DE3305806A1

DE3305806A1 - Verfahren zur formgebung von laminaten

Info

Publication number: DE3305806A1
Application number: DE19833305806
Authority: DE
Inventors: Thomas Wilbert 15068 New Kensington Pa. Hawk
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1982-02-25
Filing date: 1983-02-19
Publication date: 1983-09-01
Also published as: GB8300938D0; FR2521908B1; GB2116111A; GB2116111B; JPH0247350B2; FR2521908A1; JPS58193151A; US4445953A; CA1189781A; IT8367199A0; DE3305806C2; IT1165550B

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Formgebung ' von Laminaten, insbesondere zum Ausformen von leichtge- ! wichtigen, durchsichtigen Scheiben für Flugzeuge.

; 5 Leichtgewichtige Flugzeugfenster wurden hergestellt durch Laminieren einer Vielzahl von dünnen Kunststoffolien. ! üblicherweise wird eine Scheibe hergestellt aus einer gewünschten Anzahl relativ fester Kunststoffplatten der erforderlichen Krümmung, zwischen die relativ weiche KunststoffZwischenschichten eingebracht werden. Wegen der erforderlichen hohen optischen Qualität, d. h. der hohen Transparenz oder Durchsicht, und wegen der relativ hohen Empfindlichkeit der Plastikplatten gegenüber Beschädigungen wurden spezielle Verfahren zum Laminieren entwickelt.

Bei einem solchen Herstellungsverfahren wird die gewünschte Zahl, fester Platten, beispielsweise zwei oder vier, aus 1,3 m χ 1,3 m großen Kunststoffplatten ausgeschnitten, wobei die Größe geringfügig größer als die gewünschte, Endgröße des Laminats gewählt wird. Jede der einzelnen Platten wird dann mittels einer Formplatte vorgeformt. Danach wird jede der Einzelplatten zwischen Glasdruckplatten einer erhöhten Temperatur und Druck ausgesetzt. Eine entsprechende Anzahl relativ weicher KunststoffZwischenschichtfolien, beispielsweise Polyurethanfolien und/oder weichgemachte Polyvinyl-butyralfolien, werden dann auf die entsprechende Größe geschnitten und vorgedehnt auf den Umfang der vorgeformten Platten. Die Platten und Zwischenschichten werden dann in der gewünschten Reihenfolge aufeinandergelegt und das Paket zwischen einem Paar von Glaspreßplatton, deren Oberflächen mit einem Trennmittel ausgerüstet sind, angeordnet. Das gesamte System wird dann in einen Autoklaven eingebracht, in dem das Laminieren und die endgültige Formgebung erfolgt. Nach dem Abkühlen, Entnehmen aus dem Autoklaven und Abnehmen von den Preßplatten wird durch Besäumen die endgültige Form der Scheibe hergestellt.

.\.'::¹'\.^:.■:.'.' OO 33058Q6

Obwohl diese Arbeitsweise für relativ einfache Formen von Flugzeugscheiben angewendet werden kann, weist das Verfahren zahlreiche Nachteile auf, die man besser vermeidet. Beispielsweise muß jede Platte und Zwischenschichtfolie einzeln auf die Zwischengröße geschnitten und dann jeweils einzeln zwischen Glaspreßplatten vorgeformt werden. Diese Schritte sind zeit- und arbeitsaufwendig. Außerdem kann es Schwierigkeiten bereiten, jede der Einzelplatten mit ausreichender Übereinstimmung vorzuformen, um Dickenunterschiede und Ungleichmäßigkeiten in den Zwischenschichtfolien zu vermeiden. Die Zwischenschichtfolien müssen beim Laminieren auf Temperaturen erwärmt werden_t bei denen sie zu fließen beginnen, um fehlenden Über- ■ einstimmung der Form benachbarter Platten innerhalb des Paketes dadurch auszugleicheruAußerdem ist die endgültige Kontur des Laminats, das aus vorgeformten Teilen erhalten '. wird, begrenzt durch die Kontur der formgebenden Preßplatten, die zum Erzeugen der Form verwendet werden. Biese Nachteile verursachen keine Probleme, wenn es sich um relativ einfache Formen der Scheiben handelt, sie .verursachen Jedoch große Schwierigkeiten, wenn es sich um kompliziert geformte Scheiben handelt. Optisch glatte, komplex geformte Glaspreßplatten sind außerordentlich schwer herzustellen.

■ ■ ;

Es besteht deshalb ein großes Bedürfnis nach verbesserten Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Laminaten, insbe- ' sondere von solchen mit komplizierten Formen.

Aus US-PS 3 004 295 ist ein Verfahren zum Formen von durchsichtigen Laminaten aus Kunststoffen wie Polyester, vernetzten Acrylaten bekannt, bei dem mehrere Schritte ausgeführt werden, um die Matrizenform (female die form) zu erhalten. Ein Schritt ist das Vakuumziehen der zu verformenden Rohplatte gegen die obere Matrizenoberfläche, ι was kombiniert wird mit dem Aufbringen von Druck auf die : Seitenkanten der Rohplatte, annähernd senkrecht zu den I

3305R06

Flächen der Seitenkanten. Das Aufbringen von Kantendruck unterstützt die Bewegung der Platte in einen engeren Kontakt mit der oberen Formoberfläche, um die Wirksamkeit des Vakuumziehens zu verbessern.

In US-PS 3 020 596 ist die Formgebung einer Kabinenhaube für Flugzeuge beschrieben, bei der die endgültige Form durch Aufbringen unterschiedlicher Drücke auf die gegenüberliegenden Hauptoberflächen der Folien, die durch Streckformen vorgeformt sind, erreicht wird.

Aus US-PS 3 123*459 ist es bekannt, bis zum Erweichen erwärmte Glasplatten an ihren Außenkanten zum Eingriff zwischen einem Paar von Rahmen mit entgegengesetzter Krümmung zu bringen und anschließend oder gleichzeitig ein hitzebeständiges Kissen gegen eine der Hauptoberflächen zu pressen, um die gewünschte komplexe Form der Glasplatte zu erhalten.

In US-PS 3 414 395 ist das Formen von Glasplatten zu Halbkugeln beschrieben durch die Kombination von auf die obere Oberfläche von bis zum Erweichen erwärmten Glasplatten aufgebrachten nach unten gerichteten mechanischen Kräften und Abstützen der Glasplatte in einer horizontalen Ebene auf einem Ringflansch, der sich nach oben und auswärts von der halbkugelförmigen Form erstreckt. Dadurch wird eine Vorformung der getragenen Glasplatte erreicht, die anschließend weiter erwärmt wird, um das weitere Durchbiegen infolge Absackens auf die formende Oberfläche der Form zu bewirken. Die Form kann Öffnungen aufweisen, um einen Saugdruck auszuüben, der das Anlegen der durchhängenden Glastafel an die Formoberfläche unterstützt.

Aus US-PS 3 560 183 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Formen von Glasplatten zu Halbkugeln bekannt, bei dem eine Halbkugel als Form verwendet wird.

Bei dieser Vorrichtung trägt ein die Form umgebender ! Ring die zu verformende Glasplatte. Das Material dieses j Ringes hat einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizient, so daß bei Erwärmen der Glastafel und des Ringes die Tafel durch den Ring auf eine die Form umschließende Kante fällt. Die Glastafel gleitet dann auf der Kante in die halbkuglige Form.

In US-PS 3 607 188 ist ein anderes Verfahren und eine , 10 Vorrichtung zum Herstellen halbkugliger Glasplatten be- ; schrieben. Die Vorrichtung weist einen Tragring zum ι Stützen der flachen Glasplatten auf. Ein Stempel, der kleiner ist als der Tragring kann von oben auf die Glasplatte einwirken und diese zur Halbkugel drücken auf eine aufnehmende Oberfläche unterhalb des stützenden Ringes.

Alle diese Patentschriften befassen sich mit der Behandlung einzelner Glasplatten und erwähnen das Formen von ein oder mehrerer Plattenpakete aus Kunststoff nicht.

In US-PS 3 769 133 ist das Herstellen eines Laminats aus Glas und Kunststoff, bei dem alternierend Schichten von Glas und Kunststoff vorgesehen sind, beschrieben. Dabei werden die übereinanderliegenden Schichten in eine Hülle eingeschlossen, die mindestens eine flexible Wand und mindestens eine offene Seitenkante aufweist. Der Stapel und die Hülle werden in einen Autoklaven eingebracht und der Druck abgesenkt, um den Stapel auszugasen. Die Hülle wird dann verschlossen und in verschlossenem Zustand dann erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck ausgesetzt, um das Laminieren zu vervollständigen.

Aus US-PS 3 808 077 ist es bekannt, durchsichtige Kunststoffplatten gleichzeitig durch Druck zu glätten und

3305S06

Laminieren mittels einer geformten Glasplatte. Eine

j Glasform mit einem Trennmittel auf der Oberfläche wird

| zum gleichzeitigen Druckglätten und Laminieren der

; Kunststoffplatte verwendet und kann von dem hergestell-

ten Laminat vor der Weiterverwendung abgenommen werden.

In US-PS 4 174 241 ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Laminieren und Druckglätten von Kunststoffplattenpaketen zur Herstellung eines durchsichtigen Laminats be-ί 10 schrieben. Die Bestandteile des Paketes werden zwlj sehen einem Paar von Druckplatten zusammengebracht, wobei die Druckplatten größer sind als der Außenumfang des Laminats. Kompressible Keile halten die Preßplatten in einem .Abstand,der größer ist als die Gesamtstärke der 15 Bestandteile. Die Preßplatten schwenken gegeneinander, um das Auslaufen von Flüssigkeit aus den Zwischenschichten des Paketes zu unterstützen, wenn das Paket ; - erhöhter Temperatur und Druck zwischen den Preßplatten . ausgesetzt wird, während es sich in einem evakuierten 20 Sack befindet.

In US-PS 4 180 426 ist ein Verfahren zum Herstellen ■ von laminierten Fensterscheiben beschrieben. Die Bestandteile des Fensters werden innerhalb einer porösen Hülle zusammengebracht. Die Hülle und die Bestandteile werden dann in einen flexiblen Sack gebracht. Der

ι letztere wird in einen evakuierbaren Container eingebracht. Dann wird der Druck im Sack und im Container erniedrigt, wobei der anfängliche Druck im Container niedriger ist als der im Sack. Dann werden Temperatur und Druck innerhalb des Containers erhöht, während der Unterdruck in dem Sack erhalten wird, um die Kanten

ι des Paketes zu versiegeln. Anschließend wird der Unterdruck innerhalb des Sackes auf einen Druck oberhalb von Atmosphärendruck erhöht, um die Komponenten zu einem Laminat zu verbinden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren

j zum Herstellen von durchsichtigen Kunststofflaminaten

zu schaffen.

■ 5 Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß

; den Patentansprüchen und die dafür geeignete Vorrich-

tung.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Her-. 10 stellen von Laminaten einer erwünschten Form, insbesondere mit zusammengesetzten komplexen Konturen. Dabei wird eine Vielzahl von relativ flach liegenden Folien zu einem Plattenpaket übereinandergelegt. Zur Entfernung von Gasen aus den Innenoberflächen der Folien und Platten wird Vakuum angelegt. Danach werden \ die Folien und Platten miteinander verbunden. Teile der : Außenkanten des Plattenpaketes werden dann mit Teilen einer gewölbten tragenden Oberfläche eines aufnehmenden Tragringes in Kontakt gebracht. Das Paket wird dann vorgespannt durch Eingriff einer entsprechend gegenteilig geformten Druckform auf die äußere Hauptoberfläche des Pakets, die von dem Tragring abgewandt ist, bei einer ersten Temperatur, die unterhalb der Verformungstemperatur der Kunststoffe liegt. Der Eingriff erfolgt in Richtung auf die tragende Oberfläche des. Tragringes, um die Außenkantenteile der ersten Hauptoberfläche des Paketes vorzuf'ormen und in Übereinstimmung mit der Form der tragenden Oberfläche des Tragringes zu bringen. Danach wird das. Plattenpaket auf eine \ 30 zweite Temperatur erwärmt, die gleich oder höher ist als die Verformungstemperatur des Kunststoffes, wobei gleichzeitig die Druckform von dem Plattenpaket abgezogen wird und das Paket einem Überdruck ausgesetzt wird, um das Ausgasen aus den Folien zu unterdrücken. Danach wird der Eingriff der Druckform gegen das Mittelteil des ungestützten Teils auf der gegenüberliegenden Oberfläche wiederhergestellt, um die gewünschte Form von

3305808

I der Druckform auf den Mit UjI Iv ί .1 ih.·:: Puke Lea zu übertragen, wobei gleichzeitig da a l'akul orwärmt und erhöhtem atmosphärischen Druck ;n\ui^rMV,vl7.l wird. Auf diese j Weise ist es nicht notwendig, die Platten des Laminats . 5 während desLaminierens einzeln vorzuformen. Alle Plat- ! ten werden gleichzeitig in der gleichen Vorrichtung I geformt, um optische Fehler infolge ungleichmäßiger 1 Formgebung der Platten und/odor Uncleichmäßigkeiten ' j 'der Dicke der Zwischenschichten in dem Laminat zu mini-

10 misieren. Weiterhin können außerox'dentlich komplizier- ; ' te Konturen und Konfigurationen, die mittels der bekannten Glaspreßplatten überhaupt nicht herstellbar sind, mittels des erfindungsgeniäßen Verfahrens und

der entsprechenden Vorrichtung hergestellt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung

; weist der aufnehmende Tragring eine Form oder Kontur ; auf, die einer Verlängerung der Fläche der gewünschten endgültigen Form des Laminats über seinen Umfang ; 20 hinaus entspricht. Die in der Form entgegengesetzt ausgebildete Druckform hat einen geringeren Außenumfang als der aufnehmende Tragring und weist eine formgebende Oberfläche auf, die mit der gewünschten endgültigen ; Kontur übereinstimmt. Nach dem Vorspannen und Vor- : , 25 formen des Paketes am aufnehmenden Tragring bei einer j ■ Temperatur unterhalb der Verformungstemperatur der I Platten wird das vorgeformte und vorgespannte Paket

an den aufnehmenden Tragring angeklemmt, um die Außenkanten des Paketes in Kontakt mit dem Tragring zu '. 30 halten, während die Druckform von der oberen Haupt-I oberfläche des Paketes wieder abgezogen wird. Das j Paket mit der abgezogenen Druckform wird dann in einen ί Autoklaven eingebracht, in dem der Druck schnell und die

Temperatur weniger schnell erhöht werden. Die formge-35 bende Oberfläche der Druckform wird dann nach unten geführt durch die Ebene des aufnehmenden Tragringes, um ihre komplizierte Form auf das Plattenpaket zu übertragen. Dies erfolgt, während das Plattenpaket und die

Druckform innerhalb des Autoklaven einem erhöhten j atmosphärischen Druck und erhöhter Temperatur ausgesetzt werden. Anschließend kann das Laminat aus dem Autoklaven entnommen werden, und die abgestützten Außenkanten des Laminats können abgeschnitten und besäumt werden, um aus dem Mittelteil ein Laminat mit der gewünschten Form und dem gewünschten Außenumfang zu erhalten.

Weil die Druckform,die erfindungsgemäß verwendet wird, eine genaue Kopie eines Mutterwerkzeuges zur Herstellung der gewünschten Konfiguration darstellt, haben alle mit der Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Laminate die gleiche übereinstimmende Form und Kontur. Eine solche Übereinstimmung der Konfiguration konnte mit den bekannten Verfahren nicht erreicht werden, insbesondere nicht bei Verwendung von Glaspreßplatten, wenn es sich um kompliziert, ausgebildete Formen und Konfigurationen handelt, die auf Laminate übertragen werden sollen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen noch näher erläutert und dadurch besser verständlich. Gleiche , Bezugszeichen werden für gleiche Teile verwendet.

Abbildung 1 ist ein Übersichtsquerschnitt über die für i die Erfindung geeignete Vorrichtung in einer anfängli- I chen Zwischenstellung.

Abbildung 2 zeigt den gleichen Uuerschnitt rechtwinklig zum Blick von Abbildung 1.

Abbildung 3 ist eine Aufsicht auf den aufnehmenden Tragring (female support ring) nlts formgebendes Teil der Vorrichtung ^emäß Abbildung 1. oohematisch ist auch ' die Außenlinie der Druckform ari£e geben, die mit dem aufnehmenden Tragring zusammenwirkt, um die Beziehung des ^j

3305306

Außenumfanges der Druckform mit der Innenkante des aufnehmenden Tragringes deutlich zu machen.

Abbildung 4 ist ein vergrößerter Querschnitt des Kan-5 tenteils des zu verformenden Plattenpakets.

Abbildung 5 ist ein schematischer Querschnitt der in Abbildung 1 gezeigten Vorrichtung und läßt erkennen, wie das Paket innerhalb der Vorrichtung bei Beginn der 10 Formgebung angeordnet ist.

ι "-

j Abbildung 6 zeigt den gleichen Schnitt wie Abbildung 5 i während des Vorspannens, bei dem das Paket vorgeformt ! wird.

i Abbildung 7 zeigt die gleiche Ansicht wie Abbildungen I · 5 und 6 mit dem an das Vorspannen und Vorformen an-" schließenden Festklemmen des Paketos.

20 Abbildung 8 ist der gleiche Blick wie Abbildungen 5, 6

■ und 7 und zeigt die Anordnung der Druckform (male form)

j und des aufnehmenden Tragringes (female support ring)

I innerhalb des Autoklaven während des Aufheizens und

der Einwirkung von erhöhtem atmosphärischen Druck bei

: 25 der erfindungsgemäßen Arbeitsweise.

j Abbildung 9 ist die gleiche Sicht wie die von Abbildung

! 8 in einem späteren Stadium, nachdem das Erwärmen und

Aufbringen von atmosphärischem Druck, wie es in Abbil-' dung 8 gezeigt ist, und mechanischem Druck beendet ist, I 30 wobei durch das Anpressen des Druckstempels die endgül-I tige Form auf das Laminat übertragen wird. j

' Abbildung 10 jstimmt in der Sicht mit Abbildung 9 überein, zeigt jedoch ein späteres Stadium, nachdem die 35 Vorrichtung aus dem Autoklaven entfernt und die Druckform vom Laminat abgezogen

Abbildung 11 ist mit Abbildung 4 vergleichbar und zeigt
eine andere Ausführungsform der Herstellung des Plattenpaketes.

5 Abbildungen 1 bis 3 zeigen die Formvorrichtung 20, die
so ausgebildet ist, daß sie in einen Autoklaven 22
(Abbildungen 2, 8 und 9) eingebracht werden kann. Die
Formvorrichtung 20 weist eine Trägerplatte 24 auf, die
üblicherweise so ausgebildet ist, daß sie auf einem
j 1 ο Wagen 25 mit Rädern 26, die auf Schienen 27 laufen, bej festigt werden kann, wobei sich die Schienen bis in den j j Autoklaven erstrecken. Eine Vielzahl von aufrecht ste- '. • henden Trägerpfosten 28 verbindet die Trägerplatte 24
! mit einem im allgemeinen horizontal gestützten geboge- , 15 nen, aufnehmenden Tragring 30.

j Eine entgegengesetzt ausgebildete Druckform 32 weist | ! ein nach unten gerichtetes Teil auf, das aus leicht

¹ formbarem Material hergestellt ist, jedoch den

' 20 bei der Verformung von Polycarbonaten oder Acrylaten,

glasfaserverstärkten Epoxyharzen auftretenden Temperatu- ,

', ren standhält. Diese Druckform 32 ist an einer . , Trägerplatte 33 befestigt. Die Druckplatte ist senk- \ recht zum Tragring 30 bewegbar ausgebildet, wobei dies '

25 durch ein Paar von sich senkrecht erstreckenden Pneu- ■ matikzylindern 34, die auf der Trägerplatte 35 angeord- |

net sind, bewirkt werden kann. j

\ Ein im allgemeinen flaches Plattenpaket 36 wird, wie es ';

30 in Abbildung 5 gezeigt ist, an Teilen seiner Außenkan-

^! ten durch eine nach oben gerichtete tragende Oberfläche !

38 gestützt. Diese Oberfläche erstreckt sich schräg

j nach oben auswärts gerichtet um den Außenteil des

j aufnehmenden Tragringes 30. In Figur 4 ist das Platten-

\ 35 paket 36 wiedergegeben. Es kann aufweisen eine Viel-

I zahl von relativ harten Plastikfolien oder -platten

! mit einer entsprechenden Anzahl dazwischen angeordneter S

3305206

relativ weicher Plastikplatten oder -folien. Das speziell in Abbildung 4 gezeigte Plattenpaket 36 weist eine Oberplatte 40, eine Zwischenschicht 42, eine Mittelplatte 44,eine weitere Zwischenschicht 46 und eine Untere Platte 48 auf. Die Materialien und die Dicke ' für die Platten 40, 44 und 40 und die Zwischenschichten ; 42 und 46 sind derart, daß die für Flugzeugscheiben erforderliche Durchsicht gegeben ist. Für die Platten 40, 44 und 48 kommen üblicherweise solche aus PoIycarbonaten und Acrylaten wie Polymethylmethacrylat

(beides gegossen und verstreckt) in Frage, wobei Dicken von etwa 0,3 cm bis etwa 1,9 cm auftreten. Für die Zwischenschichten 42 und 46 werden üblicherweise PoIy-• urethane und weichgemachtes Polyvinyl-Butyral verwen- ; 15 det mit Schichtstärken im Bereich von etwa 0,04 cm bis

etwa 0,3 cm. Zusätzlich zu den angegebenen Schichten ; · 40 bis 48 kann das Plattenpaket 36 dünne Primer-Schichten zwischen den innenliegenden Oberflächen der Platten 40 bis 48 aufweisen, um die Haftung zu verbessern. Gej 20 eignete Primer-Materialien für diesen Zweck sind in Methylenchlorid/Cyclohexanon oder Chloroform als Lo- ! sungsmittel gelöste Polyurethane.

Bis zum Zeitpunkt der vorliegenden Erfindung war es : : 25 bei der Herstellung von gebogenen Laminaten üblich, jede der Einzelplatten der gewünschten Größe zunächst aus Standardplatten der Größe 1,2 m χ 1,2 m auszuschneiden, jede Platte dann einzeln auf einen Zwischenzustand vorzuformen, ehe sie zu einem Paket zwecks Laminierung und endgültiger Formgebung aufeinandergelegt wurden.

'

Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise wird das Platj tenpaket 36 zunächst aus flachen Halbzeugplatten ! 35 standardisierter Größe der ausgewählten Kunststoffe zusammengestellt. Dadurch entfällt das Schneiden und

Formen jeder einzelnen Platte. Die flach liegenden Platten 40, 44 und 48 in Standardgröße werden üblicherweise mit den Zwischenschichten 42 und 46 aufeinandergelegt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden sie anschließend in flachem Zustand durch ein übliches Verfahren zu einem Laminat u.iteihar.der verbunden. Beispielsweise kann das flache Plattenpaket 36 zwischen ebenen getemperten Preßplatten aus Glas angeordnet und der erhaltene Schichtkörper in eine ovakuierbare Hülle eingebracht werden, wie es in US-PS 3 255 567 beschrie- \ ben ist. Die Hülle kann dann evakuiert werden, um die ' zwischen den Schichten 40 bis 48 enthaltenen Gase abzuziehen. Das Paket wird dann in oinem Autoklaven erhöhten Temperaturen und Drucken ausgesetzt, um die Schichten miteinander zu verbinden. Das laminierte Plattenpaket' 36 kann dann aus der Hülle für die anschließende erfindungsgemäße Formgebung entnommen v/erden.

In Abbildung 4 ist noch eine Schutzschicht 50 auf der Außenfläche 52 der Oberplatte 40 wiedergegeben, die die Oberfläche 52 gegen Beschädigungen und Einbußen an optischer Qualität v/ährend der anschließenden Form- ; gebung schützen soll. Die Schutzschicht 50 kann durch Gießen und Härten einer Schicht von Silikonharzen auf der Oberfläche 52 hergestellt werden. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise wird ein nach oben gerichteter Rand \ an der Außenkante der Oberplatte AO ausgebildet und anschließend die entsprechende I'icnfje von entgastem Silikon·?

harz in flüssigem Zustand auf die Oberfläche 52 aufge- | bracht und zu einer im allgemeinen gleichmäßigen [ Schicht zwischen etwa 0,76 cm und etwa 1,52 cm ausgehärtet. Anschließend wird das flache Plattenpaket auf dem Tragring 30 angeordnet, wie es in Abbildung 1 gezeigt ist.

i Aus Abbildung 5 ist am besten zu entnehmen, daß das

3305Γ06

flache Plattenpaket 36 nicht in vollflächigem Eingriff mit einem endlosen Stück des Tragringes 30 steht, wenn es von diesem getragen wird, weil die am höchsten liegende Kante des Tragringes 30 gebogen ist. Vorzugsweise entspricht die Kontur des aufnehmenden Tragringes 30 einer Verlängerung der Fläche der gewünschten Kontur des endgültigen Laminate, das innerhalb des Umfanges des Tragringes 30 verformt werden soll.

-iQ Abbildung 6 zeigt, wie das Pakt 36 bei einer Kaltformtemperatur vorgespannt wird, um in Übereinstimmung mit der Form des Tragringes 30 gebracht zu werden. Dies erfolgt durch Betätigen der Pneumatikzylinder 34 und Absenken der Druckform 32 bis zum Eingriff mit dem inneren Teil des Plattenpaketes 36. Die Druckplatte 32 hat als entsprechende Form einen Umfang, der kleiner ist als der Umfang des aufnehmenden Tragringes 30. Pneumatikzylinder 34 spannen die Druckform 32 in Eingriff mit der Schutzschicht 50 auf dem Paket 36 und setzen das Vorspannen durch die Druckplatte 32 fort bis zu einer unteren Zwischenstellung, bei der die Außenkantenteile des Paketes 36 vorläufig eine Form einnehmen, die mit der Kontur des aufnehmenden Tragringes 30 übereinstimmt. Dieses Vorspannen oder Vor- formen wird vorzugsweise unterhalb der Verformungs- , temperatur des Plattenpaketes 36 ausgeführt, beispielsweise bei Raumtemperatur, sofern das Plattenpaket 36 ausreichend flexibel ist, um sich an die Form des aufnehmenden Tragringes 30 anzupassen. Um die optische Qualität der Platte 40 weiterhin zu schützen, kann die Druckform 32 an ihrer formgebenden Oberfläche

eine Decke 60 aus kompressiblem offenzelligem Schaumstoff aufweisen, beispielsweise einem offenzelligem Polyurethanschaum.

In Abbildung 7 ist gezeigt, wia die äußeren Kantenteile des vorgeformten Plattenpakets 36 dann

- 10 -

mit dem aufnehmenden Tragring 30 durch Klammern verbunden werden, während die Druckform in einer unteren Zwischenstellung gehalten wird. Ohne Klammern würde das Plattenpaket bei Zurückziehen der Druckplatte in die Flachlage zurückspringen. Nach dem Anklemmen wird der Eingriff der Druckform 32 mit dem Plattenpaket 36 durch Bewegen der Pneumatikzylinder 34 aufgehoben.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die zwischenzeitliche Formgebung des Plattenpaketes 36 durch eine Druckform beschränkt. Es ist grundsätzlich auch möglich, das Plattenpaket 36 durch andere Einrichtungen und Verfahren so zu verformen, daß es mit Form und Umfang des aufnehmenden Tragringes übereinstimmt. Der Einfachheit halber

kann jedoch die Druckform 32 in der beschriebenen Weise ι zum zwischenzeitlichen Vorformen innerhalb einer Kammer, beispielsweise einem Autoklaven, verwendet werden, ehe erhöhte Temperatur und Druck zur Einwirkung gelangen.

Das vorgeformte Plattenpaket wird dann mit dem geboge- ! nen aufnehmenden Tragring 30 mittels Klammern 70 an den ' außenliegenden Kantenteilen des Plattenpaketes verbunden. Innerhalb des Autoklaven wird die Druckform aus dem Eingriff mit dem eingespannten Plattenpaket gelöst. Abbildung 8 zeigt das vorgeformte und eingespannte j Plattenpaket 36 in seiner Stellung im Autoklaven 22 ; relativ zur bereits hochgezogenen Druckform 32.

Innerhalb des Autoklaven wird der atmosphärische Druck relativ schnell erhöht und die Temperatur weniger schnell erhöht, bis'das Paket erhöhten Temperaturen und Drucken ausgesetzt ist, beispielsweise 157° C bei 13,5 bar, und zwar für eine Zeit, die ausreichend ist, um das Platten- ; paket durch und durch gleichmäßig zu erwärmen. Vorzugswei-_Se wird die Druckform 32 aus dem Eingriff mit dem Platten-; paket 36 während dieses Erwärmens gelöst. Vorzugsweise wird mindestens ein Abstand von CJj cm eingehalten, da-

- 19 - j

mit die Druckplatte nicht als Kühlfläche für eine Ober- j fläche des Plattenpakets 36 wirkt. Das Plattenpaket . j wird erwärmt auf eine Temperatur oberhalb der Verformungstemperatur, die es erlaubt, die gewünschte komplizierte 5 endgültige Form auszubilden, beispielsweise eine komplex ' zusammengesetzte Kontur (compound or complex or i complex-compound contour). Zur gleichen Zeit verringert ' oder verhindert der erhöhte Druck im Autoklaven 22 jegliches Ausgasen, das normalerweise aus den Zwischen-10 schichten 42 und 46 bei derart erhöhten Temperaturen

auftritt. Das Ausgasen der Zwischenschichten 42 und 46 i wird insbesondere wegen der Beeinträchtigung der opti- \

j sehen Eigenschaften des Laminats durch eingeschlossene

^! Gasblasen unterdrückt. Vorzugsweise wird das vorgeformte

: 15 und mit Klammern,eingespannte Plattenpaket in einem ;

^! Autoklaven unter Druck erwärmt für eine Zeit von etwa

j 45 Minuten bei den zuvor genannten erhöhten Umwelt-

■ ' bedingungen.

! In Abbildung 9 ist gezeigt, daß, nachdem das eingespann- !

ι 20 te Plattenpaket 36 über seine Verformungstemperatur er- _;

; wärmt ist, die Pneumatikzylinder 34 erneut betätigt

j werden, um die Druckform 32 wieder in Eingriff mit der

i Mitte des Plattenpaketes 36 zu bringen. Die Druckform 32

j wird durch den Tragring 30 hindurch auf einen Punkt ge-

j 25 bracht, der unterhalb des Niveaus des Tragringes 30

^! liegt, um auf die Mitte des Plattenpaketes 36 die ge-

, wünschte komplizierte Kontur aufzudrücken, die die Form- j

j oberfläche der Druckform 32 aufweist. Sobald die Druck-

; form 32 in die tiefste Stellung zur Aisbildung der end- !

• 30 gültigen gewünschten Form des Plattenpaketes 36 gebracht ist, wird ein Kühlungs- und Entspannungsschritt im Autoklaven 22 begonnen. Während dieser-Zeit bleibt die

; Druckform 32 in der tiefsten Stellung.

ί 35 Nach Kühlung und Entspannung des Autoklaven 22 wird die \ ΐ Formvorrichtung 20 aus dem Autoklaven 22 entfernt. Dann wird die Druckform 32 aus dem Eingriff mit dem Platten-

paket 36 gelöst und ebenso werden die Klammern abgenommen, so daß das Plattenpakct, fruil ioßt, vie es in
Abbildung 10 wiedergegeben ist. Wenn die Schichten 40
bis 48 des Plattenpaketes 36 im flachen Zustand miteinander verbunden werden, ehe des Paket auf dem Trag- j ring 30 angeordnet wird, erfolgt durch die Druckbehand- ί lung und endgültige Formgebung, wie sie zuvor beschrie- j ben wurde, nur die FormverUnderunc des Plattenpaketes j 36 zu der erwünschten Endkontur im Autoklaven. j :

Nachdem das Plattenpaket 36 vom aufnehmenden Tragring

30 abgenommen ist, kann die Schutzschicht 50 entfernt
werden. Anschließend kann das erhaltene geformte Laminat 36 an den Außenkanten bearbeitet oder besäumt wer-

-]5 den, um den gewünschten Außenumfang auszubilden,

wobei der nach dem Besäumen verbleibende Mittelteil
die gewünschte Kontur aufweist, die durch die Druck- .
form 32 erzeugt wurde. Alternativ ist es auch möglich,
das Plattenpaket und die Schutzschicht 50 bis zum ge- \ wünschten Außenumfang zu besäumen und die Schutzschicht ι während der Weiterverarbeitung beizubehalten, falls I dies erforderlich ist. So kann die Schutzschicht bei- : behalten werden während Lagerung und Versand und wird ! erst bei dem Einbau entfernt. '

· ■■ i Abbildung 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Er- ' findung, bei der die Schichten 40 bis 48 des Platten- ■ pakets 36 in flachem Zustand nicht miteinander verbun- ^: den sein müssen, um das Plattenpaket auf dem aufneh-

menden Tragring 30 anzuordnen.Ein äußerer Evakuierkanal ^-54 wird um den Außenrand des flachen, nicht verbundenen
Plattenpakets angeordnet und durch Anlegen von Vakuum
die Gase von den Oberflächen der Zwischenschichten ent- · fernt. Das Plattenpaket 36 mit dem befestigten Evakuier-¹ kanal 54 wird dann auf dem flachen Tragring 30 ange- ' ordnet zur anschließenden, nahezu gleichzeitigen
Bindung und dem Vorformen. Diese Arbeitsweise des Ver-

wendens eines äußeren Evakuierkanals stimmt überein mit | der Lehre eines Vorpreßschrittes beim Handhaben von
Glas-Kunststoffplattenpaketen, wie sie in US-PS
2 948 645 beschrieben sind. Wenn das vorgeformte Plat- , 5 tenpaket 36 im ungebundenen Zustand am aufnehmenden '

Tragring 30 festgespannt werden soll, mit dem anhängen-
: den Evakuierkanal, dann müssen Klammern verwendet weri den, die Platz für den Evakuierkanal lassen.Im Endstadium ¹ dieser Verfahrensführung beim Aufbringen von atmosphä- _: Il0 rlschem und mechanischem Druck und der endgültigen Formgebung wird in diesem Falle gleichzeitig auch die Ver-' bindung der Schichten ^O bis i\ü aneinander bewirkt. ; Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels noch näher
erläutert.

I Beispiel

^: " Ein Plattenpaket 36 mit der in Abbildung 3 wiedergegebe_t nen Konfiguration wurde erfindungsgemäß hergestellt,
^!20 Das Paket enthält eine Platte 40 in Form einer flachen
ι 122 cm χ 122 cm χ 0,32 cm messenden Folie aus Poly- \

carbonat, wie sie von der Firma Rohm and Haas unter der
ι Handelsbezeichnung DCM-1 Polycarbonat vertrieben wird.

Die Zwischenschicht 42 besteht aus einer Polyurethanfolie '25 der Größe 122 cm χ 122 cm χ 0,076 cm. Die Platte 44 ist

eine flache 122 cm χ 122 cm χ 0,32 cm Größe aufweisende
Folie aus Polycarbonat der gleichen Qualität wie die ^! Platte 40, und die Zwischenschicht 46 ist eine Polyurethanfolie der Größe 122 cm χ 122 cm χ 0,152 cm. Die

30 Platte 48 ist eine 122 cm χ 122 cm χ 0,32 cm Größe aufweisende Folie aus gegossenem Acrylglas, wie es von der
Firma DuPont unter der Handelsbezeichnung Plexiglas 55

i angeboten wird. ·

ι i

J35 Die Platten 40 und 44 werden sorgfältig gereinigt und ; j dann 16 Stunden in einem Heizofen bei 121° C getrocknet, | ¹ um die Feuchtigkeit zu entfernen. Nach Kontrolle der ^!

optischen Eigenschaften der Platte 40 war es zeitweise
erforderlich, die optischen Eigenschaften zu verbessern durch Druckglätten zwischen einem Paar von optisch glatten, flachen Glaspreßplatten. Die Platte 48 j wurde dann gereinigt unmittelbar vor dem Herstellen des < Pakets, auf der innenliegenden Oberfläche mit einem

geeigneten Primer versehen, beispielsweise einer Lösung feinteiligen Polyurethans in Chloroform, wie es in
US-PS 4 177 099 beschrieben ist, ader gelöst in einer· ; io Mischung aus Methylenchlorid und Cyclohexanon. ^;

j Das Paket wurde dann zusammengefugt in der gewünschten i

Reihenfolge der Schichten mit übereinstimmenden Kanten j

der Platten 40, 44, 48 und der Zwischenschichten 42 *

und 46. Um die Schichten 40 bis 48 in der gewünschten ι

^! Stellung zu halten, wurden Klammern verwendet. Das '

zusammengestellte Plattenpaket 36 wurde dann zwischen j

ein Paar optisch glatter, planer Preßplatten angeord- |

ί net. Jede dieser Platten weist ein Trennmittel auf, j

; 20 wi^e beispielsweise eines der zahlreichen in US-PS i

3 808 077 beschriebenen Organo-Poly siloxane. Das er- '<

; haltene Mehrschichtmaterial wurde dann in eine luft- j

: dichte Hülle, wie sie in US-PS 3 255 567 beschrieben i

ist, eingebracht. Die Hülle wurde auf einen Druck yon I

! 25 mindestens etwa 32 millibar evakuiert und um das Mehr- |

ι schichtpaket verschlossen, so daß die Gase aus den \

, Zwischenschichtoberflächen zwischen den Platten und ! ! den Zwischenschichten 40 bis 48 entfernt werden. Nach

: dem Evakuieren wurde die Hülle und der Inhalt In einen · Autoklaven eingebracht. Der Druck des Autoklaven wurde
relativ schnell erhöht, während die Temperatur langsamer anstieg, bis das Verbundmaterial eine Temperatur

von etwa 157° C bei einem Druck von etwa 13,5 bar er- i

reicht hatte, und wurde 45 Minuten unter diesen Be- ''

dingungen gehalten, um die Platten mit den Zwischen- \ schichten zu einer Einheit zu verbinden. Der Autoklav

wurde dann zunächst auf 38° C abgekühlt^ ehe der er-

höhte Druck aufgehoben wurde. j

■ ' . ί

Nachdem die Verbindung der Schichten vollständig war, '. wurde die Hülle entfernt und das flache, laminierte Plattenpaket 36 in horizontalem Zustand mit einer ; Schutzschicht 50 auf der Oberplatte 40 versehen. Das J Aufbringen erfolgte durch Gießen und Härten eines ί handelsüblichen Silikonharzes (Sylgard 184) auf die I entsprechende Oberfläche innerhalb eines den Außenrand umfassenden Ringes. Die Schutzschicht 50 wurde 11/2 bis 2 Stunden bei 66° C gehärtet. Die Schutzschicht kann auf der Oberfläche bleiben, solange sie nicht zerstört ist. Sie kann bei Bedarf jedoch leicht abgezogen werden.

Das flache Plattenpaket 36 wurde dann auf dem aufneh-, menden Tragring 30 angeordnet und die Formvorrichtung 20 in den Autoklaven 22 bei Raumtemperatur und -druck eingebracht. Die Druckform 32 wurde abgesenkt auf das Mittelstück des Plattenpakets 36 zum Vorformen der Hauptkanten des flachen, laminierten Plattenpakets 36 an die Form des aufnehmenden Tragringes 30 Die Außenkanten des vorgeformten Plattenpakets 36 wurden dann am Tragring 30 unter Verwendung der Klammern 70 festgespannt, um die Übereinstimmung der Form mit der

! des Ringes 30 zu erhalten. Der Autoklav 22 wurde dann geschlossen und die Druckplatte 32 aus dem Eingriff mit dem eingespannten Plattenpaket 36 gelöst.

, 30 Der Autoklav 22 wurde dann schnell aufgedrückt und

■ langsamer erwärmt auf eine Temperatur von 157° C und

■ einen Druck von 13,5 bar. Diese Bedingungen wurden 45 ι Minuten eingehalten, um eine gleichmäßige Erwärmung

ι ;

des vorgeformten und eingespannten Plattenpaketes 36 zu erreichen. Die Druckform .32 wurde dann erneut abge- j senkt bis auf ein Niveau unterhalb des Tragringes 30, ; um ihre vorbestimmte Kontur auf die Mitte des erwärm-

ten, eingespannten Plattenpaketes 36 aufzudrücken. Der Autoklav 22 wurde dann auf unter 38° C bei Beibehaltung des Druckes und des Eingriffes der Druckform abgekühlt. Der Druck im Autoklaven wurde dann verringert bei Aufrechterhaltung des Eingriffs der Druckform 32 auf das Laminat. Danach wurde der Autoklav geöffnet, die Druckform 32 aus dem Eingriff mit dem endgültig geformten, laminierten Plattenpaket 36 gelöst. Das endgültig geformte, laminierte Plattenpaket 36 wurde besäumt auf die gewünschte äußere Kantenform durch Abschneiden der überstehenden Teile von dem verbleibenden, geformten Plattenpaket. Die Schutzschicht 50 wurde zunächst nicht ^! von der Oberplatte 40 entfernt und für die Weiterver-ι arbeitung zu einem geformten, laminierten Fenster so lange beibehalten, bis ein Schutz nicht mehr erforderlieh war.

J Das durch das Verfahren gemäß Beispiel 1 hergestellte

j laminierte Fenster wurde in einen Testrahmen eingebaut, 20 um eine Flugzeugscheibe zu simulieren. Das Fenster Überstand ohne Beschädigung einen Schlagtest, der durch Aufprall eines 2,12 kg schweren Vogels mit einer Geschwindigkeit von 257 m/sec. auf das eingebaute Laminat ausgeführt wurde. j

Bezugszeichenliste

20 Formvorrichtung

22 Autoklav

24 Trägerplatte

25 Wagen

26 Rollen

27 Schienen

28 Trägerpfosten

30 gebogener, aufnehmender Tragring, aufnehmendes

I	32	Formteil
33	Druckform, pressendes Formteil
34	Trägerplatte
35	Pneumatikzylinder
36	Tragplatte
38	Plattenpaket, Laminat
40	tragende Oberfläche
42	Oberplatte
44	Zwischenschicht
46	Mittelplatte
48	Zwischenschicht
50	Untere Platte
52	Schutzschicht
54	Außenoberfläche
60	Evakuierkanal
70
Klammern, Spannzangen

Leerseite

Claims

Patentanwälte Dr. Michael Hann Dr. H.-G. Sternagel Marburger Str. 3G Gießen (1555) St/Se PPG Industries, Inc., Pittsburgh, Pa. 15222, USA Verfahren zur Formgebung von Laminaten Priorität; 25. 2. 1982, USA Serial No. 352,423 PATENTANSPRÜCHE

1.'Verfahren zum Verformen von Laminaten in die gewünschte Konfiguration,

g e k

ennzeichnet durch

Stützen einer Vielzahl in Form eines Plattenpaketes übereinanderliegender relativ flacher Platten und Zvdschenschichtfolien, Entfernen der Gase von den innenliegenden Oberflächen der übereinanderliegenden Platten und Folien, Laminieren der übereinanderliegenden flachen Platten und Folien, Anordnen von Teilen der Außenkanten des flachen
Plattenpaketes auf Teilen einer stützenden Oberfläche eines gewölbten aufnehmenden Tragringes, . Vorspannen des Paketes bei einer ersten Temperatur unterhalb der Verformungstemperatur des Plattenpaketes an der stützenden Oberflüche des aufnehmenden Tragringes, so daß die Außenkanten der ersten Hauptoberfläche des Plattenpaketes sich an die
Form der stützenden Oberfläche des Tragringes anpassen und ein vorgeformtes Plattenpaket erhalten

wird, Erwärmen des vorgeformten Plnttenpaketes auf eine zweite Temperatur, die mj.nrio.-jtons die Verformungstemperatur des Plattenpaketes ist, während das Paket gleichzeitig einem erhöhten Druck ausgesetzt wird, um das Ausgasen der Folien zu unterdrücken, Anpressen einer Druckform, deren formgebende Oberfläche die gewünschte Konfiguration aufweist, an das Mittelteil der zweiten gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Plattenpaketes, um die Konfiguration der formgebenden Oberfläche der Druckform auf das Mittelteil des Plattenpaketes während des Erwärmens unter erhöhtem Druck zu übertragen, und Umwandeln des vorgeformten Plattenpaketes in ein Laminat der gewünschten Konfiguration.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß man das Laminieren vor dem Erwärmen ausführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß man das Laminieren während des Erwärmens ausführt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, . dadurch gekennzeichnet, daß man das Plattenpaket auf eine Temperatur unterhalb der Verformungstemperatur des Plattenpaketes abkühlt, während sich die Druckform in Eingriff mit dem Mittelteil des Plattenpaketes befindet und deren formgebende Oberfläche ihre Konfiguration auf das Mittelteil des Plattenpaketes überträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Abkühlen die Außenkanten des Plattenpaketes besäumt, um die gewünschte Form des Außenumfanges des Laminats zu erhalten.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bin f>,
dadurch gekennzeichnet, daß man das vorgespannte Plattenpaket, nachdem es aus dem relativ flachen Zustand in den vorgeformten Zustand gebracht wurde, an die gewölbte Oberfläche des aufnehmenden Tragringes anklemmt.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß man eine komplexe Konfiguration durch Anpressen einer Druckform, die eine die gewünschte komplexe Konfiguration aufweisende Formoberfläche besitzt, an das vorgeformte Plattenpaket herstellt.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Anpressen der Druckform eine Oberflächenschutzschicht auf die zweite gegenüberliegende Hauptoberfläche des Plattenpaketes aufbringt.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß man das Erwärmen und Anpressen der Druckform an das Plattenpaket in einem geschlossenen Autoklaven ausführt*

10, Verfahren nach Anspruch 9»
dadurch gekennzeichnet, daß man den Eingriff der Druckform zum Vorspannen des Plattenpaketes vor dem Erwärmen unter erhöhtem Druck in dem Autoklaven aufhebt.

11. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Vorspannen in einer Kammer ausführt.

12. Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß man als Kammer für das Erwärmen und Anpressen der Druckform einen Autoklaven verwendet.