DE1206123B - Verfahren zur Verbesserung von Verbund-Sicherheitsglas - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C03c

Deutsche Kl.: 32 b - 27/10

1206 123
F35286VIb/32b
4. November 1961
2. Dezember 1965

Es ist bekannt, splittersicheres Glas durch Verkleben zweier Glasscheiben mittels einer Kunstharzschicht herzustellen. Diese auch als Verbundglas bekannten Scheiben spielen z. B. eine wichtige Rolle als Frontscheiben im Automobilbau. Ihre Aufgabe besteht vor allem darin, im Unglücksfall bei der Zerstörung der Scheiben Splitterverletzungen dadurch zu verhindern, daß die Splitter von der Kunstharzschicht festgehalten werden. Des weiteren soll durch elastisches Nachfedern der Stoß gemildert und ein Durchschlagen der Insassen verhindert werden.

Entsprechend diesen Forderungen muß eine derartige Zwischenschicht gute Haftfestigkeit auf Glas und hohe Reißfestigkeit und Reißdehnung besitzen, außerdem muß sie optisch einwandfrei sein.

Für die Herstellung dieser Zwischenschicht wird weichgemachtes Polyvinylbutyral seit Jahrzehnten bevorzugt verwendet.

Es wird heute meist in Form fertiger Folien von 0,38 bis 0,42 mm Dicke verarbeitet. Zur Herstellung einwandfreier Verbundscheiben genügt jedoch nicht ein einfaches Verpressen der Folien mit den Glasscheiben, sondern es bedarf einer besonderen Technik, die auf Grund langjähriger Erfahrungen entwickelt wurde.

Dies ist verständlich auf Grund der Tatsache, daß Splitterhaftung und Durchschlagsfestigkeit bis zu einem gewissen Grad einander entgegengesetzte Forderungen sind, die aufeinander abgestimmt werden müssen, wie aus folgenden Versuchen ersichtlich ist:

Versuch 1

Unterwirft man eine Verbundscheibe mit nur geringer Haftung der Glasscheiben an der Zwischenschicht einer Schlagprüfung unter Zertrümmerung des Glases, so entstehen grobe Splitter, die nach allen Richtungen wegfliegen, während die Zwischenschicht selbst unversehrt bleibt und das Schlagwerkzeug elastisch abfängt. Eine derartige Scheibe würde im Ernstfall keinerlei Schutz bieten, da schwere Schnittverletzungen durch die wegfliegenden Glasscherben unvermeidlich wären.

Versuch 2

Führt man einen genau gleichen Schlagversuch mit einer Verbundscheibe durch, deren Glasscheiben jedoch übermäßig fest an der Zwischenschicht haften, so erfolgt Durchschlag im Schlagzentrum, d. h., im Ernstfall würde der Verunglückte mit dem Kopf durch die Scheibe fliegen und sich durch die entstandene splitterbesetzte Halskrause schwere Verletzungen zuziehen.

Verfahren zur Verbesserung von Verbund-Sicherheitsglas

Anmelder:

Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft

vormals Meister Lucius & Brüning, Frankfurt/M.

Als Erfinder benannt:

Dr. Fritz Winkler, Kelkheim-Münster;

Dr. Franz Josef Pohl, Frankfurt/M.-Höchst;

Dr. Hermann Stärk, Bad Soden (Taunus);

Dr. Helmut Kesseler, Wiesbaden-Biebrich;

Dr. Werner Grundmann, Hofheim (Taunus)

Es ist demnach Aufgabe der Sicherheitsglasherstellung, die Haftung der Glasscheiben auf der Zwischenschicht zwischen diesen beiden Extremen so einzustellen, daß bei einer gewaltsamen Zerstörung einerseits die Splitterhaftung möglichst weitgehend garantiert ist, andererseits jedoch die Folie zwischen den Scheiben im Moment der Zerstörung des Glases eine gewisse Dehnungsmöglichkeit aus den Brüchen heraus — einen Schlupf — besitzt, so daß sich die lebendige Kraft im Moment der Zerstörung nicht ausschließlich auf die Bruchstellen konzentriert, sondern sich auf die zwischen den Bruchstücken herausgezogenen Teile der Folie verteilt und dadurch so elastisch abgefangen wird, daß die Folie möglichst unversehrt bleibt und kein Durchschlag erfolgt.

Man hat z. B. gefunden, daß derartige Scheiben im Augenblick der Zerstörung 6 bis 8 cm durchgebogen werden können und daß die flächenmäßige Dehnung, die ausschließlich von der elastischen Folie übernommen werden muß, bis zu 10 % betragen kann.

Die im Handel befindliche Polyvinylbutyralfolie besitzt die Eigenart, daß ihre Haftfestigkeit auf Glas, wenn sie ohne spezielle Vorbereitung verlegt wird, zu groß ist, so daß im Schlagversuch hauptsächlich das negative Ergebnis der zweiten Art zu beobachten ist.

Die Haftfestigkeit der Folie wird deshalb vor der Verlegung durch eine sogenannte Klimatisierung, d. h. durch Einstellung auf einen bestimmten, empirisch ermittelten Wassergehalt, etwas herabgesetzt. Dies geschieht in besonderen Klimakammern. Auch die Verlegung der Folien zwischen den Scheiben muß aus demselben Grunde in besonders klimatisierten Räumen erfolgen.

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Durch diese Maßnahmen in Verbindung mit genau einzuhaltenden Bedingungen beim Verpressen der Scheiben gelingt es schließlich, einigermaßen befriedigende Verbünde herzustellen. Da man dem fertigen Verbund nicht ansehen kann, ob er gelungen ist oder nicht, ist eine laufende Überprüfung der Fabrikation durch genormte und zum Teil international anerkannte Schlagprüfungen behördlich vorgeschrieben. Sie sind in Deutschland in den Richtlinien über die Prüfung von Fahrzeugteilen StV 7 — 4133 T/57 vom 27.4.1957 des Bundesministers für Verkehr beschrieben.

Sie bestehen z. B. darin, daß Verbundscheiben bestimmter Größe entweder mit einer Stahlkugel oder mit einem dem menschlichen Schädel und Schulter- *5 teil nachgebildeten Phantom unter stets gleichen Bedingungen zertrümmert werden. Hierbei können folgende charakteristischen Schlagbilder erzielt werden, die für die Beurteilung der Qualität maßgebend sind und entsprechend bewertet werden:

Bewer
tung

Schlagbilder

2g

Die Scheibe weist zahlreiche vom Schlagzentrum ausstrahlende Initialsprünge auf, die durch viele Umfangssprünge unterbrochen sind. Die Folie ist nicht gerissen. Hauptsächlich im Schlagzentrum haben sich wenig feine Splitter abgelöst

Die Scheibe weist außer den radialen Initialsprüngen nur wenige Umfangssprünge auf, und die Folie ist in einem Abstand von etwa 15 cm vom Schlagzentrum auf eine Länge von 3 bis 4 cm angerissen. In der Splitterhaftung besteht kein großer Unterschied gegenüber 1

Die Scheibe zeigt bis zu drei radiale Risse von je 4 bis 8 cm Länge und im Schlagzentrum ein kleines Loch

Die Scheibe weist Radialrisse bis 15 cm und Umfangsrisse bis 10 cm auf. Es ist jedoch kein vollständiger Durchschlag erfolgt

Vollständiger Durchschlag

Zwischen diesen Schlagbildern kann es noch Übergänge geben, die ein geübtes Auge leicht zu beurteilen vermag.

Das Schlagbild der Bewertung 1 entspricht dem anzustrebenden Optimum an Qualität. Verbünde mit der Bewertung 5 und 4 sind als unbrauchbar abzulehnen.

Die bisherige Praxis der Schlagprüfungen hat gezeigt, daß die Bewertung 1 nur relativ selten erreicht wurde. Man mußte sich im allgemeinen mit den Be-Wertungen 2 bis 3 zufriedengeben, aber auch Schlagbilder der Bewertung 4 bis 5 waren innerhalb einer Prüfserie relativ häufig.

Zwar ist wie bei allen Prüfverfahren, die mit einer plötzlichen Materialbeanspruchung verbunden sind, mit einem gewissen Prozentsatz mangelhafter Ergebnisse zu rechnen; angesichts der ständig steigenden Ansprüche im Kraftverkehr konnten diese jedoch auf die Dauer nicht hingenommen werden.

Es wurde nun gefunden, daß eine wesentliche Verbesserung von Sicherheitsglas mit Polyvinylbutyralfolie als Zwischenschicht dadurch erzielt werden kann, daß die bisher übliche Klimatisierung der Zwischenschicht durch den Zusatz geringer Mengen als Antihaftmittel wirkender Stoffe ergänzt wird.

Folgende Stoffe erwiesen sich als geeignet:

1. Oxyäthylierungsprodukte höherer geradkettiger Fettsäuren, insbesondere von Stearinsäure mit 30 bis 40 Mol Äthylenoxyd, und zwar in Mengen von 0,03 bis 0,2 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gewichtsprozent;

2. natürliche Lecithine pflanzlicher oder tierischer Herkunft, insbesondere Eilecithin und Sojalecithin in Mengen von 0,001 bis 0,015 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,005 bis 0,01 Gewichtsprozent;

3. höhere primäre Alkohole gesättigter oder ungesättigter Natur mit 10 bis 20 C-Atomen, speziell Dodekanol-(l) in Mengen von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,15 bis 0,4 Gewichtsprozent. Sämtliche Prozentzahlen beziehen sich auf das reine Polyvinylbutyral.

Daß diese Substanzen als Antihaftmittel wirken, konnte dadurch gezeigt werden, daß bei Anwendung im Überschuß die im Versuch 1 geschilderten Verhältnisse auftraten.

Durch den Zusatz dieser Substanz wird die PoIyvinylbutyralfolie weder in ihren mechanischen noch in ihren optischen Eigenschaften noch in ihrer Thermostabilität beeinträchtigt. Dies gilt auch für die gelbbis braungefärbten Lecithine infolge der außerordentlich gering anzuwendenden Mengen.

Für den Zusatz dieser Stoffe sind alle Maßnahmen geeignet, die eine gleichmäßige Verteilung in der fertigen Folie garantieren. Er kann entweder zum Polyvinylbutyral oder zum Weichmacher erfolgen. Vorteilhaft ist der Zusatz zum Polyvinylbutyral, da er im Zuge von dessen Herstellung ohne nennenswerte zusätzliche Arbeitsbelastung erfolgen kann. Besonders vorteilhaft ist es, fabrikationsfeuchtes Polyvinylbutyral zu verwenden, da die Trocknung dann in einem Arbeitsgang erfolgen kann.

Nähere Einzelheiten sind aus dem folgenden Beispiel ersichtlich:

Beispiel

Eine ausreichende Menge nutschenfeuchtes Polyvinylbutyral einer einzigen Fabrikationscharge mit einem Wassergehalt von 55% und folgender analytischer Zusammensetzung:

19,0 % Vinylalkoholgruppen,
0,5 % Vinylacetatgruppen und
der Rest Vinylbutyralgruppen

und einer Viskosität der 5 %i§^en Lösung in 96 %igem Alkohol bei 20° C von 85 cP, gemessen im Höpplerviskosimeter, wurde zwecks Durchführung eines exakten Vergleichs folgendermaßen aufgearbeitet:

a) 222 Gewichtsteile wurden bis auf einen Wassergehalt von 1 bis 2% in einem Wirbelschichttrockner unter schonenden Bedingungen getrocknet und anschließend mit 40 Gewichtsteilen Weichmacher auf einem Extruder in eine Folie von 0,4 mm Dicke übergeführt.

Als Weichmacher diente in diesem und in den folgenden Fällen Triäthylenglykol-bis-diäthylacetat.

b) In einem Henschel-Fluidmischer wurde zu 222 Gewichtsteilen des Polyvinylbutyrals eine Lösung

von 0,12 Gewichtsteilen oxäthylierter Stearinsäure, die 40 Mol Äthylenoxyd eingebaut enthielt, in 12 Gewichtsteilen Wasser in 15 Minuten eingetropft, anschließend noch 5 Minuten in Bewegung gehalten und dann wie unter a) getrocknet.

c) Nach demselben Verfahren wie unter b) wurde zu 222 Gewichtsteilen des Polyvinylbutyrals eine Lösung von 0,01 Gewichtsteil Sojalecithin in 10 Gewichtsteilen Wasser hinzugetropft und anschließend getrocknet.

Bei dem verwendeten Sojalecithin handelt es sich um das Fabrikat »Gliddex« amerikanischer Herkunft.

d) Ebenfalls nach demselben Verfahren wie unter b) wurden 222 Gewichtsteile des Polyvinylbutyrals mit 0,25 Gewichtsteilen Dodekanol-(l), die in 25 Gewichtsteilen Methanol gelöst waren, versetzt und anschließend getrocknet.

20 Aus den Proben b), c) und d) wurden wie aus der

Probe a) Folien von 0,4 mm Dicke mit 40 Gewichtsteilen Weichmacher, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyvinylbutyral, hergestellt.

Alle vier Folien wurden gleichzeitig auf einen Wassergehalt von 0,6% klimatisiert und zu Glasverbunden entsprechend den vorgeschriebenen Normen verarbeitet.

Die Schlagprüfungen mit je sechs als Stichproben ausgewählten Verbundscheiben erbrachten folgende Ergebnisse:

Probe

a
b
c
d

Benotung nach Tabelle auf Spalte 4 und 5

2, 3, 2 bis 3, 2 bis 3, 4 bis 5, 3
1, 1 bis 2, 1, 1, 2 bis 3, 2

1, 1, 1, 1, 1 bis 2, 2

2, 1 bis 2, 1 bis 2, 1, 2, 1 bis 2

Alle Zusätze, insbesondere das Lecithin und das Dodekanol, bringen demnach eine bemerkenswerte Verbesserung der Schlagfestigkeit.

Für eine optimale Wirksamkeit der Zusätze ist Voraussetzung, daß deren völlig gleichmäßige Verteilung in der fertigen Folie gewährleistet ist. Zwecks Erfüllung dieser Forderung ist es nicht unbedingt notwendig, sich der bei den Versuchspartien b), c) und d) angewandten Methoden zu bedienen. Beispielsweise können die oxäthylierten Fettsäuren auch im Weichmacher gelöst oder suspendiert werden, oder sie können bei der Herstellung des Polyvinylbutyrals der mit dem Butyraldehyd umzusetzenden Lösung oder Suspension des Polyvinylalkohole zugesetzt werden.

Auch die höheren Alkohole können bereits bei der Herstellung des Polyvinylbutyrals, z. B. im Butyraldehyd gelöst, zugesetzt werden.

Der Zusatz der Lecithine kann auch zu einer wäßrigen Aufschlämmung des Polyvinylbutyrals erfolgen oder über den Weichmacher.

Im ersteren Fall werden vorteilhaft die kolloidal in Wasser löslichen Sojalecithine verwendet, Für den Zusatz über den Weichmacher ist das Eilecithin vorzuziehen, da es sich darin besser suspendieren läßt als die Sojalecithine. Wird die Folie nicht nach dem Extruderverfahren, sondern über eine Gießlösung hergestellt, so wird das Eilecithin einfach dieser zugesetzt, da es im Gegensatz zu den Sojalecithinen in organischen Lösungsmitteln, in diesem Fall Methanol, gut löslich ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung von Verbund-Sicherheitsglas mit Polyvinylbutyralfolie als Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die bisher übliche Klimatisierung der Zwischenschicht durch den Zusatz geringer Mengen als Antihaftmittel wirkender Stoffe ergänzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, daß als Antihaftmittel oxäthylierte Stearinsäure, die 30 bis 40 Mol Äthylenoxyd im Molekül enthält, in Mengen von 0,03 bis 0,2 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gewichtsprozent, bezogen auf Polyvinylbutyral, zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, daß als Antihaftmittel natürliche Lecithine pflanzlicher oder tierischer Herkunft, insbesondere Soja- oder Eilecithin in Mengen von 0,001 bis 0,015 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,005 bis 0,01 Gewichtsprozent, bezogen auf Polyvinylbutyral, zugesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, daß als Antihaftmittel Dodekanol-(l) in Mengen von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,15 bis 0,4 Gewichtsprozent, bezogen auf Polyvinylbutyral, zugesetzt wird.

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