DE1704624A1 - Verfahren zur Herstellung durchsichtiger Schichtenkoerper - Google Patents

Verfahren zur Herstellung durchsichtiger Schichtenkoerper

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DE1704624A1 DE1968E0035786 DEE0035786A DE1704624A1 DE 1704624 A1 DE1704624 A1 DE 1704624A1 DE 1968E0035786 DE1968E0035786 DE 1968E0035786 DE E0035786 A DEE0035786 A DE E0035786A DE 1704624 A1 DE1704624 A1 DE 1704624A1
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Description

DIPL-ING. GONTHER KOCH DR. TINO HAIBACH
SMUNCHEN2, 19.Februar 1968
UNSER ZEICHEN: 11224 -
The English'Electric Company Limited, London, England«
Verfahren zur Herstellung durchsichtiger Schichtenkörper
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung durchsichtiger Schichtenkörper, bestehend aus einer Zwischenschicht aus synthetischem Plastikmaterial, die zwischen zwei weiteren Schichten eingebettet ist., die aus einem beträchtlich härterem Material bestehen« Ein solcher Schichtenkörper wird im folgenden als "Schichtenkörper der beschriebenen Art" bezeichnet. Die Erfindung bezieht sich auch auf Schichtenkörper der beschriebenen Bauart, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt sind.
Die Erfindung kann insbesondere, aber nicht ausschließlich, für durchsichtige Teile von Plugzeugen Verwendung finden, z.B. für Windschutzscheiben, Fenster, Baldachine, Radarkuppeln usw..
Es ist seit langem bekannt, daß Glas oder synthetische durchsichtige Plastikmaterialien für Windschutzscheiben, Kuppeln od.dgl. in einem Plugzeug benutzbar sind. Allgemein kann festgestellt
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werden, daß Plastikfenster den Vorteil eines geringen Gewichtes und einer hervorragenden Bruchsicherheit haben. Diese Eigenschaften sind insbesondere wichtig bei Militärflugzeugen, bei denen ein Schutz gegen Kugeln lebenswichtig ist. Außerdem ist die Bruchwiderstandsfähigkeit wichtig, um Unfälle zu vermeiden, die durch den Aufprall von Vögeln an den Penstern oder Kuppeln entstehen könnten.
Andererseits liegt der Vorteil von Glas in seiner im Vergleich zu Plastikmaterial hervorragenden Widerstandsfähigkeit gegenüber Kratzern. Glas kann durch die Wirkung von Schmutz und Sand nicht leicht verkratzt werden. Jedoch sind selbst die besten Gläser auch diejenigen, die chemisch verstärkt wurden, relativ schwer und haben einen relativ geringen Bruchwiderstand. Aus dem Gesagten ergibt sich, daß es bei zahlreichen Anwendungen, insbesondere bei Militärflugzeugen, zweckmäßig ist, eine vordere Glasoberfläche zu benutzen und diese auf einer sonst völlig aus Plastikmaterial bestehenden Anordnung aufzubringen, um so eine abriebfeste äußere Oberfläche mit einer bruchsicheren leichten inneren Schicht zu kombinieren. Es ist jedoch sehr schwierig, unterschiedliche Materialien, z.B. Glas und Plastikmaterial, miteinander zu verbinden, wenn diese Materialien einen relativ hohen Elastizitätsmodul aufweisen und wenn die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glas und den gewöhnlich benutzten Plastikmaterialien in Betracht gezogen wird (als Plastikmaterial kommen im allgemeinen gestreckte Polymethylmethacrylatk-Harze in Betracht, die aus Zweckmäßigkeitsgründen als PMM bezeichnet werden
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sollen). So beträgt der Elastizitätsmodul von chemisch getempertem Glas ungefähr 0,83 mal ΙΟ6 KgZcm2 (11,81 mal 106 lbZin2) im Vergleich mit 0,035-mal 106 KgZcm2 (0,49 mal 10 lbZin2) für gestrecktes PMM. Die Differenz im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den beiden Materialien ist ebenfalls beträchtlich und beträgt für chemisch getempertes Glas 1,65 mal ΙΟ"-3 cmZcmZ°C . (0,92 mal 10"-* in/inZ°F), während der thermische Ausdehnungskoeffizient für gestrecktes PMM 5*95 mal 10"-3CmZCmZ0C (3,3 mal lo"5 in/in/°P) beträgt.
Es ist wahrscheinlich bereits vorgeschlagen worden, Glas und PMM z.B. mittels einer Polyvinyl Butyral-Zwischenschicht in einem einzigen Schichtvorgang zu verbinden. Es scheint aber, daß diese Art der Verbindung nicht völlig zufriedenstellende Verbindungen ergibt und daß die Restspannungen nicht niedrig genug sind. Die Paktoren, die für diese Schwierigkeit bestimmend sind, scheinen die unterschiedlichen Eigenschaften von Glas und Plastikmaterial zu sein. Wenn zunächst der Mechanismus des Zusammenwirkens zwischen Glas und PMM-Schichten betrachtet wird, wenn ein zusammengesetzter Teil einer Temperaturänderung ausgesetzt wird, dann gelangt die Verbindung zwischen Glas und XaawtadraoJmat auf eine Temperatur, bei der die Zwischenschicht eine Verschweißung mit beiden Oberflächen herstellt. Danach steht bei gegenüber dieser Temperatur niedrigeren Temperaturen das Glas unter Druckbeanspruchung und das PMM-Material unter Zugbeanspruchung, weil unterschiedliche Wärmekonzentrationen zwischen beiden Materialien bestehen. Dieses Zusammenwirken ergibt einen nachteiligen Einfluß
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auf die Verbindung zwischen PMM und Glas.
Die unterschiedlichen Eigenschaften beeinträchtigen aber auch sonst einen solchen Schichtenkörper. Bei einem Schichtenkörper zum Beispiel, dessen Vorderfront aus chemiscf-tftempertem Glas
besteht, in einer Stärke von etwa 0,25 cm/trachten, wenn ein PMM-Teil von ungefähr 0,64 cm Dicke auf der PMM-Unterlage angeordnet wird, Glas und PMM gegeneinander zu arbeiten, wenn eine Temperaturänderung eintritt. Die Größe der zwischen den beiden . Materialien auftretenden Kräfte hängt natürlich bis zu einem gewissen Grade von ihrer Dicke und dem Ausmaß der Temperaturänderung ab. Es kann aber gezeigt werden, daß in vielen Situationen, wenn der Schichtenkörper ungestreckt ist, die Kräfte eine Biegung des Schichtenlaeörpers bewirken. Die Verhinderung dieser Biegung durch Einspanhung am Rand bewirkt zusätzliche Kräfte innerhalb des SchichtenkiJrpers.
Die Erfindung befaßt sich mit einer neuartigen Schichtungstechnik, um unterschiedliche durchsichtige Materialien miteinander derart zu verbinden> daß die Kräfte zwischen den Werkstoffen verringert werden, so daß die Bindung verbessert und die Gefahr des Ausbiegens des Endproduktes vermindert wird.
Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung des Schichtenkörpers in der Weise durchgeführt, daß zunächst zwei getrennte Teilschichtenkörper hergestellt werden, von denen jeder eine erste Schicht aus dem gleichen oder im wesentlichen gleichen transparenten synthetischen Plastikmaterial besitzt, das an einer weiteren Schicht derart gebunden ist, daß eine Fläche
der ersten Schicht freiliegt, daß die weiteren Schichten aus unterschiedlichem Transparentmaterial hergestellt sind, das beträchtlich härter als die ersten Schichten ist, daß dann die freien Oberflächen der beiden Teilschichtenkörper zusammengebracht und an den Berührungsflächen bei einer Temperatur verbunden werden, die wesentlich niedriger ist als die Temperatur, bei der die ersten Schichten mit den entsprechenden weiteren Schichten verbunden wurden, so daß die ersten Schichten miteinander verbunden werden und ein einheitlicher Schichtenkörper entsteht.
Vorzugsweise werden die Teilschichtenkörper gekühlt oder man läßt sie abkühlen, bevor sie miteinander verbunden werden.
Bevor die Teilschichtenkörper miteinander verbunden werden^kann auf die miteinander in Verbindung zu bringenden Oberflächen, ein Lösungsmittel oder ein tia nsparentes geeignetes Klebemittel aufgebracht werden*
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Verbindung zwischen verschiedenen im wesentlichen starren tJransparenten Materialien bei einer Temperatur möglich, die so nahe als irgend denkbar einer Mitteltemperatur bezüglich jener Temperatur angepaßt werden kann, der der Schichtenkör.per später ausgesetzt wird. Auf diese Weise können die Kräfte zwischen den Materialien gering und in zulässigen Grenzen gehalten werden. Die Bindung zwischen jeder Weiteren Schicht und der Zwischenschicht kann in optimaler Weise hergestellt werden, weil in der ersten Stufe der Schichten-
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bildung die Flächen der weiteren Schichten sämtlich getrennt auf eine geeignete Materialplatte aufgebracht werden, die normalerweise aus Polyvinyl-Butyrat besteht (und die erste Schicht bildet),, wobei das Aufbringen unter Temperaturbedingungen und einem Druck und einer Oberflächenpräparation erfolgt, die optimale Ergebnisse bei der Verklebung zeitigt. Die dann ausgesetzten Flächen der ersten Schichten bestehen aus identischen oder gleichen Materialien und sie werden dann auf einfache Weise bei leicht erhöhten Temperaturen oder bei Raumtemperatur verbunden. Die einzigen relativ hohen Temperaturen, die während des gesamten Verfahrens angewandt werden, sind jene, die bei der Herstellung der Teilschichtenkörper benutzt werden. Da jedoch die Teilschichtenkörper normalerweise gekühlt •werden oder man sie abkühlen läßt, bevor die Endverbindung erfolgt, besitzt der zusammengesetzte Schichtenkörper nicht nur die bestmögliche Bindung zwischen den Schichten mit dem harten Werkstoff, sondern es besteht auch nur eine geringe Neigung oder garkeine Neigung zur Biegung, da es zu keiner Zeit notwendig ist, die beiden unter*· schiedlichen,aufeinander zu gerichteten Werkstoffe während des Verbindungsverfahrens hohen Temperaturen auszusetzen.
Die Erfindung schafft demgemäß ein neues zweistufiges Schichtverfahren zur Verbindung unterschiedlicher harter transparenter ' Materialien. Die Erfindung schafft auch ein Verfahren, durch welches unterschiedlich harte transparente Werkstoffe miteinander verbunden werden können, ohne daß bei der Endverbindung erhTöhte Temperaturen angewendet zu werden brauctsf, so daß Verwerfungen und die diese bewirkenden Spannungen vermieden werden. Außerdem können
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durch das erfindungsgemäße Verfahren unterschiedliche Materialien unter Temperaturbedingungen und unter einem Druck und Oberflächenpräparierungen geschichtet werden^ die optimal für die gegenseitige Anheftung sind.
Nachstehend werden anhand der beiliegenden Zeichnung verschiedene erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht zweier Teilsehichtenkörper, bevor sie
. - ,.■ ■■■■." .-. . n
miteinander in Verbindung gebracht sind., ■ w
Fig. 2 eine Schnittansicht eines fertiggestellten Schiehtenkörpeis.
Gemäß einem ersten Verfahrensschritt der Erfindung wird gemäß · Fig.l eine Platte 10 aus Polyvinyl Butyral im plastifizieren Zustand bei in geeigneter Weise erhöhter Temperatur auf einer Fläche einer weiteren Platte 11 ausgestrecktem PMM aufgebracht, so daß ein erster Schichtenkörper 12 entsteht. Eine Platte 15 aus gleichem Polyvinyl Butyral (plastifiziertes ■ Vinyl) wird bei einer entsprechend erhöhten Temperatur auf M
eine Fläche einer weiteren Platte 14 aus chemisch getempertem Glas aufgebracht, so daß hierdurch ein zweiter Teilschichtenkörper 15 entsteht.
Zur Herstellung der Teilschichtenkörper werden bekannte Techniken, Temperaturen und Drücke benutzt.
Dann werden die Teilschichtenkörper abgekühlt oder man läßt sie abkühlen.
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Die gegeneinander gerichteten Flächen 1OA,IJA der Platten 10 und
13 sind vorzugsweise in geeigneter Weise grundiert, jam. die Abführung der Luft zu erleichtern, wenn die beiden Teilschichtenkörper zusammengebracht werden.
Die Teilschlchtenkörper werden nun mit ihren Flächen 1OA und 13A miteinander in Berührung gebracht. Dann wird ein Druck von
14 bis 17,5 Kg/cm2 (200-250 lb/in2) aufgebracht und die Temperatur wird auf ungefähr, 380C (10O0F) eingestellt. Diese Bedingungen werden aufrechterhalten, bis die. beiden Flächen 1OA und I3A miteinander verbunden sind.
Die Bindungstemperatür kann unter atmosphärischem Druck über eine Zeitdauer aufrechterhalten werden, die ausreicht, um die Verbindung fest werden zu lassen.
Der hieraus resultierende,,in Fig.2 dargestellte Schichtenkörper ist ein geschichteter transparenter Körper, der aus einer einzigen Polyvinyl Butyrat-Zwischenschicht 20 besteht, die aus den beiden Schichten 10 und 13 gemäß Fig.l entstanden ist, nachriem diese Schichten zwischen den weiteren Schichten 11 und 14 eingebettet wurden.
Die Benutzung relativ hoher Temperaturen zur Herstellung der Teilschichtenkörper beeinträchtigt nicht die Endverbindung der Teilschichtenkörper miteinander. So können die physikalischen Be-' dingungen zur Herstellung der Teilschichtenkörper nur im Hinblick
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auf ihre Zweckmäßigkeit zur Verbindung der Materialien der Teilschichtenkörper gewählt werden.
Die Verbindung der beiden Teilschichtenkörper kann in irgendeiner Weise stattfinden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Teilschichtenkörper durch Anwendung von Temperatur und Druck zusammengebracht werden. Allgemein kann gesagt werden* daß je höher der Druck desto niedriger die Verbindungstemperatur sein kann. Bei
2 2
einem Druck 70 Kg/cm (1000 lb/in ) anstelle des obenangegebenen Druckes kann die Verbindung bei Raumtemperatur durchgeführt werden.
Andere Möglichkeiten der Verbindung der Teilschichtenkörper 12 und 15 bestehen darin, eine oder beide Verbindungs flächen 1OA , lj5A mit/einem geeigneten Lösungsmittel,z.B. Methanol, zu bestreichen oder mit einem geeigneten durchsichtigen Klebemittel* das kompatibel mit den thermoplastischen Oberflächen ist. Danach werden die Teilschichtenkörper,wie oben beschrieben, zusammengebracht und unter Anwendung eines nur geringen Druckes oder eines geeigneten Vakuums bei Raumtemperatur verbunden, bis die gewünschte Bindung erreicht ist.
Die Verbindung der Teilschichtenkörper wird in allen Fällen bei wesentlich niedrigeren Temperaturen bewerkstelligt,als dies bei einer Einschrittlamellierung geschehen könnte.
In dem obigen Beispiel wird die Verbindung von gestrecktem PMM mit Glas beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar auf
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die Verbindung von zwei anderen starren transparenten Materialien, die chemisch, bezüglich ihres Elastizitätsmoduls und/oder im Hinblick auf die thermische Ausdehnung, voneinander unterschieden sind. Anstelle von Glas oder der PMM-Schicht könnte eine starre transparente Polyester-Scheibe benutzt werden; wenn Glas benutzt wird, kann dies von irgendeiner geeigneten Art sein und es braucht nicht notweödigerweise chemisch getempert zu sein. In gleicher Weise kann das Zwischenschichtmaterial nicht nur Polyvinyl Butyral sein,sondern irgendeine andere transparente Zwischenschicht, die dem Fachmann zur Verfügung steht. Die beiden,die Zwischenschicht bildenden Lagen brauchen nicht aus identischem Material hergestellt zu sein, sie können hinsichtlich ihrer Eigenschaften etwas voneinander abweichen, z.B. können zwei unterschiedliche Typen von plastifiziertem Polyvinyl Butyrat Anwendung finden.
Patentansprüche:
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Claims (12)

  1. - Ii :.■-■■.■
    P a t e η t a η s ρ r ü c he: * ' VHg*T 1. Verfahren, zur Herstellung durchsichtiger Schichtenkörper mit einer Zwischenschicht aus synthetischem Plastikmaterial, das zwischen zwei weiteren Schichten eingebettet liegt, die beträchtlich härter als die Zwischenschicht sind, dadurch g e k en η ζ e i c h-n et,
    daß zwei getrennte Teilschichtenkörper (12,15) hergestellt werden, von denen jeder eine erste Schicht (10,13) aus gleichem oder im wesentlichen gleichem transparentem synthetischem Plastikmaterial aufweist, die mit einer weiteren Schicht (11,14) verbunden ist, so daß eine Fläche (1OA,13A) der ersten Schicht freiliegt, daß die weitere Schicht (11,1.4) aus anderem Transparentmaterial besteht, das beträchtlich härter als die ersten Schichten (10,13) ist, daß die beiden freien Oberflächen der beiden Teilschichtenkörper aufeinandergefügt und miteinander bei einer Temperatur verbunden werden, die beträchtlich niedriger ist als die Temperatur, mit der die ersten Schichten mit den entsprechenden weiteren Schichten verbunden wurden, so daß eine Verbindung der ersten Schichten durch eine einzige Zwischenschicht bewirkt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch ge k e η η ζ e ic h net,
    daß die Teilschichtenkörper (12,15) abgekühlt werden, bevor sie aufeinandergefügt werden.
  3. 3· Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß die ersten Schichten (10,13) aus Polyvinyl Butyral bestehen.
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  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Schichten (14) aus Glas bestehen.
  5. 5· Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Glas ein chemisch getempertes Glas ist.
  6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine der weiteren Schichten (11) aus transparentem synthetischem Plastikmaterial besteht.
  7. 7. Verfahren· nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Plastikmaterial, das die andere Schicht
    (11) bildet, Polymethylmettfcrylat ist.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der freien Obeflächen (1OA,IJA) so gemasert 1st, daß die Entfernung der Luft erleichtert wird, wenn die Teilschichtenkörper miteinander in Verbindung gebracht werden«
  9. 9. Verfahren nach Anspruch JV
    dadurch gekennzeichnet,
    OFUÖINAL INSPECTED
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    daß die freien Oberflächen (IOA, 13A) bei etwa 380C unter einem
    "2 Druck von 14 bis 18 Kg/cm zusammengepreßt werden.
  10. 10. Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine oder beide der zusammenzufügenden Flächen (10a, eine Substanz aufgebracht wird, die als Lösungsmittel für die ersten Schichten (10,13) dient, die hinterher bei Raumtemperatur miteinander verbunden werden.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Methanol ist.
  12. 12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8,
    ■" ■ ■ ■ ■ ■"'■-.'" 3 ■■ " ■
    dadurch g e k e η η ζ eic h η e t , daß auf eine oder beide Flächen (IQA,I3A) ein transparentes kompatibles Klebemittel aufgebracht wird, bevor die Oberflächen aufeinandergebraeht werden, und daß diese Oberflächen bei
    "■--■ ■ ■" ■
    Raumtemperatur aufeinandergefügt werden.
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    -fr
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