背景

在許多交通工具應(yīng)用中，燃料經(jīng)濟(jì)性是車重的函數(shù)。因此，希望降低此類應(yīng)用中窗格玻璃的重量，而不降低強(qiáng)度和聲音衰減特性。關(guān)于這一點(diǎn)，對于玻璃層壓件來說，下述是優(yōu)選的：相對于外部沖擊事件例如蓄意強(qiáng)行進(jìn)入或與石頭或冰雹接觸時具有機(jī)械牢固性，又能適當(dāng)?shù)暮纳⒂蓛?nèi)部沖擊事件如與乘坐者的接觸(如在碰撞中)造成的能量(和破裂)。此外，政府規(guī)定對公路用車要求更高的燃料里程和更低的二氧化碳排放。

因此，存在不斷的努力來減少這些交通工具的重量，同時保持現(xiàn)有的政府和工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)。已經(jīng)開發(fā)了非玻璃窗戶材料例如聚碳酸酯，其減少車重，但不提供合適的對環(huán)境、碎屑和其它關(guān)心的耐受性。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式提供顯著的重量下降、安全合規(guī)、有效的耐久性和在車禍?zhǔn)录袦p少的撕裂潛能。鑒于前文所述，需要薄的、輕量窗格玻璃，該窗格玻璃具有與較厚較重窗格玻璃相比擬的耐久性和消音性能。

在其它工業(yè)中也需要機(jī)械牢固并對某些環(huán)境條件具有優(yōu)異耐受性的輕量窗格玻璃。這種工業(yè)包括但不限于外部和內(nèi)部建筑應(yīng)用和顯示器，以及在遭受環(huán)境和/或機(jī)械應(yīng)力的環(huán)境中需要或設(shè)計(jì)玻璃的應(yīng)用。

概述

根據(jù)一些實(shí)施方式,提供單一層或多層層壓件或窗格玻璃，其具有玻璃組合物，所述玻璃組合物具有調(diào)節(jié)來需要機(jī)械和環(huán)境牢固性的應(yīng)用的性質(zhì)。

一些實(shí)施方式提供包含外部玻璃片和內(nèi)部玻璃片的玻璃層壓件結(jié)構(gòu)，其中所述玻璃片中的一種或兩種包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥86.5摩爾％和R₂O–RO–Al₂O₃<約5摩爾％。在其它實(shí)施方式中,所述玻璃片中的一種或兩種包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥約88摩爾％。在其它實(shí)施方式中,所述玻璃片中的一種或兩種包含R₂O–RO–Al₂O₃<約3摩爾％。一些非限制性實(shí)施方式可包含外部玻璃片，所述外部玻璃片是化學(xué)強(qiáng)化玻璃片并包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥86.5摩爾％和R₂O–RO–Al₂O₃<約5摩爾％,且其中內(nèi)部玻璃片包含選自下組的材料：鈉鈣玻璃和退火玻璃。其它實(shí)施方式可包含內(nèi)部玻璃片，所述內(nèi)部玻璃片是化學(xué)強(qiáng)化玻璃片并包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥86.5摩爾％和R₂O–RO–Al₂O₃<約5摩爾％,且其中外部玻璃片包含選自下組的材料：鈉鈣玻璃和退火玻璃。

其它實(shí)施方式可包含玻璃片，所述玻璃片包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥86.5摩爾％和R₂O–RO–Al₂O₃<約5摩爾％。一些實(shí)施方式可還包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥約88摩爾％和/或R₂O–RO–Al₂O₃<約3摩爾％。在其它實(shí)施方式中,玻璃片還包含約69-80摩爾％SiO₂,約6-12摩爾％Al₂O₃,約2-10摩爾％B₂O₃,約0-5摩爾％ZrO₂,Li₂O,MgO,ZnO和P₂O₅,約6-15摩爾％Na₂O,約0-3摩爾％K₂O和CaO,和約0-2摩爾％SnO₂。在一些實(shí)施方式中,玻璃片還包含約72-80摩爾％SiO₂,約8-12摩爾％Al₂O₃,約4-10摩爾％B₂O₃,約0-4摩爾％ZrO₂,MgO,和ZnO,約0-2摩爾％Li₂O,CaO,和P₂O₅,約7-14摩爾％Na₂O,約0.1-2.5摩爾％K₂O,和約0.1-1.5摩爾％SnO₂。又在其它實(shí)施方式中,玻璃片還包含約74-80摩爾％SiO₂,約8-11摩爾％Al₂O₃,約4-9摩爾％B₂O₃,約0-2摩爾％ZrO₂,約0-3摩爾％MgO和ZnO,約0-1摩爾％Li₂O和P₂O₅,約7-12摩爾％Na₂O,約0.1-2.2摩爾％K₂O,約0-1.5摩爾％CaO,和約0.1-0.5摩爾％SnO₂。

在以下的詳細(xì)描述中給出了要求保護(hù)的主題內(nèi)容的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的要求保護(hù)的主題而被認(rèn)識。

應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述給出了本發(fā)明的實(shí)施方式，用來提供理解要求保護(hù)的本發(fā)明主題的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖以圖示形式說明了本文所述的各種實(shí)施方式，并與說明書一起用來解釋要求保護(hù)的主題的原理和操作。

附圖簡要說明

為說明之目的，在附圖中示出優(yōu)選形式，但應(yīng)理解，本發(fā)明所批露和所述的實(shí)施方式不限于所示的精確配置和手段。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的示例性平坦玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方式的示例性玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方式的示例性彎曲玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方式的示例性彎曲玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖5的圖表顯示玻璃組成對一些示例性組合物的彎曲溫度的影響。

圖6的圖表顯示相對于酸耐久性的示例性玻璃組合物的影響。

圖7的圖表顯示用于一些實(shí)施方式的Knoop(努氏)刮擦閾值(KST)和過量堿金屬和堿土金屬改性劑的函數(shù)。

圖8的圖表顯示用于一些實(shí)施方式的環(huán)疊環(huán)失效負(fù)載和刮擦負(fù)載。

圖9的圖表顯示KST作為硬度和模量比例(H/E)的函數(shù)。

詳細(xì)描述

在下面的描述中，在圖中所示的多個視圖中，類似的附圖標(biāo)記表示類似或?qū)?yīng)的部分。還應(yīng)理解，除非另外指出，術(shù)語如“頂部”，“底部”，“向外”，“向內(nèi)”等是常用詞語，不構(gòu)成對術(shù)語的限制。此外，應(yīng)理解，描述一個基團(tuán)為包含元素的基團(tuán)和它們的組合中的至少一個時，該基團(tuán)可包含許多所列元素，或單獨(dú)的或相互的組合，或者由它們組成，或者主要由它們組成。

類似的，每當(dāng)將一個組描述為由一組要素中的至少一個要素或它們的組合組成時，應(yīng)將其理解為所述組可以單個要素或相互組合的形式由任何數(shù)量的這些所列要素組成。除非另外說明，否則，列舉的數(shù)值范圍同時包括所述范圍的上限和下限。除非另外說明，否則，本文所用的不定冠詞“一個”和“一種”及其相應(yīng)的定冠詞“該”表示至少一(個/種)，或者一(個/種)或多(個/種)。

提供以下對本發(fā)明的描述，作為按其最佳的目前已知的實(shí)施方式來揭示本發(fā)明的內(nèi)容。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可以對所描述的實(shí)施方式做出許多改變，而還能獲得本發(fā)明的有益的結(jié)果。還顯而易見的是，本發(fā)明所需的有益結(jié)果中的一部分可以通過選擇本發(fā)明的一些特征而不利用其他的特征來獲得。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認(rèn)識到，對本發(fā)明的許多更改和修改都是可能的，在某些情況下甚至是理想的，并且是本發(fā)明的一部分。因此，提供以下描述作為對本發(fā)明原理的說明，不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對本文所述的示例性實(shí)施方式進(jìn)行許多修改。因此，該說明書無意于也不應(yīng)構(gòu)造成受限于所給出的實(shí)施例，但應(yīng)賦予通過所附權(quán)利要求及其等同體所提供的全部的保護(hù)范圍。此外，還可使用本發(fā)明的一些特征，而相應(yīng)地不使用其它特征。因此，提供示例或示意實(shí)施方式的下述說明，來顯示本發(fā)明的主題內(nèi)容的原理，而不構(gòu)成其限制，且可包括對本發(fā)明的修改和置換。

在一些實(shí)施方式中，本文公開的玻璃層壓件結(jié)構(gòu)構(gòu)造成包括外部化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片，和內(nèi)部非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片。在其它實(shí)施方式中,玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成包含內(nèi)部化學(xué)-強(qiáng)化玻璃片和外部非化學(xué)-強(qiáng)化玻璃片。又在其它實(shí)施方式中,玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成包含外部和內(nèi)部化學(xué)-強(qiáng)化玻璃片。如本文所限定，當(dāng)使用所述玻璃層壓件結(jié)構(gòu)時，外部玻璃片將接近或接觸環(huán)境，而內(nèi)部玻璃片將接近或接觸包括所述玻璃層壓件的結(jié)構(gòu)(例如，建筑等)或交通工具(如汽車)的內(nèi)部(如客艙)。當(dāng)然，本文所附權(quán)利要求不應(yīng)受限于此，因?yàn)橐恍?shí)施方式可包含單一玻璃片或不含中間的聚合物中間層的玻璃-玻璃層壓件結(jié)構(gòu)。

玻璃層壓件結(jié)構(gòu)

一種示例性、非限制性玻璃層壓件結(jié)構(gòu)見圖1。玻璃層壓件結(jié)構(gòu)100包含外部玻璃片110,內(nèi)部玻璃片120,和聚合物中間層130。聚合物中間層可直接物理接觸(例如層壓到)各外部和內(nèi)部玻璃片中的每一種。所述外部玻璃片110包括外部表面112和內(nèi)部表面114。類似的，所述內(nèi)部玻璃片120包括外部表面122和內(nèi)部表面124。如示例性實(shí)施方式所示，所述外部玻璃片110的內(nèi)部表面114和所述內(nèi)部玻璃片120的內(nèi)部表面124各自分別與所述聚合物中間層130接觸。在玻璃-玻璃層壓件結(jié)構(gòu)中,層壓件結(jié)構(gòu)100不包含聚合物中間層。

使用中，希望玻璃層壓件結(jié)構(gòu)能抗拒響應(yīng)外部沖擊事件的破裂。但是，響應(yīng)內(nèi)部沖擊事件如所述玻璃層壓件結(jié)構(gòu)被交通工具的乘坐者撞擊時，希望所述玻璃層壓件結(jié)構(gòu)將乘坐者保持在所述交通工具中，且耗散沖擊時的能量以最小化損傷。模擬發(fā)生于交通工具內(nèi)部沖擊事件的ECE R43人頭模型測試，是要求所述層疊窗格玻璃響應(yīng)特定的內(nèi)部沖擊而破裂的常規(guī)測試。

無意受限于理論，當(dāng)玻璃片/聚合物中間層/玻璃片層壓件的一板被沖擊時，被沖擊玻璃片的相對面以及相對玻璃片的外部表面都處于拉伸狀態(tài)中。玻璃片/聚合物中間層/玻璃片層壓件在雙軸負(fù)載下計(jì)算的應(yīng)力分布表明：負(fù)載率低時，被沖擊玻璃片的相對面的拉伸應(yīng)力量級可相當(dāng)于(或甚至稍微大于)相對玻璃片的外部表面所經(jīng)受的拉伸應(yīng)力量級。但是，當(dāng)負(fù)載率高時(這通常也是汽車中經(jīng)受的沖擊的特點(diǎn))，相對玻璃片的外部表面所經(jīng)受的拉伸應(yīng)力量級遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被沖擊玻璃片的相對面的拉伸應(yīng)力量級。如本文所公開，通過將混合玻璃層壓件結(jié)構(gòu)構(gòu)造成包括化學(xué)－強(qiáng)化的外部玻璃片和非化學(xué)－強(qiáng)化的內(nèi)部玻璃片，可同時優(yōu)化對于外部和內(nèi)部玻沖擊事件的抗沖性。

在一些實(shí)施方式中，合適的內(nèi)部玻璃片可為非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片如鈉鈣玻璃?？蛇x的，所述內(nèi)部玻璃片可進(jìn)行熱強(qiáng)化。在使用鈉鈣玻璃作為非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片的實(shí)施方式中，可使用常規(guī)的裝飾材料和方法(如玻璃料釉和絲網(wǎng)印刷)，這可簡化玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的制造工藝?？蓪⒂猩c鈣玻璃結(jié)合進(jìn)入混合玻璃層壓件結(jié)構(gòu)，從而獲得電磁譜中所需的透過率和/或衰減。

可以通過離子交換法來對合適的外部(或內(nèi)部)玻璃片進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化。在該方法中，通常將玻璃片在熔鹽浴中浸沒一段預(yù)定的時間，玻璃片表面上或者表面附近的離子與鹽浴的較大金屬離子發(fā)生交換。在一個實(shí)施方式中，所述熔融鹽浴的溫度為約410℃-480℃，預(yù)定的時間可為約2-約8小時。較大離子結(jié)合到玻璃中，在近表面區(qū)域產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，從而強(qiáng)化玻璃片。在玻璃的中心區(qū)域產(chǎn)生相應(yīng)的拉伸應(yīng)力，平衡了所述壓縮應(yīng)力。

如上所述，可使用玻璃片來形成玻璃層壓件結(jié)構(gòu)。如本文所限定，在一些實(shí)施方式中，混合玻璃層壓件結(jié)構(gòu)包含朝外的化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片，朝內(nèi)的非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片和在所述玻璃片之間形成的聚合物中間層。在其它實(shí)施方式中，混合玻璃層壓件結(jié)構(gòu)包括朝內(nèi)的化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片，朝外的非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片和在所述玻璃片之間形成的聚合物中間層。又在其它實(shí)施方式中,玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可包含具有中間的聚合物中間層的兩化學(xué)-強(qiáng)化玻璃片，或可包含不含中間的聚合物中間層的玻璃-玻璃層壓件結(jié)構(gòu)。所述聚合物中間層可包含整體式聚合物片、多層聚合物片或者聚合物復(fù)合片。聚合物中間層可以是，例如，塑化聚乙烯醇縮丁醛片。

玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可適于在建筑和汽車開口例如汽車窗格玻璃中提供光學(xué)透明的阻擋。玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可使用各種方法來形成。在一示例性實(shí)施方式中，組裝涉及敷設(shè)第一玻璃片，用聚合物中間層例如PVB片鋪在其上，敷設(shè)第二玻璃片，以及隨后裁剪超出玻璃片邊緣的過量PVB。粘結(jié)步驟可包括從界面處排出大部分的空氣，并使PVB與玻璃片部分粘合。通常在升高的溫度和壓力下實(shí)施的精磨步驟完成玻璃片中每一片與聚合物中間層的嚙合。在前述實(shí)施方式中，所述第一片可以是化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片以及第二片可以是非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片，反之亦然。

可施加熱塑性材料例如PVB作為預(yù)形成的聚合物中間層。在一些實(shí)施方式中,熱塑性層可具有至少0.125mm(例如,0.125,0.25,0.38,0.5,0.7,0.76,0.81,1,1.14,1.19或1.2mm)的厚度。熱塑性層的厚度可以為小于或等于1.6毫米(例如，0.4－1.2毫米,例如約0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1或1.2毫米)。熱塑性層可覆蓋大多數(shù)的或優(yōu)選地基本上全部的玻璃的兩個相對主要表面。它也可以覆蓋玻璃的邊緣面?？梢詫⑴c熱塑性層接觸的玻璃片加熱至高于熱塑性材料的軟化點(diǎn)，例如比軟化點(diǎn)高至少5℃或10℃，以促進(jìn)熱塑性材料與各個玻璃的結(jié)合?？梢栽诓Ａc熱塑性層在壓力下接觸時進(jìn)行加熱。

選定的市售聚合物中間層材料參加表1,其還提供用于每一產(chǎn)品樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和模量。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和模量數(shù)據(jù)從下述來測定：從供應(yīng)商可用的技術(shù)數(shù)據(jù)表，或者分別用于玻璃化轉(zhuǎn)變和模量數(shù)據(jù)的使用DSC200差示掃描量熱儀(日本精工儀器公司(Seiko Instruments Corp.))或通過ASTM D638方法。用于ISD樹脂的丙烯酸類/硅酮樹脂材料的詳細(xì)描述見美國專利第5,624,763號，吸聲改性的PVB樹脂的描述見日本專利第05138840號，其全文通過引用結(jié)合入本文。

表1.示例性聚合物中間層材料

可以在玻璃層壓件結(jié)構(gòu)(混合的或其它)中結(jié)合一層或多層聚合物中間層。多層中間層可以提供互補(bǔ)或不同的功能性，包括促進(jìn)粘附、控制吸聲、控制UV透射率,調(diào)色，染色和/或控制IR透射率。

聚合物中間層的彈性模量可為約1MPa-75MPa(例如,約1,2,5,10,15,20,25,50或75MPa)。在1Hz的負(fù)載速率下,標(biāo)準(zhǔn)PVB中間層的彈性模量可為約15MPa,且吸音級PVB中間層的彈性模量可為約2MPa。

所述玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的總厚度可為約1.0mm to 5mm,且外部和/或內(nèi)部化學(xué)-強(qiáng)化玻璃片具有1.4mm或更小的厚度(例如,0.5-1.4mm例如,例如,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1,1.1,1.2,1.3,或1.4mm)。此外,內(nèi)部和/或外部非化學(xué)-強(qiáng)化玻璃片可具有2.5mm或更小的厚度(例如,1-2mm例如,例如,1,1.5,2或2.5mm)或可具有2.5mm或更大的厚度。在一些實(shí)施方式中,玻璃層壓件結(jié)構(gòu)中玻璃片的總厚度可小于3.5mm(例如,小于3.5,3,2.5或2.3mm)。

在示例性層壓過程中,通常將中間層加熱到有效軟化中間層的溫度,其促進(jìn)中間層和玻璃片的各表面的貼合嚙合。對于PVB,層壓溫度可為約140℃。中間層材料中流動的聚合物鏈與玻璃表面形成化學(xué)鍵，進(jìn)而提高了粘附性。提升的溫度還加速了殘留空氣和/或水分從玻璃-聚合物界面擴(kuò)散出去。

施加壓力促進(jìn)了中間層材料的流動并抑制了氣泡的形成，否則水蒸汽壓力與界面處俘獲的空氣結(jié)合起來可能會導(dǎo)致氣泡的形成。為了抑制氣泡的形成，對高壓釜中的組件同時加熱加壓。

根據(jù)本文所述的一些實(shí)施方式的玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可提供有益的效果，包括噪聲衰減、降低紫外光和/或紅外光的透射率，和/或增加窗口的美觀性。包含在所揭示的玻璃層壓件結(jié)構(gòu)中的單片玻璃片以及所形成的層壓件可以用以下一個或多個特征進(jìn)行表征，包括組成、密度、厚度、表面形貌以及各種性質(zhì)，包括光學(xué)性質(zhì)、聲衰減性質(zhì)以及機(jī)械性質(zhì)如抗沖性。示例性混合玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可用作例如窗或者窗格玻璃，并且構(gòu)造成任意合適的尺寸和大小。在一些實(shí)施方式中,玻璃層壓件結(jié)構(gòu)獨(dú)立地從10cm變化到1m或更大(例如,0.1,0.2,0.5,1,2,或5m)的長度和寬度。獨(dú)立地，玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可具有大于0.1m²,例如,大于0.1,0.2,0.5,1,2,5,10,或25m²的面積。

玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可以是基本平坦的或者對于某些應(yīng)用是成形。例如,玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可形成為彎曲的或成形的零件，用于用作擋風(fēng)玻璃和其它汽車玻璃結(jié)構(gòu)(內(nèi)部或外部)，顯示器(內(nèi)部或外部)，建筑窗戶，覆蓋板等。成形玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可為簡單的或復(fù)雜的。在某些實(shí)施方式中，成形玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可以具有復(fù)雜曲率，其中，玻璃片在兩個獨(dú)立方向上具有不同的曲率半徑。從而此類成形玻璃片可以表征為具有“交叉曲率”，其中玻璃沿著平行于給定維度的軸彎曲，還沿著垂直于所述相同維度的軸彎曲。作為非限制性例子，通常測得的汽車天窗為約0.5m x 1.0m，沿短軸的曲率半徑為2-2.5m，沿長軸的曲率半徑為4-5m。

根據(jù)某些實(shí)施方式的成形的玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可以由彎曲因子定義，其中對于給定部件的彎曲因子等于沿給定軸的曲率半徑除以該軸的長度。因此，對于沿0.5m和1.0m的各軸的曲率半徑分別為2m和4m的非限制性示例汽車天窗，沿各軸的彎曲因子是4。成形的玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的彎曲因子范圍可以是2-8(例如，2、3、4、5、6、7或者8)。

一種示例性成形的玻璃層壓件結(jié)構(gòu)200見圖2。所述成形的層壓件200包括在該層壓件凸面形成的外部(化學(xué)－強(qiáng)化)玻璃片110，以及在該層壓件凹面上形成的內(nèi)部(非化學(xué)－強(qiáng)化)玻璃片120。但是，應(yīng)理解，非示例性實(shí)施方式的凸面可包括非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片，而相對的凹面可包括化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片。

圖3是本發(fā)明的其它實(shí)施方式的橫截面顯示。圖4是本發(fā)明的其它實(shí)施方式的透視圖。結(jié)合在之前段落中討論的圖3和4,示例性層壓件結(jié)構(gòu)10可包含化學(xué)強(qiáng)化玻璃的內(nèi)層16。這個內(nèi)層16可已經(jīng)進(jìn)行熱處理、離子交換和/或退火。外層12可為非化學(xué)強(qiáng)化玻璃片，例如常規(guī)鈉鈣玻璃,退火玻璃等。層壓件10還可包含在外玻璃層和內(nèi)玻璃層中間的聚合的中間層14。玻璃的內(nèi)層16可具有小于或等于1.0mm的厚度，并具有約250MPa-約900MPa的殘留表面CS水平，且DOL為20微米-60微米或更大。在一種實(shí)施方式中,中間層14可具有約0.8mm的厚度。示例性中間層14可包括但不限于聚乙烯醇縮丁醛或如本文所述的其它合適的聚合物材料。在其它實(shí)施方式中，外層和/或內(nèi)層12,16的表面中的任一種可進(jìn)行酸蝕刻，以改善對外部沖擊事件的耐久性。例如,在一種實(shí)施方式中,外層12的第一表面13可進(jìn)行酸蝕刻和/或內(nèi)層的另一表面17可進(jìn)行酸蝕刻。在另一種實(shí)施方式中,外層的第一表面15可進(jìn)行酸蝕刻和/或內(nèi)層的另一表面19可進(jìn)行酸蝕刻。這種實(shí)施方式因此可提供比常規(guī)層壓件結(jié)構(gòu)顯著更輕且符合規(guī)定的沖擊要求的層壓件構(gòu)造。外層和/或內(nèi)層12,16的示例性厚度可為以下厚度：從0.5mm到1.5mm到2.0mm或更大。當(dāng)然，本文所附權(quán)利要求不應(yīng)受限于此，因?yàn)橐恍?shí)施方式可包含單一玻璃片或不含聚合物中間層的玻璃-玻璃層壓件結(jié)構(gòu)。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中,薄的化學(xué)強(qiáng)化內(nèi)層16可具有約250MPa-900MPa的表面應(yīng)力，且厚度可為0.4-1.5mm。在該實(shí)施方式中,外部層12可為退火(非化學(xué)強(qiáng)化)玻璃，其具有約1.5mm-約3.0mm或更大厚度的。當(dāng)然，在各層壓件結(jié)構(gòu)10中，外層和內(nèi)層12,16的厚度可不同。示例性層壓件結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)選的實(shí)施方式可包含0.7mm化學(xué)強(qiáng)化玻璃的內(nèi)層,厚度為約0.76mm的聚乙烯醇縮丁醛層和2.1mm退火玻璃的外層。

玻璃組合物

適用于形成混合玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的可離子交換玻璃的非限制性例子是堿性鋁硅酸鹽玻璃或者堿性鋁硼硅酸鹽玻璃，但是也考慮其他玻璃組合物。本文所用的“可離子交換”是指玻璃能夠通過尺寸更大或更小的同價態(tài)陽離子交換位于玻璃表面處或附近的陽離子。一些示例性玻璃組合物包含SiO₂,B₂O₃和Na₂O,其中(SiO₂+B₂O₃)≥75摩爾％,和Na₂O≥9摩爾％。在其它實(shí)施方式中,玻璃片可包含至少7摩爾％氧化鋁Al₂O₃。在一些實(shí)施方式中,SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥86.5摩爾％。在其它實(shí)施方式中,合適的玻璃組合物可包含堿金屬和堿土金屬改性劑(例如,R₂O,RO)，其中R₂O–RO–Al₂O₃<約5摩爾％。又在其它實(shí)施方式中,SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥86.5摩爾％和R₂O–RO–Al₂O₃<約5摩爾％。在其它實(shí)施方式中,SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥約88摩爾％和/或R₂O–RO-Al₂O₃<約3摩爾％。在一些實(shí)施方式中,合適的玻璃組合物還包含下述中的至少一種：K₂O,MgO,Li₂O,ZnO,ZrO₂,Fe₂O₃,SnO₂,CaO及其組合。

適于形成玻璃或玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的其它示例性玻璃組合物包含不小于約70-80摩爾％SiO₂,約69-75摩爾％SiO₂,約70-80摩爾％SiO₂,約72-80摩爾％SiO₂,約74-80摩爾％SiO₂,或約76-80摩爾％SiO₂。玻璃組合物還可包含約6-12摩爾％Al₂O₃,約8-12摩爾％Al₂O₃,或約8-11摩爾％Al₂O₃。一些玻璃組合物可包含約2-10摩爾％B₂O₃,約4-10摩爾％B₂O₃,或約4-9摩爾％B₂O₃。其它玻璃組合物可包含約0-5摩爾％ZrO₂,約0-4摩爾％ZrO₂,或約0-2摩爾％ZrO₂。其它玻璃組合物可包含約0-5摩爾％P₂O₅,約0-2摩爾％P₂O₅,或約0-1摩爾％P₂O₅。一些玻璃組合物可包含約0-5摩爾％Li₂O,約0-2摩爾％Li₂O,或約0-1摩爾％Li₂O。其它玻璃組合物可包含約6-15摩爾％Na₂O,約7-14摩爾％Na₂O,或約7-12摩爾％Na₂O。其它玻璃組合物可包含約0-3摩爾％K₂O,約0.1-2.5摩爾％K₂O,或約0.1-2.2摩爾％K₂O。一些玻璃組合物可包含約0-5摩爾％MgO和/或ZnO,約0-4摩爾％MgO和/或ZnO,或約0-3摩爾％MgO和/或ZnO。其它玻璃組合物可包含約0-3摩爾％CaO,約0-2摩爾％CaO,或約0-1.5摩爾％CaO。一些玻璃組合物可包含約0-2摩爾％SnO₂,約0.1-1.5摩爾％SnO₂,或約0.1-0.5摩爾％SnO₂。實(shí)施方式還可包含其它改性劑，例如但不限于Fe₂O₃等。

適于形成玻璃或玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的一些示例性玻璃組合物可包含約0.5-6.0摩爾％的R₂O–RO-Al₂O₃,約0-5.0摩爾％的R₂O–RO-Al₂O₃,或小于約5摩爾％或小于約3摩爾％的R₂O–RO-Al₂O₃。適于形成玻璃或玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的其它示例性玻璃組合物可包含約84-92摩爾％的SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃,約85-91摩爾％的SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃,或大于或等于約86.5摩爾％或大于或等于約88摩爾％的SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃。適于形成玻璃或玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的一些示例性玻璃組合物可包含約0.5-1.2,約0.6-0.9,或約0.65-0.85的(R₂O+RO)/(P₂O₅+B₂O₃+Al₂O₃)。適于形成玻璃或玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的其它示例性玻璃組合物可包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥約86.5摩爾％或SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥約88摩爾％。其它玻璃組合物可包含R₂O–RO-Al₂O₃<約5摩爾％或R₂O–RO-Al₂O₃<約3摩爾％。其它玻璃組合物可包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥約86.5摩爾％和R₂O–RO-Al₂O₃<約5摩爾％或R₂O–RO-Al₂O₃<約3摩爾％。一些玻璃組合物可包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥約88摩爾％和R₂O–RO-Al₂O₃<約5摩爾％或R₂O–RO-Al₂O₃<約3摩爾％。一些示例性實(shí)施方式可離子交換到至少300MPa的壓縮應(yīng)力和至少15微米的DOL，且KST>約12N和H/E>約0.112。其它示例性實(shí)施方式,可離子交換到至少300MPa的CS和至少15微米的DOL，且KST>約16N和H/E>約0.116。

在一些實(shí)施方式中,合適的玻璃片可包含約69-80摩爾％SiO₂,約6-12摩爾％Al₂O₃,約2-10摩爾％B₂O₃,約0-5摩爾％ZrO₂,Li₂O,MgO,ZnO和P₂O₅,約6-15摩爾％Na₂O,約0-3摩爾％K₂O和CaO,和約0-2摩爾％SnO₂。在其它實(shí)施方式中,玻璃片還包含約72-80摩爾％SiO₂,約8-12摩爾％Al₂O₃,約4-10摩爾％B₂O₃,約0-4摩爾％ZrO₂,MgO,和ZnO,約0-2摩爾％Li₂O,CaO,和P₂O₅,約7-14摩爾％Na₂O,約0.1-2.5摩爾％K₂O,和約0.1-1.5摩爾％SnO₂。又在其它實(shí)施方式中,玻璃片還包含約74-80摩爾％SiO₂,約8-11摩爾％Al₂O₃,約4-9摩爾％B₂O₃,約0-2摩爾％ZrO₂,約0-3摩爾％MgO和ZnO,約0-1摩爾％Li₂O和P₂O₅,約7-12摩爾％Na₂O,約0.1-2.2摩爾％K₂O,約0-1.5摩爾％CaO,和約0.1-0.5摩爾％SnO₂。在一些實(shí)施方式中,(R₂O+RO)/(P₂O₅+B₂O₃+Al₂O₃)可為約0.5-1.2,約0.6-0.9,或約0.65-0.85。

其它示例性和優(yōu)選的玻璃組合物可設(shè)計(jì)成在可見光范圍上(約400nm-約800nm)具有高透明度(>75％)，且在725℃下具有<約10^9.9泊(Poise)的粘度，以實(shí)現(xiàn)使用常規(guī)設(shè)備來彎垂形成玻璃片。表2提供了用于一些玻璃材料的示例性元素組成和數(shù)據(jù)。

表2

圖5的圖表顯示上文表2所列一些示例性組合物的玻璃組成對彎曲溫度的影響。參考圖5,示例性玻璃組合物的最大單一成分可觀察為SiO₂,其形成玻璃的基質(zhì)，并可以>70摩爾％的濃度存在。在這種實(shí)施方式中,SiO₂可用作粘度增強(qiáng)劑，以輔助成形能力和賦予玻璃化學(xué)耐久性。已發(fā)現(xiàn)在70摩爾％以下或69摩爾％以下的SiO₂濃度，玻璃耐久性可受到損害。此外,小于本文所述范圍的SiO₂濃度可導(dǎo)致具有高堿金屬或堿土金屬氧化物濃度的玻璃中液相線溫度顯著升高，因此可阻止通過下拉法來制備玻璃。然而，SiO₂顯著升高熔融溫度；但是，示例性玻璃組合物的堿金屬氧化物含量可促進(jìn)熔融，軟化玻璃，實(shí)現(xiàn)離子交換，降低熔體電阻率，并可粉碎增加熱膨脹和降低耐久性的玻璃網(wǎng)絡(luò)。

堿土氧化物(本文中也稱作“堿土金屬氧化物”)也可為玻璃形成更陡峭的粘度曲線。用堿土金屬氧化物代替堿金屬氧化物通常會升高玻璃的退火點(diǎn)和應(yīng)變點(diǎn)，同時降低制造高質(zhì)量玻璃所需的熔融溫度。在一些示例性實(shí)施方式中，B₂O₃可用作助焊劑(flux)以使得玻璃軟化，使它們更容易熔融，和更容易成形。B₂O₃也可用于俘獲非橋聯(lián)氧原子(NBO)，由此將NBO轉(zhuǎn)化為橋聯(lián)氧原子,形成BO₄四面體，由此盡可能減少了弱的NBO的數(shù)量，從而增大了玻璃的韌度。B₂O₃還可降低玻璃的硬度,降低的硬度與較高的韌度相接合，減小了脆度，由此制得機(jī)械耐久性玻璃。

如表2所示，示例性組合物能在不破裂的情況下接受點(diǎn)接觸負(fù)載，例如來自維氏壓痕計(jì)的5N或更大的負(fù)載，且如通過環(huán)疊環(huán)測試所測定，能在接受來自Knoop壓痕計(jì)的最高達(dá)7N和最高達(dá)10N的代表性刮擦之后，保留80％或更大的初始強(qiáng)度。示例性實(shí)施方式還可進(jìn)行離子交換，以在典型的損壞暴露之后有效地保留改善的機(jī)械性能。在一些實(shí)施方式中,為了降低的制造成本，在480℃或更冷的離子交換浴中保持小于2小時之后，壓縮應(yīng)力的大小可為>550MPa且DOL>40微米。

使用本文所述的組合物，玻璃片還可耐受化學(xué)暴露，特別是暴露于酸或其它有毒的環(huán)境影響。圖6的圖表顯示在本文所述的范圍之內(nèi)的玻璃組合物對酸耐久性的影響。發(fā)現(xiàn)在模擬酸雨暴露，例如ASTM D7356所述的環(huán)境中，示例性組合物耐受降解。還發(fā)現(xiàn)所述的玻璃組合物可阻斷低于320nm的UV透射，以防止層壓件窗戶結(jié)構(gòu)中所用聚合物中間層的黃化，和防止玻璃板或?qū)訅捍皯艚Y(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)上塑料或其它材料的漂白。

表3提供了用于其它玻璃材料的其它示例性元素組成和數(shù)據(jù)。

表3

參考表3，表3中所述的玻璃在大于約1500℃的溫度下在鉑坩鍋中熔融，淬冷且隨后退火。制備具有約25x 25x 1mm或約50x 50x 1mm尺寸的玻璃片，然后使用KNO₃熔鹽浴在約410℃-約470℃的溫度下和在2小時-8小時的時間中進(jìn)行離子交換。耐刮擦性使用Knoop金剛石壓痕計(jì)來評估。通過下述來測定刮擦閾值：確定用于橫向破裂開始的負(fù)載范圍，然后以4mm/s的速度產(chǎn)生一系列增加的恒定負(fù)載5mm長的刮擦(3或更多/負(fù)載)，以確定Knoop刮擦閾值(KST)。橫向裂紋可定義為大于兩倍凹槽寬度的持續(xù)裂紋。

圖7的圖表顯示用于一些實(shí)施方式的KST和過量堿金屬和堿土金屬改性劑的函數(shù)。如圖7所示，且參考表3,KST隨著過量堿金屬和堿土金屬改性劑(例如,R₂O,RO)的降低而增加，且玻璃接近電荷平衡?？捎^察到在玻璃1到玻璃19之間，軌跡遵循步態(tài)(walk)，其中隨著從玻璃1(高度改性)到玻璃19(幾乎電荷平衡)的轉(zhuǎn)變，KST增加。

圖8的圖表顯示用于一些實(shí)施方式的環(huán)疊環(huán)失效負(fù)載和刮擦負(fù)載。在不同負(fù)載下使用Knoop壓痕計(jì)在玻璃上施加刮擦，且隨后使用環(huán)疊環(huán)(ROR)進(jìn)行測試，作為測量在通過刮擦損壞之后的保留強(qiáng)度的方式。退火玻璃17和玻璃19在KNO₃鹽浴中于470℃下離子交換2小時。玻璃A(2318)和玻璃B(4318)使用標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)行離子交換，并用于比較。如圖8所示，可觀察到ROR失效負(fù)載(load to failure)作為刮擦負(fù)載的函數(shù)。例如，與玻璃A和玻璃B相比時，玻璃17和玻璃19顯示顯著更高的對刮擦的容忍，甚至當(dāng)在高達(dá)25N的負(fù)載下進(jìn)行刮擦?xí)r仍保留高于80％的強(qiáng)度。圖8的插圖顯示具有刮擦作為失效來源的部分的百分比。

圖9的圖表顯示KST作為硬度和模量比例(H/E)的函數(shù)。將使用維氏(Vickers)壓痕計(jì)的納米擠壓用于測量圖9和表3中所確定的不同玻璃的模量和硬度。參考圖9和表3，可觀察到KST的增加與增加的H/E對應(yīng)。此外，可觀察到與玻璃A,玻璃C(3318),玻璃D(2320),和玻璃E(2317)相比，具有SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥約86.5摩爾％或≥約88摩爾％和/或R₂O–RO-Al₂O₃<約5摩爾％或<約3摩爾％的示例性實(shí)施方式呈現(xiàn)更高的KST和更優(yōu)異的H/E。

此外，SiO₂可用作粘度增強(qiáng)劑來輔助成形能力和賦予玻璃化學(xué)耐久性，且可升高熔融溫度；但是，示例性玻璃組合物的堿金屬氧化物含量可促進(jìn)熔融，軟化玻璃，實(shí)現(xiàn)離子交換，降低熔體電阻率，并可粉碎增加熱膨脹和降低耐久性的玻璃網(wǎng)絡(luò)。在示例性實(shí)施方式中，B₂O₃可用作助焊劑以軟化玻璃，使它們更容易熔融，和更容易成形。B₂O₃還可用于清除非橋接氧原子(NBO)，由此通過形成如上所述的BO₄四面體，將NBO轉(zhuǎn)化成橋接氧原子，并降低玻璃的硬度，這當(dāng)與更高的韌度結(jié)合時降低玻璃的脆性，由此得到機(jī)械耐久的玻璃。

在一些實(shí)施方式中，所述化學(xué)－強(qiáng)化玻璃和非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃配料中還可包含0-2摩爾％的選自下組的至少一種澄清劑：Na₂SO₄,NaCl,NaF,NaBr,K₂SO₄,KCl,KF,KBr,和SnO₂。

在一示例性實(shí)施方式中，化學(xué)－強(qiáng)化玻璃中的鈉離子可以被熔鹽浴中的鉀離子替換，但是具有較大原子半徑的其他堿金屬離子(例如銣或銫)也可以替換玻璃中的較小的堿金屬離子。根據(jù)具體實(shí)施方式中，玻璃中較小的堿金屬離子可被Ag+置換。類似的，其它的堿金屬鹽，例如但不限于硫酸鹽、鹵化物等，可以用于所述離子交換過程。

在玻璃網(wǎng)絡(luò)可松弛的溫度下用較大的離子置換較小的離子，穿過玻璃的表面產(chǎn)生離子分布，其產(chǎn)生應(yīng)力曲線。進(jìn)入的離子的較大的體積在表面上產(chǎn)生壓縮應(yīng)力(CS)，在玻璃中心產(chǎn)生張力(中心張力，或者CT)。壓縮應(yīng)力與中心張力的簡化近似關(guān)系可如下式所示:

其中t是玻璃板的總厚度，DOL是交換深度，也稱為層深度。

根據(jù)多種實(shí)施方式，混合玻璃層壓件結(jié)構(gòu)包括離子交換的玻璃，該結(jié)構(gòu)具有多種所需的性能，包括重量低、抗沖性高和改善的聲音衰減。

在一個實(shí)施方式中，化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片的表面壓縮應(yīng)力可以為至少300MPa，例如至少400,450,500,550,600,650,700,750或者800MPa，層深度至少約為20μm(例如，至少約為20、25、30、35、40、45或者50μm)和/或大于40MPa(例如，大于40、45或者50MPa)且小于100MPa(例如，小于100、95、90、85、80、75、70、65、60或者55MPa)的中心張力。

化學(xué)-強(qiáng)化玻璃片的彈性模量可為約60GPa-85GPa(例如,60,65,70,75,80或85GPa)。玻璃片和聚合物中間層的彈性模量可同時影響所得玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能(例如，撓曲和強(qiáng)度)以及吸音性能(例如，傳輸損耗)。

方法

示例性形成玻璃片的方法包含熔合拉制法和狹縫拉制法，其分別是下拉法以及浮法的示例。這些方法可同時用于形成化學(xué)－強(qiáng)化和非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片。所述熔合拉制法使用拉制容器，該拉制容器包含溝槽，用來接受熔融的玻璃原料。溝槽沿著溝槽的長度，在溝槽兩側(cè)具有頂部開放的堰。當(dāng)熔融材料充滿溝槽時，熔融玻璃從堰上溢流。在重力的作用下，熔融玻璃從拉制容器的外表面流下。這些外表面向下和向內(nèi)延伸，使得它們在拉制容器下方的邊緣處結(jié)合。兩個流動的玻璃表面在該邊緣處結(jié)合，從而熔合和形成單一流動的片。所述熔合下拉法的優(yōu)點(diǎn)在于,由于從溝槽溢流的兩塊玻璃膜會熔合在一起，因此制得的玻璃片的任一外表面都沒有與設(shè)備的任意部件相接觸。因此,熔合拉制的玻璃片的表面性質(zhì)不受這種接觸的影響。

因此，示例性玻璃層可通過熔合拉制來制備，如上文概括描述，和如美國專利號7,666,511,4,483,700和5,674,790所述，以上各文的全部內(nèi)容通過引用納入本文，然后化學(xué)強(qiáng)化這種拉制的玻璃。示例化學(xué)強(qiáng)化性玻璃層因此可具有深的CS的DOL，并可成形高撓曲強(qiáng)度、耐刮擦性和抗沖擊性。示例性實(shí)施方式還可包含酸蝕刻的表面以通過減少在這些表面上的瑕疵的尺寸和嚴(yán)重性，來增加抗沖擊性和增加這種表面的強(qiáng)度。如果在蝕刻之后立刻進(jìn)行層壓，可在結(jié)合到中間層的表面上保持蝕刻或閃耀(flaring)的強(qiáng)化益處。如上所述，示例性實(shí)施方式可包含玻璃-玻璃層壓件結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)和用于形成結(jié)構(gòu)的方法如共同擁有的美國專利號8,007,913、美國專利申請公開號2013/0015180、美國專利申請公開號2013/0312459和WO14/018838所述，以上各文的全部內(nèi)容通過引用納入本文。

狹縫拉制法與熔合拉制法不同。在此方法中，將熔融的原料玻璃提供給拉制容器。拉制容器的底部具有開放狹縫，所述開放狹縫具有沿著狹縫的長度延伸的噴嘴。熔融的玻璃流過所述狹縫/噴嘴，以連續(xù)的片材的形式通過該狹縫/噴嘴下拉，并進(jìn)入退火區(qū)。狹縫拉制法可以提供比熔合拉制法更薄的玻璃片，因?yàn)橥ㄟ^狹縫僅僅拉制了單片，而不是將兩片熔合在一起。

下拉法制備的玻璃片具有均勻厚度，其具有較純凈的表面。因?yàn)椴ＡП砻娴膹?qiáng)度受到表面瑕疵的量和尺寸的控制,因此接觸程度最小的完好表面具有較高的初始強(qiáng)度。當(dāng)隨后對所述高強(qiáng)度玻璃進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化的時候，所得的的強(qiáng)度可高于已經(jīng)進(jìn)行過磨光和拋光的表面。可以將下拉法制造的玻璃拉至厚度約小于2毫米。另外，因?yàn)橄吕úＡЬ哂蟹浅Ｆ教构饣谋砻妫梢圆唤?jīng)高成本的研磨和拋光就用于最終應(yīng)用。

在浮法玻璃方法中,玻璃片可具有光滑表面和均勻厚度，其通過在熔融的金屬通常是錫的床上浮起熔融的玻璃來制備。在一個示例性過程中，將熔融玻璃進(jìn)料到熔融錫床表面上，形成浮動帶。當(dāng)玻璃帶沿著錫浴流動時，溫度逐漸降低直到可將固體玻璃片從錫抬舉到輥上。一旦離開浴，可進(jìn)一步冷卻和退火玻璃片來降低內(nèi)部應(yīng)力。

一些實(shí)施方式提供包含外部玻璃片和內(nèi)部玻璃片的玻璃層壓件結(jié)構(gòu)，其中所述玻璃片中的一種或兩種包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥86.5摩爾％和R₂O–RO–Al₂O₃<約5摩爾％。在其它實(shí)施方式中,所述玻璃片中的一種或兩種包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥約88摩爾％。在其它實(shí)施方式中,所述玻璃片中的一種或兩種包含R₂O–RO–Al₂O₃<約3摩爾％。一些非限制性實(shí)施方式可包含外部玻璃片，所述外部玻璃片是化學(xué)強(qiáng)化玻璃片并包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥86.5摩爾％和R₂O–RO–Al₂O₃<約5摩爾％,且其中內(nèi)部玻璃片包含選自下組的材料：鈉鈣玻璃和退火玻璃。其它實(shí)施方式可包含內(nèi)部玻璃片，所述內(nèi)部玻璃片是化學(xué)強(qiáng)化玻璃片并包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥86.5摩爾％和R₂O–RO–Al₂O₃<約5摩爾％,且其中外部玻璃片包含選自下組的材料：鈉鈣玻璃和退火玻璃。在其它實(shí)施方式中,所述玻璃片中的一種或兩種還包含約69-80摩爾％SiO₂,約6-12摩爾％Al₂O₃,約2-10摩爾％B₂O₃,約0-5摩爾％ZrO₂,Li₂O,MgO,ZnO和P₂O₅,約6-15摩爾％Na₂O,約0-3摩爾％K₂O和CaO,和約0-2摩爾％SnO₂。在一些實(shí)施方式中,所述玻璃片中的一種或兩種還包含約72-80摩爾％SiO₂,約8-12摩爾％Al₂O₃,約4-10摩爾％B₂O₃,約0-4摩爾％ZrO₂,MgO,和ZnO,約0-2摩爾％Li₂O,CaO,和P₂O₅,約7-14摩爾％Na₂O,約0.1-2.5摩爾％K₂O,和約0.1-1.5摩爾％SnO₂。又在其它實(shí)施方式中,所述玻璃片中的一種或兩種還包含約74-80摩爾％SiO₂,約8-11摩爾％Al₂O₃,約4-9摩爾％B₂O₃,約0-2摩爾％ZrO₂,約0-3摩爾％MgO和ZnO,約0-1摩爾％Li₂O和P₂O₅,約7-12摩爾％Na₂O,約0.1-2.2摩爾％K₂O,約0-1.5摩爾％CaO,和約0.1-0.5摩爾％SnO₂。在一些實(shí)施方式中,(R₂O+RO)/(P₂O₅+B₂O₃+Al₂O₃)可為約0.5-1.2,約0.6-0.9,或約0.65-0.85。在其它實(shí)施方式中,所述玻璃片中的一種或兩種可離子交換到至少約300MPa的壓縮應(yīng)力和至少約15微米的壓縮應(yīng)力層深度，且具有>約12N或>約16N的Knoop刮擦閾值和>約0.112或>約0.116的硬度和模量比例。用于內(nèi)部玻璃片的示例性厚度可為約0.3mm-約1.5mm，用于外部玻璃片的示例性厚度可為約1.5mm-約3.0mm,或反之亦然。在其它實(shí)施方式中,所述結(jié)構(gòu)可包含在外部和內(nèi)部玻璃片中間的聚合物中間層,其中聚合物中間層包含單一聚合物片材、多層聚合物片材或復(fù)合聚合物片材。這種合適的層壓件結(jié)構(gòu)可用于例如汽車側(cè)面窗戶、汽車天窗、汽車擋風(fēng)玻璃、建筑窗戶和顯示器等等。

其它實(shí)施方式可包含玻璃片，所述玻璃片包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥86.5摩爾％和R₂O–RO–Al₂O₃<約5摩爾％。一些實(shí)施方式可還包含SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃≥約88摩爾％和/或R₂O–RO–Al₂O₃<約3摩爾％。在其它實(shí)施方式中,玻璃片還包含約69-80摩爾％SiO₂,約6-12摩爾％Al₂O_3,約2-10摩爾％B₂O₃,約0-5摩爾％ZrO₂,Li₂O,MgO,ZnO和P₂O₅,約6-15摩爾％Na₂O,約0-3摩爾％K₂O和CaO,和約0-2摩爾％SnO₂。在一些實(shí)施方式中,玻璃片還包含約72-80摩爾％SiO₂,約8-12摩爾％Al₂O₃,約4-10摩爾％B₂O₃,約0-4摩爾％ZrO₂,MgO,和ZnO,約0-2摩爾％Li₂O,CaO,和P₂O₅,約7-14摩爾％Na₂O,約0.1-2.5摩爾％K₂O,和約0.1-1.5摩爾％SnO₂。又在其它實(shí)施方式中,玻璃片還包含約74-80摩爾％SiO₂,約8-11摩爾％Al₂O₃,約4-9摩爾％B₂O₃,約0-2摩爾％ZrO₂,約0-3摩爾％MgO和ZnO,約0-1摩爾％Li₂O和P₂O₅,約7-12摩爾％Na₂O,約0.1-2.2摩爾％K₂O,約0-1.5摩爾％CaO,和約0.1-0.5摩爾％SnO₂。在一些實(shí)施方式中,(R₂O+RO)/(P₂O₅+B₂O₃+Al₂O₃)可為約0.5-1.2,約0.6-0.9,或約0.65-0.85。在其它實(shí)施方式中,所述玻璃片可離子交換到至少約300MPa的壓縮應(yīng)力和至少約15微米的壓縮應(yīng)力層深度，且具有>約12N或>約16N的Knoop刮擦閾值和>約0.112或>約0.116的硬度和模量比例。用于玻璃片的示例性厚度可為約0.3mm-約1.5mm。使用這種示例性玻璃片的這種合適的結(jié)構(gòu)包括但不限于汽車側(cè)面窗戶、汽車天窗、汽車擋風(fēng)玻璃、建筑窗戶和顯示器等等。

申請人表明本文所述的玻璃結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的耐久性、抗沖性、韌度以及刮擦和環(huán)境耐受性。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣，玻璃片或?qū)訅杭膹?qiáng)度和抗機(jī)械沖擊性能可受到玻璃中的缺陷(包括兩個表面和內(nèi)部的缺陷)的限制。當(dāng)玻璃層壓件結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊時，沖擊點(diǎn)受到壓縮，同時沖擊點(diǎn)周圍的環(huán)或者“環(huán)帶”以及受到?jīng)_擊的玻璃片的相對表面處于拉伸狀態(tài)中。通常，從瑕疵處開始發(fā)生破壞，這常常位于玻璃表面上的最高張力點(diǎn)或者最高張力點(diǎn)附近。這可能發(fā)生在相對表面上，但是也可能發(fā)生在環(huán)內(nèi)。如果在沖擊事件中，使玻璃中的瑕疵處于張力中，瑕疵將很可能擴(kuò)展，且玻璃通常將破碎。因此，高的壓縮應(yīng)力的大小和深度(層深度)是優(yōu)選的。

因?yàn)榛瘜W(xué)強(qiáng)化作用，公開的混合玻璃層壓件結(jié)構(gòu)中使用的化學(xué)－強(qiáng)化玻璃片表面中的一個或兩個處于壓縮狀態(tài)。在靠近玻璃表面的區(qū)域結(jié)合壓縮應(yīng)力，可抑制玻璃片的裂紋擴(kuò)展和失效。要使瑕疵擴(kuò)展并且發(fā)生失效，來自沖擊的拉伸應(yīng)力必須大于在瑕疵尖端的表面壓縮應(yīng)力。在一些實(shí)施方式中,與非化學(xué)-強(qiáng)化玻璃的情況相比，化學(xué)-強(qiáng)化玻璃片的高壓縮應(yīng)力和高層深度實(shí)現(xiàn)使用更薄的玻璃。

在混合玻璃層壓件結(jié)構(gòu)的情況下，所述層疊結(jié)構(gòu)在響應(yīng)機(jī)械沖擊時，與更厚的整體式非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃，或者更厚的非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃層壓件結(jié)構(gòu)相比，可撓曲而不發(fā)生破碎。這種增加的撓曲實(shí)現(xiàn)將更多的能量轉(zhuǎn)移到層壓件中間層，這可減少到達(dá)玻璃相對側(cè)面的能量。因此，與具有類似厚度的整體式非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃或者非化學(xué)－強(qiáng)化玻璃層壓件結(jié)構(gòu)相比，本文所公開的混合玻璃層壓件結(jié)構(gòu)可以經(jīng)受更高的沖擊能量。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，除了它們的機(jī)械性能以外，層疊結(jié)構(gòu)可用于削弱聲波。本文所揭示的混合玻璃層壓件結(jié)構(gòu)雖然使用較薄(且較輕)的結(jié)構(gòu)，但可以顯著地降低聲波傳輸，所述更薄(且更輕)的結(jié)構(gòu)還可以擁有許多窗格玻璃應(yīng)用所必需的機(jī)械性質(zhì)。

層壓件和窗格玻璃的吸聲性能通常受到窗格玻璃結(jié)構(gòu)的撓曲振動的影響。雖然無意受限于理論，但人類聲音響應(yīng)峰值通常為500Hz-5000Hz,這對應(yīng)于空氣中約0.1-1m的波長和玻璃中1-10m的波長。對于小于0.01m(<10mm)厚的窗格玻璃結(jié)構(gòu)而言，通常通過將振動和聲波耦合到窗格玻璃的撓曲振動來進(jìn)行傳輸。層壓的窗格玻璃結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)成將來自窗格玻璃撓曲模式的能量轉(zhuǎn)化成聚合物中間層之內(nèi)的剪切應(yīng)變。在使用更薄的玻璃片的玻璃層壓件結(jié)構(gòu)中，更薄玻璃的更大的柔順性實(shí)現(xiàn)更大的振動幅度，這進(jìn)而可在中間層上賦予更大的剪切應(yīng)變。大多數(shù)粘彈聚合物中間層材料的低剪切阻力意味著中間層將通過高剪切應(yīng)變來促進(jìn)消音，所述剪切應(yīng)變在分子鏈滑動和松弛的影響下將轉(zhuǎn)化成熱量。

除了玻璃層壓件結(jié)構(gòu)厚度以外，構(gòu)成層壓件的玻璃片的性質(zhì)也可影響聲音衰減性質(zhì)。例如，與化學(xué)-強(qiáng)化玻璃片和非化學(xué)-強(qiáng)化玻璃片之間類似，在玻璃-聚合物中間層界面處可存在較小但重要的差異，其貢獻(xiàn)于聚合物層中更高的剪切應(yīng)變。同樣地，除了它們的明顯組成不同之外，鋁硅酸鹽玻璃和鈉鈣玻璃具有不同的物理和機(jī)械性質(zhì)，包括模量、泊松比、密度等，這可能導(dǎo)致不同的聲響應(yīng)。

本文所述的實(shí)施方式的其它優(yōu)勢包括層壓件結(jié)構(gòu)或玻璃片，其因?yàn)楦叩腃S和/或固有的耐損壞性而具有增強(qiáng)的接觸損壞性能、相對于現(xiàn)有層壓件結(jié)構(gòu)改善的抗沖性、相對于浮法玻璃改善的光學(xué)性質(zhì)、因?yàn)楦叩哪推扑樾远哂懈纳频姆辣I安全性以及改善的耐久性(特別是對酸雨而言)。本文所述的實(shí)施方式的其它優(yōu)勢包括層壓件結(jié)構(gòu)或玻璃片，且可降低車重、改善燃油效率、降低CO₂排放并改善交通工具加工。因?yàn)橹亓肯陆?，這種結(jié)構(gòu)還可提供潛在地更大的窗戶，以及通過消除熱強(qiáng)化步驟提供潛在的制造產(chǎn)率改善。相對于厚的整體玻璃，實(shí)施方式還可包括上述優(yōu)勢，且因?yàn)槎鄬咏Y(jié)構(gòu)還可提供改善的聲音性能、更低的熱負(fù)載(這取決于中間層材料的選擇)，以及通過消除熱回火步驟進(jìn)一步的產(chǎn)率提高。

雖然本說明書可包括許多細(xì)節(jié)，但這些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成其范圍的限制，相反這些特征的描述可對于特定實(shí)施方式而所特有的。在本說明書的單獨(dú)的實(shí)施方式中描述的某些特征也可以組合起來在單個實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)。反之，在單一實(shí)施方式的內(nèi)容中描述的各種特征也可以在多個實(shí)施方式中獨(dú)立地或者以任何適當(dāng)次級組合的形式實(shí)現(xiàn)。而且，雖然上述特征被描述成以某些組合的形式起作用，而且甚至最初也是這樣要求權(quán)利的，但所要求權(quán)利的組合中的一種或多種特征在一些情況下可以從該組合中去除，所要求權(quán)利的組合可以針對次級組合或者次級組合的變化。

類似地，雖然在附圖中以特定的順序顯示操作，但這不應(yīng)理解為要求這些操作按照所示的特定順序或按照先后順序來實(shí)施，或者實(shí)施所有所示的操作來獲得所需的結(jié)果。在一些實(shí)施方式中，多任務(wù)和平行的加工可為優(yōu)選的。

在此，范圍可以表示為從“約”一個具體值和/或到“約”另一個具體值的范圍。當(dāng)表述這種范圍時，例子包括自某一具體值始和/或至另一具體值止。類似地，當(dāng)使用先行詞“約”表示數(shù)值為近似值時，應(yīng)理解，具體數(shù)值構(gòu)成另一個方面。還應(yīng)理解的是，每個范圍的端點(diǎn)值在與另一個端點(diǎn)值有關(guān)和與另一個端點(diǎn)值無關(guān)時，都是有意義的。

還要注意本文關(guān)于將本發(fā)明的部件“構(gòu)造成”或“使其適于”以特定的方式起作用的描述。就方面而言,對這樣一個部件進(jìn)行“構(gòu)造”或“使其適于”是為了具體表現(xiàn)特定的性質(zhì)，或者以特定的方式起作用,其這樣的描述是結(jié)構(gòu)性的描述，而不是對預(yù)定期應(yīng)用的描述。更具體來說，本文所述的將部件“構(gòu)造成”或“使其適于”的方式表示該部件現(xiàn)有的物理?xiàng)l件，因此可以將其看作該部件的結(jié)構(gòu)特征的限定性描述。

如通過附圖中所示的各種構(gòu)造和實(shí)施方式所示，描述了各種玻璃層壓件結(jié)構(gòu)和用于其的組合物。

雖然已描述了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但應(yīng)理解所述的實(shí)施方式只是說明性的，本發(fā)明的范圍僅僅由所附權(quán)利要求來限定，當(dāng)給予全范圍的等同體時，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員自然地可進(jìn)行許多修改和變化。