透明塑料光学组件和耐磨聚合物基材及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种基于聚合物的组件，其由合成的热塑性或热固性树脂基材如聚甲基丙烯酸甲酯形成，所述组件抵抗由湿气引起的翘曲和变形。在树脂基材的至少前表面上形成的一种复合多层表面硬化涂层。所述组件可包括复合多层反射涂层以形成镜子。在镜子的后表面上淀积背面防护涂层。多层耐候涂层可任选地施用于基于聚合物的镜子的前表面，以增加镜子的耐候性和耐用性。覆盖合成树脂基材的各种层具有选择的透潮性，以使基本上等量的湿气渗透通过合成树脂基材的前表面和后表面。可使用溶胶－凝胶涂层通过形成氧化锆／二氧化硅的梯度区域单步骤淀积形成多层，同时能够提供亲水性或疏水性的外表面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地涉及覆层塑料基材如基于聚合物的光学组件，包括窗玻璃和镜子，特别涉及耐磨损和抗翘曲的轻质耐用的合成树脂光学组件，及其制造方法。
技术介绍
覆层塑料基材和光学组件通常用于多种应用。经常需要使用轻质的塑料基材，但其长时间使用后有问题。镜子通常具有多层结构。具体地讲，镜子通常通过在玻璃基材上选择性地淀积一系列化合物形成。这些层通常包括反射层和覆盖反射层的背面防护涂层。反射层通常由铝、铬、铑、或银的薄膜形成。在工业应用中，由于铝的高反射率和低成本通常使用铝代替银。背面防护涂层具有多种作用，如保护反射层免受湿气。这种作用是需要的，因为反射层，特别是由铝形成的反射层容易被湿气腐蚀。由于在其上面淀积有反射层的基材通常是湿气可渗透的，因此背面防护涂层基本上不透湿气是重要的，以便为反射层提供有效的包埋。背面涂层还作为防止如空降粒子物质撞击破坏的机械屏障。因此，适当地构建和施用背面涂层有助于提供耐用的镜子。由于玻璃镜子涉及高的制造成本，已经开始有效的研究以开发使用合成树脂基材的耐用廉价的塑料镜子。此外，由于合成树脂镜子的防碎性质，他们比常规的玻璃镜更优选在汽车中使用，以改善汽车的安全性。这种研究过去主要集中在动力学稳定的和基本上为光学透明度的热塑性或热固性树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。作为这些努力的结果，已经开发了一种在树脂基材上顺序地淀积铝反射材料和不可渗透的背面涂层的方法。合成树脂镜子的主要问题是由于热塑性或热固性树脂的吸湿性质引起镜子的翘曲或变形，导致显著有限的操作使用寿命。不同于玻璃镜子，由热塑性或热固性树脂作为基材形成的镜子逐渐从周围环境吸收湿气。随着时间的过去，如此吸收的湿气腐蚀反射层。另外，吸湿与其它气候条件变化联合引起热塑性或热固性树脂膨胀和收缩。综合这些问题，事实是如何使背面涂层通常不受湿气或其它气候条件的影响。因此背面涂层用于防止热塑性或热固性树脂基材的光滑线性膨胀和收缩。此外，施用于合成树脂基材两面的不同涂层的透潮性经常导致合成树脂基材的相对表面吸收的湿气量不同，因此使基材的两面产生不均匀的膨胀和收缩。这些条件都相互作用使塑料镜子反射层产生图象变形和光学透明度相对损失。随着镜子的老化，这种退化只会变得更剧烈。为减少合成树脂对吸湿作用的敏感性，建议在淀积反射层之前在热塑性或热固性树脂基材上施用硬化物质。目前优选有机硅聚合物作为硬化物质。优选这些聚合物是由于他们能够在完全固化后提供对撞击破坏的保护和提供他们的高光学透明度。虽然有机硅聚合物是用于这种目的的可利用的最好物质，但这些聚合物不是完全不透水的。因此，虽然部分有效，但这些聚合物不能为与镜子装置相关用途中的热塑性或热固性树脂基材的所有那些问题提供完全的补救。需要没有上述缺点和不受上述限制的镜子装置和其它光学组件。具体地讲，需要使用热塑性或热固性树脂基材形成的基本上不受周围环境条件影响的镜子装置。
技术实现思路
本专利技术提供的基于聚合物的镜子解决了现有技术的上述缺点和缺陷，所述基于聚合物的镜子对磨损和由气候和水动条件产生的机械变形有抵抗力，如基于聚合物的镜子，其包括由合成热塑性或热固性树脂如聚甲基丙烯酸甲酯等形成的基材或透明元件。该树脂基材具有前表面和后表面。在某些实施方案中，通常在树脂基材的所有裸露表面施用粘结层(辅助那些施用到基材上的涂层与基材紧密粘结的层)。在淀积粘结层之后，在树脂基材的至少前表面上涂覆表面硬化层。该层可由不同材料的一个或多个层组成，形成基本上不透水的表面硬化层。发现由以下各层形成的表面硬化层能使合成树脂基材前表面具有期望的透潮性500到1200埃的SiO，优选750埃；300到1200埃的SiO2，优选550埃；和600到1400埃的Zv(iPv)2，优选725埃。也可在合成树脂基材的后表面施用表面硬化层，其中后表面硬化层优选包括300到1200埃的SiO2，优选550埃；和600到1400埃的Zv(iPv)2，优选725埃。在树脂元件的后方淀积基本上耐湿的组合物的反射层。反射层包括顺序淀积在处理过的树脂基材后表面上的一系列材料。由以下层形成的反射层使本专利技术的基于聚合物的镜子表现出期望的反射系数、透潮性和耐久性500到1200埃的SiO，优选750埃；700到1500埃的铝，优选1200埃；500到1200埃的SiO，优选750埃；600到1400埃的Zv(iPv)2，优选725埃；和300到1200埃的SiO2，优选550埃。本专利技术的反射层优选通过真空淀积技术在合成树脂上形成。然后在反射层上方淀积背面防护涂层以包封反射膜层的外表面。当表面硬化层也施用于树脂基材的后表面时，背面涂层还可以包封表面硬化层和反射层。在基于聚合物的镜子的前表面另外施用耐候涂层以增加镜子的耐气候性和耐久性。总的说来，本专利技术的基于聚合物的镜子具有多层结构，其包括顺序淀积的有机和无机材料层。与常规的铝、铬、和铑涂层镜子相比，本专利技术的基于聚合物的镜子表现出出众的防潮性。本专利技术另外提供制造容易和经济的镜子。本专利技术的另一个实施方案提供用于汽车工业的改进的树脂基材组件如镜子或窗或提供树脂基材组件的任何应用，所述树脂基材组件具有优异的抗磨性并可以以经济的方式制造。通过溶胶-凝胶方法涂覆基材，在合成树脂基材上直接形成氧化锆/二氧化硅胶体粒子的梯度涂层，并在固化之前使得氧化锆/二氧化硅胶体粒子在聚硅氧烷载体内的受控取向和迁移。因此，树脂基材具有氧化锆/二氧化硅胶体粒子的量改变的层或梯度区域。在一个实施方案中，最终产品的外表面具有高浓度的氧化锆/二氧化硅胶体粒子，以提供抗磨性和潮气稳定的产品，其能够适应通常使用过程中的热膨胀周期。本专利技术另外包括这种产品的制造方法。附图说明据信本专利技术的特点是新颖的，他们在后附的权利要求中具体阐述。本专利技术的构成和操作方式以及另外的优点可通过参考以下描述结合附图得到更好的理解，其中全部附图中的附图标记表示相同的部件，其中图1是本专利技术的基于聚合物的镜子的优选实施方案的截面图；图2是本专利技术的基于聚合物的镜子的另一个优选实施方案的截面图；图3是本专利技术的基于聚合物的镜子的又一个优选实施方案的截面图；图4示出的是本专利技术制造的具有第一涂层的六个镜子的反射率试验结果的曲线图； 图5示出的是本专利技术制造的具有第二涂层的六个镜子的反射率试验结果的曲线图；图6示出的是本专利技术制造的具有第三涂层的六个镜子的反射率试验结果的曲线图；图7是本专利技术的基于聚合物的镜子的另一个优选实施方案的截面图；图8是本专利技术的基于聚合物的镜子的另一个优选实施方案的截面图；图9是具有抗磨性质的覆层树脂基材组件的又一个优选实施方案的部分示意性截面图；图10是基于聚合物的镜子的示意性截面图；和图11是制造预成型产品的生产步骤流程图。具体实施例方式提供以下说明使本领域的任何技术人员能够制造和使用本专利技术，并阐述了本专利技术人认为执行本专利技术的最佳方式。然而，对于本领域技术人员，多种修饰是显而易见的，因为本专利技术的总的原则已经在本文中有具体定义，用于提供覆层树脂基材及其制造方法。本专利技术涉及覆层树脂基材，如包括任何形状的基于聚合物的镜子的光学组件。例如，参考几个附图所讨论的，本专利技术的基于聚合物的镜子可具有楔状的、曲线的、复曲面的、平面的、或其它形状。基于聚合物的镜子可用作汽车的内后视镜或外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于聚合物的镜子，其包括：具有前表面和后表面的透明合成树脂基材；在所述合成树脂基材的所述前表面和所述后表面上形成的粘结层；通过一次湿法涂覆并固化形成的多层表面硬化涂层，其与所述合成树脂基材的所述前表面和所述后表面 上的粘结层相邻；与所述合成树脂基材的所述后表面上的所述粘结层和所述表面硬化涂层之一相邻形成的反射涂层；和作为所述镜子的外后表面形成的背面防护涂层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大卫A理查德，
申请(专利权)人：VTEC技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]