Многослойное электрообогреваемое стекло

 

Многослойное электрообогреваемое стекло содержит три параллельно расположенных стекла и промежуточные склеивающие слои из поливинилбутираля, имеет наружное стекло толщиной 6-8 мм, внутреннее толщиной 5,5-6,5 мм и тыльное стекло, упрочненное ионным обменом, толщиной 2-3 мм. Склеивающий слой, расположенный между наружным и внутренним стеклами, имеет толщину 0,38-1,2 мм, склеивающий слой, расположенный между внутренним и тыльным стеклами, имеет толщину 3-5 мм. На поверхности внутреннего стекла, обращенной к наружному стеклу, нанесено токопроводящее покрытие. Наружное стекло может быть упрочнено ионным обменом, упрочнение наружного и тыльного стекол проводят в расплаве KNO₃ при (440±10)^oС в течение 6-18 ч. Технический результат изобретения - обеспечение ударной прочности стекла при соударении с массивными телами и увеличение срока его службы. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к стекольной промышленности и предназначено для использования при создании ударопрочных электрообогреваемых изделий остекления транспортных средств, в частности изделий остекления электровозов и локомотивов.

Известно многослойное стекло (авт.свид. СССР 1299071), состоящее из одного или нескольких внутренних стекол, имеющих высокую прочность при изгибе (σ_изг= 1000-1500 МПа), тыльного стекла, имеющего прочность при изгибе до 350 МПа и наружного стекла с токопроводящим покрытием.

Это многослойное стекло эффективно выдерживает заданные динамические нагрузки за счет высокой прочности внутренних стекол. Однако при ударах небольшими твердыми предметами типа камней наружное электрообогреваемое стекло, как правило, разрушается от контактных напряжений, что приводит к потере видимости при налипании снега и льда.

Известно многослойное стекло (патент Англии 2223981), в котором толщина наружного стекла значительно выше, чем толщина тыльного стекла. Это позволяет увеличить сопротивление контактным разрушениям при ударах небольшими твердыми предметами и, следовательно, уменьшить вероятность разрушения наружного стекла. Вместе с тем, данное многослойное стекло не может выдерживать основные динамические нагрузки с энергией удара более 3 кДж.

Наиболее близким к предлагаемому нами решению является многослойное стекло (патент Франции N2540096), содержащее наружное полузакаленное стекло толщиной 4,5÷6,5 мм; внутреннее отожженое, полузакаленное или закаленное стекло толщиной 1÷5 мм; тыльное отожженое стекло толщиной 1÷2 мм; склеивающий слой из поливинилбутираля толщиной 6÷10 мм, расположенный между наружным и внутренним стеклами; склеивающий слой из полиуретана толщиной 1÷4 мм, расположенный между внутренним и тыльным стеклами; на поверхность наружного стекла, обращенную к внутреннему стеклу, нанесено токопроводящее покрытие.

Описанное выше многослойное стекло способно выдерживать удар металлическим снарядом массой 1 кг, летящим со скоростью 350 км/ч, за счет толстого склеивающего слоя из поливинилбутираля, расположенного между наружным и внутренним стеклами. Применение полузакаленного наружного стекла позволяет выдерживать термические напряжения, возникающие при работе электрообогрева, а в случае разрушения наружного стекла при ударах небольшими твердыми предметами обеспечивается видимость, удовлетворительная для дальнейшей эксплуатации многослойного стекла при положительной температуре окружающего воздуха.

Недостатком данного многослойного стекла является то, что при отрицательных температурах или температурах, близких к ^oС, разрушение наружного стекла от ударов небольшими твердыми предметами приводит к потере видимости при налипании снега и льда на наружное стекло из-за отказа системы электрообогрева. Учитывая, что вероятность попадания в стекло небольших твердых предметов намного выше вероятности попадания массивных тел, можно утверждать, что срок службы такого многослойного стекла значительно снижается.

Недостатком этого многослойного стекла является также наличие большой толщины поливинилбутирального склеивающего слоя - это существенно снижает морозоустойчивость из-за наличия высоких термоупругих напряжений, возникающих при отрицательных температурах, что может привести к расслоению многослойного стекла или разрушению наружного или внутреннего стекол. Кроме того, большая текучесть толстого слоя поливинилбутираля при склеивании многослойного стекла не позволяет получать максимальное значение адгезии поливинилбутираля к стеклам, если для многослойного стекла требуются высокие оптические характеристики. Все это также снижает срок службы многослойного стекла. Использование полиуретана в качестве склеивающего материала усложняет технологический процесс изготовления многослойного стекла из-за необходимости использования дополнительных операций и увеличивает стоимость многослойного стекла.

Целью настоящего изобретения является увеличение срока службы многослойного электрообогреваемого стекла и обеспечение ударной прочности при соударении с массивными телами. Поставленная цель достигается тем, что предложенное многослойное электрообогреваемое стекло, содержащее три параллельно расположенных стекла и промежуточные склеивающие слои, имеет наружное стекло толщиной 6÷8 мм, внутреннее 5,5÷6,5 мм и тыльное - 2÷3 мм; тыльное стекло упрочнено ионным обменом; склеивающий слой, расположенный между наружным и внутренним стеклами, имеет толщину 0,38÷1,2 мм; склеивающий слой, расположенный между внутренним и тыльным стеклами, имеет толщину 3÷5 мм и выполнен из поливинилбутираля; на поверхности внутреннего стекла, обращенной к наружному стеклу, нанесено токопроводящее покрытие; наружное стекло может быть упрочнено ионным обменом; упрочнение наружного и тыльного стекол проводят в расплаве KNO₃ при (440±10)^oС в течение 6÷18 ч.

Использование более толстого наружного полузакаленного стекла по сравнению с прототипом повышает сопротивление контактным нагрузкам при ударах как небольшими, так и массивными твердыми телами. При ударах небольшими твердыми предметами типа камней вероятность разрушения снижается.

С другой стороны, чем толще наружное стекло, тем менее эффективно оно нагревается при работе токопроводящего покрытия, расположенного на внутреннем стекле. Авторами экспериментально установлено, что оптимальная толщина наружного стекла составляет 6÷8 мм. В случае использования наружного стекла толщиной 6 мм оно упрочняется ионным обменом и его стойкость к контактному разрушению при ударах небольшими твердыми предметами возрастает по сравнению с полузакаленным стеклом, а при разрушении наружного стекла видимость сохраняется. Оптимальный режим упрочнения наружного стекла достигается при обработке его в расплаве КNO₃ при (440 ± 10)^oС в течение 6÷18 ч.

Расположение токопроводящего покрытия на поверхности внутреннего стекла, обращенной к наружному стеклу, обеспечивает видимость в любых погодных условиях даже при разрушении наружного стекла от ударов небольшими твердыми предметами.

Все это позволяет увеличить срок службы многослойного стекла.

Толщина внутреннего стекла составляет 5,5÷6,5 мм. Внутреннее стекло совместно с наружным сопротивляется контактной нагрузке при ударе массивным телом и превращает значительную часть кинетической энергии удара в энергию деформации снаряда и энергию новых поверхностей, образующихся при дроблении стекол, поэтому оно должно быть более толстым по сравнению с прототипом. Вместе с тем, технология нанесения токопроводящего покрытия затрудняет использование стекла толщиной более 6 мм. Наиболее предпочтительной для внутреннего стекла является толщина 6 мм.

Для обеспечения жесткости связи между наружным и внутренним стеклами и быстрого прогрева наружного стекла при включении системы электрообогрева толщина склеивающего слоя между ними должна быть минимальной. Ее величина определяется номиналами толщин поливинилбутиральной пленки, высотой токопроводящих шин, зазорами между наружным и внутренним стеклами, появляющимися после отжига, полузакалки или закалки, и составляет 0,38÷1,2 мм.

Склеивающий поливинилбутиральный слой толщиной 3÷5 мм, расположенный между внутренним и тыльным стеклами, при ударе массивным телом поглощает оставшуюся кинетическую энергию. Чем больше суммарная толщина наружного и внутреннего стекол, тем тоньше этот склеивающий слой.

Предложенная толщина этого склеивающего слоя обеспечивает стойкость многослойного стекла к ударам массивными телами и вместе с тем обеспечивает морозоустойчивость до -50^oС, максимальную адгезию поливинилбутираля к стеклу, что повышает срок службы многослойного стекла. Вместе с тем, при данной толщине склеивающего слоя между внутренним и тыльным стеклами достигаются высокие оптические характеристики многослойного стекла - угол отклонения не превышает 2÷4 мин.

Кроме того, использование поливинилбутираля в обоих склеивающих слоях упрощает технологический процесс изготовления многослойных стекол.

Тыльное стекло толщиной 2÷3 мм упрочнено ионным обменом и имеет прочность при изгибе 400÷450 МПа, значительно превышающую прочность отожженого стекла. Это позволяет уменьшить вероятность его разрушения при ударах массивными телами, а в случае разрушения этого стекла потеря видимости происходит только в зоне удара и размер осколков значительно меньше, чем у отожженого стекла. Оптимальная технология упрочнения тыльного стекла достигается обработкой его в расплаве КNО₃ при (440 ± 10)^oС в течение 6÷18 ч.

Пример 1. В многослойном электрообогреваемом стекле внешнее, внутреннее и тыльное стекла изготовлены из термически полированного Na-Ca-Si листового стекла. Внешнее стекло толщиной 8 мм подвергается термической обработке в воздухе - полузакалке.

Внешний склеивающий слой толщиной 1,14 мм представляет собой поливинилбутираль марки TG (TL, RB), поставляемый фирмой "Monsanto".

Внутреннее стекло толщиной 6 мм упрочняется воздушной закалкой. На поверхность, обращенную к внешнему стеклу, нанесено токопроводящее покрытие на основе окиси олова с силикатно-серебряными шинами электропитания.

Внутренний склеивающий слой толщиной 3 мм из того же материала, что и внешний склеивающий слой.

Тыльное стекло толщиной 2 мм упрочнено методом низкотемпературного ионного обмена в расплаве ГNO₃ при (440 ± 10)^oС в течение 6÷18 ч.

После сборки стеклопакета данной композиции он склеивается при помощи давления и температуры по классическим режимам.

Полученное многослойное стекло подвергли динамическим испытаниям - под прямым углом было проведено соударение металлическим снарядом массой 1 кг на скорости 350 км/ч. Результат испытаний - снаряд не проник через многослойное стекло, при этом сохраняется видимость, позволяющая эксплуатировать его до момента замены.

Пример 2. Внешнее стекло толщиной 6 мм упрочнено методом низкотемпературного ионного обмена в расплаве КNO₃ при (440±10)^oС в течение 6÷18 ч. Внешний склеивающий слой толщиной 0,38 мм представляет поливинилбутираль TG (TL, RB) фирмы "Monsanto". Внутреннее стекло изготовлено, как и в примере 1. Внутренний склеивающий слой толщиной 5 мм из того же материала, что и внешний склеивающий слой. Тыльное стекло толщиной 3 мм упрочнено методом низкотемпературного ионного обмена в расплаве КNО₃ при (440 - 10)^oС в течение 6÷18 ч. После сборки стеклопакета данной композиции он склеивается при помощи давления и температуры по классическим режимам. Полученное многослойное стекло было испытано, как и в примере 1. Результат испытаний - аналогичный.

Предлагаемое стекло позволяет вдвое увеличить срок службы изделий остекления локомотивов за счет исключения растрескивания стекла с электрообогревом, уменьшения вероятности разрушения внешнего стекла и улучшения адгезионной связи между стеклами и поливинилбутиралем.

Формула изобретения

1. Многослойное электрообогреваемое стекло, содержащее три параллельно расположенных стекла, одно из которых имеет токопроводящее покрытие, и промежуточные склеивающие слои, отличающееся тем, что наружное стекло имеет толщину 6÷8 мм, внутреннее 5,5÷6,5 мм, а тыльное - 2÷3 мм, тыльное стекло упрочнено ионным обменом, склеивающий слой, расположенный между наружным и внутренним стеклами, имеет толщину 0,38÷1,2 мм, склеивающий слой, расположенный между внутренним и тыльным стеклами, имеет толщину 3÷5 мм и выполнен из поливинилбутираля, на поверхности внутреннего стекла, обращенной к наружному стеклу, нанесено токопроводящее покрытие.

2. Многослойное электрообогреваемое стекло по п. 1, отличающееся тем, что наружное стекло упрочнено ионным обменом.

3. Многослойное электрообогреваемое стекло по п. 1 или 2, отличающееся тем, что упрочнение наружного и тыльного стекол проводят в расплаве KNO₃ при (440±10)^oС в течение 6÷18 ч.