Автомобильное стекло с изменяющейся прозрачностью

Область техники.

Заявляемое техническое решение относится к стеклам транспортных средств и предназначено для изготовления электрохромных автомобильных стекол.

Предшествующий уровень техники.

Из патента США 6055088 (МПК G02F 1/15, 2000) известно остекление с изменяющимися оптическими свойствами для крыши автомобиля, которое содержит электрохромный активный слой и средство защиты, содержащее покрытие с отражающими свойствами в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Электрохромный активный слой представляет собой два прозрачных стекла с электропроводящими слоями из оксида олова, между которыми размещены слой анодного электрохромного материала, защитный слой гидротированного оксида тантала, слой электролита и слой катодного электрохромного материала. Одно из стекол снаружи ламинировано третьим прозрачным стеклом посредством промежуточного слоя полимера поливинилбутираля. Со стороны слоя полимера третье стекло имеет отражающее покрытие. Слой полимера и особенно отражающее покрытие защищают электрохромный активный слой от солнечного излучения.

Недостатком указанного аналога является значительная толщина остекления, что не позволяет использовать его в штатных уплотнителях стекол автомобиля.

Раскрытие заявляемого технического решения.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение возможности простой замены любого штатного стекла автомобиля на стекло с изменяющейся прозрачностью. При этом критерием простоты является минимальное количество изменений конструкции окна автомобиля, в котором производится замена стекла.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является обеспечение возможности установки стекла с изменяющейся прозрачностью в штатный уплотнитель окна автомобиля при одновременном обеспечении длительной работы электрохромного слоя, защищенного от ультрафиолета, и защиты стекла от царапин.

Сущность заявленного технического решения состоит в том, что автомобильное стекло с изменяющейся прозрачностью содержит первый и второй наложенные друг на друга стеклянные листы, на смежных поверхностях которых выполнены электропроводящие слои, между которыми размещено электрохромное рабочее вещество. К электропроводящим слоям закреплены шины подключения источника электропитания. Все стеклянные листы и электропроводящие слои являются полностью или частично прозрачными по крайней мере в части видимого спектра оптического излучения. Отличается тем, что пространство между первым и вторым листами герметизировано, а рабочее вещество размещено в этом герметичном пространстве. На второй лист наложен третий стеклянный лист и между этими листами размещен полимерный слой, задерживающий ультрафиолетовое излучение. Первый лист выполнен по размеру меньше второго листа в области контакта края автомобильного стекла с уплотнителем. На первый лист с внешней стороны стекла наклеена защитная пленка, не пропускающая ультрафиолетовое излучение.

Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.

В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.

Шины подключения источника электропитания предпочтительно закреплены на электропроводящих слоях электропроводным клеем, причем первая такая шина закреплена на первом листе, а вторая шина — на втором листе. Шины желательно закрывать снаружи термостойкой изоляционной клейкой лентой. Шины могут быть расположены по периметру листов. Желательно первую шину выполнять по верхней половине периметра первого листа, а вторую шину - по нижней стороне второго листа.

По краю второго листа со стороны первого листа допустимо выполнять фацет.

Полимерный слой, задерживающий ультрафиолетовое излучение, может быть выполнен из поливинилбутираля. Этот слой может быть выполнен из композиции полимера с ультрафиолетовым поглотителем, размещенной в герметичном пространстве между вторым и третьим.

Защитную пленку целесообразно выполнять бронирующей.

Автором заявленного технического решения изготовлены опытные образцы этого решения, испытания которых подтвердили достижение указанного технического результата.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 показана схема автомобильного стекла с изменяющейся прозрачностью, на фиг. 2 - схема установки автомобильного стекла, на фиг. 3 - схема расположения шин по примеру 5.

Осуществление технического решения.

Автомобильное стекло с изменяющейся прозрачностью представляет собой наложенные друг на друга первый (1) и второй (2) стеклянные листы, между которыми размещено электрохромное рабочее вещество (3) (фиг. 1). Широко применяемое в промышленности стекло является оптически прозрачным в области видимого излучения и в ультрафиолетовом диапазоне от 315 до 400 нм. Это стекло является оптически непрозрачным в диапазоне ультрафиолетового излучения меньше 315 нм. Стекло может быть закаленным. Стеклянные листы могут быть тонированными.

Рабочее вещество (3) выполнено с возможностью обратимого изменения прозрачности под действием приложенного электрического напряжения. Рабочее вещество может быть жидкостью, гелем или твердым веществом. Под гелем в настоящей заявке понимается дисперсная система с жидкой дисперсионной средой, в которых частицы дисперсной фазы образуют пространственную структурную сетку. Гель представляет собой твердообразное ("студенистое") тело, способное сохранять форму, обладающее упругостью (эластичностью) и пластичностью. Типичные гели имеют коагуляционную структуру, то есть частицы дисперсной фазы соединены в местах контакта силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через тонкую прослойку дисперсионной среды.

В качестве электрохромного компонента, изменяющего прозрачность (окрашивающегося) при восстановлении (при захвате электронов) используются материалы, включающие в себя оксиды вольфрама. В качестве электрохромного компонента, изменяющего прозрачность при окислении (при потере электронов) используются материалы, включающие в себя оксиды никеля и оксиды кобальта. Электрохромные материалы также могут быть выполнены на основе:

- оксидов неорганических металлов V₂O₅, Ir(OH)_x, NiO_xH_y, TiO₂, MoO₃,

- проводящих полимеров PEDOT (поли-3,4-этилендиокситиофен), полипиррол, полианилин, полиазулен, политиофен, полипиридин, полииндол, поликарбазол, полиазин, полихинон,

- органических электрохромных материалов виологен, антрахинон, феноциазин.

В качестве рабочего вещества целесообразно применять долговечные электрохромные растворы с повышенным перепадом оптической плотности, раскрытые в описании к изобретению по патенту RU2464607, МПК G02F 1/15 (2006.01), C09K 9/02 (2006.01), C08L 39/04 (2006.01), 2012.

В качестве рабочего вещества возможно применять электрохромный состав, раскрытый в описании к изобретению по патенту RU2144937, МПК C09K 9/02 (2000.01), G02F 1/15 (2000.01), 2000. В качестве рабочего вещества возможно применять электрохромный состав, раскрытый в патентной заявке US20150355519, МПК G02F 1/161 20060101 G02F001/161; C09K 9/02 20060101 C09K009/02; B29D 99/00 20060101 B29D099/00; G02F 1/155 20060101 G02F001/155; B29D 11/00 20060101 B29D011/00, 2015.

Для исключения контакта рабочего вещества с кислородом воздуха, а также для герметизации жидкого или гелеобразного рабочего вещества пространство между первым (1) и вторым (2) листами герметизировано барьером (12). Барьер (12) может быть выполнен из полиизобутиленового герметика или эпоксидной смолы.

Первый (1) и второй (2) листы, а также барьер (12) выполнены из материала, химически стойкого к рабочему веществу (3).

Для подвода напряжения к поверхностям рабочего вещества (3) первый (1) и второй (2) листы со стороны рабочего вещества снабжены электропроводящими слоями (4), выполненными в виде нанесенных на них оптически прозрачных слоев из оксида олова. Стеклянные листы (1, 2) могут быть выполнены в виде стекол NSG TEC 15 производства завода Pilkington (Англия), входящего в группу Nippon Sheet Glass Co., Ltd. (интернет-ресурс http://www.pilkington.com/en/global/products/product-categories/special-applications/nsg-tec-for-technical-applications).

Для подключения источника электропитания первая (5) и вторая (6) шины приклеены электропроводным клеем (7) к электропроводящим слоям (4) соответственно первого (1) и второго (2) листов. При изготовлении автомобильного стекла для выполнения шин целесообразно использовать медную ленту с проводящим клеевым слоем.

Снаружи шины желательно закрыть термостойкой изоляционной клейкой лентой (8). Эта лента предохраняет шины (5, 6) от замыкания или утечек. Кроме того, если при изготовлении автомобильного стекла требуется термообработка, то лента (8) предотвращает отклеивание шин (5, 6) от электропроводящих слоев (4) при нагревании. Аналогично лента (8) защищает шины при аномальном нагревании автомобильного стекла во время эксплуатации. Лента (8) может быть выполнена с использованием каптона.

На первый лист с внешней стороны автомобильного стекла наклеена защитная пленка (14), не пропускающая ультрафиолетовое излучение (в диапазоне меньше 400 нм). Такая пленка обеспечивает защиту электрохромного рабочего вещества от ультрафиолета со стороны салона автомобиля (например, при открытых дверях, при попадании солнечного света через открытое другое окно, а также для кабриолетов и фаэтонов).

В целях обеспечения безопасности на транспорте пленка (14) может быть выполнена бронирующей. Этой пленкой может быть, например, пленка ClearPlex производства компании Madico, Inc. (интернет-ресурс https://clearplex.com/product/).

На второй лист (2) наложен третий стеклянный лист (9), между которыми размещен полимерный слой (10), задерживающий ультрафиолетовое излучение (в диапазоне меньше 400 нм). Полимерный слой (10) защищает электрохромное рабочее вещество (3) от скорой деградации под действием ультрафиолета.

Третий лист (9) обеспечивает механическую стойкость автомобильного стекла к истиранию.

Практически реализуемая суммарная толщина трех стеклянных слоев не меньше 8 мм. Штатные уплотнители автомобильных стекол рассчитаны на толщину стекла от 4 до 6 мм, в связи с чем первый лист (1) в области контакта края автомобильного стекла с уплотнителем (13) выполнен по размеру меньше второго листа (2) (фиг. 2). Этим обеспечивается снижение толщины автомобильного стекла в области уплотнителя. Целесообразно выполнять размер первого листа меньше размера второго листа на глубину уплотнителя с соответствующей стороны. Этим достигается сохранение функции изменения прозрачности автомобильного стекла на наибольшей части его поверхности, видимой при использовании.

Если суммарная толщина второго (2) и третьего (9) листов с полимерным слоем (10) больше размера, на который рассчитано уплотнение автомобильного стекла, то по краю второго листа (2) со стороны первого листа (1) возможно выполнять фацет (11) (фиг. 1). Это обеспечит достаточно малую толщину автомобильного стекла для установки в уплотнитель.

Для опускающегося автомобильного стекла, предназначенного для установки в двери, высота первого (1) и третьего (9) листов может быть выполнена меньше высоты второго листа (2) настолько, чтобы с небольшим перекрытием закрыть оконный проем. При этом механизм опускания автомобильного стекла в двери крепится ко второму листу (2).

Первый лист (1) и третий лист (9) с внешней стороны в области барьера (12) и шин (5, 6) могут быть окрашены краской по керамике.

Автомобильное стекло может быть плоским или изогнутым в соответствии с конструкцией автомобиля.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Автомобильное стекло предназначено для замены опускающегося вниз стекла в передней двери автомобиля. Первый (1) и второй (2) листы изготовлены из стекла TEC15 толщиной 3,85 мм. Третий лист (9) изготовлен из простого оконного стекла толщиной 1,8 мм. Первый лист меньше второго листа по всему периметру на 12 мм. Шины (5, 6) выполнены из медной ленты с электропроводящим слоем. Термостойкая изоляционная клейкая лента (8) выполнена в виде каптонового скотча. Зазор между первым и вторым листами 0,35 мм. Такой же зазор между вторым и третьим листами. Пространства между листами герметизированы полиизобутеленовым герметиком.

Полимерный слой (10) выполнен из Акролата 18 производства ООО «НПП «Макромер» им. В.С. Лебедева», Россия (интернет-ресурс http://macromer.ru/product/glass/akrolat-18/), с добавлением ультрафиолетовых поглотителей.

При изготовлении автомобильного стекла сначала вырезают из стекла заготовки первого, второго и третьего листов. Размер второго и третьего листов при этом соответствует размеру штатного стекла автомобиля, первый лист меньше на глубину уплотнителя стекла автомобиля с трех сторон.

Затем обрабатывают края стеклянных листов, после чего листы моллируют в печи для воспроизводства криволинейной формы штатного автомобильного стекла.

Затем по краю первого и второго листов прокладывают шины и проклеивают их сверху каптоновым скотчем.

Затем склеивают все три листа по периметру полиизобутеленовым герметиком в пакет, оставляя небольшие отверстия для введения электрохромного рабочего вещества между первым и вторым листами, и для введения раствора Акролата 18 с ультрафиолетовым поглотителем между вторым и третьим листами. После введения указанных жидкостей вышеупомянутые отверстия заклеивают.

Затем производят полимеризацию рабочего вещества (3) и полимерного слоя (10) ультрафиолетовым излучением и/или нагреванием.

Затем автомобильное стекло окрашивают по периметру, чтобы скрыть шины и герметик.

Затем на первый лист снаружи наклеивают бронирующую пленку ClearPlex, также обеспечивающую защиту рабочего вещества от ультрафиолета.

Пример 2.

Отличается от автомобильного стекла по примеру 1 выполнением фацета по краю второго листа.

Пример 3.

Отличается от автомобильного стекла по примеру 1 тем, что первый и третий листы в нижней части, меньше второго листа на 80 мм. В нижней части ко второму листу крепят механизм подъема\опускания автомобильного стекла.

Пример 4.

Отличается от автомобильного стекла по примеру 1 тем, что полимерный слой (10) содержит краситель, поглощающий на длине волны 380-400 нм.

Пример 5.

С целью компенсационного распределения токов первая шина (5) выполнена по верхней половине периметра первого листа (1), а вторая шина (6) выполнена по нижней стороне второго листа (2) (фиг. 3).

Пример 6.

Полимерный слой (10) выполнен из поливинилбутираля. При изготовлении автомобильного стекла третий лист (9) склеивается со вторым листом (2) этим полимером с образованием слоя (10).

Порядок использования автомобильного стекла.

Автомобильное стекло устанавливается в автомобиль так, чтобы третий лист находился снаружи. При этом уменьшенный размер первого листа (1) и фацет (11) позволяют установить автомобильное стекло в штатный уплотнитель автомобиля.

Полимерный слой (10) и защитная пленка (14) обеспечивают защиту рабочего вещества (3) от ультрафиолета. Третий стеклянный лист (9) обеспечивает механическую защиту полимерного слоя (10) от истирания.

Изменение прозрачности обеспечивается подачей различного напряжения на первую (5) и вторую (6) шины.

Промышленная применимость.

Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на промышленном предприятии и найдет широкое применение в области автомобилестроения.