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电控智能调光夹层玻璃的工艺研究与应用前景
现有玻璃窗结构大都是由铝材框架和玻璃组成,为了遮挡光线进入室内或遮挡人的视线,一般都在室内设置窗帘,或在玻璃上贴纸,显得比较单调,又难于调节光线的明暗度,并且窗帘使用久了易粘尘变脏,必须定期洗换。现代化办公与生活环境越来越需要具有开放和保护隐密双重功能的空间,调光玻璃刚好满足这一特殊要求,可以通过控制电源的开关来实现通透与遮盖功能的切换,有效地解决了这·一难题,可使玻璃由透明瞬间转成不透明或由不透明瞬间转成透明。作为一种智能型高档功能玻璃,调光玻璃是具有转换变化迅速、控制手段多样化.隔热保温、节能环保,安全性能高等特点,最早应用于美国航空航天中心(NASA),目前广泛应用于高档建筑、控制中心、商业展示等领域。
2调光玻璃研究现状
智能调光玻璃属建筑装饰特种玻璃之一,关于智能调光玻璃的研究较多,大体上有两类。本文主要探讨了第一类的调光玻璃,它是将具有开关功能的液晶薄膜,通过夹胶复合在两片玻璃中间,利用液晶的特性,只需对电源进行控制。
一类是通过夹层玻璃内夹液晶调光薄膜的方式实现的,如专利CN286143110、CN121335612l、CN272529013', CN291927941等。专利CN2861431,是通过由两层钢化玻璃,一层液晶胶片层压组成的,--层液晶胶片通过两面的粘胶膜设于两层钢化玻璃之间,液晶胶片引出两根导线,将引出两根导线接入外购的变压控制器上,当玻璃通电时,其光透过率增加达到77%以上,变得透明;当玻璃断电时,其透过率减少至12%以下,变得模糊不透明。专利CN1213356阐述的是制造不产生局部应力,可进行均匀粘合的高质量调光玻璃用的夹层玻璃的制造方法,介入中间膜使玻璃板和调光薄膜层合,再将该层合体在热液中浸渍加热。作为中间膜使用温度为横轴.粘度的常用对数为纵轴时温度﹑粘度线的倾斜率为90 ~ 130℃范围内的-0.0097 ~ -0.0188℃'的变性乙烯·醋酸乙烯共聚物系中间膜。专利CN2725290公开了一种建筑装饰用的、可根据需要改变透光率,无需外加窗帘的智能调光玻璃,包括基板、玻璃,基板相对的面为导电面,其特征是在基板相对的导电面之间安装有液晶材料层,基板不导电的另一面分别通过光固化胶与玻璃相连,基板的导电面的边缘部分连接有电极片,电极片至少连接有一组连接导线。
另-类是采用中空玻璃内置百叶窗的方式,通过机械控制实现百叶的开启与关闭,达到调光的目的,如专利CN200961416151、CN150277Tl6等。专利CN200961416为一种调光玻璃结构,包括支撑框架结构、设置在支撑框架结构上的中空玻璃、两转轴、装置在两转轴之间并穿置于两玻璃间隙中的调光带以及带动转轴转动的驱动机构。其特征在于:驱动机构包括设置在其中一转轴-侧控制该转轴转动的微型电机,两转轴之间设有由皮带轮及皮带组成的皮带轮传动机构,两转轴通过微型电机的正反转带动皮带轮转动从而带动调光带运动。本实用新型通过控制微型电机的正反转使皮带轮转动从面带动调光带做上下运动,可随时变换调光带的透明段,既方便调节室内的光线的明暗度,同时也可达到装饰、美化室内环境的效果。专利CN1502777中空调光玻璃属于建材玻璃制造领域。.中空玻璃端部固定密封有换帘孔的幕帘盒,幕帘盒内固定支架,支架的轴承支持主轴,主轴上套有固定幕帘和磁铁的套管,磁铁与玻璃外的控制磁铁机构对应,幕帘下端固定边锤。
所述的中空玻璃端部固定密封有换帘孔的幕帘盒,是中空玻璃端部固定支架。所述的主轴上套有的套管,是主轴和套管是一体的,套管固定幕帘和磁铁。
3 电控智能调光夹层玻璃调光原理
调光夹膜玻璃又称透明度可调玻璃,玻璃的透光度在l~85%范围内可任意调节,是通过与玻璃端部相接的外加电源进行控制,可按人的意愿来调节光的照度。它是在两片透明玻璃之间夹一层分散型液晶,这些液晶的微小粒子被相互分开,呈胶囊状,玻璃的两端装有透明的电极膜,电极膜与液晶相接融,外接电源由开关控制(声控或红外感应),结构如图1所示。

根据液晶材料在外电场的作用下发生顺磁性或逆磁性的原理,透过变压控制器开关的开启与关闭来实现调光的目的,调光机理如图2所示。

⑴)断电状态。在自然状态下(断电不加电场),玻璃中间的高分子液晶材料杂乱无序排列,液晶折射率比外面聚合物的折射率低,入射光在有机聚合物内发生散射,光线透过受阻,这时看到的效果便是乳白色的不透明状态,玻璃像磨砂那样朦朦胧胧地不全透明,透光而不透像,且略呈灰色。
⑵通电状态。当调光玻璃通电时,在电场作用下,电极膜给液晶施加电压,有弥散分布液晶的聚合物内液滴重新排列,液晶从无序排列变为定向有序排列,使液晶的折射率与聚合物的折射率相等,入射光完全可以通过,这时看到的效果便是透明无色的玻璃状态,透过率可达70%以上。
4电控智能调光夹层玻璃的生产工艺
电控智能调光夹层玻璃的结构如图1所示,采用钢化玻璃、胶片、调光膜等合片而成。根据所选用胶片的种类,可以分为使用PVB.EVA两大类。
4.1选用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)胶片其工艺流程如图3所示。

4.1.1预处理(切、磨、洗、钻)
玻璃原片的切割是采用切割机(LISEC或同等机械)按照程序切割完成。根据需要可以在钻孔机.上进行钻孔,切、钻后的玻璃经合适的磨轮(U型或V型)进行磨边处理,根据客户的要求,-般采用细磨边、或者上机倒棱处理即可。切、钻、磨好的玻璃清洗时,最好采用35 ~60℃的温水,以利于完全清除玻璃表面污渍﹑磨屑等物质,再用红外辐射加热烘干。
4.1.2钢化
-般采用物理钢化的方法,玻璃在加热炉内按一定的升温速度加热到软化温度,然后将此玻璃迅速送入冷却装置,用低温高速气流进行淬冷,从而形成玻璃表面为压应力状态、内部为张应力状谷的烘化应力结构,显著提高了玻璃的机械强度和耐急冷急热的能力。
4.1.3合片(夹膜)
该工序是在合片室进行的,温度控制在18~25℃,相对湿度在18 ~ 35%之间,可以保证PVB具有良好的粘结性能。按照图1所示的结构,夹层调光玻璃是将调光薄膜置于两层钢化玻璃之间,调光膜与玻璃之间可以采用聚乙烯醇缩丁醛,经过压制后得到的夹层玻璃。其中间的液晶调光膜可采用日本板硝子制UMU薄膜。
4.1.4真空袋抽高压
将合片好的夹层玻璃整体置于真空袋中,先冷抽,由于有单向性的阀控,气体不会回流,抽好后把整体放入到高压釜里进行高压处理。高压压力在5 ~8Bar ,温度控制在100 ~ 110℃。如果像压制普通夹层玻璃--样的温度压力制度,温度超过130℃,对于调光膜来说温度过高,会影响其调光特性,压制出来的产品会出现局部透明的现象,致使调光玻璃在未加电压也变透明了而失效。如果温度过低,低于100℃,PVB的流动性不好,无法完全吸收玻璃与PVB之间残存的空气,无法获得良好外观的成品。所以良好的温度的控制制度显得至关重要。
4.1.5封边﹐包框
由于PVB一般含有增塑剂,这种增塑剂可能会侵人到调光玻璃的调光层内,致使调光层内部劣化。因此为了防止增塑剂的人侵,必须对调光膜的四个周边进行密封处理。
4.2选用变性乙烯·醋酸乙烯共聚物(变性E-VA)系中间膜
工艺流程如图4所示。
对于一般的EVA来说,它不需要高压釜处理,也不含有增塑剂,常温下比 PVB要硬,而且粘度随温度(常温~100℃)的上升而急剧下降的特性。如果在合片工序的升温加压中存在温度梯度的话,中间膜局部硬度不--致而会产生局部应力。但对于含有液晶材料的调光膜来说,不能承受这种不均勾的压力差,致使光学特性发生显著变化,可能使产品部分透明化。针对如上缺点,我们建议采用性能稳定的变性EVA,同时采用均匀的水浴(或油浴)加热方式,减少局部硬度不均现象的产生,保障产品的质量。

4.2.1预处理(切、磨、洗、钻)
(同4.1 1)。
4.2.2钢化(同4.1 2)。
4.2.3合片(夹膜)
该工序在合片室进行的,温度控制在18~25℃,相对湿度在18 ~35%之间。按照图1所示的结构,夹层调光玻璃是将调光薄膜置于两层钢化玻璃之间,调光膜与玻璃之间可以采用变性EVA,经过压制后得到的夹层玻璃。其中间的液晶调光膜可采用日本板硝子制UMU薄膜。
4.2.4真空袋构水浴加热冷却
将合片后的半成品置于真空袋中抽气,压力控制在-0.85 ~ -1.0Bar,抽气时间在5 ~ 15s为宜。然后将真空袋放入100℃的沸水中水浴加热,加热时间视玻璃的整体厚度来定,较厚的玻璃热容大,加热时间要适当延长,一般可以在10~ 30s,再在20 ~30℃的冷水中冷却数分钟,就可得到均匀不透明的调光玻璃。
为了控制玻璃体的平整度,下面要有--个托盘,四周设有衬垫,衬垫要比调光玻璃整体的总厚度高约1 ~ 2mm即可,宽度在10mm左右,如图5所示。对于衬垫可采用重复利用的硅胶材质的。
调光夹层玻璃

4.3安装注意事项
安装时,对于调光玻璃不包边部分之间的联接,为保护调光玻璃边部,建议采用---套凹凸相扣的半透明的硬质氯化烯树脂材质的塑胶结合件(图6所示),要求具有良好的密封性和--定的强度,撞击结构件不会出现错位移动而使玻璃破碎。一般来说,对于调光玻璃正常工作电压为8ov ~100V,若外接电源的电压高于100V ,则须使用变压器。经变压器输出的电压应为80V ~ 10OV,确保变压器的电容量为20VA/ ri ,即10OVA/5 r。开关应设在变压器与外接电源之间,否则会损伤调光玻璃。调光玻璃用于室外或潮湿环境,应安装漏电保护器,若窗框为金属件,则应将金属框接地。
5应用前景
目前一些家庭、轿车玻璃、卫生间等需要遮蔽功能的玻璃时,大多是在中空玻璃的基础.上加人幕帘来调光,制作和安装都比较困难,或者在玻璃上采用喷砂、彩釉的方式来满足顾客的需求,但针对客户需要有时希望透明、有时需要不透明的情况,往往难于满足要求,智能调光玻璃就解决了这--难题。这种玻璃的调光速度非常快,可在1~10ms之间完成,未通电时起隔断作用,看不见物像,但透--些光,通了电就成为全透明玻璃,停止通电,又恢复到不完全透明状态,无颜色变化。

5.1隔断通透两相宜
采用智能调光玻璃制作门窗及各种玻璃隔断时,可通过控制电流和电压的变化来控制玻璃颜色深浅程度及调节阳光照人室内的强度,达到采光,隔断的双重功能,可用于高级宾馆的屏风,商务写字楼办公室、会议室的隔墙,民用住宅、淋浴房、医疗机构。
5.2投影幕布作用
调光玻璃制作背投投影屏时,投影屏可在透明状态下显示背景装饰图画,或者作为会室的玻璃墙;而在不透明状态下投影肝为成像排,0E机放清晰,高亮度增益的特点。主要用于商务投影机.放像机及激光成像系统的背投投影屏、小型家庭影院幕布等。
5.3 商场银行防盗应用
用作银行.珠宝展柜及博物馆展柜的玻璃,正常营业应用时保持透明状态,一旦遇到突发情况,则可利用远程遥控,瞬间达到模糊状态,使犯罪分子失去目标,最大程度保证人身及财产安全。
 

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