СОДЕРЖАЩЕЕ ЛИСТ АКРИЛОВОГО ПОЛИМЕРА АВИАЦИОННОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ, ИМЕЮЩЕЕ УЛУЧШЕННЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
CONTAINING AN ACRYLIC POLYMER SHEET AIRCRAFT GLAZING, HAVING IMPROVED MECHANICAL PROPERTIES

Настоящее изобретение относится к авиационным блокам остекления, использование которых является особенно требовательным к столкновению со стаей птиц, перепадам давления между внешней стороной и внутренностью, а также воздействию очень низких температур с внешней стороны. Для этих блоков остекления необходимо гарантировать высокий уровень механической прочности, прозрачности и оптического качества, которые сохраняются в течение длительного времени.
Известна физическая модификация листа полимерного материала, такого как акрил, в частности, поли(метилметакрилат) (PMMA), путем растяжения, например, в двух перпендикулярных направлениях в плоскости листа (двухосное растяжение), чтобы придать ему устойчивость к релаксации напряжений путем микрорастрескивания, то есть высокое оптическое качество, которое является долговременно устойчивым к воздействию холода, механического истирания и химических соединений, стойкость к воздействию влаги воздуха, а также способность к прокалыванию, что необходимо в случае крепления болтами блока остекления к корпусу или кабине транспортного средства, раме или монтажной структуре, и повышенную механическую прочность (при столкновении с птицами и т.д.).
Однако этот процесс растяжения является сложным, длинным и дорогим (потеря материала, цена материала и т.д.). Растянутый таким образом материал имеет недостаток, заключающийся в возврате к исходному состоянию, когда он подвергается воздействию температур выше примерно 100°С, что ограничивает и усложняет процессы термоформования: материал подвергается термоформованию и должен подвергаться повторному растяжению с помощью раздува или другого процесса. Следовательно, растянутый материал имеет риск потери размера при случайном воздействии.
Настоящее изобретение стремится использовать прозрачные полимеры, в частности акриловые, содержащие в их полимерной цепи блоки, которые являются наноструктурированными и/или дополненными микронаполнителями или нанонаполнителями, которые ограничивают распространение трещины, для применений сложных блоков остекления для транспорта, имеющих увеличенные механические свойства, в форме плоских или искривленных, ламинированных и/или множественных блоков остекления. Эти модифицированные полимеры не требуют усложненного процесса растяжения и обеспечивают большую легкость термоформования (размерную стабильность); они не являются предварительно напряженными и обеспечивают увеличенную безопасность в случае воздействия тепла (например, иллюминаторы самолета).
Следовательно, одним предметом настоящего изобретения является авиационный блок остекления, содержащий по меньшей мере один лист модифицированного акрилового полимера, отличающийся тем, что этот лист объединен с по меньшей мере одним другим листом модифицированного акрилового полимера, и/или по меньшей мере одним листом литого поли(метилметакрилата) (PMMA), и/или по меньшей мере одним листом другого прозрачного полимера, такого как поликарбонат (PC), и/или по меньшей мере одним листом стекла, в частности химически упрочненного, - в качестве ламинированного и/или множественного блока остекления.
В значении настоящего изобретения «модифицированный акриловый полимер» означает прозрачный акриловый полимер, химически модифицированный для улучшения его механических свойств, который имеет следующие характеристики:
- плотность < 1,2;
- модуль упругости при изгибе > 2000, предпочтительно 2300 МПа;
2
- ударная прочность без надреза по Шарпи > 35, предпочтительно 40 кДж/м;
- светопроницаемость (для длин волн видимой части спектра) > 90%;
- мутность < 1;
- коэффициент теплового расширения ≤ 70 частей на миллион/K;
- стойкость к действию химикатов: стойкость к микрорастрескиванию при контакте с горячим компрессом из толуола/изобутилацетата в соответствии с военным стандартом США MIL - P - 25690 > 17 МПа.
Литой полиметилметакрилат, как известно, предлагает лучшее оптическое качество прозрачности по сравнению с экструдированным PMMA.
Ламинированный блок остекления содержит несколько минеральных (стеклянных) и/или органических (из полимерных материалов) прозрачных твердых листов, соединенных друг с другом промежуточными слоями адгезивного вещества, подробно описанными ниже.
Множественный блок остекления имеет несколько минеральных и/или органических, монолитных и/или ламинированных, прозрачных твердых листов, отделенных друг от друга пространством, заполненным сухим газом или воздухом.
Все эти листы являются плоскими или искривленными.
Предпочтительно, модифицированный акриловый полимер представляет собой акриловый полимер с улучшенными механическими свойствами, содержащий в своей полимерной цепи блоки, которые являются наноструктурированными и/или дополнены микронаполнителями или нанонаполнителями, которые ограничивают распространение трещин.
В одном предпочтительном, но необязательном, варианте осуществления настоящего изобретения, литой поли(метилметакрилат) (PMMA) является физически модифицированным для выдерживания релаксации напряжений за счет микрорастрескивания. Эта физическая модификация заключается, в частности, в двухосной вытяжке; это выгодно тем, что позволяет прокалывать PMMA, когда этот PMMA находится на внешней поверхности блока остекления, подвергаемого воздействию холода или механического износа, без образования микротрещин в листе PMMA.
В соответствии с другими предпочтительными особенностями авиационного блока остекления настоящего изобретения:
- лист модифицированного акрилового полимера адгезивно связан с другим листом модифицированного акрилового полимера или с листом литого поли(метилметакрилата) (PMMA) или с листом стекла посредством поливинилбутираля (PVB), не содержащего пластификатора, который реагирует с акриловыми полимерами, или термопластичного полиуретана (TPU);
- лист модифицированного акрилового полимера адгезивно связан с листом поликарбоната (PC) посредством термопластичного полиуретана (TPU);
- перед тем, как адзезивно связаться с другим листом, поверхность листа модифицированного акрилового полимера или литого поли(метилметакрилата) (PMMA) подвергается обработке праймером; эта обработка праймером имеет эффект улучшения качества и долговечности адгезивного соединения; когда выполняется связывание с другим листом, стекло, в частности, химически упрочненное-закаленное, также может быть обработано праймером, в отличие от листа поликарбоната, который никогда не обрабатывается праймером, поскольку он разлагается многими химическими соединениями;
- по меньшей мере один лист модифицированного акрилового полимера свисает относительно листов блока остекления, сформированных из другого материала, в частности, когда высокое механическое качество этого материала используется для прокалывания свисающих частей с целью установки блока остекления с помощью болтов и т.п., или же для установки блока остекления путем его защемления;
- этот блок является искривленным.
Другим предметом настоящего изобретения является применение авиационного описанного выше блока остекления в качестве блока остекления для воздушного транспортного средства, в частности, вертолета или самолета, независимо от того, является ли оно транспортным средством, боевой машиной или истребителем.
Настоящее изобретение будет лучше понято в свете приложенных чертежей Фиг.1-12, которые схематично представляют различные варианты выполнения авиационных блоков остекления в соответствии с настоящим изобретением.
Все материалы, обозначенные ниже одинаковыми ссылочными цифрами, являются идентичными.
Как показано на Фиг.1, авиационный блок двойного остекления в соответствии с настоящим изобретением состоит из:
- листа модифицированного акрилового полимера 1, имеющего толщину по меньшей мере 1 мм, предпочтительно - 1,5 мм, самое большее 25 мм, предпочтительно - 12 мм, продаваемого компанией Arkemaunder под зарегистрированным торговым знаком Altuglas Shield Up,
- воздушного пространства 10, и
- листа литого полиметилметакрилата 2, опционально, физически модифицированного, например растяжением, имеющего толщину по меньшей мере 0,5 мм, предпочтительно - 3 мм, самое большее 25 мм, предпочтительно - 8 мм, из акрилового полимера авиационной марки, продаваемого компанией Evonik под маркой GS 249.
Лист модифицированного акрилового полимера 1 предпочтительно составляет внешнюю поверхность блока остекления, то есть ту, которая подвергается воздействию внешней атмосферы, однако не исключено, что он может составлять и его внутреннюю поверхность, и в этом случае лист акрилового полимера авиационной марки составляет внешнюю поверхность блока остекления.
Авиационный блок остекления, представленный на Фиг.2, отличается от изображенного на Фиг.1 тем, что он состоит из двух листов модифицированного акрилового полимера 1 и 1', а также тем, что лист 1, составляющий внешнюю поверхность блока остекления, здесь имеет толщину, по меньшей мере равную 0,5 мм, предпочтительно - 3 мм, самое большее 25 мм, предпочтительно - 8 мм, и лист 1' является идентичным листу 1 на Фиг.1.
Фиг.3 представляет авиационный блок двойного остекления, состоящий из ламинированного блока остекления с тремя составными частями 1, 3, 2, воздушного пространства 10 и листа литого полиметилметакрилата 2'.
Лист модифицированного акрилового полимера 1 идентичен листу 1 на Фиг.1. Два листа литого полиметилметакрилата 2, 2' имеют толщину, по меньшей мере равную 0,8 мм, предпочтительно - 1,5 мм, самое большее 80 мм, и предпочтительно - 12 мм.
Лист модифицированного акрилового полимера 1 и лист литого полиметилметакрилата 2 адгезивно связываются посредством адгезивного промежуточного слоя 3, имеющего толщину по меньшей мере 0,1 мм, предпочтительно - 0,38 мм, самое большее 20 мм, предпочтительно - 2,5 мм, и, в частности, 1,25 мм.
В соответствии с первым вариантом адгезивное вещество 3 промежуточного слоя состоит из термопластичного полиуретана (TPU), продаваемого компанией Huntsman под зарегистрированной торговой маркой Crystalflex PE 399 или 499, и листы модифицированного акрилового полимера 1 и литого полиметилметакрилата 2 подвергаются перед сборкой в ламинат грунтовке композицией на основе метилметакрилата и 1-пропанамина, 3-(триэтоксисилил) и 1,2-этандиамина, N-[3-(триметоксисилил)пропил]органосиланов, продаваемых под соответствующими названиями DOW CORNING Z 6011 SILANE и DOW CORNING Z-6020 SILANE.
В соответствии со вторым вариантом адгезивное вещество 3 промежуточного слоя состоит из поливинилбутираля и содержит пластификатор, который не реагирует с акриловыми полимерами, продаваемый компанией Eastman Solutia под маркой PVB DB 31 или PVB DS 31, и листы модифицированного акрилового полимера 1 и литого полиметилметакрилата 2 подвергаются перед сборкой в ламинат грунтовке композицией на основе метилметакрилата.
Лист модифицированного акрилата 1 составляет поверхность блока остекления снаружи воздушного транспортного средства.
На Фиг.4 изображен симметричный ламинированный авиационный блок остекления, в котором два листа химически упрочненного стекла 4, 4' с толщиной по меньшей мере 0,1 мм, предпочтительно - 0,55 мм, самое большее 20 мм, предпочтительно 8 мм, адгезивно связываются с обеими сторонами листа модифицированного акрилового полимера 1 идентично показанному на Фиг.1 посредством адгезивного промежуточного слоя 3, 3', идентичного показанному на Фиг.3 и сделанного из термопластичного полиуретана.
Авиационный блок остекления, показанный на Фиг.5, отличается от показанного на Фиг.4 только тем, что лист модифицированного акрилового полимера 1 свисает. Консольная часть этого листа может быть проколота для установки блока остекления с помощью болтов, или блока остекления может устанавливаться с помощью защемления, в частности этой консольной части.
Авиационный блок остекления, показанный на Фиг.6, является асимметричным и отличается от изображенного на Фиг.5 удалением листа стекла и связанного с ним адгезивного вещества промежуточного слоя на одной стороне листа модифицированного акрилового полимера 1. Последний способен составлять как внешнюю, так и внутреннюю поверхность блока остекления.
Авиационный блок остекления, показанный на Фиг.7, отличается от изображенного на Фиг.6, и соответственно блок остекления, показанный на Фиг.8, отличается от изображенного на Фиг.5, только добавлением функционального тонкого слоя 20 на поверхность внутри ламината листа стекла 4, соответственно 4'. Функциональный слой 20 является, например, нагревающимся слоем, сделанным, например, из легированного оловом оксида индия ITO (оксида индия-олова), выполняющего функцию удаления льда и/или предохранения от запотевания, или слоем терморегуляции, таким как солнцезащитный слой (который отражает солнечное излучение).
Фиг.9 отличается от Фиг.8 только тем, что оба листа стекла 4, 4', а не один, имеют функциональный слой 20, 21 на их внутренней поверхности.
Фиг.10 представляет ламинированный авиационный блок остекления, имеющий несколько листов модифицированного акрилового полимера 1, 1', 1'', адгезивно связанных друг с другом адгезивными промежуточными слоями 3, 3' описанным выше образом после обработки праймером. Во всех представленных блоках остекления каждый лист модифицированного акрилового полимера 1, 1', 1'' может быть заменен ламинатом, аналогичным показанному на Фиг.10, точно так же, как каждый лист стекла 4, 4' может быть заменен ламинатом из нескольких листов стекла, связанных друг с другом адгезивными промежуточными слоями из PVB и т.п.
На Фиг.11 ламинированный авиационный блок остекления состоит из двух листов модифицированного акрилового полимера 1, 1', адгезивно связанного с любой стороной листа поликарбоната 5, имеющего толщину по меньшей мере 1 мм, предпочтительно - 2,5 мм, самое большее 12 мм, посредством адгезивных промежуточных слоев 3, 3' из термопластичного полиуретана (TPU) (не содержащего пластификатора, который мог бы воздействовать на поликарбонат), после обработки двух листов модифицированного акрилового полимера 1, 1' праймером в соответствии с описанным выше первым вариантом.
Настоящее изобретение также распространяется на ламинат, содержащий структуру, полученную из структуры, показанной на Фиг.11, путем удаления из нее листа модифицированного акрилового полимера 1' и слоя TPU 3' и покрытия освободившейся таким образом поверхности листа поликарбоната 5 твердым нецарапаемым покрытием или лаком, в частности типа полисилоксана. В этой связи можно упомянуть, например лист поликарбоната, покрытый на одной поверхности нецарапаемым покрытием, продаваемый компанией Sabic Innovative Plastics под зарегистрированными торговыми марками Lexan Margard HLGA3. Поверхность поликарбоната, покрытая твердым нецарапаемым покрытием, составляет внешнюю поверхность ламинированного блока остекления, предпочтительно предназначенную для того, чтобы находиться внутри пассажирского салона воздушного транспортного средства.
Авиационный блок остекления, представленный на Фиг.12, отличается от изображенного на Фиг.11 тем, что листы модифицированного акрилового полимера 1, 1' свисают с листа поликарбоната 5. Последний является хрупким и не может быть проколот. Пустое пространство на периферии поликарбонатного листа 5 заполняется компенсирующими блоками 30, 31, сформированными, например, из термореактивного полиэфирметилметакрилата, эпоксидного стекловолокна и т.п. композита, подходящего для защиты края поликарбонатного листа, как механически, так и химически.
Для того чтобы закрепить блок остекления в его установочной среде, свисающие части двух листов модифицированного акрилового полимера 1, 1', а также компенсирующие блоки 30, 31 прокалываются, и используются подходящие винтовые крепежные средства, такие как болты, гайки и т.д. Непоказанные несущие втулки вставляются в проколотые отверстия в компенсирующих блоках 30, 31 для того, чтобы избежать раздавливания листов модифицированного акрилового полимера 1, 1'.
Авиационные блоки остекления в соответствии с настоящим изобретением идеально подходят для авиационного применения, или даже для всех транспортных средств (наземных, водных или воздушных), или даже для зданий, к которым предъявляются требования безопасности, защиты от взлома или проникновения. В частности, они формируют превосходные блоки остекления для самолетов или вертолетов всех размеров, которые могут устанавливаться с помощью защемления или болтов, и/или являются антизапотевающими и/или антиобледенительными.