Beschreibung
Verbundglasscheiben mit Komforteigenschaften für Kraftfahrzeuge Technisches Umfeld
[001] Die Erfindung betrifft Verbundglasscheiben für Kraftfahrzeuge, aufgebaut aus zwei Glasscheiben mit mindestens einer zwischenliegenden Kunststofffolie, deren optische und akustische Eigenschaften für einen verbesserten Komfort der Fahrzeuginsassen angepasst sind.
[002] Bereits seit mehreren Jahrzehnten werden Neufahrzeuge mit Windschutzscheiben ausgerüstet, die neben Glas aus einer zähen Klebefolie als Zwischenschicht bestehen. Diese ist in aller Regel zwischen zwei Scheiben Glas angeordnet, so dass ein Glas- Folien- Verbund resultiert, der dem Glas seine mechanische Steifigkeit und Unemp- findlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen sowie Kratzfestigkeit verdankt und in dem die Folie die Aufgabe übernimmt, dass Verletzungsrisiko für Insassen oder Passanten an scharfen Glasbruchstücken zu reduzieren, indem die Glasbruchstücke flächig an der zähen Folienschieht haften bleiben und somit keine scharfen Kanten aus dem gebrochenen Verbundglas herausstehen können. Als Zwischenschichtmaterial dominiert bei weitem PVB-Folie (Polyvinylbutyral-Folie), welche typischerweise aus der namengebenden Hauptkomponente Polyvinylbutyral, einem oder mehreren Weichmachern sowie Additiven besteht.
[003] Die Windschutzscheibe hat im Fahrzeug die wichtige Aufgabe, dem Fahrer einerseits ein freies und ausreichend großes Sichtfeld zu bieten, ihn und die Passagiere aber gleichzeitig von störenden bzw. gefährdenden Umwelteinflüssen abzuschirmen. Hierbei kann man beispielsweise an den Fahrtwind, Regen oder Kälte denken oder aber von der Fahrbahn heraufgeschleuderte Steine und Objekte, die je nach Aufprallenergie bei einer Windschutzscheibe (WSS) zum Bruch führen können. In solch einer Situation kommen die Sicherheitseigenschaften von Verbundglas zur Geltung, da die Scheibe nämlich ihre strukturelle Integrität bewahrt, das Objekt die Scheibe nicht durchschlägt und sich aufgrund der Verklebung mit der PVB-Folie auch keine größeren Glassplitter von der Innenseite der WSS lösen können, was andernfalls zu Schπittverletzungen bei den Fahrzeuginsassen führen könnte.
[004] Mit den fortschreitenden technischen Möglichkeiten und Ansprüchen der Fahrzeugnutzer und nachdem Grundanforderungen wie Betriebssicherheit, Langlebigkeit usw. als selbstverständlich vorausgesetzt werden, rücken heutzutage verstärkt Komfortaspekte in den Mittelpunkt des Interesses der Fahrzeugnutzer und werden als Qualitätsmerkmal wahrgenommen. Diese zielen darauf ab, den Aufenthalt in der Fahrgastzelle so angenehm wie möglich zu machen, auch im Hinblick auf die angestiegenen Verweilzeiten im Fahrzeug wegen des zunehmenden Verkehrsaufkommens.
[005] Um solchen Entwicklungen Rechnung zu tragen, besteht im Bezug auf das Bauteil Windschutzscheibe das Interesse, unter Wahrung der Grundfunktionen Transparenz und Sicherheit gleichzeitig deren Wirkung auf den Wärmehaushalt, den Blendschutz für die Passagiere sowie den Geräuschpegel in der Fahrgastzelle zu optimieren.
[006] Bezüglich des Wärmehaushaltes wirkt es sich positiv aus, wenn die Verglasung einen Teil der Sonnenstrahlung absorbiert oder reflektiert, die im Fahrzeuginnenraum zum Aufheizen beiträgt. Dies gilt sowohl für Infrarot-Strahlung - eigentliche Wärmestrahlung - als auch für UV- und Sichtbare Strahlung, die über Absorptionsmechanismen letztendlich auch in Wärme umgewandelt werden.
[007] Bezüglich des Blendschutzes ist es von Vorteil, wenn die Verglasung dort, wo dies die Sicht des Fahrers nicht unzulässig behindert, eingefärbt ist, so dass ein Teil der sichtbaren Strahlung abgeschwächt oder vollständig eliminiert wird. So ist es für den Fahrer angenehm, wenn bei tiefstehender Sonne deren Blendwirkung durch einen im oberen Teil der Scheibe befindlichen eingefärbten Bereich reduziert wird.
[008] Bezüglich der Reduktion des Geräuschpegels bietet übliche Fahrzeugverglasung, z.B. Verbundglas mit PVB-Folie in der Windschutzscheibe und Einscheibensicherheitsglas für Heck- und Seitenscheiben nur unzureichend Schutz gegenüber außerhalb des Fahrzeuges auftretenden Luftschall oder auch als Dröhngeräusch wahrgenommene Abstrahlung von auf die Scheibe übertragenen Schwingungen, die z. B. vom unruhigen Lauf eines Verbrennungsmotors herrühren.
[009] Diese Schwäche ist Materialspezifisch und liegt darin begründet, dass Glas eine geringe Eigendämpfung hat. Auch Verbünde mit herkömmlicher PVB-Folie zeigen dabei ein nur unwesentlich verbessertes Verhalten. Obwohl es dennoch möglich ist, durch Erhöhung der Glasdicke die Luftschalltransmission zu reduzieren und das Schwingungsverhalten zu verbessern, ist dies allerdings wegen des damit einhergehenden Gewichtsnachteiles nicht praktikabel.
[010] Es wurden in der Vergangenheit bereits Vorschläge gemacht, die Komforteigenschaften von Verbundsicherheitsglasern zu verbessern, wobei allerdings die Verbesserung des akustischen Dämpfungsverhalten im Vordergrund stand.
[011] Aus der US 5,773, 102 (= EP 0 763 420 AI) ist ein Verbundsicherheitsglas bekannt, bei dem zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften neben einer Standard- PVB-Folie eine spezielle, akustisch wirksame Folie eingesetzt wird.
[012] In der DE 19705 586 Cl und der EP 0 844 075 AI wird für eine schalldämpfende Verbundglasscheibe für Kraftfahrzeuge ebenfalls eine mehrschichtige thermoplastische Zwischenschicht vorgeschlagen. Der Verbund besteht aus einer viskoelastischen Acrylpolymerfolie, die auf beiden Seiten unter Zwischenschaltung jeweils einer 0,01 bis 0,1 mm dicken Folie aus Polyethylenterephthalat (PET) und jeweils einer thermoplastischen Klebefolie aus Polyvinylbutyral mit zwei Silikatglasscheiben verbunden
ist.
[013] Solche mehrschichtigen Zwischenschichten sind jedoch aufwendig in der Herstellung und häufig auch in der Weiterverarbeitung.
[014] In EP 387 148 AI ist eine Verbundverglasung beschrieben, deren Dämpfungsverhalten so ausgelegt ist, das die Innengeräusche eines Fahrzeugs, welches sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt, sich möglichst wenig vom „normalen" Straßenlärrn unterscheiden. Insbesondere das Fehlen von isoliert auftretenden Frequenzen soll zu einem Eindruck von akustischem Komfort führen. Als Folienmaterial wird ein Vi- nylchlorid/Ethylen/Acrylat-Copolymer empfohlen.
[015] Aus der DE 2461 775 AI ist eine Verbundglasscheibe bekannt, die durch Zugabe sehr hoher Mengen an Standardweichmacher, hier Flexol, eine zwar verbesserte Schalldämmung erzielt, wobei die verwendete Weichmachermenge jedoch zu erhöhter Klebrigkeit führt, wodurch die Folie kaum mit herkömmlichen Anlagen weiterzu- verarbeiten ist.
[016] In EP 1 181 258 Bl ist zur Herstellung von Verbundverglasungen mit guter akustischer Dämpfung eine weichmacherhaltige PVB-Folie mit einer speziellen Weichmacherkombination offenbart.
[017] Die für gute Komforteigenschaften wichtigen optischen Eigenschaften der Verbundverglasungen sind in diesen Publikationen nicht beschrieben. Offenbarung der Erfindung Technisches Problem
[018] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher die Bereitstellung von Verbundverglasungen mit guten akustischen und optischen Komforteigenschaften, die gleichzeitig die für Kraftfahrzeugverglasungen erforderlichen Sicherheitseigenschaften aufweisen.
[019] Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Verbundverglasungen mit reduzierter Schall- und Lichtdurchlässigkeit, umfassend zwei Glasscheiben mit mindestens einer zwischenliegenden Kunststofffolie, wobei die Transmission für 5 bis 100 % der Durchsichtfläche der Verbundverglasung für Licht in einem Wellenlängenbereich von 380 - 780 nm 3 bis 80 % beträgt und die Verbundverglasung eine Schalldämpfung, definiert durch eine exponentielle Abnahme der freien Schwingung einer Verbundverglasung, aufgebaut aus je 2,1 mm dicken Glasscheiben und einer 1 mm dicken Kunststofffolie, mit einer Zeitkonstanten t < 0,02 s, aufweist.
[020] Die Komforteigenschaften der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe setzen sich aus deren optischen und akustischen Eigenschaften zusammen.
[021] Die Schalldämpfungseigenschaften des Verbundglases werden bestimmt, indem die Abnahme der freien Schwingungen eines Probelaminats, aufgebaut aus je 2,1 mm dicken Glasscheiben und einer 1 mm dicken Kunststofffolie, gemessen wird. Je
schneller die Schwingungen abklingen, desto besser die Schalldämmung.
[022] Die optischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe sollen vor ' allem die Blendwirkung des Fahrers durch die Sonne oder Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge reduzieren. Hierzu ist es ausreichend, einen bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts zu verringern.
[023] Die Verringerung der Transmission der Verbundverglasung kann durch Einsatz einer zwischen den Glasscheiben liegenden Kunststofffolie erfolgen. Bei Einsatz mehrerer Folien muss mindestens eine der zwischenliegenden Kunststofffolien die Transmission des Lichts im genannten Wellenlängenbereich verringern.
[024] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Transmission der Durchsichtfläche der Verbundverglasung für Licht im Wellenlängenbereich von 380 - 780 nm 3 - 75 %, bevorzugt 8 - 70 % und besonders bevorzugt 15 - 60 %.
[025] Durchsichtfläche im Sinne der vorliegenden Anmeldung bezeichnet die Fläche der Verbundverglasung, die vom Innenraum des Kraftfahrzeugs aus gesehen transparent ist. Zur Erzielung einer optischen Komfortwirkung, kann es erforderlich sein, dass die gesamte Durchsichtfläche eine verringerte Transmission für Licht aufweist.
[026] Es ist auch möglich, dass nur ein geringerer Teil der Durchsichtfläche der Verbundverglasung eine verringerte Transmission für Licht besitzt. Bevorzugt ist die Transmission für Licht im genannten Wellenlängenbereich für 5 - 40 %, bevorzugt 5 - 25 % der Durchsichtfläche verringert. Handelsübliches Floatglas bzw. hieraus hergestellte Verbundverglasungen ohne Farbzusatz in Glas oder Zwischenfolie weisen in der Regel eine Transmission für Licht von ca. 88 % auf.
[027] Wird nur ein Teil der Verbundverglasung mit verringerter Transmission ausgestattet, so ist die geometrische Anordnung dieses Teils dem Verwendungszweck der Scheibe anzupassen. Bei Windschutzscheiben für Personenkraftfahrzeuge wird dies in der Regel durchgehend der obere Teil der Scheibe sein. Bei Seitenscheiben z.B. für Busse könnte auch nur der untere Teil der Scheibe eine verringerte Transmission für Licht aufweisen.
[028] Die Transmission für Licht kann durch entsprechendes Einfärben einer oder beider Glasscheiben und/oder mindestens einer zwischenliegenden Kunststofffolie erfolgen. Da auch die akustischen Eigenschaften der Verbundverglasung durch die Kunststofffolie bestimmt werden, ist es zweckmäßig, auch die optischen Eigenschaften über die Kunststofffolie einzustellen.
[029] Erfindungsgemäße Verbundverglasungen können daher mehrere Kunststofffolien aufweisen, von denen mindestens eine die Transmission von Licht im Wellenlängenbereich von 380 - 780 nm auf 3 - 80 % bzw. auf die genannten Transmissionen verringert.
[030] Es ist möglich, dass die erfindungsgemäßen Verbundverglasungen mehrere Kunst-
stofffolien beinhalten, welche die Transmission von Licht in unterschiedlichem Maße verringern. So kann z.B. 5 - 70 % der Durchsichtfläche eine verringerte Transmission z.B. von 50 - 80 % aufweisen und der übrige Teil der Durchsichtfläche eine noch weiter verringerte Transmission von z.B. 20 - 60 % besitzen. In diesem Beispiel besäßen 100 % der Durchsichtfläche der Verbundverglasung eine verringerte Transmission; eine solche Verbundglasscheibe erscheint optisch mit zwei unterschiedlich getönten Segmenten.
[031] Weiterhin ist es möglich, dass die Verbundverglasungen mehrere Kunststofffolien enthalten, von denen mindestens eine die Transmission von Licht im Wellenlängenbereich von 380 - 780 nm im wesentlichen nicht verringert.
[032] Eine im wesentliche nicht verringerte Transmission im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Transmission für Licht der genannten Wellenlängen nur in dem für das verwendete Glas, z.B. Floatglas oder handelsübliche Verbundverglasungen im üblichen Bereich verringert ist (ca. 85-88 % Transmission).
[033] Die schalldämmenden Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verbundglases werden bevorzugt durch Einsatz einer einzigen, entsprechend modifizierten Kunststofffolie eingestellt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Verbundglasscheiben mehrere Kunststofffolien aufweisen, von denen mindestens eine die Transmission von Licht im Wellenlängenbereich von 380 - 780 nm auf 3 - 80 % verringert und gleichzeitig die Schalldämpfung der Verbundglasscheiben bewirkt.
[034] Die genannten Kunststofffolien können entweder vor dem Laminierprozess aufeinander gelegt und ohne weitere Zusätze zu einer Verbundverglasung weiterverarbeitet werden; zweckmäßig ist jedoch die Verschmelzung der Kunststofffolien. Da Kunststofffolien mit verbesserten akustischen Eigenschaften häufig erhöhte Weichmachergehalte bzw. spezielle Weichmacherkombinationen aufweisen, kann es erforderlich sein, dass die Kunststofffolien, die eine Schalldämpfung der Verbundglasscheiben bewirken und die Kunststofffolien mit im wesentlichen nicht verringerter Transmission mit einander verschmolzen sind.
[035] Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von miteinander verschmolzenen Folien wird in EP 73 347 Bl beschrieben.
[036] Für den Fall, das einer Verschmelzung bzw. generell ein direkter Kontakt zwischen verschiedenen Folien z.B. auf Grund von Weichmacherdiffusionen nicht erwünscht ist, kann auch eine chemisch inerte Folie, z.B. aus Polyethylenterephthalat zwischen den funktioneilen Kunststofffolien angebracht werden. Bei Verwendung einer PET-Folie kann diese zusätzlich noch in bekannter Weise mit einer IR-Strahlung absorbierenden Beschichtung ausgerüstet werden.
[037] Die Verringerung der Transmission durch Modifikation der Kunststofffolien kann durch Zusatz von organischen Farbstoffen und/oder organischen und anorganischen
Pigmenten erfolgen, wobei Kombinationen mehrerer farbgebender Komponenten zum Erzielen des jeweils gewünschten Farbeindruckes Anwendung finden können. Beispiele für organische Farbstoffe sind z.B. Farbstoffe der Typenreihe Macrolex® der Firma Bayer, welche U.A. Anthrachinonabkömmlinge umfaßt, oder Farbstoffe der Typenreihe Waxoline® der Firma Zeneca Colours, welche U.A. Chinolinabkömmlinge umfaßt. Geeignete organische Pigmente sind z.B Quinacridone oder Phthalocyanine verschiedener Hersteller. Als Beispiel für ein anorganisches Pigment sei neben den gängigen Metalloxidabkömmlingen TACK® DOP 15/1 (eine Rußpräparation) der Firma Degussa genannt. Weitere, geeignete Pigmente oder Farbstoffe sind z.B. Chino- phthalone, Pyrazolone, Anthrachinone, Perinone, Monoazofarbstoffe, Phthalocyanine, Perylene, Azopigmente, Cromophtale, Thioindigopigmente, Dioxazine, Diketopyrro- lopyrrole, Benzimidazolone, Isoindoline, Indanthrone, Metalloxide, -sulfide, -chromate und Kohlenstoff (Ruß). Da die beschriebenen Farbmittel häufig nicht alleine, sondern als eine von mehreren Komponenten zur Erzielung eines gewünschten Farbeindruckes Anwendung finden, kann die Einsatzmenge unter Umständen sehr klein sein, wenn das Farbmittel lediglich Nebenkomponente ist. Typische Einsatzkonzentrationen bewegen sich in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% bezogen auf die als 100 angesetzte Summe aus dem Gewicht an Weichmacher und PVB-Harz der jeweiligen Folienformulierung.
[038] Zur Herstellung von Verbundverglasungen mit reduzierter Schalldurchlässigkeit können z.B. die in EP 1 181 258 Bl offenbarten Zwischenfolien auf Basis von weich- macherhaltigen, teilacetalisiertem Polyvinylalkohol verwendet werden.
[039] Hier wird zur Herstellung einer schalldämmenden PVB-Folie zusätzüch zu wenigstens einem ersten, an sich bekannten Weichmacher ein Polyalkylenglykol der Formel HO-(R-0) -H oder davon abgeleitete Derivate als Weichmacher eingesetzt.
[040] Polyalkylenglykol oder davon abgeleitete Derivate als Co- Weichmacher in einer PVB-Folie bewirken im Vergleich zu konventionellen Weichmachern eine deutliche Verbesserung der Schalldämmung in den mit einer solchen Folie hergestellten Verbundgläsern und damit den daraus hergestellten Schallschutzverglasungen. Insbesondere der sonst ausgeprägte Abfall der Schalldämmung im Koinzidenzbereich ist wesentlich schwächer ausgeprägt. Gegenüber einer Standard-Folien-Rezeptur kann der Anteil an Polyvinylbutyral und/oder des jeweils verwendeten Standard- Weichmachers in der PVB-Folie herabgesetzt und durch ein Polyalkylenglykol oder ein davon abgeleitetes Derivat substituiert werden.
[041] Bevorzugt macht die Summe der weichmachenden Komponenten d.h. Standardweichmacher und/oder Polyalkylenglykol alleine oder als Gemisch 20 bis 50 Gew.-% der Folie aus. In ihrer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gesamt- Weichmachergehalt 25 bis 40 Gew.-% und in der am meisten bevorzugten Form 30 bis
35 Gew.-%. Der Anteil des Polyalkylenglykols an der Folie beläuft sich dabei im bevorzugten Fall auf mehr als 5 Gew.-% und im am meisten bevorzugten Fall auf mehr als 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die gesamte Folienrezeptur.
[042] Polyalkylenglykole sind solche, die einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad DP von 6 oder höher haben, der allerdings nicht so hoch ist, dass eine in Verbindung mit den übrigen Komponenten der Folie inakzeptable Trübung im Verbundglas eintritt. Als inakzeptabel anzusehen sind Verbundverglasungen bei Messung gemäß ASTM Dl 003-6 Trübungswerte größer 3% Haze aufweisen. Bevorzugt liegen die Trübungswerte bei einer Folienstärke von 0,76 mm unter 1,5 %, insbesondere unter 1% Haze.
[043] Bei den Polyalkylenglykolen kann es sich im einzelnen um Poly(ethylenoxide) einschließlich Blockcopolymeren des Typs HO-(CH -CH -O) -(CH -CH(CH )-0) -H mit 2 2 n 2 3 m n > 2, m > 3, n/m > 0,3 und (n+m) < 25 oder Poly(butylenoxide) sowie davon abgeleitete Derivate handeln. Für die nicht derivatisierten Polyalkylenglykole gilt, dass diese einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad - im folgenden DP genannt - von mindestens 6 aufweisen sollten. Beispiele hierfür sind Pluriol® E 600 der Firma BASF mit einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad DP von 13,6 sowie Pluriol® P 2000 der Firma BASF mit einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad DP von 15,5. [044] Derivate von Polyalkylenglykolen sind solche, bei denen der Wasserstoff von mindestens einer der beiden terminalen Hydroxygruppen des Polyalkylenglykols durch einen organischen Rest ersetzt ist. Als Beispiele hierfür können ethoxylierte Fettalkohole, ethoxylierte Fettsäuren wie Ölsäurepolyethylenglykolester oder Monoether des Polyalkylenglykols mit einfachen aliphatischen Alkoholen wie Methanol oder Ethanol dienen. Weitere Beispiele sind Marlophen® NP 6 der Firma Sasol, welches aus einer Polyethylenglykol-Anteil mit einem DP von 6 und einem Iso- nonylphenol- Anteil an einem der beiden Hydroxyl-terminierten Enden aufgebaut ist, sowie Marlipal® O 13/100 der Firma Sasol, welches aus einem Polyethylenglykol- Anteil mit einem DP von 10 und einem C 13 -Oxoalkohol aufg bebaut ist. Für diese Mon- oderivate der Polyalkylenglykole gilt, dass der DP des Polyalkylenglykolanteils mindestens 2 betragen muss. Die Obergrenze des DP ergibt sich aus der Verträglichkeit mit den übrigen Komponenten der Folie. [045] Die oben beschriebenen Polyalkylenglykolen werden bevorzugt in Kombination mit wenigstens einem weiteren Standard- Weichmacher aus der folgenden Gruppe eingesetzt: • Ester von mehrwertigen aliphatischen oder aromatischen Säuren, z.B. Dial- kyladipate wie Dihexyladipat, Dioctyladipat, Hexylcyclohexyladipat, Mischungen aus Heptyl- und Nonyladipaten, Diisononyladipat, Heptyln- onyladipat sowie Ester der Adipinsäure mit cycloaliphatischen Este-
ralkoholen, Dialkylsebazate wie Dibutylsebazat, Phthalatestern wie Butylben- zylphthalat; • Ester von mehrwertigen aliphatischen oder aromatischen Alkoholen oder Oli- goetherglykolen mit höchstens vier Ethylenglykoleinheiten mit einem oder mehreren unverzweigen oder verzweigten aliphatischen oder aromatischen Substituenten, wie z.B. Estern von Di-, Tri- oder Tetraglykolen mit linearen oder verzweigten aliphatischen oder cycloaliphatischen Carbonsäuren; Als Beispiele für letztere Gruppe können dienen Diethylenglykol- bis-(2-ethylhexanoat), Triethylenglykol-bis-(2-ethylhexanoat), Triethy- lenglykol-bis-(2-ethylbutanoat), Tetraethylenglykol-bis-n-heptanoat, Triethy- lenglykol-bis-n-heptanoat, Tri-ethylenglykol-bis-n-hexanoat. [046] Besonders bevorzugt werden als Standard- Weichmacher Di-n-hexyladipat (DHA) und Triethylenglykol-bis-n-heptanoat (3G7) eingesetzt. [047] Die erfindungsgemäß verwendeten Kunststofffolien können aus Polyurethanen, Po- lyacrylaten, Polymethacrylaten, PVB, PVC oder Copolymeren aus Vinylchlorid, Ethylen und Acrylaten bestehen, jeweils mit oder ohne zusätzliche Weichmacher. [048] Als bevorzugte Basis für die Kunststofffolien dienen an sich bekannte, mit Bu- tyraldehyd teilacetalisierte Polyvinylalkohole, d. h. Polyvinylbutyral (PVB). Die teila- cetalisierten Polyvinylalkohole werden in bekannter Weise durch Acetalisierung von hydrolysierten Polyvinylestern hergestellt. Das bevorzugte Polyvinylbutyral-Harz enthält 10 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 17 bis 23 Gew.-% und besonders bevorzugt 19 bis 22 Gew.-% Vinylalkoholreste. Das Polyvinylbutyral enthält ggf. zusätzlich 0 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 2,5 Gew.-% Acetatreste.
[049] Zur Herstellung einer PVB-Folie mit verbesserter akustischer Dämpfung wird - sofern Polyalkylenglykol als Weichmacher zugesetzt wird - die flüssige, pastöse oder feste Polyalkylenglykol-Komponente mit dem Standard- Weichmacher gemischt, so dass entweder eine homogene Lösung der Polyalkylenglykol-Komponente im Weichmacher oder bei Unverträglichkeit zwischen Polyalkylenglykol-Komponente und Weichmacher eine Dispersion entsteht.
[050] Der Weichmacher wird dann zusammen mit dem pulverförmigen Polyvinylbutyral unter Eintrag von Wärme und mechanischer Arbeit zu einer homogenen Folienmasse verarbeitet, welche bevorzugt durch eine Breitschlitzdüse zu einer Folienbahn ausgeformt wird. Als weitere Bestandteile können optional Antiblockingmittel wie Pentaerythritester (DE 101 62 338 AI), Stabilisatoren, Verarbeitungshilfsmittel, Wasser sowie Haftungsregulatoren in der Folie enthalten sein.
[051] Die Pentaerythritester, insbesondere Tetrastearate, Adipato-Stearate (Mono, Di, Tri) oder Tetraadipate werden in Konzentrationen von 0,002 - 0,1 Gew.-%, bezogen auf die Folie verwendet.
[052] Als Haftungsregulatoren werden insbesondere K- und/oder Mg-Salze verwendet, bevorzugt Kaliumacetat und Magnesiumoctanoat jeweils in einer Konzentration von 0.001 bis 1 Gew%, bezogen auf die Folie.
[053] Der Wassergehalt der Folien wird bevorzugt auf 0,15 bis 0,8 Gew.-%, insbesondere auf 0,4 bis 0,7 Gew.-%, eingestellt.
[054] Die erfindungsgemäßen Verbundsicherheitsgläser (VSG) weisen neben den verbesserten Dämpfungseigenschaften eine ausgezeichnete Bruchfestigkeit, Splitterbindung und Transparenz auf. Beispielsweise ergeben sich bei der Haftungsprüfung zum Glas im Pummel-Test Werte von 8-10 für die Feuer-Seite und 7 für die Zinn-Seite des Glases.
[055] Das Verbundsicherheitsglas der erfindungsgemäßen Schallschutzverglasung weist als zwischen der ersten und der zweiten Glasscheibe angeordnete Zwischenschicht bevorzugt eine monolithische - d. h. einschichtige - PVB-Folie auf.
[056] Es liegt jedoch im Bereich der beanspruchten Erfindung, wenn als Zwischenschicht zwischen der ersten und der zweiten Glasscheibe eine Mehrschichtfolie angeordnet ist, die aus wenigstens einer schalldämmenden und wenigstens einer die Transmission von Licht vermindernden Folie besteht. Hierzu kann ein Laminat aus einer schalldämmenden Folie, einer zweiten PVB-Schicht und einer zwischen diesen angeordneten Sperrschicht eingesetzt werden. Die zweite PVB-Schicht kann dabei eine Standard- PVB -Folie mit Standardweichmachern oder eine die Transmission von Licht verringernde Folie sein. Die Sperrschicht verhindert eine Weichmacherwanderung zwischen den beiden PVB-Schichten. Hierzu eignen sich insbesondere relativ dünne Polyesterfolien aus PET. Die akustische Wirksamkeit solcher Laminat-Zwischenschichten wird dabei ganz überwiegend von der schalldämmenden Folie bestimmt.
[057] Die erfϊndungsgemäßen Verbundglasscheiben können in allen Kraftfahrzeugen wie PKW, LKW, Bussen, aber auch in Zügen oder Flugzeugen verwendet werden. Sofern eine bestimmungsgemäße Geräuschdämmung erwünscht ist, können die erfin- dungsgemäßen Verbundglasscheiben auch in architektonischen Anwendungen wie Dächern und Fenster verwendet werden.
[058] Um die schall- bzw. schwingungsdämpfende Wirksamkeit der erfindungsgemäß eingesetzten PVB-Formulierungen zu überprüfen, wird ein Test durchgeführt, der im folgenden beschrieben wird.
[059] Der Test basiert darauf, dass bei einem mit PVB-Folie laminierten Prüfkörper, der durch einen kurzen Schlag zum Schwingen angeregt wird, in Abhängigkeit von der schwingungsdämpfenden Wirksamkeit des PVB-Ansatzes die Amplitude der freien Schwingung unterschiedlich rasch abnimmt, bis zu dem Punkt, an dem praktisch sämtliche durch den Schlag eingetragene mechanische Energie durch innere bzw.
äußere Reibungsvorgänge in Wärmeenergie umgewandelt worden ist und der laminierte Prüfkörper wieder zur Ruhe kommt. Die Schwingung selber ist eine gedämpfte Sinusschwingung, wobei die Amplitude dieser Schwingung mit einer Exponentialfunktion abnimmt. Die einzelnen Maxima dieser Schwingung liegen dabei auf einer Kurve gemäß der Formel [060] [die codierte matematische Formel ist] wobei • Y = zeitabhängige Amplitude der gedämpften Schwingung (Auslenkung), X = Zeit • y , a und x = für die Anpassung der Exponentialfunktion an die Schwingung benötigte Konstanten, und • t die sogenannte Zeitkonstante ist.
[061] Die Zeitkonstante t ist dabei ein Maß für die schalldämmende Wirkung des Folienansatzes, wobei bei kleineren t -Werten eine bessere, bei größeren t -Werten eine 1 1 schlechtere akustische Wirksamkeit einer Folie aus diesem Ansatz zu beobachten ist.
[062] Nimmt die Amplitude der freien Schwingung schnell ab, ist also die Zeitkonstante oder der t -Wert klein, handelt es sich um eine akustisch wirksame Zwischenschicht, da mechanische Energie in Form von Vibrationen, wie sie z. b. durch Luftschall auf ein Glasbauteil übertragen werden können, in der Zwischenschicht in Wärme umgewandelt werden können, woraus die schwingungsdämpfende Wirkung resultiert. Nimmt die Amplitude der freien Schwingung hingegen nur langsam ab, ist die Zeitkonstante t also groß, handelt es sich um eine akustisch weniger wirksame Zwischenschicht, die auch bei größeren Formaten, wie zum Beispiel den für Labormessungen der Schalldämpfung gemäß EN ISO 140 vorgeschriebenen 1,23 x 1,48 m, schlechtere Resultate ergeben wird.
[063] Soweit in dieser Anmeldung der Begriff Zeitkonstante oder t -Wert verwendet wird, ist damit der nach folgendem Verfahren ermittelte Wert gemeint: Für den Test wird das zu untersuchende PVB-Material zunächst gemäß dem Fachmann geläufiger Verfahren zu einer Folie mit 1,00 mm Dicke verarbeitet. Mit zwei Scheiben Floatglas der Stärke 2,1 mm wird diese Folie in einem dem Fachmann geläufigen Standardvorverbundverfahren und anschließendem Autoklavenprozess, wie sie üblicherweise zum Verbinden von PVB-Folie mit Glas Anwendung finden, zu einem Verbundsicherheitsglas laminiert. Die PVB-Folie ist vor dem Laminieren so zu konditionieren, dass ihr Wassergehalt 0,5 ± 0.1 Gew.-% beträgt. Der Wassergehalt ist nasschemisch durch Bestimmung nach Karl Fischer zu ermitteln. Für den Schwingungsversuch sind Prüfkörper mit den Abmessungen 30,0 cm x 10,0 cm herzustellen. Die PVB-Folie muss bündig mit den Rändern des Laminats abschließen und die beiden Glasplatten dürfen nicht mehr als 1 mm gegeneinander verschoben sein, um das Ergebnis nicht zu
verfälschen. Die Messung wird in einem auf 20 ± 1 °C klimatisiertem Raum durchgeführt, die Temperatur des Prüfkörpers beträgt ebenfalls 20 + 1 °C. Der so beschaffende stabförmige Prüfkörper wird dann so auf zwei Schaumstoffunterlagen platziert, dass er jeweils bei 7,5 cm, gemessen von den jeweiligen Enden des Stabes, auf der Schaumstoffunterlage aufliegt. Die Auflagepunkte der Schaumstoffunterlagen, die in Kontakt mit dem Prüfkörper sind, müssen dementsprechend einen Abstand von 15,0 cm zueinander haben. Um niederfrequente Schaukelbewegungen des Prüfkörpers auf der Schaumstoffunterlage zu minimieren, wird diese.aus einem auf 15 cm Länge und 10 cm Breite zugeschnittenen Schaumstoff streifen mit ca. 2 cm Dicke zu einem Bogen geformt und mit seinen beiden Enden auf eine feste Unterlage aufgeklebt. Für die Schaumstoffunterlagen wird ein weicher PU-Schaumstoff mit einer Rohdichte von ca. 30 - 40 kg/m3 verwendet.
[064] Zum Anregen des Prüfkörpers wird ein nicht zu schwerer, mit Gummi mittlerer Elastizität ummantelter Eisenstab verwendet. Dabei ist sicherzustellen, dass von dem zur Anregung verwendeten Körper keine Schwingungen auf den Prüfkörper übertragen werden und dass dessen Fundamentalmode ohne überlagernde Schwingungen aufgenommen wird.
[065] Zur Aufnahme des Amplitudenverlaufs als Funktion der Zeit wird exakt in der Mitte des Prüfkörpers ein Beschleunigungssensor aufgeklebt. Als Kleber wird Bienenwachs verwendet. Als Beschleunigungsmesser wird ein DeltaTronä Acce- lerometer, Typ 4507 002 der Firma Brüel & Kjaer verwendet, der mit seiner Unterseite so aufgeklebt wird, dass das Kabel seitlich so weggeführt wird, dass es den Prüfkörper nicht berührt und in seiner Bewegung nicht wesentlich eingeschränkt ist.
[066] Die eigentliche Auswertung kann zweckmäßig durch handelsübliche EDV- Programme, z. B. Microcal ORIGIN, ggf. aber auch von Hand durchgeführt werden. Hierzu werden zunächst die Ausschläge der einzelnen Maxima der gemessenen Schwingungskurve und die zugehörigen Zeitwerte, also die einzelnen X- Werte und zugehörigen y- Werte der jeweiligen Maxima, bestimmt. Das erste Maximum ist jeweils zu verwerfen, da dieses durch das Anschlagen selbst verfälscht werden kann. Zur Auswertung werden nur diejenigen Maxima herangezogen, die innerhalb eines Zeitintervalls von 0,05 s, beginnend mit dem ersten Maximum, liegen. Aus diesen X- und zugehörigen y-Werten der einzelnen Maxima werden - insbesondere durch Iteration - die Werte für y , a und x sowie die Zeitkonstante t in der genannten Exponentialfunktion so ermittelt, dass die Summe der Abstandsquadrate der tatsächlichen Messwerte von der berechneten Funktion minimal ist.
[067] Bei der Auswertung entspricht y ungefähr der Basislinie der aufgezeichneten Schwingung, a entspricht ungefähr dem ersten in die Auswertung einbezogenen Maximum und t 1 ist die Zeitkonstante. Die Zeitkonstante t 1 ist dabei eine Material-
konstante, die ein direktes Maß für die Schalldämmwirkung des gemessenen PVB- Ansatzes darstellt.
[068] Für die erfmdungsgemäße Schallschutzverglasung wird bevorzugt eine Kunststofffolie, insbesondere eine PVB-Folie eingesetzt, deren Ansatz eine Zeitkonstante t von < 0,02 s, bevorzugt < 0,015 s und insbesondere 0,01 s aufweist. Besonders bevorzugt werden Folien eingesetzt, deren Ansatz eine Zeitkonstante t von < 0,007 s aufweist. Bei diesen Werten für die Zeitkonstante ist die Amplitude der Schwingungskurve nach ca. 4 - 7 Schwingungen auf unter 10 % ihres Maximalwertes abgeklungen. Im Vergleich hierzu sinkt die Schwingungskurve von Standard-PVB wie z.B. Trosifol MV der Fa. HT Troplast erst nach mehr als 20 bis 30 Schwingungen unter diesen Wert.
[069] Die Bestimmung der Transmission erfolgt gemäß EN 410. Vergleichsbeispiel 1
[070] 66 Gew.-Teile PVB-Harz, welches einen PVOH-Gehalt von 20, 3 Gew.- % aufwies, wurde mit 34 Gew.-Teilen einer Mischung aus 2 Teilen Dihexyladipat (DHA) und 1 Teil Serdox NIS 5 (ein im Durchschnitt 5-fach ethoxylierter 2-Butyloctylalkohol der Firma SASOL) auf einer Extrusionsanlage wie für PVB-Folie dem Fachmann bekannt, verarbeitet, wobei eine erstarrende Folienbahn, in der die Komponenten homogen gemischt waren, in 1,00 mm Dicke und in einer Breite von 100 cm am Düsenaustritt erzeugt wurde. Über die Weichmachermischung wurden zusätzlich als UV- Absorber 0,15 Gew.-% Tinuvin 328 (berechnet auf die Summe aus PVB-Harz und Weichmachermischung) sowie die Haftung zu Glas regulierende Zusätze in weniger als 0,10 Gew.-% in die Folie eingebracht. Erhalten wurde eine PVB-Folie, die mit 2 Floatglasscheiben der Dicke 2,1 mm zu einer Windschutzscheibe laminiert eine Lichttransmission nach EN 410 von 88% sowie bei Messung an einem Laminatabschnitt der Abmessung 10 cm x 30 cm eine Abklingkonstante tl von 5,1 x 10" s" aufwies. Die Windschutzscheibe hatte in ihrer gesamten Durchsichtsfläche, d.h. jener Fläche, welche nicht durch z.B. Siebdruck abgedeckt ist, eine Lichttransmission von 88%. Erfindungsgemäßes Beispiel 1
[071] 66 Gew.-Teile PVB-Harz, welches einen PVOH-Gehalt von 20,3 Gew.-% aufwies, wurde mit 34 Gew.-Teilen einer Mischung aus 2 Gew.-Teilen Dihexyladipat (DHA) und 1 Gew.-Teil Serdox NIS 5 (ein durchschnittlich 5-fach ethoxylierter 2-Butyloctylalkohol der Firma SASOL) im Hauptstrang einer Extrusionsanlage pla- stifiziert und zum Düsenaustritt gefördert. Über die Weichmachermischung wurden zusätzlich als UV- Absorber 0,15 Gew.-% Tinuvin 326 (berechnet auf die Summe aus PVB-Harz und Weichmachermischung) sowie die Haftung zu Glas regulierende Zusätze in weniger als 0,10 Gew.-% in die Mischung eingebracht. Daneben wurde in
einem unabhängig steuerbaren kleineren Nebenextruder die gleiche Grundmischung plastifiziert, wobei hier allerdings zusätzlich zu den genannten Additiven 0,054 Gew.-% Macrolex Blau RR sowie 0,010 Gew.-% Waxoline Yellow 3GP/FW in der verwendeten Weichmachermischung gelöst waren (Gew.-% der Farbstoffe und Additive bezogen auf 100 Gew.-% der Folienmasse, die sich in diesem Fall aus 66 Gew.-% Harz und 34 Gew.-Weichmachermischung ergeben). In dem Fachmann bekannter Weise wurde der gefärbte Seitenstrang im Extrusionswerkzeug kurz vor Austritt der Schmelze seitlich mit dem ungefärbten Hauptstrang der plastifizierten PVB-Masse zusammengeführt, so dass die aus einer Breitschlitzdüse austretende Folienbahn an einem Rand der Länge nach partiell grün gefärbt war. Durch einen Einsatz im Extrusionswerkzeug und beidseitiges besäumen des extrudierten Folienstreifens war die Breite des eingefärbten Bereiches auf 17 cm begrenzt worden, wobei die Gesamtbreite der partiell eingefärbten Folienbahn 100 cm und die Dicke der Folie über ihre gesamte Breite 1,00 mm betrug. Eine mit dieser Folie hergestellte Windschutzscheibe, deren nicht vom Siebdruckrand bedeckte Durchsichtfläche eine Höhe von 94 cm und eine Breite von 110 cm an der Scheibenoberkante und eine Breite von 130 cm an der Scheibenunterkante aufwies, in welcher der eingefärbte Bereich der Folie bündig mit der Oberkante der WSS abschloss und an der Unterkante der WSS ca. 2 cm überstehende Folie abgeschnitten worden war, wies in der in Näherung als Trapez berechneten Gesamtdurchsichtfläche von 12220 cm an der oberen Kante eine grünen Farbstreifen von ca. 14 cm Höhe (diese Höhe ergibt sich aus der Breite des grünen Farbstreifens von 17 cm abzüglich der 3 cm Siebdruck an der Scheibenkante, die nicht in die Durchsichtfläche eingehen) mit einer nach EN 410 gemessenen Lichttransmission von 32% auf, welcher eine Fläche von 1540 cm einnahm. 13% der Durchsichtsfläche dieser WSS hatten demnach eine Lichttransmission von 32%, die verbleibenden 87% eine Lichttransmission von ca. 88%. Ein mit der gleichen Folie hergestelltes Laminat der Abmessung 10 cm x 30 cm aus zwei Floatglasscheiben der Dicke 2,1 mm wies bei 20 °C eine Abklingkonstante tl von 5,5 x 10' s" auf. Erfindungsgemäßes Beispiel 2 66 Gew.-Teile PVB-Harz, welches einen PVOH-Gehalt von 20,0 Gew.-% aufwies, wurde mit 34 Gew.-Teilen einer Mischung aus 2 Gew.-Teilen Dihexyladipat (DHA) und 1 Gew.-Teil Serdox NIS 5 (ein durchschnittlich 5-fach ethoxylierter 2-Butyloctylalkohol der Firma SASOL) im Hauptstrang einer Extrusionsanlage plastifiziert und zum Düsenaustritt gefördert. Über die Weichmachermischung wurden zusätzlich als UV-Absorber 0,15 Gew.-% Tinuvin 328 (berechnet auf die Summe aus PVB-Harz und Weichmachermischung) sowie die Haftung zu Glas regulierende Zusätze in weniger als 0,10 Gew.-% in die Mischung eingebracht. Daneben wurde in
einem unabhängig steuerbaren kleineren Nebenextruder die gleiche Grundmischung plastifiziert wobei zusätzlich zu den genannten Additiven 0,44 Gew.-% einer 20% pastösen Zubereitung von Euvinyl® Blau 69/0202 in DOP-Weichmacher, 0,174 Gew.-% TACK® DOP 15/1 sowie 0,05 Gew.-% einer 20% pastösen Zubereitung von Hostaperm® Rosa E transparent in DOP-Weichmacher in der verwendeten Weichmachermischung homogen verteilt waren (Gew.-% der Pigmentpräparationen und Additive bezogen auf 100 Gew.-% der Foliemassea, die sich in diesem Fall aus 66 Gew.-% Harz und 34 Gew.-Weichmachermischung ergeben). In dem Fachmann bekannter Weise wurde der gefärbte Seitenstrang im Extrusionswerkzeug kurz vor Austritt der Schmelze seitlich mit dem ungefärbten Hauptstrang der plastifizierten PVB-Masse zusammengeführt, so dass die aus einer Breitschlitzdüse austretende Folienbahn an einem Rand der Länge nach partiell blau gefärbt war. Durch einen Einsatz im Extrusionswerkzeug und beidseitiges besäumen des extrudierten Folienstreifens war die Breite des eingefärbten Bereiches auf 22 cm begrenzt worden, wobei die Gesamtbreite der partiell eingefärbten Folienbahn 100 cm und die Dicke der Folie über ihre gesamte Breite 1,00 mm betrug. Eine mit dieser Folie hergestellte Windschutzscheibe, deren nicht vom Siebdruckrand bedeckte Durchsichtsfläche eine Höhe von 94 cm und eine Breite von 110 cm an der Scheibenoberkante und eine Breite von 130 cm an der Scheibenunterkante aufwies, in welcher der eingefärbte Bereich der Folie bündig mit der Oberkante der WSS abschloss und an der Unterkante der WSS ca. 2 cm überstehende Folie abgeschnitten worden war, wies in der in Näherung als Trapez berechneten Gesamtdurchsichtfläche von 12220 cm2 an der oberen Kante eine blauen Farbstreifen von ca. 19 cm Höhe mit einer nach EN 410 gemessenen Licht- transmission von 5% auf, welcher eine Fläche von 2090 cm einnahm. 17% der Durch- sichtsfläche dieser WSS hatten demnach eine Lichttransmission von 5%, die verbleibenden 83% eine Lichttransmission von ca. 88%. Ein mit der gleichen Folie hergestelltes Laminat der Abmessung 10 cm x 30 cm aus zwei Floatglasscheiben der Dicke 2,1 mm wies bei 20 °C eine Abklingkonstante tl von 5,2 x 10"3 s"1 auf.