抗極強風和抗碰撞的安全玻璃構件的製作方法

2023-04-25 12:02:36 1

專利名稱：：抗極強風和抗碰撞的安全玻璃構件的製作方法
技術領域：
：本發明的領域本發明涉及商業用房或住宅建築用的能抵抗極強的風和碰撞環境的夾層安全玻璃構件。具體地說，這種安全玻璃構件包括一塊普通的夾層安全玻璃板(即兩層玻璃中間粘接一層聚乙烯醇縮丁醛)，此玻璃的周邊安裝於剛性結構框架中而使玻璃板的邊緣牢靠地保持於該框架之內，這樣，整個結構就充分地剛硬和結實，能抵抗極強的風和碰撞。結果，在極端惡劣天氣如颶風襲擊下，也仍可保持安全玻璃的完整性。相關
背景技術：
：因颶風、龍捲風等等造成的極端惡劣氣候環境會給建築物結構，特別是會給由脆性玻璃形成的窗造成巨大損壞。颶風是一種巨大的大氣渦旋，這種渦旋可以產生持續不斷的每小時120英裡或更大的風速。當颶風登上海岸而經過建築物時，建築物便會經受到持續的緩慢改變方向的旋風侵襲。颶風常會延續若干小時，而它的急劇的陣風則會使建築物抖動。這種風在其徐緩地改變方向時會尋找建築物結構最弱的部件。並在這樣一個過程中造成破壞並產生大量的風載碎片。颶風的上述嚴酷而複雜的性質給建築物帶來了一些特殊的問題。在建築物外環繞房頂的風有可能把房頂掀掉。此外，要是建築物的外層結構由於窗口損壞而破裂，則風就會進到建築物內而可能將房頂和牆壁外推。這樣，當建築物外層結構已經破裂時，影響到掀翻房頂的力事實上就會加倍。由於風載碎片的出現，要保持窗孔的完整性也是很難的。曾嘗試過採用擋板或把玻璃設計成能在破裂後仍保持於窗孔中來保護窗玻璃，但這樣的擋板或破裂了的玻璃必須能抵抗改變方向的持續的陣髮式的疾風，而這類疾吹的颶風在經過時則會使壓力從對內作用改變到對外作用(吸力)。隨著這樣的壓力變化，窗口完整性的破壞在颶風環境下是經常會發生的事件。迄今尚未能設計出具有抵抗極大颶風這類氣象環境的性能的窗玻璃構件。美國專利No.2631340公開了可配合到待密封窗孔上的抗暴風雨的窗結構。美國專利No.5355651公開了一種安裝裝置，用來將窗玻璃板固定到一框架中，此框架包括一槽形撓性帶，沿此帶的長度於相分開的間隔處有孔。美國專利No.4364209公開了可卡合於窗框內並沿玻璃板周邊延伸的玻璃窗帶。這種玻璃窗帶能將玻璃板牢靠地保持就位同時易使玻璃板取下進行修整或更換。應用擋板來保護建築物的窗口是周知的辦法，但是擋板會增加建築物的額外費用且需注意在颶風到來之前及時將其關閉。此外，對於大型的商業用房也並非常常是可行的。美國專利No.5347775公開了在惡劣氣候環境下的窗用防颶風擋板。自從Andrew颶風1992年8月掃蕩南佛羅裡達州後，工程師、建築學家、建築部門的官員們以及建築工業人士等已把颶風作為專門設計環境來考慮。颶風的持續和紊流的特性對安全玻璃結構在抵抗極強的風和抵抗風載碎片衝擊的設計方面提出了新的重要挑戰，而這是先有技術中未曾考慮到的。發明概述對於包含有安全玻璃在內的窗結構已作出了新的改進，改進了它在暴露於極其惡劣天氣環境如颶風等等之下的性能。因此，本發明的主要目的即在於提供一種安全的玻璃窗構件，它能有效地抵抗由颶風、龍捲風，等等所造成的極端惡劣的氣候環境。上述目的和其它目的已通過提供用於住宅和商業用房的，可抵抗極強的風和發生碰撞情形的安全玻璃構件而得以實現，這種安全玻璃構件包括(a)形成有一個孔口並確定出外部剛性槽的框架；(b)在上述孔口中的夾層玻璃板，此玻璃板包括第一和第二層玻璃，它們粘接到塑化的聚乙烯醇縮丁醛(PVB)的中間層上；(c)在上述框架中的內剛性槽，它外接於前述夾層玻璃板的周邊並由自密封粘合劑粘合到該周邊上，使得此板的邊界區和這一內剛性槽之間不會有或至多會有最小限度的相對運動；和(d)上述內剛性槽是用彈性材料安裝到外剛性槽內並粘合於其上的，從而允許此玻璃板在暴露於所述極強的風和受到所述碰撞的條件下能於其邊界之內彎曲。附圖簡要描述附圖是本發明的安全玻璃構件的一種實施形式的橫剖圖。發明詳細描述參考附圖，安全玻璃構件20包括一橫剖面呈U形的外槽1，後者的側片2和3以及底片4限定出一個可讓玻璃板插入的開孔。上述槽的具體形狀並非關鍵，可以視需要變動來適合各種結構所需。夾層安全玻璃板10的周邊安裝於內剛性槽8之中，並在其內用自密封粘合劑9粘接而允許在安全玻璃10和內剛性槽8的內部之間只有最小的或沒有相對運動。上述夾層的安全玻璃板10包括第一和第二層玻璃5和6，它們可以是相同或不相同，粘合併封閉一塑化的聚乙烯醇縮丁醛(PVB)中間片7。如圖所示，內剛性槽8(及其插入的安全玻璃)同外剛性槽1的內部間隔開，其內粘結有彈性材料11，允許內剛性槽8的外部和外剛性槽1的內部之間有相對的彎曲運動。由高強風或風載碎片碰撞導致這種安全玻璃構件的任何彎曲，都會由支承玻璃的內槽8相對於分開此內、外槽的彈性材料11的彎曲所吸收。當有需要時，為使水或其他雜物能夠離開而不會聚集在或鄰近於玻璃板10所插入於內、外槽8、1的區域，本發明的安全玻璃構件可以有選擇地在此區域內設置任何適當的材料，以在從玻璃面到U形槽的側片的頂部間形成一定角度。任何普通的材料如密封墊片、矽樹脂、帶，等等都是可以用於這種目的的。上述夾層安全玻璃板可以是一般用於汽車風擋或建築結構的任何常規的安全玻璃，通常包括兩片粘合到塑化的聚乙烯醇縮丁醛的中間層的玻璃。塑化的聚乙烯醇縮丁醛的中間層是本項技術中周知的，這類中間層及其製備過程已描述於美國專利No.Re.20430、No.2496480和No.3271235中。它們所公開的內容已綜合於此供參考。所述塑化的聚乙烯醇縮丁醛片最好厚約60～90mil。這類中間層可購自MonsantoCompany，St.Louis，Mo，商品名Saflex片，或購自DapontCompany，Wilmington，De，商品名Butacite片。封圍夾層安全玻璃板周邊的內剛性槽由橫剖面為C形、J形或U形的剛性材料組成。內剛性槽的邊緣可以斜切或方切。最好，內剛性槽不要在任何點上有搭接。確定此內剛性槽的槽寬、壁厚和壁高可以按需要改變。需要調節前述外剛性層的尺寸和形狀來配合特定尺寸的孔口以及內剛性槽的具體尺寸與形狀，這是內行人明白的。夾層玻璃板應插入內剛性槽內足夠的距離，使得各塊玻璃面的周邊有約0.5英寸的從板邊測量的寬度封圍於此槽內。內剛性槽可以由任何通常的材料如鋁、鋼、聚氯乙烯、尼龍或其它堅固的塑料製成。在採用鋁材時，直型材的鋁可以彎成所需的任何形狀和尺寸。例如可把兩個半圓形的鋁材接附到一起來覆蓋安全玻璃的周邊。此夾層安全玻璃板的周邊用自密封粘合劑粘合到內剛性槽內。這種自密封粘合劑最好具有可柔順性，並對玻璃與槽用材料具有良好的粘合性，且在固化後能變硬。較理想的自密封粘合劑為矽樹脂、環氧樹脂、聚醯亞胺、聚乙烯醇縮乙醛、聚硫化物、丁基樹脂密封劑和/或密封墊以及在夾層安全玻璃板邊緣處的超量的聚乙烯醇縮乙醛中間層材料。為本項技術中內行的人所熟知的其他自密封粘合劑也是可以使用的。在擠壓式聚乙烯醇縮乙醛片的情形，當構造夾層件時，此聚乙烯醇縮乙醛中間片一般比玻璃片大，當有超量的聚乙烯醇縮乙醛存在於最終所得層壓件的邊緣處時，要是將此帶有超量聚乙烯醇縮乙醛的夾層玻璃板插入內剛性槽中。此超量的聚乙烯醇縮乙醛就將起到自密封劑的作用。一般是把夾層件同槽在一起熱壓處理而由超量的聚乙烯醇縮乙醛將槽層壓到玻璃板上。或者可以在夾層件的邊緣修整超量的聚乙烯醇縮乙醛使其與玻璃板的邊緣平齊，而把此超出的量在熱壓處理之前用來充填內槽，使有夾層的安全玻璃板粘結到槽上。然後將安裝了安全玻璃的內槽再安裝到建築物框架的外槽中，使所形成的結構能滿足工業部門接受的標準的風力載荷和構件要求。儘管本發明的安全玻璃構件可以用於任何形狀的建築物孔口，但它們一般是用在窗、門、天窗等建築物孔口中。所述框架的外剛性槽是由橫剖面為C形、U形、J型或它們的組合形狀的剛性材料構成。外剛性槽的寬度、壁厚與壁高可按需要改變，以適合內剛性槽，同時需要改變內剛性槽的參數來匹配特定尺寸的孔口，這些都是內行的人所熟知的。外剛性槽可以由任何常規的材料形成，如鋁、聚氯乙烯(PVC)、木材或它們的任何組合物或複合物(例如乙烯包層的木窗)。內剛性槽可以用任何適當的彈性材料如填塞到外剛性槽中的粘合劑之類的合適彈性材料粘結到外剛性槽內。合適的粘合劑例子包括玻璃窗帶、矽橡膠壓條、環氧樹脂、聚醯亞胺、聚硫化物、丁基樹脂、推入式密封墊、普通粘合劑帶或它們的任何組合形式。用於安全玻璃構件的玻璃應符合美國標準測試方法(ASTM)有關板玻璃的標準技術要求(ASTMC-1036-90)和層壓建築板玻璃(ASTMC-1172-91)。玻璃的厚度則取決於具體構件的風力載荷要求。玻璃厚度和風力載荷要求則通過用於測定退火玻璃厚度試驗(ASTME-1300)和比載荷試驗(美國土木工程標準「ASCE」-7-88)測定。這類玻璃的典型例子包括熱增強玻璃、退火玻璃、全剛性玻璃和化學增強玻璃。用於安全玻璃夾層件的第一和第二層玻璃最好各厚約3/32～1/2英寸。重要的是需設計出能經受大型投擲物的衝撞而不會被貫穿的窗子，因為這種投擲來的碎片在由颶風造成的極強風暴條件下絕大多數情形是圍繞建築物的下部(例如低於30英尺)的。在約30英尺和更高處，同樣普遍見到的是來自相鄰房頂的房頂礫石和其他小型碎片。要是窗子在這類投擲物的碰撞下破裂，除非整個破碎的玻璃在殘餘風暴襲擊之下仍然保持於窗子的孔口內，不然，建築物的外層結構就會受到破壞。但是，為颶風所發展的循環式壓力會給建築物帶來進一步的結構損害。後面當會描述到，本發明的安全玻璃構件則能經受住這種惡劣天氣環境。已制定了若干測試標準可用於颶風易發區的鑲面牆來評價產品的合格性。這類測試標準適用於牆襯、護牆板、窗、門、天窗、建築物外層結構中其他孔口的擋板和覆蓋件。用於海岸地區的這類測試標準中有代表性的是用來測定風載碎片碰撞穩定性的「南部建築法規會議國際集團(Birmingham，Alabama)(「SBCCI」)標準。在典型的測試試驗中，取決於被測試製品在建築物的高度位置，用大的或小的投擲物於高速下碰撞這種製品。在碰撞之後，使製品經受代表颶風的持續素流風的循環壓力，風向則加以變動以改變在模擬的典型颶風條件下從對內作用到對外作用(吸力)來施加壓力的方向。本發明可從下面各例中獲得更清楚的了解。但是，內行的人易知這裡所論述的特殊方法和結果僅僅是對本發明的詮釋而非對其施加限制。下述各例中的各安全玻璃構件經過了大型投擲物的碰撞試驗和循環壓力載荷試驗。以下概述用於測試安全玻璃構件的兩種試驗方法。大型投擲物衝撞試驗對於由大型投擲物試驗的各安全玻璃構件準備了兩個一致的試樣。大型投擲物包括一塊名義尺寸為2英寸×4英寸，重9磅的木料。此大型投擲物由投擲筒用壓縮空氣推向窗玻璃，按50英尺/秒的速率碰撞各試樣的表面。各個試樣接受兩次衝擊第一次是在5英寸半徑的圓內，以圓心位於試樣的居中點，第二次是在角隅中5英寸半徑的圓內，以其中心位於離任何支承件在6英寸外的位置。要是各安全玻璃構件的試樣成功地通過了投擲物碰撞試驗(即投擲物未貫穿或沒有大於可完全貫通安全玻璃構件的5英寸裂口)時，它們即接受下述的循環壓力載荷試驗。循環壓力載荷試驗在循環壓力載荷試驗下，將已成功經受了大型投擲物碰撞試驗的兩個試樣按表1所示，在依遞降順序經歷對外作用壓力循環(負壓)後，再繼以對內作用的壓力循環(負壓)。這些壓力載荷是通過接附到試樣上的機械系統施加的，為的是能沿此構件的周邊施加均勻的壓力。每次循環經歷的時間為3秒。表1循環風力載荷注意pmax指依據ASCE7-88的最大設計負荷。試驗結果採用合格/不合格標準。要是各構件的兩個試樣能抑制兩投擲物的碰撞而不被貫穿，並能抵抗循環壓力載荷而不會形成長於5英寸和寬過1/16英寸能讓空氣通過的裂縫時，則認定這一特定構件通過試驗。例1將兩塊名義尺寸1/8英寸厚的玻璃中間夾以0.090英寸的Saflex聚乙烯醇縮丁醛中間層的夾層玻璃板的整個周邊，用業已粘接到1/16英寸壁厚的C型鋁槽內的1/16～1/8英寸的中性固化矽樹脂壓條結合到此槽內。然後將所得的安裝有夾層玻璃的槽置於一框式中性試驗架上。此框式中性試驗架包括兩腿尺寸為1英寸×1英寸的1/4英寸角鐵。這些角鐵按6英寸間隔，用No.10，英寸螺釘固定到2英寸×6英寸的松木架上。角鐵的布置寬度取決於所封圍的玻璃構件的總厚以及所需的玻璃部件。將試驗過的試樣裝配到框式中性試驗架內，其中於玻璃板的內側上另設名義尺寸為1/8英寸的合攏的矽橡膠壓條，而在玻璃板的外側上設置雙側粘合劑泡沫塑料的玻璃窗用帶。這樣的構型通過了碰撞和70磅/英尺2(Psf)下的循環載荷試驗。例2安全玻璃構件的結構與例1中的相同，只是將具有1/8英寸壁厚的鋁槽粘合到夾層玻璃的邊緣上。這種構型通過了碰撞和80磅/英尺2(Psf)下的循環載荷試驗。例3安全玻璃構件的結構與例1中的相同，只是其中的夾層玻璃包括在0.090英寸Saflex聚乙烯醇縮丁醛(PVB)中間層的一側上粘合的名義尺寸3/16英寸的熱增強玻璃以及在此PVB層的另一側上粘合的名義尺寸1/8英寸的退火玻璃。這種構型通過了碰撞和在80Psf下的循環載荷試驗。例4安全玻璃構件的結構與例1中的相同，只是其中的夾層玻璃包括在0.090英寸SaflexPVB中間層的一側上粘合的名義尺寸3/16英寸的增強玻璃以及在此PVB層的另一側上粘合的名義尺寸3/16英寸的退火玻璃。這種構型通過了碰撞和在80Psf下的循環載荷試驗。例5安全玻璃構件的結構與例1中的相同，只是其中的夾層玻璃是在兩塊名義尺寸1/8英寸的退火玻璃之間夾有0.090英寸SaflexPVB中間層。這種夾層玻璃未使用內槽而直接粘合到構件中的外槽內。此構型通過了碰撞試驗但未能通過60Psf下的循環載荷試驗。在測試這裡的安全玻璃構件中，觀察到稱作為玻璃邊緣脫離現象(當玻璃不再粘合到PVB上時，即發生玻璃邊緣脫離)。由碰撞試驗形成的小玻璃粒在循環載荷試驗下即從PVB上拉脫下而導致此構件不合格。例6安全玻璃構件的結構與例1中的相同，只是用名義尺寸1/4英寸的全剛化玻璃取代了夾層玻璃。這種構型未能通過碰撞試驗，也就不能進行循環載荷試驗。例7安全玻璃構件的結構與例1中的相同，只是將名義尺寸1/4英寸的全剛化玻璃直接粘合到窗子的槽內而不使用內槽。這種構型未能通過碰撞試驗，也就不能進行循環載荷試驗。以上的性能數據是在模擬強颶風下通常遇到的外部的急風和碰撞條件下所取得的，這些數據清楚地表明了這裡所公開的安全玻璃構件的優點。特別是，本發明的安全玻璃構件有助於載有安全玻璃的內槽在外槽內彎曲，因而能保持建築物孔口的完整性。此外，這種完全玻璃構件易於安裝到暴露於嚴酷天氣環境下的新或舊的建築物中的構架之中。權利要求1.一種抗極強風和抗碰撞環境的安全玻璃構件，此構件包括(a)形成有一個孔口並確定出外部剛性的框架；(b)在上述孔口中的夾層玻璃板，此玻璃板包括第一和第二層玻璃，它們粘接於塑化的聚乙烯醇縮丁醛(PVB)的中間層；(c)在上述框架中的內剛性槽，它外接於前述夾層玻璃板的周邊並由自密封粘合劑粘合於該周邊上，使得此板的邊界區和這一內剛性槽之間不會有或至多會有最小限度的相對運動；和(d)上述內剛性槽是用彈性材料安裝到外剛性槽內並粘合於其上的，從而允許此玻璃板在暴露於所述極強的風和受到所述碰撞的條件下限於其邊界之內彎曲。2.權利要求1所述的安全玻璃構件，其中，所述內剛性槽具有從C形、J形和U形這組形狀中選取的一種橫剖面形狀。3.如權利要求2所述的安全玻璃構件，其中，所述內剛性槽是由從鋁、鋼、聚氯乙烯和尼龍這組材料中選取的一種製成。4.如權利要求1所述的安全玻璃構件，其中，所述外剛性槽具有選自C形或U形的橫剖面。5.如權利要求4所述的安全玻璃構件，其中，所述外剛性槽是由從鋁、聚氯乙烯、木材或它們的任何組合形式構成的組中選取一種製成。6.如權利要求1所述的安全玻璃構件，其中，所述自密封粘合劑是選自有機矽、環氧樹脂、聚醯亞胺、聚乙烯醇縮丁醛、聚硫化物、丁基樹脂密封劑和密封墊構成的組中。7.如權利要求1所述的安全玻璃構件，其中，所述彈性材料是粘合劑。8.如權利要求7所述的安全玻璃構件，其中，所述粘合劑是選自玻璃窗帶、有機矽、環氧樹脂、聚醯亞胺、聚硫化物、丁基樹脂材料、推入式密封墊或它們的任何組合形式。9.如權利要求1所述的安全玻璃構件，其中，所述第一層和第二層玻璃是相同或不同的。10.如權利要求9所述的安全玻璃構件，其中，所述第一和第二層玻璃是選自熱增強玻璃，退火玻璃、全鋼化玻璃和化學鋼化玻璃所成的組中。11.如權利要求10所述的安全玻璃構件，其中，所述第一層玻璃和第二層玻璃的厚度分別是從約3/32至1/2英寸。12.如權利要求1所述的安全玻璃構件，其中，所述塑化的聚乙烯醇縮丁醛厚約60至約90密耳(mils)。全文摘要一種能抗禦極強的風和碰撞環境的安全玻璃構件(20),它包括形成孔口且確定外剛性槽(1)的框架;在孔口之內且包括粘合到塑化PVB中間層(7)的第一和第二層玻璃(5、6)的夾層玻璃板(10);在框架內封圍住,且通過自密封粘合劑(9)粘合到夾層玻璃板(10)之上的內剛性槽(8),粘合劑(9)則不允許在板(10)的邊界區和內剛性槽(8)之間有相對運動而至多允許其間有最小的相對運動;此內剛性槽(8)是藉助彈性材料(11)安裝於並粘合到外剛性槽(11)之中,這樣可使板(10)在暴露於極強的風和碰撞環境下能於其邊界區域內彎曲。本發明的安全玻璃構件可以用於住宅或商業用房結構以使這類建築物在極其惡劣氣候環境下保持其完整性。文檔編號E06B5/12GK1242061SQ97180980公開日2000年1月19日申請日期1997年12月16日優先權日1996年12月24日發明者J·C·施梅爾彭寧,J·C·霍爾格朗德申請人:索羅蒂亞公司