МНОГОСЛОЙНОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ СО СТУПЕНЧАТЫМ ПЕРИФЕРИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА С ТРЕБУЕМОЙ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ ДЛЯ ПАРОВ ВОДЫ
MULTI-LAYER GLAZING WITH STEPPED PERIPHERAL ELEMENT OF POLYMER MATERIAL WITH REQUIRED MAXIMUM PERMEABILITY FOR WATER VAPOR

Обогреваемые авиационные ветровые стекла представляют собой многослойное остекление, по меньшей мере, из трех листов (или слоев) минерального и/или органического стекла, самый наружный из которых может являться носителем функции нагревания (удаления льда). Эти листы склеены попарно промежуточными адгезивными слоями, такими как поливинилбутираль (PVB), термопластичный полиуретан (TPU), этилен-винилацетат (EVA), иономер и т.п. Влага может пропитывать промежуточные адгезивные слои, в частности, между наружным обогреваемым слоем и соседним с ним и посредством различных механизмов вызывать повреждения:
- расслаивание;
- коррозию, окисление элементов электрического соединения;
- электролиз обогреваемых слоев, таких как оксид индия, легированный оловом (Indium Tin Oxide, ITO) (вызывающий растрескивание слоев, что может быть причиной возникновения электрической дуги на уровне слоев);
- помутнение, побеление промежуточного слоя;
- периферическое окрашивание в результате миграции красящего элемента клея/уплотнения (например, полисульфида) в промежуточный слой.
С другой стороны, поскольку наружный лист стекла, естественно, не удерживается системой соединения с самолетом (которая поддерживает два структурных листа стекла), из-за деформаций остекления, подверженного давлению со стороны самолета, могут иметь место механизмы периферического отрыва и/или срезания наружного листа стекла, что благоприятствует явлению расслаивания.
На проникновение влаги можно воздействовать, пользуясь разными стратегиями:
- наложение периферического уплотняющего элемента в несколько мм, обычно, относящегося к типу полисульфида или полиуретана (PU) из двух компонентов;
- наложение наклеиваемого периферического ступенчатого (или в форме Z, зет) металлического (из нержавеющей стали, алюминия) элемента в форме периферической зоны многослойного остекления, как будет показано далее; этот зет-элемент приклеен к листам стекла многослойного остекления и может быть покрыт уплотнением, защищающим от воздуха и воды, таким как силикон или его эквивалент, а также снабжен «отливом» (наружным уплотнением из полисульфида или его эквивалента), обеспечивающим аэродинамическую непрерывность между остеклением и конструкцией самолета и достаточную инертность в отношении авиационных текучих сред (чистящих средств, гликоля (удаление льда на земле) и т.п.); кроме этого, отлив позволяет значительно ограничить проблемы, связанные с возникновением дуги и искр, в частности, обеспечивает поглощение электрической дуги и поверхностных зарядов.
Наложение уплотняющего элемента сопряжено со множеством трудностей. Действительно, реализация этой стратегии осложняется тем, что во время ламинирования нужно выделить зону без промежуточного слоя, что вызывает риск появления оптических дефектов (поддержание параллельными сторон многослойного пакета). Кроме этого, продукты, используемые для уплотнения, являются плохим препятствиями для влаги, что снижает эффективность данной стратегии (в частности, ограничения, связанные со способом нанесения путем инжекции).
В отличие от этого, наложение периферических ступенчатых барьерных элементов, именуемых «зет», из нержавеющей стали (иногда - алюминия) значительно ограничивает проникновение влаги и, таким образом, в значительной степени может подавлять действие описанных выше механизмов, вызывающих повреждения.
Однако, при наложении металлического зет-элемента возникают новые проблемы:
- повышенный риск нарушения электрической изоляции по отношению к элементам системы нагревания; нужно уточнить, что для подачи питания на обогреваемые слои на уровне зет-элемента между наружным слоем стекла и внутренней стороной остекления проложены кабели;
- электрические разряды между зет-элементом и конструкцией самолета, лежащие в основе звуковых, световых и/или электромагнитных помех, или элементом электрического соединения остекления (повреждение);
- облегчение возникновения поверхностных разрядов, слепящих пилотов;
- точка привлечения молнии (зет-элемент электропроводный и выпуклый);
- охрупчивание силиконового уплотнения на конце;
- стоимость набора инструментов для формования, такого как штамповка, слишком высока для малых серий;
- сложность соблюдения допусков в зет-форме;
- зет-геометрия характеризуется жесткостью, что усложняет способ изготовления;
- из-за металлической природы зет-элемента желательно, если не обязательно, наличие отлива, обычно, из полисульфида, что сопряжено с трудозатратами на обслуживание, поскольку отлив имеет тенденцию к эрозии.
Таким образом, авторы изобретения попытались заменить металлический зет-элемент на зет-элемент из полимерного материала, который может быть выполнен, например, способом горячей штамповки. Полимерный материал был выбран потому, что он обладает достаточной проницаемостью для паров воды, чтобы предотвратить порчу остекления.
2
Под удельной проницаемостью Р понимается скорость проникновения через 1 мм материала. Таким образом, поток выражен в г/м/день∙мм и отражает барьерные свойства для паров воды, присущие материалу.
2
Барьерным свойством для паров воды данного материала или сочетания материалов (данной толщины) является его проницаемость р, выраженная в г/м/день.
Для гомогенного материала толщиной е р=Р/е.
2
Авторам изобретения удалось гарантировать герметичность для паров воды, обеспечиваемую периферическими ступенчатыми («зет») металлическими элементами, преодолев проблемы, связанные с присущей им электропроводностью и способами изготовления. С этой целью, изобретение направлено на многослойное остекление, включающее, по меньшей мере, первый лист стекла, образующий наружную сторону остекления, соединенный со вторым листом стекла первым промежуточным адгезивным слоем, в котором край первого листа стекла отстоит от края второго листа стекла, при этом, периферическая часть свободной поверхности первого листа стекла, его кромка, кромка первого промежуточного адгезивного слоя и часть поверхности второго листа стекла, выступающая за первый лист стекла, описывают непрерывный ступенчатый контур, который закрыт ступенчатым элементом с расположенным между ними клеем, отличающееся тем, что указанный ступенчатый элемент выполнен из полимерного материала, который может содержать армирующий наполнитель и обладает проницаемостью для паров воды, самое большее, равной 5, предпочтительно, 1 г/м/день.
Под стеклом в данном случае понимается как минеральное стекло, такое как натриево-кальциевое, алюмосиликатное и т.д., так и органическое стекло, образованное из прозрачного конструкционного полимерного материала, обычными примерами которого являются полиметилметакрилат (РММА) и поликарбонат (РС).
На практике металлические ступенчатые элементы характеризуются полным отсутствием проникновения влаги через их толщину, однако, существует обходный путь через клей (полисульфид). Из-за большей гибкости ступенчатых элементов из полимерного материала, можно уменьшить толщину клея и сделать эти ступенчатые элементы с точки зрения проницаемости для паров воды эквивалентными металлическим наклеиваемым ступенчатым элементам.
Все указанные выше электрические проблемы, присущие металлическим ступенчатым элементам, преодолены. Полимерные материалы являются хорошими электрическими изоляторами. Более того,
- способы применения полимерных материалов, такие как горячая штамповка, существенно менее дорогостоящие, чем штамповка металлов;
- полимерные материалы не подвержены коррозии;
- полимерным материалам свойственна гибкость, благодаря которой при производстве легче соблюсти соответствие форм ступенчатого элемента и многослойного остекления и ограничить напряжение клеевого соединения, которое может вызывать отклеивание ступенчатого элемента во время эксплуатации.
Указанный клей включает, например, полисульфид и/или полиуретан.
Ступенчатый элемент является цельным, состоящим из одной части, или, в случае необходимости, состоит из множества частей.
Согласно предпочтительным отличительным особенностям многослойного остекления, соответствующего изобретению:
англ.
- ступенчатый элемент обладает модулем упругости, самое большее, равным 5 ГПа; нужно подчеркнуть, что это исключает полимеры (такие как термоотверждаемые смолы типа эпоксидной смолы и ненасыщенного полиэфира), армированные волокнами (fiber reinforced polymer, FRP, ), что означает упрочнение относительно длинными волокнами (например, стеклянными или углеродными), в случае необходимости, ткаными;
- полимерный материал выбран из полиолефина (полиэтилен (РЕ), полипропилен (РР) или полиизобутилен (Р-IВ)), поливинилхлорида и его производных (например, полидихлорвинил (PVDC)), стирольного полимера (например, полистирол (PS), акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), стиролакрилонитрил (SAN)), полиакрилата (полиакрилонитрил (PAN) и полиметилметакрилат (PMMA)), полиэфира (полиэтилентерефталат (PET) и полибутилентерефталат (PBT)), полиоксиметилена (POM), полиамида (PA), фторированного полимера, такого как полихлортрифторэтилен (PCTFE), поликарбоната (PC), ароматического полисульфона, такого как полисульфон (PSU), полифениленоксида (PPE), полиуретана и полимочевины (PU), эпоксидной смолы (EP), индивидуально или в смеси и/или как сополимер нескольких из указанных соединений;
- ступенчатый элемент образован из множества слоев полимерных материалов, одинаковых или разных, и может быть получен, например, путем совместной экструзии;
- указанный полимерный материал содержит армирующий наполнитель в форме упорядоченных пластин и/или коротких волокон; наполнитель, по своей природе, благоприятствует достаточно малой проницаемости для паров воды; можно упомянуть стеклянные или углеродные короткие волокна;
- ступенчатый элемент имеет толщину, самое большее, равную 800, предпочтительно, 300 мкм;
- указанный полимерный материал, по меньшей мере, подвергнут поверхностной обработке, придающей
2
2
3
-- наилучшие барьерные свойства для паров воды: плотный(ые) оксид(ы), осажденный(ые) путем химического осаждения из паровой фазы (CVD), SiO, AlO;
-- свойство адгезии;
- указанный клей имеет толщину, самое большее, равную 350, предпочтительно, 200 мкм;
- ступенчатый элемент покрыт уплотнением, защищающим от воздуха и воды, солнечного излучения и текучих сред; это уплотнение, преимущественно, выполнено из силикона или его эквивалента;
- на ступенчатый элемент нанесен отлив, обеспечивающий аэродинамическую непрерывность между многослойным остеклением и монтажной конструкцией, например, конструкцией самолета, и достаточную инертность по отношению к технологическим текучим средам, таким как авиационные текучие среды, чистящие средства, обезжиривающее средство, гликоль для удаления льда на земле и т.п.; отлив может быть выполнен из полисульфида или его эквивалента;
- многослойное остекление включает, по меньшей мере, третий лист стекла, соединенный со вторым листом стекла вторым промежуточным адгезивным слоем; в такой конфигурации, в частности, ступенчатый элемент может заходить за указанный непрерывный ступенчатый контур, определенный выше, и закрывать всю толщину многослойного остекления, включая кромки второго листа стекла, второго промежуточного адгезивного слоя и третьего листа стекла;
- первый лист стекла выполнен из минерального стекла и имеет толщину от 0,5 до 5, предпочтительно, от 2 до 4 мм или из полимерного материала, такого как полиметилметакрилат (РММА), и имеет толщину от 0,5 до 5 мм;
- второй лист стекла и, в случае необходимости, третий лист стекла и даже последующие листы, выполнены из минерального стекла и имеют толщину от 4 до 10 мм или из полимерного материала, такого как полиметилметакрилат (РММА), и имеют толщину от 5 до 30, предпочтительно, самое большее, 20 мм;
- указанные промежуточные адгезивные слои выполнены из полиуретана (PU), поливинилбутираля (PVB), этилен-винилацетата (EVA) или их эквивалентов, толщина первого промежуточного адгезивного слоя составляет от 3 до 10, предпочтительно, от 4 до 8 мм, толщина второго промежуточного адгезивного слоя и, в случае необходимости, последующих слоев составляет от 0,5 до 4, предпочтительно, самое большее, равна 2 мм.
англ.
Другим предметом изобретения является способ изготовления многослойного остекления, описанного выше, отличающийся тем, что ступенчатый элемент изготавливают отдельно от монтажной конструкции путем горячей штамповки, инжекции, реактивного литья под давлением (reaction injection molding, RIM, ), экструзии и совместной экструзии, дутья, компрессионно-литьевого формования. Наоборот, нужно уточнить, что композиционные ступенчатые элементы (смола, армированная стеклянными волокнами), образованные непосредственно на многослойном остеклении, задуманы для обеспечения надлежащего откачивания газа на стадии отверждения смол (поперечное сшивание в автоклаве или вакуумном мешке). Возможность в достаточной мере отводить газ противоположна барьерным свойствам для влаги (эффект пористости). Способом настоящего изобретения ступенчатый элемент изготавливают как единое целое или состоящим из нескольких частей.
Другим предметом изобретения является применение многослойного остекления, описанного выше, в качестве остекления здания, наземного, воздушного или водного транспортного средства или для городского оборудования, в частности, в качестве остекления кабины пилота летательного аппарата.
Изобретение будет лучше понято в свете нижеследующих примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг. 1 схематично в разрезе показан первый вариант осуществления многослойного остекления, соответствующего изобретению;
На фиг. 2 схематично в разрезе показан второй вариант осуществления многослойного остекления, соответствующего изобретению;
Фиг. 3 представляет собой частичный схематичный вид многослойного остекления, соответствующего изобретению, в дополнение к особым пояснениям в отношении проницаемости ступенчатого элемента («зет») из полимерного материала для паров воды.
В примерах под листом стекла понимается лист алюмосиликатного стекла, подвергнутого химической закалке, выпускаемый компанией Saint-Gobain Sully под зарегистрированной торговой маркой Solidion.
Как показано на фиг. 1 и 2, многослойное остекление включает первый лист 1 стекла, образующий наружную сторону остекления, толщиной 3 мм, приклеенный ко второму листу 3 стекла толщиной 8 мм первым промежуточным адгезивным слоем 2 из поливинилбутираля (PVB) толщиной 5,3 мм.
Третий лист 5 стекла толщиной 8 мм приклеен ко второму листу 3 вторым промежуточным адгезивным слоем 4 из поливинилбутираля (PVB) толщиной 2 мм.
Край первого листа 1 стекла отстоит от края второго листа 3, периферическая часть свободной поверхности первого листа 1 стекла, его кромка, кромка первого промежуточного адгезивного слоя 2 и часть поверхности второго листа 3 стекла, выступающая за первый лист 1 стекла, описывают непрерывный ступенчатый контур, который закрыт ступенчатым элементом 7 из полиэтилентерефталата (РЕТ) толщиной 355 мкм.
Указанный непрерывный ступенчатый контур закрыт ступенчатым элементом 7 с проложенным между ними клеем 6 из полисульфида толщиной 100 мкм.
Как показано на фиг. 2, ступенчатый элемент 7 покрыт уплотнением 8, защищающим от воздуха и воды, из силикона и отливом 9 из полисульфида для придания многослойному остеклению аэродинамической непрерывности в сочетании с монтажной конструкцией, такой как конструкция самолета, и достаточной инертности по отношению к технологическим текучим средам, как пояснено выше.
Как показано на фиг. 1 и 2, ступенчатый элемент 7 может быть более протяженным, чем показано, и закрывать, например, всю периферию многослойного остекления, а именно, также кромки второго листа 3 стекла, второго промежуточного адгезивного слоя 4 и третьего листа 5 стекла.
Как показано на фиг. 3, для ступенчатого элемента 7 из РЕТ, приклеенного к кромке многослойного остекления, рассматриваются три потока влаги (паров воды):
- поток через клей между ступенчатым элементом 7 и первым листом 1 стекла толщиной h1;
- поток через клей между ступенчатым элементом 7 и вторым листом 3 стекла толщиной h2;
зет
- поток через ступенчатый элемент 7 толщиной е.
Эти три потока проникают в первый промежуточный адгезивный слой толщиной Н.
Таким образом, можно ввести понятие эквивалентного барьера, соответствующего условному материалу, закрывающему именно толщину промежуточного слоя на периферии остекления. Свойства проницаемости для паров воды эквивалентного барьера определяются уравнением 1:
(eq=эквивалентный; zed=зет)
eq
Величины, необходимые для вычисления р, и полученный результат приведены в нижеследующих таблицах для четырех конфигураций остекления, указанных под каждой таблицей.
Таблица 1
1
2
Зет
Всего
е или L, мм
11
18
0,5
h, мм
1
0,5
Р, г/м<sup>2</sup>/день∙мм
50
50
0
р, г/м<sup>2</sup>/день
0,67
0,20
0,00
0,87
AIRBUS А320 (Н=6,8 мм) с металлическим зет-элементом
Таблица 2
1
2
Зет
Всего
е или L, мм
11
18
0,355
h, мм
1
0,1
Р, г/м<sup>2</sup>/день∙мм
50
50
0,2
р, г/м<sup>2</sup>/день
0,07
0,40
0,56
0,67
AIRBUS А320 (Н=6,8 мм) с зет-элементом из РЕТ
Таблица 3
1
2
Зет
Всего
е или L, мм
12,2
17,8
0,5
h, мм
1
0,5
Р, г/м<sup>2</sup>/день∙мм
40
40
0
р, г/м<sup>2</sup>/день
0,68
0,23
0,00
0,91
AIRBUS А320 (Н=4,8 мм) с металлическим зет-элементом
Таблица 4
1
2
Зет
Всего
е или L, мм
12,2
17,8
0,355
h, мм
0,1
0,1
Р, г/м<sup>2</sup>/день∙мм
40
40
0,2
р, г/м<sup>2</sup>/день
0,07
0,05
0,56
0,68
AIRBUS А320 (Н=4,8 мм) с зет-элементом из РЕТ
2
2
Как можно видеть, сравнивая таблицы 1 и 2, с одной стороны и 3 и 4, с другой стороны, замена металлического ступенчатого элемента 7 на ступенчатый элемент 7 из РЕТ может обеспечить снижение проницаемости с 0,87 до 0,67 г/м/день, с одной стороны, и с 0,91 до 0,68 г/м/день, с другой стороны.
Действительно, полимерный материал, способный деформироваться, легче привести в соответствие с формой остекления без монтажных напряжений. Его применение позволяет уменьшить толщину клеевого слоя с 500 мкм или 1 мм до 100 мкм и, следовательно, уменьшить величину проницаемости р по сравнению с металлическим зет (ступенчатым элементом) 7.
Как и ожидалось, зет из неметаллического материала лишен всех недостатков, связанных с электропроводностью металла.
В случае полимерного материала стоимость изготовления, а именно, путем горячей штамповки, меньше, чем металла, особенно в том, что касается инструментария.