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Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Tafelglas
Es ist bekannt, dass die Festigkeitseigenschaften vonGlas durch ein annähernd gleichmässiges Anätzen der Glasoberfläche verbessert werden können. Durch diese Behandlung werden sowohl mikroskopische als auch etwas gröbere Beschädigungen oder Unregelmässigkeiten in der Oberfläche entfernt bzw. geglättet. so dass sie keinen Ausgangspunkt für Brüche mehr bilden können. So ist ein Verfahren zum Innenmattieren von Glühlampen bekanntgeworden, bei dem nach der mattierenden Ätzung eine weitere, die Glasstärke nur um wenige Mikron verringernde Ätzung mit starker Flusssäure vorgenommen wird, wodurch der Glühlampenkolben seine vor der ersten Ätzung vorhandene Festigkeit wieder erhält.
Zu dekorativen Zwecken sowie mit Polieren und Glätten wurde Glas auch schon tiefer als 30 Mikron geätzt, doch eignen sich diese Verfahren nur für Musterungszwecke oder für gegossenesGlas, das bloss grob geschliffen und aus dem Spiegelglas hergestellt werden soll, ohne dass damit eine wesentliche Verfestigung des Glases erzielbar wäre.
Es ist auch schon eine Ätzmaschine vorgeschlagen worden, bei der das Ätzmittel gegenüber derGlasober- fläche in Bewegung gehalten ist, wobei es sich aber um ein dekoratives Ätzen handelt und keine gleichmässige Strömung zwischen Ätzmittel und Glas vorhanden ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Tafelglas durch Behandlung der Oberfläche desselben mit einem Ätzmittel und bezweckt die Festigkeitseigenschaften von Tafelglas wesentlich zu verbessern und überdies bessere optische Eigenschaften, z. B. Durchsichtigkeit und Klarheit durch besondere Glätte und Politur der Oberfläche auf Dauer zu erreichen, welche Vorzüge auch nicht durch kleinere Beschädigungen, wie Kratzer u. dgl., verlorengehen.
Im wesentlichen besteht das Verfahren darin, dass das Glas unter dauernder und starker gleichmässiger Strömung des Ätzmittels gegenüber der Glasoberfläche so lange geätzt wird, bis eine Schichtdicke von mindestens 30 Mikron bei ganz dünnen Glastafeln und bei stärkeren Glastafeln von 5 mm und mehr von annähernd 70 bis 80 Mikron abgeätzt ist und zumindest die Zugbeanspruchungen ausgesetzte, geätzte Oberfläche des Tafelglases sofort nach der Ätzung gegen eine mechanische Beeinflussung durch Abdecken, z. B. durch Aufbringen einer Silikonschicht, geschützt wird.
Es hat sich gezeigt, dass sich die Festigkeit durch dieses Verfahren gegenüber weniger geätzten Gläsern erheblich steigern lässt. Nach den bekannten Ätzverfahren wurde eine Schicht von etwa 5 Mikron abgeätzt, wenn Durchsichtigkeit, Politur und Glätte des Glases erhalten bleiben sollten, und eine Schicht von etwa 20 Mikron, wenn die genannten Eigenschaften nicht von Bedeutung waren.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, bei welchen keine dauernde und beträchtliche Bewegung der Ätzflüssigkeit gegenüber dem Glas aufrechterhalten wurde, bewirkte auch ein geringfügiges Anätzen eine erhebliche Verschlechterung der optischen Eigenschaften ; ferner war es mit den bekannten Verfahren überhaupt nicht möglich, Schichtdicken von 30 Mikron oder mehr abzuätzen, weil sich in einem im wesentlichen ruhenden Ätzbad auf der Glasoberfläche Fluorverbindungen bilden, wodurch die Oberfläche nicht gleichmässig abgeätzt wird, die Festigkeit von Punkt zu Punkt sich erheblich ändert und damit für das ganzeGlas verhältnismässig niedrig wird. Man kann diesen Nachteil durch geeignete Zusätze, wie z. B.
Schwefelsäure, zur Ätzflüssigkeit bis zu einem gewissen Grad verringern, doch sind die Ergebnisse trotzdem nicht zufriedenstellend.
In den meisten Fällen ist es bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens möglich und
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sogar vorteilhaft, durch die stark bewegte Ätzflüssigkeit die besten Ergebnisse zu erzielen, wenn Schichten von mindestens 40 Mikron vom Tafelglas abgeätzt werden ; es empfiehlt sich häufig bei Glasstärken von 4 mm und mehr Schichten zwischen annähernd 70 - 80 Mikron vom Glas abzuätzen, was die optisehen Eigenschaften in keiner Weise beeinträchtigt.
Durch Abätzen über 80 Mikron wird jedoch keine weitere Steigerung der Festigkeit bei Tafelglas erreicht, so dass ein derartiges Tieferätzen überflüssig ist, weshalb wegen des Zeitaufwandes und der Kosten des Ätzbades nicht mehr von der Glastafel abgeätzt wird, als für einen bestimmten Zweck notwendig ist ; weiterhin ist zu bedenken, dass durch das Abätzen die Dicke derGlastafel abnimmt, wodurchbei übermässigemAbätzendie Festigkeit wieder sinkt. Das Endprodukt darf also nicht zu dünn werden. Die obenerwähnten bekannten Verfahren waren nicht für Glastafeln einer Dicke unterhalb von etwa 6 mm geeignet, während sich das Verfahren gemäss der Erfindung jedoch auch noch für wesentlich dünneresTafelglas, z.
B. von 2 mm Stärke eignet, wobei vorzugsweise 40 oder 50 Mikron, mindestens aber 30 Mikron von dem Tafelglas abgeätzt werden.
Da beim Abätzen von Schichten von mehr als 30 und besonders zwischen 70 und 80 Mikron auch die geringste Beschädigung der geätzten Glasoberfläche genügt, um die Erhöhung der Festigkeit wieder vollständig zunichte zu machen, wird durch den weiteren Verfahrensschritt gemäss dei Erfindung zumindest die Zugbeanspruchungen ausgesetzte, geätzte Oberf1 che des Tafelglases sofort nach der Ätzung mit einer Schutzschicht überzogen, wodurch überdies eine Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Glases gegen plötzliche Temperaturveränderungen erreicht wird. Das Überziehen soll dabei so erfolgen, dass die optischen Eigenschaften durch den Überzug nicht beeinträchtigt werden und das Glas ein gefälliges Aussehen bekommt, was z. B. erfindungsgemäss durch das Aufbringen einer Silikonschicht erfolgt.
Es hat sich gezeigt, dass dadurch die gewünschten Eigenschaften erreicht werden und dass durch diese Behandlung eine weitere Verbesserung der Festigkeit des Glases gegenüber Gläsern erzielt wird, die nur geätzt und nicht überzogen sind. Im allgemeinen sind wasserlösliche oder emulgierbare Silikone geeignet, wenn sie eine dünne, durchscheinende und normalerweise farblose Schicht auf dem Glas bilden und fest an diesem haften.
Die Flüssigkeit zum Überziehen besteht vorzugsweise aus einer Mischung von reinem Wasser, in dem 0, 1 - 2 go Silikon gelöst oder emulgiert sind, 0, 1 - 6 % eines Emulgators, wie z. B. tertiärem Butylalkohol, und gewünschtenfalls zusätzlich 0, 01 - 2 % Polyoxyäthylenmonostearat zur Erleichterung der Bildung einer einwandfreien und gleichmässigen Überzugsschicht.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer hiezu besonders geeigneten Einrichtung darstellt. Fig. l zeigt einen lotrechten Längsschnitt, Fig. 2 einen lotrechten Querschnitt.
Die Glastafel 1 wird zuerst sorgfältig gewaschen, um paraffinartige Stoffe und Verschmutzungen zu entfernen, die den gleichmässigen Angriff der Ätzflüssigkeit an der Glasoberfläche beeinträchtigen könnten. Anschliessend wird die Glastafel l in lotrechter Stellung in ein Bad 2 gebracht, das die Ätzlösung ent- hält.
Das Bad besteht aus einer üblichen Lösung von etwa 18-20 % Fluorwasserstoff in Wasser und hat eine Temperatur von 350 C. Im unteren Teil des Behälters sind zwei Zuleitungen 3 angeordnet, die eine gro- sse Zahl von gleichmässig verteilten Öffnungen 4 aufweisen. Der Behälter hat einen Deckel 5 zum Sammeln von entweichende Gas mit einer Sammelrinne 6 für Kondensat, das durch Auslässe 7 wieder dem Bad zugeführt wird. Der Hohlraum des Deckels 5 ist über eine flexible Leitung 8, z. B. einen Gummischlauch, mit einer kleinen Zentrifugalpumpe 9 verbunden. Die Pumpe ist über ein Rohr 10 an ein gegabeltes Kniestück 11 angeschlossen, welches das Rohr über zwei Anschlüsse 12 mit den Zuführungleitungen 3 verbindet. Die Glastafel l ruht auf einer am Boden des Behälters 2 angeordneten Zentrier führung 13.
Die Zuführungsleitungen 3 sind auf Stützen 14 gelagert. Der Deckel 5 ist mit einer Aufhängevorrichtung 15 versehen, die mit einem geeigneten, nicht dargestellten Hebezeug verbunden ist. Er wird durch sein Gewicht auf dem Behälter 2 gehalten. Da keine besondere Abdichtung vorgesehen werden braucht, steht das Bad unter Atmosphärendruck.
Der Behälter 2 wird etwa bis zur dargestellten Höhe mit der Ätzlösung gefüllt. Die in Gang gesetzte Pumpe 9 pumpt Luft durch das Rohr 10 in die Zuführungsleitungen 3, aus denen die Luft durch die0ffnun- gen 4 als ununterbrochener Strom einer grossen Anzahl von Blasen ausströmt. Dadurch wird die Ätzflüssig- keit intensiv in Bewegung gehalten, wodurch das Ätzen nicht nur sehr rasch, sondern auch gleichmässig an der ganzen Oberfläche stattfindet und die Glastafel dabei eine vollständig durchscheinende und glatte Oberfläche behält.
Das Ätzen wird so lange fortgesetzt, bis die gewünschte Schichtdicke, mindestens 30 Mikron, von der Glasoberfläche abgeätzt ist. Während des Ätzens bildet sich ein Niederschlag, der unter anderem
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Siliziunfluoride enthält. Die Gasblasen verhindern jedoch, dass diese Niederschläge das Aussehen der Glastafel und die Gleichmässigkeit der Ätzung beeinträchtigen. Die zum Ätzen nötige Zeit hängt von der Verdünnung der Ätzlösung im Bad, von der gewünschten, abzuätzenden Schichtdicke und von der Temperatur der Ätzlösung ab. Bei der oben angegebenen Konzentration und Temperatur genügt bei Verwendung der beschriebenen Einrichtung eine Ätzdauer von 40 bis 60 sec.
Der Niederschlag setzt sich zum Teil am Boden des Behälters 2 seitlich der Leitungen 3 ab und kann, wenn sich genügend angesammelt hat, zwischen zwei Ätzungen nach Entfernung des Deckels 5 von oben ausgeschöpft werden.
Das Material des Behälters 2 und des Deckels 5 muss gegen die Ätzflüssigkeit widerstandsfähig sein.
Normalerweise wird mit Blei überzogenes Holz verwendet, doch kommt auch ein synthetisches Polymer, wie z. B. Polyvinylchlorid, in Betracht.
Die Glastafel braucht ausser der Auflage 13 keine weitere Stütze, da sie durch die Gasblasen in lotrechter Lage gehalten wird. In der Praxis zeigt es sich, dass sie langsam hin-und herschwankt. Das Bad sieht aus, als ob es kochen würde. Nachdem die gewünschte Schichtdicke abgeätzt ist, wird die Glastafel mit gummibehandschuhten Händen oder mit gummiüberzogenen Haken entfernt, wie üblich gewaschen, gesäubert, getrocknet usw. und anschliessend ein- oder beidseitig mit einer Überzugsschicht versehen.
Ob eine oder beide Seiten überzogen werden, hängt vom Verwendungszweck der Glastafel ab. Wenn die Beanspruchung der Glastafel nur von einer Seite her erfolgt, braucht die Oberfläche, auf die nur Druckkräfte wirken, nicht überzogen werden. Im Falle der bekannten Wärmeschutzscheiben, die aus zwei Glastafeln bestehen, zwischen denen sich eine Luftschicht befindet, wobei keine Stösse oder andere Kräfte von der Innenseite der Doppelscheibe her auftreten können, ist es überhaupt nicht nötig, irgendeine Oberfläche zu überziehen, da Zugkräfte nur an den dem Zwischenraum zugewendeten Glasoberflächen auftreten können, die gegen Kratzer oder andere Beschädigungen geschützt sind. Wenn jedoch die Beanspruchung der Glastafel von beiden Seiten her erfolgt, ist ein Überzug beider Glasoberflächen nötig.
Durch das Auftragen dieser Überzüge wird die Bruchfestigkeit von dünnen Glastafeln, auch wenn sie dünner sind als etwa 2,5 mm, auf etwa das Achtfache der Bruchfestigkeit von nicht überzogenem Glas gleicher Dicke und Oberflächenbeschaffenheit erhöht.
Wenn die Ätzlösung Zimmertemperatur hat, braucht der Ätzvorgang mehr Zeit. An Stelle des beschriebenen Ätzverfahrens kann auch ohne Gasblasen gearbeitet werden, doch muss dann die Ätzflüssigkeit mit relativ verhältnismässig hoher Geschwindigkeit In geschlossenem Kreislauf an der Glasoberfläche vorbeigeführt werden. Geringfügiges Hin- und Herbewegen und abwechselndes Eintauchen und Herausziehen des Glases sind im allgemeinen nicht ausreichend, um die gewünschten Oberflächeneigenschaften zu erreichen, wenn Schichten von 30 Mikron oder mehr abgeätzt werden sollen.
Versuche haben ergeben, dass die Verfestigung nicht nachlässt, auch wenn das Glas längere Zeit in Gebrauch genommen wird.
Die Überzugsschicht kann verschiedene Zusammensetzung haben. Es ist möglich, Lacke auf Naturstoff-oder Kunststoffbasis zu verwenden, die mit einem Trocknungsmittel od. dgl. in bekannter Weise aufgetragen werden. Insbesondere sind Epoxal-Harze verwendbar. Es ist ferner möglich, eine dickere, erfindungsgemäss geätzte Glasscheibe auf beiden Seiten mit einer dünneren Glasscheibe zu belegen, die in gleicher Weise behandelt wurde und denselben Ausdehnungskoeffizienten hat. Diese Glasscheiben werden dann miteinander verbunden. Eine weitere Überzugsschicht ist dann nicht notwendig. Die dünneren Glasscheiben können leicht ohne Bruch gebogen werden und die dickere innere Glasscheibe zeigt die volle durch das Ätzen gemäss der Erfindung erreichte Verfestigung.
Es Ist vorteilhaft, dem Silikon eine gewisse Menge ein die Lösung förderndes Mittel oder einen Emulgator und gegebenenfalls Stoffe zur Beeinflussung der Oberflächenspannung und des Haftungsvermögens der Schicht auf demGlas zuzusetzen, um eine gleichmässige und dünne Schicht und eine gute Haftung derselben zu erreichen.
Eine optimale Verfestigung des Glases erhält man dann, wenn das Glas nach dem Ätzen zuerst thermisch behandelt und dann mit einer Silikonschicht versehen wird. In diesem Fall ist es sogar möglich, die Festigkeit auf dasVierundzwanzigfache von unbehandeltemGlas zu erhöhen. Dem steht jedoch entgegen, dass die Behandlung des Glases bei der Temperung eine erhebliche Sorgfalt erfordert. Die kleinste Beschädigung des Glases vernichtet die erreichte Verfestigung. Eine sicherere Methode besteht deshalb darin, das Tafelglas nach dem Ätzen zuerst mit einer Silikonschicht zu überziehen und es erst nachher thermisch zu behandeln, doch ist in diesem Falle die Gesamtverfestigung etwas kleiner.
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