Многослойное стекло — это тип безопасного стекла, состоящего из двух или более слоев стекла с одной или несколькими тонкими полимерными прослойками между ними, которые не дают стеклу разбиться на крупные острые осколки. [1] При разрушении образуется характерный рисунок трещин в виде «паутины» (радиальные и концентрические трещины), когда удар недостаточен для полного прокалывания стекла. [2]
Ламинированное стекло используется в архитектуре , остеклении , автомобильной безопасности , фотоэлектрических элементах , защите от ультрафиолетового излучения и художественном выражении. [1] Наиболее распространенное применение ламинированного стекла — автомобильные лобовые стекла и остекление световых люков. В географических районах, требующих строительства, устойчивого к ураганам, ламинированное стекло часто используется в наружных витринах, навесных стенах и окнах . Ламинированное стекло также используется для повышения звукоизоляции окна, поскольку оно значительно улучшает затухание звука по сравнению с монолитными стеклянными панелями той же толщины.
Промежуточный слой обычно состоит из поливинилбутираля (ПВБ), этиленвинилацетата (ЭВА), ионопластовых полимеров, жидкой смолы, отлитой на месте (CIP), или термопластичного полиуретана (ТПУ). [1] Дополнительным свойством ламинированного стекла для окон является то, что адекватный промежуточный слой ТПУ, ПВБ или ЭВА может блокировать почти все ультрафиолетовое излучение. Термореактивный ЭВА, например, может блокировать до 99,9% всех УФ-лучей. [3] Термореактивный ЭВА обеспечивает полное связывание ( сшивание ) с материалом, будь то стекло, поликарбонат (ПК) или другие типы продуктов. Для звукоизоляции, если используется ЭВА или ТПУ, не требуется никакого дополнительного акустического материала; [4] [5] если используется ПВБ, используется специальный акустический состав ПВБ.
В 1902 году французская корпорация Le Carbone получила патент на покрытие стеклянных предметов целлулоидом , чтобы сделать их менее подверженными растрескиванию и разрушению. [6]
Многослойное стекло было изобретено в 1903 году французским химиком Эдуардом Бенедиктусом (1878–1930), вдохновленным лабораторным несчастным случаем: стеклянная колба покрылась слоем пластикового нитрата целлюлозы , и при падении разбилась, но не разбилась на куски. [7] В 1909 году Бенедиктус подал заявку на патент, услышав об автомобильной аварии, в которой две женщины получили серьезные травмы от осколков стекла. [8] [9] В 1911 году он основал Société du Verre Triplex , которая изготавливала стеклопластиковый композит для снижения травматизма в автомобильных авариях . [10] Производство стекла Triplex было медленным и кропотливым, поэтому оно было дорогим; оно не было сразу широко принято производителями автомобилей , но многослойное стекло широко использовалось в окулярах противогазов во время Первой мировой войны . В 1912 году лицензия на этот процесс была выдана английской компании Triplex Safety Glass Company. Впоследствии в Соединенных Штатах стекло триплекс производили компании Libbey-Owens-Ford и Du Pont с Pittsburgh Plate Glass . [11]
Тем временем, в 1905 году Джон Крю Вуд, адвокат из Суиндона, Уилтшир, Англия, запатентовал ламинированное стекло для использования в лобовых стеклах. Слои стекла были связаны вместе канадским бальзамом . [12] В 1906 году он основал компанию Safety Motor Screen Company для производства и продажи своей продукции. [13]
В 1927 году канадские химики Говард В. Матесон и Фредерик В. Скирроу изобрели пластиковый поливинилбутираль (ПВБ). [14] К 1936 году компании США обнаружили, что ламинированное «безопасное стекло», состоящее из слоя ПВБ между двумя слоями стекла, не обесцвечивается и не пробивает себя при авариях. В течение пяти лет новое безопасное стекло в значительной степени заменило своего предшественника. [15] [16]
В Законе о дорожном движении 1930 года британский парламент потребовал, чтобы новые автомобили имели ветровые стекла из безопасного стекла [17] , но не требовал использования ламинированного стекла.
К 1939 году 600 000 квадратных футов (56 000 м 2 ) безопасного стекла, произведенного британской компанией Indestructo Glass, Ltd. из Лондона [18], ежегодно использовалось в автомобилях, производимых на заводах Ford Motor Company в Дагенхэме, Англия . [18] Безопасное стекло «Indestructo» было выбрано потому, что «оно обеспечивает наиболее полную защиту. Помимо того, что оно небьющееся, оно кристально чистое и не подвержено изменению цвета». [18] Эта цитата намекает на проблемы, которые ранее препятствовали более широкому использованию ламинированного стекла.
Типичный ламинированный состав — это стекло толщиной 2,5 мм, промежуточный слой толщиной 0,38 мм и стекло толщиной 2,5 мм. Это дает конечный продукт, который называется ламинированным стеклом толщиной 5,38 мм (0,212 дюйма). [19]
Прочность можно повысить с помощью нескольких ламинатов и более толстого стекла. Пуленепробиваемое стекло , тип ламинированного стекла, обычно изготавливается с использованием поликарбоната , термопластичных материалов , термореактивного ЭВА и слоев ламинированного стекла. [20] В автомобилях ламинированная стеклянная панель имеет толщину около 6,5 мм (0,26 дюйма), в то время как самолетное стекло в три раза толще. [21] В авиалайнерах на передних и боковых окнах кабины часто имеется три слоя закаленного стекла толщиной 4 мм с PVB толщиной 2,6 мм между ними. [ необходима цитата ] Это один из составов, используемых для боковых окон кабины Boeing 747. [ необходима цитата ] Ветровые стекла переднего давления Aérospatiale /BAC Concorde имели 7 слоев, 4 стекла и 3 PVB общей толщиной 38 мм (1,5 дюйма). [ необходима цитата ] Для увеличения звукоизоляции через многослойное стекло при экстремальных уровнях шума более эффективно использовать сочетание толщины стекла 3 мм, 4 мм, 5 мм и 6 мм. [22]
Современное ламинированное стекло изготавливается путем склеивания двух или более слоев обычного отожженного или закаленного стекла вместе с пластиковой прослойкой, обычно поливинилбутиралем (ПВБ), термопластичным полиуретаном (ТПУ) или этиленвинилацетатом (сшитый ЭВА). Прослойка предназначена для улучшения механических свойств, таких как ударная вязкость, вязкость разрушения и виды отказов. [1] Пластиковая прослойка зажата стеклом, которое затем пропускается через ряд роликов или систем вакуумного мешкообразования для удаления любых воздушных карманов. Затем сборка нагревается для первоначального расплава, а затем сборка снова нагревается под давлением в автоклаве (печи) для получения конечного склеенного продукта (полностью сшитого в случае термореактивного ЭВА). Тонировка в верхней части некоторых автомобильных ветровых стекол находится в ПВБ. Чтобы получить цветное стекло , цветные пленки ПК можно комбинировать с термореактивным материалом ЭВА во время процесса ламинирования .
Цифровая печать теперь доступна для архитектурных приложений путем печати непосредственно на стекле с последующим ламинированием или печати непосредственно на ПВБ, как в случае с запатентованным процессом Dupont SentryGlas Expressions. [ необходима цитата ] Полные изображения CMYK могут быть напечатаны на промежуточном слое до процесса автоклавирования и представлять яркие полупрозрачные изображения. Этот процесс стал популярным в архитектуре, дизайне интерьера и производстве вывесок. [ необходима цитата ]
После того, как термореактивный EVA правильно ламинирован, стекло может быть представлено без рамы. Не должно быть никакой инфильтрации воды/влаги, очень небольшого обесцвечивания и никакого расслоения из-за высокого уровня связи (сшивания). [5] Новейшие разработки расширили семейство термопластов для ламинирования стекла. Помимо PVB, другими важными термопластичными материалами для ламинирования стекла сегодня являются этиленвинилацетат (EVA), [23] термореактивный EVA, [24] и термопластичный полиуретан (TPU). [25] Адгезия TPU не только к стеклу, но и к полимерным прослойкам высокая.
Ламинированное стекло также иногда используется в стеклянных скульптурах и широко используется в архитектурных приложениях. Кроме того, ламинированное стекло применяется в изготовлении пуленепробиваемого стекла , стекла с защитой от проникновения, лестниц, крыш, полов, навесов и балок. [26]
С 2004 года металлизированные и электропроводящие полиэтилентерефталатные (ПЭТ) прослойки используются в качестве подложки для светодиодов (LED) и ламинируются на стекло или между стеклом. Цветные прослойки могут быть добавлены для обеспечения постоянного прозрачного цвета для ламинированной стеклянной панели. Также может быть добавлен переключаемый прослойка для создания панели, которая может быть прозрачной, когда через прослойку проходит небольшой электрический ток, и непрозрачной, когда ток выключен.
Для светодиодного стекла слои следующие:
Для ламинированного стекла прочность после разрушения и безопасность являются наиболее важными при анализе его характеристик. [27] Взаимодействие между стеклом и его промежуточным слоем определяет разрушение панелей. [27] При испытании характеристик ламинированного стекла панель подвергается ударной нагрузке и изгибу, при этом материал промежуточного слоя передает напряжение сдвига стеклу. [26] Жесткость промежуточного слоя будет определять общую жесткость изгиба панели ламинированного стекла. [26] Многослойное стекло разрушается из-за когезионного разрушения промежуточного слоя и/или связи между панелью и промежуточным слоем. [27] Разрушение промежуточного слоя может произойти, когда материал промежуточного слоя является пластичным (при комнатной температуре) или хрупким и жестким (при работе ниже температуры стеклования ). [27]
Главные преимущества ламинированного стекла: повышенная безопасность, снижение выбросов, снижение шумового загрязнения и защита во время стихийных бедствий. [28] Ламинированное стекло повышает безопасность людей во время транспортных происшествий, поскольку их лобовое стекло останется целым, предотвращая травмы пассажиров осколками стекла. В целях безопасности ламинированное стекло трудно разбить, что предотвращает проникновение злоумышленников. Ламинированное стекло также может уменьшить нагрев от солнца, позволяя внутренним помещениям зданий оставаться прохладными и сокращая потребление энергии. В зависимости от своей толщины ламинированное стекло может уменьшить шумовое загрязнение, исходящее снаружи. В случае стихийных бедствий, таких как ураганы или землетрясения, ламинированное стекло останется целым и снизит потенциальные травмы и смертельные случаи.
Пластиковые прослойки в ламинированном стекле затрудняют резку. Существует небезопасная практика резки обеих сторон по отдельности, заливки легковоспламеняющейся жидкости, например, денатурированного спирта , в трещину и поджигания ее для расплавления прослойки и разделения кусков. [ необходима цитата ] Следующие более безопасные методы были рекомендованы Исполнительным комитетом по охране здоровья и безопасности правительства Великобритании в 2005 году: [29]
Резка ламинированного стекла требует другой процедуры надреза, поскольку стекло устойчиво к трещинам. [30] Ламинированное стекло может быть разбито посредством трещин, которые зависят от расстояния между краем стекла и его надрезом. Наиболее распространенными видами трещин для ламинированного стекла являются разрыв под давлением, разрыв от сдвига, разрыв от стола, разрыв от постукивания и разрыв от плоскогубцев. [30] Разрыв под давлением, предназначенный для надрезов, которые находятся более чем в 12 дюймах от края, переворачивает стекло на поверхности стола надрезом вниз. Давление будет применяться с обеих сторон надреза, пока стеклянная панель не разобьется. Разрыв от сдвига, предназначенный для надрезов на расстоянии от 4 до 6 дюймов от края, подразумевает использование кончиков пальцев для распространения надреза вдоль линии надреза. [30] Разрыв под столом, рекомендуемый для стекол, находящихся на расстоянии не менее 12–18 дюймов от края, использует край стола для разбивания надреза. Для надрезов, близких к краю, рекомендуется разрыв от постукивания за счет эффекта фестончатости на краю стекла. Для этого типа разлома используются плоскогубцы с откидными губками или стеклянные плоскогубцы, чтобы разбить стекло вдоль надреза. Для надрезов менее 1/2 - 1 дюйма от края, плоскогубцы разломают стекло, надавливая на него сверху вниз, ломая надрез под углом.
После резки ламинированных стеклянных панелей существуют различные способы отделения промежуточного слоя. Наиболее распространенные методы — расплавление и резка. [30] Раньше стекольщики часто использовали денатурированный спирт для расплавления слоя поливинилбутираля (ПВБ), однако этот метод оказался опасным, поскольку спирт является огнеопасным. Более безопасной альтернативой является расплавление ламинирующего слоя ПВБ с помощью термофена. После расплавления промежуточного слоя разделение разрезается с помощью одностороннего лезвия бритвы или рулетки. [30] Лезвием нужно провести по надрезу и разрезать ПВБ до тех пор, пока стекло полностью не отделится от промежуточного слоя.
По данным Национальной ассоциации по ремонту лобовых стекол США, ремонт ламинированного стекла возможен при незначительном повреждении от удара с использованием процесса, который включает сверление в треснувшем стекле, чтобы добраться до слоя ламинирования. Специальная прозрачная адгезивная смола впрыскивается под давлением, а затем отверждается ультрафиолетовым светом. Если все сделано правильно, прочность и прозрачность достаточно восстановлены для большинства целей, связанных с безопасностью. Этот процесс широко используется для ремонта больших промышленных автомобильных лобовых стекол, где повреждение не мешает обзору водителя. [31]
Утилизация отходов ламинированного стекла на свалках больше не допускается в большинстве европейских стран, поскольку вступила в силу Директива о транспортных средствах с истекшим сроком эксплуатации (ELV). Хотя материал промежуточного слоя не может быть легко переработан, были проведены исследования по переработке промежуточного слоя механическими процессами и использованию их в других целях. Исследование Университета Суррея и Pilkington Glass предлагает помещать отходы ламинированного стекла в разделительное устройство, такое как прокатный стан, где стекло фрагментируется, а более крупный стеклобой механически отделяется от внутренней пленки. Затем применение тепла расплавляет ламинирующий пластик, обычно поливинилбутираль (ПВБ), что позволяет перерабатывать как стекло, так и внутреннюю пленку. Процесс переработки ПВБ представляет собой простую процедуру плавления и изменения его формы. [32] Однако переработанный ПВБ будет иметь изменения структуры и более низкие прочностные свойства, чем исходный полимер. [26] Кроме того, ТПУ легко перерабатывать, как и все несшитые пластики.
{{cite magazine}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь ){{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )