Verbundsicherheitsscheibe Die handelsüblichen Verbundsicherheitsscheiben be stehen normalerweise aus zwei etwa 2 bis 4, vorzugs weise etwa 3 mm dicken Glasplatten, die durch eine etwa 0,05 bis 1,0, vorzugsweise etwa 0,1 bis 0,5 mm dicke Schicht aus einem elastischen Klebemittel, in der Regel weichrnacherhaltigem Polyvinylbutyral, mitein ander verkittet sind.
Diese Verbundscheiben halten bei Raumtemperatur im allgemeinen Stössen mit einer Energie bis zu etwa 1,5 mkp stand. Bei stärkeren Belastungen werden sie durchstossen. In einem solchen Fall ist es der Vorteil dieser Scheiben, dass die Hauptmenge der dabei ent stehenden Glassplitter nicht abspringt, sondern von der Klebeschicht festgehalten wird und der Rest energielos herunterfällt. Erfolgt der Durchstoss aber durch einen menschlichen Körperteil, z. B. den Kopf, etwa bei einer Automobil-Windschutzscheibe, so besteht für diesen Körperteil dennoch die Gefahr schwerer Schnittver letzungen, nämlich durch Bildung der sogenannten Halskrause .
Es sind auch schon Sicherheitsscheiben vorgeschla gen worden, die aus einer mindestens etwa 2 mm dicken Platte aus hochmolekularem, linearem Bisphenol-Poly- carbonat bestehen, die ihrerseits mit kratzfesten Ober flächenschichten versehen ist. Bei einer Ausführungs form dieser Sicherheitsscheiben besteht die eine kratz- feste Oberflächenschicht aus einer mit der Polycarbonat- platte durch eine etwa 0,1 mm dicke Klebeschicht ver bundenen, bevorzugt höchstens etwa 1,5 mm dicken Glasplatte,
während die andere Oberfläche gegebenen falls mit einer aufgedampften Schicht aus Si0" wobei x einen Wert zwischen 1 und 2 hat, versehen ist. Bei diesen Sicherheitsscheiben macht die Polycarbonatplatte den überwiegenden Teil der Gesamtmasse aus, da die Glasplatte nur dazu dient, der Polycarbonatplatte eine kratzfeste Oberfläche zu geben. Die übrigen Eigen schaften dieser Sicherheitsscheiben werden daher fast ausschliesslich durch die Eigenschaften der Polycar- bon.atplatte bestimmt.
So besteht der wichtigste Vorteil dieser Sicherheits scheiben darin, dass sie dank der hohen Schlagfestigkeit der Polycarbonatplatte selbst durch heftige Schläge nicht durchstossen werden; höchstens die Glasabdeckplatte zerspringt, wobei aber praktisch keine Glassplitter ab gestossen werden, da sie an der Klebeschicht haften bleiben. Die gefürchtete Halskrause kann nicht auf treten.
Ein weiterer Vorteil dieser Scheiben liegt in dem günstigen Absorptionsverhalten der Polycarbonate ge genüber Lichtstrahlen, so dass kaum Verluste im sicht baren Spektrum eintreten, während die meist uner wünschten Ultraviolett- und Infrarotstrahlen praktisch vollständig zurückgehalten werden. Erwähnt sei auch die bessere Wärmeisolierung gegenüber Scheiben, die nur aus Glas bestehen, der es unter anderem auch im wesentlichen zu verdanken ist, dass diese Scheiben bei Temperaturdifferenzen weniger leicht beschlagen als Glasscheiben.
Soweit diese Sicherheitsscheiben aus einer klardurch sichtigen Polycarbonat- und einer klardurchsichtigen Glasplatte bestehen und auch die Klebeschicht klar durchsichtig gewählt ist, können diese Scheiben z. B. im Fahrzeugbau, insbesondere bei Kraftfahrzeugen und bei Schienenfahrzeugen, verwendet werden. Als Wind schutzscheiben sind sie jedoch weniger geeignet, da beim Aufschlagen etwa des Kopfes eines Wageninsassen eine Rückforderung erfolgt, die zu einer schweren Ge hirnerschütterung (Pendeltrauma), wenn nicht gar zu einem Halswirbelbruch führen kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind nun Verbundsicherheitsscheiben, die dadurch gekennzeich net sind, dass sie, in Abwendung von dem für die vor stehend erwähnten, bekannten Sicherheitsscheiben we sentlichen Grundgedanken, aus einer dickeren Glas platte, auf die eine vergleichsweise dünne Polycarbonat- folie aufgeklebt ist, bestehen, d. h.
dass sie aus einer gegebenenfalls gekrümmten 2,5 bis 7 mm, vorzugs weise 2,8 bis 3,5 mm, dicken, klardurchsichtigen, ge gebenenfalls gefärbten, gegebenenfalls vorgespannten Glasplatte, die vorzugsweise beidseitig geschliffen und poliert ist, bestehen, auf die eine 0,5 bis höchstens 2 mm, vorzugsweise 0,7 bis 1,5 mm, dicke, klardurch sichtige, gegebenenfalls gefärbte Folie aus hochmole kularem Polycarbonat zweiwertiger Phenole mittels einer 0,05 bis 1,0 mm dicken, klardurchsichtigen Klebeschicht gleitfähig aufgeklebt ist, wobei die der Glasplatte abgekehrte Oberfläche der Folie gegebenen falls wiederum mit einer aufgedampften, klardurchsich tigen Schicht aus SiOt,
wobei x einen Wert zwischen 1 und 2 hat, versehen ist.
Es hat sich gezeigt, dass der Gebrauchswert der artiger Sicherheitsscheiben für viele Verwendungs zwecke, so insbesondere für Verglasungen von Fahr zeugfenstern, z. B. als Windschutzscheiben bei Kraft fahrzeugen, grösser ist als derjenige der vorgenannten bekannten Sicherheitsscheiben, und zwar aus mehreren Gründen.
Diese neuen Scheiben zeichnen sich gegenüber den bekannten, aus zwei etwa gleich dicken, mit einander verkitteten Glasplatten bestehenden zunächst durch eine geringere Masse pro Flächeneinheit aus, da die Dicke der Polycarbonatplatte nur einen Bruch teil derjenigen der Glasplatte ausmacht und ausserdem das spezifische Gewicht des Polycarbonats erheblich geringer ist als dasjenige des Glases. Das bedeutet nicht nur eine Gewichtsersparnis, sondern ist für die Ver wendung der Verbundscheiben, z. B. als Windschutz scheiben in Automobilen, auch deshalb von Bedeutung, weil nach neueren unfallmedizinischen Erkenntnissen die Gefahr von z. B. lebensgefährlichen Kopfverletzun gen mit zunehmender Masse pro Flächeneinheit der Scheibe, gegen die der Anprall erfolgt, stark ansteigt.
Anderseits ist eine solche Sicherheitsscheibe trotz der vergleichsweise nur geringen Dicke der Polycarbonat- folie allen praktisch bei derartigen Scheiben vorkommen den Stossbelastungen überraschenderweise ebenso ge wachsen wie die Sicherheitsscheiben, die im wesent lichen aus einer dickeren Polycarbonatplatte bestehen, d. h. auch sie werden nicht durchstossen.
Ist der Schlag stark genug, um die vergleichsweise dicke Glasplatte zu zerbrechen, so wird die übrige Schlagenergie auch von der dünnen Polycarbonatfolie noch vollkommen aufgenommen, nun aber nicht durch Rückfederung, son dern überraschenderweise dadurch, dass die Folie an der Stelle der Schlagbelastung infolge eines Verstrek- kungsvorganges, durch den die Energie vernichtet wird, deformiert, obgleich die Polycarbonate normalerweise wesentlich unterhalb der Einfriertemperatur nur schwer und nur begrenzt verstreckbar sind.
Möglicherweise führt die auf einen engen Raum auftreffende Schlag energie zu einer hinreichenden lokalen Erwärmung des Polycarbonats, so dass die Einfriertemperatur an dieser Stelle überschritten und die Folie, wie erwähnt, unter Verstreckung deformiert wird.
Wäre die Glasplatte oder/und die Polycarbonatplatte zu dünn, so würde durch den Bruch der Glasplatte und die Deformation der Polycarbonatplatte nicht alle Energie verbraucht, die Scheibe könnte durchstossen werden und sich damit ähnlich verhalten wie die be kannten Verbundscheiben. Wäre die Glasplatte zu dick, so würde sie nicht springen, und es träte die erwähnte Rückfederung auf. Wäre anderseits die Polycarbonat- platte zu dick, so käme es nicht zu deren Deformation und daher wiederum zur Rückfederung.
Erfindungsgemäss sind also die Dicke der Glas platte und die Dicke der Polycarbon.atplatte so ausge wählt, dass die durch die Verkittung daraus entstandene Verbundscheibe geringfügigeren Stössen unverändert standhält, dass sie jedoch höhere Stossenergien ver nichtet unter Ausschluss der Gefahr von Schnittver letzungen und des Pendeltraumas.
Innerhalb der er findungsgemässen Dickengrenzen kann man die Stoss grenze, bis zu der die Scheibe unbeschädigt bleibt, bis zu einem gewissen Grad nach Belieben einstellen, je nachdem, ob man eine dünnere oder dickere Glas- oder/und Polycarbonatplatte wählt. Meist ist es günstig, eine dünnere Glasplatte mit einer dickeren Polycar- bonatplatte zu kombinieren oder umgekehrt oder beide Platten mitteldick zu nehmen.
Hervorzuheben ist, dass die erwähnte bleibende Deformation der Polycarbonatplatte durch die besondere Eigenschaft gerade der Polycarbonate bedingt ist, dass sie einerseits unterhalb der Einfriertemperatur, die durchweg sehr hoch und z.
B. beim Polycarbonat aus Bisphenol A (2,2-Bis-(phenylol)propan) bei etwa 140 C liegt, sehr steif sind, keinen kalten Fluss zeigen und damit auch nicht im eigentlichen Sinn plastisch ver formbar sind - andernfalls wären die Platten auf die Dauer nicht formbeständig -, anderseits aber unter gewissen Bedingungen verstreckbar sind. Die bleibende Deformation ist hier also eine Folge eines erhebliche Energien aufnehmenden Streckvorgangs.
Weiterhin ist das Absorptionsvermögen des Poly- carbonats für Ultraviolett- und Infrarotstrahlen so gross, dass auch eine dünne Folie noch genügt, um diese Strahlen durch die Sicherheitsscheiben praktisch vollständig zurückzuhalten. Bezüglich der optischen Eigenschaften kommt hinzu, dass Glasplatten mit einer Dicke von etwa 2,5 und insbesondere etwa 2,8 mm an aufwärts, im Gegensatz zu den dünneren Glasplatten, beidseitig geschliffen und poliert werden können, so dass man bevorzugt auf solche sogenannte Spiegelglas platten zurückgreifen kann.
Dadurch erfüllen die neuen Sicherheitsscheiben in weit höherem Masse die sehr hohen Anforderungen, die an die optische Qualität namentlich von Windschutzscheiben bei Kraftfahrzeu gen, die in der Regel gekrümmt ausgebildet sind, ge stellt werden (vergleiche hierzu z. B. Verkehrsblatt , Amtsblatt des Bundesministers für Verkehr der Bundes republik Deutschland, 19. Jahrg., <B>1965,</B> Heft 3, S. 61-116, insbesondere S. 89, Abs. B, 25 (2) 1c) und S. 91, linke Spalte, 3).
Nicht zuletzt ist auch die Herstellung grösserer, namentlich gekrümmter Scheiben durch Aufkleben einer dünnen, biegsamen Polycarbonatfolie auf eine dickere, gegebenenfalls zuvor gekrümmte Glasplatte technisch erheblich leichter durchzuführen als eine praktisch bereits starre, dickere Polycarbonatplatte mit einer praktisch ebenfalls starren, wenn auch dünneren Glas platte zu verbinden.
Die Kombination dieser Eigenschaften ist bei keinem anderen, bis jetzt bekannten Kunststoff anzu treffen. Erwähnt sei schliesslich auch noch, dass sich auch die vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit der Polycarbonate günstig auswirkt, indem die Neigung, bei Temperaturunterschieden zu beschlagen, dadurch stark vermindert ist. Deshalb eignen sich gerade die erwähn- ten Polycarbonate in Kombination mit Glas so be- sonders gut für die Verwendung von Verbundsicher heitsscheiben.
Die Herstellung der hochmolekularen thermopla stischen Polycarbonate zweiwertiger Phenole, insbe sondere Bisphenylolalkanen, ist bekannt und z. B. in den deutschen Patentschriften Nrn. <B>1011178,</B> 971777 und 971790 beschrieben. Aus diesen Polycarbonaten können die etwa 0,5 bis 2 mm dicken Platten in be kannter Weise aus der Schmelze durch Breitschlitz düsen gegossen werden.
Um diesen Platten praktisch vollständig planparallele Oberflächen und damit optische Isometrie zu verleihen, ist es im allgemeinen zweck mässig, sie, wiederum in bekannter Weise, in einer Plattenpresse oder einem Kalander nachzubehandeln.
Als Klebemittel eignen sich die bei den vorerwähnten bekannten Sicherheitsscheiben verwendbaren Kleber, z. B. Silikonkautschuk und härtbare Polyester-Styrol- mischungen, vorzugsweise solche, bei denen das. Mi schungsverhältnis Polyester : Styrol mindestens etwa 4 : 1 beträgt, sowie weichgestellte Epoxidharze, ferner die von der Verbundscheibenherstellung her bekannten Polyvinyl-Butyral-Folien und dergleichen.
Als besonders vorteilhaft haben sich die als Klebemittel an sich be kannten, mehr oder weniger weich eingestellten Poly- acrylat-Kleber erwiesen, da sie auch in vergleichsweise dickeren Schichten besondere optische Klarheit, eine ausgezeichnete Adhäsion an Glas und Polycarbonat und eine für eine gleitfähige Verkittung geeignete Kohäsion besitzen, die auch bis zu Temperaturen bis etwa -30 C hinreichend erhalten bleibt.
Das Verkitten der beiden Scheiben erfolgt in aus der Verbundscheibenherstellung her bekannten Weise. Die neuen Verbundsicherheitsscheiben können über all da verwendet werden, wo es erwünscht ist, dass die Scheiben auch durch heftige Schläge nicht durchstossen werden und die Gefahr von Schnittverletzungen ausge schlossen sein soll. Wegen der oben genauer beschriebe nen Eigenschaften der neuen Scheiben sollen sie ins besondere als Sicherheitsscheiben in Fahrzeugen aller Art, namentlich als Windschutzscheiben in Strassenfahr zeugen, verwendet werden, wobei die Scheiben so an gebracht werden, dass die Glasplatte nach aussen und die Polycarbonatplatte nach innen zu liegen kommt.
<I>Beispiel 1</I> Auf eine 30 x 30 cm grosse, 3,0 mm dicke Spiegel glasplatte wird eine 30 x 30 cm grosse, 0,5 mm dicke Folie aus einem Mischpolymerisat aus 65 Gewichts prozent 2-Äthylhexylacrylat und 35 Gewichtsprozent Methylmethacrylat mit einer relativen Viskosität von 1,815, gemessen an einer Lösung von 0,5 g Substanz in 100 ml Benzol bei 20 C, aufgelegt.
Darauf wird eine 30 x 30 cm grosse, 1,0 mm dicke Platte aus Bisphenol-A-polycarbonat mit einer relativen Viskosität von 1,30, gemessen an einer 0,5 % igen Methylen- chloridlösung bei 25 C, auf deren eine Seite eine 3,5 ,u dicke Quarzschicht aufgedampft ist, mit der nicht be schichteten Seite aufgelegt. Damit ein Gegeneinander- verschieben der drei Schichten bei dem nachfolgenden Arbeitsgang vermieden wird, wird das Laminat mittels Klammern zusammengehalten.
Es wird dann in einem Autoklav bei einem Druck von 100 Torr auf 130 C erwärmt und danach während 60 Minuten langsam auf Raumtemperatur abgekühlt unter gleichzeitiger Erhö hung des Druckes auf Atmosphärendruck. Es wird eine klardurchsichtige Verbundscheibe erhalten.
<I>Beispiel 2</I> Man verfährt gemäss Beispiel 1, verwendet jedoch eine 5 mm dicke Platte aus vorgespanntem Spiegelglas. <I>Beispiel 3</I> Man verfährt gemäss Beispiel 1, verwendet jedoch eine Klebefolie gleichen Ausmasses aus einem Misch polymerisat aus 65 Gewichtsprozent Butylacrylat und 35 Gewichtsprozent Methylmethacrylat der relativen Viskosität 1,75.