многослойное стекло и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Многослойное стекло, включающее силикатные и/или полимерные стекла, между которыми в склеивающем полимерном слое размещены имплантируемые объекты изотропной структуры, отличающееся тем, что оно содержит дополнительно имплантируемые объекты биологические органического и/или неорганического состава, и/или физические анизотропной структуры, расположенные относительно друг друга в соответствии с используемыми масками и контрмасками на различных расстояниях от стекла.

2. Стекло по п.1, отличающееся тем, что в качестве имплантируемых объектов используют непрерывные слои волокон, тканей, бумаги, пленок, сеток, фольг, пластин и др.

3. Стекло по п. 1, отличающееся тем, что имплантируемые объекты составляют 0,1 - 70,0 мас.% от склеивающего слоя.

4. Способ изготовления многослойного стекла путем укладки на стекло склеивающего полимерного слоя с введением функциональных слоев и последующим формованием, отличающийся тем, что укладку склеивающего полимерного слоя ведут из порошкообразного материала напылением с массовым расходом до 40 г/мин с предварительным нагревом его в пламени горелки до состояния предплавления, а введение функциональных слоев осуществляют путем напыления и/или укладкой на стекло и/или нагретый порошкообразный материал.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что укладку склеивающего слоя осуществляют с использованием масок и контрмасок заданных размеров и конфигураций.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что укладку склеивающего слоя осуществляют в присутствии градиентных полей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству многослойных стекол, используемых в транспорте (автомобильном, авиационном, железнодорожном), строительстве (витражи, конструктивно-строительные элементы, архитектурно-художественные элементы, облицовка, осветительная арматура, санитарно-технические устройства типа радиаторов, тепло- и звукоизоляция, стекла со специальными свойствами, например, пропускающие или поглощающие ультрафиолетовое, электромагнитное и тепловое излучения), художественные произведения.

Известно, что многослоевые стекла состоят из двух и более листов стекла и прочно связывающих их между собой находящихся между ними эластичных прозрачных прокладок. Такое сочетание хрупкого материала стекла с эластичным материалом прокладки обеспечивает многослойному стеклу свойство безосколочности, т.е. способность изделия не давать отлетающих осколков при разрушении стекла от ударов и толчков. Поэтому многослойные стекла относят к группе стекол безопасных или защитных.

Процесс склейки стекол является основным в технологии изготовления многослойных стекол. Образование органического склеивающего слоя достигается следующими примеpами:

а) применение готового листового или рулонного материала, помещающего между стеклами;

б) нанесение раствора пластика на стекло с последующим испарением растворителя;

в) внесение между стеклами мономера с последующей его полимеризацией.

Для приема а основными этапами технологического процесса склейки являются подготовка склеивающего слоя, удаление воздуха из промежутка между стеклами, сближение и сжатие между собой слоев с образованием контактов между ними, создание высокой адгезии между стеклами и органической прокладкой с достижением прочной склейки во всех точках поля.

Для приемов б и в в дополнение к перечисленным является необходимым обеспечение невытекание раствора или смеси мономеров из промежутков между стеклами и проведение требуемыми температурами процессов испарения или полимеризации.

В зависимости от применяемого склеивающего материала меняются количество этапов и их последовательность в процессе получения многослойного стекла.

В целом процесс изготовления многослойных стекол можно разделить на процесс подготовки стекол, процесс изготовления склеивающего слоя, процесс удаления воздуха из пакета "стекла-прокладки", процесс склейки. Удавление воздуха из пакета в известных технологиях достигают вакуумированием, вальцеванием, вытеснением пластификаторами, сжатием в автоклавах. Процесс склейки также не отличается разнообразием, в основном это прессование в различных технических приспособлениях: мешках, автоклавах, вакуум-прессах, и очень редко термостатирование без прессования. Склеивающий слой в известных технологиях представляет из себя пленку или пакет из пленок, чаще всего бутафоля поливинилбутираля (ПВБ), пластифицированного дибутилсебанцинатом (ДБС), которую получают либо поливным методом из раствора, либо экструзией через круговую щель, при этом содержание ДВС и ПВБ не превышает 20% Будучи слоистым изделием, многослойное стекло обладает значительно большей гибкостью, чем обыкновенное стекло той же толщины [1]

Возможность наполнения эластичных прокладок цветными и декоративными элементами много проще решает проблему окраски и декоративности стекол.

Известен способ изготовления светопрозрачного витража [2] включающий укладку на лист стекла ПВБ-пленки с нанесенным на ней рисунком, укладку по рисунку цветного, бесцветного и зеркального стеклобоя с одновременным заполнением швов соломкой ПБВ-пленки. Укладку ведут из нагретых до 70-90^оС кусочков стеклобоя на нагретую же пленку ПВБ, что само по себе увеличивает энерго- и трудозатраты.

Возможность наполнения эластичных прокладок электрообогревными элементами решает проблему равномерности и непрерывности электрообогрева стекла.

Наиболее близким по технической сущности является известное электрообогреваемое многослойное стекло [3] содержащее обрамляющую рамку и два параллельных слоя стекла, между которыми размещен электропроводящий слой, на котором с помощью ПВБ-пленки закреплены электроды, одно из стекол выполнено выступающим по периметру за пределы другого, образуя консоли, на которых крепится обрамляющая рамка, выполненная из эпоксидного пенопласта. Применение литьевого эпоксидного пенопласта в качестве герметизирующего материала значительно упрощает технологию изготовления изделий, механизирует процесс, упразняет ряд операций (изготовление, пайку и крепление разделительных электрических колодок, нанесение подслоя), позволяет за одну операцию заливки эпоксидного пенопласта в разъемную форму нанести герметизирующий и электроизоляционный слои, создать заданную конфигурацию обрамляющей рамки, зафиксировать токопроводящие выводы. Однако этот материал получают, используя герметизирующий контур, получаемый дополнительными затратами как материала, так и технологическими.

Известны слоистые материалы на основе стеклянных пластин и органических прослоек, такие как акрилатные, метакрилатные термопласты, полиацетали, ПЭФ, ПП, ПС и ЭС и др. соединенные с помощью адгезионных прослоек, таких как стиролбутадиеновые, винилацетатные, стиролизопренстирольные и другие слои, которые как правило модифицируются УФ-стабилизаторами.

Таким образом известные процессы получения многослойных стекол являются очень аппарато-, металло-, трудо-, энергоемкими, а также требуют различных затрат вспомогательных сырьевых ресурсов.

Цель изобретения разработка новых многослойных стекол, характеризующихся многофункциональностью свойств, например, декоративность, прочность, электропроводность и химстойкость, и способа их изготовления, обеспечивающего многофункциональность стекол при низких материало-, энерго-, и аппаратоемкостью.

Цель достигается тем, что новое многослойное стекло на основе силикатного и/или полимерного стекла и склеивающего слоя в качестве последнего содержит полимерную матрицу и имплантируемые объекты и/или слои с заданными размерами, составами, структурами, причем имплантируемые объекты и/или слои в склеивающем слое находятся на различных расстояниях от стекла.

В качестве силикатного стекла могут быть использованы как самые простые оконные стекла любых выпускаемых толщин, так и техническое и сортовое стекло всех выпускаемых толщин.

В качестве полимерного стекла могут быть использованы органические стекла на основе полиакрилатов, полистиролов, аллиловых соединений, поликарбонатов, сополимеров винилхлорида, сополимеров некоторых эфиров целлюлозы и др.

В качестве полимерной матрицы могут быть использованы порошковые полимеры с высокой адгезивной способностью к стеклу, например, полиакриловые, полиамидные и др. но преимущественно поливинилбутиральные ПВБ.

В качестве имплантируемых слоев могут быть использованы непрерывные слои волокон, тканей бумаги, пленок, сеток, фольг, пластин и другие из органических или неорганических материалов.

В качестве имплантируемых объектов могут быть использованы практически любые биологически и/или физические объекты органического и/или неорганического состава в пределах заданного размера склеивающего слоя.

Предлагаемый способ изготовления многослойного стекла заключается в том, что осуществляют заготовку стекол, сборку склеивающего слоя и последующее формование многослойного стекла. Сборка склеивающего слоя осуществляется термическим пучковым формованием на стекле и/или имплантируемые объекты и/или слои. Причем слои получают либо термическим пучковым формованием, либо введением в полимерную матрицу имплантируемых объектов и/или слоев в процессе термического пучкового формования склеивающего слоя. Термическое пучковое формование осуществляют с массовым расходом до 40 г/мин материала. В способе изготовления могут быть использованы маски и контрмаски заданных размеров и конфигурации, а также могут быть использованы градиентные поля.

Основной технологической операцией получения предлагаемых многослойных стекол является термическое пучковое формование склеивающего слоя непосредственно на стекле, представляющее из себя процесс нанесения с массовым расходом до 40г/мин порошка поливинилбутираля в состоянии предплавления из конечной области пламени, например, модифицированной газовой горелки типа УГПТ-Л с температурой до 500^оС. В качестве газов могут быть использованы, например, пропан, ацетилен, природный газ и другие экологически чистые при сгорании в воздухе газы. Перед термическим пучковым формованием или непосредственно в процессе формования в порошок поливинилбутираля могут быть внесены различные наполнители такие как, например, порошки красителей, пигментов, а также самых различных полимеров в виде сфер, с регулярной и нерегулярной формой частиц, чешуек, лент, волокон, нитей, металлосодержащие порошки, порошки оксидов металлов, карбонаты и силикаты металлов, карбиды, каолин, графиты, алюмосиликаты, мел, тальк, мусковит, битум, руды, сажи, пеки и их смеси, для решения технических задач типа создания электропроводных систем, систем, защищающих от ионизирующих и электромагнитных излучений в широком диапазоне частот, систем с различной эластичностью за счет введения пластификаторов определенного количества и состава, систем с различными цветовыми гаммами склеивающего слоя. Процесс термического пучкового формования (ТПФ) позволяет использовать маски и контрмаски с заданными размерами и конфигурацией, вводить имплантируемые объекты и слои в склеивающий слой, в качестве которых могут быть использованы практически любые материалы, объекты и/или слои любыми конфигурациями и назначениями, например, для решения технических задач создания равномерного и непрерывного электрообогрева, защиты от ионизирующих и электромагнитных излучений в широком диапазоне частот, для решения декоративно-художественных задач.

Предлагаемый способ изготовления многослойных стекол путем термического пучкового формования склеивающего слоя позволяет получать по периметру стекла запирающий край повышенной плотности склеивающего слоя за счет доведения порошка ПВБ до состояния плавления изменением массового расхода порошка, что позволяет решить проблему истечения расплава из пространства между стеклами и смещения имплантируемых объектов и/или слоев относительно друг друга из-за этого истечения. Этот же запирающий край повышенной плотности склеивающего слоя задает толщину всего склеивающего слоя.

Технология получения стекол по предлагаемому способу состоит в термическом пучковом формовании на стекле запирающего края склеивающего слоя и всего склеивающего слоя с имплантированными в него путем термического пучкового формования или введением биологических или физических объектов заданных размеров органического или неорганического составов анизотропных структур с использованием масок, котрмасок и градиентных полей. По периметру стекла термическим пучком формуют запирающий край повышенной плотности за счет уменьшения скорости перемещения пучка, например, или за счет увеличения температуры пламени и уменьшения расхода материала. Затем на стекле формуют термическим пучком склеивающий слой вместе с имплантируемым при помощи масок и контрмасок слоем с функциональным наполнителем, с одновременным введением слоев и/или объектов, с одновременным использованием градиентных полей типа, например, магнитного. В качестве объектов, имплантируемых в склеивающий слой, используют любые биологические и/или физические объекты, любые предметы органического и/или неорганического состава в пределах разумных размеров склеивающего слоя. Сформованные склеивающие слои покрывают слоем стекла по запирающему краю повышенной плотности склеивающего слоя. Образованный таким образом пакет подвергают финиш-формованию известными способами.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

П р и м е р. Изготовление многослойного стекла с местным обогревом, магнитным участком и декоративными украшениями.

По периметру стекла 1 (ГОСТ 111-84) размером 350 х 250 х 3 мм термическим пучком (500^оС) формуют запирающий край 2 повышенной плотности (0,5-0,6 г/см³) ПВБ (ГОСТ 9439-85) за счет скорости перемещения пучка (не более 1 см/с) размером 15 х 15 х 15 мм. На стекло в определенном месте укладывают трапециевидную фанеру размером (40-60)-(80-100) х 120 х 5 мм. Вокруг нее формуют слой ПВБ 3 по всей оставшейся площади стекла со скоростью перемещения пучка не менее 10 см/с толщиной около 5 мм и его покрывают контрмаской. Затем фанеру удаляют и в сформованную маску вводят ТПФ слой электропроводной композиции, состоящей из 70% электропроводной сажи ПМЭ-100 и 30% ПВБ, в который вводят во время формования контакты из латунной сетки (ГОСТ 3584-73) с припаянными электровыводами. Затем контрмаску удаляют. На слой ПВБ 3 в другом месте устанавливают прямоугольную фанеру 4 размером 30 х 80 х 5 мм, а под стеклом в этом же месте располагают П-образной формы магнит 5 с остаточной индукцией 0,1 Тл и формуют второй слой ПВБ 6 толщиной около 5 мм, в который после удаления фанеры вводят ТПФ магнитный материал (аморфное железо). Под действием магнитного поля магнита 5 мелкие чешуйки аморфного железа располагаются слоем 3. На слой ПВБ 6 укладывают произвольно объекты 7: физический (монета), биологический (перо, перламутровые чешуйки, веточки, окрашенные красителями) и закрепляют ТПФ следующего слоя ПВБ 8 толщиной около 2 м м. На него наносят неравномерно и произвольно разноцветные частички стеклобоя и смальты размером не более 2 мм, которые окончательное закрепляют слоем ПВБ 9 толщиной 3 мм, сформованным термическим пучком. Весь сформованный пакет по высоте соответствует высоте запирающего края повышенной плотности по периметру стекла, на который устанавливают второе стекло 10 такого же размера 250 х 350 х 3 мм. Пакет помещают в вакуумный мешок и подвергают прессованию при вакуумировании до 0,1 атм, нагреве до 170^оС и удельном давлении до 2 атм. Полученное многослойное стекло содержит нагревательный элемент в слое, прилегающем к стеклу, магнитосодержащий участок в слое, отстоящем от стекла на расстоянии 5 мм, физические и биологические объекты в слое, отстоящем от стекла на расстоянии 10 мм, и частички стеклобоя и смальты в слое, отстоящем от стекла на расстоянии 15 мм. Полученное многослойное стекло с целью придания дополнительного декоративного эффекта обрамляют по периметру художественным кантом. Полученное таким образом стекло характеризуется высокими прочностными свойствами в 5 баллов по ГОСТ 8435-77, конструктивными и экологически чистыми характеристиками, одновременно обеспечивает местный нагрев до 80-100^оС при мощности нагревателя до 500 Вт и остаточную магнитную индукцию 0,1-0,2 Тл в зависимости от места измерения участка 3 и высокохудожественный внешний вид. Из полученного многослойного стекла могут быть изготовлены, например, подносы, столы, полы, несущие стеновые панели и перегородки, потолочные перекрытия, элементы мебели, электрические и магнитные изделия бытового и технического назначения.

Предлагаемая технология получения многослойных стекол резко уменьшает аппарато-, металло-, трудо- и энергозатраты, позволяя совместить любые назначения стекол для решения технических задач за счет введения в склеиваемый слой практически любых существующих в природе и созданных человеком материалов и объектов.

Предлагаемая технология получения многослоевых стекол позволяет изменять толщину склеивающего слоя в зависимости от величины имплантируемых объектов, а также сохранять без изменения первоначальные размеры и взаиморасположение имплантируемых объектов и слоев, т.е. получать многослойные стекла в широком диапазоне толщин, необходимых сочетаний прочностных и физико-химических характеристик, а также с высоким декоративным эффектом.