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Sicherheits-Verbundglas Die Erfindung betrifft im allgemeinen Sicherheits-Verbundglas
und insbesondere eine verbesserteKunststofi-Zwischenschicht für die Anwendung bei
Verbundglas-Verglasungseinheiten.
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In den letzten Jahren sah sich die Verbundglas-Industrie einer immer
stärker zunehmenden Nachfrage nach Verglasungseinheiten für Flugzeuge gegenüber,
die eine wesentliche höhere Temperaturfestigkeit aufweisen wie die üblichen Verbundglas-Verglasungseinheiten,
die mit einer Kunststoff-Zwischenschicht, wie plastifiziertem Polyvinylbutyral,
hergestellt sind. Flugzeuge. die in der Zukunft Teile der Luftwaffe bilden sollen.
werden in einem Temperaturbereich Anwendung finden, der wesentlich höher liegt als
die höchstmögliche Temperatur, bei der Vinylmaterial-Zwischenschichten anwendbar
sind.
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Die Suche nach einem neuen hochtemperaturfesten Verbundkunststoff
der an Stelle des Polyvinylbutyral bei Verbundglas-Einheiten Anwendung finden könnte,
ist energisch vorangetrieben worden. Als besonders erfolgreich sind Silikon-Zwischenschichten
bekanntgeworden. und zwar in Form eines nicht gehärteten weichen Kunststoffblattes,
das zwischen zwei Stücken aus mit Polyäthylen überzogenem Papier eingearbeitet ist.
In diesem Zustand ist die Silikon-Zwischenschicht unter Druck leicht fließbar; während
des Beschichtungsvorganges erhärtet dieselbe jedoch zu einem zähen, elastischen.
vernetzten und durchsichtigen kautschukartigen Material. Im gehärteten Zustand sind
die optischen und physikalischen Eigenschaften dieses Zwischenschichtmaterials in
gewisser Hinsicht vergleichbar mit Polyvinylbutyral-Zwischenschichten, während die
Eigenschaften desselben in anderen Hinsichten wesentlich überlegen sind. Die Festigkeit
der Silikonschicht ist bei Raumtemperatur zwar etwas geringer als diejenige der
Polyvinylbutyralschicht, aber die Silikon-Zwischenschicht zeigt z. B. bei einer
Temperatur von 70°C die etwa 6fache Zerreißfestigkeit der Polyvinylbutyral-Zwischenschicht.
Verbundgläser, die mit einer Silikon-Zwischenschicht hergestellt worden sind, zeigen
zwar kleinere Durchlässigkeitseigenschaften, die jedoch deren Verwendbarkeit nicht
in erheblichem Ausmaß begrenzen.
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Beim Einbau in ein Flugzeug werden Verbundgläser mit Silikon-Zwischenschichten
so gestaltet, daß sie über die Kante des Verbundglases hinausragende Kantenteile
aus gehärtetem kautschukartigemSilikonmaterial aufweisen, die zur Erhöhung der Festigkeit
mit einem eingesetzten dünnen Aluminiumstück versehen sind. Diese Kantenbauart wird
vorgesehen, damit das Verbundglas mit dem Körper des Flugzeuges vermittels geeigneter
Halterungsbolzen und einer Klebschicht zwischen dem gehärteten Silikon und der Wand
des Flugzeugkörpers befestigt werden kann.
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Bei Betriebsbedingungen haben derartige Verbundgläser die Neigung,
durch die kombinierte Einwirkung der Lichtstrahlen und der Außenluft zerstört zu
werden. was dazu führt, daß die Silikonschicht an den frei liegenden Kanten und
das diesen Kanten unmittelbar benachbarte Zwischenschichtmaterial ihre Elastizität
in einem derartigen Ausmaß verlieren, daß das Silikonmaterial bröcklig wird.
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Es ist somit der Hauptzweck der Erfindung, ein kautschukartiges Silikonmaterial
für Sicherheits-Verbundglas in Vorschlag zu bringen, das unter der Einwirkung von
Licht und der Außenluft seine ursprünglichen physikalischen Eigenschaften beibehält
und darüber hinaus auch bei hohen Temperaturen eine ausreichende Festigkeit besitzt.
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Es sind zwar schon gehärtete Siloxanmassen als Zwischenschichten für
Sicherheits-Verbundgläser bekannt,
deren elastomere Eigenschaften
durch Füllstoffe. wie Titanerde, Calciumkarbonat, verbessert werden können, wobei
die Zwischenschicht insbesondere mit Farbstoffen versetzt ist. Diese Maßnahme ist
insofern nachteilig, als der Pigmentzusatz die Durchsichtigkeit der Scheibe in unerwünschtem
Maß beeinträchtigt. Man hat deshalb versucht, diesen Einfluß dadurch etwas zu mildern,
daß man die Kunststoff Zwischenschicht in mehrere Schichten unterteilt.
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Man hat auch schon einen Zusatz von Eisenoxyd als Füllstoff für ein
Siloxan verwendet, dabei jedoch nicht die besonderen Vorteile erkannt, die eine
Schicht aus einem so behandelten Siloxan im Rahmen der Herstellung von Sicherheits-Verbundglas
bietet.
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Die Erfindung geht von einem Sicherheits-Verbundglas aus, dessen die
Glasscheiben miteinander verklebende Kunststoffschicht zur Bildung eines Befestigungsrandes
über den Glasscheibenrand hinaus verlängert ist.
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Eine derartige Konstruktion hatte sich bewährt. bis aus Gründen einer
höheren Temperaturbeanspruchung die Kunststoff Zwischenschicht nicht mehr aus dem
bis dahin üblichen Polyvinylbutyral oder einem ähnlichen Kunststoff; sondern aus
einem Siloxanelastomer hergestellt werden sollte.
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Es zeigte sich, daß dieser Kunststoff nach einer gewissen Gebrauchszeit
an dem über den Glasscheibenrand hinausragenden Teil Schäden aufwies, abzubröckeln
begann und somit die gesamte Verbundscheibe unbrauchbar machte.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Sicherheits-Verbundglas. das durch
die über den Glasscheibenrand hinausragende Kunststoff Zwischenschicht einen Befestigungsrand
aufweist.
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Erfindungsgemäß hat dasselbe eine klar durchsichtige, innerhalb des
Scheibenrandes endende Zwischenschicht, an die sich der über den Scheibenrand hinausragende
Befestigungsrand, der aus einem gehärteten, mit anorganischen Pigmenten versetzten
Siloxanelastomer besteht, anschließt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung enthalten 100 Gewichtsteile
des Elastomers, aus dem der Befestigungsrand besteht, 1 bis 50 Gewichtsteile des
anorganischen Pigments.
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Vorzugsweise ist das Siloxanelastomer ein Polymethylsiloxanelastomer.
Durch Wärme- und Druckeinwirkung wird das elastische Harz dann gehärtet und die
Glasscheiben miteinander verbunden.
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Es hat sich gezeigt. daß durch das Einarbeiten von inerten anorganischen
Pigmentfarbstoffen in das Siloxanelastomer eine solche Widerstandsfähigkeit gegen
die Einwirkung von Licht und Atmosphäre erzielt wird, daß die Kanten sogar nach
6monatiger Beeinflussung durch Licht und Atmosphäre ihre gesamten ursprünglichen
physikalischen Eigenschaften beibehalten. Obgleich nicht alle anorganischen Pigmentfarbstoffe
die gewünschten Eigenschaften in dem gleichen Ausmaß zeigen, wie es weiter unten
erläutert werden wird, nimmt man an, daß die Zugabe von beliebigen anorganischen
und nicht umsetzungsfähigen Pigmentfarbstoffen zu dem Silikonmaterial die Verschlechterung
praktisch vollständig inhibiert.
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Zur Herstellung von Verbundgläsern nach der Erfindung wurde eine nicht
gehärtete, weiche Folie eines durchsichtigen Polymethylsiloxanelastomers verwendet,
das unter Anwendung von Druck leicht fließt und während des Arbeitsganges zur Herstellung
des Verbundglases zu einem zähen, elastischen, vernetzten, durchsichtigen, kautschukartigen
Material erhärtet.
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Es wurde weiterhin gefunden, daß nicht alle anorganischen Pigmente
in beliebigen Anteilen zum Einarbeiten in Polymethylsiloxanelastomere brauchbar
sind, da einige derselben beim Härtungsvorgang die Umwandlung des weichen, kittartigen
Polymethylsiloxans in ein zähes Elastomeres inhibieren. Wenn z. B. in das weiche,
kittartige Siloxan 20 bis 50 Teile Ruß eingearbeitet wurden, trat nach einer Behandlung
im Autoklav und einer nachgeschalteten Härtung keine Änderung in dem weichen, kittartigen
Zustand der Probestücke ein. Durch die Verringerung des Rußgehaltes auf 5 Teile
wurde jedoch eine teilweise Härtung erhalten.
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Eine weitere Probe des Siloxans, in das 20 Teile Aluminiummetallpulver
eingearbeitet wurden, verhielt sich ebenso, d. h., es ließen sich keine Anzeichen
für eine Härtung nachweisen.
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Um die verschiedenen mit Pigmenten versehenen Siloxane auszuwerten,
wurden Verbundgläser mit Abmessungen von 7,6 - 12,7 cm, die eine Stärke des Scheibenglases
von 0,32 cm und eine Stärke der Zwischenschichten von 0,2 mm aufwiesen. hergestellt.
Die Materialien für die Zwischenschicht wurden auf Walzen gemischt, anschließend
die Probestücke bei einer Temperatur von 150°C etwa 1/z Stunde lang im Autoklav
unter Vakuum behandelt, dann die Verbundgläser aus dem Vakuumbehälter entfernt und
in einem Luftofen bei einer Temperatur von 150°C 48 Stunden lang einer Nachhärtung
unterworfen. Die Verbundgläser wurden hierauf in quadratische Stücke mit Abmessungen
von 1,27 1.27 cm zerschnitten, fest an Stahlblöcken verkittet und in einer Vorrichtung
zur Prüfung der Zerreißfestigkeit auseinandergezogen. Die Ergebnisse dieser Prüfungen
sind im folgenden tabellenförmig zusammengefaßt, wobei »zusammenhaftend« bedeutet,
daß die Zwischenschicht auseinandergerissen, und »anhaftend« daß die Zwischenschicht
von dem Glas getrennt wurde. 1. Kontrollprobe, gemahlene Silikon-Zwischenschicht
| Probe Nr. kg Art der Trennung |
| 1 58 zusammenhaftend |
| 2 51 zusammenhaftend |
| 3 49,7 zusammenhaftend |
| Durchschnitt 53 |
11. Calciumcarbonat, eingearbeitet in Silikon der Type K Es wurden Zerreißprüfungen
unter Anwendung von Calciumcarbonat in verschiedenen Kombinationen mit dem Silikon
unternommen. Die Zuggeschwindigkeit betrug 1,27 mm pro Minute bei einer Temperatur
von 23°C.
III. Es wurden auch sogenannte Lappscherprüfungen durchgeführt, bei denen ein Verbundglas
hergestellt wurde, das im allgemeinen ein Aluminiumblech enthielt, das zwischen
zwei Schichten Silikon zwischen Glas verklebt war. Ein Teil des Aluminiums erstreckte
sich über das Glas hinaus. Die Prüfung bestand darin. daß das Aluminiumblech an
der Kante aus dem Silikon herausgezogen wurde. Das Aluminiumblech besaß Abmessungen
von etwa 5,1 - 15.2 cm, wobei etwa ein Streifen mit den Abmessungen 2,54 - 15,2
cm zwischen dem Glas vorlag.
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Alle Proben wurden bei einer Temperatur von 127°C und einer Zuggeschwindigkeit
von 1,27 mm pro Minute geprüft.
| 72 Stunden in Wasser 72 Stunden bei 100o/niger |
| CaCO:r-Teile/ 100 Teile Silikon Kontrolle bei Raumtemperatur
relativer Luftfeuchtigkeit |
| (durchsichtiger Silikonaufbau) bei 60'C |
| Bruchlast in kg Bruchlast in kg Bruchlast in kg |
| 610 567 582 |
| 7,5 CaC03 928 804 845 |
| 15 CaC03 990 982 912 |
| 20 CaC03 931 982 925 |
| 25 CaC03 965 903 970 |
| III. a) 20 Gewichtsteile Titandioxyd auf |
| 100 Gewichtsteile Silikon der Type K |
| Probe Nr. kg Ergebnis der Trennung |
| 1 58,7 zusammenhaftend |
| 2 58.9 zusammenhaftend |
| 3 56,9 zusammenhaftend |
| Durchschnitt 58.1 |
| 111. b) 100 Teile Titandioxyd auf 100 Gewichts- |
| teile Silikon der Type K |
| Probe Nr. kg Ergebnis der Trennung |
| 1 25.5 anhaftend |
| 2 20,8 anhaftend |
| 3 25,05 anhaftend |
| Durchschnitt 23.6 |
| IV. 20 Gewichtsteile Eisenoxyd auf |
| 100 Gewichtsteile Silikon |
| Probe Nr. kg Ergebnis der Trennung |
| 1 35.0 1,27 cm Dehnung und anschlie- |
| ßend zusammenhaftend |
| getrennt |
| 2 3I.4 1,27 cm Dehnung und anschlie- |
| ßend zusammenhaftend |
| getrennt |
| 3 32.3 1.27 cm Dehnung und anschlie- |
| ßend zusammenhaftend |
| getrennt |
| Durch- 32,9 |
| schnitt |
| V. Silikon-Zwischenschicht mit 20 Teilen |
| Aluminiumsilikatpigment (A. S. P. Nr. 100) |
| Probe Nr. kg Ergebnis der Trennung |
| 1 außen 36.6 zusammenhaftend |
| 2 außen 38.4 r/2 anhaftend, 1/2 zusammen- |
| haftend |
| 3 Mitte 41.15 anhaftend, geringe Menge weiße |
| Farbe auf dem anderen Glas |
| 4 Mitte 32.1 7/s anhaftend, 1/g zusammen- |
| haftend |
| 5 außen 42.9 1/s anhaftend, 2/3 zusammen- |
| haftend |
| 6 außen 41.15 t/s anhaftend, 7/s zusammen- |
| haftend |
| Durch- 38.7 |
| schnitt |
| VI. Silikon-Zwischenschicht mit 5 Teilen Ruß |
| (Statex 125) |
| Probe Nr. kg Ergebnis der Trennung |
| 19 außen 25,3 anhaftend - Zwischenschicht aus- |
| einandergerissen - eine Ecke |
| des Glases brach ab |
| 20 außen 27.1 anhaftend - Zwischenschicht aus- |
| einandergerissen |
| 21 Mitte 27.1 anhaftend - Zwischenschicht aus- |
| einandergerissen |
| 22 Mitte 27.6 anhaftend - Zwischenschicht aus- |
| einandergerissen |
VII. Zinkchromat, eingearbeitet in Silikon der Type K Es wurden
Zerreißversuche ausgeführt unter Anwendung von 20 Teilen Zinkchromat und basischem
| 72 Stunden 100°/o |
| z0 |
| Zinkchromat-Teilet100Teile Silikon Kontrolle relative Luftfeuchtigkeit
72 Stunden in H _O |
| 20°C bei Raumtemperatur |
| Bruchlast in kg Bruchlast in kg Bruchlast in kg |
| 20 31,6 anhaftend 18,05 anhaftend 27,1 anhaftend |
| 20 basisches Zinkchromat 32,8 anhaftend 18,85 anhaftend 27,9
anhaftend |
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Diese Prüfungen waren dazu bestimmt, die spezifische Wirkung der anorganischen
Pigmentfarbstoffe auf die physikalischen Eigenschaften des Silikonmaterials der
Type K bei der Einarbeitung und Härtung unter Anwendung üblicher Herstellungsverfahren
aufzuzeigen. Die Ergebnisse zeigen, daß die physikalischen Eigenschaften des gehärteten
Silikons erheblich abgeändert werden können. Es scheint, daß- die Silikon-Zwischenschicht,
in die 20 Gewichtsteile Titandioxyd auf
100 Gewichtsteile Silikon eingearbeitet
wurden, durch das Einarbeiten des Ti02-Pigmentfarbstoffes nicht nachteilig beeinflußt
wurde. Es ergab sich, daß die physikalischen Eigenschaften dieser Zwischenschicht
tatsächlich geringfügig insoweit verbessert wurden, daß im Durchschnitt 58 kg benötigt
wurden, um die Zwischenschicht auseinanderzureißen. Dies steht im Gegensatz zu einem
durchschnittlichen Wert von 52,8 kg, die benötigt werden, um die Kontrollprobe (einfaches
vermahlenes Silikon) der Zwischenschicht auseinanderzureißen. Das Ergebnis der Trennung
war in beiden Fällen ein »Zusammenhaften«, was bedeutet, daß die Bindungen innerhalb
der Zwischenschicht zerrissen wurden, ehe die Bindungen zwischen dem Glas und dem
gehärteten Silikon zerstört worden sind.
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Durch Veränderung der Menge der bei der Einarbeitung angewandten einzelnen
Pigmentfarbstoffe ist es möglich, die optimale Menge des anzuwendenden Pigmentes
festzustellen. In Abhängigkeit von den Eigenschaften der einzelnen Pigmentfarbstoffe
können vorzugsweise etwa 1 bis 50 Gewichtsteile Pigmentfarbstoff in 100 Gewichtsteile
Silikon eingearbeitet werden.
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Man nimmt an, daß der Pigmentfarbstoff bei der Einarbeitung in das
Silikonelastomere während des Härtungsvorganges so wirkt, daß das gehärtete kautschukartige
Silikonmaterial von der Einwirkung der Lichtstrahlen geschützt wird. Es können außer
den in den Tabellen aufgeführten Pigmenten auch andere Pigmente, z. B. Baryt, Titan-Calcium-Pigmentfarbstoffe,
Titan-Barium-Pigmentfarbstoffe. Siliciumdioxyd, Magnesiumsilikat,Aluminiumoxyd und
verschiedene Eisenoxyd-Pigmente, angewandt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,
und zwar bedeutet F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Verglasungseinheit,
die mit dem Rumpf eines Flugzeugkörpers verbunden ist, und F i g. 2 einen vergrößerten
Querschnitt längs der Linie 2-2 der F i g. 1.
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Gemäß F i g. 1 ist in dem Rumpfteil 5, der zu einem Flugzeug gehören
kann, eine Verglasungseinheit 6 in der Weise befestigt, daß durch den Zinkchromat
auf 100 Teile Silikon. Die Zuggeschwindigkeit betrug 1,27 mm pro Minute bei einer
Temperatur von 23°C. Die Prüfergebnisse sind im folgenden zusammengefaßt. hinausragenden
Rand 7 dieser Verglasungseinheit 6 verschraubbare Bolzen gesteckt sind.
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Aus der vergrößerten Querschnittsdarstellung der F i g. 2 gehen die
Einzelheiten des Aufbaues dieses erfindungsgemäßen Verbund-Sicherheitsglases hervor.
Die Verglasungseinheit 6 weist die zwei Glasscheiben 9 und 10 auf, die mit
einer durchsichtigen Silikonkunststofl-Zwischenschicht 11 verbunden sind. Die verlängerte
Kante 7 wird aus zwei oder mehr Schichten 12 und 13 eines gehärteten,
mit Pigmentfarbstoff versehenen Silikonelastomeren gebildet, das an den entgegengesetzten
Seiten eines eingesetzten Metallstückes 14, vorzugsweise Aluminium. klebend befestigt
ist. Wie gezeigt, erstrecken sich die zwei Schichten 12 und 13 eine kurze Entfernung
nach innen zwischen den Glasscheiben, wie es bei a gezeigt ist, und überlappen auch
vorzugsweise die äußeren Kanten der Scheiben, wie es bei b gezeigt ist.
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Wie weiter oben ausgeführt, sind Bolzen 8 durch die verlängerte Kante
7 und den Rumpf 5 geführt, um so die Verglasungseinheit festzulegen. Gegebenenfalls
kann eine Schicht 15 aus einem Klebmaterial zwischen dem Rumpf und der verlängerten
Kante angeordnet sein.
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Zur Prüfung wurden Verbundglasstücke gemäß der Bauart der Verglasungseinheit
6 nach F i g. 2 hergestellt, um die Wirkung festzustellen, die der Zusatz eines
Pigmentfarbstoffes auf das Silikonelastomere ausübt:
| Stärke |
| Glassorte angewandter der verlängerte Kanten |
| Kunststoff Zwischen- |
| schicht |
| 6.35 mm Silikon- 0.26 mm enthielt Titan- |
| getempertes type K dioxyd, das in |
| Scheibenglas Silikon der |
| Type K ein- |
| gemahlen war |
| 6,35 mm Silikon- 0.26 mm enthielt Eisen- |
| getempertes type K oxyd, das in |
| Scheibenglas Silikon der |
| Type K ein- |
| gemahlen. war. |
Diese Verbundgläser wurden zusammen mit Verbundgläsern, deren verlängerte Kanten
mit einer Silikon-Zwischenschicht ohne Pigmentfarbstoff versehen waren, dem Wetter
ausgesetzt. Nach 3 Monaten waren die verlängerten Kanten, die mit einer Pigmentfarbstoff
enthaltenden Silikon-Zwischenschicht versehen waren, noch in ausgezeichnetem Zustand,
während die verlängerten Kanten
des der Kontrolle dienenden Verbundglases,
das ohne Pigmentfarbstoffzusatz in dem Silikon-Zwischenschichtmaterial hergestellt
war, einen erheblichen Abbau der Silikon-Zwischenschicht zeigten, der sogar so weit
ging, daß die Silikon-Zwischenschicht begonnen hatte, um die Kantenteile unmittelbar
zwischen den Kanten der getemperten Glasscheiben zu zerbrechen.
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Die Verbundgläser, deren Kanten mit dem pigmentierten Silikon versehen
waren, wurden zusätzlich einer dreimonatigen Bewitterung ausgesetzt, und es wurde
gefunden, daß die verlängerten Kantenteile auch dann noch in ausgezeichnetem Zustand
waren.