DE102018125998A1 - Verfahren zur herstellung einer kunststoff-verbundscheibe sowie kunststoff-verbundscheibe und deren verwendung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Fahrzeug- und Luftfahrttechnik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Verbundscheibe sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Kunststoff-Verbundscheibe, die als Sicherheitsscheiben im Front-, Seiten-, Dach- oder Heckbereich in Fahrzeugen eingesetzt werden kann.Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Kunststoff-Verbundscheibe, das einfach und kostengünstig ist und mit dem während des Herstellungsprozesses nur einen geringer Wärmeeintrag in die zu verbindenden Kunststoffscheiben realisiert wird.Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Verbundscheibe bereitgestellt, bei dem zwischen einer ersten und zweiten Kunststoffscheibe aus Polymethylmethacrylat und Polycarbonat ein thermoplastisches Fügematerial angeordnet wird, nachfolgend das thermoplastische Fügematerial 170 bis 190 Sekunden mittels hochfrequenten elektromagnetischen Feld auf eine Temperatur zwischen 60 °C und 75 °C aktiviert wird, und nachfolgend mit 3 N/mmbis 5 N/mmzu einer Kunststoff-Verbundscheibe zusammengepresst werden.

Description

  • Gegenstand der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Fahrzeug- und Luftfahrttechnik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Verbundscheibe sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Kunststoff-Verbundscheibe. Derart hergestellte Kunststoff-Verbundscheiben können als Sicherheitsscheiben im Front-, Seiten-, Dach- oder Heckbereich in Fahrzeugen, beispielsweise Personenkraftwagen, Nutzfahrzeug oder Schienenfahrzeugen, eingesetzt werden.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zur Herstellung einer Kunststoff-Verbundscheibe bekannt. Dabei besteht stets die Herausforderung, bei Kunststoff-Verbundscheiben, die einen Verbund aus verschiedenen Materialen bilden, die Problematik einer frühzeitigen Delaminierung des Kunststoffverbundes oder der Bildung von Rissen in den Bauteilen zu verhindern.
  • Aus der DE 10 2004 014 023 A1 ist eine Kunststoff-Verbundscheibe für die Fahrzeugverscheibung mit einer Innenseite und einer Außenseite bekannt, wobei die Verbundscheibe eine Innenscheibe aus einem Polycarbonat-Kunststoff, eine Außenscheibe aus einem Acrylat-Kunststoff und eine zwischen diesen Scheiben angeordnete Schicht aus thermoplastischem Polyurethan aufweist. Die Zwischenschicht, gedacht für die Sicherung der Verbundhaftung sowie die Aufnahme der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Kunststoffe, besteht aus einem thermoplastischen Polyurethan. Die Herstellung der Kunststoff-Verbundscheibe wird derart realisiert, dass eine im Extrusionsverfahren hergestellte Polycarbonat-Scheibe nach dem Aushärten durch Thermoformen in eine gewünschte Form gebracht und anschließend auf der Seite, die später zum Fahrzeuginnenraum weist, mit einem Siloxan-Abriebschutzlack beschichtet wird. Auf die Seite der Polycarbonat-Scheibe, die später nach außen weist, wird eine Folie aus thermoplastischem Polyurethan aufgebracht. Auf diese Folie wird zunächst eine nicht-metallische IR-Schutzfolie aus Polyester und danach eine weitere Folie aus thermoplastischem Polyurethan aufgebracht. Auf die Folie aus thermoplastischem Polyurethan wird eine Polymethylmethacrylimid-Scheibe aufgebracht, die im Extrusionsverfahren hergestellt, nach dem Aushärten durch Thermoformen in eine der Polycarbonat-Scheibe entsprechende Form gebracht und auf der zukünftigen Außenseite mit einem Siloxan-Abriebschutzlack beschichtet wurde. Auf der Innenseite dieser Scheibe kann auch vor der Verformung gegebenenfalls ein Schwarzrand mittels Siebdruck aufgebracht werden. Die zusammengesetzte Scheibe wird in eine Vakuumhülle gegeben, an der ein Vakuum von ca. 0,2 bar angelegt wird. Diese wird anschließend in einem Autoklaven bei ca. 4 bar und 120°C für 4h zusammengepresst.
  • Aus der DE 10 2014 211 920 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe bekannt, bei dem innerhalb eines Fügewerkzeugs zwischen eine erste Scheibenlage und eine zweite Scheibenlage eine schmelzbare Kunststofffolie oder ein reaktives Folienfilmmaterial angeordnet wird, und die erste Scheibenlage, die zweite Scheibenlage und die schmelzbare Kunststofffolie unter Vakuum zu einem Verbundkörper zusammenführt werden, wobei das Fügewerkzeug und der darin unter Vakuum angeordnete Verbundkörper mit einer Wärmeeinwirkung derart beaufschlagt werden, dass die Kunststofffolie schmilzt und die erste und zweite Scheibenlagen verklebt werden oder das reaktive Folienfilmmaterial verklebend auf die erste und zweite Scheibenlage einwirkt.
  • Aus der WO 02 / 47 908 A1 ist ein Verglasungselement aus drei Schichten unterschiedlicher Kunststoffe bekannt, eine Schicht besteht aus PMMA, die Zwischenschicht aus einem Polyurethan (PU) oder aus Polyvinylbutyral, die weitere Schicht besteht aus PC. Die Außenseiten des Verglasungselements sind kratzfest beschichtet. Die Herstellung des Verglasungselementes erfolgt durch ein Verfahren zum Bilden einer Verglasungseinheit, umfassend die Schritte: Positionieren einer Zwischenschicht aus synthetischem Kunststoffmaterial zwischen einer Schicht aus Acrylmaterial und einer Schicht aus Polycarbonatmaterial; Pressen der Acrylschicht, der Zwischenschicht und der Polycarbonatschicht zusammen zu einer mehrschichtigen Laminatstruktur; und Tempern der Schichtstruktur unter Verwendung von Druckdampf, um die Verbundglaseinheit zu bilden.
  • Aus der WO 2008 / 000 528 A1 ist ein Kunststoff-Verbund bekannt, der aus mindestens zwei Poly(meth)acrylat-Schichten und einer Schicht aus einem thermoplastischen Polyurethan besteht. Die Herstellung des Kunststoff-Verbundes erfolgt in der Weise, dass die Kunststoffscheiben auf 80°C bis 140°C erhitzt und bei 10 und 100 KN für 20 bis 60 Sekunden gepresst.
  • Nachteilig aus dem Stand der Technik ist, dass die bekannten Herstellungsverfahren aufwendig und kostenintensiv sind und durch den Wärmeeintrag unterschiedliche thermische Ausdehnungen und Spannungen in den unterschiedlichen Materialien der Kunststoffscheiben verursachen, die zu einem frühzeitigen interlaminaren Versagen und zu Rissen in der Kunststoff-Verbundscheibe führen. Des Weiteren ist nachteilig, dass aufgrund der unterschiedlichen Schmelztemperaturen die Herstellung von Verbundscheiben mit ausreichender optischer Qualität, die als Scheibenmaterial das temperaturseitig relativ niedrig erweichende Polymer PMMA enthalten und eine bei deutlich höherer Temperatur schmelzende Folie aus Polyvinylbutyral aufweisen, schwierig in der thermischen Handhabbarkeit sind. Das deutlich höher schmelzende PMMI stellt auf der anderen Seite kein marktgängiges Scheibenmaterial dar.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Verbundscheibe bereitzustellen, das einfach und kostengünstig ist und zudem während des Herstellungsprozesses nur einen geringen Wärmeeintrag in die zu verbindenden Kunststoffscheiben verursacht. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Kunststoff-Verbundscheibe bereitzustellen, die verbesserte Eigenschaften gegen frühzeitiges interlaminares Versagen und Rissbildung des Kunststoffverbundes aufweist.
  • Lösung
  • Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Patentansprüche im Sinne einer Und-Verknüpfung mit einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Verbundscheibe gelöst, bei dem zwischen einer ersten Kunststoffscheibe aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und einer zweiten Kunststoffscheibe aus Polycarbonat (PC) ein thermoplastisches Fügematerial angeordnet wird, wobei die erste und die zweite Kunststoffscheibe und das thermoplastische Fügematerial im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet werden, nachfolgend das thermoplastische Fügematerial zwischen 170 und 190 Sekunden mittels eines elektromagnetischen Felds im Hochfrequenzbereich auf eine Temperatur zwischen 60 °C und 75 °C thermisch aktiviert wird, und nachfolgend die erste Kunststoffscheibe und die zweite Kunststoffscheibe mit einem Pressdruck zwischen 3 N/mm2 bis 5 N/mm2 ohne Einsatz eines elektromagnetischen Felds zu einer Kunststoff-Verbundscheibe zusammengepresst werden, so dass die erste und die zweite Kunststoffscheibe mit dem thermoplastischen Fügematerial vollständig laminiert und eine transparente Kunststoff-Verbundscheibe ausgebildet wird.
  • Vorteilhafterweise wird eine erste und/oder zweite Kunststoffscheibe eingesetzt, die auf der zum Fügematerial zugewandten Oberfläche mindestens teilweise eine mittlere Oberflächenrauheit Rz aufweist, wobei besonders vorteilhaft die mittlere Oberflächenrauheit Rz 18 µm bis 22 µm auf der zum Fügematerial zugewandten Oberfläche beträgt.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein thermoplastisches Fügematerial aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) und/oder einem Ethylen-Copolymere eingesetzt wird.
  • Außerdem ist vorteilhaft, wenn als thermoplastisches Fügematerial eine Folie, ein Pulver und/oder ein pastöses Material eingesetzt werden, wobei besonders vorteilhaft eine Folie mit einer Prägung auf mindestens einer Seite der Oberflächen eingesetzt wird.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zur thermischen Aktivierung des thermoplastischen Fügematerials ein elektromagnetisches Feld mit einer Hochfrequenz von 13,56 MHz oder 27,12 MHz eingesetzt.
  • Weiterhin wird vorteilhafterweise auf die Oberfläche der ersten und/oder zweiten Kunststoffscheibe vor oder nach dem Herstellungsprozess eine mineralische Schutzschicht mittels PVD-Verfahren, CVD-Verfahren und/oder mittels Sol-Gel-Verfahren mindestens teilweise aufgebracht.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Zuschneiden der Abmessungen der Kunststoff-Verbundscheibe und/oder ein Versiegeln des seitlichen Randbereiches in einem Verfahrensschritt mittels Laser nach dem vollständigen Laminieren realisiert werden.
  • Auch vorteilhafterweise wird während und/oder nach der thermischen Aktivierung der Verbund einer auf die Verbundoberfläche wirkenden Druckbelastung unterworfen, wobei besonders vorteilhaft der Pressdruck mittels einer oder mehreren Walzen durchgeführt wird, die unter Druckausübung auf mindestens einer der Verbundoberflächen abgerollt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das thermoplastische Fügematerial zwischen einer ersten ebenen Kunststoffscheibe aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und einer zweiten gewölbten Kunststoffscheibe aus Polycarbonat (PC) angeordnet wird und während des Zusammenpressens die erste ebene Kunststoffscheibe aus PMMA an die Form der zweiten gewölbten Kunststoffscheibe aus PC angepasst.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Zusammenpressen der ersten und zweiten Kunststoffscheibe unter Vakuum realisiert wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zudem durch eine Kunststoff-Verbundscheibe gelöst, wobei die Kunststoff-Verbundscheibe aus einer ersten Kunststoffscheibe aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und einer zweiten Kunststoffscheibe aus Polycarbonat (PC), die mittels eines thermoplastischen Fügematerials laminiert verbunden sind, wobei die Kunststoff-Verbundscheibe eine Zugscherfestigkeit von 1,5 N/mm2 bis 2,5 N/mm2 aufweist.
  • Vorteilhafterweise weist die erste und/oder zweite Kunststoffscheibe auf der zum Fügematerial zugewandten Oberfläche eine mittlere Oberflächenrauheit Rz auf, wobei besonders vorteilhaft die erste und/oder zweite Kunststoffscheibe eine mittlere Oberflächenrauheit Rz von 18 µm bis 22 µm auf der zum Fügematerial zugewandten Oberfläche aufweist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kunststoff-Verbundscheibe ist auf der Oberfläche aus PMMA und/oder der Oberfläche des PC eine mineralische Schutzschicht vorhanden ist, wobei besonders vorteilhaft die mineralische Schutzschicht aus organisch modifizierten Keramiken besteht.
  • Erfindungsgemäß kann Kunststoff-Verbundscheibe als Front-, Seiten-, Dach- und/oder Heckscheibe in Fahrzeugen verwendet werden.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens besteht darin, dass das Herstellungsverfahren besonders einfach und kostengünstig ist. Erreicht wird dies durch den Einsatz eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes, mit dem das zwischen der ersten Kunststoffscheibe aus PMMA und der zweiten Kunststoffscheibe aus PC angeordnete thermoplastische Fügematerial in einer Zeit zwischen 170 bis 190 s gezielt auf eine Temperatur zwischen 60°C und 75°C thermisch aktiviert wird. Durch den Einsatz eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes wird aufgrund des hohen dielektrischen Verlustfaktors des thermoplastischen Fügematerials der Wärmeeintrag gezielt nur in das thermoplastische Fügematerial realisiert, während in die erste Kunststoffscheibe aus PMMA und die zweite Kunststoffscheibe aus PC aufgrund der geringen dielektrischen Verlustfaktoren dieser Materialen nur ein geringer Wärmeeintrag erfolgt. Dies führt dazu, dass beispielsweise die gewünschten und besonders vorteilhaften transparenten Eigenschaften vor allem von PMMA aufgrund des geringen Wärmeeintrages vor dem Pressen der beiden Kunststoffscheiben erhalten bleiben und optische Beeinträchtigungen der PMMA-Kunststoffscheibe verhindert werden, wodurch eine qualitativ hochwertige transparente Kunststoff-Verbundscheibe bereitgestellt wird. Zudem wird durch den geringen Wärmeeintrag in die Kunststoffscheiben aus PMMA und PC erreicht, dass aus den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von PMMA und PC resultierende Spannung zwischen und innerhalb der jeweiligen Kunststoffscheibe nach dem Pressen und anschließendem Abkühlen der Kunststoff-Verbundscheibe verhindert werden.
  • Im Verbund mit den genannten Vorteilen besteht ein weiterer technischer Vorteil darin, dass das beanspruchte Herstellungsverfahren einfach ist. Insbesondere besteht ein technischer Vorteil darin, dass das Zusammenpressen im Gegensatz zu bekannten technischen Lösungen ohne Einsatz eines Autoklaven realisierbar wird. Es konnte herausgefunden werden, dass vorteilhafterweise die mittels eines elektromagnetischen Felds mit einer Frequenz von 13,56 MHz bzw. 27,12 MHz hergestellten Kunststoff-Verbundscheiben einen besonderes festen und gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Verbund der beiden Kunststoff-Scheiben aus PMMA und PC aufweisen, wodurch ein frühzeitiges interlaminares Versagen des Kunststoffverbundes verhindert wird.
  • Eine verbesserte Zugscherfestigkeit als Kenngröße der Haft- und Verbundfestigkeit zwischen den Kunststoffscheiben aus PC und PMMA gegen interlaminares Versagen wird dadurch erreicht, indem die erste und/oder zweite Kunststoffscheibe auf der zum Fügematerial zugewandten Oberfläche eine Oberflächenrauheit Rz aufweist. Diese Oberflächenrauheit kann beispielsweise eine regelmäßige oder auch unregelmäßig ausgebildete Strukturierung sein, die dazu führt, dass sich eine verbesserte Haftfestigkeit zwischen dem Fügematerial und der mit dem Fügematerial in Kontakt stehenden und laminierten Oberfläche der Kunststoffscheibe ausbildet. Die Auswahl einer auch unter optischen Gesichtspunkten geeigneten Fügefolie stellt insbesondere unter dem Aspekt der Verwendung einer Kunststoffscheibe mit gerauter Oberfläche, die im Ausgangszustand milchig erscheint, ein wichtiges Qualitätskriterium dar.
  • Bei der Verbundbildung werden durch das gezielte thermische Aktivieren des Fügematerials alle lichtstreuenden Unebenheiten der Kunststoffscheiben, die eine mittlere Oberflächenrauheit Rz aufweisen, mit Schmelze vollständig ausgefüllt, sodass Lichtbrechungen an den Grenzflächen vermieden werden. Vorteilhafterweise weist die erste und/oder zweite Kunststoffscheibe eine mittlere Oberflächenrauheit Rz von 18 µm bis 22 µm auf der zum Fügematerial zugewandten Oberfläche auf, wobei die Oberflächen der ersten und/oder zweiten Kunststoffscheiben nur teilweise oder auch die gesamte Oberfläche eine mittlere Oberflächenrauheit Rz aufweisen kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens werden als thermoplastisches Fügematerial eine Folie, ein Pulver und/oder ein pastöses Material eingesetzt, wobei besonders vorteilhaft eine Folie mit einer Prägung auf mindestens einer Seite der Oberflächen eingesetzt wird.
  • Durch den Einsatz einer Folie mit einer Prägung auf mindestens einer Seite der Oberfläche wird erreicht, dass die Folie zwischen den zu verpressenden Kunststoffscheiben einfacher zu positionieren ist, da die Kontaktfläche verringert wird. Zudem besteht ein weiterer Vorteil darin, dass durch die Prägung der Folie im Zusammenwirken mit einer Oberflächenrauheit einer Kunststoffscheibe eine verbesserte Laminierung und Haftung zwischen der Kunststoffscheibe und der geprägten Fügefolie erreicht wird. Im Ergebnis wird dann eine Kunststoff-Verbundscheibe erhalten, die sich durch hohe transparente Eigenschaften und gleichzeitiger verbesserter Haftfestigkeit des Kunststoffverbundes auszeichnet.
  • Möglich ist aber auch, dass das Fügematerial als Pulver oder pastöses Material auf mindestens einer Fläche der beiden zu verbindenden Kunststoffscheiben aufgetragen und anschließend thermisch aktiviert wird. Dies kann beispielsweise mittels Rakeln des pastösen Materials oder mittels Sprühen des Pulvers erfolgen.
  • Sowohl die Folie als auch das Pulver und/oder pastöse Material können in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess auf mindestens einer Kunststoffscheibe angeordnet werden und ermöglichen die Herstellung von Kunststoff-Verbundscheiben in Massenproduktion.
  • Die thermische Aktivierung des thermoplastischen Fügematerials erfolgt unter Wirkung eines elektromagnetischen Feldes bei einer Hochfrequenz von 13,56 MHz oder 27,12 MHz. Durch diese speziellen Frequenzen wird aufgrund der unterschiedlichen dielektrischen Verlustfaktoren der Materialen einerseits ein geringer Wärmeeintrag in die Kunststoffscheiben aus PMMA und PC, und dem gegenüber ein gezielter Wärmeeintrag von 60°C bis 75°C in das thermoplastische Fügematerial realisiert, wobei erfindungsgemäß die thermische Aktivierung für 170 bis 190 Sekunden erfolgt. Dadurch wird ein Verpressen der beiden Kunststoffscheiben mit einem sehr gut thermisch aktivierten Fügematerial ermöglicht. Nach dem Pressen und Laminieren der beiden Kunststoffscheiben mit dem Fügematerial werden so Spannungen aufgrund der geringen thermischen Ausdehnung der beiden Kunststoffscheiben vermieden und ein besonders fester Kunststoffverbund erreicht.
  • Von Vorteil ist es, wenn auf die Oberfläche der ersten und/oder zweiten Kunststoffscheibe vor oder nach dem Herstellungsprozess mittels PVD-Verfahren, CVD-Verfahren und/oder mittels Sol-Gel-Verfahren eine mineralische Schutzschicht mindestens teilweise aufgebracht wird. Durch das Aufbringen einer mineralischen Schutzschicht können während des Herstellungsverfahrens, insbesondere des Pressens, oder auch im späteren Einsatz Beschädigungen auf der Oberfläche der Kunststoffscheiben oder der hergestellten Kunststoff-Verbundscheibe vermieden werden. Zudem wird mit der mineralischen Schutzschicht insbesondere bei der Kunststoffscheibe aus PC ein Schutz gegen lichtbedingte Alterung bereitgestellt, wodurch die Kunststoffscheibe gegen Farbstichigkeit und Versprödung geschützt wird.
  • Für einen kontinuierlichen und zeitsparenden Herstellungsprozess ist es besonders vorteilhaft, wenn das Versiegeln des seitlichen Randbereiches und das Zuschneiden der Abmessungen der Kunststoff-Verbundscheibe in einem Verfahrensschritt mittels Laser realisiert werden. Dabei werden einerseits die seitlichen Randbereiche der Kunststoff-Verbundscheibe gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutzpartikeln und gegen Delamination verschmolzen und zudem die Kunststoff-Verbundscheibe mit den gewünschten Abmessungen aus dem laufenden und kontinuierlichen Herstellungsprozess herausgetrennt.
  • Besondere Vorteile entstehen dadurch, wenn das Zusammenpressen der Kunststoff-Scheiben nach der thermischen Aktivierung des Fügematerials mittels einer oder mehreren Walzen durchgeführt wird, die unter Druckausübung auf die Oberfläche der Kunststoff-Verbundscheibe abgerollt werden. Dadurch wird erreicht, dass eventuell vorhandene Lufteinschlüsse zwischen Fügematerial und Kunststoffscheiben entfernt und eine besonders transparente und blasenfreie Kunststoff-Verbundscheibe erhalten wird.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird das thermoplastische Fügematerial zwischen einer ersten ebenen Kunststoffscheibe aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und einer zweiten gewölbten Kunststoffscheibe aus Polycarbonat (PC) angeordnet. Während des Zusammenpressens wird die erste ebene Kunststoffscheibe aus PMMA an die Form der zweiten gewölbten Kunststoffscheibe aus PC angepasst. Damit wird erreicht, dass während des Zusammenpressens die zwischen den Kunststoffscheiben vorhandene Luft über den ersten mittigen Kontaktpunkt der beiden Kunststoffscheiben beidseitig nach außen verdrängt wird und so ein vollständiges Austreiben der eingeschlossenen Luft sichergestellt ist. In einfacher Weise werden so Lufteinschlüsse zwischen den beiden Kunststoffscheiben nach dem Zusammenpressen verhindert.
  • Erfindungsgemäß besteht die hergestellte Kunststoff-Verbundscheibe aus einer ersten Kunststoffscheibe aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und einer zweiten Kunststoffscheibe aus Polycarbonat (PC), die mittels eines thermoplastischen Fügematerials laminiert verbunden sind.
  • Der besondere Vorteil gegenüber bekannten Kunststoffverbundscheiben besteht darin, dass durch das gezielte thermische Aktivieren des Fügematerials die Kunststoff-Verbundscheibe aus PMMA und PC mit dem dazwischen angeordneten Fügematerial eine verbesserte Haftfestigkeit der beiden Kunststoffscheiben erreicht, die durch eine Zugscherfestigkeit von 1,5 N/mm2 bis 2,5 N/mm2 gegen interlaminares Versagen gekennzeichnet ist.
  • Für einen verbesserten Schutz gegen UV-Strahlung und/oder Beschädigung durch beispielsweise Steinschläge und Kratzer ist es vorteilhaft, wenn auf der Oberfläche der Kunststoffscheibe aus PMMA und/oder der Oberfläche der Kunststoffscheibe aus PC eine mineralische Schutzschicht vorhanden ist. Eine besonders vorteilhafte mineralische Schutzschicht kann dabei aus organisch modifizierten Keramiken bestehen. Damit werden für die Kunststoff-Verbundscheibe eine verbesserte Transparenz, Härte oder thermische und chemische Stabilität sowie Zähigkeit, einfache Verarbeitbarkeit und Funktionalisierungen erreicht.
  • Die erfindungsgemäße Kunststoff-Verbundscheibe kann nach Anhang 19 der Regelung Nr. 43 der Economic Commission for Europe für Kraftfahrzeuge als Front-, Seiten-, Dach- und/oder Heckscheibe in Fahrzeugen verwendet werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels für das Herstellungsverfahren für eine erfindungsgemäße Kunststoff-Verbundscheibe näher erläutert.
  • Ausführungsbeispiel
  • Zur Herstellung einer Kunststoff-Verbundscheibe wird zwischen einer ersten Kunststoffscheibe aus Polymethylmethacrylat (PMMA), die eine Dicke von 2 mm aufweist, und einer zweiten Kunststoffscheibe aus Polycarbonat, die eine Dicke von 4 mm aufweist, eine thermoplastische Folie aus Polyurethan (TPU) mit einer Dicke von 0,1 mm angeordnet. Die Folie aus TPU weist auf einer Oberfläche regelmäßig ausgeformte Prägung in Form von zylinderförmigen Erhebungen im Abstand von 1 mm auf.
  • Die der Folie aus TPU zugewandte Oberfläche der Kunststoffscheibe aus PMMA weist eine Oberflächenrauheit Rz von 19,64 µm auf. Die Folie ist auf der Kunststoffscheibe aus PC angeordnet, wobei die Erhebungen der Folie der zu fügenden Oberfläche der Kunststoffscheibe aus PC zugewandt sind. Die Kunststoffscheibe aus PMMA ist zur Kunststoffscheibe aus PC und der Folie aus TPU im Wesentlichen parallel angeordnet. Die Kunststoffscheiben aus PMMA und PC sowie die Folie aus TPU weisen eine Ausgangstemperatur von 31 °C auf. Nachfolgend wird die thermoplastische Folie aus TPU mittels eines elektromagnetischen Felds bei einer Frequenz von 27,1 MHz für 180 Sekunden auf eine Temperatur von 67°C thermisch aktiviert und anschließend sofort die erste Kunststoffscheibe aus PMMA und die zweite Kunststoffscheibe aus PC mit der darauf angeordneten Folie aus TPU mit einem Pressdruck 4,7 N/mm2 ohne Einsatz eines elektromagnetischen Felds zu einer Kunststoff-Verbundscheibe mittels zweier gegenläufig laufenden Walzen zusammengepresst, so dass die erste und die zweite Kunststoffscheibe mit der thermoplastischen Folie aus PU vollständig laminiert und eine transparente Kunststoff-Verbundscheibe ausgebildet wird. Abschließend wird mittels eines Laserstrahls der seitliche Fügebereich der Kunststoff-Verbundscheibe versiegelt und gleichzeitig die Kunststoff-Verbundscheibe zugeschnitten. Abschließend wird die Oberfläche der Kunststoffscheibe aus PMMA mit einer mineralischen Schutzschicht mittels Sol-Gel-Verfahren beschichtet. Die Zugscherfestigkeit gegen interlaminares Versagen der Kunststoff-Verbundscheibe, die eine Klebung von 25mm × 12,5 mm aufweist, wurde gemäß dem nach DIN EN 1465 festgelegtem Prüfverfahren durchgeführt und eine Zugscherfestigkeit von 2,1 N/mm2 ermittelt.
  • Die so hergestellte Kunststoff-Verbundscheibe kann als Frontscheibe in einem LKW verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004014023 A1 [0003]
    • DE 102014211920 A1 [0004]
    • WO 02/47908 A1 [0005]
    • WO 2008/000528 A1 [0006]

Claims (19)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Verbundscheibe, bei dem zwischen einer ersten Kunststoffscheibe aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und einer zweiten Kunststoffscheibe aus Polycarbonat (PC) ein thermoplastisches Fügematerial angeordnet wird, wobei die erste und die zweite Kunststoffscheibe und das thermoplastische Fügematerial im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet werden, nachfolgend das thermoplastische Fügematerial zwischen 170 und 190 Sekunden mittels eines elektromagnetischen Felds im Hochfrequenzbereich auf eine Temperatur zwischen 60 °C und 75 °C thermisch aktiviert wird, und nachfolgend die erste Kunststoffscheibe und die zweite Kunststoffscheibe mit einem Pressdruck zwischen 3 N/mm2 bis 5 N/mm2 ohne Einsatz eines elektromagnetischen Felds zu einer Kunststoff-Verbundscheibe zusammengepresst werden, so dass die erste und die zweite Kunststoffscheibe mit dem thermoplastischen Fügematerial vollständig laminiert und eine transparente Kunststoff-Verbundscheibe ausgebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste und/oder zweite Kunststoffscheibe eingesetzt wird, die mindestens teilweise auf der zum Fügematerial zugewandten Oberfläche eine mittlere Oberflächenrauheit Rz aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die erste und/oder zweite Kunststoffscheibe mit einer mittleren Oberflächenrauheit Rz von 18 µm bis 22 µm auf der zum Fügematerial zugewandten Oberfläche eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein thermoplastisches Fügematerial aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) und/oder einem Ethylen-Copolymere eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als thermoplastisches Fügematerial eine Folie, ein Pulver und/oder ein pastöses Material eingesetzt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem eine Folie mit einer Prägung auf mindestens einer Seite der Oberflächen eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur thermischen Aktivierung des thermoplastischen Fügematerials ein elektromagnetisches Feld mit einer Hochfrequenz von 13,56 MHz oder 27,12 MHz eingesetzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem auf die Oberfläche der ersten und/oder zweiten Kunststoffscheibe vor oder nach dem Herstellungsprozess eine mineralische Schutzschicht mittels PVD-Verfahren, CVD-Verfahren und/oder mittels Sol-Gel-Verfahren mindestens teilweise aufgebracht wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Zuschneiden der Abmessungen der Kunststoff-Verbundscheibe und/oder ein Versiegeln des seitlichen Randbereiches in einem Verfahrensschritt mittels Laser nach dem vollständigen Laminieren realisiert werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während und/oder nach der thermischen Aktivierung der Verbund einer auf die Verbundoberfläche wirkenden Druckbelastung unterworfen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Pressdruck mittels einer oder mehreren Walzen durchgeführt wird, die unter Druckausübung auf mindestens einer der Verbundoberflächen abgerollt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das thermoplastische Fügematerial zwischen einer ersten ebenen Kunststoffscheibe aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und einer zweiten gewölbten Kunststoffscheibe aus Polycarbonat (PC) angeordnet wird und während des Zusammenpressens die erste ebene Kunststoffscheibe aus PMMA an die Form der zweiten gewölbten Kunststoffscheibe aus PC angepasst wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Zusammenpressen der ersten und zweiten Kunststoffscheibe unter Vakuum realisiert wird.
  14. Kunststoff-Verbundscheibe, hergestellt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Kunststoff-Verbundscheibe eine erste Kunststoffscheibe aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und eine zweite Kunststoffscheibe aus Polycarbonat (PC) umfasst, die mittels eines thermoplastischen Fügematerials laminiert verbunden sind, und wobei die Kunststoff-Verbundscheibe eine Zugscherfestigkeit nach DIN EN 1465 von 1,5 N/mm2 bis 2,5 N/mm2 aufweist.
  15. Kunststoff-Verbundscheibe nach Anspruch 14, wobei die erste und/oder zweite Kunststoffscheibe mindestens teilweise auf der zum Fügematerial zugewandten Oberfläche eine mittlere Oberflächenrauheit Rz aufweist.
  16. Kunststoff-Verbundscheibe nach Anspruch 15, wobei die die mittlere Oberflächenrauheit Rz 18 µm bis 22 µm auf der zum Fügematerial zugewandten Oberfläche beträgt.
  17. Kunststoff-Verbundscheibe nach Anspruch 14, wobei auf mindestens einer Oberfläche der Kunststoffscheibe aus PMMA und/oder mindestens einer Oberfläche der Kunststoffscheibe aus PC eine mineralische Schutzschicht vorhanden ist.
  18. Kunststoff-Verbundscheibe nach Anspruch 17, wobei die mineralische Schutzschicht aus organisch modifizierten Keramiken besteht.
  19. Verwendung der nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 18 beanspruchten Kunststoff-Verbundscheibe als Front-, Seiten-, Dach- und/oder Heckscheibe in Fahrzeugen.
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