DE60223760T2

DE60223760T2 - Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugfensters aus Kunststoffharz mit einer gehärteten Oberflächenschutzschicht

Info

Publication number: DE60223760T2
Application number: DE2002623760
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Minato-ku Nagoya-shi Oguri; Takahiro Minato-ku Nagoya-shi Sekigawa
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2022-08-02
Also published as: JP3572300B2; BR0203611A; EP1707591A3; EP1281613B1; US6756126B2; EP1707591A2; US20030049462A1; DE60223760D1; CA2396436C; BR0203611B1; CA2396436A1; EP1281613A2; EP1281613A3; JP2003112692A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugfensters aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm, wie ein Kabinenfenster.
Beschreibung verwandter Technik
Ein Kunstharz, wie ein Polycarbonat- oder Polyacrylatharz, wird allgemein als Flugzeugfensterscheibe im Hinblick auf die Balance von Eigenschaften wie Transparenz, Festigkeit, relative Dichte und Haltbarkeit verwendet. Ein Polyacrylatharz weist gute Formbarkeit und problemlos erreichbare optische Isotropie für den Fall der Herstellung eines Formkörpers höherer Größe auf. Polycarbonat weist hervorragende Wärmebeständigkeit und Stoßbelastungstoleranz auf. Diese Harze werden für die Fensterscheiben vieler Flugzeugarten verwendet, wobei die Vorteile der einzelnen obigen Eigenschaften genutzt werden.
Indessen bestehen für Flugzeugfensterscheiben viele Gelegenheiten, dass sie Verschleißschädigungen unterliegen, die durch Abnutzung durch Eisteilchen oder Regentropfen der Atmosphäre, durch Kontakt mit anorganischen Teilchen, wie Vul kanasche oder Sandwolken, oder durch Kontakt mit Insekten, die an der Oberfläche der Fensterscheiben kleben, verursacht wird. Die Oberfläche wird mit Reinigungstüchern oder dergleichen gewischt, wenn sie gewartet und gereinigt wird. Obwohl diese Harze kein Problem mit der Massefestigkeit aufweisen, ist deren Oberflächenhärte so niedrig, dass die Oberfläche zerkratzt werden kann. Dies ist die einzige Schwierigkeit, da das Flugzeugfenster mit guter Sichtbarkeit funktionieren sollte. Ein häufiger Austausch von Fensterscheiben bringt eine Zunahme der Wartungskosten mit sich, was keine Maßnahme zur Lösung des Problems ist. Daher wird in letzter Zeit ernsthaft auf ein Flugzeugfenster gehofft, an dem eine Harzfensterscheibe mit einem Oberflächenschutzüberzug montiert ist.
Jedoch können herkömmliche Verfahren zur Applikation eines Schutzüberzugs grob durch

(1) ein Verfahren zur Bildung eines SiO₂-Films durch Auftragen einer Si aufweisenden Verbindungen und Brennen derselben oder durch
(2) ein Verfahren zur Bildung eines SiO₂-Films durch PVD, wie Ionenplattierung,

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Die EP-A-0 789 050 offenbart einen Verbundbeschichtungsfilm, der eine harte Deckschicht, die aus einer polymerisierbaren Zusammensetzung, die 100 Gew.-Teile einer polymerisierbaren Verbindung mit mindestens zwei (Meth)acryloyloxygruppen im Molekül und 1 bis 30 Gew.-Teile einer Silanverbindung mit mindestens einer Gruppe, die durch Hydrolyse eine Silanol gruppe bildet, in dem Molekül umfasst, gebildet wird, und eine Schicht aus einer Silanverbindung mit mindestens einer Gruppe, die eine Silanolgruppe durch Hydrolyse bildet, in dem Molekül, die auf der harten Deckschicht ausgebildet ist, umfasst, wobei dieser Film gute Haltbarkeit aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf die Notwendigkeit, die früheren Probleme zu lösen, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Flugzeugfensters aus Kunstharz mit einer harten Beschichtung mit hervorragender Härte und Haltbarkeit in einem Flugzeugkabinenfenster mit mindestens Doppelscheibenkonstruktion mit einem hohlen Zwischenraum dazwischen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugfensters aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm und mindestens einer Doppelscheibenkonstruktion mit einem hohlen Zwischenraum dazwischen für ein Flugzeugkabinenfenster gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufen des Auftragens einer Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche eines Kunstharzformkörpers, der Wärmebehandlung des Körpers bei etwa Umgebungstemperatur bis 100°C in Luft oder angefeuchteter Luft zur Bildung eines harten Beschichtungsfilms (24) mit Siloxanbindungen und/oder Silazanbindungen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beschichtungszusammensetzung ein Perhydropolysilazan oder dessen Kondensationspolymer, das in einem organischen Lösemittel, das gegenüber einer SiH-Gruppe nicht reaktiv ist, im wesentlichen löslich ist, enthält, wobei das Verfahren die weiteren Stufen der Verblendung eines äußeren Kunstharzformkörpers mit dem harten Beschichtungsfilm auf der äußeren Oberfläche (21) des Flugzeugs mit einem inneren Kunstharzformkörper (22) derart, dass keinen harten Beschichtungsfilm aufweisende Oberflächen der zwei Körper einander gegenüberstehen, und des Ausbildens von mindestens einer Doppelscheibenkonstruktion mit einem hohlen Zwischenraum zwischen diesen umfasst.
Ein Flugzeugkabinenfenster sollte Wärmeisoliereigenschaft aufgrund der extremen Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der Kabine, Transparenz als Funktion eines Fensters und Festigkeit als Element, das einen Teil des Rumpfs bildet oder die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der Kabine aushält, aufweisen. Ferner ist bei Berücksichtigung einer betriebssicheren Struktur eine Maßnahme für den Fall, dass die Scheibe aufgrund des Auftretens eines anomalen Zustands beschädigt wird, notwendig. Daher weist das Flugzeugkabinenfenster mindestens eine Doppelscheibenkonstruktion mit einem hohlen Zwischenraum dazwischen durch Verblendung von transparenten Kunstharzformkörpern miteinander auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Seite (die Außenseite der Kabine) von mindestens einem der Formkörper den harten Beschichtungsfilm auf. Eine mindestens Doppelscheibenkonstruktion bedeutet, dass bei Bedarf eine höhere Mehrscheibenkonstruktion als eine Doppelscheibenkonstruktion verwendet wird. Dies verbessert die Isolierfunktion und Betriebssicherheitsfunktion. Für diesen Fall ist die harte Beschichtung unverzichtbar auf dem Formkörper im Inneren der Kabine, wo Abnutzung kaum erfolgt, notwendig.
Daher wird beispielsweise eine Seite eines transparenten Formkörpers aus Kunstharz, wie Polycarbonat- oder Acrylatgießharz mit einer Lösung eines im wesentlichen in einem organischen Lösemittel löslichen Perhydropolysilazans oder dessen Kondensationspolymer in einem organischen Lösemittel derart beschichtet, dass die Filmdicke nach einer Wärmebehandlung 1 μm bis 100 μm beträgt, und der beschichtete Körper nach Trocknen in Luft bei etwa Umgebungstemperatur bis 100°C wärmebehandelt. Ein harter Film mit Silazanbindungen und/oder Siloxanbindungen wird auf der einen Seite des auf diese Weise erhaltenen transparenten Formkörpers aus Kunstharz, wie Polycarbonat oder Acrylatgießharz, aufgetragen. Ein Fensterteil umfasst die zwei Körper, die mit einem am Außenrand zwischen diesen eingefügten Abstandshalter aneinander gebunden sind. Die Flächen ohne eine harte Beschichtung der zwei Körper stehen einander derart gegenüber, dass sie voneinander beabstandet sind. Das Fensterteil ist an einer Öffnung des Rumpfs für ein Fenster durch eine Dichtung oder ein Dichtelement fixiert, wobei ein Kabinenfenster gebildet wird. In diesem Fall kann eine Dichtung oder ein Dichtelement derart geformt sein, dass zwei Körper voneinander beabstandet sind, wenn die zwei Körper durch die Dichtung oder das Dichtelement fixiert sind, und eine Zweischeibenkonstruktion wird durch Fixieren von einem Körper nach dem anderen an der Dichtung oder dem Dichtelement gebildet.
Das Acrylatgießharz ist ein transparentes Kunstharz mit einem hohen Erweichungspunkt, das aus einem Homopolymer oder Copolymer besteht, das durch Polymerisation eines hauptsächlich aus Methylmethaycrylat bestehenden polymerisierbaren Monomers erhalten wird. Das Kunstharz wird zu einem eine Platte bildenden Formkörper durch Erhitzen bis zum Fließen bis zu einer Temperatur, die gleich dem oder höher als der Erweichungspunkt desselben ist, gegossen. Eine Fensterscheibe kann aus dem plattenförmigen Formkörper durch Zerschneiden in die Form der Fensterscheibe hergestellt werden. Eine Fensterscheibe kann auch durch Gießen des Harzes in die Form einer Fensterscheibe hergestellt werden. Und ferner besteht ein anderes Verfahren als diese darin, dass das Monomer in eine plattenförmige Form zum gleichzeitigen Gießen und Polymerisieren gegossen wird.
Die Dicke des transparenten Formkörpers aus Kunstharz ist entsprechend der geplanten Festigkeit des Rumpfs oder der Größe der Öffnung des Rumpfs variabel. Das Abstandselement kann aus dem gleichen Material wie der transparente Formkörper aus Kunstharz oder einem elastischeren Material als das des Körpers bestehen. Die Dichtung oder das Dichtelement ist aus organischen Materialien mit entsprechender Elastizität, Festigkeit und Haltbarkeit ausgewählt, um Luftdichtigkeit in der Kabine gegenüber der Außenseite, wobei die Temperaturdifferenz groß ist, beizubehalten und die Fensterscheiben fest zu unterstützen, ausgewählt.
Eines der Perhydropolysilazane oder Kondensationspolymere desselben, die im wesentlichen in einem organischen Lösemittel löslich sind, in der Beschichtungszusammensetzung ist ein zyklisches oder lineares Perhydropolysilazan mit einer Struktur der Formel (1) als Wiederholungseinheit oder ein Gemisch derselben.
Ferner ist ein weiteres Perhydrosilazan oder Kondensationspolymer desselben ein Kondensationspolymer mit intermolekularer Dehydrogenierung von zyklischen oder linearen Perhydropolysilazanen mit einer Struktur der Formel (1) als Wiederholungseinheit oder ein Gemisch derselben.
Ferner ist ein weiteres Perhydropolysilazan oder Kondensationspolymer desselben ein Dehydrogenierungskondensationspolymer mit einer Mehrzahl der Kondensationsstrukturen von (2) oder (3) durch Kondensation des zyklischen oder linearen Perhydropolysilazans mit der Struktur (1) mit Ammoniak oder Hydrazin oder Kondensation des Gemischs von dem zyklischen und linearen Perhydropolysilazan mit der Struktur (1) mit Ammoniak oder Hydrazin.
Ein harter Beschichtungsfilm mit Siloxanbindungen und/oder Silazanbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung weist die durch Auftragen der Silazanbindung und eine Wärmebehandlung ausgebildeten Bindungen auf, wobei die Silazanbindung durch die Formel (4) angegeben wird und die Siloxanbindung durch die Formel (5) angegeben wird. -Si-N- (4) -Si-O- (5)
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kunstharzformkörper des Flugzeugfensters aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm einen Polyacrylatharzformkörper oder Polycarbonatharzformkörper. Das Polyacrylatharz umfasst vorzugsweise ein Polyacrylatgießharz oder ein gestrecktes Polyacrylatharz.
Verschiedene Arten bisher bekannter Perhydropolysilazane oder deren Kondensationspolymere können als Perhydropolysilazan oder dessen Kondensationspolymer, das in einem organischen Lösemittel im wesentlichen löslich ist, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise ist eine der obigen Verbindungen ein zyklisches oder lineares Perhydropolysilazan mit einer Struktur der Formel (1) als Wiederholungseinheit oder ein Gemisch derselben, die durch ein Verfahren gemäß der Offenbarung in der offengelegten japanischen Veröffentlichung P1984-207812A hergestellt werden kann.
Ein weiteres Beispiel für ein Perhydropolysilazan oder dessen Kondensationspolymer, das in einem organischen Lösemittel im wesentlichen löslich ist, ist eine Verbindung, die durch Erhitzen eines zyklischen oder linearen Perhydropolysilazans mit einer Struktur der Formel (1) oder eines Gemischs derselben in einem alkalischen Lösemittel oder in einem eine alkalische Verbindung enthaltenden Lösemittel zur Dehydrokondensation erhalten wird. Ein Beispiel für die Verfahren zur Herstellung der Verbindung ist in der offengelegten japanischen Veröffentlichung P1989-138108A offenbart.
Ein weiteres Beispiel für ein Perhydropolysilazan oder dessen Kondensationspolymer, das in einem organischen Lösemittel im wesentlichen löslich ist, ist eine Verbindung, die durch Erhitzen eines zyklischen oder linearen Perhydropolysilazans mit einer Struktur der Formel (1) oder eines Gemischs derselben durch Ammoniak oder Hydrazin zur Dehydrokondensation erhalten wird. Ein Beispiel für die Verfahren zur Herstellung der Verbindung ist in der offengelegten japanischen Veröffentlichung P1989-138107A offenbart.
Das Molekulargewicht von Perhydropolysilazan oder dessen Kondensationspolymer ist nicht speziell beschränkt, jedoch vorzugsweise so hoch, dass es einen guten Film ergibt, und nicht so hoch, so dass es eine passende Verarbeitbarkeit ergibt, indem es in einem organischen Lösemittel zur Auftragung im wesentlichen löslich ist und ausreichende Flüssigkeit zeigt.
Die Wasserstoffelemente werden vorzugsweise nicht vollständig verbraucht, sondern verbleiben im wesentlichen nicht-umgesetzt, was mit der Haftung des gehärteten Films in Verbindung steht, wodurch ein stark haftender gehärteter Film auf der Kunststoffoberfläche ausgebildet werden kann.
Ein Lösemittel zur Auftragung von Perhydropolysilazan oder dessen Kondensationspolymer auf der Oberfläche des Kunstharzes ist vorzugsweise ein Lösemittel, das mit der SiH-Gruppe nicht reaktiv ist. Verbindungen, die aktive Wasserstoffatome aufweisen, wie ein Alkohol, primäres Amin, sekundäres Amin oder ein Wasser enthaltendes Lösemittel, sollten vermieden werden. Daher ist ein passendes Lösemittel beispielsweise ein aliphatischer, alicyclischer oder aromatischer Kohlenwasserstoff, ein halogenierter Kohlenwasserstoff und ein aliphatischer oder alicyclischer Ether. Ferner kann ein Gemisch von mehr als zwei Arten von Lösemitteln zur Einstellung der Löslichkeit des Kunstharzes gegenüber dem Lösemittel oder der Verdampfungsrate des Lösemittels verwendet werden. Jedoch ist ein Lösemittel, das das Kunstharz gut löst, ungeeignet. Einige Arten eines aromatischen Kohlenwasserstoffs, Ketons oder Esters fallen in diese Kategorie. Daher sollte eine passende Verbindung als Lösemittel gewählt werden oder ein Nichtlösemittel dieser Art eingemischt werden, um die Löslichkeit einzustellen.
Eine Beschichtungszusammensetzung, die ein in einem organischen Lösemittel wesentlich lösliches Perhydropolysilazan oder dessen Kondensationspolymer enthält, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist eine bekannte Zusammensetzung, die von Clariant Japan K.K. hergestellt und vertrieben wird. Sie wird mit dem Produktnamen polysilazane silica coating L110, L710, N110, V110, D110 und L120 vertrieben. Diese sind eine 20%ige Lösung eines Perhydropolysilazans mit einem anzahlgemittelten mittleren Molekulargewicht von 700–1000 in Xyolol oder Dibutylether mit oder ohne zugesetztem Oxidationskondensationskatalysator. Jedes Produkt ist entsprechend der Art des Lösemittels, dem Molekulargewicht, der Art des Katalysators, was mit oder ohne Katalysator umfasst, bezeichnet.
Das Auftragen auf die Oberfläche des Formharzkörpers wird durch bekannte Verfahren, wie Tauchen, Sprühen, Aufpinseln, Schleuderbeschichtung, Walzenbeschichtung oder Rakelbeschichtung, durchgeführt. Nach dem Auftragen wird das Lösemittel bei niedriger Temperatur abgedampft und der beschichtete Harzkörper bei einer vorgeschriebenen Temperatur wärmebehandelt. Die Wärmebehandlungsumgebung kann aus befeuchteter Luft, trockener Luft, befeuchtetem Inertgas und trockenem Inertgas gewählt sein. Je höher der Partialdruck von Wasser oder Sauerstoff ist, desto schneller wird der Film bei niedriger Temperatur geformt, da die Reaktionsgeschwindigkeit bei niedriger Temperatur schneller wird. Ferner ist es, wenn eine einen Oxidationskondensationskatalysator enthaltende Beschichtungszusammensetzung verwendet wird, möglich, einen Beschichtungsfilm bei niedrigerer Temperatur schneller zu bilden.
Ferner umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung ein Flugzeugfenster aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm einen harten Beschichtungsfilm einer Monoschicht, dessen Dicke 1 μm oder mehr und weniger als 10 μm nach dem Auftragen der Beschichtungszusammensetzung auf der Oberfläche des Formharzkörpers und Wärmebehandlung in Luft oder befeuchteter Luft beträgt.
Bei einer herkömmlichen Harzbeschichtung wird eine Schutzbeschichtung durch Auftragen einer Beschichtungszusammensetzung, die eine Siliciumverbindung, an die Alkoxygruppen gebunden sind, enthält, Erzeugen von Siloxanbindungen durch die Stufen einer Hydrolyse und Dealkoholisierung oder Dehydratation erzeugt. Im Gegensatz zum Filmbildungsmechanismus der vorliegenden Erfindung weist der Film, da sperrige hochmolekulare Alkoxygruppen weggebrochen werden, was eine Verringerung des Molekulargewichts des Polymers infolge der Filmbildungsreaktion bewirkt, geringe Dichte und schlechte Haftung auf. Alkoxygruppen verbleiben häufig in Abhängigkeit von der Reaktionsbedingung, wodurch ein Film geringer Dichte und schlechter Haftung erhalten wird. Daher weist die durch diese Art einer Reaktion gebildete Filmdicke Grenzen von höchstens 1 μm auf. Ein Film von mehr als 1 μm führt zur Erzeugung von Rissen oder einer Beeinträchtigung der Haftung durch einen Wärmezyklus, so dass er von einer praktischen Verwendung weit entfernt ist. Ein derartiger Dünnfilm, der auf ein Flugzeugfenster aufgetragen ist, weist schlechte Haltbarkeit auf, so dass die Bedingungen für Reinigungsarbeiten schwer sind, da Arbeiten zur Entfernung des Schmutzes auf der Außenseite des Rumpfs häufig erfolgen müssen.
Wenn ein harter Beschichtungsfilm mit Siloxanbindungen und/oder Silazanbindungen durch Auftragen einer Beschichtungszusammensetzung, die Perhydropolysilazan oder dessen Kondensationspolymer enthält, die in einem organischen Lösemittel im wesentlichen löslich ist, auf der Oberfläche des geformten Kunstharzkörpers und Wärmebehandeln des Körpers bei näherungsweise Umgebungstemperatur bis 100°C an Luft oder befeuchteter Luft gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird, enthält der Filmbildungsmechanismus die Umwandlung in Siloxanbindungen durch Hydrolyse, Oxidation, Deaminisierung und Dehydratation. Das Molekulargewicht des erhaltenen Filmpolymers ist wesentlich größer als das des Perhydropolysilazans und es erfolgt keine Eliminierung einer großen organischen Gruppe von Perhydropolysilazan, so dass ein sehr dichter und haftender Film erhalten wird. Daher macht es eine Filmdicke von 1 μm oder mehr möglich, Härte zu erhalten, um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Aufgabe ist die Bildung eines Beschichtungsfilms mit hoher Haltbarkeit, ausreichender Härte, um Abnutzung auszuhalten, und guter Haftung, was eine Verbesserung des Zustands beim Reinigen von Flugzeugfenstern umfasst.
Jedoch beginnt mit dem Monoschichtfilm eine Verringerung der Haltbarkeit gegenüber einem Wärmezyklustest, wenn die Filmdicke 10 μm oder mehr beträgt, was das Auftreten von Rissen und das Ablösen des Films bewirkt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein harter Beschichtungsfilm eines Flugzeugfensters aus Kunstharz im wesentlichen zwei Schichten aus einer Zwischenschicht, die die obere Oberfläche des Formharzkörpers bedeckt, und einer äußersten Schicht, die die obere Oberfläche der Zwischenschicht bedeckt, wobei nach dem Auftragen der Beschichtungszusammensetzung auf dem Formharzkörper und dessen Wärmebehandlung in Luft oder in befeuchteter Luft eine Beschichtungsfilmdicke von insgesamt zwei Schichten 10 μm oder mehr und 200 μm oder weniger beträgt.
Daher kann ein sehr dicker Beschichtungsfilm gebildet werden, wenn die Harzoberfläche mit zwei Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet wird. Der Beschichtungsfilm eines Flugzeugfensters wird sehr strengen Bedingungen unterzogen, was bekannt ist, und er sollte einen breiten Temperaturzustandsbereich von 80°C unter direkter Sonnenbestrahlung in tropischen Zonen oder unter Reibungswärme bei Fliegen mit hoher Geschwindigkeit bis –50°C bei Fliegen in höher Höhe oder hoher Breite aushalten. Wenn ein Flugzeug mit Überschallgeschwindigkeit fliegt, sollte der Beschichtungsfilm des Flugzeugfensters einen breiteren Temperaturbereich von –70 bis 120°C aushalten. Wenn der härtere Film aufgetragen ist, um Abnutzungsbeständigkeit sicherzustellen, verursacht die thermische oder eine andere Belastung von Ausdehnung/Schrumpfen-Zyklen aufgrund der Differenz der Wärmeausdehnung zwischen dem Film und Substraten, wie ein Polyacrylatharz oder Polycarbonatharz, Risse. Wenn daher die Filmdicke durch eine Schicht sichergestellt ist, ist eine Dicke von 10 μm aus dem obigen Grund die Grenze.
Daher versuchten die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Oberflächenbehandlung, die die Stufen der Auftragung eines von einem Katalysator freien Perhydropolysilazans, einer Zusammensetzung der Art, die bei niedriger Temperatur nicht härtet, beispielsweise N510 oder N310, und der Wärmebehandlung bei 80–100°C umfasst. Bei Auftragen eines von einem Katalysator freien Perhydropolysilazans wird Silazan nicht vollständig in Siloxan umgewandelt, sondern es verbleibt durch die Wärmebehandlung in einem derartigen Ausmaß partiell bestehen, so dass ein weicher und flexibler Beschichtungsfilm einer Zwischenschicht gebildet wird. Wenn ein einen Katalysa tor enthaltendes Perhydropolysilazan auf die Oberseite einer Subbeschichtungsschicht (Zwischenschicht) aufgetragen und auf die vorgeschriebene Härte erhitzt wird und auch die Dicke des aufgetragenen Films insgesamt 200 μm beträgt, absorbiert die Zwischenschicht eine Belastung in der Subbeschichtungsschicht derart, dass ein Reissen oder Ablösen selbst nach einem Wärmezyklus nicht erfolgt. Eine derartige Doppelschichtbeschichtung ermöglicht einen harten Schutzbeschichtungsfilm ausreichender Dicke.
Da Silazanbindungen in der Subbeschichtungsschicht verbleiben, kann es sein, dass sich eine Eigenschaft des Films mit der Zeit durch Reaktion mit Wasser in der Luft ändern kann. Es scheint, dass die Beschichtung der äußersten Schicht als Barrierebeschichtung derart fungiert, dass Wasser oder Sauerstoff abgeblockt werden. Infolgedessen weist die Doppelschichtbeschichtung gute Haltbarkeit auf.
Eine praktische Anwendung des harten Beschichtungsfilms ist ohne eine Doppelbeschichtung, die die Subbeschichtungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, im Falle eines Kabinendachs oder eines Windschutzes, für die eine dicke Harzbeschichtung notwendig sind, unmöglich. Eine Doppelbeschichtung ist für eine Beschichtung für ein Kabinenfenster eines Passagierflugzeugs nicht unverzichtbar, da eine dünne Filmdicke verwendbar ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke eines harten Beschichtungsfilms der Zwischenschicht in einem Flugzeugfenster aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm zwischen 1 μm und 50 μm. Die Subbeschichtungsbeschichtung mit einer Dicke von weniger als 1 μm ist als Zwischenschicht nicht wirksam; eine Subbeschichtungsschicht mit einer Dicke von mehr als 50 μm beeinflusst die Festigkeit des Beschichtungsfilms insgesamt negativ, da die Zwischenschicht ver gleichsweise weich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält in einem Flugzeugfenster aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm die Beschichtungszusammensetzung für einen Monoschicht-Beschichtungsfilm oder die Beschichtungszusammensetzung für die äußerste Schicht eines doppellagigen Beschichtungsfilm einen Palladiumkatalysator. Ein großer Ofen für hohe Temperatur ist notwendig, um einen großen Formkörper, wie ein Flugzeugfenster aus Kunstharz, wärmezubehandeln. Daher ist es vorteilhaft, die Umsetzung bei niedriger Temperatur mit einer hohen Reaktionsrate durch einen wirksamen Katalysator wie Palladium durchzuführen. Der Beschichtungsfilm kann auch in der Atmosphäre eines Dampfes einer alkalischen Verbindung, die keinen reaktiven Wasserstoff aufweist, wie Trialkylamin, als katalytisches Mittel zur Beschleunigung der Reaktion gehärtet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den beigefügten Zeichnungen gilt:
1 ist eine Schemazeichnung, die ein Flugzeugfenster zeigt;
2 ist eine perspektivische Darstellung eines Kabinenfensters und eine Schnittdarstellung längs der Linie B-B'.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird nun im folgenden detailliert mittels eines Beispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Beschreibung spezieller Ausführungsformen hierin beispielsweise in Bezug auf die Abmessungen, die Arten eines Materials, die Konfigurationen und die relativen Anordnungen der Elementteile und dergleichen die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Formen beschränken soll, sondern diese nur als Beispiele offenbart sind, falls sie nicht anders speziell beschrieben sind.
Beispiel 1
Polysilazanbeschichtungszusammensetzungen, die bei niedriger Temperatur härten können, enthalten einen Katalysator eines organischen Amins oder einen Palladiumkatalysator. Eine im Handel erhältliche Polysilazanbeschichtungszusammensetzung für ein Polyacrylatharz, L110, ist eine 20%ige Xylollösung, die einen Palladiumkatalysator enthält, und die für ein Polycarbonatharz, L120, ist eine 20%ige Dibutyletherlösung, die einen Palladiumkatalysator enthält. L110 und L120 werden von Clariant Japan K.K. hergestellt und vertrieben. Ein harter Beschichtungsfilm wurde auf einer Polyacrylatgießharzplatte oder Polycarbonatharzplatte unter Verwendung von L110 oder L120 als Testlösungen wie im folgenden angegeben gebildet.
Eine Testlösung wurde auf einer oben genannten Testplatte derart, dass die Trockenfilmdicke nach der Behandlung zwischen 1 μm und 10 μm betrug, durch Einstellen einer entsprechenden Dicke des Lösungsfilms mittels beispielsweise Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung oder Schleuderbeschichtung aufgetragen.
Die beschichtete Testplatte wurde an Luft getrocknet und 1 h in Luftatmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von 70% und einer Temperatur von 80°C wärmebehandelt. Der erhaltene Beschichtungsfilm auf den Kunstharzen wies eine Dicke von etwa 5 μm auf und er war gleichförmig, farblos und transparent ohne die Erzeugung von Rissen oder einer Beeinträchtigung.
Die Polysilazanlösung war so flüchtig, dass sich das Lösemittel rasch verflüchtigte und es war schwierig, die Dicke der Lösung genau einzustellen. In diesem Fall wurde nach dem Auftragen mittels beispielsweise Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung oder Schleuderbeschichtung und Wärmebehandlung der Beschichtungsfilm auf eine Filmdicke von 1 μm oder mehr und 10 μm oder weniger geschliffen.
Als Vergleichsbeispiel 1 wurde ein SiO₂-Film mit einer Dicke von etwa 5 μm auf eine Polyacrylatplatte und eine Polycarbonatplatte mittels eines Ionenplattierungsverfahrens aufgetragen. Ein gleichförmiger, farbloser und transparenter Film wurde gebildet. Diese Testplatten wurden wie im folgenden getestet.
Haftung: Ein Gitter wurde mit einem Abstand und einer Tiefe von 1 mm auf dem Film von 1 cm² geschnitten. Ein Stück Cellophanklebeband wurde über dem Gitter fixiert und dann in einem Winkel von 90° und mit einer Rate von 30 cm/s abgelöst. Verbliebene Boxen wurden gezählt.
Härte: Eine Linie wurde auf der Oberfläche eines Films mit einem mit einem Gewicht von 100 g belasteten Stift gezogen. Die Bleistifthärte, die Kratzer bewirkte, wurde aufgezeichnet.

Verschleißbeständigkeit: Die Oberfläche des Films wurde unter Verwendung von Stahlwolle Nr. 000 mit einem Gewicht von 250 g und einer Rotationsrate von 60 Umin^–1 abradiert. Nach 1000-maliger Rotation wurde der Trübungswert aufgezeichnet. (Der Trübungswert ist ein Maß, das den Streuungsgrad von Licht anzeigt. Je kleiner der Wert ist, desto transparenter ist das Material.) Das Ergebnis ist in Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1

Teststück	Haftung	Härte	Trübungswert
Polyacrylatplatte, die mit L110 beschichtet ist	100/100	8H	3%
Polycarbonatplatte, die mit L120 beschichtet ist	100/100	9H	2,5%
Polyacrylatplatte mit SiO₂-Film durch Ionenplattierung	60/100	8H	10%
Polycarbonatplatte mit SiO₂-Film durch Ionenplattierung	80/100	> 9H	8%
Nichtbeschichtete Polyacrylatplatte	-	HB	15%
Nichtbeschichtete Polycarbonatplatte	-	H	10%

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, ist die Oberflächenhärte des Polyacrylats und Polycarbonats, die durch ein Ionenplattierungsverfahren beschichtet wurden, gleich oder größer als die bei Beschichtung mit einer Polysilazanbeschichtung und einem Brennverfahren. Wie durch das Ergebnis des Klebebandtests offensichtlich gezeigt ist, nahm der Trübungswert beim Abriebtest durch Erzeugen von Rissen und Ablösungen aufgrund mangelnder Haftung zu.
Beispiel 2
Im Hinblick auf die Beurteilung der Abriebbeständigkeit wurde ein Beschichtungsfilm der vorliegenden Erfindung mit einem herkömmlichen Beschichtungsfilm mit einem Taber Abraser gemäß der Beschreibung im ASTM-Standard verglichen. Eine harte Beschichtung, die zum Schutz eines Polyacrylat-Flugzeugfensters in einem bestimmten Land verwendet wird, eine herkömmliche harte Beschichtung in Japan und eine harte Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurden unter der gleichen Bedingung verglichen. Das beschichtete Substrat war ein Polyacrylatharz.

Das Testverfahren beruhte auf dem ASTM-Standard D1044. Drei Testprüflinge mit einem Durchmesser von 102 mm und einer Dicke von 12,7 mm wurden für jeden Test hergestellt. Die Testprüflinge wurden unter der im Standard beschriebenen Umgebungsbedingung konditioniert und mit dem Taber Abraser getestet. An dem Abraser wurde ein Abnutzungsrad CS-10F angebracht und der Test wurde mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 100 Umin^–1 mit einem Gewicht von 500 gf durchgeführt. Das durch Abriebspuren des Prüflings gestreute Licht wurde durch ein Photometer gemäß ASTM1003 gemessen. Der Mittelwert der Daten des Prozentsatzes von gestreutem Licht im Hinblick auf drei Prüflinge ist in Tabelle 2 gezeigt. TABELLE 2

	Acrylatsubstrat	Beschichtung, die in einem bestimmten Land verwendet wird	Herkömmliche Beschichtung, die in Japan verwendet wird	Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
Trübungswert vor dem Test	1,15	1,15	0,75	0,73
Trübungswert nach dem Test	25,20	3,38	2,40	1,05
Trübungswertvariation	24,05	2,23	1,65	0,32

Es wurde ermittelt, dass im Vergleich zu einem harten Beschichtungsfilm für ein Flugzeugfenster, das in einem bestimmten Land verwendet wird, der harte Beschichtungsfilm gemäß der vorliegenden Erfindung eine 7fach größere Abnutzungs haltbarkeit aufweist.
Beispiel 3

Die Wirkung einer Wärmebehandlung in befeuchteter Luft wurde wie im folgenden getestet. Testprüflinge, die mit L110 beschichtet waren, wurden gemäß Beispiel 1 hergestellt, unter den in Tabelle 3 angegebenen zwei Bedingungsarten wärmebehandelt und gemäß ASTM getestet. Die Rotationsgeschwindigkeit des Taber Abrasers betrug 500 Umin^–1, die 5-mal so schnell wie die in Beispiel 2 ist. Die anderen Bedingungen sind gleich Beispiel 2. Das Ergebnis ist in Tabelle 3 angegeben. TABELLE 3

Wärmebehandlungsbedingung	Umgebungsluftfeuchtigkeit, 80°C, 5 h	98% relative Luftfeuchtigkeit, 80°C, 5 h
Trübungswert vor dem Test	1,15	1,03
Trübungswert nach dem Test	5,55	2,18
Trübungswertvariation	4,40	1,15

Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, war durch eine Wärmebehandlung in befeuchteter Luft von 98% relativer Luftfeuchtigkeit die Abnutzungshaltbarkeit (der Reziprokwert der Variation des Trübungswerts) um das etwa 4fache auch bei der gleichen Wärmebehandlungstemperatur verbessert.
Beispiel 4
Eine Doppelschichtbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde wie im folgenden getestet.
Ein Testprüfling mit einem einzigen Beschichtungsfilm einer Dicke von 50 μm, der durch die Auftragung von L110 (20%ige Xylollösung von Perhydropolysilazane mit einem Molekulargewicht von 1000, die einen Palladiumkatalysator enthält) direkt auf eine Polyacrylattestplatte und eine Wärmebehandlung bei 80°C hergestellt wurde, wurde mit einem Testprüfling mit einem Doppelbeschichtungsfilm, der durch Auftragen von N510 (20%ige Xylollösung von Perhydropolysilazane mit einem Molekulargewicht von 1200, die keinen Katalysator enthält) auf einer Polyacrylattestplatte als Subbeschichtung und Wärmebehandlung bei 80°C unter Bildung eines Films von 20 μm als Zwischenschicht und Auftragen von L110 oben auf die Zwischenschicht und eine Wärmebehandlung unter Bildung eines Films von 110 μm als obere Schicht hergestellt wurde, verglichen.
Durch einen Test durch Erhitzen auf 80°C in der Atmosphäre und Kühlen auf –20°C wurde mit zwei Prüflingsarten kein Riss erzeugt. Dann wurde ein Test einer äußerst starken Temperaturänderung derart durchgeführt, dass ein auf 80°C erhitzter Prüfling in Eiswasser von 0°C getaucht wurde. Infolgedessen wurden zwar viele feine Risse durch das rasche Kühlen auf einem Prüfling aus Acrylat, das mit einer Monoschicht von L110 beschichtet war, erzeugt, jedoch kein Riss auf dem doppelt beschichteten Prüfling erzeugt.
Beispiel 5
1 ist eine Schemazeichnung, die ein Flugzeugfenster zeigt. In 1 ist 2 ein Cockpitfenster. Ein anorganisches Glas wird häufig bei Vorderfenstern verwendet; ein Polyacrylatharz wird häufig bei Innenfenstern verwendet. 3 ist ein Kabinenfenster, das sich am Rumpf 2 befindet. 2 ist eine perspektivische Darstellung und eine Schnittdarstellung des Kabinenfensters.
In 2 ist 21 eine Scheibe an der Außenseite des Rumpfes aus einem Polyacrylatgießharzformkörper, die wie in der Zeichnung gezeigt ausgeschnitten ist und einen harten Be schichtungsfilm 24 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Eine Polyacrylatgießharzplatte mit einer Dicke von 15 mm wurde zu einer Scheibe mit einer in der Zeichnung angegebenen Rundung ausgeschnitten und der Randteil wurde eingekehlt. Die Silazanbeschichtungszusammensetzung L110 des Beispiels 1 wurde bis zu einer gehärteten Dicke von 5 μm auf einer Seite der Scheibe durch Sprühen aufgetragen und das Lösemittel wurde bei Umgebungstemperatur luftgetrocknet. Danach wurde die beschichtete Scheibe an Luft einer Temperatur von 70°C und einer relativen Feuchtigkeit von 60% 2 h lang wärmebehandelt.
22 ist eine Innenscheibe des Rumpfs aus einem Polyacrylatgießharzformkörper, die wie in der Zeichnung ausgeschnitten ist.
Ein Kabinenfenster wird derart aufgebaut, dass eine Scheibe an der Außenseite des Rumpfs mit einem harten Beschichtungsfilm auf der einen Seite 21 und eine Innenscheibe des Rumpfs ohne einem harten Beschichtungsfilm 22 in eine Neoprendichtung 23 mit einem hohlen Zwischenraum 25 eingebettet sind, wobei Flächen, die keinen Beschichtungsfilm auf diesen aufweisen, einander gegenüberstehen.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kann ein Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugfensters aus Kunstharz mit einer harten Beschichtung mit hervorragender Härte und Haltbarkeit in einem Flugzeugkabinenfenster mit einer mindestens Doppelscheibenkonstruktion mit einem hohlen Zwischenraum zwischen diesen bereitstellen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugfensters aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm für ein Flugzeugkabinenfenster (3), das die Stufen des Auftragens einer Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche eines Kunstharzformkörpers, der Wärmebehandlung des Körpers bei etwa Umgebungstemperatur bis 100°C in Luft oder angefeuchteter Luft zur Bildung eines harten Beschichtungsfilms (24) mit Siloxanbindungen und/oder Silazanbindungen umfasst, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beschichtungszusammensetzung ein Perhydropolysilazan oder dessen Kondensationspolymer, das in einem organischen Lösemittel, das gegenüber einer SiH-Gruppe nicht reaktiv ist, im wesentlichen löslich ist, enthält, wobei das Verfahren die weiteren Stufen der Verblendung eines äußeren Kunstharzformkörpers mit dem harten Beschichtungsfilm auf der äußeren Oberfläche (21) des Flugzeugs mit einem inneren Kunstharzformkörper (22) derart, dass keinen harten Beschichtungsfilm aufweisende Oberflächen der zwei Körper einander gegenüberstehen, und des Ausbildens von mindestens einer Doppelscheibenkonstruktion mit einem hohlen Zwischenraum zwischen diesen umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugfensters aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm nach Anspruch 1, wobei der durch Auftragen der Beschichtungszusammensetzung auf die Oberfläche des Kunstharzformkörpers und Wärmebehandlung in Luft oder angefeuchteter Luft erhaltene Film eine Dicke von 1 μm oder mehr und unter 10 μm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugfensters aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm nach Anspruch 1, wobei der harte Beschichtungsfilm im wesentlichen zwei Schichten einer Zwischenschicht, die die obere Oberfläche eines Harzformkörpers beschichtet, und einer äußersten Schicht, die die obere Oberfläche der Zwischenschicht beschichtet, umfasst und die Beschichtungsfilmdicke von zwei Schichten insgesamt nach dem Beschichten des Harzformkörpers auf der Oberfläche des Kunstharzformkörpers mit der Beschichtungszusammensetzung und Wärmebehandlung in Luft oder angefeuchteter Luft insgesamt zwischen 10 μm und 200 μm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugfensters aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm nach Anspruch 3, wobei die Beschichtungsfilmdicke der Zwischenschicht zwischen 1 μm und 50 μm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugfensters aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm nach Anspruch 2, wobei die Beschichtungszusammensetzung einen Palladiumkatalysator enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugfensters aus Kunstharz mit einem harten Beschichtungsfilm nach Anspruch 3, wobei die Beschichtungszusammensetzung für die äußerste Schicht einen Palladiumkatalysator enthält.