WO2012045781A1 - Verbundglas sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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    • H05B2214/04—Heating means manufactured by using nanotechnology

Definitions

  • the invention relates to a laminated glass according to the preamble of claim 1.
  • Laminated glass is known to consist of two or more glasses, which are interconnected by means of an adhesive intermediate layer. If the laminated glass is used as a sight glass, as undisturbed a view is sought. In the case of laminated safety glass, particularly high demands are placed on the mechanical strength of the glass element. Often both properties are required, e.g. in vehicle windshields, as roof glazing or
  • Graphene is a two-dimensional carbon crystal, which is characterized on the one hand by an electrical conductivity and on the other hand by an extremely high strength. Furthermore, the incident optical light is only attenuated by about 2.3%, regardless of the wavelength, by a layer of graphene.
  • the laminated glass according to the invention for electrical heating.
  • the electric heating can be a single graphene layer or more stacked or juxtaposed
  • Graphene layers are contacted electrically.
  • the electrical contact may be via a contact rail contacting one or more graphene layers over an extended ply edge, e.g. along an edge of the laminated glass. This is advantageous at two opposite edges of the
  • Heating means such as electrically conductive foil, a conductive coating or
  • Wire heating fields be provided.
  • the graphene can contact such known heating elements directly.
  • the desired heating effect can be introduced more quickly and over the entire surface into the glass surface.
  • the mechanical strength and thus the safety of the laminated glass can be increased.
  • the breaking strength and the bombardment strength of the glass element can be substantially increased, on the other hand, with the same strength requirement, the required glass thickness of such
  • the at least one layer of the introduced graphene can, in particular, be the cross-linked one required, for example, in the case of vehicle windscreens after a glass breakage
  • the surface heating power of graphene within a laminated glass may be increased by increasing the layer thickness, e.g. by several graphene layers, which can be isolated within the surface and at least on sub-surfaces against each other, are increased. Due to a greater layer thickness of the graphene layer (s), the
  • the graphene layer may be in addition to other layers, e.g. Plastic layers for bonding and composite formation, can be provided.
  • the graphene can be introduced into the composite over its entire area or in one or more subareas.
  • the at least one layer of graphene as a thin-layered, porous, crosslinked material when introduced between the glass and the melted film, does not impair the fatigue strength of the required full-surface adhesive bonds between the glasses and the melting films, or only negligibly.
  • the at least one graphene sheet can be stably and uniformly coated on one or more adhesive layers, e.g. in the form of one or more
  • Melt films are present, if necessary, in each case on both sides of the film applied.
  • Graphene material adapted laying head, which is manually or mechanically guided.
  • the molten film to be occupied possibly with vacuum, fixed on the outer surface of the drum and be occupied with rotating winding drum with graphene.
  • the laying head is then constructed according to the availability and type of graphene layer (s), i. adapted to the preconfigured graph.
  • the laying can e.g. as one or more contiguous widths
  • the at least one graphene layer for example because it is available as a narrow material, ie much narrower than the area to be occupied is also laid spirally flush as a sequence of individual traces of graphene on the winding drum. This can be realized with a relative to the rotation of the winding drum transverse movement of the laying head, z. B. in the direction of the axis of rotation of the drum. Thus, a uniform and full coverage of the melt film with graphene is possible.
  • the at least one Graphenlage also on a surface
  • Spreading adhesive layer in particular melt film, are applied.
  • an insulating track interrupting the at least one graphene layer, which is preferably arranged between the at least one contact rail and the laminated glass edge behind it and parallel to the laminated glass edge.
  • This insulating track is advantageously 4 mm or more wide and completely interrupts the graphene layer (s) towards the laminated glass edge in order to prevent short circuits and moisture entry from the glass edge into the heating field.
  • a suitable masking tape e.g. an adhesive tape, adhered to the melt film and removed after Graphenaufbringung so that the melt film on the width of the adhesive tape in any case remains graphene-free, whereby the insulating trace is given.
  • the application of the at least one graphene layer to the enamel foil surfaces can be carried out by a mechanical or chemical application process or a combination of mechanical and chemical application processes.
  • the electrical properties of graphene can be influenced by the incorporation of hydrogen atoms.
  • Hydrogen-atom graphene is also called graphan.
  • Graphene in the sense of this invention is also understood to mean the graphane and any stable intermediate form between pure graphene and hydrogenated graphite.
  • the at least one graphene layer can be used as an electrical conduction layer for further effects on the entire surface of the Laminated glass or be used on sub-areas thereof, for example, for lighting effects, capacitor effects, solar collector effects and / or electrical
  • the components necessary for the effects can be electrically contacted by means of the at least one graphene layer and controlled or regulated by way of this.
  • Figure 1 shows in plan view and Fig. 2 in cross-section schematically a
  • Windscreen 1 which consists of two glass panes 4 and 5, an adhesive
  • Melt film 6 and a graphene layer 7 is composed.
  • electrically contacted contact rails 2 and 3 are provided on the longitudinal edges of the windshield, which also contact the graphene layer 7.
  • heat output can be delivered to the laminated glass, so that the windshield 1 is heated.
  • Graphene layer which may consist of one or more layers of graphene, protects against external influence.

Abstract

Verbundglas, bestehend aus mindestens zwei Glaselementen (4, 5) und mindestens einer zwischen den Glaselementen (4, 5) angeordneten Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht aus mindestens einer Lage Graphen (7) besteht. Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Verbundglases werden mindestens zwei scheibenförmige Glaselemente (4, 5) mit ihren flachen Seiten zusammengelegt, wobei zwischen die Glaselemente (4, 5) eine Klebeschicht vorgesehen wird und vor dem Zusammenlegen der Glaselemente (4, 5) und der Klebeschicht mindestens eine Graphenlage (7) zwischen die Glaselemente (4, 5) platziert wird.

Description

Beschreibung
Verbundglas sowie Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Verbundglas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Verbundglas besteht bekanntlich aus zwei oder mehreren Gläsern, die mittels einer klebfähigen Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Wird das Verbundglas als Sichtglas eingesetzt, ist eine möglichst ungestörte Durchsicht angestrebt. Im Falle von Verbundsicherheitsglas werden besonders hohe Anforderungen an die mechanische Festigkeit des Glaselementes gestellt. Oftmals werden auch beide Eigenschaften gefordert, z.B. bei Fahrzeugwindschutzscheiben, als Dachverglasung oder
einbruchhemmend an Gebäuden oder als beschusshemmende Verglasung an gepanzerten Fahrzeugen.
Es ist auch bekannt, Verbundglasscheiben beheizbar zu gestalten. Hierzu werden im Verbundmaterial metallisch leitende Elemente eingebaut, entweder als dünne metallische Beschichtung von innen liegenden Glasflächen oder mit einer zusätzlichen eingelegten elektrisch leitfähigen Folie oder mit eingebrachten Drahtheizfeldern, bestehend aus vielen dünnen Einzeldrähten, nebeneinander eingebettet in die
Schmelzfolie.
Der Nachteil all dieser Heizelemente besteht insbesondere darin, dass die klare Sicht durch das fertige Glaselement erkennbar beeinträchtigt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Verbundglas zur Verfügung zu stellen, dessen Aufbau eine erhöhte Festigkeit und/oder eine verbesserte Durchsichtigkeit und/oder eine Beheizbarkeit erlaubt.
Die Aufgabe wird mit einem Verbundglas der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird die
Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Graphen ist ein zweidimensionaler Kohlenstoffkristall, der sich zum einen durch eine elektrische Leitfähigkeit und zum anderen durch eine extrem hohe Festigkeit auszeichnet. Des Weiteren wird von einer Lage Graphen das auftreffende optische Licht unabhängig von der Wellenlänge lediglich um circa 2,3% abgeschwächt.
Für die Zurverfügungstellung des Graphens wurde im Jahr 2010 der Physik- Nobelpreis vergeben. Praktische Anwendungen des Materials wurden nicht genannt. Die oben erwähnten physikalischen Eigenschaften sind jedoch ideal für die
Herstellung von Verbundglas, insbesondere Verbundsicherheitsglas.
So ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verbundglas zur elektrischen Beheizung zu verwenden. Für die elektrische Beheizung kann eine einzelne Graphenschicht oder können mehrere übereinander oder nebeneinander angeordnete
Graphenschichten elektrisch kontaktiert werden. Der elektrische Kontakt kann über eine Kontaktschienen erfolgen, die eine oder mehrere Graphenlage(n) über eine ausgedehnte Lagenkante kontaktiert, z.B. entlang einer Kante des Verbundglases. Dies wird vorteilhaft an zwei einander gegenüberliegenden Kanten des
Verbundglases realisiert. Hierdurch kann eine gleichmäßige Durchströmung der betroffenen Lage erreicht werden.
Nötigenfalls kann die Heizleistung zusätzlich zum Graphen durch bekannte
Heizmittel, wie elektrisch leitfähigen Folie, eine leitfähige Beschichtung oder
Drahtheizfelder, erbracht werden. Dabei kann das Graphen solche bekannten Heizelemente jeweils direkt kontaktieren. Der gewünschte Heizeffekt kann dadurch schneller und vollflächig in die Glasfläche eingebracht werden.
Außerdem kann durch die eine oder mehreren Lagen des eingebrachten Graphens die mechanische Festigkeit und damit die Sicherheit des Verbundglases erhöht werden. Dadurch können einerseits die Bruchfestigkeit und die Beschussfestigkeit des Glaselementes wesentlich erhöht werden, andererseits kann bei gleich bleibender Festigkeitsanforderung die erforderliche Glasdicke von solchen
Glaselementen wesentlich reduziert werden. Die mindestens eine Lage des eingebrachten Graphens kann besonders die z.B. bei Fahrzeugwindschutzscheiben nach einem Glasbruch geforderte vernetzte
Restfestigkeit ohne Durchbruch erhöhen.
Die Flächenheizleistung des Graphens innerhalb eines Verbundglases kann durch Vergrößerung der Schichtdicke, z.B. durch mehrere Graphenlagen, die innerhalb der Fläche auch zumindest auf Teilflächen gegeneinander isoliert sein können, erhöht werden. Durch eine größere Schichtdicke der Graphenlage(n) kann auch die
mechanische Festigkeit des Verbundglaselements gesteigert werden.
Die Graphenschicht kann neben anderen Schichten, z.B. Kunststoffschichten zur Klebung und Verbundbildung, vorgesehen werden. Das Graphen kann vollflächig oder in einer oder mehreren Teilflächen in den Verbund eingebracht werden.
Die mindestens eine Graphenlage beeinträchtigt als dünnschichtiger poröser vernetzter Werkstoff bei Einbringung zwischen Glas und Schmelzfolie die Dauerfestigkeit der erforderlichen vollflächigen Klebeverbindungen zwischen den Gläsern und Schmelzfolien nicht oder nur vernachlässigbar gering. Demgegenüber kann eine im Stand der Technik verwendete dünne vollflächige Folie oder Glasbeschichtung die Stabilität der
Klebeverbindungen erheblich reduzieren.
Zur Herstellung kann die mindestens eine Graphenlage stabil und gleichmäßig auf eine oder mehrere Klebeschichten, die z.B. in Form einer oder mehrerer
Schmelzfolien vorliegen, ggf. jeweils auf beiden Folienseiten, aufgebracht werden.
Dies kann mittels einer Vorrichtung mit Wickeltrommel und einem auf das
Graphenmaterial angepassten Verlegekopf erfolgen, der manuell oder maschinell geführt wird. Dabei kann die zu belegende Schmelzfolie, ggf. mit Vakuum, auf der Trommelaußenfläche fixiert und bei drehender Wickeltrommel mit Graphen belegt werden. Der Verlegekopf ist dann je nach Verfügbarkeit und Art der Graphenlage(n) konstruiert, d.h. an das vorkonfigurierte Graphen angepasst.
Die Verlegung kann z.B. als eine oder mehrere zusammenhängende breite
Graphenspuren erfolgen. Alternativ kann die mindestens eine Graphenlage, z.B. weil sie als schmales Material, d. h. viel schmaler als die zu belegende Fläche, verfügbar ist, auch spiralförmig bündig als eine Abfolge von einzelnen Graphenspuren auf der Wickeltrommel verlegt werden. Dies kann mit einer zur Drehung der Wickeltrommel relativen Querbewegung des Verlegekopfes realisiert werden, z. B. in Richtung der Drehachse der Trommel. Damit ist eine gleichmäßige und vollflächige Belegung der Schmelzfolie mit Graphen möglich.
Alternativ kann die mindestens eine Graphenlage auch auf einer flächig
ausgebreiteten Klebeschicht, insbesondere Schmelzfolie, aufgebracht werden.
Es kann auch vorgesehen werden, im Bereich der Verbundglaskante eine die mindestens eine Graphenschicht unterbrechende Isolierspur einzurichten, die vorzugsweise zwischen der mindestens einen Kontaktschiene und der dahinter liegenden Verbundglaskante sowie parallel zur Verbundglaskante angeordnet ist. Diese Isolierspur ist vorteilhaft 4 mm oder mehr breit und unterbricht komplett die Graphenlage(n) zur Verbundglaskante hin, um Kurzschlüsse und Feuchteeintrag von der Glaskante aus ins Heizfeld hinein zu verhindern. Zur Herstellung der Isolierspur kann vor der Graphenaufbringung ein geeignetes Abdeckband, z.B. ein Klebeband, auf die Schmelzfolie aufgeklebt und nach der Graphenaufbringung wieder entfernt werden, so dass die Schmelzfolie auf der Breite des Klebebandes in jedem Fall graphenfrei bleibt, wodurch die Isolierspur gegeben ist.
Das Aufbringen der mindestens einen Graphenlage auf die Schmelzfolienflächen kann mit einem mechanischen oder chemischen Auftrageverfahren oder einer Kombination aus mechanischem und chemischem Auftrageverfahren durchgeführt werden.
Die elektrischen Eigenschaften des Graphens lassen sich durch den Einbau von Wasserstoffatomen beeinflussen. Mit Wasserstoffatomen versehenes Graphen wird auch Graphan genannt. Unter Graphen im Sinne dieser Erfindung wird auch das Graphan verstanden und jede stabile Zwischenform zwischen reinem Graphen und mit Wasserstoffatomen gesättigtem Graphan.
Im erfindungsgemäßen Verbundglas kann die mindestens eine Graphenlage als elektrische Leitungsschicht für weitere Effekte auf der gesamten Fläche des Verbundglases oder auf Teilflächen hiervon genutzt werden, z.B. für Leuchteffekte, Kondensatoreffekte, Solarkollektoreffekte und/oder elektrische
Glasscheibenverdunklungseffekte. Dabei können die für die Effekte notwendigen Bausteine mittels der mindestens einen Graphenlage elektrisch kontaktiert und hierüber gesteuert oder geregelt werden.
Im Folgenden wird anhand von Figuren eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundglases dargestellt.
Figur 1 zeigt in Aufsicht und Fig. 2 im Querschnitt schematisch eine
Windschutzscheibe 1 , die aus zwei Glasscheiben 4 und 5, einer klebenden
Schmelzfolie 6 und einer Graphenschicht 7 zusammengesetzt ist. Außerdem sind an den Längskanten der Windschutzscheibe elektrisch kontaktierte Kontaktschienen 2 und 3 vorgesehen, die auch die Graphenschicht 7 kontaktieren. Durch Stromfluss durch die Graphenschicht kann Wärmeleistung an das Verbundglas abgegeben werden, so dass die Windschutzscheibe 1 beheizbar ist. Zwischen den
Kontaktschienen 2 und 3 und den benachbarten Kanten der Windschutzscheibe 1 ist jeweils eine Isolierspur 8 bzw. 9 vorgesehen, die an der jeweiligen Kante die
Graphenschicht, die aus einer oder mehreren Lagen Graphen bestehen kann, gegen Einfluss von außen schützt.

Claims

Ansprüche:
1 . Verbundglas, bestehend aus mindestens zwei Glaselementen (4, 5) und mindestens einer zwischen den Glaselementen (4, 5) angeordneten
Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht aus
mindestens einer Lage Graphen (7) besteht.
2. Verbundglas nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage des Graphens (7) elektrisch kontaktiert ist.
3. Verbundglas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung mittels Kontaktschienen (2, 3) gegeben ist.
4. Verbundglas nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Graphenlage (7) mit im Verbundglas an gegenüberliegenden Kanten angeordneten Kontaktschienen (2, 3) mit adhäsiv - konduktiven
Klebstoffauftrag verbunden ist.
5. Verbundglas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens eine Graphenlage (7) so eingesetzt ist, dass hierdurch eine Steigerung der mechanischen Festigkeit erreicht wird.
6. Verbundglas nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens eine Graphenlage (7) so eingesetzt ist, dass hierdurch eine Heizbarkeit des Verbundglases erreicht wird.
7. Verbundglas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass zusätzlich zur mindestens einen Graphenlage (7) andersartige Heizelemente, insbesondere mindestens eine elektrisch leitfähige Folie, mindestens eine leitfähige Beschichtung oder mindestens ein Drahtheizfeld eingebracht ist.
8. Verbundglas nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens eine Graphenlage (7) auf die
inneren Glasflächen aufgebracht sind.
9. Verbundglas nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Graphenlage (7) auf
innere Schmelzfolienflächen aufgebracht sind.
10. Verbundglas nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass entlang mindestens einer Verbundglaskante eine die mindestens eine wirksame Graphenlage (7) gegen die Verbundglaskante isolierende Isolierspur (8, 9) vorgesehen ist.
1 1 . Verbundglas nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Graphenlagen (7) oder in der einen Graphenlage (7) atomarer Wasserstoff gebunden ist.
12. Verbundglas nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen den Glaselementen (4, 5) elektrisch aktive oder ansteuerbare Elemente, z. B. Dioden, Leuchtdioden, Kondensatoren oder
Solarzellen, vorgesehen sind, die über die Graphenlage (7) oder über mindestens eine der Graphenlagen (7) elektrisch kontaktiert sind.
13. Verfahren zur Herstellung eines Verbundglases gemäß den
Ansprüchen 1 bis 12, bei dem mindestens zwei scheibenförmige Glaselemente (4, 5) mit ihren flachen Seiten zusammengelegt werden, wobei zwischen die Glaselemente (4, 5) eine Klebeschicht (6) vorgesehen wird und vor dem Zusammenlegen der Glaselemente (4, 5) und der Klebeschicht mindestens eine Graphenlage (7) zwischen die Glaselemente (4, 5) platziert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht aus mindestens einer Schmelzfolie (6) besteht und die mindestens eine Graphenlage (7) auf die Schmelzfolie aufgebracht wird, wobei bei mindestens zwei Graphenlagen (7) die Graphenlagen (7) auf einer oder auf beiden Seiten der mindestens einen Schmelzfolie (6) aufgebracht werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlegen der mindestens einen Graphenlage (7) auf einer Seite der mindestens einen Schmelzfolie mittels einer die Schmelzfolie (6) tragenden Wickeltrommel erfolgt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Verlegekopfes die Verlegung der mindestens einen Graphenlage (7) spiralförmig erfolgt, wobei der Verlegekopf bei drehender Wickeltrommel im
Wesentlichen parallel zur Drehachse der Trommel verfährt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen der mindestens einen Graphenlage (7) und einer Verbundglaskante mindestens eine zur Verbundglaskante parallele Isolierspur (8, 9) eingearbeitet wird, indem vor Ablage der mindestens einen Graphenlage (7) ein Abdeckstreifen mit einer der Isolierspur (8, 9) entsprechenden Breite auf die
Klebeschicht aufgebracht und nach Ablegen der mindestens einen Graphenlage (7) wieder entfernt wird.
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