Результат интеллектуальной деятельности: АКУСТИЧЕСКОЕ ЛАМИНИРОВАННОЕ ЗАСТЕКЛЕНИЕ, АКУСТИЧЕСКАЯ ПРОКЛАДКА И СПОСОБ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ВЫБОРА ПРОКЛАДКИ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ

Настоящее изобретение относится к прокладке, имеющей характеристику акустического демпфирования, предназначенной для включения в ламинированное застекление, в частности предназначенное для транспортных средств, особенно для моторных транспортных средств.

Среди всех качеств, способствующих комфорту в современных транспортных средствах, таких как поезда и моторные транспортные средства, тишина стала определяющим фактором.

Акустический комфорт в настоящее время улучшен в течение нескольких лет с помощью уменьшения шума, такого как шум от двигателя, колес или подвески, и шума в его источнике или во время его распространения через воздушное пространство или твердые тела, например, посредством поглощающих покрытий или соединительных компонентов из упругих полимеров.

Формы транспортных средств также видоизменены для улучшения проникновения через воздушное пространство и уменьшения турбулентности, которая сама является источником шума.

В течение нескольких лет решалась проблема, связанная с застеклением для улучшения акустического комфорта, в частности, ламинированным застеклением, имеющим прокладки из пластиковых пленок. Кроме того, ламинированное застекление имеет другие преимущества, такие как исключение риска разлета осколков в случае внезапного разбивания, чтобы приостановить разбивание.

Доказано, что использование стандартных пластиковых пленок в ламинированном застеклении не подходит для улучшения акустического комфорта. Поэтому разработаны специальные пластиковые пленки, которые имеют демпфирующие характеристики, дающие возможность улучшения акустического комфорта.

В дальнейшем описании ссылка на демпфирующую пленку относится к вязкоупругой пластиковой пленке, которая обеспечивает улучшенное демпфирование вибраций для придания застеклению функции уменьшения шума.

Акустическая эффективность застекления зависит от величины коэффициента потерь tan δ материала, составляющего пленку прокладки. Коэффициент потерь является отношением между энергией, рассеянной в виде тепла, и энергией упругой деформации. Он характеризует способность материала рассеивать энергию. Чем выше коэффициент потерь, тем больше рассеянная энергия, и, следовательно, больше материал играет свою демпфирующую роль.

Этот коэффициент потерь изменяется в соответствии с температурой и частотой. Для заданной частоты коэффициент потерь достигает максимального значения при температуре, называемой переходной температурой стекла.

Материалы, используемые в качестве прокладок для ламинированного застекления, являются вязкоупругими пластиковыми пленками, например, типа акрилового полимера или ацетильного полимера, которые имеют достаточно высокий коэффициент потерь, такой что, по меньшей мере, является большим чем 0,6 для данного диапазона температур и для данного диапазона частот.

Для обеспечения демпфирующих характеристик, дающих возможность улучшения акустического комфорта, в некоторых патентах была указана необходимость, помимо наличия коэффициента потерь, большего, чем пороговое значение, предотвращения внезапного снижения коэффициента потерь на частоте совпадения (обычно приблизительно на 2000 Гц), специфичной для структуры ламинированного застекления. Для того чтобы прийти к этому, в патенте США 5190826 раскрыто соединение, по меньшей мере, из двух пленок прокладок или комбинация из двух материалов для образования пленки прокладки, такой что каждая из пленок или материалов состоит из разного поливинилового ацетильного полимера смешанного с пластификатором. Это соединение двух специфичных типов полимера сделало бы возможным обеспечение демпфирования в широком диапазоне температур.

В патенте США 5796055 также описана комбинация двух пленок, которые имеет высокую демпфирующую характеристику (высокий коэффициент потерь tanδ) в двух разных диапазонах температур, чтобы получить ламинированное застекление, которое обеспечивает акустическую эффективность в широком диапазоне температур.

Несмотря на то, что действительно когда объединяют две пленки, показывающие улучшенные демпфирующие характеристики в двух разных диапазонах температур, полученная, в конце концов, прокладка может обеспечить ламинированное застекление с высоким демпфированием в более широком диапазоне температур, чем пленки, взятые отдельно, но с другой стороны, это объединение не обязательно приводит, с одной стороны, к оптимальному демпфированию в этом более широком диапазоне температур, и, с другой стороны, оно не является постоянно эффективным.

Можно было бы предположить, что объединение двух пленок, где каждая показывает высокое демпфирование в двух различных диапазонах температур, будет постоянно приводить к получению прокладки, показывающей демпфирование, которое, по меньшей мере, больше в каждом из диапазонов температур, чем демпфирование пленки, показывающей наибольшее демпфирование.

В настоящее время было доказано, что результирующая прокладка не обязательно проявляет такое эффективное демпфирование, причем прокладка могла бы быть даже близка к пленке, проявляющей наименьшее демпфирование, что не приводит к улучшенной характеристике демпфирования.

Было доказано, что объединение двух материалов, только соответствующее коэффициенту потерь, большему чем 0,6 для двух разных диапазонов температур, таких, как описано в предшествующем уровне техники, не обязательно было бы подходящим для получения эффективной прокладки во всем из двух диапазонов температур.

Например, был приведен пример относительно прокладки, состоящей из соединения двух демпфирующих пленок с помощью ламинирования: поливиниловой маслянистой пленки с торговым названием S-Lec Acoustic Film HI-RZN12 от Sekisui, толщиной 0,76 мм, причем эта пленка показывает максимальную переходную температуру стекла около 10°С на 200 Гц, и поливиниловой маслянистой пленки с торговым названием Saflex RC41 от Solutia, толщиной 0,76 мм, причем эта пленка имеет максимальную переходную температуру стекла около 40°С на 200 Гц.

Доказано, что демпфирующая характеристика, обеспечивающая улучшение для акустического комфорта, обеспеченного с помощью прокладки в застеклении, не постоянно равна демпфирующей характеристике, полученной с помощью каждой из пленок в двух разных соответственных диапазонах температур для пленок, для которых пленки являются наиболее демпфирующими, около 10°С и около 40°С соответственно. Для этого измерены коэффициенты потерь прокладки, получающейся в результате соединения с помощью ламинирования двух пленок, а также эти коэффициенты потерь пленок, взятых отдельно, с помощью анализатора вязкости.

Анализатор вязкости является устройством, которое дает возможность подвергать образец материала напряжениям деформации при определенных условиях температуры и частоты и таким образом получать и обрабатывать все геологические параметры, описывающие материал. Обработка исходных данных из измерений силы и смещения как функции частоты при каждой температуре делает возможным чертить кривые коэффициента потерь tanδ как функции частоты и для разных температур. Анализатор вязкости Metravib предоставляет только значения в диапазоне частот от 5 до 400 Гц. Также когда необходимо чертить кривые на частотах выше 400 Гц или на других частотах, отличных от частот, на которых выполнено измерение, или при температурах, отличных от температур, на которых выполнено измерение, используют известным способом закон эквивалентности частоты/температуры, установленный с помощью способа WLF (Вильяма-Лендела-Ферри).

Вследствие этого оценен коэффициент потерь tanδ для каждой из пленок и для комбинации двух пленок с помощью анализатора вязкости Metravib для частоты 200 Гц и при температуре 10°С и 40°С. Эти значения приведены в следующей таблице:

При рассмотрении отдельно было обнаружено, что пленка Sekisui действует как демпфер при 10°С (1,00), а не при 40°С (0,34), в то время как пленка Solutia действует как демпфер при 40°С (1,01), а не при 10°С (0,14).

Несмотря на то, что при 10°С коэффициент потерь прокладки, состоящей из двух пленок, является очень высоким (0,88), каким он является с пленкой Sekisui (1,00), которая имеет самые высокие потери из двух пленок, взятых отдельно, с другой стороны, хотя пленка Solutia имеет очень высокий коэффициент потерь (1,01) при 40°С, прокладка, состоящая из обеих пленок, имеет значительно меньший коэффициент потерь (0,43), относительно близкий к коэффициенту потерь пленки Sekisui при той же самой температуре, и, следовательно, не действует как демпфер.

Следовательно, если каждая из двух пленок может действовать как демпфер при двух разных температурах, комбинация двух пленок не обязательно означает, что получена демпфирующая прокладка при каждой из двух температур, и ожидаемый результат отсутствует.

Кроме того, эта комбинация, которая не обязательно обеспечивает желаемую акустическую эффективность, приводит к увеличению толщины прокладки, использованию двух разных материалов и применению способа, предназначенного для получения этой комбинации, что не может протекать для сборки без увеличения стоимости конечного продукта.

Также может быть предпочтительным использование только одной демпфирующей пленки, которая фактически будет действовать только в ограниченном диапазоне температур, но, тем не менее, будет обеспечивать очень хорошую эффективность, тогда как выбор множества материалов или пленок увеличит количество материала и толщину прокладки, без всего, что приводит к эффективности в широком диапазоне температур.

В действительности увеличение количества материалов в прокладке будет фактически оправдано, если достигают эффективности во всех диапазонах температур, для которых демпфирование получают для каждого из материалов.

Кроме того, что касается включения демпфирующей прокладки в ламинированное застекление, описано, что не должен быть рассмотрен только коэффициент потерь tanδ, но что модуль сдвига G' составляет другую характеристику, принимаемую в расчет в демпфирующем свойстве прокладки. В патенте ЕР 844075 раскрыто, что для демпфирования вибраций, в частности источника твердого тела (обычно частоты ниже 300 Гц), прокладка ламинированного застекления должна удовлетворять определенным значениям в отношении модуля сдвига G' и коэффициента потерь tanδ. Модуль сдвига G' характеризует жесткость материала: чем выше G', тем более жестким является материал, и чем ниже G', тем более гибким является материал. Модуль сдвига зависит от температуры и частоты. Модуль сдвига G' также оценивают с помощью анализатора вязкости.

Вследствие этого задачей изобретения является создание ламинированного застекления, содержащего прокладку, содержащую, по меньшей мере, две соединенные пленки или два соединенных материала, причем каждая пленка или материал составляет демпфирующую пленку или материал таким образом, что результирующая прокладка является эффективной не только в широком диапазоне температур, при этом она имеет оптимальную демпфирующую эффективность во всем этом диапазоне температур.

В соответствии с изобретением застекление содержит, по меньшей мере, два листа стекла и прокладку, расположенную между листами стекла, причем прокладка содержит, по меньшей мере, две демпфирующие пленки, изготовленные из двух материалов А и В соответственно таким образом, что эти два материала имеют в двух диапазонах температур t_A и t_B соответственно коэффициент потерь tanδ, больший чем 0,6, и модуль сдвига G', меньший чем 2х10⁷ Па, и отличается тем, что прокладка обеспечивает оптимальное улучшение акустического комфорта, полученного с помощью застекления, по меньшей мере, в двух разных диапазонах температур t₁ и t₂, включенных соответственно в два диапазона температур t_A и t_B, при этом пленка, которая имеет на частоте 200 Гц и для каждого из двух диапазонов температур t₁ и t₂ самый высокий коэффициент потерь tanδ, имеет эквивалентный модуль сдвига G'_eq, такой, что , где G' - модуль сдвига материала, составляющего пленку, e - толщина пленки, а e_tot - полная толщина прокладки, который меньше, чем эквивалентный модуль или модули сдвига другой пленки или пленок.

Очевидно, что разные диапазоны температур означают диапазоны, которые распространяются по-разному между двумя значениями температур, причем диапазоны температур не перекрываются.

Таким образом, не только необходимо, чтобы каждая из пленок действовала как демпфер в своем соответствующем диапазоне температур (tanδ больше чем 0,6), причем модуль сдвига материала был меньше чем 2х10⁷ Па, но необходимо, чтобы пленка показывала большее демпфирование в соответствующем диапазоне температур, чтобы иметь эквивалентный модуль сдвига, который ниже чем другие. Таким образом, прокладка будет иметь характеристики, подобные характеристикам пленки, которая является самой демпфирующей в каждом диапазоне температур. Таким образом, прокладка будет обеспечивать оптимальное демпфирование в каждом диапазоне температур для каждой из пленок, составляющих прокладку, которая играет оптимальную демпфирующую роль.

В соответствии с одним признаком в диапазоне температур t₃, разделяющем неперекрывающиеся диапазоны t₁ и t₂, отношение между эквивалентными модулями сдвига пленок находится между 0,2 и 5 таким образом, чтобы также обеспечить оптимальный акустический комфорт в этом диапазоне температур.

Предпочтительно прокладка застекления имеет модуль сдвига G', меньший чем 2х10⁷ Па, и коэффициент потерь tanδ,больший чем 0,6, на частоте 200 Гц и, по меньшей мере, в двух разных диапазонах температур t₁ и t₂, а также преимущественно в общем диапазоне температур t₃.

В соответствии с одним вариантом осуществления материалы совместно формуют, для того чтобы сформировать прокладку. В качестве варианта их ламинируют.

Такой тип застекления также успешно может быть использован в транспортном средстве, таком как моторное транспортное средство, самолет, корабль или поезд, как он может быть использован в здании.

Изобретение также относится к вязкоупругой пластиковой прокладке, такой, которая содержит, по меньшей мере, две демпфирующие пленки, изготовленные из двух материалов А и В соответственно таким образом, что каждый из этих материалов имеет в диапазоне температур t_A и t_B соответственно коэффициент потерь tanδ, больший чем 0,6, и модуль сдвига G', меньший чем 2х10⁷ Па, и отличается тем, что пленка, которая имеет самый высокий коэффициент потерь tanδ для заданного диапазона температур, включенного в два диапазона температур t_A и t_B, и на частоте 200 Гц имеет эквивалентный модуль сдвига G'_eq, такой, что , где G' - модуль сдвига материала, составляющего пленку, e - толщина пленки, а e_tot - полная толщина прокладки, который меньше, чем эквивалентный модуль или модули сдвига другой пленки или пленок для упомянутого диапазона температур.

Предпочтительно в диапазоне температур t₃, разделяющем два разных диапазона t₁ и t₂, отношение между эквивалентными модулями сдвига пленок находится между 0,2 и 5.

Эта прокладка предпочтительно имеет модуль сдвига G', меньший чем 2х10⁷ Па, и коэффициент потерь tanδ, больший чем 0,6, в двух диапазонах температур t_A и t_B. Она преимущественно имеет оптимальное демпфирующее свойство для акустического комфорта продукта, для которого она предназначена.

В соответствии с одной характеристикой пленки ламинируют или сборку пленок выполняют с помощью совместной формовки материалов.

Изобретение также относится к способу, предназначенному для выбора прокладки для включения ее в панель ламинированного застекления и обеспечения панели застекления с акустическими демпфирующими характеристиками, причем прокладка содержит множество демпфирующих пленок, соответственно, выполненных из разных материалов, таких, что эти материалы имеют, по меньшей мере, в двух диапазонах температур t_A и t_B соответственно коэффициент потерь tanδ, больший чем 0,6, и модуль сдвига G', меньший чем 2х10⁷ Па, и отличается тем, что каждую из пленок выбирают таким образом, что, по меньшей мере, в двух разных диапазонах температур t₁ и t₂, включенных в два диапазона температур t_A и t_B соответственно и на частоте 200 Гц пленка, которая имеет самый высокий коэффициент потерь tanδ для каждого заданного диапазона температур t₁ и t₂, имеет эквивалентный модуль сдвига G'_eq, такой, что , где G' - модуль сдвига материала, составляющего пленку, e - толщина пленки, а e_tot - полная толщина прокладки, который меньше чем эквивалентный модуль или модули сдвига другой пленки или пленок для упомянутого диапазона температур.

В соответствии с одним признаком в диапазоне температур t₃, разделяющем два разных диапазона t₁ и t₂, отношение между эквивалентными модулями сдвига пленок находится между 0,2 и 5 таким образом, что акустический комфорт может быть оптимальным в этом диапазоне температур.

Предпочтительно прокладка имеет модуль сдвига G', меньший чем 2х10⁷ Па, и коэффициент потерь tanδ, больший чем 0,6, в двух диапазонах температур t_A и t_B и, в частности, в двух разных диапазонах t₁ и t₂ и преимущественно в отдельном диапазоне t₃.

В соответствии с другим признаком после выбора пленок пленки соединяют таким образом, чтобы сформировать прокладку, которую включают в панель ламинированного застекления, которая, в частности, предназначена для здания или транспортного средства.

Другие признаки и преимущества изобретение теперь будут описаны со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг.1 - частичный вид в разрезе застекления в соответствии с изобретением;

фиг.2 - детализированный вид фиг.1;

фиг.3 - измеренные кривые коэффициента потерь tanδ каждой из пленок как функция температуры и на частоте 200 Гц;

фиг.4 - измеренные кривые модулей сдвига каждой из пленок как функция температуры и на частоте 200 Гц;

фиг.5 - измеренные кривые эквивалентных модулей сдвига G' каждой из пленок как функция температуры и на частоте 200 Гц.

На фиг.1 изображено ламинированное застекление 2, содержащее, по меньшей мере, два листа 20 и 21 стекла и демпфирующую прокладку 3, которая придает застеклению демпфирующее свойство, улучшающее акустический комфорт. Это застекление, например, включенное в транспортное средство делает возможным уменьшить шум вследствие вибраций, возникающих в твердых телах и/или в воздушном пространстве, которые передают посредством застекления.

На фиг.2, которая является детализированным видом фиг.1, изображена комбинация нескольких пленок, на фигуре - двух пленок 30 и 31, образующих прокладку 3. Каждая из этих пленок толщиной е_А и е_В соответственно состоит из разного вязкоупругого материала А и В соответственно.

Прокладка получена с помощью ламинирования пленок или с помощью совместной формовки материалов.

Соединение прокладки с листами стекла выполняют известным способом с помощью укладывания в пачку листов стекла и прокладки и с помощью передачи сборки в автоклав.

На частоте 200 Гц материал А имеет коэффициент сдвига tanδ, больший чем 0,6, а модуль сдвига, меньший чем 2х10⁷ Па, в диапазоне температур t_A, в то время как материал В имеет коэффициент сдвига tanδ, больший чем 0,6, а модуль сдвига, меньший чем 2х10⁷ Па, в другом диапазоне температур t_B, причем возможно, что диапазоны температур t_A и t_B перекрываются или нет.

Таким образом, эти два материала выбраны из-за их демпфирования (tanδ>0,6) и их гибкости (модуль сдвига G' каждого материала меньше чем 2х10⁷ Па) в двух диапазонах температур t_A и t_B соответственно.

Теперь способность прокладки поглощать энергию вибрации будет больше или меньше в соответствии с ее толщиной и, следовательно, в соответствии с толщиной каждой из пленок. Таким образом, было доказано, что не должны быть приняты в расчет только коэффициент потерь tanδ и модуль сдвига материала, для того чтобы обязательно гарантировать, что застекление обеспечивает акустический контроль, но что должно быть принято в расчет отношение эквивалентных модулей сдвига между каждой пленкой в каждом диапазоне температур.

Будет замечено, что G'_eq является эквивалентным модулем сдвига, таким что , где G' - модуль сдвига материала, составляющего пленку, а e_tot - полная толщина прокладки.

В соответствии с изобретением в диапазонах температур t_A и t_B рассматривают, по меньшей мере, два разных диапазона температур t₁ и t₂, а также диапазон температур t₃, который соответствует диапазону, разделяющему два разных диапазона температур t₁ и t₂.

В соответствии с изобретением необходимо, чтобы на 200 Гц пленка, имеющая самый высокий коэффициент потерь tanδ (самый демпфирующий материал) в каждом рассматриваемом диапазоне температур t₁ и t₂, кроме того, имела эквивалентный модуль сдвига G'_eq меньший, чем эквивалентный модуль или модули сдвига другой пленки или пленок, составляющих прокладку.

Таким образом, пленка 30 толщиной e_A, которая имеет коэффициент потерь tanδ больший, чем коэффициент потерь пленки 31 в диапазоне t₁, имеет эквивалентный модуль сдвига G'_eqA меньший, чем эквивалентный модуль сдвига G'_eqB пленки 31, толщиной e_B.

Также пленка 31 толщиной e_B, которая имеет коэффициент потерь tanδ больший, чем коэффициент потерь пленки 30 в диапазоне t₂, имеет эквивалентный модуль сдвига G'_eqB меньший, чем эквивалентный модуль сдвига G'_eqA пленки 30 толщиной e_A.

Опять в соответствии с изобретением для диапазона разделения температур t₃ необходимо, чтобы на 200 Гц отношение между эквивалентными модулями сдвига G'_eq пленок находилось между 0,2 и 5.

Таким образом, в диапазоне t₃ отношение между эквивалентным модулем сдвига G'_eqA пленки 30 и эквивалентным модулем сдвига G'_eqB пленки 31 находится между 0,2 и 5.

Эти объединенные признаки коэффициента потерь и модулей сдвига материалов, составляющих пленки, и эквивалентные модули сдвига пленок придают прокладке оптимальное акустическое демпфирование для застекления во всех диапазонах температур t₁ и t₂ и t₃, причем прокладка является акустической в каждом диапазоне температур.

Рассмотренные следующие два примера пленок 30 и 31 являются соответственно пленкой, изготовленной из материала А под названием Vanceva Quiet QC41 от Solutia, и пленкой, изготовленной из материала В, Saflex AC1.2 от Solutia. Пленка 30 использована при толщине 1,6 мм, а пленка 31 при толщине 3,3 мм. Прокладка получена с помощью ламинирования пленок.

На 200 Гц пленка 30 имеет коэффициент потерь tanδ, больший чем 0,6, а также модуль сдвига G', меньший чем 2х10⁷ Па, между температурой 6°С и температурой 29°С (диапазон t_A), причем температура передачи стекла составляет 14°С (фиг.3 и фиг.4).

На 200 Гц пленка 31 имеет коэффициент потерь tanδ, больший чем 0,6, а также модуль сдвига G', меньший чем 2х10⁷ Па, между температурой 16°С и температурой 58°С (диапазон t_B), причем температура передачи стекла составляет 38°С (фиг.3 и фиг.4).

Следует заметить, что все результаты измерений, приведенные в тексте, были получены с помощью анализатора вязкости Metravib.

Следующее принято во внимание в соответствии с изобретением:

отдельный диапазон t₁ (от 6°С до 23°С), который включен в диапазон t_A и для которого пленка 30 действует более как демпфер, чем пленка 31;

диапазон t₂ (от 32°С до 58°С), который включен в диапазон t_B и для которого пленка 31 действует более как демпфер, чем пленка 30;

диапазон t₃ (от 23°С до 32°С), который разделяет диапазоны t₁ и t₂.

В соответствии с изобретением так, что прокладка неизбежно обеспечивает акустическое демпфирование в отдельных диапазонах t₁ и t₂, и это является оптимальным способом для застекления, пленка 30 имеет эквивалентный модуль сдвига G'_eqA в диапазоне t₁ (от 6°С до 23°С), что остается меньше, чем эквивалентный модуль сдвига G'_eqB пленки 31 в этом самом диапазоне, в то время как в диапазоне t₂ (от 32°С до 58°С) пленка 31 имеет эквивалентный модуль сдвига G'_eqB, который остается меньше, чем эквивалентный модуль сдвига G'_eqA пленки 30. На фиг.5 показаны кривые эквивалентных модулей сдвига пленок.

Однако в соответствии с изобретением, для разделяющего диапазона t₃ отношение между эквивалентными модулями сдвига каждой из пленок 30 и 31 включено между 0,2 и 5, так что прокладка неизбежно обеспечивает акустическое демпфирование, и это является оптимальным способом для застекления. Например, при 25°С:

G'_eqA = 10⁷ Па, а G'_eqB = 8х10⁶ Па, то есть

Следовательно, акустическая эффективность прокладки имеется в диапазонах t₁, t₂, и t₃, а также в диапазоне t₂ и в диапазоне t₃.

Коэффициент потерь прокладки в диапазонах t₁, t₂, и t₃ больше чем 0,6. Таблица, приведенная ниже, изображает значение измеренного коэффициента потерь tanδ на 200 Гц и при температурах 10, 20, 30, 40 и 50°С.

Кроме того, модуль сдвига G' прокладки предпочтительно является меньше чем 2х10⁷ Па в этих диапазонах t₁, t₂ и t₃. Эти признаки относительно коэффициента потерь и модуля сдвига гарантируют оптимальное свойство акустического демпфирования, которое прокладка придает застеклению. Таблица, приведенная ниже, изображает значение измеренного модуля сдвига G' прокладки на 200 Гц и при температурах 10, 20, 30, 40 и 50°С: