DE60021870T2 - Verbundglasscheiben mit verbesserter strukturintegrität gegen schwere einschläge - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft laminierte Glaskonstruktionen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere laminierte Glaskonstruktionen, die harten Schlägen widerstehen können.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Gefährdungsfeste Fenster und Glaskonstruktionen sind bekannt. US-A-5960606 ('606) und US-A-4799376 ('376) beschreiben jeweils Laminatfenster, die hergestellt werden, um starken Kräften zu widerstehen. In der Internationalen Patentveröffentlichung Nr. WO 98/28515 (IPN '515) wird zum Beispiel ein Glaslaminat in einem starren U-Profil angeordnet, in dem ein an das Glas angrenzendes elastisches Material eine Biegebewegung zwischen dem elastischen Material und dem starren U-Profil zuläßt. Andere Mittel zum Fixieren von Glasscheiben, wie z. B. Klebebänder, Dichtungen, Kitt und dergleichen, können verwendet werden, um Scheiben an einem Rahmen zu befestigen.
  • Fenster und Glaskonstruktionen nach dem Stand der Technik, die Winden mit der Kraft von Hurricanes und mit großer Kraft ausgeführten Schlägen widerstehen können, sind jedoch nicht problemlos. Wenn sie beispielsweise Kräften starker Hurricanes ausgesetzt sind, zieht die Biegebewegung in den Fenstern gemäß IPN '515, in denen sich das Glas innerhalb eines starren U-Profils durchbiegt, das Laminat allmählich aus dem U-Profil, was zu einem Integritätsverlust der Konstruktion führt. In '376 kann das am Rahmen befestigte Glas zerbrochen und zerstoßen werden, was zum Integritätsverlust der Fenster/Rahmen-Konstruktion führt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Nach einem Aspekt bietet die vorliegende Erfindung ein Verglasungselement, das ein durchsichtiges Laminat und eine an dem Laminat befestigte Stützkonstruktion aufweist, wobei das Laminat mindestens eine Glasschicht aufweist, die direkt mit einer Zwischenschicht aus einem thermoplastischen Polymer mit eine geringe trübung verbunden bzw. verklebt ist, wobei sich das Polymer über den Rand des Laminats hinaus erstreckt, um die Befestigung der Zwischenschicht an der Stützkonstruktion zu ermöglichen, und wobei das Laminat durch die thermoplastische Polymerzwischenschicht an der Stützkonstruktion befestigt wird, wobei das thermoplastische Polymer ein Ionomerharz ist.
  • Nach einem anderen Aspekt bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verglasungselements, das ein Laminat aus Glas/thermoplastischem Polymer in einer Stützkonstruktion enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Formen des Glas/Kunststoff-Laminats durch Anordnen einer thermoplastischen Polymerzwischenschicht zusammen mit mindestens einer Glasscheibe, wobei sich das Polymer über den Rand des Laminats hinaus erstreckt, um die Befestigung des Laminats an der Stützkonstruktion zu ermöglichen; Entfernen von Luft zwischen der mindestens einen Glasschicht und der Zwischenschicht; Anwendung von Wärme und äußerem Druck zum Verkleben der mindestens einen Glasscheibe mit der Zwischenschicht; und Befestigen der Polymerzwischenschicht an der Stützkonstruktion, wobei die Polymerzwischenschicht ein Ionomerharz aufweist.
  • Nach einem weiteren Aspekt bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verglasungselements das ein Laminat aus Glas/thermoplastischem Polymer in einer Stützkonstruktion enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Formen des Glas/Kunststoff-Laminats durch Anordnen einer thermoplastischen Polymerzwischenschicht zusammen mit mindestens einer Glasscheibe, wobei sich das Polymer über den Rand des Laminats hinaus erstreckt, um die Befestigung des Laminats an der Stützkonstruktion zu ermöglichen; Entfernen von Luft zwischen der mindestens einen Glasschicht und der Zwischenschicht; Anwendung von Wärme, aber nicht von äußerem Druck, zum Verkleben der mindestens einen Glasscheibe mit der Zwischenschicht; und Befestigen der Polymerzwischenschicht an der Stützkonstruktion, wobei die Polymerzwischenschicht ein Ionomerharz aufweist.
  • Nach einem weiteren Aspekt bietet die vorliegende Erfindung eine Verglasungskonstruktion, die ein durchsichtiges Laminat mit zwei Glasschichten aufweist, wobei jede Glasschicht eine Zinnseite und eine Luftseite aufweist, wobei die Glasschichten zusammen mit einer thermoplastischen Polymerzwischenschicht zwischen zwei Glasschichten so laminiert werden, daß die Zwischenschicht selbstklebend an mindestens eine der Glasoberflächen angeklebt wird, und wobei die Zwischenschicht ein Ionomerharz ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein herkömmliches Laminat, das Glas, eine thermoplastische Zwischenschicht und Glas aufweist, wobei das Glas durch eine dazwischenliegende Klebstoffschicht an einem Rahmen befestigt ist.
  • Die 2A–2H zeigen verschiedene Glas/Zwischenschicht/Glas-Laminatbaugruppen, wobei die Zwischenschicht auf eine solche Weise freigelegt ist, daß sie die Befestigung des Laminats am Rahmen zuläßt. Die 2A bis 2H weisen außerdem jeweils eine Klebstoffschicht zwischen dem Rahmen und der Zwischenschicht auf.
  • Die 3A–3D stellen ein Verfahren zur Herstellung einer Glas/Zwischenschicht/Glas-Laminatbaugruppe dar, wobei das Laminat hergestellt wird, indem Luft unter Vakuumanwendung aus dem Laminat entfernt wird, und wobei die Konstruktion des Rahmens den Anschluß der Laminat/Rahmen-Baugruppe mittels eines U-Profils an eine Vakuumquelle zuläßt, und wobei ferner die Laminat/Rahmen-Baugruppe von der Vakuumquelle abgetrennt werden kann, um eine Glas/Zwischenschicht/Glas-Laminatbaugruppe zu erhalten, die sicher an einem Rahmen befestigt ist.
  • 4 zeigt eine Rahmen/Laminat-Baugruppe, in der die Zwischenschicht zumindest einen Teil des Hohlraums zwischen dem Rahmen und der Oberfläche der Glasschichten ausfüllt.
  • 5 zeigt eine Glas/Zwischenschicht/Glas-Konfiguration, in der die Zwischenschicht an einem Drahtgeflecht oder einem anderen Befestigungsmittel befestigt ist, das dann wieder an dem Rahmen befestigt ist.
  • 6 zeigt ein schrittweise arbeitendes Verfahren zur Befestigung einer Verglasung oder eines Laminats an einem Rahmen mittels der Zwischenschicht, ohne daß der gesamte äußere Rand des Polymers an dem Rahmen befestigt werden muß.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es ist jetzt festgestellt worden, daß die Befestigung der Zwischenschicht eines Glas/Thermoplast-Laminats (Laminats) an einer Stützkonstruktion die Integrität von Verglasungselementen verbessert. Das erfindungsgemäße Verglasungselement weist eine Stützkonstruktion auf, die eine Verglasungskonstruktion aufnimmt, die ein Laminat aus mindestens einer Glasschicht und mindestens einer Thermoplastschicht aufweist, die selbsthaftend direkt auf eine der Glasoberfläche aufgeklebt ist. Eine Lage des Polymers weist einen hohen Elastizitätsmodul, hervorragende Reißfestigkeit und hervorragende Haftung direkt auf Glas auf. Die thermoplastische Polymerschicht ist ein Ionomerharz.
  • Die Ränder des Zwischenschichtmaterials des Laminats können entweder direkt oder indirekt durch bestimmte Befestigungsmittel an einer Konstruktion befestigt werden, welche die Laminatverglasungskonstruktion unterstützt (nachstehend als Stützkonstruktion bezeichnet). Die Stützkonstruktion kann ein Rahmen sein, oder das Laminat kann durch Bolzen, Schrauben, Drähte, Nägel, Klammen oder irgendwelche anderen herkömmlichen Mittel zur Unterstützung eines Verglasungselements gehalten werden. Die Befestigung der Zwischenschicht an dem Träger kann von oben, den Seiten, von unten oder durch das Zwischenschichtmaterial hindurch erfolgen. Bevorzugt wird zwar, daß die Stützkonstruktion ein Rahmen ist, der die Verglasungskonstruktion umgibt, aber andere Konstruktionen oder Mittel werden nicht unbedingt ausgeschlossen.
  • Ein erfindungsgemäßes Laminat weist hervorragende Haltbarkeit, Schlagfestigkeit, Zähigkeit und Widerstand gegen Einschnitte durch Glas auf. Ein erfindungsgemäßes Laminat ist besonders gut bei architektonischen Anwendungen in Gebäuden verwendbar, die Hurricanes und Stürmen ausgesetzt sind, wie auch als Seitenfenster für Pkw und Lkw, die wiederholten Angriffen durch eine Person ausgesetzt sind, die versucht, in das Fahrzeug einzubrechen. Ein erfindungsgemäßes Laminat, das mittels der Zwischenschicht an dem Rahmen befestigt ist, wird nach einer solchen Belastung oder einem Angriff nicht aus dem Rahmen gerissen. Ein erfindungsgemäßes Laminat weist außerdem eine geringe Trübung und hervorragende Durchsichtigkeit auf. Diese Eigenschaften machen es als Bauglas geeignet, einschließlich beispielsweise der Verwendung zur Verminderung von Sonneneinstrahlung, zum Schallschutz, zur Sicherheit und zum Schutz.
  • In einer Ausführungsform weist ein erfindungsgemäßes Laminat mindestens eine Glasschicht mit einer selbsthaftend direkt auf eine Glasoberfläche aufgeklebten Zwischenschicht auf, die aus einem thermoplastischen Polymer mit geringer Trübung gebildet wird, wobei die äußeren Ränder des Zwischenschicht-Polymers an einem umgebenden Rahmen befestigt sind. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Laminat an dem Rahmen mit Hilfe der Zwischenschicht verankert, die auf eine solche Weise freiliegt, daß sie die Befestigung des Laminats an der Stützkonstruktion zuläßt.
  • Die Zwischenschicht ist zwischen den Glasplatten so angeordnet, daß die Zwischenschicht auf eine solche Weise freiliegt, daß sie an dem angebenden Rahmen befestigt werden kann. Die Zwischenschicht kann entweder durchgehend am äußeren Umfang des Laminats befestigt werden, oder sie kann diskontinuierlich an verschiedenen Punkten am Umfang des Laminats an der Stützkonstruktion befestigt werden. Jede Befestigungsart des Laminats an dem Rahmen mittels der Zwischenschicht wird als im Umfang der vorliegenden Erfindung liegend amgesehen. Zum Beispiel kann der das Laminat umgebende Rahmen Zwischenschichtmaterial enthalten, das eine Bindung mit der Glasoberfläche des Laminats und außerdem mit dem Rahmen eingehen kann; die Zwischenschicht kann mechanisch an dem Rahmen verankert werden, z. B. mit einer Schraube, einem Haken, Nagel oder einer Klemme. Die mechanische Befestigung schließt jedes körperliche Einspannen der Zwischenschicht durch Schlitzlochen, Einpassen oder Formen eines Trägers zur Aufnahme der Zwischenschicht innerhalb der Stützkonstruktion ein. Die Zwischenschicht kann mit einem Klebstoff chemisch an den Rahmen gebunden werden, oder durch Verwendung irgendeiner Kombination von mechanischen und/oder chemischen Mitteln.
  • Luft wird zwischen den Laminatschichten entfernt und die Zwischenschicht kann mit den Glasplatten durch Hitze- und Druckeinwirkung auf die Konstruktion verbunden oder verklebt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Zwischenschicht ohne Anwendung von erhöhtem Druck mit der Konstruktion verbunden werden.
  • Ein bevorzugtes Laminat gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein durchsichtiges Laminat aus zwei Glasschichten mit einer dazwischenliegenden thermoplastischen Polymerzwischenschicht, die selbsthaftend auf mindestens eine der Glasoberflächen aufgeklebt wird. Die Zwischenschicht weist vorzugsweise bei 0,3 Hz und 25°C einen Speicherelastizitätsmodul von 50–1000 MPa (Megapascal) auf, bestimmt gemäß ASTM D 5026-95a.
  • Die Zwischenschicht des Laminats ist eine Schicht aus einem Ionomerharz, wobei vorzugsweise das Ionomerharz ein wasserunlösliches Salz eines Polymers aus Ethylen und Methacrylsäure oder Acrylsäure ist, das 14–24 Gew.-% Säure und 76–86 Gew.-% Ethylen enthält. Das Ionomer ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß 10–80 Gew.-% der Säure mit einem Metallion neutralisiert sind, vorzugsweise einem Natriumion, und das Ionomer weist einen Schmelzindex von 0,5–50 auf. Der Schmelzindex wird bei 190°C gemäß ASTM D 1238 bestimmt. Die Herstellung des Ionomerharzes wird in US-A-3404134 offenbart. Zur Gewinnung eines Ionomerharzes mit geeigneten optischen Eigenschaften können bekannte Verfahren angewandt werden. Zum Beispiel ist bekannt, daß eine Erhöhung des Säuregehalts eines Ionomerharzes zu verbesserter Klarheit des Harzes führen kann.
  • Trübung und Durchsichtigkeit von Laminaten gemäß der vorliegenden Erfindung werden gemäß ASTM D 1003-61 mit einem Hazegard XL211-Trübungsmesser oder Hazegard Plus Trübungsmesser (BYK Gardner-USA) gemessen. Die prozentuale Trübung ist die diffuse Lichtdurchlässigkeit in Prozent der Gesamtlichtdurchlässigkeit. Um als geeignet für architektonische und Transportzwecke angesehen zu werden, muß die Zwischenschicht der Laminate im allgemeinen eine Lichtdurchlässigkeit von mindestens 90% und eine Trübung von weniger als 5% aufweisen.
  • Eine weitere Verbesserung kann durch selektive Orientierung der Glasoberfläche des Laminats in der Richtung, aus der die extreme Kraft einwirkt, erzielt werden. Bei der Laminierung von Verglasungskonstruktionen verwendetes Glas kann nach dem bekannten und herkömmlichen Floatglasverfahren hergestellt werden, bei dem geschmolzenes Glas auf die Oberfläche eines flüssigen Zinnbads gegossen wird. Die Oberflächen von Glas, das auf diese Weise hergestellt wird, werden im allgemeinen als Zinnseite und Luftseite bezeichnet. Indem Glasschichten so ausgerichtet werden, daß die Zinnseiten mit der thermoplastischen Polymerzwischenschicht verbunden werden, können Absplittern und Entfernung von Glas nach Belastung oder Einschlag verringert werden.
  • Bei der Konstruktion des Verglasungselements kann es besonders zweckmäßig sein, die Glasschichten) und die Zwischenschicht unter Verwendung von Lagen mit gleichen Oberflächenabmessungen zu laminieren. Die Ränder der Zwischenschicht können über den äußeren Umfang des Laminats hinausreichen. Die Zwischenschicht kann zum Beispiel an einem Rahmen befestigt werden, indem ein Streifen aus Zwischenschichtmaterial entlang dem äußeren Umfang des Laminats angeordnet wird. Alternativ kann ein Streifen des Zwischenschichtmaterials innerhalb des Rahmens angeordnet werden, wobei der Streifen und die Ränder des Zwischenschichtmaterials miteinander in Kontakt sind. Während des Laminierungsverfahrens kommen die Materialien in Kontakt miteinander und haften aneinander, wenn sie erhitzt werden.
  • Wenn für die Zwecke der vorliegenden Patentanmeldung gesagt wird, daß die thermoplastische Polymerschicht selbsthaftend direkt an dem Glas klebt, bedeutet dies, daß zwischen der thermoplastischen Polymerschicht und dem Glas keine Zwischenschicht vorhanden ist. Zum Beispiel ist wahlweise keine Grundierung oder dünne Klebstoffschicht zwischen dem Glas und der thermoplastischen Polymerschicht vorhanden, und die Glasoberfläche oder die thermoplastische Schicht sind auch nicht speziell behandelt worden.
  • Zur Bildung der Harzzwischenschicht können Standardverfahren angewandt werden. Zum Beispiel sind Formpressen, Spritzgießen, Extrusion und/oder Kalandrieren anwendbar. Vorzugsweise werden herkömmliche Extrusionsverfahren angewandt. In einem typischen Verfahren kann ein zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignetes Ionomerharz wiederaufbereitetes ebenso wie unbehandeltes Ionomerharz enthalten. Zusatzstoffe, wie z. B. Färbemittel, Antioxidationsmittel und UV-Stabilisatoren, können in einen herkömmlichen Extruder eingebracht und in der Schmelze vermischt und durch ein patronenartiges Schmelzefilter passiert werden, um Verunreinigungen zu entfernen. Die Schmelze kann durch ein Mundstück extrudiert und durch Kalanderwalzen gezogen werden, um eine Folie von 0,38–4,6 mm Dicke zu bilden. Typische Färbemittel, die in der Ionomerharzfolie verwendet werden können, sind z. B. ein Blaufärbemittel zur Vergilbungsminderung oder ein Weißfärbemittel, oder ein Färbemittel kann zugesetzt werden, um das Glas zur Sonnenlichteindämmung zu färben.
  • Die Ionomerharzschicht kann nach der Extrusion eine glatte Oberfläche aufweisen, hat aber vorzugsweise eine aufgerauhte Oberfläche, um während des Laminierungsverfahrens eine wirksame Entfernung des größten Teils der Luft zwischen den Oberflächen im Laminat zu ermöglichen. Dies kann z. B. durch mechanisches Prägen der Folie nach der Extrusion oder durch Schmelzenbruch während der Extrusion der Folie erreicht werden.
  • Das Laminat kann nach herkömmlichen, dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden. In einem typischen Verfahren wird die Zwischenschicht zwischen zwei Scheiben aus getempertem Floatglas mit Abmessungen von 305 mm × 305 mm (12 Zoll × 12 Zoll) und 2,5 min Nenndicke eingebracht, die in entmineralisiertem Wasser gewaschen und gespült worden sind. Die Glas/Zwischenschicht/Glas-Baugruppe wird dann 30 Minuten in einem auf 90–100°C eingestellten Ofen erhitzt. Danach wird sie durch einen Quetschwalzensatz geschickt (Walzenpressen), so daß der größte Teil der Luft in den Hohlräumen zwischen dem Glas und der Zwischenschicht herausgedrückt werden kann, und der Rand der Baugruppe wird abgedichtet. Die Baugruppe wird in diesem Stadium als Vorpreßling bezeichnet. Der Vorpreßling wird dann in einen Luftautoklaven eingebracht, wo die Temperatur auf 135°C und der Druck auf 1,48 MPa (200 psig, 14,3 bar) erhöht wird. Diese Bedingungen werden etwa 20 Minuten gehalten, wonach die Luft abgekühlt wird, während dem Autoklaven keine weitere Luft zugeführt wird. Nach 20 Minuten Abkühlung, wenn die Lufttemperatur im Autoklaven weniger als 50°C beträgt, wird der überschüssige Luftdruck abgelassen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform können unter Anwendung von Hitze, Druck und Vakuum zum Entfernen von Luft eine Glasscheibe, eine Ionomerharzfolie und eine zweite Glasscheibe zusammen laminiert werden. Die Ränder der Harzfolie können in den Rahmen erweitert werden, indem ein Harzfolienstreifen von jedem Glasrand aus in den Rahmen eingelegt wird. Die Ionomerharzfolie kann unter Vakuum zwischen zwei Glasplatten eingebracht werden (es kann ein Vakuumsack oder ein Vakuumring verwendet werden), und kann von 25 auf 135°C erhitzt werden, um eine Baugruppe zu erhalten. Die Baugruppe wird 15 Minuten bis 2,0 Stunden auf dieser Temperatur gehalten und dann auf Umgebungstemperatur abgekühlt, im allgemeinen auf 25°C oder weniger. In diesem Verfahren können die Ränder der Harzfolie mit der Harzfolie im Rahmen verschweißt werden, wodurch eine monolithische Struktur entsteht. Alternativ können die Glasscheiben und das Ionomer nach dem gleichen Verfahren laminiert werden, wobei aber der umgebende Atmosphärendruck angewandt wird.
  • 1 zeigt ein herkömmliches Laminat, das Glas (1), eine thermoplastische Zwischenschicht (2) und Glas (3) aufweist, wobei das Glas über eine dazwischenliegende Klebstoffschicht (5) an einem Rahmen (4) befestigt ist.
  • Die 2A–2H zeigen verschiedene Glas (6)/Zwischenschicht (7)/Glas (8)-Laminatbaugruppen, wobei die Zwischenschicht über mindestens eine Glasscheibe hinaus reicht, so daß die Laminatbaugruppen mittels der Zwischenschicht an einem Rahmen (10) befestigt werden können. 2A weist zusätzlich eine Klebstoffschicht (9A) zwischen dem Rahmen und der Zwischenschicht auf. 2H ist ähnlich 2A, mit der Ausnahme, daß sie den mit einer dazwischenliegenden Klebstoffschicht (9H) mit dem Glas verklebten Rahmen (10H) zeigt. Der Klebstoff kann irgendein dem Fachmann bekannter herkömmlicher Klebstoff oder alternativ Zwischenschichtmaterial sein.
  • Die 3A–3D zeigen ein Verfahren zur Herstellung einer Glas (11)/Zwischenschicht (12)/Glas (13)-Laminatbaugruppe, wobei das Laminat hergestellt wird, indem unter Vakuumanwendung Luft aus dem Laminat entfernt wird, und wobei die Konstruktion des Rahmens eine Verbindung der Laminat/Rahmen-Baugruppe mit einer Vakuumquelle mittels eines U-Profils (17) ermöglicht, und wobei ferner die Laminat/Rahmen-Baugruppe von der Vakuumquelle abgetrennt werden kann, um eine Glas/Zwischenschicht/Glas-Laminatbaugruppe zu erhalten, die sicher an einem Rahmen befestigt ist.
  • 4 zeigt eine Rahmen/Laminat-Baugruppe, wobei die Zwischenschicht (19) zumindest einen Teil des Hohlraums zwischen dem Rahmen (21) und der Oberfläche der Glasschichten (18, 20) ausfüllt.
  • 5 zeigt eine Glas (23)/Zwischenschicht (24)/Glas(25)-Konfiguration, wobei die Zwischenschicht (24) an einem Drahtgeflecht oder einem anderen Befestigungsmittel (26) befestigt wird, das dann wieder an dem Rahmen (27, 28) verankert wird.
  • 6 zeigt, wie eine Verglasungskonstruktion oder ein Laminat (52) mittels einer Zwischenschicht (51) an einem Rahmen verankert werden kann, ohne daß alle Ränder des Polymers an dem Rahmen (53) befestigt werden müssen.
  • Die Figuren stellen nicht alle Varianten dar, die als im Umfang der vorliegenden Erfindung liegend angesehen werden. Jede Variante einer Glas/Zwischenschicht/Glas-Laminatbaugruppe, in der ein Rahmen an der Zwischenschicht befestigt werden kann – entweder direkt oder indirekt über eine Zwischenschicht, z. B. eine Klebstoffschicht, wird als im Umfang der vorliegenden Erfindung liegend angesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform, in der die beiden Glasschichten unterschiedliche Längen aufweisen, wie z. B. entweder in 2A oder 2H, ist die kurze Glasschicht (6H) nicht mehr als 6 mm kürzer als die längere Glasschicht (8H). Eine derartige Konstruktion kann ihre Strukturintegrität zuverlässiger beibehalten als eine Struktur, in welcher der Rahmen direkt an dem Glas befestigt ist.
  • Für architektonische Verwendungen und für den Gebrauch in Transportanwendungen, wie z. B. in Pkw, Lkw und Zügen, kann ein Laminat zwei Glasschichten und eine selbsthaftend an dem Glas befestigte Zwischenschicht aus einem thermoplastischen Polymer aufweisen. Ein erfindungsgemäßes Laminat kann eine Gesamtdicke von 3–30 mm aufweisen. Die Zwischenschicht kann eine Dicke von 0,38–4,6 mm haben, und jede Glasschicht kann mindestens 1 mm dick sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zwischenschicht selbsthaftend direkt an dem Glas befestigt, das heißt, eine Klebstoff-Zwischenschicht oder Beschichtung zwischen dem Glas und der Zwischenschicht wird nicht verwendet. Andere Laminatkonstruktionen können verwendet werden, wie z. B. mehrere Glasschichten und thermoplastische Zwischenschichten; oder eine einzige Glasschicht mit einer thermoplastischen Polymerzwischenschicht, wobei auf die Zwischenschicht eine Schicht aus haltbarem, lichtdurchlässigem Kunststoffilm aufgeklebt ist. Jedes der obigen Laminate kann mit herkömmlichen abriebfesten Überzügen beschichtet werden, die dem Fachmann bekannt sind.
  • Der Rahmen kann aus verschiedenen Materialien gefertigt werden, wie z. B.: Holz; Aluminium; Stahl und verschiedenen festen Kunststoffmaterialien einschließlich Polyvinylchlorid und Nylon. In Abhängigkeit vom verwendeten Material und vom Installationstyp kann erforderlich sein oder nicht, daß der Rahmen das Laminat überdeckt, um eine einigermaßen steife Klebstoffbindung zwischen dem Rahmen und der Laminat-Zwischenschicht zu erhalten.
  • Der Rahmen kann unter den vielen verfügbaren Rahmenkonstruktionen in der Verglasungstechnik ausgewählt werden, unter der Bedingung, daß die Zwischenschicht an dem Rahmen befestigt werden kann. Die Zwischenschicht kann an dem Rahmen mit oder ohne Verwendung eines Klebstoffs angebracht oder befestigt werden. 2A zeigt beispielsweise die Verwendung eines Klebstoffs. In 2D sind die Ränder der Zwischenschicht 2D selbsthaftend fest an dem Rahmen 10D befestigt, ohne Verwendung eines zusätzlichen Klebstoffs. Es ist festgestellt worden, daß eine aus Ionomerharz bestehende Zwischenschicht durch Selbsthaftung sicher an den meisten Rahmenmaterialien haftet, z. B. an Holz, Stahl, Aluminium und Kunststoff. In einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, zusätzliche Befestigungsmittel, wie z. B. Schrauben, Bolzen und Klammem, entlang dem Rand des Rahmens zu verwenden. Jedes Mittel zur Verankerung der Zwischenschicht am Rahmen ist für den Gebrauch bei der vorliegenden Erfindung geeignet.
  • Eine erfindungsgemäße Zwischenschicht weist einen Speicherelastizitätsmodul von 50 bis 1000 MPa (Megapascal) und vorzugsweise von 100 bis 500 MPa auf, bestimmt gemäß ASTM D 5026-95a. Die Zwischenschicht sollte bei Temperaturen bis zu 40°C im Bereich von 50–1000 MPa ihres Speicherelastizitätsmoduls verbleiben.
  • Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Verglasungselemente kann die Autoklavbehandlung weggelassen werden. Dem Fachmann bekannte Schritte, wie z. B. das Walzenpressen (1), das Vorpressen (2) im Vakuumring oder -sack oder die Behandlung mittels Vakuumring- oder sack (3) können angewandt werden, um die erfindungsgemäßen Laminate herzustellen. Die Schichten werden in engen Kontakt gebracht und zu einem Endlaminat verarbeitet, das frei von Blasen ist und gute optische Eigenschaften sowie hinreichende Eigenschaften zur Sicherung der Laminatleistung während der Betriebslebensdauer der Anwendung aufweist. Das Ziel in diesen Verfahren ist, einen großen Anteil der Luft, die sich zwischen den Glas- und Kunststoffschichten befindet, herauszudrücken oder zu -pressen. In einer Ausführungsform kann der Rahmen als Vakuumring dienen. Die Anwendung vom äußeren Druck zusätzlich zum Auspressen der Luft bringt die Glas- und Kunststoffschichten in engen Kontakt, und es entwickelt sich eine Haftung.
  • Für architektonische Anwendungen in Küstenbereichen muß das Laminat aus Glas/Zwischenschicht/Glas einen simulierten Hurricane-Schlag- und Wechselbeanspruchungstest bestehen, der den Widerstand eines Laminats gegen Trümmeraufprall und Winddruck-Wechselbeanspruchung mißt. Ein gegenwärtig akzeptierbarer Test wird entsprechend dem South Florida Building Code, Kapitel 23, Abschnitt 2315, Schlagversuche für windgetragene Trümmer, ausgeführt. Dauerbeanspruchungstests werden gemäß Tabelle 23-F von Abschnitt 2314.5 von 1994 festgelegt. Dieser Test simuliert die Einslagkräfte des Windes zuzüglich luftgetragener Trümmerteile bei schwerem Wetter, z. B. einem Hurricane. Eine Probe von 88,9 × 127 cm (35 Zoll × 50 Zoll) des Laminats wird geprüft. Der Test besteht aus zwei Einschlägen auf das Laminat (einem in der Mitte der Laminatprobe, gefolgt von einem zweiten Einschlag in einer Ecke des Laminats). Die Einschläge erfolgen, indem eine 4.1 kg (9 lb) schweres Brett mit Nennabmessungen von 5 cm (2 Zoll) × 10 cm (4 Zoll) × 2,43 m (8 Fuß) Länge mit 15,2 m/s (50 Fuß/s) von einer Luftdruckkanone abgeschossen wird. Wenn das Laminat die obige Einschlagfolge überlebt, wird es einem Luftdruckwechselbeanspruchungstest ausgesetzt. In diesem Test wird das Laminat fest an einer Kammer befestigt. Im Überdruckversuch wird das Laminat mit der Aufschlagseite nach außen an der Kammer befestigt, und ein Vakuum wird an die Kammer angelegt und dann entsprechend dem in der folgenden Tabelle 1 dargestellten Wechselbeanspruchungsabläufen variiert. Das Druckwechselbeanspruchungsprogramm, wie in der nachstehenden Tabelle 1 dargestellt, wird als Bruchteil eines Maximaldrucks P spezifiziert. In diesem Test ist P gleich 3360 Pascal (70 lbf/Fuß2). Jeder Zyklus der ersten 3500 Zyklen und anschließende Zyklen werden innerhalb von etwa 1–3 Sekunden beendet. Nach Beendigung der Überdrucktestfolge wird das Laminat umgedreht, wobei die Aufschlagseite für den Unterdruckabschnitt des Tests nach innen in die Kammer weist, und ein Vakuum wird angelegt, das dem anschließenden Wechselbeanspruchungsablauf entspricht. Die Werte sind als negative Zahlen (–) ausgedrückt. TABELLE 1
    Figure 00080001
    • * Absoluter Druckpegel, wobei P gleich 3351,6 Pa (70 lbf/Fuß2) ist.
  • Ein Laminat besteht den Schlag- und Wechselbeanspruchungstest, wenn keine Risse oder Öffnungen von mehr als 12,7 cm (5 Zoll) Länge und nicht mehr als 0,16 cm (1/16 Zoll) Breite auftreten.
  • Die Beispiele dienen nur zur Erläuterungszwecken und sollen den Umfang der Erfindung nicht begrenzen.
  • BEISPIEL 1
  • Sechs getrennte Glaslaminate werden hergestellt. Alle Laminate verwendeten eine 2,3 mm (90 Mil) dicke Zwischenschicht aus einem Ionomerharz, das aus 81% Ethylen, 19% Methacrylsäure bestand, zu 37% mit Natriumionen neutralisiert war und einen Schmelzindex von 2 aufwies, und zwei Glasschichten von jeweils 3 mm Dicke. Das Ionomerharz ist als Surlyn® beziehbar, hergestellt von E. I. Du Pont de Nemours and Company. Die Ionomerharz-Zwischenschicht weist einen Speicherelastizitätsmodul von 361 MPa auf.
  • Alle sechs Laminate werden hergestellt, indem die Zwischenschicht zwischen die Glasscheiben eingelegt wird. Jede der Glasscheiben wird mit entionisiertem Wasser gewaschen. Die Laminate werden 30 Minuten in einen Luftautoklaven mit einem Druck von 1,6 MPa (220 psig) bei 135°C eingebracht. Die Laminate sind 88,9 cm (35 Zoll) hoch und 127 cm (50 Zoll) breit. Die Laminate 1–3 wurden in einen Fensterrahmen eingesetzt, der mit einem Silicon-Dichtungsmittel (Dow Corning, Typ 995) verglast wurde, wie in 1 dargestellt. Die Laminate 4–6 wurden jeweils in einen Fensterrahmen eingesetzt, wobei das gleiche Verfahren angewandt wurde, außer daß ein Streifen des Zwischenschichtmaterials in ein das Laminat umgebendes U-Profil eingebracht wurde, so daß es sich mit den Rändern der Zwischenschicht in Kontakt befand, wie in 2D. Jedes Laminat wird gemäß dem Florida-Schlag- und Wechselbeanspruchungstest geprüft. Bei dem Schlagversuch wird ein Geschoß aus einem 4,1 kg (9 lb) schweren Kiefernholzbrett mit Nennabmessungen von 5 cm (2 Zoll) × 10 cm (4 Zoll) und 2,43 m (acht Fuß) Länge aus einer Luftdruckkanone mit 15,2 m/s (50 Fuß/s) gegen das Laminat geschleudert und trifft das Laminat "senkrecht" zu seiner Oberfläche. Jedes Laminat wird zwei Einschlägen an zwei verschiedenen Stellen des Laminats ausgesetzt, wodurch das Glas zerbrochen wird. Die Ergebnisse des Tests sind nachstehend in Tabelle 2 dargestellt. TABELLE 2 Laminiert aus Ionomerharz, Schlagfolge
    Figure 00090001
    • m/s
    = Meter pro Sekunde,
    Fuß/s
    = Fuß pro Sekunde
    • * P bestanden
    • c erfindungsgemäßes Beispiel
    • x Vergleichsbeispiel
  • Jedes der Laminate 1–6 bestand den Schlagtest. Das Glas wurde zerbrochen, aber das Laminat blieb intakt.
  • Um den Eindringwiderstand jedes der Laminate nach dem Glasbruch zu testen, wird jedes der Laminate 1–6 nach dem Schlagtest einem Luftdruckwechselbeanspruchungstest ausgesetzt, wie oben in der Patentbeschreibung beschrieben, wobei aber die Luftdruckwechselbeanspruchungsfolge gemäß der Darstellung in Tabelle 3 verwendet wird. Die Ergebnisse dieses Tests sind in der nachstehenden Tabelle 3 dargestellt. TABELLE 3 Luftdruckwechselbeanspruchungsfolge
    Figure 00100001
    Anmerkung: Ein Druck von 70 lbf/Fuß2 entspricht 3351,6 Pa.

Claims (6)

  1. Verglasungselement, das ein durchsichtiges Laminat und eine an dem Laminat befestigte Stützkonstruktion aufweist, wobei das Laminat mindestens eine Glasschicht aufweist, die direkt mit einer Zwischenschicht aus einem thermoplastischen Polymer verbunden bzw. verklebt ist, in der sich das Polymer über den Rand des Laminats hinaus erstreckt, um die Befestigung der Zwischenschicht an der Stützkonstruktion zu ermöglichen, und wobei das Laminat durch die thermoplastische Polymerzwischenschicht an der Stützkonstruktion befestigt ist, und wobei das thermoplastische Polymer ein Ionomerharz ist.
  2. Element nach Anspruch 1, wobei das Ionomerharz im wesentlichen aus wasserunlöslichem Natriumsalz eines Polymers aus Ethylen und Methacrylsäure oder Acrylsäure besteht, das 14–24 Gew.-% der Säure und 30–50 Gew.-% der mit Natriumionen neutralisierten Säure aufweist, und wobei das Ionomerharz einen Schmelzindex von 0,5–50 aufweist.
  3. Verglasungselement nach Anspruch 2, in dem zwei Floatglasschichten vorhanden sind, die jeweils eine Zinnseite und eine Luftseite aufweisen, und wobei mindestens eine Glasschicht so ausgerichtet ist, daß die Zinnseite direkt mit der Ionomerharzschicht verbunden ist.
  4. Verglasungselement nach Anspruch 1, wobei die zwei Floatglasschichten, die jeweils eine Zinnseite und eine Luftseite aufweisen, jeweils so ausgerichtet sind, daß die Zinnseiten der Glasschichten mit der thermoplastischen Polymerschicht verbunden sind.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Verglasungselements, das ein Laminat aus Glas/thermoplastischem Polymer in einer Stützkonstruktion enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Formen des Glas/Kunststoff-Laminats durch Anordnen einer thermoplastischen Polymerzwischenschicht zusammen mit mindestens einer Glasscheibe, wobei sich das Polymer über den Rand des Laminats hinaus erstreckt, um die Befestigung des Laminats an der Stützkonstruktion zu ermöglichen; Entfernen von Luft zwischen der mindestens einen Glasschicht und der Zwischenschicht; Anwendung von Wärme und äußerem Druck zum Verkleben der mindestens einen Glasscheibe mit der Zwischenschicht; und Befestigen der Polymerzwischenschicht an der Stützkonstruktion, wobei die Polymerzwischenschicht ein Ionomerharz aufweist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Verglasungselements das ein Laminat aus Glas/thermoplastischem Polymer in einer Stützkonstruktion enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Formen des Glas/Kunststoff Laminats durch Anordnen einer thermoplastischen Polymerzwischenschicht zusammen mit mindestens einer Glasscheibe, wobei sich das Polymer über den Rand des Laminats hinaus erstreckt, um die Befestigung des Laminats an der Stützkonstruktion zu ermöglichen; Entfernen von Luft zwischen der mindestens einen Glasschicht und der Zwischenschicht; Anwendung von Wärme, aber nicht von äußerem Druck, zum Verkleben der mindestens einen Glasscheibe mit der Zwischenschicht; und Befestigen der Polymerzwischenschicht an der Stützkonstruktion, wobei die Polymerzwischenschicht ein Ionomerharz aufweist.
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