夹层玻璃的设计

1、夹层玻璃的设计材料科学与工程一班 陈滋 201311101010前言：PVB 夹层玻璃作为安全玻璃的一个重要形式， 由于其具有很高的抗冲击性能和抗贯穿性能，破碎 后无碎片飞溅，同时一定程度也可以降低噪音的污 染， 应用领域非常广泛， 被广泛的应用于汽车、建筑、安保等相关领域。 本文主要针对干法 PVB 胶片 夹层玻璃的生产工艺及其常见问题和处理办法进行阐述。2 夹层玻璃的生产工艺主要从以下几个方面进行 控制PVB 胶片的选用及保存 、 合片室内的作业环 境、玻璃的清洁、合片操作、玻璃的预热预压、玻璃 在高压釜内的工艺操作这几个方面。PVB 胶片的选用及保存PVB 胶片在夹层玻璃中应用最为普遍，

2、PVB 胶片对玻璃有很好的粘结力、坚韧、抗冲击、无腐蚀、 透明、耐无机酸和脂肪、耐光、耐寒、耐老化。 PVB 胶片的选用及其外观质量和性能的要求：PVB 胶片不 能出现发黄、发青、发白等色差，对此可以将胶片多 片叠放在一起后进行观察，保持透明无色就可以投 入使用；PVB 胶片不能存在针孔和气泡,胶片表面不 允许存在灰尘或杂质，局部不能有结晶点和白硬点 颗粒；胶片的厚度要均匀，且不得小于所要求的厚 度；选用胶片时,必须对粘接 PVB 胶片的成品玻璃 进行性能方面的检测,依照 GB 96562003汽车安 全玻璃标准中的要求,针对成品玻璃的可见光透射 比、光畸变、颜色识别、抗冲击性、抗穿透性、人头

3、模 型冲击、耐热性、耐辐照性、耐湿性等进行性能测 试， 测试结果必须满足 GB 96562003 标准的要求。 开封的胶片必须保存在合片室当中，在规定的 温、湿度范围内保持24小时,温度控制在 1825，相对湿度控制在 20%30%。 对于已开封的胶片，在温、湿度超标的环境中存放不得超过 30min，首次使 用之前笔者建议检测胶片的含水率是否超标, 如果 胶片的含水率超过 0.6%，胶片应禁止使用。合片室的工作环境合片室的工作环境，主要控制四个方面：温度、 湿度、清洁度、密封性。 温度控制在 1825，相对 湿度控制在 2030%，应保持车间清洁无尘，进出 合片室的操作人员要穿戴防尘服、 鞋套

4、、 帽子、口罩、手套。 另外，根据合片室的大小，严格控制合片 室内的作业人数，避免影响合片室内的温湿度。玻璃的清洁对于已弯曲成型的玻璃，合片作业前对玻璃的 清洁主要是人工进行清洁，玻璃的清洁区域要与玻 璃的合片区域进行隔离，擦拭的目的在于将存在于 玻璃表面的油渍、灰尘、滑石粉、油墨污染及其它吸 附于玻璃表面的杂质清洗干净，清洁时最好采用专 门用于擦拭玻璃的擦拭布，玻璃擦拭台面的下面安 装日光灯光源，以便对玻璃进行检查。 为确保清洗 出来的玻璃表面干净、透亮，清洁玻璃必须采用硬 度低于 50ppm 的软化水擦拭玻璃的表面，水的硬度 过大， 擦出的玻璃干燥后表面会出现灰雾和白迹 印，影响产品的外观

5、质量，对于没有软化水设备的 厂家，可以采用饮用纯净水代替，先用普通清水进 行第一遍擦拭，然后再用吸附了纯净水的玻璃专用 擦拭布进行第二遍的擦拭，另外，对于玻璃表面的 油墨污染点，由于玻璃已经经过高温烧制，这时必须先采用硫酸进行擦拭，然后再用水进行擦拭。2.4合片操作根据玻璃规格的大小，选择合适幅宽的 PVB 胶片，作业时应戴上干净无污的手套，严禁用手直接 接触玻璃，在铺展 PVB 胶片时，胶片要自然铺平，不能拉伸，玻璃的内外片对齐，内片和外片的叠差不 能超标，然后用刀片割除周边多余的胶片，在切割 时刀片要保持一定的倾斜度， 使周边留有 0.5mm 2mm 左右宽度的多余胶片，这样可以避免胶片收

6、缩 造成缩膜，有助于边部的粘合。 然后将合好胶片后 的玻璃，套上抽真空橡皮圈，注意使密封条四周边 所受拉力均匀， 套好后开启气阀， 先对玻璃进行冷 抽， 真空储气罐的真空度要保证在 0.09MPa 0.1MPa，且保证玻璃的冷抽时间不低于 5min。2.5玻璃的预热预压工艺内外片玻璃夹合 PVB 胶片后，要对合好的玻璃 进行预热预压，目前针对夹层玻璃预热预压的设备 主要有三种：预热预压箱、传动型立式预热预压机、 传动卧式预热预压机。 预热预压箱由于设备简单、 投资小、操作简单、能耗低， 可以自行进行加工制 作，目前仍被很多生产厂家所采用，但该设备的生 产效率低，不适合规模化的生产作业；传动型立

7、式 预热预压机和传动型卧式预热预压机生产效率高， 适合于规模化的生产作业，立式预热预压机与卧式 预热预压机的区别在于立式预热预压机放置玻璃 时为立放， 而卧式预热预压机放置玻璃时为平放， 立式预热预压机相对于卧式预热预压机来说，在对 玻璃抽真空时对玻璃的弧度影响较小，卧式预热预 压机由于放置玻璃时为平放，在玻璃自身重力和抽 真空压力的作用下，会对玻璃的弧度产生一定的影 响，对比来说卧式预热预压机更适合于大规格玻璃 的生产。 操作时将抽真空用的硅胶套套在玻璃的边 部， 先对玻璃进行冷抽， 保证冷抽的时间不低于5min，再将玻璃放到预热预压机传动台上 ，摆放玻 璃时要平稳牢固，支点要合适，保证玻璃

8、预热预压 时不变形， 预热预压机的温度设定在 120150之间，真空压力设定在 0.09MPa0.1MPa。2.6玻璃在高压釜内的工艺操作为热弯夹层玻璃的最后一道生产工序。 预热预 压好的半成品玻璃需要经过恒温高压处理，才能将PVB 胶片与内外片玻璃充分压合粘接在一起，玻璃 的恒温高压需在高压釜内进行，将预热预压后初步粘合的半成品玻璃，逐片玻璃隔离，放置在进入高 压釜的专用小车台架， 玻璃在釜车台架上必须牢 靠，然后关闭锁紧釜门，进行釜内升温，将釜内温度 升至 5080时，开始对釜内充气加压，釜内气压 达到 0.7MPa0.8MPa 时， 暂停对高压釜内充气，由于此时夹层玻璃的边部还没有粘合，

9、这样可以使夹 层玻璃中间的空气溢出玻璃， 如果此时仍进行充 气，会造成空气从玻璃的边部的一些开口部分进入 夹层玻璃。 待釜内温度升至 120140后停止加 热恒温保持，这时在 140的温度之下，夹层玻璃的 边部已经粘合， 然后再次对釜内二次充气加压，这时二次充气不会造成空气从玻璃的边部进入夹层 玻璃，二次充气使釜内压力达到 1.1MPa1.3MPa 后停止对釜内加压 , 使釜内压力保持在 1.1MPa 1.4MPa，温度保持在 120140。 釜内恒温恒压经 过 1h1.5h 后，开始釜内降温，温度降至 50后，开始排气降压，直至釜内空气排净后，开启釜门推出 釜内玻璃，对玻璃逐片进行检查，合格

10、品将四周多 余胶片割干净，对有气泡和脱胶的玻璃挑出，修补 后重新进釜，另外，对于高压釜温度压力等工艺参 数的调整，应遵循玻璃的厚度，厚度小的玻璃，恒温 恒压的时间相应的缩短，厚度大的玻璃恒温恒压的 的时间相应的延长。目前大多数高压釜可以进行自动的工艺控制， 在实际生产当中，我们要根据自身的产品特点和设 备状况，摸索出一套适合于自身的高成品率的工艺 参数，然后将工艺过程参数进行保存，在接下来的 生产当中设备可以自动循环控制，除特殊情况（发生故障），可提前按冷却开关，提前出釜外，正常情况下，严格禁止。3合片后玻璃常出现的质量缺陷及控制方法合片后玻璃常出现的缺陷有：炸裂现象、玻璃 弧度超差现象、边缘

11、气泡脱胶现象、边缘缩胶、中间 层夹杂物等。3.1炸裂现象a)粘结层的内应力过大成型后夹层玻璃的中间粘结层存在内应力，内应力过大会引起玻璃的自爆。 造成中间粘结层内压 力过大的因素主要有以下几个方面：外片玻璃与内 片玻璃在合片操作时没有将弧度放置吻合, 为了避 免此类情况的出现, 玻璃在热弯出炉抬下模具前用 记号笔在内片与外片相互对应的位置进行标记,且内外片玻璃的标记要完全重合, 合片工序在对内外 片进行合片操作时,要参照这个标记,要做到合片后 标记完全的重合,标记如果没有做到完全的重合,就说明内外片玻璃的弧度没有放置吻合, 玻璃成品后 就存在自爆的隐患；b) 玻璃在热弯时退火过快， 过快的降温

12、速度， 会导致玻璃由于温度梯度而产生新的应力，也会造 成后期成品玻璃的自爆发生；C)高压釜降温过快也会造成玻璃的炸裂；d）玻璃在装釜时，操作不当使玻璃与金属直接接触，落片不当，边部夹夹子用力过度，也容易造成玻璃的炸裂e)玻璃在热弯成型时，使用过大的外力使玻璃 成型，会导致玻璃的应力不均，也会造成后期成品 玻璃的自爆；f)玻璃安装时的外力，玻璃在安装时，如果玻璃 的弧度，与安装部位的弧度不相吻合，会造成安装 时玻璃受到的外力过大，也会造成玻璃在使用一须 时间后出现自爆。3.2玻璃弧度超差现象过合片高压高温压合后的成品玻璃的弧度 会与热弯后玻璃的弧度存在一定偏差， 如图 1 所 示。 不同规格尺寸

13、与形状的玻璃的偏差量也有所不 同，这一点要在产品试制时，根据成品玻璃与热弯 后玻璃弧度的偏差量，对热弯模具进行调整，从而 保证成品玻璃的弧度满足技术要求。 特别是合片作 业时采用卧式预热预压机生产的玻璃，放置玻璃时 预热预压机的玻璃支撑点位置要合理，且要保证每 片玻璃预热预压机支撑点位置的一致。3.3边缘脱胶现象成品夹层玻璃边缘出现脱胶病变现象，是夹胶 玻璃最为常见的质量缺陷，为了减少和避免这种质 量缺陷的出现，首先我们要对边缘脱胶的原因有所 了解，夹层玻璃一旦边缘产生脱胶和气泡，随着玻 璃使用时间的增长，边缘脱胶和气泡将会逐渐向内部扩展。a) PVB 胶片由于其特定的化学结构 ， 它对醋酸、

14、醇类及酮类物质的耐受性差，甚至可被溶解或 软化以至丧失粘结力，所以，为了保证 PVB 胶片与 玻璃良好的粘结性， 边缘应避免与这些物质接触， 鉴于此， 夹层玻璃在安装时避免选用硅硐类密封胶，最好选用聚胺脂胶进行安装；b)成品夹层玻璃的边缘暴露在普通环境下，边 缘胶片会吸附水分子或有机物， 随时间的增长，水 分子会通过胶体的本身和粘接界面向内部渗透，由c)于吸入或渗入水分胶片会发生溶胀， 同时在光、热 的作用下， 胶片边缘曝露在外的粘结层会发生水 解、氧化及裂解等化学变化，从而引起胶片的变色、脆化或龟裂，造成粘结性下降进而引起脱胶。 所以， 玻璃要避免露天保存，包装运输时用塑料布对玻璃 包覆，采

15、用专用于夹层玻璃的封边涂料，在夹层玻 璃的边缘进行涂饰，对于防止或延缓脱胶病变效果 更为明显。3.4胶合层气泡现象夹层玻璃胶合层产生气泡主要有以下几种类 型：玻璃整个胶合层的中间和边部都产生零星的气 泡；胶合层边部局部产生气泡且边部存在胶合层的 开口；胶合层边部或中间产生气泡但不存在胶合层 边部开口。 以下是笔者结合多年的生产经验，针对 胶合层产生气泡的原因进行总结和分析：a)PVB 胶片的含水率超标。 胶片含水率的超 标，会造成气泡出现，胶片的含水率应控制在 0.4%0.6%之间， 为了使胶片的含水率控制在此范围，必须对胶片的保存与合片室的温湿度严格的进行控 制，对于开封的胶片必须保存在合片

16、室当中,保持 24小时温、湿度在规定范围内,温度控制在 1825，相对湿度控制在 20%30；b) 玻璃的弧度平整度不好，会引起玻璃出釜后 出现气泡。 内外片玻璃的弧度与平整度不相吻合， 在玻璃的边部会出现开口区域，这样玻璃在高压釜 内， 高压空气会通过边部的开口被强压到胶片当 中，造成出釜后玻璃胶合层气泡现象，由于弧度和 平整度造成的胶合层气泡，在边部有开口，且气泡 集中在某一区域。 为了避免高压气体从边部进入胶 合层中间，一方面要控制玻璃的平整度和内外片玻 璃的吻合度，另一方面要对进釜前的玻璃进行封边 处理，对玻璃的边部打夹，特别是针对预热预压后 边部发白的区域集中打夹；c) 玻璃在预热预

17、压时，操作不当 ，导致夹层中间的气体未能彻底排净，使大量气体滞留在玻璃和PVB 胶片之间，形成气泡。 为了避免由于预热预压操作不当造成的气泡，我们必须对玻璃的预热预压操作进行严格的控制：在铺敷 PVB 胶片时保证胶片的平整；保证冷抽的时间不低于 5min，真空压力设定在 0.09MPa0.1MPa； 保证预热时的温度在 120150之间，温度过低导致水蒸气的排放不彻底，温度过高会导致 PVB 胶片的基本成份发生变化，从而在高压过程出现由于部分性能改变而出现气泡。 另外， 温度过高会导致玻璃边部胶片过早的粘合，中间层的水蒸气和空气来不及排出就被密封到中间，对玻璃造成无法返修的死症；d) 成品玻璃一段时间后气泡的出现。 在合片过程中， 在高压釜中进行高温高压是关键的一道工序，为了胶片达到热融状态，釜内温度需达到 135150，同时 8 个12 个大气压对其压合，PVB 胶片在 135150时处于热融状态，这时，PVB 中的聚乙烯醇链段能