁醛之间的反应制得的。PVB是透明的，并且对玻璃具有很高的粘附性。但是PVB本身非常脆，因此，必须添加增塑剂以使材料具有柔性，并且赋予材料在汽车所要求的温度范围上的宽范围内耗散能量的能力。少量的增塑剂被应用，增塑剂通常是线性二元羧酸酯。常用的两种是己二酸二正己酯和四甘醇二正庚酸酯。

除聚乙烯醇缩丁醛外，还可以使用离子性(ionoplast)聚合物、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、现场浇筑(CIP)液态树脂和热塑性聚氨酯(TPU)。汽车中间层通过具有厚度公差和工艺变异的挤制工艺制成。由于光滑表面倾向于粘附到玻璃上，从而使其难以定位在玻璃上和留存空气，从而有利于处理塑料片以及从层压件中去除空气(脱气)，通常被压纹的塑料表面会给塑料片带来额外的变化。汽车PVB中间层的标准厚度在0.38mm和0.76mm(15和30密尔)。

汽车玻璃通常利用吸热玻璃组合物来降低车辆上的太阳能负荷。虽然吸热窗可以很有效，但是玻璃将加热并通过对流传热和辐射将能量传递到乘员舱。一种更有效的方法是将热量反射回大气，从而允许玻璃保持凉爽。通过使用各种红外反射膜和涂层来做到这一点。红外涂层和膜通常太软，无法安装或应用到暴露于自然环境的玻璃表面上。因此，它们必须被制作为层压产品的内层之一，以防止膜或涂层的损坏和降解。

层压窗相对于回火整体玻璃的一个最大优点是，层压窗除了吸热组合物和中间层以外，还可以使用红外反射涂层和膜。

红外反射涂层包括但不限于通过磁控溅射真空沉积(MSVD)应用的各种金属/介电层涂层，以及通过热解、喷涂、受控气相沉积(CVD)、浸涂以及其他方法形成的本领域已知的其他涂层。

红外反射膜包括反射红外线的涂覆金属的塑料基板以及有机基非金属光学膜。大多数红外反射膜由具有红外反射层状金属涂层的塑料膜基板组成。

为了控制穿过层压件的光传输水平，可以采用多种技术：电致变色、光致变色、热致变色和电场敏感膜，这些膜被设计为结合到层压玻璃中。特别令人关注的是悬浮微粒装置(SPD)膜和聚合物分散型液晶(PDLC)膜，它们能够响应于电场迅速改变其光传输。

如上文所述，可以将多种膜结合到层压件中。这些膜的用途包括但不限于：阳光控制、可变透光率、增加的刚度、增加的结构完整性、改善的抗穿透性、改善的乘员保持、提供屏障、色彩、提供遮阳、颜色校正，以及用作功能和美学图形的基材。术语“膜”或“功能膜”应包括所有这些以及可以开发或当前可用的其他产品，这些产品增强层压玻璃的性能、功能、美观或成本。大多数膜不具有粘附性。为了结合到层压件中，在膜的每一侧上都需要塑料中间层的片，以将膜粘合到层压件的其他层上。

可以将其他材料和装置作为嵌入件结合到安全层压件的结构中。一种常见的嵌入件是温度传感器，其用于为被加热的层压件提供闭环控制。另一种常见的嵌入件是电阻丝加热电路，其包括一组母线和细线。

嵌入件的总厚度必须小于塑料中间层的厚度，最好不超过总厚度的三分之一。在层压工艺期间，层压件经过加热和加压处理。进行高压釜处理的温度由塑料中间层熔融的温度决定。理想的高压釜处理温度可以允许在被塑料中间层粘合的层之间具有良好的粘合性。在较高的温度和压力下，塑料中间层将熔融并且流动以适应嵌入件的厚度。如果嵌入件太厚，则必须去除一部分塑料，或者必须增加更厚的或额外的中间层。

在本申请中，将刚性透明材料的补偿层增加到层压件。在补偿层中切出具有嵌入件尺寸的切口，并将具有嵌入件的层夹置在两个塑料中间层片之间。在这种意义上，补偿层由玻璃态转变温度高于进行高压釜处理的温度的材料制成。

另外，补偿层优选地由相容材料制成。相容材料是指嵌入件和补偿层的基板均由相同或相似的材料制成，从而这些部件在折射率、厚度和色彩之间实现了良好的匹配。

本申请的关键之一是嵌入件能够被切割成一定尺寸的精度以及在较大的相容片中能够切割切口的精度。可选的方法是通过使用激光等进行切割。在一个实施例中，使用激光来切割相容层中的开口，并且还切割用于嵌入件的基板。激光切割玻璃的方法是本领域已知的。纳秒脉冲激光或飞秒脉冲激光与光学器件结合使用，该光学器件提供在玻璃外部表面处或玻璃外部表面以下的焦点。当用激光去除玻璃时，将调整焦点或移动激光本身以加深开口。通过这种方式，可以切割玻璃，从而留下具有低表面粗糙度的边缘。表面粗糙度非常重要，因为它可以衡量玻璃表面的品质。表面越光滑，该表面在成品层压件中就越不显眼。较光滑的表面也具有更少并且更不严重的表面缺陷，以使得断裂的可能性更低。

嵌入件需要被切割，以使其尺寸成略小于切口。可实现+/-100μm的典型CNC公差，从而允许在嵌入件与切口之间的间隙小于0.5mm。

该间隙将留下可见的分界线，但厚度或折射率没有差异，因此其将不那么明显和令人不快。如果需要更佳的美观，则该间隙可以用折射率匹配的紫外线固化层压树脂(例如丙烯酸树脂或类似产品)填充，以获得真正的隐形边缘。

由于嵌入件和相容片的典型厚度，上文所述的冷弯可以是一种选择，其取决于形状、材料和所讨论的其他因素。另外，同样取决于这些因素，一个或多个玻璃层也可以被冷弯。

实施例说明

1.图2的挡风玻璃包括两个2.1毫米重力弯曲的玻璃层(201和202)。补偿层12与玻璃层一起弯曲。嵌入件44的尺寸为150mm×100mm，具有半径为3mm的拐角(corner)。补偿层12中的切口34每条边均比嵌入件44的尺寸大0.4mm。嵌入件44和补偿层12的厚度为0.7mm。嵌入件44包含设置在平坦的0.7mm钠钙玻璃基板上的电致发光显示器。补偿层12也是0.7mm的钠钙玻璃。平坦的嵌入件44和补偿层12被夹置在两个0.76mm的透明PVB中间层4之间。

2.实施例1的挡风玻璃还包括补偿层12，该补偿层12在层压工艺中被冷弯。

3.实施例1的挡风玻璃被以相同的方式制造。其中，一些额外步骤被执行，这些额外步骤包括将紫外线固化层压树脂应用到在嵌入件44和补偿片之间的间隙、对间隙进行脱气以及使树脂固化。

4.图2的挡风玻璃包括2.1mm厚的外玻璃层201和重力弯曲的玻璃层。嵌入件44的尺寸为150mm×100mm，具有半径为3mm的拐角。补偿层12中的切口34每条边的尺寸均比嵌入件44的尺寸大0.4mm。嵌入件44和补偿层12的厚度为0.7mm。嵌入件44包含设置在平坦的0.7mm钠钙玻璃基板上的电致发光显示器。补偿层12也是0.7mm的钠钙玻璃。平坦的嵌入件44和补偿层12被夹置在两层0.76mm的透明PVB中间层4之间。补偿层12被冷弯。内玻璃层202是0.7mm厚的化学钢化平板玻璃，并且也被冷弯。

5.实施例1的挡风玻璃还包括在表面二102上的红外反射涂层18。

6.实施例4的挡风玻璃还包括在表面二102上的红外反射涂层18。

7.实施例4的挡风玻璃被以相同的方式制造。其中，一些额外步骤被执行，，这些额外步骤包括将紫外线固化层压树脂应用到在补偿层12中的切口34和嵌入件44之间的间隙、对间隙进行脱气以及使树脂固化。

在塑料中间层对应于PVB的几个实施例中，高压釜处理温度为约100℃至约130℃。在一些实施例中，高压釜处理温度为约130℃。

在一些实施例中，补偿层和/或嵌入件的基材由刚性塑料材料制成，诸如聚碳酸酯。

在另外的实施例中，嵌入件包括选自由触摸敏感电路或嵌入式传感器(诸如，雨水传感器)以及其他组成的组中的至少一个部件。本申请的嵌入件还能够由层压在弯曲或平坦基板上的OLED或LED组成。

应当理解，本申请不限于在上文中描述和说明的实施例。本领域技术人员将理解，能够进行不脱离仅由所附权利要求限定的本申请的精神的许多变型和/或修改。