ТЕМНОЕ ТОНИРОВАННОЕ СТЕКЛО
DARK TINTED WINDOW

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к темному тонированному стеклу, характеризующемуся низким коэффициентом прохождения солнечного излучения, а говоря более конкретно, к окнам транспортных средств, например автомобильным окнам для крыши, изготовленным при использовании темного тонированного стекла, при этом окна характеризуются коэффициентом прохождения солнечного излучения, равным или меньшим 30% при вычислении в соответствии с International Organization for Standardization («ISO») No. 13837.
Уровень техники
Наблюдается неослабевающий интерес к уменьшению нагрузки, прикладываемой к двигателям транспортных средств, например автомобильным бензиновым двигателям, в целях увеличения пробега в милях в расчете на один галлон бензина и уменьшения величины выбросов монооксида углерода из двигателей. Особенный интерес в настоящем обсуждении представляют действующие и предложенные предписания Федерального закона о чистоте воздуха и Совета Калифорнии по управлению воздушными ресурсами («CARB»), касающиеся окон транспортных средств, например автомобильных окон, в связи с уменьшением солнечной энергии, проходящей через окна, в целях уменьшения нагревания внутреннего пространства транспортного средства под воздействием солнечного излучения. Как должны понимать специалисты в соответствующей области техники, уменьшение нагревания внутреннего пространства транспортного средства под воздействием солнечного излучения, в особенности на протяжении летних месяцев, приводит к уменьшению нагрузки на двигатель от кондиционера воздуха. Предложенное предписание совета CARB включает предписания, касающиеся автомобильного окна для крыши, и требует наличия остекления окна для крыши, например остекления из стекла, характеризующегося коэффициентом прохождения солнечного излучения заданной величины согласно определению в соответствии с документом International Organization for Standardization («ISO») No. 13837. Как должны понимать специалисты в соответствующей области техники, автомобильное окно для крыши может быть установлено на крыше фиксированно, или оно может быть установлено на крыше с возможностью возвратно-поступательного перемещения между открытым положением и закрытым положением. Кроме того, автомобильные окна для крыши также называются окнами для пропускания солнечного света и окнами для пропускания лунного света.
Коэффициент прохождения солнечного излучения представляет собой меру солнечных энергии или тепла, которые проходят сквозь остекление из стекла, например окно для крыши, во внутреннее пространство автомобиля. Чем меньшим будет коэффициент прохождения солнечного излучения, тем большей будет защита от солнечного излучения и тем большими будут эксплуатационные характеристики остекления из стекла при предотвращении прохождения солнечной энергии во внутреннее пространство транспортного средства. Использование остекления из солнцезащитного стекла может уменьшить потребность в кондиционировании воздуха, что тем самым уменьшит загрязнение воздуха и увеличит пробег в милях в расчете на один галлон топлива.
Формула для вычисления коэффициента прохождения солнечного излучения, представленная в документе ISO No. 13837, включает следующие далее переменные: совокупное пропускание солнечной энергии остеклением; совокупное отражение солнечной энергии остеклением; совокупное поглощение солнечной энергии остеклением, коэффициент излучения поверхностей остекления, обращенных во внутреннее и внешнее пространства транспортного средства, скорость ветра, движущегося по внешней поверхности остекления, толщина остекления и коэффициент теплоотдачи для внутренней и внешней поверхностей остекления. Правительственное агентство, агентство штата или муниципальное агентство выбирают значение коэффициента прохождения солнечного излучения. В порядке иллюстрирования и с учетом интереса для настоящего обсуждения можно сказать то, что совет CARB выбрал коэффициент прохождения солнечного излучения для остеклений в случае окон для крыши, равный или меньший 30%.
Как должны понимать специалисты в соответствующей области техники, было бы коммерчески выгодным предложение остеклений из стекла для окон для крыши транспортных средств, которые бы удовлетворяли требованиям к коэффициенту прохождения солнечного излучения, установленным правительственными агентствами, агентствами штатов и/или муниципальными агентствами, например, но не в порядке ограничения, имея в виду коэффициент прохождения солнечного излучения, установленный советом CARB.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к стеклу, например темному тонированному стеклу, включающему, помимо прочего, основу из известково-натриевого стекла и краситель. Краситель придает стеклу коэффициент прохождения солнечного излучения, равный или меньший 30%, при толщине стекла в диапазоне 3,6-4,1 миллиметра, при этом коэффициент прохождения солнечного излучения рассчитывают в соответствии с документом International Organization for Standardization No. 13837.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 представляет собой вид в проекции автомобиля, демонстрирующий окно для крыши, включающее признаки изобретения.
Фигура 2 представляет собой вид неограничивающих вариантов осуществления остекления из стекла, включающего признаки изобретения.
Осуществление изобретения
В соответствии с использованием в настоящем документе, если только не будет однозначно указано другого, то все числа, такие как те, которые выражают значения, диапазоны, количества или уровни процентного содержания, прочитываются, как если бы им предшествовало бы слово «приблизительно», даже если данный термин и не используется в явном виде. В случае обращения к любому численному диапазону значений такие диапазоны понимаются как включающие все без исключения целые числа и/или дроби в пределах между упомянутыми минимумом и максимумом диапазона. Например, диапазон «от 1 до 10» предполагает включение всех поддиапазонов от и с включением упомянутой минимальной величины 1 до и с включением упомянутой максимальной величины 10, то есть включающих минимальное значение, равное или большее 1, и максимальное значение, равное или меньшее 10. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «целое число» обозначает единицу или целое число, большее чем единица.
Перед обсуждением неограничивающих вариантов осуществления изобретения необходимо понять то, что изобретение не ограничивается в своей области применения деталями конкретных неограничивающих вариантов осуществления, продемонстрированных и обсуждающихся в настоящем документе, поскольку в изобретении возможны и другие варианты осуществления. Кроме того, терминология, использующаяся в настоящем документе для обсуждения изобретения, предназначена для целей описания, а не ограничения. Кроме того, если только не будет указано другого, то в последующем обсуждении подобные номера относятся к подобным элементам.
Неограничивающие варианты осуществления изобретения, обсуждающиеся в настоящем документе, относятся к автомобильному окну для крыши, имеющему остекление из солнцезащитного стекла изобретения; однако изобретение этим не ограничивается. Говоря более конкретно, остекление из стекла может представлять собой часть окна для любого типа наземного, воздушного, космического, водного и подводного транспортного средства; окна любых помещений жилого или коммерческого назначения и окна для дверей помещений жилого и коммерческого назначения, дверец печи и смотровых дверей холодильников. В дополнение к этому автомобильное окно не ограничивается окном для крыши, но может являться задним или боковым окном транспортного средства. Кроме того, окно для крыши не ограничивается каким-либо конкретным дизайном, и в практике изобретения могут быть использованы любые из стационарных и подвижных дизайнов окон для крыши.
При обращении по мере надобности к фигурам 1 и 2 крыша 10 автомобиля 12 имеет окно 14 для крыши, которое включает остекление из стекла или стеклянную подожку 16. Остекление 16 имеет основную поверхность 20, обращенную к внешнему пространству автомобиля, и противоположную основную поверхность 24, обращенную к внутреннему пространству автомобиля. Остекление может быть установлено на крыше фиксированно при отсутствии перемещения, или оно может быть установлено на крыше с возможностью возвратно-поступательного перемещения между закрытым положением и открытым положением. Для обсуждения фиксации окна в транспортном средстве можно обратиться к патентной публикации США № US 2007/0079564 A1, а для обсуждения подвижной установки окна для крыши в транспортном средстве можно обратиться к патентной публикации США № US 2008/0081148 A1, при этом данные документы во всей своей полноте посредством ссылки включаются в настоящий документ.
В настоящее время коэффициент прохождения солнечного излучения для окон для крыши, предложенных в совете CARB, не принят и не является обязательным; тем не менее, для полного понимания неограничивающих вариантов осуществления изобретения будут обсуждаться остекления из стекла, удовлетворяющие коэффициенту прохождения солнечного излучения для окон для крыши, предложенному в совете CARB. Коэффициент прохождения солнечного излучения является равным или меньшим 30% согласно вычислению в соответствии с документом ISO No. 13837, при этом данный документ во всей своей полноте посредством ссылки включается в настоящий документ. Свойства остекления из стекла, которые используют для определения коэффициента прохождения солнечного излучения, включают нижеследующее: совокупное пропускание солнечной энергии (ниже в настоящем документе обозначаемое как «TSET») остеклением из стекла; совокупное отражение солнечной энергии (ниже в настоящем документе обозначаемый как «TSER») остеклением из стекла; совокупное поглощение солнечной энергии (ниже в настоящем документе обозначаемый как «TSEA») остеклением из стекла; коэффициент излучения внешней поверхности 20 и внутренней поверхности 24 остекления 16 из стекла (смотрите фигуру 2), скорость ветра, движущегося по внешней поверхности остекления из стекла, толщина остекления из стекла и коэффициент теплоотдачи для внешней поверхности 20 и внутренней поверхности 24 остекления 16 из стекла.
Для целей обсуждения и не ограничения изобретения в одном неограничивающем варианте осуществления изобретения остекление 16 является остеклением из стекла или стеклянной подложкой, и коэффициент излучения внешней поверхности 20 и внутренней поверхности 24 подложки 16 имеет одно и то же значение, и значение коэффициента излучения составляет 0,837. Скорость ветра составляет 4 метра в секунду, что является скоростью ветра для транспортного средства в состоянии покоя, как это указывается в публикации ISO 13837. При 4 метрах в секунду коэффициент теплоотдачи для внешней поверхности 20 подложки 16 составляет 21 ватт/квадратный метр-кельвин, а для внутренней поверхности 24 подложки 16 составляет 8 ватт/квадратный метр-кельвин. Толщина стеклянной подложки 16 находится в диапазоне 3,6-4,1 миллиметра («мм»). В следующих далее обсуждениях свойств неограничивающих вариантов осуществления стекол изобретения упомянутая толщина составляет 3,9 мм; однако свойства неограничивающего варианта осуществления стекол изобретения могут быть обнаружены в диапазоне толщин 3,6-4,1 мм. Как можно понимать, изобретение не ограничивается значениями, представленными для коэффициента излучения, скорости ветра, толщины и коэффициентов теплоотдачи, и данные значения используются совместно со значениями TSET, TSER, TSEA и коэффициента прохождения солнечного излучения для определения эксплуатационных характеристик остекления из стекла или стеклянной подложки 16 изобретения.
Остальные параметры для определения коэффициента прохождения солнечного излучения в соответствии с документом ISO 13837, а именно значения TSET, TSER и TSEA, измеряют по всему диапазону длин волн от 300 до 2500 нанометров («нм») при толщине остекления из стекла 3,9 мм. В целях достижения ясности можно сказать то, что длины волн ультрафиолетового излучения являются меньшими чем 380 нм, длины волн видимого излучения находятся в диапазоне от величины, равной или большей 380 нм, до менее чем 780 нм, а длины волн инфракрасного излучения являются равными или большими 780 нм. Как должны понимать специалисты в соответствующей области техники, значения TSET, TSER и TSEA могут быть измерены, или два из группы измеряют, а третье рассчитывают по одному из следующих далее уравнений (1)-(3):
(1) TSET=100%-TSER-TSEA;
(2) TSER=100%-TSEA-TSET;
(3) TSEA=100%-TSET-TSER,
где значения TSET, TSER и TSEA определены в настоящем документе.
Величина TSET представляет собой долю или процент совокупной солнечной энергии, пропущенной через остекление 16 из стекла, по отношению к количеству совокупной солнечной энергии, падающей или попадающей на внешнюю поверхность 20 остекления 16. Данные по значению TSET, представленные по всему ходу данного описания изобретения, базируются на толщине стекла 3,9 миллиметра (0,1535 дюйма). Совокупный коэффициент пропускания солнечной энергии (TSET) представляет собой расчетную величину на основе измеренных коэффициентов пропускания в диапазоне от 300 до 2500 нм с интервалами 5 нм, 10 нм и 50 нм для длин волн в УФ-, видимом и ИК-диапазонах. Данные по коэффициенту пропускания рассчитывают при использовании данных по облученности прямым солнечным излучением 1,5 при воздушной массе в соответствии с документом ASTM и интегрируют при использовании правила трапеций, как это известно на современном уровне техники, например в соответствии с обсуждением в патенте США №5393593, при этом данный патент во всей своей полноте посредством ссылки включается в настоящий документ. В практике изобретения остекление 16 из стекла при толщине 3,9 мм предпочтительно характеризуется значением TSET, большим чем 0% и равным или меньшим 5%, а более предпочтительно находящимся в диапазоне от 1% до 5%.
Величина TSER представляет собой долю или процент количества совокупной солнечной энергии, непосредственно отраженной внешней поверхностью 20 остекления 16 из стекла и внутренней или второй поверхностью 24 остекления 16 из стекла, по отношению к количеству совокупной солнечной энергии, падающей на внешнюю поверхность 20 остекления 16 из стекла. Как должны понимать специалисты в соответствующей области техники, солнечная энергия, отраженная от внутренней или второй поверхности 24, является солнечной энергией, которая проходит через внешнюю поверхность 20, не проходит через внутреннюю или вторую поверхность 24, но отражается внутренней или второй поверхностью 24 в направлении внешней поверхности 20 и проходит через внешнюю поверхность 20. Для более подробного обсуждения солнечных лучей, падающих на стеклянные поверхности, ссылка может быть сделана на патентную заявку США с регистрационным номером 12/911,189, поданную 25 октября 2010 года на имя Benjamin Kabagambe et al. и озаглавленную «Electrocurtain Coating Process for Solar Mirrors», при этом данный документ во всей своей полноте посредством ссылки включается в настоящий документ.
В практике изобретения значение TSER для остекления из стекла измеряют в диапазоне длин волн от 300 до 2500 нм электромагнитной шкалы при толщине стекла 3,9 мм (0,1535 дюйма). Данные по отражению рассчитывают при использовании данных по облученности прямым солнечным излучением 1,5 при воздушной массе в соответствии с документом ASTM и интегрируют при использовании правила трапеций, как это известно на современном уровне техники. В практике изобретения остекление из стекла или стеклянная подложка 16 при толщине 3,9 мм предпочтительно характеризуются значением TSER, большим чем 3% и равным или меньшим 7%, а более предпочтительно находящимся в диапазоне от 3% до 5%.
Величина TSEA представляет собой долю или процент количества совокупной солнечной энергии, непосредственно поглощенной остеклением 16 из стекла, по отношению к количеству совокупной солнечной энергии, падающей на внешнюю поверхность 20 остекления 16. В неограничивающем обсуждаемом варианте осуществления изобретения и для целей определения неограничивающего обсуждаемого варианта осуществления изобретения значения TSET и TSER для остекления 16 из стекла измеряют в соответствии с приведенным выше обсуждением или любым другим обычным образом, а значение TSEA рассчитывают при использовании представленного выше уравнения (3). В практике изобретения остекление 16 из стекла при толщине 3,9 мм предпочтительно характеризуется значением TSEA, большим чем 90% и равным или меньшим 97%, а более предпочтительно находящимся в диапазоне от 92% до 95%.
Уменьшение значения TSET приводит к уменьшению пропускания солнечной энергии через остекление 16 из стекла во внутреннее пространство автомобиля, что приводит к уменьшению пропускания видимого света и невидимого света во внутреннее пространство автомобиля и наоборот. Увеличение значения TSER приводит к увеличению отражения солнечной энергии от поверхности 20 остекления 16, что приводит к уменьшению пропускания солнечной энергии, например видимого света и невидимого света, через остекление 16 во внутреннее пространство автомобиля и наоборот. Увеличение значения TSEA приводит к уменьшению пропускания солнечной энергии, например видимого света и невидимого света, во внутреннее пространство автомобиля и наоборот. Как можно понять, увеличение одного из значений величин TSET, TSER или TSEA оказывает воздействие на остальные значения величин TSET, TSER или TSEA в соответствии с представленными выше уравнениями (1)-(3).
Уменьшение количества невидимого света, например ультрафиолетовой солнечной энергии и инфракрасной солнечной энергии, проходящего через остекление из стекла во внутреннее пространство автомобиля, является приемлемым, однако уменьшение количества видимого света, поступающего во внутреннее пространство автомобиля, приводит к уменьшению преимущества от наличия окна 14 для крыши (смотрите фигуру 1). Несмотря на отсутствие требования к свойству остекления из стекла по определению коэффициента прохождения солнечного излучения в соответствии с документом ISO 13837 в практике изобретения, но без ограничения этим изобретения остекление 16 из стекла при толщине 3,9 мм предпочтительно характеризуется пропусканием светящегося излучения или видимого света [наблюдатель при 2 градусах] («Lta») (источник света A по C.I.E.), большим чем 0% и равным или меньшим 15%, а более предпочтительно находящимся в одном или нескольких из следующих далее диапазонов: от более чем 0% до 10%; от более чем 0% до 6%; от более чем 0% до 5%; от более чем 0% до 4%; от более чем 0% до 3%; от более чем 0% до 2%; от более чем 0% до 1%; от 1% до 10%; от 1% до 6%; от 1% до 5%; от 1% до 4%; от 1% до 3% и от 1% до 2%.
Необходимо отметить то, что коэффициент пропускания светящегося излучения [наблюдатель при 2 градусах] («Lta») (источник света A по C.I.E.) на современном уровне является понятным и используется в настоящем документе в соответствии с его известным значением. Данный термин также известен как коэффициент пропускания видимого света «Ill. A» и соответствует диапазону от величины, равной или большей 380 до менее чем 780 нм, и его измерения проводят в соответствии с документами CIE Publication 15.2 (1986) и ASTM E308. Данные по коэффициенту пропускания, представленные по всему ходу изложения данного описания изобретения, базируются на толщине стекла 3,9 миллиметра (0,1535 дюйма). Коэффициент пропускания светящегося излучения (Lta) измеряют при использовании стандартного источника света «A» в соответствии с документом C.I.E. 1931 в диапазоне длин волн от величины, равной или большей 380 до менее чем 780 нм с интервалами в 10 нанометров.
В следующем далее обсуждении, если только не будет указано другого, то коэффициент прохождения солнечного излучения для стекол изобретения, использующихся для остеклений из стекла, определяют в соответствии с документом ISO 13837 при использовании коэффициента излучения 0,837 для внешней поверхности 20 и 0,837 для внутренней поверхности 24 остекления из стекла или стеклянной подложки 16; скорости ветра 4 метра в секунду по внешней поверхности 20 остекления из стекла; коэффициента теплоотдачи 21 ватт/квадратный метр-кельвин для внешней поверхности 20 и коэффициента теплоотдачи 8 ватт/квадратный метр-кельвин для внутренней поверхности 24 остекления 16 из стекла; толщины остекления из стекла 3,9 мм; измеренных значений TSET и TSER и значений TSEA, рассчитанных при использовании представленного выше уравнения (3).
В практике изобретения стекла для остекления 16 из стекла представляют собой известково-натриевые стекла, включающие основу из стекла и краситель. В общем случае и без ограничения изобретения основа стекла включает нижеследующее, но не ограничивается только этим:
SiO<sub>2</sub>
66-75 массовых процентов
Na<sub>2</sub>O
10-20 массовых процентов
CaO
5-15 массовых процентов
MgO
0-5 массовых процентов
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-5 массовых процентов
K<sub>2</sub>O
0-3 массовых процента
BaO
0-1 массовый процент
и краситель включает нижеследующее, но не ограничивается только этим:
совокупное железо в виде Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
по меньшей мере 0,950 массового процента
FeO
по меньшей мере 0,50 массового процента
CoO
более чем 0,030 массового процента
окислительно-восстановительное соотношение
по меньшей мере 0,50.
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
Любая ссылка на количества в композиции, такие как «массовый процент», «% (масс.)» или «масс.%», «части на миллион частей» и «ч./млн.», базируется на совокупной массе конечной композиции стекла или совокупной массе перемешанных ингредиентов, например нижеследующего, но без ограничения только этим: материалы стекольной шихты в зависимости от возможного конкретного случая. Уровень содержания «совокупного железа» в композициях стекла, описанных в настоящем документе, выражают для FeO в соответствии со стандартной аналитической практикой вне зависимости от фактически имеющейся формы. Подобным образом, количество железа в состоянии двухвалентного железа (Fe++) приводится для FeO даже несмотря на возможность его фактического отсутствия в стекле в виде FeO. Долю совокупного железа в состоянии двухвалентного железа используют в качестве меры окислительно-восстановительного состояния стекла и выражают в виде соотношения FeO/FeO, что представляет собой массовый процент железа в состоянии двухвалентного железа (при выражении в виде FeO), поделенный на массовый процент совокупного железа (при выражении в виде FeO). Совокупное количество железа, присутствующего в стекле, в настоящем документе выражают в виде FeO в соответствии со стандартной аналитической практикой, но это не предполагает фактическое нахождение всего железа в форме FeO. Если только не будет указано другого, то термин FeO в данном описании изобретения должен обозначать совокупное железо при выражении в виде FeO, а термин FeO должен обозначать железо в состоянии двухвалентного железа при выражении в виде FeO.
Существенные характеристики стекла настоящего изобретения представляют собой относительно высокую концентрацию совокупного железа (более чем 0,950 массового процента) и концентрации FeO в стекле, составляющие, по меньшей мере, 0,50 массового процента, в некоторых случаях вплоть до 0,90 массового процента, а в наиболее предпочтительных примерах находящиеся в диапазоне от 0,50 до 0,875 массового процента. Высокий уровень содержания совокупного железа приводит к уменьшению коэффициента пропускания светящегося излучения, и высокий уровень содержания двухвалентного железа является в особенности подходящим для уменьшения коэффициента пропускания инфракрасного излучения. Плавление стекла с большими количествами железа проводить затруднительно вследствие неудовлетворительной теплопередачи. В результате в случае уровня содержания совокупного железа, большего чем 1,0 массового процента, для обеспечения надлежащего плавления в общем случае должны быть предусмотрены дополнительные усовершенствования по плавлению, например барботеры и электроды.
3
Иногда используют добавки, способствующие плавлению и осветлению, такие как SO, соединения фтора, хлора и лития, и в данном типе стекла могут быть обнаружены их небольшие количества. К данной основе стекла добавляют окрашивающие компоненты настоящего изобретения, представленные выше. Стекло является по существу свободным от никеля; то есть какого-либо намеренного добавления никеля или соединений никеля не проводят, хотя возможности присутствия следовых количеств никеля вследствие загрязнения никогда избежать невозможно. Подобным образом, стекло является по существу свободным от красителей, отличных от железа и кобальта, и, говоря конкретно, оно является по существу свободным от хрома, титана и марганца помимо каких-либо следовых количеств, которые могут присутствовать в виде примесей. Говоря более конкретно, в качестве следовых количеств рассматриваются количества хрома, меньшие чем 0,001 массового процента («% (масс.)»); количества титана, меньшие чем 0,02% (масс.), и марганца, меньшие чем 0,003% (масс.). В соответствии с этим стекло настоящего изобретения может быть расплавлено и осветлено в крупномасштабной промышленной плавильной печи непрерывного действия и сформовано в виде плоского листового стекла, имеющего переменные толщины, по способу изготовления флоат-стекла, по которому расплавленному стеклу создают опору на ванне из расплавленного металла, обычно олова, в результате чего оно принимает форму ленты, и охлаждают.
3
Во избежание возникновения потребности в излишне больших количествах совокупного железа для удовлетворения достижению целей настоящего изобретения подходящим для использования является увеличение доли железа в состоянии двухвалентного железа. Достижение уровней содержания двухвалентного железа настоящего изобретения требует регулирования окислительно-восстановительных условий во время плавления таким образом, чтобы условия были бы относительно восстановительными. Окислительно-восстановительное соотношение для стекла настоящего изобретения может быть выдержано в диапазоне от 0,50 до приблизительно 0,850, например, в случае попадания концентрации совокупного железа в диапазон предпочтительных концентраций (от 0,900 до 1,3% (масс.)). Окислительно-восстановительные соотношения, большие чем 0,50, могут в результате приводить к образованию сульфида железа или сульфида трехвалентного железа, что придает стеклу янтарное окрашивание. В предпочтительной практике изобретения, но без ограничения изобретения для улучшения образования комплекса сульфида трехвалентного железа предпочтительным является количество серы при выражении в виде SO в диапазоне от 0,04 до 0,10% (масс.), а более предпочтительным - в диапазоне от 0,05 до 0,09% (масс.).
Как должны понимать специалисты в соответствующей области техники, регулирование окислительно-восстановительных условий достигается в результате регулирования технологических условий в ходе способа изготовления стекла, например, при использовании восстановителей, таких как уголь, сахар или углеводородное топливо, распыленное на материалах шихты, и увеличении перемещения расплавленного стекла при использовании мешалок и/или барботеров. Поскольку регулирование окислительно-восстановительных условий на современном уровне техники хорошо известно, какое-либо дополнительное обсуждение в отношении регулирования окислительно-восстановительных условий предполагается излишним. Для дополнительных обсуждений в отношении регулирования окислительно-восстановительных условий ссылка может быть сделана на патенты США №№5393593 и 6673730, при этом данные патенты во всей своей полноте посредством ссылки включаются в настоящий документ.
2
3
Кобальт красителя приводит к получению синего цвета, а железо красителя вносит свой вклад в желтый и синий цвет при варьировании пропорций в зависимости от степени окисления. Железо красителя в состоянии трехвалентного железа (FeO) приводит к получению желтого цвета в пропускании, а железо красителя в состоянии двухвалентного железа (FeO) приводит к получению синего цвета в пропускании. Относительно высокие концентрации CoO в данном стекле способствуют получению низкого коэффициента пропускания светящегося излучения и низкого значения TSET.
Композиции стекла, описанные в настоящем изобретении, могут быть получены при использовании любой из нескольких типов компоновок для плавления, таких как нижеследующее, но не ограничивающихся только этим: обычная непрерывная операция плавления с верхним пламенем, что хорошо известно на современном уровне техники как способ Siemens, или многостадийная операция плавления, описанная в патенте США №4792536 (Pecoraro et al.), при этом данный патент во всей своей полноте посредством ссылки включается в настоящий документ.
Обычные непрерывные операции плавления с верхним пламенем (способ Siemens) характеризуются осаждением материала шихты на ванну из расплавленного стекла, выдерживаемую в плавильной печи, относящейся к типу ванны, и подводом тепловой энергии вплоть до вплавления материалов в ванну из расплавленного стекла. Стекловаренные ванные печи обычно содержат большой объем расплавленного стекла для обеспечения времени пребывания, достаточного для оказания токами в расплавленном стекле воздействия на определенную степень гомогенизации и осветления до выпуска стекла на операцию формования. Одна такая операция, использующаяся для получения стекла настоящего изобретения, включает компоновку для осветления и кондиционирования, описанную в патенте США №4798616 авторов Knavish et al., при этом данный патент во всей своей полноте посредством ссылки включается в настоящий документ. В дополнение к этому область пережима включает охладитель пережима и пару погружных охладителей, расположенных по ходу технологического потока до и по ходу технологического потока после набора мешалок.
Еще одна операция плавления и осветления стекла описывается в патентах США №№4792536 и 4381934, при этом данные патенты во всей своей полноте посредством ссылки включаются в настоящий документ. Совокупный способ плавления, описанный в патенте США №4792536, характеризуется наличием отдельных стадий, благодаря чему обеспечивается получение большей гибкости при регулировании окислительно-восстановительных условий. Три стадии включают стадию ожижения, стадию растворения и стадию вакуумного осветления. Для обсуждения данных трех стадий ссылка может быть сделана на упомянутые выше патенты.
3
3
3
3
Обычно шихта для плоского стекла включает сульфат натрия в качестве добавки, способствующей плавлению и осветлению, в количествах в диапазоне приблизительно от 5 до 15 массовых частей в расчете на 1000 массовых частей материала источника диоксида кремния (песка), при этом для обеспечения надлежащего осветления желательными считаются приблизительно 10 массовых частей. Продукты из известково-натриевого стекла, в частности продукты из плоского стекла, которые в широких масштабах производятся по обычным непрерывным способам плавления, характеризуются наличием значительных количеств остаточных добавок, способствующих осветлению. В таких продуктах остаточный уровень содержания серы (при выражении в виде SO) обычно имеет величину порядка 0,2% (масс.), а изредка менее чем 0,1% (масс.). Даже без проведения какого-либо намеренного добавления в шихту серосодержащей добавки, способствующей осветлению, в известково-натриевом стекле, полученном по обычному непрерывному способу, обычно обнаруживают, по меньшей мере, 0,02% (масс.) SO. В отличие от этого, известково-натриевое стекло, полученное в соответствии с патентом США №4792536, может быть изготовлено по непрерывному способу в варианте осуществления, описанном в упомянутых патентах, при наличии менее чем 0,02% (масс.) остаточного SO, даже в случае включения в описанную выше шихту относительно небольших количеств серосодержащей добавки, способствующей осветлению, и менее чем 0,01% (масс.) SO без проведения какого-либо намеренного включения серы.
2
Хотя нижеследующим ограничения и не накладываются, но вариант осуществления стекла настоящего изобретения наиболее часто будет заключаться в плоском листе, подходящем для использования при остеклении окон транспортных средств или зданий. Обычно листовая форма будет получена по способу изготовления флоат-стекла. Лист стекла, который сформовали по способу изготовления флоат-стекла (то есть которое плавает по поверхности расплавленного олова), характеризуется измеримыми количествами оксида олова, которые мигрировали в поверхностные части стекла, по меньшей мере, на одной стороне. Обычно кусок флоат-стекла характеризуется концентрацией SnO, составляющей, по меньшей мере, 0,05% (масс.) на первых нескольких микронах ниже поверхности, которая находилась в контакте с оловом. В практике изобретения игнорируются какие-либо различия между коэффициентом излучения и коэффициентом теплоотдачи для внешней поверхности 20 и внутренней поверхности 24 в результате миграции оксида олова на поверхность стекла. Говоря более конкретно, вне зависимости от того, к чему обращена сторона стекла, которая при производстве была обращена к воздуху, к внутренней или внешней стороне транспортного средства, значение коэффициента излучения внешней поверхности стекла и коэффициента излучения внутренней поверхности стекла при определении коэффициента прохождения солнечного излучения в соответствии с документом ISO 13837 составляет 0,837. Коэффициент теплоотдачи при определении коэффициента прохождения солнечного излучения в соответствии с документом ISO 13837 для внешней поверхности 20 составляет 21 ватт/квадратный метр-кельвин, а коэффициент теплоотдачи для внутренней поверхности составляет 8 ватт/квадратный метр-кельвин.
Двенадцать (12) примеров композиций стекла при эталонной толщине 3,9 мм (0,1535 дюйма), которые представляют собой вариант осуществления принципов настоящего изобретения, получали следующим далее образом.
Каждый из двенадцати расплавов включал материалы исходного сырья (смесь основы шихты), перечисленные в таблице 1. Для получения расплавов материалы исходного сырья при массовых частях, перечисленных в таблице 1, перемешивали при получении примера, характеризующегося конечной массой стекла, составляющей приблизительно 500 граммов.
Таблица 1
Компонент
Примеры 1-12
Песок
365 массовых частей
Кальцинированная сода
117,53 массовой части
Известняк
58,4 массовой части
Доломит
65,34 массовой части
Кристаллический сульфат натрия
2,56 массовой части
Уголь
от 1,46 до 2,92 массовой части
3
4
3
4
2
4
По мере надобности для каждого примера добавляли крокус (оксид железа) и CoO в целях регулирования пропускания для стекла в пределах предпочтительных диапазонов. Количество крокуса находилось в диапазоне от 5,25 до 5,55 массовой части. Количество CoO составляло 0,1875 массовой части. Серу добавляли в форме кристаллического сульфата натрия, который описывается химической формулой NaSO. По мере надобности для регулирования окислительно-восстановительного состояния стекла в различных количествах к каждому расплаву добавляли уголь.
Часть приблизительно в половину материала исходного сырья шихты размещали в тигле из диоксида кремния в электрической печи и нагревали до 2450°F (1343°C) в течение 30 минут. После этого расплавленную шихту нагревали и выдерживали при 2500°F (1371°C) в течение 30 минут. При расплавлении материала шихты в тигель добавляли остальные материалы исходного сырья. После этого расплавленную шихту нагревали до 2550°F (1399°C) в течение 30 минут и 2600°F (1427°C) в течение 60 минут. Затем расплавленное стекло фриттовали в воде, высушивали и повторно нагревали до 2650°F (1454°C) в течение двух часов. После этого расплавленное стекло выливали из тигля для получения блока и отжигали. Образцы отрезали от блока, шлифовали и полировали для анализа.
Основные ингредиенты и диапазоны ингредиентов композиции основы стекла для примеров 1-12 перечисляются в таблице 2.
Таблица 2
Примеры 1-12
SiO<sub>2</sub>
72,4-73,4% (масс.)
Na<sub>2</sub>O
12,9-13,1% (масс.)
CaO
9,70-10,43% (масс.)
MgO
2,58-2,74% (масс.)
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,25-0,28% (масс.)
Ингредиенты добавок, способствующих осветлению, и инородных материалов и их диапазоны % (масс.), встречающиеся в образцах стекла 1-12, перечисляются в таблице 3.
Таблица 3
K<sub>2</sub>O
0,063-0,067% (масс.)
ZrO<sub>2</sub>
0,01% (масс.)
Cl
0,014-0,018% (масс.)
NiO
менее чем 0,0010% (масс.)
Se
менее чем 0,0003% (масс.)
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,0004-0,001% (масс.)
MnO<sub>2</sub>
0,003% (масс.)
Mo
менее чем 0,0005% (масс.)
BaO
величина, равная или меньшая 0,01% (масс.)
TiO<sub>2</sub>
0,025-0,028% (масс.)
CeO<sub>2</sub>
менее чем 0,0100% (масс.)
SnO<sub>2</sub>
менее чем 0,001% (масс.)
В композициях стекла настоящего изобретения могут присутствовать небольшие количества данных добавок, способствующих плавлению и осветлению, и инородные материалы, обычно меньшие чем 0,3% (масс.), без оказания воздействия на свойства.
2
3
2
3
Химический анализ композиций стекла из примеров 1-12 проводили по методу рентгеновской флуоресцентной спектроскопии. Спектральные характеристики стекла определяли для отожженных образцов при использовании спектрофотометра Perkin-Elmer Lambda 9 UV/VIS/NIR spectrophotometer. Уровень содержания FeO определяли по коэффициенту пропускания в области 1000 нм. Уровень содержания совокупного железа (в виде FeO) определяли по методу рентгеновской флуоресценции. После этого окислительно-восстановительное соотношение рассчитывали в виде спектрального количества FeO, поделенного на уровень содержания совокупного железа (в виде FeO).
Красители и диапазоны % (масс.) из примеров 1-12 перечисляются в следующей далее таблице 4.
Таблица 4
Примеры
Окислительно-восстановительное соотношение (FeO/Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
Содержание совокупного железа в виде Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, % (масс.)
SO<sub>3</sub>, % (масс.)
CoO, % (масс.)
FeO, % (масс.)
1
0,7711
1,030
0,08
0,0337
0,794
2
0,7667
1,027
0,075
0,0336
0,787
3
0,7693
1,007
0,087
0,0325
0,775
4
0,6155
0,971
0,062
0,0319
0,598
5
0,7526
0,972
0,057
0,0326
0,731
6
0,8024
0,970
0,066
0,0326
0,778
7
0,7797
1,035
0,056
0,0333
0,807
8
0,8134
1,014
0,054
0,0329
0,824
9
0,8297
1,030
0,067
0,0323
0,854
10
0,7643
1,058
0,056
0,0336
0,808
11
0,762
1,047
0,055
0,0335
0,797
12
0,8259
1,051
0,071
0,0345
0,868
Свойства цвета для примеров 1-12 перечисляются в таблице 5. Измерения проводили при толщине стекла 3,9 мм (0,1535 дюйма). Что касается данных по цвету, представленных в таблице 5, то цвет стекла в связи с доминирующей длиной волны и условной чистотой цвета измеряли при использовании стандартного источника света «C» по C.I.E. с наблюдателем при 2° в соответствии с методиками, установленными в документе ASTM E308-90. Цвет стекла при выражении через величины L*, a* и b* определяли при использовании эталонного источника света (D65) с наблюдателем при 10°.
Таблица 5
Примеры
DW (нм)
Pe
L*
a*
b*
1
586,63
94,55
2,53
3,9
4,18
2
585,07
98,61
4,17
5,78
7,12
3
587,21
91,25
2,38
3,74
3,82
4
477,44
47,97
57,5
-6,85
-36,37
5
574,37
93,34
23,21
0,78
44,81
6
583,42
99,1
6,74
8,2
11,55
7
579,18
98,28
13,16
5,98
39,51
8
581,52
98,95
8,53
7,2
34,55
9
584,82
99,54
3,19
4,37
5,48
10
577,96
97,42
14,72
4,89
39,88
11
577,91
97,65
14,83
4,84
40,54
12
584,93
99,37
2,47
3,44
4,25
Свойства прохождения солнечного излучения из примеров 1-12 измерялись в соответствии с представленным выше обсуждением и перечисляются в представленной ниже таблице 6.
Таблица 6
Образец
TSET, %
TSER, %
TSEA, %
Lta, %
Коэффициент прохождения солнечного излучения, %
1
0,98
4,09
94,93
0,38
27,0
2
1,08
4,1
94,82
0,61
27,0
3
1,01
4,05
94,94
0,35
27,0
4
16,66
4,37
78,97
20,43
38,3
5
2,54
4,08
93,38
4,5
28,1
6
1,23
4,07
94,7
0,97
27,1
7
1,47
4,11
94,42
1,97
27,3
8
1,17
4,1
94,73
1,21
27,1
9
0,82
4,08
95,1
0,47
26,8
10
1,58
4,14
94,28
2,27
27,4
11
1,6
4,14
94,26
2,29
27,4
12
0,75
4,15
95,1
0,36
26,8
Примеры 1-3 и 5-12 характеризуются коэффициентом прохождения солнечного излучения, меньшим чем 30%, и значением Lta в диапазоне от более чем 0 до менее чем 5%. Говоря более конкретно, примеры 1-3, 6, 9 и 12 характеризуются значением Lta в диапазоне от более чем 0 до менее чем 1%. Как теперь должно быть понятным, данные стекла будут пропускать малые процентные уровни видимого света. Примеры 7 и 8 характеризуются значением Lta в диапазоне от 1 до 2% и пропускают больше видимого света, чем примеры 1-3, 6, 9 и 12. Примеры 10 и 11 характеризуются значением Lta в диапазоне 2-3% и пропускают больше видимого света, чем примеры 7 и 8. Пример 5 характеризуется значением Lta 4,5% и пропускает больше видимого света, чем примеры 1-4 и 6-12. В практике изобретения предпочтительными являются примеры 5, 7, 10 и 11, характеризующиеся значением Lta в диапазоне от 1,9 до 4,5 и коэффициентом прохождения солнечного излучения, равным или меньшим 30%.
Пример 4 характеризуется коэффициентом прохождения солнечного излучения 38%, что является большим чем 30%, и не соответствует коэффициенту прохождения солнечного излучения, равному или меньшему 30%, как это предлагает совет CARB. Как можно себе представить, коэффициент прохождения солнечного излучения является большим чем 30%, поскольку значение Lta составляет 20,43%, а значение TSET составляет 16,66%. Как можно себе представить, высокий коэффициент прохождения солнечного излучения и высокое значение Lta представляли собой результат малых величин добавления CoO (0,0319% (масс.)), малого уровня содержания FeO (0,598% (масс.)), что приводило в результате к малым величинам добавления синего красителя и малым количествам сульфидов трехвалентного железа.
Как могут понимать специалисты в соответствующей области техники, в случае использования темного тонированного стекла изобретения в качестве автомобильного окна для удовлетворения требований к технике безопасности автомобиля стекло предпочтительно подвергают закаливанию и/или термическому упрочнению, как это известно на современном уровне техники.
На основании описания вариантов осуществления изобретения можно понимать то, что данное изобретение не ограничивается конкретными описанными вариантами осуществления, но оно предполагает включение модификаций, которые соответствуют объему и сущности изобретения, определенным в прилагаемой формуле изобретения.