CH430173A - Verbund-Sicherheitsglas - Google Patents

Description

      Verbund-Sicherheitsglas       Es ist bekannt, splittersicheres Glas durch Ver  kleben zweier Glasscheiben mittels einer Kunstharz  schicht herzustellen. Diese auch als Verbundglas be  kannten Scheiben spielen z. B. eine wichtige Rolle als  Frontscheiben im Automobilbau. Ihre Aufgabe besteht  vor allem darin, im Unglücksfall bei der Zerstörung  der Scheiben Splitterverletzungen dadurch zu     verhindern,     dass die Splitter von der     Kunstharzschicht    festgehalten  werden. Des weiteren soll durch elastisches Nachfedern  der Stoss gemildert und ein Durchschlagen der Insassen  verhindert werden.  



  Entsprechend diesen Forderungen muss eine der  artige Zwischenschicht gute Haftfestigkeit auf Glas und  hohe Reissfestigkeit und Reissdehnung besitzen, ausser  dem muss sie optisch einwandfrei sein.  



  Für die Herstellung dieser Zwischenschicht wird  weichgemachtes     Polyvinylbutyral    seit Jahrzehnten be  vorzugt verwendet.  



  Es wird heute meist in Form fertiger Folien von  0,38 bis 0,42 mm Dicke verarbeitet. Zur Herstellung  einwandfreier Verbundscheiben genügt jedoch nicht ein  einfaches     Verpressen    der Folien mit den Glasscheiben,  sondern es bedarf einer besonderen Technik, die auf  Grund     langjähriger    Erfahrungen     entwickelt    wurde.  



  Dies ist verständlich auf Grund der Tatsache, dass  Splitterhaftung und Durchschlagsfestigkeit bis zu einem  gewissen Grad einander entgegengesetzte Forderungen  sind, die aufeinander abgestimmt werden müssen, wie  aus folgenden Versuchen ersichtlich ist:    <I>Versuch 1</I>    Unterwirft man eine Verbundscheibe mit nur ge  ringer Haftung der Glasscheiben an der Zwischenschicht  einer Schlagprüfung unter     Zertrümmerung    des Glases,  so entstehen grobe Splitter, die nach allen Richtungen  wegfliegen, während die Zwischenschicht selbst unver  sehrt bleibt und das Schlagwerkzeug     elastisch    abfängt.

    Eine derartige Scheibe     würde    im Ernstfalle     keinerlei       Schutz bieten, da schwere Schnittverletzungen durch die       wegfliegenden    Glasscherben unvermeidlich wären.    <I>Versuch 2</I>  Führt man einen genau gleichen Schlagversuch mit  einer Verbundscheibe durch, deren Glasscheiben je  doch übermässig fest an der Zwischenschicht haften,  so erfolgt Durchschlag im Schlagzentrum, d. h. im  Ernstfall würde der Verunglückte mit dem Kopf durch  die Scheibe fliegen und sich durch die entstandene  splitterbesetzte Halskrause     schwere    Verletzungen zu  ziehen.  



  Es ist demnach Aufgabe der     Sicherheitsglasherstel-          lung,    die Haftung der Glasscheiben auf der Zwischen  schicht zwischen diesen beiden Extremen so einzustellen,  dass bei einer gewaltsamen Zerstörung einerseits die  Splitterhaftung     möglichst    weitgehend garantiert ist, an  derseits jedoch die Folie zwischen den Scheiben im  Moment der Zerstörung des Glases eine gewisse Deh  nungsmöglichkeit aus den Brüchen heraus - einen  Schlupf - besitzt, so dass sich die lebendige Kraft im  Moment der Zerstörung nicht     ausschliesslich    auf die  Bruchstellen konzentriert, sondern sich auf die zwi  schen den Bruchstücken herausgezogenen Teile der  Folie verteilt und dadurch so elastisch abgefangen wird,

    dass die Folie möglichst unversehrt bleibt und kein  Durchschlag erfolgt.  



  Man hat z. B. gefunden, dass derartige Scheiben im  Augenblick der Zerstörung 6 bis 8 cm durchgebogen  werden können und dass die     flächemässige    Dehnung,  die ausschliesslich von der elastischen Folie übernom  men werden muss, bis zu 10 % betragen kann.  



  Die im Handel befindliche     Polyvinylbutyralfolie    be  sitzt die Eigenart, dass ihre     Haftfestigkeit    auf Glas,  wenn sie ohne spezielle Vorbereitung verlegt wird, zu  gross ist, so dass im Schlagversuch hauptsächlich das  negative Ergebnis der 2. Art zu beobachten ist.  



  Die Haftfestigkeit der Folie     wird    deshalb vor der      Verlegung durch eine sogenannte Klimatisierung, d. h.  durch Einstellung auf einen bestimmten, empirisch er  mittelten Wassergehalt etwas herabgesetzt. Dies ge  schieht in besonderen     Klimakammern.    Auch die Ver  legung der     Folien    zwischen den Scheiben muss aus  demselben Grunde in besonders klimatisierten Räumen       erfolgen.     



  Durch diese Massnahmen in Verbindung mit genau  einzuhaltenden Bedingungen beim     Verpressen    der Schei  ben gelingt es schliesslich, einigermassen befriedigende  Verbunde herzustellen. Da man dem fertigen Verbund  nicht ansehen kann, ob er gelungen ist oder nicht, ist  eine laufende Überprüfung der Fabrikation durch ge  normte und zum Teil international anerkannte Schlag  prüfungen behördlich vorgeschrieben. Sie sind in  Deutschland in den     Richtlinien    über die Prüfung von       Fahrzeugteilen        StV        7-4l33    T/57 vom 27.4.1957 des  Bundesministers für Verkehr beschrieben.  



  Sie bestehen z. B. darin, dass Verbundscheiben be  stimmter Grösse entweder mit einer Stahlkugel oder  mit einem dem menschlichen Schädel und Schulterteil       nachgebildeten    Phantom unter stets gleichen Bedin  gungen zertrümmert werden. Hierbei können folgende  charakteristischen Schlagbilder erzielt werden, die für  die Beurteilung der Qualität massgebend sind und ent  sprechend bewertet werden:

    
EMI0002.0010     
  
    Bewertung <SEP> Schlagbilder
<tb>  1 <SEP> Die <SEP> Scheibe <SEP> weist <SEP> zahlreiche <SEP> vom <SEP> Schlag  zentrum <SEP> ausstrahlende <SEP> Initialsprünge <SEP> auf,
<tb>  die <SEP> durch <SEP> viele <SEP> Umfangs-Sprünge <SEP> unterbro  chen <SEP> sind. <SEP> Die <SEP> Folie <SEP> ist <SEP> nicht <SEP> gerissen.

   <SEP> Haupt  sächlich <SEP> im <SEP> Schlagzentrum <SEP> haben <SEP> sich <SEP> wenig
<tb>  feine <SEP> Splitter <SEP> abgelöst <SEP> (Spinnetz).
<tb>  2 <SEP> Die <SEP> Scheibe <SEP> weist <SEP> ausser <SEP> den <SEP> radialen <SEP> Initial  sprüngen <SEP> nur <SEP> wenige <SEP> Umfangssprünge <SEP> auf
<tb>  und <SEP> die <SEP> Folie <SEP> ist <SEP> in <SEP> einem <SEP> Abstand <SEP> von <SEP> etwa
<tb>  15 <SEP> cm <SEP> vom <SEP> Schlagzentrum <SEP> auf <SEP> eine <SEP> Länge
<tb>  von <SEP> 3 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> cm <SEP> angerissen.
<tb>  In <SEP> der <SEP> Splitterhaftung <SEP> besteht <SEP> kein <SEP> grosser
<tb>  Unterschied <SEP> gegenüber <SEP> 1.
<tb>  3 <SEP> Die <SEP> Scheibe <SEP> zeigt <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 3 <SEP> radiale <SEP> Risse <SEP> von
<tb>  je <SEP> 4 <SEP> bis <SEP> 8 <SEP> cm <SEP> Länge <SEP> und <SEP> im <SEP> Schlagzentrum
<tb>  ein 

  <SEP> kleines <SEP> Loch.
<tb>  4 <SEP> Die <SEP> Scheibe <SEP> weist <SEP> Radialrisse <SEP> bis <SEP> 15 <SEP> cm <SEP> und
<tb>  Umfangsrisse <SEP> bis <SEP> 10 <SEP> cm <SEP> auf. <SEP> Es <SEP> ist <SEP> jedoch
<tb>  kein <SEP> vollständiger <SEP> Durchschlag <SEP> erfolgt.
<tb>  5 <SEP> Vollständiger <SEP> Durchschlag.       Zwischen diesen Schlagbildern kann es noch über  ginge geben, die ein geübtes Auge leicht zu beurteilen  vermag.  



  Das Schlagbild der Bewertung 1 entspricht dem  anzustrebenden Optimum an Qualität. Verbunde mit  der Bewertung 4 und 5 sind als unbrauchbar abzuleh  nen.  



  Die     bisherige    Praxis der Schlagprüfungen hat ge  zeigt, dass die Bewertung 1 nur relativ selten erreicht  wurde. Man musste sich im allgemeinen mit den Be  wertungen 2 bis 3 zufrieden geben, aber auch Schlagbil  der der Bewertung 4 bis 5 waren innerhalb einer Prüf  serie relativ häufig.  



  Zwar ist wie bei 'allen Prüfverfahren, die mit einer  plötzlichen     Materialbeanspruchung    verbunden sind, mit    einem gewissen Prozentsatz mangelhafter Ergebnisse zu  rechnen; angesichts der ständig steigenden Ansprüche  im Kraftverkehr konnten diese jedoch auf die Dauer  nicht hingenommen werden.  



  Es wurde nun gefunden, dass wesentlich verbessertes  Sicherheitsglas erzielt wird, wenn die Konditionierung  der     Polyvinylbutylralfolie    ausser durch allfällige Klima  tisierung durch den Zusatz geringer Mengen als     Anti-          haftmittel    wirkender Substanzen ergänzt wird.  



  Folgende Stoffe erwiesen sich als geeignet:  1.     Oxäthylierungsprodukte    höherer     geradkettiger    Fett  säuren, die vorzugsweise 12 bis 20     Kohlenstoffatome          enthalten,    insbesondere von     Stearinsäure,    die im  Molekül vorzugsweise 30 bis 40     1VIo1        Äthylenoxyd     enthalten, und zwar in Mengen von 0,03 bis 0,2,  vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gewichtsprozent,  2. natürliche     Lecithine    pflanzlicher oder tierischer Her  kunft, insbesondere     Eilecithin    und     Sojalecithin    in  Mengen von 0,001 bis 0,015, vorzugsweise 0,005  bis 0,01 Gewichtsprozent;

    3. höhere primäre Alkohole gesättigter oder unge  sättigter Natur mit 10 bis 20     C-Atomen,    speziell       Dodekanol-(1)    in Mengen von 0,05 bis 0,5, vorzugs  weise 0,15 bis 0,4 Gewichtsprozent.  



  Sämtliche Prozentzahlen beziehen sich auf das reine       Polyvinylbutyral.     



  Dass diese Substanzen als     Antihaftmittel    wirken,  konnte dadurch gezeigt werden, dass bei Anwendung  im     überschuss    die im Versuch 1     geschilderten    Ver  hältnisse auftraten.  



  Durch den Zusatz dieser Substanzen wird die     Polyvi-          nylbutyralfolie    weder in ihren mechanischen noch in  ihren optischen Eigenschaften, noch in ihrer     Thermo-          stabilität    beeinträchtigt. Dies gilt auch für die gelb bis  braun gefärbten     Lecithine    infolge der ausserordentlich  gering anzuwendenden Mengen.  



  Für den Zusatz dieser Stoffe sind alle Massnahmen  geeignet, die eine gleichmässige Verteilung in der ferti  gen Folie garantieren. Er kann entweder zum     Polyvinyl-          butyral    oder zum     Weichmacher    erfolgen. Vorteilhaft  ist der Zusatz zum     Polyvinylbutyral,    da er im Zuge  von dessen Herstellung ohne nennenswerte zusätzliche  Arbeitsbelastung erfolgen kann. Besonders vorteilhaft  ist es, fabrikationsfeuchtes     Polyvinylbutyral    zu verwen  den, da die Trocknung dann in einem Arbeitsgang  erfolgen kann.  



  Nähere     Einzelheiten    sind aus dem folgenden Bei  spiel ersichtlich:  <I>Beispiel 1</I>  Eine ausreichende Menge     nutschenfeuchtes        Poly-          vinylbutyral    einer einzigen Fabrikationscharge mit einem  Wassergehalt von 55 % und folgender analytischer Zu  sammensetzung  19,0 %     Vinylalkoholgruppen     0,5 %     Vinylacetatgruppen     und der Rest     Vinylbutyralgruppen     und einer Viskosität der 5 %     igen    Lösung in 96 %     igem     Alkohol bei 20  C von     85eP,

      gemessen im     Höppler-          viskosimeter    wurde zwecks Durchführung eines exakten  Vergleichs folgendermassen aufgearbeitet:  a) 222 Gewichtsteile wurden bis auf einen Wasser  gehalt von 1 bis 2 % in einem     Wirbelschichttrockner     unter schonenden Bedingungen getrocknet und an  schliessend mit 40 Gewichtsteilen Weichmacher auf  einem     Extruder    in eine Folie von 0,4 mm Dicke  übergeführt.      Als Weichmacher diente in diesem und in den  folgenden Fällen     Triäthylenglykol-bis-diäthylacetat.     



  b) In einem     Henschel-Fluidmischer    wurde zu 222 Ge  wichtsteilen des     Polyvinylbutyrals    eine Lösung von  0,12 Gewichtsteilen     oxäthydierter        Stearinsäure,    die  40     Mol        Äthylenoxyd    eingebaut enthielt, in 12 Ge  wichtsteilen Wasser in 15 Minuten eingetropft, an  schliessend noch 5 Minuten in Bewegung gehalten  und dann wie unter a) getrocknet.  



  c) Nach demselben Verfahren wie unter b) wurde zu  222 Gewichtsteilen des     Polyvinylbutyrals    eine Lö  sung von 0,01 Gewichtsteilen     Sojalecithin    in 10  Gewichtsteilen Wasser     hinzugetropft    und anschlie  ssend getrocknet.  



  Bei dem verwendeten     Sojalecithin    handelt es sich  um das Fabrikat     Gliddex    amerikanischer Herkunft.  d) Ebenfalls nach demselben Verfahren wie unter b)  wurden 222 Gewichtsteile des     Polyvinylbutyrals    mit  0,25 Gewichtsteilen     Dodekanol-(1),    die in 25 Ge  wichtsteilen Methanol gelöst waren, versetzt und an  schliessend getrocknet.  



  Aus den Proben b, c und d wurden wie aus der  Probe a Folien von 0,4 mm Dicke mit 40 Gewichtsteilen  Weichmacher bezogen auf 100 Gewichtsteile     Polyvinyl-          butyral    hergestellt.  



  Alle vier Folien wurden gleichzeitig auf einen Was  sergehalt von 0,6 %     klimatisiert    und zu Glasverbunden  entsprechend den vorgeschriebenen Normen verarbeitet.  



  Die Schlagprüfungen mit je 6 als Stichproben aus  gewählten Verbundscheiben erbrachten folgende Ergeb  nisse:  
EMI0003.0018     
  
    Probe <SEP> Benotung <SEP> nach <SEP> Tabelle, <SEP> Spalte <SEP> 3
<tb>  a <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 2-3 <SEP> 2-3 <SEP> 4-5 <SEP> 3
<tb>  b <SEP> 1 <SEP> 1-2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 2-3 <SEP> 2
<tb>  c <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1-2 <SEP> 2
<tb>  d <SEP> 2 <SEP> 1-2 <SEP> 1-2 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1-2       Alle Zusätze, insbesondere das     Lecithin    und das       Dodekanol    bringen demnach eine     bemerkenswerte    Ver  besserung der Schlagfestigkeit.  



  Für     eine    optimale Wirksamkeit der     Zusätze    ist  Voraussetzung, dass deren völlig gleichmässige Vertei  lung in der fertigen Folie gewährleistet ist. Zwecks  Erfüllung dieser Forderung ist es nicht unbedingt not  wendig, sich der bei den Versuchspartien b, c und d  angewandten Methoden zu bedienen. Beispielsweise kön  nen die     oxäthylierten    Fettsäuren auch im Weichmacher  gelöst oder suspendiert werden, oder sie können bei  der Herstellung des     Polyvinylbutyrals    der mit dem       Butyraldehyd    umzusetzenden Lösung oder Suspension  des     Polyvinylalkohols        zugesetzt    werden.  



  Auch die höheren Alkohole können bereits bei der  Herstellung des     Polyvinylbutyrals,    z. B. im     Butyraldehyd     gelöst, zugesetzt werden.  



  Der Zusatz der     Lecithine    kann auch zu einer       wässrigen    Aufschlämmung des     Polyvinylbutyrals    erfol  gen oder über den Weichmacher. Im ersteren Fall wer  den vorteilhaft die kolloidal in Wasser löslichen Soja  lecithine verwendet.

   Für den Zusatz über den Weich  macher ist das     Eilecithin    vorzuziehen, da es     sich    darin  besser suspendieren lässt als die     Sojalecithine.    Wird die  Folie nicht nach dem     Extruderverfahren,    sondern über  eine Giesslösung hergestellt, so wird das     Eilecithin    ein  fach dieser zugesetzt, da es im Gegensatz zu den Soja-         lecithinen    in organischen Lösungsmitteln, in diesem  Falle Methanol, gut löslich ist.  



  Bekanntlich erfolgt die Herstellung von     Polyvinyl-          butyral    entweder durch     gleichzeitige    Umeiterung und       Acetalisierung    von     Polyvinylestern,    oder im Anschluss  an die Umeiterung von     Polyvinylestern,    speziell von       Polyvinylacetat    zu     Polyvinylalkohol.    Die erfindungsge  mässen     Antihaftmittel    können deshalb auch der alkoho  lischen, insbesondere     methanolischen    Lösung der     Poly-          vinylester    zugesetzt werden,

   wenn sie     darin    löslich oder       suspendierbar    sind. Dies gilt insbesondere für die     oxä-          thylierten    Fettsäuren, für     Eilecithin    und für die höheren  Alkohole.  



  Im folgenden wird ein Beispiel für die Herstellung  von für Sicherheitsglas geeignetes     Polyvinylbutyral    nach  der eben geschilderten Methode gegeben:    <I>Beispiel 2</I>  In einem Kessel mit kräftigem Rührwerk,     Heiz-          mantel    und absteigendem Kühler werden in 100 Ge  wichtsteilen eine     lOgewichtsprozentige    Lösung von       Polyvinylacetat    von     K-Wert    75 in Methanol 0,18 Ge  wichtsteile     Dodecanol    (-1) gelöst.

   Dann wird durch  Zusatz von 3 Gewichtsteilen einer 10 %     igen    Lösung  von     Natriumhydroxyd    in Methanol unter Rühren bei  18-20  C die     Alkoholyse    des     Polyvinylacetats    zu     Poly-          vinylalkohol    durchgeführt.

   Nach 2 Stunden ist der     Poly-          vinylalkohol        ausgefallen.    Nach Zusatz von nochmals  3 Gewichtsteilen einer 10 %     igen    Lösung von Natrium  hydroxyd in Methanol wird zunächst die Hälfte des  Methanols und     Methylacetats        abdestilliert    und dann  unter Zusatz von Wasser und vollständige Abtreibung  des restlichen Methanols und     Methylacetats    eine 10     %ige          wässrige        Polyvinylalkohollösung    hergestellt, in welcher  das eingangs zugesetzte     Dodecanol    gleichmässig ver  teilt ist.

   Diese Lösung wird unter Rühren bei 20  C  mit 25,0 Gewichtsteilen 78 %     iger    Schwefelsäure versetzt  und nach 10 Minuten mit 35 Gewichtsteilen     Butyral-          dehyd.    Der Ansatz wird anschliessend weitere etwa  30 Min. bei 20      C    gerührt. Man erhält darnach eine       wässrige    Suspension von     Polyvinylbutyral,    die auf 70  C  erwärmt und noch 2 Std. bei 70  C gerührt wird. Nach  dem Abkühlen wird das     Polyvinylbutyral        abfiltriert,     gewaschen und getrocknet.  



  Aus einem derartigen     Polyvinylbutyral    können nach  Zusatz von 40 %, bezogen auf das Gewicht des     Poly-          vinylbutyrals,    an Weichmacher, z. B.     Triäthylenglycol-          bis        -diäthylacetat,    Folien hergestellt werden, die im  Verbund mit     Silikatglasscheiben    ein Sicherheitsglas nach  den gewünschten Eigenschaften beim Schlagversuch er  geben.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verbundsicherheitsglas mit Polyvinylbutyralfolie als Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die, Zwi schenschicht ein Antihaftmittel enthält. UNTERANSPRÜCHE 1. Verbundsicherheitsglas nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Antihaftmittel oxäthy- lierte Stearinsäure, welche 30 bis 40 Mol Äthylenoxyd pro Mol enthält, ist, die in einer Menge von 0,03 bis 0,2, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gewichtsprozent be zogen auf das Polyvinylbutyral, vorliegt. 2.

   Verbundsicherheitsglas nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Antihaftmittel ein Le- cithin tierischer oder pflanzlicher Herkunft, insbeson dere Soja- oder Eilecithin, in Mengen von 0,001 bis 0,015, vorzugsweise 0,005 bis 0,01 Gewichtsprozent bezogen auf das Polyvinylbutyral, dient. 3.

   Verbundsicherheitsglas nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Haftmittel Dodekanol- (1) in Mengen von 0,05 bis 0,5, vorzugsweise 0,15 bis 0;4. Gewichtsprozent bezogen auf das Polyvinylbutyral, dient.