WO2015010923A1 - Verbundelement und dessen verwendung - Google Patents

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WO2015010923A1
WO2015010923A1 PCT/EP2014/064889 EP2014064889W WO2015010923A1 WO 2015010923 A1 WO2015010923 A1 WO 2015010923A1 EP 2014064889 W EP2014064889 W EP 2014064889W WO 2015010923 A1 WO2015010923 A1 WO 2015010923A1
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glass
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lightweight composite
μηι
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PCT/EP2014/064889
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Jens MEISS
Clemens Ottermann
Hauke Esemann
Joerg Hinrich Fechner
Markus HEISS-CHOUQUET
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Schott Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a composite element with a mineral glass or glass ceramic layer and an organic layer adjacent to the glass or glass ceramic layer with a low total basis weight and a low heat release rate and the method for producing and using such a composite element. Furthermore, the invention comprises an aircraft window inner pane or lightweight window pane and a smoke barrier element with such a composite element.
  • panes of a laminate composite mineral glass / polymer meet the requirements for transparency and thermal safety, but not those of the basis weight, such as laminated glass panes, as they are known as windscreen for motor vehicles or as laminated safety glass in the architectural field.
  • Other laminated mineral glass / polymer laminates as described in the prior art performance below do not meet the applicable fire safety requirements. Since state-of-the-art windscreens did not meet the applicable aircraft construction conditions, special permits have been issued by the relevant aviation authority. It is currently standard, for windows or doors or components of a window or door or as a room divider to use discs made of a polycarbonate (PC) or polymethyl methacrylate (PMMA). These are made, for example, as extruded plates, from which the corresponding contour then
  • DE 44 15 878 A1 discloses a laminated glass pane intended for use in vehicles.
  • This laminated glass is formed in three layers with two glass layers, between which the plastic plate is arranged.
  • the plastic core with a thickness between 1 and 4 mm supports the two glass layers, so that despite their small thickness between 0.2 and 1, 5 mm, the laminated glass has a certain strength.
  • the glass layers are connected to the plastic core via an elastic two-component silicone rubber having a thickness between 0.01 to 0.5 mm, which was formed as a stress-compensating adhesive layer between the plastic plate and the respective glass layer.
  • DE 102009021938 A1 in a further development of DE 44 15 878 A1 shows a laminated glass pane, in particular for use as a motor vehicle window or facade cladding, consisting of a plastic sheet of transparent plastic with a thickness of between 1 mm and 10 mm and of at least one layer of glass the plastic plate is firmly connected.
  • the intermediate layer was dispensed with and the glass layer was made thinner with a thickness between 0.02 mm and 0.1 mm.
  • a relatively thick plastic plate is proposed, which is also much thicker than the glass layer, so that this composite disc does not meet the thermal safety requirements, as required for example in the requirements for aviation.
  • an improved interior trim element for vehicle cabins which comprises at least a first section, which may have a transparent plastic carrier substrate on the surface of which a glass coating is applied.
  • a glass coating With such a glass coating a particularly scratch-resistant surface, as well as advantages in terms of heat resistance and fire retardancy should be obtained.
  • the glass-coated first section can comprise a second section, preferably made of a composite material, eg a frame, which is connected to the first section in a material, form, and / or non-positively connected manner. In this case, the first and the second section can be firmly connected to each other.
  • the thickness of the glass coating also has a comparatively small thickness in comparison with the thickness of the plastic substrate material. chooses that this is mechanically stable enough and if necessary further requirements are met. Overall, however, no dimensions are given in this prior art. However, since the thickness of the plastic carrier material has a comparatively greater thickness than the thickness of the glass coating, this composite disc also does not meet the fire protection requirements, as required for example in the requirements for aviation.
  • the object of the invention is therefore to provide a composite element, which satisfies in addition to a sufficiently low basis weight and sufficient thermal safety requirements of the common provisions of the requirements for aviation.
  • the basis weight is a reference value of 2.4 kg / m 2 and as thermal safety requirements a reference to the provisions of the FAA according to the "Aircraft Materials Fire Test Handbook", in particular to the "Total Heat Release Rate”.
  • the inventive lightweight glass pane meets the requirements of thermal safety requirements. As the most critical size, the lightweight glass panel meets the requirement for “Total Heat Release”, ie the absolute heat release or the release of the absolute amount of heat, according to FAA specifications and test conditions according to the "Aircraft Materials Fire Test Handbook", DOT / FAA / AR-00/12, Chapter 5 "Heat Release Rate Test for Cabin Materials” and has a “Total Heat Release” as measured in accordance with JAR / FAR / CS 25, App.
  • Total Heat Release ie the absolute heat release or the release of the absolute amount of heat
  • the lightweight glass panel meets the requirement of the "Vertical Bunsen Burner Test", ie the Bunsen burner test or bunsen burner test with flame directed perpendicularly to the lower edge of the test material, according to FAA specifications and test conditions corresponding to "Aircraft Materials Fire Test Handbook ", DOT / FAA / AR-00/12, Chapter 1 "Vertical Bunsen Burner Test for Cabin and Cargo Component Materials” and shows a post burn time after removal of the flame in the test, measured in accordance with the FAR / JAR / CS 25, App F, Part I, of less than 15 seconds, preferably less than 8 seconds, more preferably less than 3 seconds, especially preferably less than 1 second, such short afterburning times are achieved due to a self-extinguishing behavior, which is due to the inventive construction of the lightweight composite disk In particularly preferred embodiments, afterburning times of up to 0 seconds are achieved.
  • the inventive lightweight composite composite pane comprises a mineral glass or glass ceramic layer and an organic layer A and has a basis weight with a lower limit of greater than or equal to 0.5 kg / m 2 , preferably greater than or equal to 1 kg / m 2 , more preferably of greater than or equal 1, 3 kg / m 2, in particular greater than or equal 1, 5 kg / m 2, in particular greater than or equal 1, 8 kg / m 2, in particular greater than or equal to 2 kg / m 2, and has a basis weight with an upper limit of less than or equal to 5.5 kg / m 2 , preferably less than or equal to 3 kg / m 2 , more preferably less than or equal to 2.5 kg / m 2 , in particular less than or equal to 2.3 kg / m 2 .
  • the basis weight of the lightweight composite composite disk has a lower limit of greater than or equal to 0.6 kg / m 2 , in particular greater than or equal to 0.8 kg / m 2 , greater than or equal to 0.9 kg / m 2 , 1, 1 kg / m 2 , 1, 2 kg / m 2 , 1, 4 kg / m 2 , 1, 6 kg / m 2 , 1, 7 kg / m 2 , 1, 9 kg / m 2 and 2.1 kg / m 2 on.
  • the basis weight of the lightweight composite composite disk has an upper limit of less than or equal to 5.5 kg / m 2 , in particular of less than or equal to 5.0 kg / m 2 , 4.5 kg / m 2 , 4.0 kg / m 2 , 3.5 kg / m 2 , 2.8 kg / m 2 , 2.6 kg / m 2 , 2.4 kg / m 2 and 2.2 kg / m 2 on.
  • the ratio of the thickness of the mineral glass pane to the thickness of the organic layer is 1: 0.01 to 1: 1, in particular 1: 0.01 to 1: 0.9 , preferably 1: 0.01 to 1: 0.6, more preferably 1: 0.01 to 1: 0.3, especially 1: 0.01 to 1: 0.25, most preferably 1: 0.01 to 1 : 0.2, most preferably 1: 0.01 to 1: 0.15, in particular 1: 0.01 to 1: 0.1 and the thickness of the organic layer is less than or equal to 500 ⁇ , in particular less than or equal to 450 ⁇ , in particular less than or equal to 350 ⁇ m, in particular less than or equal to 300 ⁇ m, in particular less than or equal to 200 ⁇ m, in particular less than or equal to 150 ⁇ m, particularly preferably less than or equal 100 ⁇ m, in particular less than or equal to 80 ⁇ m, very particularly preferably less than or equal to 70 ⁇ m ⁇ , in particular less than or equal to
  • the absolute amount of heat is, on the one hand, the proportion of organic in the lightweight composite pane It is not only the absolute amount of heat-releasing or combustible organic matter that is crucial, but within the specified basis weights is also the ratio between non-flammable mineral glass or glass-ceramic and the total amount of organic in such a lightweight composite disc is critical to meeting thermal safety requirements, and it does matter how much heat capacity is on the part of the glass or glass-ceramic in a lightweight composite wheel e is provided and can be absorbed by heat from the glass or the glass ceramic within the limit of the weight per unit area for the lightweight composite pane.
  • the inventive lightweight composite disk of the specified basis weights in compliance with the specified ratio limits between non-combustible glass or glass ceramic and the proportion of organic matter.
  • the optical properties, in particular the transparency of the lightweight composite pane are an essential feature.
  • These include window or door elements or components of a window or door, room dividers or smoke gas barrier elements, so-called smoke bars, in the field of architecture or as equipment elements for vehicle cabins in the field of transportation, such as interior windows in an aircraft or glazing in an electric vehicle.
  • smoke bars in the field of architecture or as equipment elements for vehicle cabins in the field of transportation, such as interior windows in an aircraft or glazing in an electric vehicle.
  • the basis weight occupies a significant role, failed so far attempts to adapt lightweight materials to the thermal safety requirements on the quality of the optical properties.
  • a significant improvement in the thermal properties of Polymer materials in the direction of flame retardance or flammability have always been unsustainable at the expense of transparency.
  • Transparency is understood to be the property of a layer, a pane or a composite pane having a transmission greater than or equal to 80 percent in the visible wavelength range of the light from 380 nm to 900 nm, in particular from 420 nm to 800 nm.
  • the transparency of the lightweight composite pane in respectively preferred embodiments is greater than 80%, preferably greater than 85%, particularly preferably greater than 88%, particularly preferably greater than 90%.
  • the transparency of the lightweight glass pane can also be greater than 91%.
  • the mineral glass or glass ceramic layer has a corresponding transparency and the transparency of the organic layer is, partly because of their limited layer thickness, even higher.
  • the lightweight glass pane is less than or equal to 1.5%, preferably less than or equal 1.0%, more preferably less than 0.5%, measured with a HazeGard, measurement according to ASTM D1003 D1044.
  • the color rendering index of the lightweight glass pane according to DIN EN 410 is greater than or equal to 95, preferably greater than or equal to 98, particularly preferably greater than or equal to 99.
  • the base carrier plate of the inventive lightweight composite composite pane is a mineral glass pane or a glass ceramic wherein the thickness of a glass or glass ceramic pane is less than or equal to 1 mm, preferably less than or equal to 0.8 mm, particularly preferably less than or equal to 0.6 mm and greater than or equal to 200 ⁇ m, preferably greater equal to 350 ⁇ , particularly preferably greater than or equal to 450 ⁇ particular preferably greater than or equal to 500 ⁇ , in particular particular greater than or equal to 530 ⁇ amounts.
  • Advantageous thicknesses are 0.2 mm, 0.21 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.55 mm, 0.7 mm, 0.9 or 1, 0 mm.
  • a glass or a glass ceramic is used which is biased for his / her use.
  • This glass or glass ceramic may be thermally and chemically tempered chemically by ion exchange or thermally or in combination.
  • the mineral glass pane preferably consists of a lithium-aluminum silicate glass, soda lime silicate glass, borosilicate glass, alkali aluminosilicate glass, alkali-free or low-alkali aluminosilicate glass.
  • Such glasses are obtained, for example, by means of drawing methods, such as a downdraw drawing method, overflow fusion or by means of float technology.
  • a low-iron or iron-free glass in particular with a Fe 2 0 3 - content less than 0.05 wt.%, Preferably less than 0.03 wt.% Can be used, as this has reduced absorption and thus in particular allows increased transparency.
  • gray glasses or colored glasses are preferred.
  • a basic support material may also serve an optical glass, such as a heavy flint glass, Lanthanheflintglas, flint glass, duflintglas, crown glass, borosilicate crown glass, barium crown glass, heavy-carbon glass or fluorocarbon glass.
  • Lithium aluminosilicate glasses of the following glass compositions are preferably used as carrier material, consisting of (in% by weight)
  • coloring oxides such as Nd 2 0 3 , Fe 2 0 3 , CoO, NiO, V 2 05, Nd 2 0 3 , Mn0 2 , Ti0 2 , CuO, Ce0 2 , Cr 2 0 3 , Rare -Erd oxides in amounts of 0-1 wt .-%
  • refining agents such as As 2 0 3 , Sb 2 0 3 , Sn0 2 , S0 3 , Cl, F, Ce0 2 from 0-2 wt%.
  • soda lime silicate glasses of the following glass compositions consisting of (in% by weight)
  • coloring oxides such as Nd 2 0 3, Fe 2 0 3, CoO, NiO, V 2 0 5, Nd 2 0 3, Mn0 2, Ti0 2, CuO, Ce0 2, Cr 2 0 3, Rare earth oxides in contents of 0-5 wt.% Or for "black glass" of 0-15 wt.%, As well as refining agents such as As 2 0 3 , Sb 2 0 3 , Sn0 2 , S0 3 , Cl , F, Ce0 2 from 0-2% by weight.
  • coloring oxides such as Nd 2 0 3, Fe 2 0 3, CoO, NiO, V 2 0 5, Nd 2 0 3, Mn0 2, Ti0 2, CuO, Ce0 2, Cr 2 0 3, Rare earth oxides in contents of 0-5 wt.% Or for "black glass" of 0-15 wt.%, As well as refining agents such as As 2 0 3 , Sb 2 0 3 , Sn0 2 , S0 3 , Cl ,
  • Borosilicate glasses of the following glass compositions are furthermore preferably used as carrier material, consisting of (in% by weight)
  • coloring oxides such as Nd 2 0 3, Fe 2 0 3, CoO, NiO, V 2 0 5, Nd 2 0 3, Mn0 2, Ti0 2, CuO, Ce0 2, Cr 2 0 3, Rare earth oxides in contents of 0-5 wt.% Or for "black glass" of 0-15 wt.%, As well as refining agents such as As 2 0 3 , Sb 2 0 3 , Sn0 2 , S0 3 , Cl , F, Ce0 2 from 0-2% by weight.
  • Alkali aluminosilicate glasses of the following glass compositions are also preferably used as carrier material, consisting of (in% by weight)
  • coloring oxides such as Nd 2 0 3, Fe 2 0 3, CoO, NiO, V 2 0 5, Nd 2 0 3, Mn0 2, Ti0 2, CuO, Ce0 2, Cr 2 0 3, Rare earth oxides in contents of 0-5 wt.% Or for "black glass" of 0-15 wt.%, As well as refining agents such as As 2 0 3 , Sb 2 0 3 , Sn0 2 , S0 3 , Cl , F, Ce0 2 from 0-2% by weight.
  • coloring oxides such as Nd 2 0 3, Fe 2 0 3, CoO, NiO, V 2 0 5, Nd 2 0 3, Mn0 2, Ti0 2, CuO, Ce0 2, Cr 2 0 3, Rare earth oxides in contents of 0-5 wt.% Or for "black glass" of 0-15 wt.%, As well as refining agents such as As 2 0 3 , Sb 2 0 3 , Sn0 2 , S0 3 , Cl ,
  • alkali-free aluminosilicate glasses of the following glass compositions consisting of (in% by weight)
  • coloring oxides such as Nd 2 0 3, Fe 2 0 3, CoO, NiO, V 2 0 5, Nd 2 0 3, Mn0 2, Ti0 2, CuO, Ce0 2, Cr 2 0 3, Rare earth oxides in contents of 0-5 wt.% Or for "black glass" of 0-15 wt.%, As well as refining agents such as As 2 0 3 , Sb 2 0 3 , Sn0 2 , S0 3 , Cl , F, Ce0 2 from 0-2% by weight.
  • coloring oxides such as Nd 2 0 3, Fe 2 0 3, CoO, NiO, V 2 0 5, Nd 2 0 3, Mn0 2, Ti0 2, CuO, Ce0 2, Cr 2 0 3, Rare earth oxides in contents of 0-5 wt.% Or for "black glass" of 0-15 wt.%, As well as refining agents such as As 2 0 3 , Sb 2 0 3 , Sn0 2 , S0 3 , Cl ,
  • coloring oxides such as Nd 2 0 3, Fe 2 0 3, CoO, NiO, V 2 0 5, Nd 2 0 3, Mn0 2, Ti0 2, CuO, Ce0 2, Cr 2 0 3, Rare earth oxides in contents of 0-5 wt.% Or for "black glass" of 0-15 wt.%, As well as refining agents such as As 2 0 3 , Sb 2 0 3 , Sn0 2 , S0 3 , Cl , F, Ce0 2 from 0-2% by weight.
  • coloring oxides such as Nd 2 0 3, Fe 2 0 3, CoO, NiO, V 2 0 5, Nd 2 0 3, Mn0 2, Ti0 2, CuO, Ce0 2, Cr 2 0 3, Rare earth oxides in contents of 0-5 wt.% Or for "black glass" of 0-15 wt.%, As well as refining agents such as As 2 0 3 , Sb 2 0 3 , Sn0 2 , S0 3 , Cl ,
  • thin glasses such as those sold by Schott AG, Mainz under the designations D263, D263 eco, B270, B270 eco, Borofloat, Xensation Cover, Xensation cover 3D, AF45, AF37, AF32 or AF32 eco are particularly preferred.
  • the mineral disc is a glass ceramic, wherein the mineral glass ceramic disc consists of a ceramized aluminosilicate glass or lithium aluminosilicate glass, in particular of a chemically and / or thermally cured ceramified aluminosilicate glass or lithium aluminosilicate glass.
  • the disc consists of a ceramizable starting glass, which ceramizes in the event of fire under the influence of heat or further ceramizing progressively and thus causes an increased fire safety.
  • a glass ceramic or a ceramizable glass with the following composition of the starting glass is preferably used (in% by weight):
  • a glass ceramic or a ceramizable glass with the following composition of the starting glass is preferably used (in% by weight):
  • a glass ceramic or a ceramizable glass with the following composition of the starting glass is preferably used (in% by weight):
  • the content of Ti0 2 is particularly advantageously less than 2 wt .-%
  • the content of Sn0 2 is particularly advantageous less than 0.5 wt .-%
  • the content of Fe 2 0 3 particularly advantageous less than 200 ppm.
  • the at least one glass-ceramic disc contains high-quartz mixed crystals or keatite mixed crystals as the predominant crystal phase.
  • the crystallite size is preferably less than 70 nm, more preferably less than or equal to 50 nm, most preferably less than or equal to 10 nm.
  • this is thermally and / or chemically prestressed in a preferred embodiment of the invention.
  • a lightweight composite panel must pass an "Abuse load test” and a "Ball drop test” as specified in the "Lufthansatechnik Material Qualification Requirements", for example Glass ceramic pane to comply with an inventive lightweight composite pane, if this is thermally and / or chemically prestressed.
  • Thermal and chemical tempering processes are known. In thermal tempering processes, the entire glass article is heated, and then the glass surface quenched rapidly by blowing cold air. As a result, the surface solidifies immediately, while the glass interior continues to contract. This results in a tension inside and correspondingly on the surface a compressive stress.
  • thermal tempering processes are generally less suitable for thin glasses having a thickness of less than 1 mm or 0.5 mm.
  • the glass or glass-ceramic pane is advantageously thermally pre-stressed prior to chemical tempering.
  • the invention particularly preferably relates to an embodiment of the glass or glass ceramic pane as a chemically tempered substrate.
  • Chemical tempering can be carried out in one or more stages.
  • alkali or lithium-containing glasses or glass ceramics are used in which sodium ions are exchanged for potassium ions or lithium ions for sodium ions.
  • a compressive stress is generated in this way in the surface of the glass or glass ceramic pane.
  • the ion exchange takes place, for example, in a corresponding salt bath, such as KNO 3 or NaNO 3 or AgNO 3 or any mixture of the salts or in a multistage process using KNO 3 and / or NaNO 3 and / or AgNO 3 .
  • the tempering temperatures are in the range of 350 ⁇ to 490 ° C with an annealing time of 1 to 16 hours.
  • the ion exchange in an AgN0 3 salt bath takes place in particular in order to design the surface antibacterial by incorporation of silver ions.
  • the compressive stress at the surface is at least 600 MPa, preferably at least 800 MPa at a penetration depth of the exchanged ions of greater than or equal to 30 ⁇ , preferably greater than or equal to 40 ⁇ .
  • the compressive stress at the surface may be lower, but in the multi-stage biasing the penetration depth of the exchanged ions is increased, so that the strength of the tempered glass or the tempered glass ceramic can be higher overall ,
  • the compressive stress on the surface of the glass or glass ceramic disc is at least 500 MPa at a penetration depth of more preferably greater than or equal to 50 ⁇ m and particularly preferably greater than or equal to 80 ⁇ m.
  • the penetration depth can also amount to more than 100 ⁇ m.
  • the ion exchange depth of a chemical curing for a glass or glass ceramic pane in a lightweight composite pane is greater than or equal to 30 .mu.m, preferably greater than or equal to 40 .mu.m, particularly preferably greater than or equal to 50 .mu.m, particularly preferably greater is equal to 80 ⁇ and the surface compressive stress of a glass or glass ceramic disc in a lightweight composite composite is greater than or equal to 500 MPa, preferably greater than or equal to 600 MPa, preferably greater than or equal to 700 MPa, more preferably greater than or equal to 800 MPa, more preferably greater than or equal to 900 MPa.
  • the penetration depth of the exchanged ions and thus the surface zones of a higher compressive stress in the glass or glass ceramic pane increase the strength of the glass or glass ceramic pane.
  • it is in each case matched to the total thickness of the glass or glass ceramic disc, because if the tensile stress which is generated in the interior of the glass or glass ceramic disc during chemical curing is too high, the glass or glass ceramic disc would break.
  • the pane reacts more sensitively due to its internal tensile stress.
  • the internal tensile stress in the glass or glass-ceramic disc is therefore less than or equal to 50 MPa, preferably less than or equal to 30 MPa, particularly preferably less than or equal to 20 MPa, particularly preferably less than or equal to 15 MPa.
  • the surface compressive stress of the glass or glass ceramic disk is greater than or equal to 500 MPa, preferably greater than or equal to 600 MPa, preferably greater than or equal to 700 MPa, particularly preferably greater than or equal to 800 MPa, particularly preferably greater than or equal to 900 MPa.
  • the four-point bending tensile strength according to DIN EN 843-1 or DIN EN 1288-3 of the glass or glass-ceramic pane in a lightweight composite pane is greater than or equal to 550 MPa, preferably greater than or equal to 650 MPa, particularly preferably greater than or equal to 800 MPa.
  • the Young's modulus or modulus of elasticity of the glass or glass-ceramic pane in a light weight composite pane is greater than or equal to 68 GPa, preferably greater than or equal to 73 GPa, particularly preferably greater than or equal to 74 GPa, particularly preferably greater than or equal to 80 GPa.
  • the shear modulus of the glass or glass-ceramic pane in a lightweight composite composite pane is greater than or equal to 25 GPa, preferably greater than or equal to 29 GPa, particularly preferably greater than or equal to 30 GPa, particularly preferably greater than or equal to 33 GPa.
  • a tempered glass or glass ceramic disc has a high surface hardness and offers a high resistance to scratching and scratching by external force.
  • the Vickers hardness of a non-tempered mineral glass or glass ceramic pane or the glass or glass ceramic pane in a non-prestressed state according to DIN EN 843-4 or EN ISO 6507-1 is greater than or equal to 500 HV 2/20, preferably greater than or equal to 560 HV 2 / 20, particularly preferably greater than or equal to 610 HV 2/20 or the Vickers hardness of the mineral glass or glass ceramic pane in a prestressed state greater than or equal to 550 HV 2/20, preferably greater than or equal to 600 HV 2/20, particularly preferably greater than or equal to 650 HV 2 / 20, particularly preferably greater than or equal to 680 HV 2/20 at a test force of 2 N (corresponding to a mass of 200 g).
  • a glass or glass ceramic pane as an outer layer for a lightweight composite pane also has the advantage of good resistance to chemicals, in particular to cleaning agents, in addition to the aspects of fire safety and scratch resistance. This ensures the use of a wide variety of detergents without limitation and the long-term stability of the surface quality and optical properties despite a high number of cleaning cycles.
  • the glass or glass ceramic pane in a lightweight composite pane has a transparency greater than 80%, preferably greater than 85%, particularly preferably greater than 88%, particularly preferably greater than 90%. But it can also have a transparency of over 91%.
  • the lightweight composite disk according to the invention should ensure a high splinter protection in case of breakage, i. no splinters should be released to the environment. Therefore, the glass pane is combined with an organic layer in compliance with thermal safety requirements. This layer is provided above all as an anti-shattering layer which, in the event of a breakage, holds together or holds the fractions of the glass pane and which also increases the elasticity and reliability of the lightweight composite pane.
  • the thickness of the organic layer is less than or equal to 500 ⁇ m, in particular less than or equal to 450 ⁇ m, in particular less than or equal to 350 ⁇ m, in particular less than or equal to 300 ⁇ , in particular less than or equal to 240 ⁇ , preferably less than or equal to 200 ⁇ , in particular less than or equal to 150 ⁇ , more preferably less than or equal 100 ⁇ , especially less than or equal to 80 ⁇ , very particularly preferably less than or equal to ⁇ ⁇ , in particular less than or equal to 50 ⁇ in particular less than or equal to 30 ⁇ , in particular less than or equal to 25 ⁇ .
  • the transparency of the organic layer is greater than 80%, preferably greater than or equal to 85%, particularly preferably greater than or equal to 88%, particularly preferably greater than or equal to 90%, and through the organic layer the haze of the lightweight composite disk (Haze, measured using a HazeGard, measurement according to ASTM D1003 D1044) by less than 1% (Haze absolute) too. Accordingly, the polymer is selected for the organic layer.
  • the difference in the refractive index of the glass or glass ceramic pane and the organic layer is less than or equal to 0.3, preferably less than or equal to 0.25, particularly preferably less than or equal to 0.2, particularly preferably less equal to 0.15.
  • the optical retardation i. the optical retardation of the organic layer is not more than 20 nm, preferably less than 15 nm.
  • the surface of the organic layer facing outward in the lightweight composite disk has a high surface quality and at its surface a waviness of less than or equal to 100 nm, preferably less than or equal to 80 nm, particularly preferably less than or equal to 50 nm and roughness R T of less than or equal to 30 nm less than or equal to 20 nm, more preferably less than or equal to 10 nm.
  • the streak ie the formation or size of streaks of the organic layer, is less than 100 nm, preferably less than or equal to 50 nm, particularly preferably less than or equal to 30 nm.
  • the roughness R T also known as the roughness, is determined according to DIN 4762 Part 1 -08.60 and corresponds to the maximum distance between the profile crest and the profile valley within a reference section. It is not to be confused with the roughness R A , which corresponds to the arithmetic mean of all distances and is usually only a fraction of R T.
  • the roughness describes the short-wave part of the deviation from an ideally flat surface.
  • the waviness (measured according to DIN / ISO 1 1562 with a cut-off of 0.8 to 8.0 mm and 2CRPC 50 filter) describes the mean wavelength component of the deviation from an ideally flat surface.
  • the ripple is determined over a measuring distance of 20 mm.
  • the streak is measured with the same device parameters as the ripple, the evaluation distance is 2mm.
  • the polymer for the organic layer such that its elastic modulus is less than 5 GPa, preferably less than 2.6 GPa, most preferably less than 1.5 GPa.
  • the stress occurring is distributed by the organic layer over a larger area and substantially reduced.
  • the elastic modulus of a very thin plastic layer can be determined from force penetration depth measurements. For this purpose, a test specimen of defined geometry, generally a diamond pyramidal created, pressed with increasing load in the surface and then relieved again. The modulus of elasticity results from the slope of the relief straight line (penetration depth as a function of the load).
  • the measurements are carried out with a so-called pico-in-tor, with which very small indentation depths between 10 and 100 nm can be realized. This is necessary because when the penetration depth exceeds about 10% of the layer thickness, the substrate begins to influence the measurement.
  • the organic layer consists of a curable thermosetting reaction resin, which produces a durable, tough-elastic and transparent adhesion with the glass to increase the splinter protection.
  • the organic layer preferably consists of a polymer of the group of phenolic resins, such as phenol-formaldehyde resins, aminoplasts, such as urea-formaldehyde resins or melamine-formaldehyde resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins (phenacrylate resins), diallyl phthalate resins, silicone resins, or Wetting polyurethane resins.
  • phenolic resins such as phenol-formaldehyde resins, aminoplasts, such as urea-formaldehyde resins or melamine-formaldehyde resins
  • epoxy resins unsaturated polyester resins
  • vinyl ester resins (phenacrylate resins) diallyl phthalate resins
  • silicone resins or Wetting polyure
  • the refractive indices of the glass or glass ceramic disc and the organic layer are matched to one another in a preferred embodiment.
  • the difference in the refractive index is less than or equal to 0.3, preferably less than or equal to 0.25, particularly preferably less than or equal to 0.2, particularly preferably less than or equal to 0.15.
  • typical refractive indices for the glass or glass-ceramic disc are 1, 502 (at 780 nm), 1, 506 (at 633 nm) 1, 508 (at 588 nm) for an aluminosilicate glass, or in its compressive stress layer after chemical tempering 1 , 510 (at 780 nm), 1, 514 (at 633 nm) 1, 516 (at 588 nm) or for a borosilicate glass 1, 523 (at 588 nm) or for an alkali-free aluminosilicate glass 1, 510 (at 588 nm) or for a soda-lime glass 1, 52 (at 588 nm).
  • the refractive index of the organic layer for example, as PMMA (polymethyl methacrylate) is a guide value 1, 49 or, for example, as a polyacrylate is a guide 1, 48th
  • the following indicative value is given by way of example:
  • a density of 2.39 to 2.48 g / cm 3 for a borosilicate glass has a density of 2.51 g / cm 3
  • a alkali-free aluminosilicate glass a density of 2.43 g / cm 3
  • a soda-lime glass for a density of 2.5 g / cm 3
  • a lithium Alumino-silicate glass ceramic has a density of 2.5 g / cm 3
  • an organic layer as PMMA a density of 1.19 g / cm 3
  • a silicone resin has a density of 0.98 to 1, 07 g / cm 3
  • a polyacrylate is a guide 1, 3 to 1, 6.
  • the invention also includes a method for producing such a lightweight composite pane.
  • a method for producing such a lightweight composite pane In order to produce a lightweight composite pane, first the glass or glass ceramic pane itself has to be manufactured and provided. In order to produce a glass or glass-ceramic pane of the required surface quality, this should be done in a down-draw process, overflow-fusion process or in a float process.
  • the glass or glass ceramic pane is hardened prior to its coating, in particular chemically prestressed.
  • the surface quality of the glass or glass ceramic pane is a prerequisite for achieving a corresponding surface quality. te on the polymer side of the lightweight composite disk.
  • the glass or glass-ceramic pane After the glass or glass-ceramic pane has been produced, it can either be further treated directly or, if the steps of pretreating the glass or glass-ceramic pane surface and the organic layer are spatially separated from the glass or glass-ceramic pane production, be separated first, which results in the production of smaller and smaller medium quantities is to be preferred.
  • the pretreatment of the glass or glass-ceramic disc surface is done to ensure good adhesion of the organic layer.
  • the viscosity of the reaction resins is adjusted so that there is an excellent surface quality of the organic layer after it has hardened. Furthermore, in order to achieve good optical properties, the encapsulation of the organic layer is carried out such that a bubble-free organic layer is present in the lightweight composite composite pane.
  • the application in the liquid phase to the rigid glass or glass-ceramic pane also ensures that no drafting direction is formed in the organic layer and thus the optical retardation of the organic layer and thus of the lightweight composite pane is less than 20 nm.
  • the glass or glass ceramic pane coated with the organic layer is separated after the coating process.
  • the coating is preferably carried out by spin-coating or spray-spinning.
  • Coating methods that are also suitable for a continuous process include dispensing, rolling or spraying.
  • glass or glass ceramic panes of less than or equal to 1 mm, preferably less than or equal to 0.8 mm, more preferably less than or equal to 0.6 mm and greater than or equal to 200 ⁇ m, preferably greater than or equal to 350 ⁇ m , Particularly preferably greater than or equal to 450 ⁇ particular preferably greater than or equal to 500 ⁇ , in particular greater than or equal to 530 ⁇ is ⁇ and the application of polymer layers of less than or equal to 500 ⁇ , especially less than or equal to 450 ⁇ , especially less than or equal to ⁇ 350 ⁇ , especially less than or equal to 300 ⁇ , especially less than or equal to 240 ⁇ , preferably less than or equal to 200 ⁇ , especially less than or equal to 150 ⁇ , especially preferably less than or equal to 100 ⁇ m, in particular less than or equal to 80 ⁇ m, very particularly preferably less than or equal to 70 ⁇ m, in particular less than or equal to 50
  • the best results are obtained by surface treatment prior to coating by one of the methods such as UV irradiation of the glass sheet surface in an ozone-containing atmosphere, by corona treatment, by flame pyrolysis, by flaming and / or by plasma treatment or a combination of at least two of said treatments.
  • the applied organic layer should preferably be cured by means of one of heat, UV radiation, IR radiation, microwave and / or electron beam crosslinking, or a combination of at least two of the agents. Also useful are vacuum and / or a RIM (Reaction Injection Molding) method or a combination of at least two of the mentioned means.
  • RIM Reaction Injection Molding
  • the invention also includes the use of such a lightweight composite disk.
  • a lightweight composite composite pane is suitable as an equipment element for vehicle cabins in the area of transportation, in particular for vehicle cabins of an aircraft or an electromobile, but also for applications in shipping or other means of transportation.
  • the lightweight composite disc according to the invention allows applications where in addition to a low basis weight high scratch resistance, surface hardness, surface quality, good chemical resistance to cleaning agents and very good fire protection properties, such as flammability, flame retardance or smoke barrier arrives, according to the statements, as described above each.
  • the lightweight composite panel according to the invention allows applications as a window or door element or part of a window or door or as a room divider or as a table element or part of a table, such as a folding table in the field of aviation, where particularly stringent requirements are made. Meeting all of these requirements, as set forth in regulatory guidelines and regulations such as the FAA, RTCA, EASA, or aircraft manufacturer specifications, is used as an equipment item for an aircraft.
  • the invention also relates to the use as an equipment element for vehicle cabins in the field of transportation, in particular, in addition to vehicle cabins for an aircraft and those for a scooter.
  • the invention relates in particular to the use as a window or door element or part of a window or door or as a room divider or as a table element.
  • Room dividers are used to separate certain passenger areas from each other.
  • the lightweight composite pane can be part of a folding table, as is common in aircraft.
  • the invention likewise comprises an aircraft window inner pane or lightweight window pane with a lightweight composite pane according to one of the preceding embodiments or a combination thereof according to the invention.
  • the invention further comprises the use of a lightweight composite composite pane as a fire-resistant lightweight component in the field of architecture, in particular as a smoke barrier element, room divider, window, door, wall or ceiling element or as a component of a nes window, a door, a wall or ceiling, as a display window or as part of a piece of furniture.
  • a lightweight composite composite pane as a fire-resistant lightweight component in the field of architecture, in particular as a smoke barrier element, room divider, window, door, wall or ceiling element or as a component of a nes window, a door, a wall or ceiling, as a display window or as part of a piece of furniture.
  • the invention also comprises a smoke barrier element (Smokebarrier) with a lightweight composite pane according to one of the preceding embodiments or a combination thereof according to the invention.
  • smoke barrier elements for example, 20 to 100 cm vertically mounted from the ceiling hanging on the ceiling to prevent in a room propagation or transmission of smoke in case of fire.
  • a fire hazard is often caused by the spread of smoke in buildings with the associated risk of smoke poisoning for people.
  • Such fireproof, lightweight smoke barrier elements can significantly increase the time for a safe escape in case of fire. Due to the low weight of the lightweight composite discs and their high fire protection, a solution with low static load on the structure and thus low costs can be provided.
  • the basic substrate substrate forms a first glass pane 11 made of a chemically tempered aluminosilicate glass, as offered by the company Schott AG / Mainz under the name Xensation ® Cover, with a thickness of 0.55 mm and density of 2.48 g / cm 3 , as organic layer A 21, a polymethyl methacrylate having a thickness of 150 ⁇ and density of 1, 19 g / cm 3 was used.
  • the result was a basis weight of 1.54 kg / m 2 and thus a weight saving of 35% compared to a standard window pane made of pure PC or PMMA in an aircraft interior with 2.4 kg / m 2 as comparison value.
  • This lightweight composite panel 1 passed the Bunsen Burner test, which was tested in accordance with the provisions and regulations of FAR / JAR / CS 25, App. F, Part I & AITM 2,0002A. And she also passed the heat release test. This test was conducted in accordance with the provisions and regulations of FAR / JAR / CS 25, App. F, Part IV & AITM 2,0006. Examples 2 and 3 below show further alternative embodiments of a lightweight composite disk according to the embodiment of FIG. 1, which passed the Bunsen Burner test and the heat release test.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leichtgewichtsverbundscheibe, welche eine mineralische Glas- oder Glaskeramikscheibe und eine organische Schicht umfasst. Das Flächengewicht der Leichtgewichtsverbundscheibe liegt im Bereich von 0,5 kg/m2 bis 5,5 kg/m2, das Verhältnis der Dicke der mineralischen Glasscheibe zu der Dicke der organischen Schicht beträgt 1:0,01 bis 1:1 und die Dicke der organischen Schicht ist kleiner gleich 500 μm. Die Leichtgewichtsverbundscheibe erfüllt die thermischen Sicherheitsanforderungen der Luftfahrtbehörden und weist einen "Total Heat Release", gemessen in Übereinstimmung mit der JAR/FAR/CS 25, App. F, Part IV & AITM 2.0006, von kleiner 65 kW x Min./m2 und eine Nachbrennzeit nach Entfernung der Flamme im "Vertical Bunsen Burner Test", gemessen in Übereinstimmung mit der FAR/JAR/CS 25, App. F, Part I & AITM 2.0002A, von kleiner 15 Sek. auf. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Leichtgewichtsfensterscheibe, insbesondere eine Flugzeugfensterinnenscheibe und ein Rauchbarriereelement.

Description

Verbundelement und dessen Verwendung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundelement mit einer mineralischen Glas- oder Glaskeramikschicht und einer an die Glas- oder Glaskeramikschicht angrenzenden organischen Schicht mit einem niedrigen Gesamtflächengewicht und einer niedrigen Heat Release Rate sowie das Verfahren zur Herstellung und die Verwendung eines solchen Verbundelements. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Flugzeugfensterinnenscheibe oder Leichtgewichtsfensterscheibe und ein Rauchbarriereelement mit solch einem Verbundelement.
Glas/Kunststoff Verbundscheiben für den Einsatz in Fahrzeugen zu Land, zu Wasser und zu Luft sowie auch für die Verwendung im Architekturbereich und Bereich der Inneneinrichtungen sind auf mancherlei Weise im Stand der Technik beschrieben und erfüllen manche Anforderungen, welche gestellt werden. Einige Anwendungen, vor allem solche im Bereich Transportation, wie im Flugzeugbau und Bau von Elektromobilen, stellen jedoch Anforderungsprofile, für die im Stand der Technik bisher keine Lösungen aufgezeigt wurden. Zu nennen sind hier vor allem Scheiben mit einem geringen Flächengewicht und gleichzeitig der Erfüllung hoher thermischer Sicherheitsanforderungen, gekoppelt mit einer hohen optischen Transparenz, guter Kratzfestigkeit und guter Chemikalienbeständigkeit.
Für besondere Anwendungen, wie beispielsweise in der Luftfahrt, sind spezielle Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, welche eine Verbesserung der bekannten Verbundmaterialien erfordern. Im Kabinenbereich, beispielsweise für Scheiben als Innenausstattungselemente wie Raumteiler oder Scheiben für Fenster und Türen werden hohe thermische Sicherheitsanforderungen gestellt, wie diese beispielsweise im„C.F.R.(„Code of Federal Re- gulations"), Title 14 Aeronautics and Space, Chapter I Federal Aviation Administrations, Departement of Transportation, Part 25 Airworthiness Standards, Transport Categories Airplanes, Appendix F" oder in„Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment, der RTCA (Radio Technical Commission for Aeronautics )/DO-160G" oder in den„Material Qualification Requirements Glass Materials" der Lufthansa Technik oder in den entsprechenden Regularien der EASA (European Aviation Safety Agency) wie der CS- 25 („Certification Specifications for Large Aeroplanes") näher beschrieben sind. Maßgebende Werte zur Beurteilung der thermischen Sicherheits- bzw. Brandschutzanforderungen stellen die Heat Release (Wärmefreisetzung) dar und Eigenschaften wie Hitzefestigkeit, Entflammbarkeit, Brandlänge, Nachbrennzeit, Nachbrennzeit Tropfen, Rauchgasdichte und Toxizitätsgrenzen hinsichtlich der Rauchgase. Hierfür gibt es jeweils strenge Bestimmungen und enge Grenzen.
Bei dem„Heat Release Rate Test for Cabin Materials" in Übereinstimmung mit der Norm FAR (Federal Aviation Regulation) 25.853c/d App. F Part IV, wird der Probekörper während des Tests in einer Kammer definiert der Einwirkung von Wärme und Oberflächenbe- flammung ausgesetzt. Gefordert wird eine„Peak Heat Release Rate" von kleiner 65 kW/m2 und eine„Total Heat Release" von kleiner 65 kW * Min./ m2 innerhalb von 2 Minuten.
Weitere Anforderungen hinsichtlich der„flammability", wie sie in der FAR 25.853a App. F Part I (a)(1 )(i) beschrieben sind und mittels„Vertical Bunsen Burner Test" ermittelt werden, fordern eine Brandlänge von kleiner 152 mm, eine Nachbrennzeit von kleiner 15 s und eine Nachbrennzeit von Tropfen, beim Brand abtropfenden Materials, von kleiner 3 s. Hier wird der Probekörper während des Tests mit einem Abstand von 19 mm für die Dauer von einer Minute direkt an der Kante mit einer definierten Flamme (Länge 38 mm, Bunsenbrenner mit 10 mm Innendurchmesser) beaufschlagt.
Daneben gibt es Grenzen bezüglich des Flächengewichts solcher Inneneinrichtungselemente, die aufgrund der Anforderungen z.B. aus der Luftfahrtindustrie einzuhalten sind. Mineralische Glasscheiben in bekannter Form scheiden bei ausreichender Festigkeit aufgrund ihres Flächengewichts aus oder bei Einhaltung des geforderten Flächengewichts scheiden sie aufgrund zu geringer Festigkeit oder ihrer Neigung zur Verbreitung von Splittern im Falle eines Bruches aus, wenn sie auch die thermischen Sicherheitsanforderungen erfüllen würden. Scheiben aus einem Polymerwerkstoff erfüllen zwar die Anforderungen an das Flächengewicht, aber nicht die geltenden Brandschutzanforderungen. Eine Verbesserung des Flammschutzes für solche Polymerscheiben geht jedoch immer mit Einbußen der Transparenz für solche Werkstoffe einher, was diese dann für Anwendungen z.B. als Sichtfenster unbrauchbar macht. Bekannte Scheiben aus einem Laminatverbund mineralisches Glas / Polymer erfüllen zwar die Anforderungen an die Transparenz und die thermische Sicherheit, aber nicht die des Flächengewichts, wie z.B. Verbundglasscheiben, wie sie als Frontscheibe für Kraftfahrzeuge oder als Verbundsicherheitsglas im Architekturbereich bekannt sind. Andere Laminatverbundscheiben mineralisches Glas / Polymer, wie sie nachfolgend in der Aufführung des Standes der Technik beschrieben sind, erfüllen nicht die geltenden Brandschutzanforderungen. Da Scheiben nach dem Stand der Technik die geltenden Bedingungen im Flugzeugbau nicht erfüllten, gelten dort bisher Sondergenehmigungen der jeweils zuständigen Luftfahrtbehörde. So ist es derzeit Standard, für Fenster- oder Türenelemente oder Bestandteile eines Fensters oder einer Türe oder als Raumteiler Scheiben aus einem Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) zu verwenden. Diese werden beispielsweise hergestellt als extrudierte Platten, aus denen die entsprechende Kontur dann
ausgeschnitten wird oder im Spritzgussverfahren, bei dem die Kontur direkt abgeformt wird. Zur Verbesserung der Brandschutzsicherheit können die Materialien mit Additiven ausgerüstet werden. Trotzdem erfüllen solche Scheiben jedoch in keinem Fall die gesamten Forderungen der internationalen Bestimmungen hinsichtlich Brandschutzsicherheit, wie sie z.B. von der FAA (Federal Aviation Administration) der USA aufgestellt wurden und international angewendet werden, wie z.B. die JAR („Joint Aviation Requirements") bzw. die CS („Certification Specifications) der EASA wiedergeben. Auch besitzen solche Scheiben keine mit Glas vergleichbare Kratzfestigkeit, trotz teilweise zusätzlicher Hartstoffbeschich- tungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Vorteilhaft ist einzig ihr geringes Flächengewicht. Die Dicke einer solchen standardmäßig als Fensterscheibe der Innenausstattung in Flugzeugen eingesetzten PC- oder PMMA-Scheibe beträgt typischerweise etwa 2 mm mit einem Flächengewicht von 2,4 kg/m2 und gilt als Maßgabe für entsprechende Weiterentwicklungen oder Alternativen.
Nach dem Stand der Technik offenbart die DE 44 15 878 A1 eine Verbundglasscheibe, die zur Verwendung bei Fahrzeugen vorgesehen ist. Diese Verbundglasscheibe ist dreischichtig mit zwei Glasschichten ausgebildet, zwischen denen die Kunststoff platte angeordnet ist. Der Kunststoff kern mit einer Dicke zwischen 1 und 4 mm stützt die beiden Glasschichten, so dass trotz deren geringer Dicke zwischen 0,2 und 1 ,5 mm die Verbundglasscheibe eine gewisse Festigkeit aufweist. Die Glasschichten sind mit dem Kunststoff kern über einen elastischen Zwei-Komponenten-Silikonkautschuk mit einer Dicke zwischen 0,01 bis 0,5 mm verbunden, der als spannungsausgleichende Kleberschicht zwischen der Kunststoff platte und der jeweiligen Glasschicht ausgeformt wurde. Hierdurch konnte bereits das Gewicht einer Verbundglasscheibe spürbar vermindert werden. Um äußeren Einwirkungen, wie beispielsweise einer Gefahr durch Steinschlag entgegen zu wirken, musste hier jedoch eine Mindestdicke der Glasschichten eingehalten werden, was die Gewichtseinsparung begrenzte. Die Gesamtdicke der vorgeschlagenen Verbundscheibe liegt hier theoretisch bei 1 ,42 bis 8,0 mm. Aufgrund der relativ dicken organischen Schicht besitzt diese Verbund- scheibe keine ausreichende Brandschutzsicherheit, wie sie beispielsweise in den Anforderungen für die Luftfahrt gefordert werden.
Ebenso zeigt die DE 102009021938 A1 in einer Weiterentwicklung der DE 44 15 878 A1 eine Verbundglasscheibe, insbesondere zur Verwendung als Kraftfahrzeugscheibe oder Fassadenverkleidung, bestehend aus einer Kunststoffplatte aus durchsichtigem Kunststoff mit einer Dicke zwischen 1 mm und 10 mm und aus wenigstens einer Glasschicht, die mit der Kunststoffplatte fest verbunden ist. Zur weiteren Gewichtseinsparung wurde auf die Zwischenschicht verzichtet und die Glasschicht ist dünner ausgeführt mit einer Dicke zwischen 0,02 mm und 0,1 mm. Auch hier wird eine relativ dicke Kunststoffplatte vorgeschlagen, welche ebenfalls wesentlich dicker ist als die Glasschicht, sodass diese Verbundscheibe nicht die thermischen Sicherheitsanforderungen erfüllt, wie sie beispielsweise in den Anforderungen für die Luftfahrt gefordert werden.
Entsprechende Vorschläge machen auch beispielsweise die EP 0 669 205, die DE 10 2010 037 und die WO 201 1/152380. Nachteilig ist immer, dass im Verhältnis zur Glasdicke die Kunststoff Schicht zu dick ist. Solche Scheiben erfüllen nicht die thermischen Sicherheitsanforderungen der Luftfahrt, mindestens nicht die Anforderungen bezüglich der„heate relea- se rate", da immer eine zu hohe Wärmefreisetzung und damit Brandunterstützung gegeben ist, aber auch nicht die Anforderungen nach dem„vertical burner test", da der Anteil der Organik in den Verbundscheiben zu hoch ist.
Die DE 20 2010 013 869 U1 zeigt Innenausstattungselemente für Fahrzeugkabinen, insbesondere von Flugzeugen. Es soll insbesondere ein verbessertes Innenausstattungselement für Fahrzeugkabinen, bereitgestellt werden, welches zumindest einen ersten Abschnitt um- fasst, der ein transparentes Kunststoffträgersubstrat aufweisen kann, auf dessen Oberfläche eine Glasbeschichtung aufgebracht ist. Mit einer solchen Glasbeschichtung soll eine besonders kratzfeste Oberfläche, sowie Vorteile bezüglich der Hitzebeständigkeit und Brandhemmung erhalten werden. Der glasbeschichtete erste Abschnitt kann einen, vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff hergestellten zweiten Abschnitt, z.B. einen Rahmen umfassen, der mit dem ersten Abschnitt Stoff-, form-, und/oder kraftschlüssig verbunden ist. Dabei können der erste und der zweite Abschnitt fest miteinander verbunden sein. Es wird zwar in allgemeiner Form der Begriff„Leichtbauelemente" angegeben, jedoch weist auch hier die Dicke der Glasbeschichtung gegenüber der Dicke des Kunststoffträgermaterials eine vergleichsweise geringe Dicke auf. Die Dicke der Glasbeschichtung wird so ge- wählt, dass diese mechanisch ausreichend stabil ist und gegebenenfalls weitere Anforderungen erfüllt werden. Insgesamt werden in diesem Stand der Technik aber keine Maßangaben angegeben. Da die Dicke des Kunststoffträgermaterials jedoch gegenüber der Dicke der Glasbeschichtung eine vergleichsweise höhere Dicke aufweist, erfüllt diese Verbundscheibe ebenso nicht die Brandschutzerfordernisse, wie sie beispielsweise in den Anforderungen für die Luftfahrt gefordert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verbundelement bereitzustellen, welches neben einem ausreichend geringen Flächengewicht auch ausreichend den thermischen Sicherheitsanforderungen der gängigen Bestimmungen aus den Anforderungen für die Luftfahrt genügt. Hierbei gilt als Flächengewicht ein Vergleichswert von 2,4 kg/m2 und als thermische Sicherheitsanforderungen ein Bezug auf die Bestimmungen der FAA entsprechend des„Aircraft Materials Fire Test Handbook", insbesondere zu der„Total Heat Release Rate".
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Die erfinderische Leichtgewichtsglasscheibe erfüllt die Anforderungen an die thermischen Sicherheitsanforderungen. Als kritischste Größe erfüllt die Leichtgewichtsglasscheibe die Anforderung bezüglich des„Total Heat Release", d.h. die absolute Wärmefreisetzung beziehungsweise die Freisetzung der absoluten Menge an Wärme, entsprechend der Vorgaben und Testbedingungen der FAA entsprechend des„Aircraft Materials Fire Test Handbook", DOT/FAA/AR-00/12, Chapter 5„Heat Release Rate Test für Cabin Materials" und weist einen„Total Heat Release", gemessen in Übereinstimmung mit der JAR/FAR/CS 25, App.(Appendix) F, Part IV & AITM (Airbus Industries Test Method) 2.0006, von kleiner 65 kW x Min./ m2, bevorzugt von kleiner 50 kW x Min./ m2, besonders bevorzugt von kleiner 40 kW x Min./ m2 , insbesondere bevorzugt von kleiner 20 kW x Min./ m2 auf.
Als weitere Größe bezüglich der thermischen Sicherheitsanforderungen erfüllt die Leichtgewichtsglasscheibe die Anforderung bezüglich des„Vertical Bunsen Burner Test", d.h. der Senkrechte Bunsenbrennertest beziehungsweise der Bunsenbrennertest mit senkrecht auf die untere Kante des Testmaterials gerichteter Flamme, entsprechend der Vorgaben und Testbedingungen der FAA entsprechend des„Aircraft Materials Fire Test Handbook", DOT/FAA/AR-00/12, Chapter 1„Vertical Bunsen Burner Test for Cabin and Cargo Com- partment Materials" und weist eine Nachbrennzeit nach Entfernung der Flamme im Test, gemessen in Übereinstimmung mit der FAR/JAR/CS 25, App. F, Part I, von kleiner 15 Sek., bevorzugt kleiner 8 Sek., besonders bevorzugt kleiner 3 Sek., insbesondere bevorzugt kleiner 1 Sek. auf. Solche kurzen Nachbrennzeiten werden aufgrund eines selbstverlöschenden Verhaltens erreicht, welches durch den erfinderischen Aufbau der Leichtgewichtsverbundscheibe erreicht wird. Es werden in besonders bevorzugten Ausführungen Nachbrennzeiten bis zu 0 Sekunden erreicht.
Unter Erfüllung dieser Anforderungen umfasst die erfinderische Leichtgewichtsverbundscheibe eine mineralische Glas- oder Glaskeramikschicht und eine organische Schicht A und weist ein Flächengewicht mit einer unteren Grenze von größer gleich 0,5 kg/m2, bevorzugt von größer gleich 1 kg/m2, besonders bevorzugt von größer gleich 1 ,3 kg/m2, insbesondere von größer gleich 1 ,5 kg/m2, insbesondere von größer gleich 1 ,8 kg/ m2, insbesondere von größer gleich 2 kg/m2 auf und weist ein Flächengewicht mit einer oberen Grenze von kleiner gleich 5,5 kg/m2, bevorzugt von kleiner gleich 3 kg/m2, besonders bevorzugt von kleiner gleich 2,5 kg/m2, insbesondere von kleiner gleich 2,3 kg/m2 auf. In weiteren vorteilhaften Ausführungen weist das Flächengewicht der Leichtgewichtsverbundscheibe eine untere Grenze von größer gleich 0,6 kg/m2, insbesondere von größer gleich 0,8 kg/m2, größer gleich 0,9 kg/m2, 1 ,1 kg/m2, 1 ,2 kg/m2, 1 ,4 kg/m2, 1 ,6 kg/m2, 1 ,7 kg/m2, 1 ,9 kg/m2 und 2,1 kg/m2 auf. In weiteren vorteilhaften Ausführungen weist das Flächengewicht der Leichtgewichtsverbundscheibe eine obere Grenze von kleiner gleich 5,5 kg/m2, insbesondere von kleiner gleich 5,0 kg/m2, 4,5 kg/m2, 4,0 kg/m2, 3,5 kg/m2, 2,8 kg/m2, 2,6 kg/m2, 2,4 kg/m2 und 2,2 kg/m2 auf.
Um neben dem Flächengewicht die thermischen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, beträgt dabei in erfinderischer Weise das Verhältnis der Dicke der mineralischen Glasscheibe zu der Dicke der organischen Schicht 1 :0,01 bis 1 :1 , insbesondere 1 :0,01 bis 1 :0,9 , bevorzugt 1 :0,01 bis 1 :0,6 , besonders bevorzugt 1 :0,01 bis 1 :0,3 , insbesondere 1 :0,01 bis 1 :0,25 , insbesondere bevorzugt 1 :0,01 bis 1 :0,2 , ganz besonders bevorzugt 1 :0,01 bis 1 :0,15 insbesondere 1 :0,01 bis 1 :0,1 und die Dicke der organischen Schicht ist kleiner gleich 500 μηι, insbesondere kleiner gleich 450 μηι, insbesondere kleiner gleich 350 μηι, insbesondere kleiner gleich 300 μηι, insbesondere kleiner gleich 240 μηι, bevorzugt kleiner gleich 200 μηι, insbesondere kleiner gleich 150 μηι, besonders bevorzugt kleiner gleich 100 μηι, insbesondere kleiner gleich 80 μηι, ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 70 μηι, insbesondere kleiner gleich 50 μηι und insbesondere kleiner gleich 30 μηι, insbesondere kleiner gleich 25 μηι.
Zur Einhaltung der thermischen Sicherheitsanforderungen, insbesondere bezüglich des „Total Heat Release" und der Nachbrennzeit im„Vertical Bunsen Burner Test" bzw.„Bun- sen Burner Test" ist zum einen die absolute Menge an Wärme, die der Anteil der Organik in der Leichtgewichtsverbundscheibe freisetzt bzw. die brennbar ist entscheidend, weshalb die Dicke der organischen Schicht in erfinderischer Weise bei gegebenen Flächengewichten begrenzt ist. Aber es ist nicht nur die absolute Menge an Wärme freisetzender bzw. brennbarer Organik entscheidend, sondern innerhalb der angegebenen Flächengewichte ist auch das Verhältnis zwischen nicht brennbarem mineralischem Glas oder Glaskeramik und dem Gesamtanteil an Organik in einer solchen Leichtgewichtsverbundscheibe von entscheidender Bedeutung, um die thermischen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Hierbei spielt es eine Rolle, wie viel an Wärmekapazität seitens des Glases oder der Glaskeramik in einer Leichtgewichtsverbundscheibe bereitgestellt wird und damit an Wärme von dem Glas oder der Glaskeramik innerhalb der Grenze des Flächengewichts für die Leichtgewichtsverbundscheibe aufgenommen werden kann.
Auch um solche Leichtgewichtsverbundscheiben für die verschiedenen Anwendungen vor allem in den Bereichen Transportation und Architektur wirtschaftlich einsetzen zu können, aber auch um den absoluten Anteil an Organik hinsichtlich der Brandschutzanforderungen begrenzt zu halten, wird die erfinderische Leichtgewichtsverbundscheibe von den angegebenen Flächengewichten unter Einhaltung der angegebenen Verhältnisgrenzen zwischen nicht brennbarem Glas oder Glaskeramik und dem Anteil an Organik gekennzeichnet.
Für viele Anwendungen sind die optischen Eigenschaften, insbesondere die Transparenz der Leichtgewichtsverbundscheibe ein wesentliches Merkmal. Hierunter fallen Fensteroder Türenelemente oder Bestandteile eines Fensters oder einer Türe, Raumteiler oder auch Rauchgasbarriereelemente, sogenannte Smokebarriers, im Bereich Architektur oder als Ausstattungselemente für Fahrzeugkabinen im Bereich Transportation, beispielsweise Innenfensterscheiben in einem Flugzeug oder Verglasungen in einem Elektromobil. Gerade wo das Flächengewicht eine maßgebliche Rolle einnimmt, scheiterten bisher Versuche leichte Materialien den thermischen Sicherheitsanforderungen anzupassen an der Güte der optischen Eigenschaften. Eine deutliche Verbesserung der thermischen Eigenschaften von Polymermaterialien in Richtung Flammhemmung oder Entflammbarkeit ging immer in nicht tragbarer Weise auf Kosten der Transparenz.
Unter Transparenz wird die Eigenschaft einer Schicht, einer Scheibe oder einer Verbundscheibe mit einer Transmission größer gleich 80 Prozent im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichts von 380 nm bis 900 nm, insbesondere von 420 nm bis 800 nm verstanden.
Es ist den Erfindern gelungen, unter Einhaltung der o.a. thermischen Sicherheitsanforderungen und der angegebenen niedrigen Flächengewichte eine Leichtgewichtsglasscheibe bereitzustellen, die den Anforderungen an die optischen Eigenschaften für eine Sichtscheibe für die verschiedenen Einsatzgebiet gerecht wird. So beträgt die Transparenz der Leichtgewichtsverbundscheibe in jeweils bevorzugten Ausführungsformen größer 80 %, bevorzugt größer 85 %, besonders bevorzugt größer 88 %, insbesondere bevorzugt größer 90 %. Die Transparenz der Leichtgewichtsglasscheibe kann hierbei auch größer 91 % betragen. In erfinderischer Weise besitzt die mineralische Glas- oder Glaskeramikschicht eine entsprechende Transparenz und die Transparenz der organischen Schicht liegt, auch aufgrund ihrer begrenzten Schichtstärke, dabei zum Teil noch höher.
Daneben ist in der bevorzugten Ausführung der Leichtgewichtsglasscheibe mit guten optischer Eigenschaften aber auch eine hervorragende Schlierenfreiheit, geringe Trübung bzw. geringes Streuverhalten (haze), keine Verzerrungen bzw. neutrale Farbwiedergabe (entsprechend Farbwiedergabeindex DIN EN 410) gegeben. Auch hier ist das Verhältnis der Gesamtdicke der einen oder mehreren mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheiben zu der Dicke der organischen Schicht von Vorteil. So beträgt das optische Streuverhalten (haze) der Leichtgewichtsglasscheibe kleiner gleich 1 ,5%, bevorzugt kleiner gleich 1 ,0 %, besonders bevorzugt kleiner gleich 0,5%, gemessen mit einem HazeGard, Messung nach ASTM D1003 D1044. Der Farbwiedergabeindex der Leichtgewichtsglasscheibe nach DIN EN 410 beträgt größer gleich 95, bevorzugt größer gleich 98, besonders bevorzugt größer gleich 99.
Die Grundträgerplatte der erfinderischen Leichtgewichtsverbundscheibe ist eine mineralische Glasscheibe oder eine Glaskeramik wobei die Dicke der einen Glas- oder Glaskeramikscheibe kleiner gleich 1 mm, bevorzugt kleiner gleich 0,8 mm, besonders bevorzugt kleiner gleich 0,6 mm und größer gleich 200 μηι, bevorzugt größer gleich 350 μηι, besonders bevorzugt größer gleich 450 μηι insbesondere bevorzugt größer gleich 500 μηι, ins- besondere größer gleich 530 μηι beträgt. Vorteilhafte Dicken betragen 0,2 mm, 0,21 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,55 mm, 0,7 mm, 0,9 oder 1 ,0 mm.
Bevorzugt wird hier ein Glas oder eine Glaskeramik verwendet, das/die für seinen/ihren Gebrauch vorgespannt ist. Dieses Glas oder diese Glaskeramik kann chemisch durch lo- nenaustausch oder thermisch oder in einer Kombination thermisch und chemisch vorgespannt sein.
Die mineralische Glasscheibe besteht bevorzugt aus einem Lithium-Aluminiumsilikatglas, Kalk-Natron-Silikatglas, Borosilikatglas, Alkali-Aluminosilikatglas, alkalifreien oder alkaliarmen Aluminosilikatglas. Solche Gläser werden beispielsweise mittels Ziehverfahren, wie ein Downdraw-Ziehverfahren, Overflow-Fusion oder mittels Float-Technologie gewonnen.
Vorteilhaft kann ein eisenarmes oder eisenfreies Glas, insbesondere mit einem Fe203- Gehalt kleiner 0,05 Gew.%, vorzugsweise kleiner 0,03 Gew.% verwendet werden, da dieses verminderte Absorption aufweist und somit insbesondere eine erhöhte Transparenz ermöglicht.
Für andere Anwendungen werden aber auch Graugläser oder gefärbte Gläser bevorzugt. Als Grundträgermaterial kann auch ein optisches Glas dienen, wie beispielsweise ein Schwerflintglas, Lanthanschwerflintglas, Flintglas, Leichtflintglas, Kronglas, Borosilikat- Kronglas, Barium-Kronglas, Schwerkronglas oder Fluorkronglas.
Bevorzugt werden Lithium-Aluminiumsilikatgläser folgender Glaszusammensetzungen als Trägermaterial verwendet, bestehend aus (in Gew.%)
Si02 55-69
Al203 19-25
Li20 3-5
Summe Na20 + K20 0-3
Summe MgO + CaO +SrO + BaO: 0-5
ZnO 0-4
Ti02 0-5
Zr02 0-3
Summe Ti02+Zr02+Sn02 2-6
P205 0-8 F 0-1
B203 0-2 ,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Nd203, Mn02, Ti02, CuO, Ce02, Cr203, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-1 Gew.-%, sowie Läutermittel wie As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F, Ce02 von 0-2 Gew%.
Bevorzugt werden weiterhin Kalk-Natron-Silikatgläser folgender Glaszusammensetzungen als Trägermaterial verwendet, bestehend aus (in Gew.%)
Si02 40-80
Al203 0-6
B203 0-5
Summe Li20 + Na20 + K20 5-30
Summe MgO + CaO +SrO + BaO + ZnO: 5-30
Summe Ti02+Zr02 0-7
P205 0-2,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Nd203, Mn02, Ti02, CuO, Ce02, Cr203, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-5 Gew.-% bzw. für„Schwarzes Glas" von 0-15 Gew.%, sowie Läutermittel wie As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F, Ce02 von 0-2 Gew%.
Bevorzugt werden weiterhin Borosilikatgläser folgender Glaszusammensetzungen als Trägermaterial verwendet, bestehend aus (in Gew.%)
Si02 60-85
Al203 1 -10
B203 5-20
Summe Li20 + Na20 + K20 2-16
Summe MgO + CaO +SrO + BaO + ZnO: 0-15
Summe Ti02+Zr02 0-5
P205 0-2,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Nd203, Mn02, Ti02, CuO, Ce02, Cr203, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-5 Gew.-% bzw. für„Schwarzes Glas" von 0-15 Gew.%, sowie Läutermittel wie As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F, Ce02 von 0-2 Gew%. Bevorzugt werden weiterhin Alkali-Alumosilikatgläser folgender Glaszusammensetzungen als Trägermaterial verwendet, bestehend aus (in Gew.%)
Si02 40-75
Al203 10-30
B203 0-20
Summe Li20 + Na20 + K20 4-30
Summe MgO + CaO +SrO + BaO + ZnO: 0-15
Summe Ti02+Zr02 0-15
P205 0-10,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Nd203, Mn02, Ti02, CuO, Ce02, Cr203, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-5 Gew.-% bzw. für„Schwarzes Glas" von 0-15 Gew.%, sowie Läutermittel wie As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F, Ce02 von 0-2 Gew%.
Bevorzugt werden weiterhin alkalifreie Aluminosilikatgläser folgender Glaszusammensetzungen als Trägermaterial verwendet, bestehend aus (in Gew.%)
Si02 50-75
Al203 7-25
B203 0-20
Summe Li20 + Na20 + K20 0-0,1
Summe MgO + CaO +SrO + BaO + ZnO: 5-25
Summe Ti02+Zr02 0-10
P205 0-5,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Nd203, Mn02, Ti02, CuO, Ce02, Cr203, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-5 Gew.-% bzw. für„Schwarzes Glas" von 0-15 Gew.%, sowie Läutermittel wie As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F, Ce02 von 0-2 Gew%.
Bevorzugt werden weiterhin alkaliarme Aluminosilikatgläser folgender Glaszusammensetzungen als Trägermaterial verwendet, bestehend aus (in Gew.%)
Si02 50-75
Al203 7-25
B203 0-20
Summe Li20 + Na20 + K20 0-4
Summe MgO + CaO +SrO + BaO + ZnO: 5-25 Summe Ti02+Zr02 0-10
P205 0-5,
sowie ggf. Zusätzen von färbenden Oxiden, wie z.B. Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Nd203, Mn02, Ti02, CuO, Ce02, Cr203, Selten-Erd-Oxide in Gehalten von 0-5 Gew.-% bzw. für„Schwarzes Glas" von 0-15 Gew.%, sowie Läutermittel wie As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F, Ce02 von 0-2 Gew%.
Besonders bevorzugt sind beispielsweise dünne Gläser wie sie die Schott AG, Mainz unter den Bezeichnungen D263, D263 eco, B270, B270 eco, Borofloat, Xensation Cover, Xensation cover 3D, AF45, AF37, AF 32 oder AF32 eco vertreibt.
In einer weiteren Ausführung ist die mineralische Scheibe eine Glaskeramik, wobei die mineralische Glaskeramikscheibe aus einem keramisierten Alumosilikatglas oder Lithium- Alumino-Silikatglas insbesondere aus einem chemisch und/oder thermisch gehärteten keramisierten Alumosilikatglas oder Lithium-Alumino-Silikatglas besteht. In einer weiteren Ausführung besteht die Scheibe aus einem keramisierbaren Ausgangsglas, welches im Brandfall unter Hitzeinwirkung keramisiert oder weiter fortschreitend keramisiert und damit eine erhöhte Brandschutzsicherheit bewirkt.
Bevorzugt wird eine Glaskeramik oder ein keramisierbares Glas mit folgender Zusammensetzung des Ausgangsglases verwendet (in Gew.-%):
Li20 3,2 - 5,0
Na20 0 - 1 ,5
K20 0 - 1 ,5
Summe Na20 + K20 0,2 - 2,0
MgO 0,1 - 2,2
CaO 0 - 1 ,5
SrO 0 - 1 ,5
BaO 0 - 2,5
ZnO 0 - 1 ,5
Al203 19 - 25
Si02 55 - 69
Ti02 1 ,0 - 5,0
Zr02 1 ,0 - 2,5
Sn02 0 - 1 ,0 Summe Ti02+ Zr02 + Sn02 2,5 - 5,0
P205 0 - 3,0
In einer anderen Ausführung wird eine Glaskeramik oder ein keramisierbares Glas mit folgender Zusammensetzung des Ausgangsglases bevorzugt verwendet (in Gew.-%):
Li20 3 - 5
Na20 0- 1,5
K20 0- 1 ,5
Summe Na20 + K20 0,2 - 2
MgO 0,1 - 2,5
CaO 0 - 2
SrO 0-2
BaO 0 - 3
ZnO 0- 1,5
Al203 15 - 25
Si02 50 - 75
Ti02 1 - 5
Zr02 1 - 2,5
Sn02 0- 1,0
Summe Ti02+ Zr02 + Sn02 2,5 - 5
P205 0 - 3,0
In einer anderen Ausführung wird eine Glaskeramik oder ein keramisierbares Glas mit folgender Zusammensetzung des Ausgangsglases bevorzugt verwendet (in Gew.-%):
Li20 3 - 4,5
Na20 0- 1,5
K20 0- 1 ,5
Summe Na20 + K20 0,2 - 2
MgO 0 - 2
CaO 0-1,5
SrO 0-1,5
BaO 0 - 2,5
ZnO 0-2,5
B203 0 - 1
Al203 19 - 25 Si02 55 - 69
Ti02 1 ,4 - 2,7
Zr02 1 ,3 - 2,5
Sn02 0 - 0,4
Summe Ti02 + Sn02 kleiner 2,7
P205 0 - 3
Summe Zr02 + 0,87 (Ti02 + Sn02) 3,6 - 4,3
Für eine Transparenz der zumindest einen Glaskeramikscheibe von > 80% beträgt der Gehalt an Ti02 besonders vorteilhaft weniger als 2 Gew.-%, der Gehalt an Sn02 besonders vorteilhaft weniger als 0,5 Gew.-% und der Gehalt an Fe203 besonders vorteilhaft weniger als 200 ppm.
Die zumindest eine Glaskeramikscheibe enthält Hochquarz-Mischkristalle oder Keatit- Mischkristalle als vorherrschende Kristallphase. Die Kristallitgröße beträgt vorzugsweise kleiner 70 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 50 nm, ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 10 nm.
Zur Verbesserung vor allem der Bruchfestigkeit und der Kratzfestigkeit der mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe wird diese in bevorzugter Ausführung der Erfindung thermisch und/oder chemisch vorgespannt. Insbesondere für die spezielle Anwendung als Inneneinrichtungselement in der Luftfahrt, wie z. B. als Innenfensterscheibe, muss solch eine Leichtgewichtsverbundscheibe einen„Abuse load test" und einen„Ball drop test" bestehen, wie er beispielsweise in den„Lufthansa Technik Material Qualifikation Requirements" angegeben wird. Dies ist bei der Begrenzung der Dicke der Glas- oder Glaskeramikscheibe für eine erfinderische Leichtgewichtsverbundscheibe einzuhalten, wenn diese thermisch und/oder chemisch vorgespannt ist.
Bekannt sind thermische und chemische Vorspannprozesse. Bei thermischen Vorspannprozessen wird der gesamte Glasgegenstand erhitzt und dann die Glasoberfläche durch Anblasen mit kalter Luft schnell abgeschreckt. Dadurch erstarrt die Oberfläche sofort, während das Glasinnere sich weiter zusammenzieht. So entsteht im Inneren eine Zugspannung und entsprechend an der Oberfläche eine Druckspannung. Thermische Vorspannprozesse eignen sich allerdings in der Regel weniger für dünne Gläser mit einer Dicke unterhalb von 1 mm oder 0,5 mm. ln einer Ausführung der Erfindung ist die Glas- oder Glaskeramikscheibe vorteilhaft vor einem chemischen Vorspannen thermisch vorgespannt.
Die Erfindung bezieht sich besonders bevorzugt auf eine Ausführung der Glas- oder Glaskeramikscheibe als chemisch vorgespanntes Substrat. Das chemische Vorspannen kann einstufig oder auch mehrstufig erfolgen. Insbesondere werden alkali- oder lithiumhaltige Gläser oder Glaskeramiken verwendet bei denen Natrium-Ionen gegen Kalium-Ionen bzw. Lithium-Ionen gegen Natrium-Ionen ausgetauscht werden. Durch den Austausch kleinerer Ionen gegen größere Ionen wird auf diese Weise in der Oberfläche der Glas- oder Glaskeramikscheibe eine Druckspannung erzeugt. Der lonenaustausch erfolgt beispielsweise in einem entsprechenden Salzbad, wie KN03 oder NaN03 oder AgN03 oder einer beliebigen Mischung aus den Salzen oder in einem mehrstufigen Verfahren unter Verwendung von KN03 und/oder NaN03 und/oder AgN03. Die Vorspanntemperaturen liegen hier im Bereich von 350 ^ bis 490 °C mit einer Temperzeit von 1 bis 16 Stunden. Der lonenaustausch in einem AgN03 -Salzbad erfolgt insbesondere, um durch Einlagerung von Silberionen die Oberfläche antibakteriell auszugestalten.
In der Ausführung der Erfindung mit einer einstufig vorgespannten Glas- oder Glaskeramikscheibe beträgt die Druckspannung an der Oberfläche mindestens 600 MPa, vorzugsweise mindestens 800 MPa bei einer Eindringtiefe der ausgetauschten Ionen von größer gleich 30 μηι, bevorzugt größer gleich 40 μηι.
In der Ausführung der Erfindung mit einer mehrstufig chemisch vorgespannten Glas- oder Glaskeramikscheibe kann die Druckspannung an der Oberfläche geringer sein, wobei beim mehrstufigen Vorspannen jedoch die Eindringtiefe der ausgetauschten Ionen erhöht wird, sodass die Festigkeit des vorgespannten Glases oder der vorgespannten Glaskeramik insgesamt höher sein kann. Insbesondere beträgt die Druckspannung an der Oberfläche der Glas- oder Glaskeramikscheibe mindestens 500 MPa bei einer Eindringtiefe von besonders bevorzugt größer gleich 50 μηι und insbesondere bevorzugt größer gleich 80 μηι. Mit mehrstufigem Vorspannen kann die Eindringtiefe auch über 100 μηι betragen.
Die lonenaustauschtiefe einer chemischen Härtung für eine Glas- oder Glaskeramikscheibe in einer Leichtgewichtsverbundscheibe beträgt größer gleich 30 μηι, bevorzugt größer gleich 40 μηι, besonders bevorzugt größer gleich 50 μηι, insbesondere bevorzugt größer gleich 80 μηι und die Oberflächendruckspannung einer Glas- oder Glaskeramikscheibe in einer Leichtgewichtsverbundscheibe beträgt größer gleich 500 MPa, bevorzugt größer gleich 600 MPa, bevorzugt größer gleich 700 MPa, besonders bevorzugt größer gleich 800 MPa, insbesondere bevorzugt größer gleich 900 MPa.
Die Eindringtiefe der ausgetauschten Ionen und damit die Oberflächenzonen einer höheren Druckspannung in der Glas- oder Glaskeramikscheibe erhöhen die Festigkeit der Glasoder Glaskeramikscheibe. Sie ist jedoch jeweils auf die Gesamtdicke der Glas- oder Glaskeramikscheibe abzustimmen, denn wenn die Zugspannung, welche im Inneren der Glasoder Glaskeramikscheibe beim chemischen Härten erzeugt wird zu hoch wird, würde die Glas- oder Glaskeramikscheibe brechen. Bei einer Beanspruchung der Glas- oder Glaskeramikscheibe auf Biegung durch Einwirken einer äußeren Kraft reagiert die Scheibe empfindlicher aufgrund ihrer inneren Zugspannung. Die innere Zugspannung beträgt bei der Glas- oder Glaskeramikscheibe deshalb kleiner gleich 50 MPa, bevorzugt kleiner gleich 30 MPa, besonders bevorzugt kleiner gleich 20 MPa, insbesondere bevorzugt kleiner gleich 15 MPa. Die Oberflächendruckspannung der Glas- oder Glaskeramikscheibe ist größer gleich 500 MPa, bevorzugt größer gleich 600 MPa, bevorzugt größer gleich 700 MPa, besonders bevorzugt größer gleich 800 MPa, insbesondere bevorzugt größer gleich 900 MPa.
Die 4-Punkt-Biegezugfestigkeit nach DIN EN 843-1 bzw. DIN EN 1288-3 der Glas- oder Glaskeramikscheibe in einer Leichtgewichtsverbundscheibe beträgt größer gleich 550 MPa, bevorzugt größer gleich 650 MPa, besonders bevorzugt größer gleich 800 MPa beträgt.
Der Young Modul bzw. Elastizitätsmodul der Glas- oder Glaskeramikscheibe in einer Leichtgewichtsverbundscheibe beträgt größer gleich 68 GPa, bevorzugt größer gleich 73 GPa, besonders bevorzugt größer gleich 74 GPa, insbesondere bevorzugt größer gleich 80 GPa.
Der Schubmodul der Glas- oder Glaskeramikscheibe in einer Leichtgewichtsverbundscheibe beträgt größer gleich 25 GPa, bevorzugt größer gleich 29 GPa, besonders bevorzugt größer gleich 30 GPa, insbesondere bevorzugt größer gleich 33 GPa. Vor allem eine vorgespannte Glas- oder Glaskeramikscheibe hat eine hohe Oberflächenhärte und bietet einen hohen Widerstand gegen Verkratzen und Einritzen durch Krafteinwirkung von außen. Die Vickershärte einer nicht vorgespannten mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe beziehungsweise der Glas- oder Glaskeramikscheibe in einem nicht vorgespannten Zustand nach DIN EN 843-4 bzw. EN ISO 6507-1 ist größer gleich 500 HV 2/20, bevorzugt größer gleich 560 HV 2/20, besonders bevorzugt größer gleich 610 HV 2/20 ist oder die Vickershärte der mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe in einem vorgespannten Zustand größer gleich 550 HV 2/20, bevorzugt größer gleich 600 HV 2/20, besonders bevorzugt größer gleich 650 HV 2/20, insbesondere bevorzugt größer gleich 680 HV 2/20 bei einer Prüfkraft von 2 N (entsprechend einer Masse von 200 g).
Die Verwendung einer Glas- oder Glaskeramikscheibe als Au ßenschicht für eine Leichtgewichtsverbundscheibe hat neben den Aspekten der Brandschutzsicherheit und Kratzfestigkeit auch den Vorteil der guten Chemikalienbeständigkeit, insbesondere gegenüber Reinigungsmitteln. Dies gewährleistet die Verwendung verschiedenster Reinigungsmittel ohne eine Begrenzung und die Langzeitstabilität der Oberflächengüte und optischen Eigenschaften trotz hoher Anzahl von Reinigungszyklen.
Die Glas- oder Glaskeramikscheibe in einer Leichtgewichtsverbundscheibe hat eine Transparenz größer 80 %, bevorzugt größer 85 %, besonders bevorzugt größer 88 %, insbesondere bevorzugt größer 90 %. Sie kann aber auch eine Transparenz von über 91 % aufweisen.
Die erfindungsgemäße Leichtgewichtsverbundscheibe soll im Falle eines Bruches einen hohen Splitterschutz gewährleisten, d.h. es sollen keine Splitter an die Umgebung abgegeben werden. Deshalb wird die Glasscheibe, unter Einhaltung der thermischen Sicherheitsanforderungen, mit einer organischen Schicht kombiniert. Diese Schicht ist vor allem als Splitterschutzschicht vorgesehen, welche im Falle eines Bruches die Bruchteile der Glasscheibe zusammenhält bzw. festhält und welche außerdem die Elastizität und Zuverlässigkeit der Leichtgewichtsverbundscheibe erhöht.
Die Dicke der organischen Schicht beträgt, unter Berücksichtigung des Flächengewichts der Leichtgewichtsverbundscheibe und des Verhältnisses der Dicke der mineralischen Glasscheibe zu der Dicke der organischen Schicht kleiner gleich kleiner gleich 500 μηι, insbesondere kleiner gleich 450 μηι, insbesondere kleiner gleich 350 μηι, insbesondere kleiner gleich 300 μηι, insbesondere kleiner gleich 240 μηι, bevorzugt kleiner gleich 200 μηι, insbesondere kleiner gleich 150 μηι, besonders bevorzugt kleiner gleich 100 μηι, insbesondere kleiner gleich 80 μηι, ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 70 μηι, insbesondere kleiner gleich 50 μηι und insbesondere kleiner gleich 30 μηι, insbesondere kleiner gleich 25 μηι.
Die Transparenz der organischen Schicht beträgt größer 80 %, bevorzugt größer gleich 85 %, besonders bevorzugt größer gleich 88 %, insbesondere bevorzugt größer gleich 90 % und durch die organische Schicht nimmt die Trübung der Leichtgewichtsverbundscheibe (Haze, gemessen mit einem HazeGard, Messung nach ASTM D1003 D1044) um weniger als 1 % (Haze absolut) zu. Entsprechend wird das Polymer für die organische Schicht ausgewählt.
Um insbesondere für Sichtfenster die optische Qualität der Leichtgewichtsverbundscheibe sicherzustellen, beträgt der Unterschied des Brechungsindex der Glas- oder Glaskeramikscheibe und der organischen Schicht kleiner gleich 0,3 , bevorzugt kleiner gleich 0,25 , besonders bevorzugt von kleiner gleich 0,2 , insbesondere bevorzugt kleiner gleich 0,15.
Weiterhin beträgt die optische Retardation, d.h. die optische Verzögerung der organischen Schicht nicht mehr als 20 nm, bevorzugt weniger als 15 nm.
Damit die optischen Eigenschaften und die Gebrauchseigenschaften der Leichtgewichtsverbundscheibe hoch sind, werden Grenzen bezüglich der Oberflächenwelligkeit und Ober- flächenrauigkeit und die Elastizität der organischen Schicht eingehalten.
So hat die in der Leichtgewichtsverbundscheibe nach Außen weisende Oberfläche der organischen Schicht eine hohe Oberflächengüte und an ihrer Oberfläche eine Welligkeit kleiner gleich 100 nm, bevorzugt kleiner gleich 80 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 50 nm und eine Rauigkeit RT kleiner gleich 30 nm, bevorzugt kleiner gleich 20 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 10 nm aufweist.
Weiterhin ist der Streak, d.h. die Ausbildung bzw. Größe von Schlieren der organischen Schicht geringer als 100 nm, bevorzugt kleiner gleich 50 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 30 nm. Die Rauigkeit RT, auch Rautiefe genannt, wird nach DIN 4762 Teil 1 -08.60 bestimmt und entspricht dem maximalen Abstand zwischen Profilkuppe und Profiltal innerhalb einer Bezugsstrecke. Sie ist nicht zu verwechseln mit der Rauigkeit RA, die dem arithmetischen Mittel aller Abstände entspricht und in der Regel nur einen Bruchteil von RT beträgt. Die Rauigkeit beschreibt den kurzwelligen Anteil der Abweichung von einer ideal ebenen Oberfläche. Die Welligkeit bzw. Waviness (gemessen nach DIN/ISO 1 1562 mit einem cut-off von 0,8 bis 8,0 mm und 2CRPC 50-Filter) beschreibt den mittleren Wellenlängenanteil der Abweichung von einer ideal ebenen Oberfläche. Die Welligkeit wird über eine Messstrecke von 20 mm ermittelt. Der Streak wird mit denselben Geräteparametern wie die Welligkeit gemessen, die Auswertemessstrecke beträgt 2mm.
Um die Leichtgewichtsverbundscheibe gegen punktuelle Belastung, wie z.B. Stöße mit spitzen Gegenständen unempfindlicher zu machen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Polymer für die organische Schicht derart auszuwählen, dass ihr Elastizitätsmodul kleiner 5 GPa, bevorzugt kleiner 2,6 GPa, ganz besonders bevorzugt kleiner 1 ,5 GPa beträgt. Die auftretende Spannungsbelastung wird durch die organische Schicht auf eine größere Fläche verteilt und wesentlich verringert. Das Elastizitätsmodul einer sehr dünnen Kunststoffschicht kann aus Krafteindringtiefenmessungen bestimmt werden. Dazu wird ein Prüfkörper definierter Geometrie, im allgemeinen ein pyramidal geschaffener Diamant, mit wachsender Last in die Oberfläche eingedrückt und anschließend wieder entlastet. Der Elastizitätsmodul ergibt sich dabei aus der Steigung der Entlastungsgeraden (Eindringtiefe in Abhängigkeit von der Last). Die Messungen werden mit einem sogenannten Pikoinden- tor durchgeführt, mit dem sehr kleine Eindrucktiefen zwischen 10 und 100 nm realisiert werden können. Dies ist notwendig da, wenn die Eindringtiefe ca. 10 % der Schichtdicke überschreitet, das Substrat die Messung zu beeinflussen beginnt.
Die organische Schicht besteht aus einem härtbaren duroplastischen Reaktionsharz, welches eine dauerhafte, zäh-elastische und klarsichtige Haftung mit dem Glas zur Steigerung des Splitterschutzes erzeugt. Die organische Schicht besteht bevorzugt aus einem Polymer der Gruppe der Phenoplaste, wie Phenol-Formaldehyd-Harze, Aminoplaste wie Harnstoff- Formaldehyd-Harze oder Melamin-Formaldehyd-Harze, Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze, Vinlyesterharze (Phenacrylatharze), Diallylphthalatharze, Silikonharze oder ver- netztende Polyurethanharze. Besonders geeignet sind insbesondere Polymethacrylat- und Polyacrylat-Reaktionsharze. Die organische Schicht kann zusätzlich Füllstoffe und andere notwendige Additive enthalten, um die Leichtgewichtsverbundscheibe besonderen Anforderungen anzupassen.
Um die guten optischen Eigenschaften der Leichtgewichtsverbundscheibe für bestimmte Anwendungen, wie z.B. als Sichtfenster für Fahrzeugkabinen sicherzustellen, sind in einer bevorzugen Ausführungsform die Brechwerte der Glas- oder Glaskeramikscheibe und der organischen Schicht aufeinander abgestimmt. Der Unterschied des Brechungsindex beträgt kleiner gleich 0,3, bevorzugt kleiner gleich 0,25, besonders bevorzugt von kleiner gleich 0,2 , insbesondere bevorzugt kleiner gleich 0,15. So sind beispielsweise typische Brechwerte für die Glas- oder Glaskeramikscheibe 1 ,502 (bei 780 nm), 1 ,506 (bei 633 nm) 1 ,508 (bei 588 nm) für ein Aluminosilikatglas, bzw. in seiner Druckspannschicht nach einem chemischen Vorspannen 1 ,510 (bei 780 nm), 1 ,514 (bei 633 nm) 1 ,516 (bei 588 nm) oder für ein Borosilikatglas 1 ,523 (bei 588 nm) oder für ein alkalifreies Aluminosilikatglas 1 ,510 (bei 588 nm) oder für ein Kalk-Natronglas 1 ,52 (bei 588 nm). Der Brechungsindex der organischen Schicht beispielsweise als PMMA (Polymethylmethacrylat) ist als Richtwert 1 ,49 oder beispielsweise als Polyacrylat ist als Richtwert 1 ,48.
Für die Bestimmung der Dicke der Schichten in einer erfindungsgemäßen Leichtgewichtsscheibe unter Einhaltung des Verhältnisses der Dicke der Glas- oder Glaskeramikscheibe zu der Dicke der organischen Schicht werden beispielhaft folgende Richtwert angegeben: Für ein Aluminosilikatglas eine Dichte von 2,39 bis 2,48 g/cm3, für ein Borosilikatglas eine Dichte von 2,51 g/cm3 , für ein alkalifreies Aluminosilikatglas eine Dichte von 2,43 g/cm3, für ein Kalk-Natronglas eine Dichte von 2,5 g/cm3, für eine Lithium-Alumino-Silikat- Glaskeramik eine Dichte von 2,5 g/cm3, für eine organische Schicht als PMMA eine Dichte von 1 ,19 g/cm3, beispielsweise als Silikonharz eine Dichte von 0,98 bis 1 ,07 g/cm3, beispielsweise als Polyacrylat ist als Richtwert 1 ,3 bis 1 ,6.
Zu der Erfindung gehört weiterhin auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leichtgewichtsverbundscheibe. Um eine Leichtgewichtsverbundscheibe herzustellen, muss erst die Glas- oder Glaskeramikscheibe selbst hergestellt und bereitgestellt werden. Um eine Glas- oder Glaskeramikscheibe der benötigten Oberflächengüte herzustellen, sollte dies in einem Down-draw-Prozess, Overflow-fusion-Prozess oder in einem Floatverfahren geschehen. Vorzugsweise wird die Glas- oder Glaskeramikscheibe vor ihrer Beschichtung gehärtet, insbesondere chemisch vorgespannt. Die Oberflächengüte der Glas- oder Glaskeramikscheibe ist Voraussetzung für das Erreichen einer entsprechenden Oberflächengü- te auf der Polymerseite der Leichtgewichtsverbundscheibe. Nach dem Herstellen der Glasoder Glaskeramikscheibe kann diese entweder direkt weiterbehandelt werden oder, falls die Schritte des Vorbehandelns der Glas- oder Glaskeramikscheibenoberfläche und des Aufbringens der organischen Schicht räumlich von der Glas- oder Glaskeramikscheibenherstellung getrennt sind, erst vereinzelt werden, was bei der Herstellung kleinerer und mittlerer Mengen zu bevorzugen ist. Das Vorbehandeln der Glas- oder Glaskeramikscheibenoberfläche geschieht, um ein gutes Haften der organischen Schicht zu gewährleisten.
Beim Aufbringen der organischen Schicht auf die Glas- oder Glaskeramikscheibenoberfläche, und zwar in der flüssigen Phase wird die Viskosität der Reaktionsharze so eingestellt, dass eine exzellente Oberflächengüte der organischen Schicht nach ihrer Aushärtung vorliegt. Weiterhin wird zum Erreichen guter optischer Eigenschaften der Verguß der organischen Schicht so ausgeführt, dass in der Leichtgewichtsverbundscheibe eine blasenfreie organische Schicht vorliegt.
Durch das Aufbringen in der flüssigen Phase auf die starre Glas- oder Glaskeramikscheibe Scheibe ist außerdem gewährleistet, dass sich in der organischen Schicht keine Verzugsrichtung ausbildet und somit die optische Retardation der organischen Schicht und damit der Leichtgewichtsverbundscheibe weniger als 20 nm beträgt.
Sind das Herstellen der Glasscheibe sowie das Vorbehandeln und Beschichten als kontinuierlicher Prozess geplant, wird die mit der organischen Schicht beschichtete Glas- oder Glaskeramikscheibe nach dem Beschichtungsprozess vereinzelt.
Ist die Glas- oder Glaskeramikscheibe vor dem Beschichten vereinzelt worden und möchte man extrem dünne organische Schichten erreichen, geschieht das Beschichten vorzugsweise durch Schleudern oder Sprühschleudern. Beschichtungsmethoden, die sich auch für einen kontinuierlichen Prozess eignen, sind das Aufgießen (Dispensen), das Aufwalzen oder das Sprühen.
Vorteilhaft im Hinblick auf die Eigenschaften der herzustellenden Leichtgewichtsverbundscheiben ist die Verwendung von Glas- oder Glaskeramikscheiben von kleiner gleich 1 mm, bevorzugt kleiner gleich 0,8 mm, besonders bevorzugt kleiner gleich 0,6 mm und größer gleich 200 μηι, bevorzugt größer gleich 350 μηι, besonders bevorzugt größer gleich 450 μηι insbesondere bevorzugt größer gleich 500 μηι, insbesondere größer gleich 530 μηι beträgt μηι sowie das Aufbringen von Polymerschichten von kleiner gleich 500 μηι, insbesondere kleiner gleich 450 μηι, insbesondere kleiner gleich 350 μηι, insbesondere kleiner gleich 300 μηι, insbesondere kleiner gleich 240 μηι, bevorzugt kleiner gleich 200 μηι, insbesondere kleiner gleich 150 μηι, besonders bevorzugt kleiner gleich 100 μηι, insbesondere kleiner gleich 80 μηι, ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 70 μηι, insbesondere kleiner gleich 50 μηι und insbesondere kleiner gleich 30 μηι, insbesondere kleiner gleich 25 μηι.
Um die Haftung der organischen Schicht auf der Glas- oder Glaskeramikscheibe zu erhöhen, werden die besten Ergebnisse erzielt durch Oberflächenbehandlung vor dem Beschichten mittels eines der Verfahren wie UV-Bestrahlung der Glasscheibenoberfläche in einer ozonhaltigen Atmosphäre, durch Corona-Behandlung, durch Flammpyrolyse, durch Beflammen und/oder durch Plasmabehandlung oder einer Kombination von zumindest zwei der genannten Behandlungen.
Zur Unterstützung des Aushärtens der organischen Schicht sollte die aufgetragene organische Schicht vorzugsweise mit Hilfe von einem der Mittel Wärme, UV-Strahlung, IR- Strahlung, Mikrowelle und/oder Elektronenstrahlenvernetzung oder einer Kombination von zumindest zwei der Mittel ausgehärtet werden. Hilfreich sind weiterhin Vakuum und/oder ein RIM (Reaction Injection Molding)-Verfahren oder einer Kombination von zumindest zwei der genannten Mittel.
Zu der Erfindung gehört weiterhin auch die Verwendung einer solchen Leichtgewichtsverbundscheibe. Insbesondere eignet sich eine solche Leichtgewichtsverbundscheibe als Ausstattungselement für Fahrzeugkabinen im Bereich Transportation, insbesondere für Fahrzeugkabinen eines Luftfahrzeugs oder eines Elektromobils, aber auch für Anwendungen in der Schifffahrt oder anderer Transportmittel. Gegenüber den im Stand der Technik bekannten Scheiben ermöglicht die erfindungsgemäße Leichtgewichtsverbundscheibe Anwendungen, wo es neben einem geringen Flächengewicht auf eine hohe Kratzfestigkeit, Oberflächenhärte, Oberflächengüte, gute Chemikalienbeständigkeit gegenüber Reinigungsmittel und sehr gute Brandschutzeigenschaften, wie Entflammbarkeit, Flammhemmung oder Rauchbarriere ankommt, entsprechend der Ausführungen, wie sie jeweils oben stehend beschrieben sind. ln der besonders bevorzugten Ausführungsform mit einem geringen Flächengewicht, einer hohen Kratzfestigkeit, Oberflächenhärte, Oberflächengüte, guter Chemikalienbeständigkeit gegenüber Reinigungsmittel und weiterhin noch mit hoher optischer Transparenz und sehr guten optischen Eigenschaften wie beispielsweise Schlierenfreiheit und sehr geringe Trübung, wie sie jeweils oben stehend beschrieben sind, verbunden mit der Erfüllung der geforderten Eigenschaften für einen hohen Brandschutz, ermöglicht die erfindungsgemäße Leichtgewichtsverbundscheibe Anwendungen als Fenster- oder Türenelement oder Bestandteil eines Fensters oder einer Türe oder als Raumteiler oder als Tischelement bzw. Bestandteil eines Tisches, z.B. eines Klapptisches in dem Bereich der Luftfahrt, wo besonders strenge Anforderungen gestellt sind. Durch Erfüllung all dieser Anforderungen, wie sie in den behördlichen Richtlinien und Regularien wie der FAA, RTCA, EASA oder den Vorgaben der Flugzeughersteller gestellt sind, ist eine Verwendung als Ausstattungselement für ein Luftfahrzeug gegeben. Aufgrund des geringen Flächengewichtes bei all den guten Eigenschaften betrifft die Erfindung auch die Verwendung als Ausstattungselement für Fahrzeugkabinen im Bereich Transportation, insbesondere neben Fahrzeugkabinen für ein Luftfahrzeugs auch solche für ein Elektromobil. Die Erfindung betrifft hierbei vor allem die Verwendung als Fenster- oder Türenelement oder Bestandteil eines Fensters oder einer Türe oder als Raumteiler oder als Tischelement. Raumteiler werden eingesetzt, um bestimmt Fahrgastbereiche voneinander zu trennen. Als Tischelement kann die Leichtgewichtsverbundscheibe Bestandteil eines Klapptisches sein, wie er in Flugzeugen gebräuchlich ist.
Von besonderem Vorteil ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Leichtgewichtsverbundscheibe als Fensterinnenscheibe eines Luftfahrzeugs oder Elektromobils. Im Falle eines Brandes geht von der Scheibe keine Gefahr einer Brandbeschleunigung oder einer damit verbundenen Gefahr für einen Passagier aus.
Die Erfindung umfasst ebenfalls eine Flugzeugfensterinnenscheibe oder Leichtgewichtsfensterscheibe mit einer erfindungsgemäßen Leichtgewichtsverbundscheibe nach einer der vorstehenden Ausführungen oder einer Kombination davon.
Die Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung einer Leichtgewichtsverbundscheibe als Brandschutz-Leichtgewichtsbauteil im Architekturbereich, insbesondere als Rauchbarriereelement, Raumteiler, Fenster-, Türen-, Wand- oder Deckenelement oder als Bestandteil ei- nes Fensters, einer Türe, einer Wand oder Decke, als Vitrinenscheibe oder als Bestandteil eines Möbelstücks.
Die Erfindung umfasst ebenfalls ein Rauchbarriereelement (Smokebarrier) mit einer erfindungsgemäßen Leichtgewichtsverbundscheibe nach einer der vorstehenden Ausführungen oder einer Kombination davon. Solche erfindungsgemäßen Leichtgewichtsverbundscheiben als Rauchbarriereelemente werden beispielsweise 20 bis 100 cm senkrecht von der Decke hängend an dieser montiert, um in einem Raum eine Ausbreitung oder Weiterleitung von Rauch im Brandfall zu behindern. Eine Gefahr bei Bränden geht häufig durch die Ausbreitung von Rauch in Gebäuden mit einhergehender Gefahr einer Rauchvergiftung für Personen aus. Durch solche brandschutzsichere, leichtgewichtige Rauchbarriereelemente kann die Zeit für eine gefahrfreie Flucht im Brandfall deutlich verlängert werden. Durch das geringe Gewicht der Leichtgewichtsverbundscheiben und ihren hohen Brandschutz kann eine Lösung bei geringer statischer Belastung des Bauwerkes und damit geringen Kosten bereitgestellt werden.
Die Erfindung soll durch nachfolgendes Beispiele näher verdeutlicht werden.
Fig.1 zeigt den Aufbau einer Leichtgewichtsverbundscheibe 1. Das Grundträgersubstrat bildet eine erste Glasscheibe 11 aus einem chemisch vorgespannten Aluminosilikatglas, wie sie die Fa. Schott AG / Mainz unter der Bezeichnung Xensation® Cover anbietet, mit einer Dicke von 0,55 mm und Dichte von 2,48 g/cm3, als organische Schicht A 21 wurde ein Polymethylmethacrylat mit einer Dicke von 150 μηι und Dichte von 1 , 19 g/cm3 verwendet. Es ergab sich ein Flächengewicht von 1 ,54 kg/m2 und somit eine Gewichtseinsparung von 35% gegenüber einer Standardfensterscheibe aus reinem PC- oder PMMA in einem Flugzeuginnenraum mit 2,4 kg/m2 als Vergleichswert. Das Verhältnis der Dicke der Glasscheibe zur Dicke der organischen Schicht betrug 1 : 0,273. Diese Leichtgewichtsverbundscheibe 1 bestand den Bunsen Burner Test, der in Übereinstimmung mit den Bestimmungen und Regelungen der FAR/JAR/CS 25, App. F, Part I & AITM 2.0002A durchgeführt wurde. Und sie bestand auch den Heat Release Test. Dieser Test wurde in Übereinstimmung mit den Bestimmungen und Regelungen der FAR/JAR/CS 25, App. F, Part IV & AITM 2.0006 durchgeführt. Nachfolgende Beispiele 2 und 3 zeigen weitere alternative Ausführungen einer Leichtgewichtsverbundscheibe entsprechend der Ausführung Fig. 1 , welche den Bunsen Burner Test und den Heat Release Test bestanden.
Beispiel 2
Figure imgf000027_0001
Flächengewicht: 0,60 kg/m2
Verhältnis der Dicke der Glasscheibe zur Dicke der organischen Schicht: 1
Bezugszeichenliste:
1 Leichtgewichtsverbundscheibe
1 1 Glasscheibe
21 organische Schicht

Claims

Ansprüche
1 . Leichtgewichtsverbundscheibe umfassend eine mineralische Glas- oder Glaskeramikscheibe und eine organische Schicht dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht der Leichtgewichtsverbundscheibe eine untere Grenze von 0,5 kg/m2 und eine obere Grenze von 5,5 kg/m2 aufweist und das Verhältnis der Gesamtdicke der einen oder mehreren mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheiben zu der Dicke der organischen Schicht 1 :0,01 bis 1 :1 beträgt und die Dicke der organischen Schicht kleiner gleich 450 μηι beträgt und die Leichtgewichtsverbundscheibe eine absolute Wärmefreisetzung gemessen in Übereinstimmung mit der JAR/FAR/CS 25, App. F, Part IV & AITM 2.0006 von kleiner 65 kW x Min./ m2 aufweist.
2. Leichtgewichtsverbundscheibe nach Anspruch 1 , wobei das Flächengewicht eine untere Grenze von größer gleich 1 kg/m2, bevorzugt von größer gleich 1 ,3 kg/m2, insbesondere von größer gleich 1 ,5 kg/m2, insbesondere von größer gleich 1 ,8 kg/ m2, insbesondere von größer gleich 2 kg/m2 aufweist und das Flächengewicht eine obere Grenze von kleiner gleich 3 kg/m2, bevorzugt von kleiner gleich 2,5 kg/m2, besonders bevorzugt von kleiner gleich 2,3 kg/m2 aufweist und das Verhältnis der Gesamtdicke der einen oder mehreren mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheiben zu der Dicke der organischen Schicht 1 :0,01 bis 1 :0,9 , bevorzugt 1 :0,01 bis 1 :0,6 , insbesondere 1 :0,01 bis
1 :0,3 , besonders bevorzugt 1 :0,01 bis 1 :0,25 , insbesondere 1 :0,01 bis 1 :0,2 , ganz besonders bevorzugt 1 :0,01 bis 1 :0,15 , insbesondere 1 :0,01 bis 1 :0,1 beträgt und die Dicke der organischen Schicht kleiner gleich 350 μηι, insbesondere kleiner gleich 300 μηι, insbesondere kleiner gleich 240 μηι, bevorzugt kleiner gleich 200 μηι, insbesondere kleiner gleich 150 μηι, besonders bevorzugt kleiner gleich 100 μηι, insbesondere kleiner gleich 80 μηι, ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 70 μηι, insbesondere kleiner gleich 50 μηι, insbesondere kleiner gleich 30 μηι und insbesondere kleiner gleich 25 μηι beträgt und die Leichtgewichtsverbundscheibe eine absolute Wärmefreisetzung gemessen in Übereinstimmung mit der JAR/FAR/CS 25, App. F, Part IV & AITM 2.0006 von kleiner 50 kW x Min./ m2, bevorzugt von kleiner 40 kW x Min./ m2, besonders bevorzugt von kleiner 20 kW x Min./ m2 aufweist.
3. Leichtgewichtsverbundscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leichtgewichtsverbundscheibe eine Brandschutzeigenschaft aufweist mit einer Nachbrennzeit nach Entfernung der Flamme im Vertikalen Bunsenbrennertest, gemessen in Übereinstimmung mit der FAR/JAR/CS 25, App. F, Part I, kleiner 15 Sek., bevorzugt kleiner 8 Sek., besonders bevorzugt kleiner 3 Sek., insbesondere bevorzugt kleiner 1 Sek.
4. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Transparenz der Leichtgewichtsverbundscheibe größer 80 %, bevorzugt größer 85 %, besonders bevorzugt größer 88 %, insbesondere bevorzugt größer 90 % beträgt.
5. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das optische Streuverhalten der Leichtgewichtsglasscheibe kleiner gleich 1 ,5%, bevorzugt kleiner gleich 1 ,0 %, besonders bevorzugt kleiner gleich 0,5% beträgt.
6. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Dicke der mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe kleiner gleich 1 mm, bevorzugt kleiner gleich 0,8 mm, besonders bevorzugt kleiner gleich 0,6 mm und größer gleich 200 μηι, insbesondere größer gleich 250 μηι, bevorzugt größer gleich 350 μηι, besonders bevorzugt größer gleich 450 μηι insbesondere bevorzugt größer gleich 500 μηι, insbesondere größer gleich 530 μηι beträgt.
7. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die mineralische Glasscheibe aus einem Lithium-Aluminiumsilikatglas, Kalk-Natron-Silikatglas, Borosilikatglas, Alkali-Aluminosilikatglas, alkalifreien oder alkaliarmen Aluminosilikatglas insbesondere aus einem chemisch und/oder thermisch gehärteten Lithium- Aluminiumsilikatglas, Kalk-Natron-Silikatglas, Borosilikatglas, Alkali- Aluminosilikatglas, alkalifreien oder alkaliarmen Aluminosilikatglas besteht.
8. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die mineralische Glaskeramikscheibe aus einem keramisierten Alumosilikatglas oder Lithium- Alumino-Silikatglas insbesondere aus einem chemisch und/oder thermisch gehärteten keramisierten Alumosilikatglas oder Lithium-Alumino-Silikatglas besteht.
9. Leichtgewichtsverbundscheibe nach Anspruch 8, wobei die lonenaustauschtiefe einer chemischen Härtung größer gleich 30 μηι, bevorzugt größer gleich 40 μηι, besonders bevorzugt größer gleich 50 μηι, insbesondere bevorzugt größer gleich 80 μηι beträgt.
10. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Oberflächendruckspannung der mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe größer gleich 500 MPa, bevorzugt größer gleich 600 MPa, bevorzugt größer gleich 700 MPa, besonders bevorzugt größer gleich 800 MPa, insbesondere bevorzugt größer gleich 900 MPa beträgt.
1 1 . Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei innere Zugspannung der mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe kleiner gleich 50 MPa, bevorzugt kleiner gleich 30 MPa, besonders bevorzugt kleiner gleich 20 MPa, insbesondere bevorzugt kleiner gleich 15 MPa beträgt.
12. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die 4-Punkt- Biegefestigkeit der mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe größer gleich 550 MPa, bevorzugt größer gleich 650 MPa, besonders bevorzugt größer gleich 800 MPa beträgt.
13. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die der Elastizitätsmodul der mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe größer gleich 68 GPa, bevorzugt größer gleich 73 GPa, besonders bevorzugt größer gleich 74 GPa, insbesondere bevorzugt größer gleich 80 GPa beträgt.
14. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Schubmodul der mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe größer gleich 25 GPa, bevorzugt größer gleich 29 GPa, besonders bevorzugt größer gleich 30 GPa, insbesondere bevorzugt größer gleich 33 GPa beträgt.
15. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Vickers- härte der mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe in einem nicht vorgespannten Zustand größer gleich 500 HV 2/20, bevorzugt größer gleich 560 HV 2/20, besonders bevorzugt größer gleich 610 HV 2/20 ist oder die Vickershärte der einen mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe in einem vorgespannten Zustand größer gleich 550 HV 2/20, bevorzugt größer gleich 600 HV 2/20, besonders bevorzugt größer gleich 650 HV 2/20, insbesondere bevorzugt größer gleich 680 HV 2/20 ist.
16. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Transparenz der mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe größer 80 %, bevorzugt größer 85 %, besonders bevorzugt größer 88 %, insbesondere bevorzugt größer 90 % beträgt.
17. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die organische Schicht aus einem härtbaren duroplastischen Reaktionsharz, bevorzugt aus einem Polymer der Gruppe der Phenoplaste (Phenol-Formaldehyd-Harze), Aminoplaste (Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze), Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze, Vinlyesterharze (Phenacrylatharze), Diallylphthalatharze, Silikonharze oder vernetzende Polyurethanharze oder Polymethacrylat- und Polyacrylat- Reaktionsharze besteht.
18. Leichtgewichtsverbundscheibe nach Anspruch 17, wobei die organische Schicht zusätzlich Füllstoffe enthält.
19. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Transparenz der organischen Schicht größer 80 %, bevorzugt größer gleich 85 %, besonders bevorzugt größer gleich 88 %, insbesondere bevorzugt größer gleich 90 % beträgt und durch die organische Schicht die Trübung der Leichtgewichtsverbundscheibe um weniger als 1 % zunimmt.
20. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die nach Außen weisende Oberfläche der organischen Schicht an ihrer Oberfläche eine Welligkeit kleiner gleich 100 nm, bevorzugt kleiner gleich 80 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 50 nm und eine Rauigkeit RT kleiner gleich 30 nm, bevorzugt kleiner gleich 20 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 10 nm aufweist.
21 . Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die optische Retardation der organischen Schicht nicht mehr als 20 nm, bevorzugt weniger als 15 nm beträgt.
22. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Streak der organischen Schicht geringer als 100 nm, bevorzugt kleiner gleich 50 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 30 nm ist.
23. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Elastizitätsmodul der organischen Schicht kleiner 5 GPa, bevorzugt kleiner 2,6 GPa, ganz besonders bevorzugt kleiner 1 ,5 GPa beträgt.
24. Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Unterschied des Brechungsindex der mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe und der organischen Schicht kleiner gleich 0,3 , bevorzugt kleiner gleich 0,25 , besonders bevorzugt von kleiner gleich 0,2 , insbesondere bevorzugt kleiner gleich 0,15 beträgt.
25. Verfahren zur Herstellung einer Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 24 und gekennzeichnet durch die Schritte
Bereitstellen einer mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe mit einer Dicke von 0,2 bis 1 ,1 mm,
- Vorbehandeln der Glas- oder Glaskeramikoberfläche,
direktes Aufbringen einer 1 bis 500 μηι dicken organischen Schicht in der flüssigen Phase;
Vereinzeln der mit einer organischen Schicht beschichteten Scheibe.
26. Verfahren zur Herstellung einer Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 24 und gekennzeichnet durch die Schritte
Bereitstellen einer mineralischen Glas- oder Glaskeramikscheibe mit einer Dicke von 0,2 bis 1 ,1 mm,
Vereinzeln der Glas- oder Glaskeramikscheibe,
- Vorbehandeln der Glas- oder Glaskeramikoberfläche,
direktes Aufbringen einer 1 bis 500 μηι dicken organischen Schicht in der flüssigen Phase.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei das Aufbringen der organischen Schicht durch Schleudern oder durch Sprühschleudern geschieht.
28. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei das Aufbringen der organischen Schicht durch Aufgießen oder Aufwalzen oder Sprühen geschieht.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei die Oberflächenbehandlung vor dem Beschichten mittels eines der Verfahren UV-Bestrahlung der Glas- oder Glaske- ramikoberfläche in einer ozonhaltigen Atmosphäre, Corona-Behandlung, Flammpyrolyse, Beflammen und/oder Plasmabehandlung oder einer Kombination von zumindest zwei der Behandlungen durchgeführt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, wobei nach dem Beschichten die organische Schicht mit Hilfe von einem der Mittel Wärme, UV-Strahlung, IR-Strahlung, Mikrowelle, Elektronenstrahlenvernetzung, Vakuum und/oder RIM (Reaction Injection Molding)-Verfahren oder einer Kombination von zumindest zwei der Mittel ausgehärtet wird.
31 . Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, wobei nach dem Beschichten als organische Schicht ein Siliconpolymer, ein Sol-Gel-Polymer, ein Polycarbonat, ein Po- lyethersulfon, ein Polyacrylat, ein Polyimid, ein Cycloolefincopolymer, ein Polyarylat oder einem Siliconharz besteht.
32. Verwendung einer Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 31 als Ausstattungselement für Fahrzeugkabinen im Bereich Transportation, insbesondere für Fahrzeugkabinen eines Luftfahrzeugs oder eines Elektromobils.
33. Verwendung einer Leichtgewichtsverbundscheibe nach Anspruch 32 als Fenster- oder Türenelement oder Bestandteil eines Fensters oder einer Türe oder als Raumteiler o- der als Tischelement im Bereich Transportation, insbesondere für Fahrzeugkabinen eines Luftfahrzeugs oder eines Elektromobils.
34. Verwendung einer Leichtgewichtsverbundscheibe nach Anspruch 32 oder 33 als Fensterinnenscheibe eines Luftfahrzeugs oder als Fensterscheibe eines Elektromobils.
35. Verwendung einer Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 31 als Brandschutz-Leichtgewichtsbauteil im Architekturbereich, insbesondere als Rauchbarriereelement, Raumteiler, Fenster-, Türen-, Wand- oder Deckenelement oder als Bestandteil eines Fensters, einer Türe, einer Wand oder Decke, als Vitrinenscheibe oder als Bestandteil eines Möbelstücks.
36. Flugzeugfensterinnenscheibe oder Leichtgewichtsfensterscheibe mit einer Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 31 .
37. Rauchbarriereelement mit einer Leichtgewichtsverbundscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 31 .
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