NO132904B

NO132904B -

Info

Publication number: NO132904B
Application number: NO3653/73A
Authority: NO
Inventors: R Van Laethem; P Baudin; M De Boel
Original assignee: Glaverbel
Priority date: 1972-09-29
Filing date: 1973-09-18
Publication date: 1975-10-20
Also published as: CA1010350A; DE2347955C2; FR2201265A1; JPS5729424B2; GB1426010A; NL180002B; DK142697B; ZA737463B; CH593873A5; ATA814173A; NL180002C; NL7313211A; SE389497B; AU6070573A; JPS4972315A; BE805128A; DE2347955A1; IL43264A; IT999536B; FR2201265B1

Description

Oppfinnelsen vedrører et slagfast glasslaminat som består av en gruppe på minst tre plater av vitrøst materiale med forskjellig tykkelse som er sammenbundet med mellomliggende lag av plastmateriale, idet et eventuelt tynneste lag av plastmateriale er anordnet ved den første plate i gruppen regnet fra den side som har den største platetykkelsen.

Betegnelsen vitrøst materiale omfatter vanlig glass

og vitrokrystallinske stoffer, dvs. glass som er behandlet på

en slik måte at man får dannelse av en eller flere krystallinske faser i glasset.

Slike laminerte plater motstår slag fra stener, ku-

ler eller lignende prosjektiler. Platene brukes derfor ofte som deler av skuddsikre skjermer i banker og postkontor, eller som vinduer, særlig som glass i fly og hurtiggående lokomotiver. Platene er også motstandsdyktige mot knusing ved hærverk.og kan brukes som utstillingsmontre i museer eller som gjennomsiktige skillevegger i fengsler.

Hittil har slike laminerte plater måttet være meget

•tykke for å gi tilstrekkelig slagstyrke.

Dette har resultert i svært tunge og kostbare plater.

Tunge plater krever videre tunge bærestrukturer eller rammer,

og tunge plater er videre klart ugunstige i fly.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å tilveie-bringe slagfaste plater med redusert tykkelse i .forhold til det som hittil har vært kjent og med relativt stor.slagfasthet.

I henhold, til oppfinnelsen tilyeiebringes1,_således. et slagfast laminat omfattende en gruppe på minst tre plater av vitrøst materiale med forskjellig tykkelse som er sammenbundet med mellomliggende lag av plastmateriale, .idet et ..eventuelt tynneste lag av plastmateriale er anordnet -ved den:første plate i gruppen regnet fra deri side som har den største platetykkelsen, og opp f inne Isen-"ér ^'kjennetegnet ved at de vitrøse plater i gruppen omfatter minst tre forskjellige.tykkelser som er anordnet i tykkelsesrekkefølge, og hvor i det minste den første plate i hvert sett er herdet.

Uttrykket "en gruppe omfattende minst tre forskjellige tykkelser som er anordnet i tykkelsesrekkefølge" utelukker ikke anvendelse av to plater med samme tykkelse, forutsatt at disse glassplater er naboplater og videre forutsatt at glassplater med minst to andre tykkelser også finnes i settet. En plate i henhold til oppfinnelsen kan således omfatte et sett på fire glassplater'anordnet i tykkelsesrekkefølge som er slik at platetykkelsen er henholdsvis 9 mm,: 5 mm,' 5 mm og 2 mm.

Man vil forstå' at platetykkelsen er nominell og vil være gjenstand for fremstillingsav-vikelser og -toleranser. Tykkelsesforskjellene som fremkommer' ovenfor- er imidlertid betraktelig større enn de avvikelser som vil falle innenfor norma-le toleranser' som man opererer med ved fremstilling av glassplater med gitt'tykkelse.

Betegnelsen "mellomliggende lag" i foreliggende be-skrivelse betegner lag som er limt eller sammenføyet' med to glassplater. Det er ikke' nødvendig at det mellomliggende- lag er homogent. Tvert imot kan slike mellomliggende lag være' sammensatt av f. eks. to eller 'flere enkeltlag.

Glassplatene eller platene av vitrokrystallirisk materiale kan være'-flate eller krumme og en eller flere av platene kan være' farvet, f. eks. for bruk i tonede glassplater'.

Man har funnet at et-laminat i henhold til foreliggende oppfinnelse kan være betraktelig' tynnere enn én plate av hittil kjent type, samtidig'som man oppnår samme slagfasthet. Spesielt når man skyter en'kule mot den første plate'i"et slikt' sett, vil kulen deformeres kraftig og kulebanen" forandres" slik at gjennomslagskraften reduseres. Dette inntreffer' i større grad enn med et laminat av kjent type hvor det ikke benyttes herdet glass, og som'omfatter; en rekke plater som alle'har sa: ,-.;' tykkelse og har samme tdtaltykkelse som en -plate' i"henhold^ tii

foreliggende' oppfinnelse; Fortrinnsvis har minst to av dé<:>mellomliggende låg av plastmaterialé som limér glassplatene såmmen, forskjellig tykkelse og er anordnet slik at. det tynneste av dem ligger nær-

mere den. første plate enn de andre lag.

Ved å anbringe lagene av forskjellig materiale i platen på denne måten benyttes materialeffekten optimalt.

Faktum er" at et lag av plastmateriale ikke vil gi stor gjennomslagsstyrke overfor et prosjektil som en kule, og en glassplate vil heller ikke uten i overdreven grad å øke tykkelsen kunne motstå en kule, mens man derimot har funnet at en oppbygging i henhold til oppfinnelsen gjør at maksimum av energi fra prosjektilet absorberes helt i begynnelsen av prosjekti-lets bane gjennom platen, mens den resterende energi best absorberes i plastmaterialet ved deformasjon både elastisk og plastisk. Dette resulterer i at den energiabsorbereride avstand kan gjøres relativt kort med følgelig nedsatt platetykkelse.

Man oppnår herved.en meget effektiv slagfast plate med stor gjennomslagssikkerhet kombinert med lav tykkelse og lettere vekt enn hva som hittil har vært mulig.

I tillegg fil det faktum at den herdede plate er vanskeligere å knuse enn en lignende, men ikke-herdet plate på grunn av de innførte overflatekompresjonsspenninger i glasset, vil en slik plate når den knuses brytes opp i et større antall mindre biter. Følgelig vil knusing av en herdet glassplate ab-sorbere større energi. På grunn av denne finknusing vil platen bli ugjennomsiktig eller halvgjennomsiktig, og dette trekk har også adskillig betydning når platen brukes som en del av en skuddsikker vegg. Når noen har avfyrt et skudd mot et slikt laminat, vil dette, hvis den tykke herdede glassplate knuses, bil opakt og ugjennomsiktig, og personer som står bak laminatet vil da kunne tilkalle hjelp eller unnslippe uten at hans beveg-elser vil være synlige for angriperen.

Fortrinnsvis vil minst étt av de mellomliggende plast-lag omfatte minst ett selvbærende lag-av plastmateriale. Dette er en relativt billig og megét effektiv måte til sammensetning av laminerte glassplater.

Ved en foretrukket utførelse av oppfinne'1-seh benyttes et sett. som inneholder fire vitrøse plater, og dé mellomliggende piastlag som hefter til glassplatene har minst tre forskjellige tykkelser anordnet i'tykkelsesrekkefølge med' det tynneste piastlag klebende til første glassplate. Dette trekk øker ytterligere slågstyrken for platen. 1

Ved en ytterligere foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter settet fire glassplater som.har forskjellig tykkelse. Platens totaltykkelse og derfor vekten og vekten av den tilhørende ramme kan reduseres sammenlignet med en annen plate med samme slagfasthet som ikke. har dette trekk.

Med fordel har den tynneste glassplate en tykkelse pa under 6 mm for å gi optimal sikkerhet og vekt. En tykkelse på mellom 1,5 og 3,2 mm er særlig gunstig.

Det er særlig gunstig om hver plate i settet er kjemisk herdet, hvorved man ytterligere øker platens slagfasthet. Kjemisk herding, muliggjør større seighet enn hva man kan oppnå med varmeherding, og platev.ekten kan derfor reduseres sammenlignet med en plate hvor i det minste første glassplate er varmeherdet. I tillegg kan kjemisk herding gjennomføres på tynnere plater enn. hva som er mulig med varmeherding.

Med fordel kan det på en side av laminatet anbringes et avstands- eller vinduselement som holdes i en viss avstand fra siste plate i settet regnet fra den høyeste platetykkelse i settet. Hvis platesettet skulle knuses, vil man på denne måten oppnå at alle bitene vil befinne seg i mellomrommet. Hvis et prosjektil knuser avstandselementet .også, vil likevel praktisk talt alle bitene fra det knuste glassett inneholdes i mellomrommet, og de ;eneste biter som slynges inn i det beskyttede område vil være biter fra avstandsplaten. Avstandsplaten kan enkelt behandles på en slik måte.at bitene.ved'knusing vil være små.og uskarpe

Avstandselementet kan være .helt av glass eller glass-■krystallinsk materiale-, men man foretrekker en laminert struktur som inneholder minst en glassplate. Dette,.trekk gir større styrke til avstanaselementet og gjør det .derved vanskeligere å knuse, og vil også ved .knusing fortrinnsvis sprekke og ikke splintres- i mange biter som slynges i forskjellige retninger.

Fortrinnsvis befinner avstandselementet seg i en av-_ stand fra siste, -plate., i. settet.-av glassplater på minst 10 mm , idet man har funnet at dette gir de beste.,resultater.

■Minst.en utside av platen er,oppbygget av.en glassplate som er. kjemisk'herdet.. , Anvendelse av dette trekk forbed-rer forholdet mellom slagfasthet. og vekt f or. platen.

Det mellomliggende lag kan- være .av. polyvinylbutyral.

Dette plastmateriale er lett tilgjengelig ogrhar-deri fordel at det ikke nedbrytes i noen særlig grad med tiden, særlig når platen er laminert mellom glassplater'som er opake eller ugjennom-siktige for ultrafiolett lys. Polyvinylbiityralet -kan ha en fuk-tighetsgjrad på .mellom 0,1 % <p>g 0,6 % på vektbasis..Denne, kvali-tet av pblyvinylbutyral kan lett' produseres industrielt- og er relativt billig, videre gir slike plater tilfredsstillende- ad-hesjon til glassplater og dette øker det slagfaste vindus.styrke.

Fortrinnsvis ligger tykkelsen f or. hvert., mellomliggende piastlag på mellom 0,2 og 5>o mm. Lag innenfor dette tykkel-sesområde, særlig av polyvinylbutyral, byr på tilstrekkelig slagfasthet uten unødig store omkostninger.

En plate eller vindu i "henhold, til oppfinnelsen bør installeres slik at platene i settet avtar i tykkelse fra den side av vinduet som er mest utsatt for ødeleggelse, -dvs. slik at den tykkeste plate i settet anbringes, på, den side a.v vinduet hvorfra slaget mest sannsynlig vil komme., slik at innslagskraf-ten fra et prosjektil på settet .vil komme på-den tykkeste og sterkeste plate.

Et vindu - i henhold til oppfinnelsen er meget godt egnet som deler"av'veggen omkring en kasse i en bank eller lignende. F. eks i'-kan en slik plate - brukes.som en gjennomsiktig skillevegg over disken i en bank eller et postkontor som en del av buret for kassen i en butikk eller et hotell;

Plater i henhold til oppfinnelsen er også meget godt egnet som kj øretøyvinduer, f. eks. frontglass-i fly.-og lokomotiver. Platene kan også brukes som vinduer i trans-portkjøre-tøyer som kjører større pengesummer..

Oppfinnelsen skal nå beskrives mer detaljert i for-bindelse med tegningene som viser forskjellige utførelser og hvor: fig. 1 viser et slagfast laminat i henhold- til en første utførelse av oppfinnelsen, ,,

fig. 2 viser en annen utfør.else,

fig. 3 viser et laminat i henhold ti'loppfinneIsen med et avstandsel-emerit anbragt foran laminatet;, ,

Det. er blitt 'gjennomført; en- rekke, praktiske, prøver med slagf aste eller:, skuddsikre laminater.. -.'„■•»

Ved -forsøkene har mån henyttet tre våpentyper:

Våpen r (9 mm GP) v, .'i..

Våpenet er en'-"GP pistol" med løp ,på-125 mm... Kulene har kaliber 9 mm. r - ' ■;■*..-,

Våpen 2 (0,357 Magnum) •

Våpenet er en "Colt "Pythoh"-med et■100 mm løp..Kulene hadde kaliber 0,357", dvs. 9 mm.

Våpen-3 ( 0 ,44 Magnum) Våpenet ér • en -"Ruger Super. Blackhawk" med 150 mm løp . Kulene hadde kaliber 0,44", dvs. - 10,6 mm..

De slagfaste- laminater, som ble brukt som mål ved prø-vene hadde størrelse 30 x 30 cm..

For'hver av de undersøkte laminater fyrte man.av tre skudd hvis treffpunkter, fordelte seg: i en avstand fra hverandre på ca. 10 cm i hjørnene'av en omtrent likebenet trekant. Hver kule ble avfyrt i en "avstand på 5 m fra målplaten. Treffvinke-len var 90°.

Kvaliteten på hver undersøkt laminatplate ble oppsatt på basis av antall og fordeling av biter på den bakre plate hvis platen ble gjennombrutt-og knust. ; For dette formål bredte man ut papir 500 x 450 mm på en treramme festet 45 cm,bak .den-bakre plate. To stramt strukne tynne; huder. ble., holdt bak papiret for å kunne anslå støténergiéri' og-, skjærekra-ften- fra eventuelle glassbiter som ble slynget■gjennom papiret,.ved å finne antall og dybde på skårene■i huden.

I praksis vil"mari--kunne si-'at et laminat har .tilfredsstillende slagfasthet for en 'spesiell våpentype, hvis, under de forsøksbetingelser som er nevnt ovenfor og for det angitte, våpen, ingen glassbiter'går- gjennom-papiret-etter .slag fra kuler mot tre prøveplater.' ';' Eksempel 1

Det laminat' som-er vist pa -fig. '1 er..et slagfast laminat bygget opp av et sett på fire plater 1 --4 av gjennomsiktig glass limt til hverandre ved'hjelp av. mellomliggende-, lag 5 - 7 av polyvinylbutyral. •'<■ ; c .-"

De gj.ennomsiktige plater 1 -' 4 ér • av .natrpnkalkglas.s med vanlig sammensetning'<1>^^ ^ Na^O.;, ;0";e9 - %: K 2° >

9,4 % CaO, 3 % MgO, 3 % kY^ y. 0",01'1-F-é^O- på vektbasis) og: ... har tykkelse 9, 5, 5 og 2 mm respektivt. Første glassplate 1 i settet, regnet fra den største platetykkeIse, er varmeherdet.

.De mellomliggende polyvinylbutyrallag 5 - 7 har hver

en tykkelse på 0,76 mm og polyvinylbutyralet' har en fuktighets-'' grad på 0,4 ..vektprosent.

Man foretok en sammenligning mellom laminatet vist på fig. 1 og et sammenligningslaminat (ikke vist) av symmetrisk oppbygging, bestående av tre plater av glass med våniig sammensetning som angitt tidligere. Platene hadde alle eri tykkelse på 7 mm og ble sammenføyet med lag av polyvinylbutyral med tykkelse 0,76 mm og fuktighetsopptak 0,4 vektprosent'. Lamina-

tet i henhold til oppfinnelsen og sammenligningslaminatet hadde derfor samme glasstykkelse sammenlagt.

For å bedømme kvaliteten for de'to laminater benyttet man et 9 mm GP-våpen. under de angitte forsøksbetingelser. Det-

ble skutt mot det første laminat 1 i henhold til oppfinnelsen.

Man fant at det første skinnet som var trukket bak laminatet i henhold til.oppfinnelsen hverken ble truffet eller oppskåret. Derimot fant man etter prøven med sammenligningslaminatét- at de

to skinn ble betraktelig oppskåret. Laminatet i' henhold til oppfinnelsen; som var av asymmetrisk oppbygging viste således en klart større beskyttelse enn sammenligningslåminatet som 'var symmetrisk oppbygget.

Videre viste.en undersøkelse av'papirarkene som var anordnet ,bak forsøksplatene at fordelingen av glassbitene, dvs. - det område som glassbitene ble slynget ut i', var dobbelt så

stort for. sammenligningslaminatet som for laminatet i henhold til.oppfinnelsen.

Eksempel 2

Laminatet som er vist på fig. 2 er bygget opp av fem glassplater 8 - 12 av vanlig sammensetning som i eksempel 1', limt sammen med polyvinylbutyrallag 13-16.'

Platene 8-12 har en tykkelse på 10', 5 , 4, 3 og

2 mm- respektivt og de mellomliggende polyvinylbutyrallag 13 -

16 har respektive tykkelser på 0,38 mm,. 0,76 mm, 1,52 mm og 2,2 8 mm.

'...I dette eksempel gjennomførte man-en kjemisk herde-behandling ved å nedsenke alle glassplatene i-et'bad av' smektet kaliumnitrat ved. 480°C. Under behandlingen-ble natriumioner-i.-: ■ glassets overflatelag byttet ut mot kalium i one r i badet av"smel-'.... tet kaliumnitrat. Siden kaliumet s ionediameter er-større enn ..... ,

natriumets ionediameter, ble resultatet av behandlingen at' man innførte kompresjons- el"ler trykkspenninger i glassets overflatelag, som står i likevekt med strekkspenninger som innføres i platens indre...

For å bedømme laminatets beskyttelseskvalitet b-enyt--tet man en 9 -mm X),357 Magnum-pistol under de betingelser som er angitt tidligere. Man fyrte løst på-platen 8.

Den siste plate 12 i platesettet var intakt etter skuddforsøkene. Eksempel 3

Laminatet som er vist på" fig. 3 består av et sett 17 av plater 18 - 22 som er glass med vanlig sammensetning, limt til hverandre med mellomliggende polyvinylbutyrallag 23 - 26.

Glassplatene 18 - 22 ble varmeherdet på vanlig måte og har tykkelser 10, 5 , 5, .4 og 3 mm respektivt, mens de mellomliggende lag har en tykkelse på 0,38 mm, og polyvinylbutyralet har en omtrentlig fuktighetsgrad på 0,3

Et avstandselement 27 bestående av to plater 28., 29 av vanlig glass som hver har 0,-5 mm tykkelse og sammenføyet-med polyvinylbutyrallaget 30 med 0,2 mm tykkelse, holdes i en avstand på 10 mm fra settet 17 -av platene 1-8 - 22 ved hjelp av en aluminiumsramme 31 fastlimt med klebelag 32.

Mellomrommet 33 er fylt med vannfri luft for å hindre kondensasjon. Glassplatene 28, 29 i avstandselementet 27 ble kjemisk herdet for sammensetning på samme måte som beskrevet i eksempel 2.

I dette eksempel ble settet . 17 av platene 18 - 22 for seg sammenlignet med elementet sammensatt av laminatet 17 og avstandselementet 27, som vist på fig. 3, idet man skjøt mot frontplaten. 18 i -begge tilfeller.

For bedømmelse av kvaliteten på laminatet sammenlignet med kvaliteten på det sammensatte vindu," som vist på fig. "3 og ovenfor beskrevet, benyttet man et 10,6 mm kaliber 0,44 Magnum-våpen.

Man fant at for laminatet 17 alene bie alle glassplatene knust og siste, plate- 22 deformert. " 'Glassbiter som blé kastet ut fra denne siste plate forårsaket mange riss i papir-arket som ble strukket bak prøveoppsettet.

Derimot fant man ved forsøket med det sammensatte vindu som er vist på fig. 3 at selv om laminatet 17 fremdeles var knust av kulene og den siste plate 22 likeledes var deformert, hadde avstandsplaten-27 holdt seg uknust -og ,hadde holdt tilbake alle glassbitene. Eksempel 4

Det ble fremstilt et slagfat laminat, som vist på

fig. 1 og lik'det som er beskrevet i eksempel. 1,.bortsett fra at vitrokrystailinsk materiale ble benyttet i platene 1-4. Platene av det vitrokrystallinske materiale hadde følgende sammensetning på vektbasis: Si02 = 48 %, kl^ O^ = 32 %, Na20 = 10 %, CaO = 2 %, Ti02 = 8 %.

Dette slagfaste laminat hadde meget høy ripemotstand.

Eksempel 5

Det- ble fremstilt et slagfast laminat som vist på

fig. 1. Platene 1-4 var av farvet glass. Det farvede glass var et vanlig natriumkalkglass med tilsetning av 0,15 % FegO .

Som beskrevet blir platene med forskjellig tykkelse sammenføyet med hverandre ved hjelp av mellomliggende lag av plastfolie eller- -plater, slik at det dannes en laminert struktur. De mellomliggende lag kan bestå av et materiale som polyvinylbutyral. Imidlertid er oppfinnelsen ikke begrenset til bruk av polyvinylbutyral og andre stoffer som blant annet poly-uretaner kan benyttes i disse lag.

Videre kan man tenke seg andre kjemiske herdemetoder til forsterkning av ett eller flere av lagene av glass eller glasskrystal.linsk materiale i en plate eller vindu i henhold til oppfinnelsen.

Slike andre behandlinger kan. omfatte ioneveksling i glassets overflatesoner- med.andre alkaliioner som kan ha større eller mindre diameter, f. eks. kan kaliumioner i glasskrystall-insk materiale utbyttes med litiumioner fra et behandlingsmedium.

Endelig kan tykkelsen for -glassplatene og de mellomliggende lag.av plast som danner den laminerte plate forandres.

En slik forandring kan naturligvis.bare foretas forutsatt at den ønskede rekkefølge på platetykkelsen opprettholdes i henhold til oppfinnelsen'.

Når slagfaste laminater i henhold til oppfinnelsen

skal brukes, i spesielle tilfeller, kan. de også gis andre egenskaper ,; f... eks . ; op<p>varmin<g>shindrende egenskaper, idet man da må innsette ett eller flere tynne lag som reflekterer eller absor-

berer infrarød stråling. Laminatene kan også gjøres til varme-og/eller dugghindrende plater, omfatte tyvérihindrende alarmsy-stemer, inneholde en telefonlinje, ha variabel lysfransmisjon eller -refleksjon etc.

Dernest kan man tenke seg et større antall glasslami-nater i et slagfast vindu i henhold til oppfinnelsen uten å komme utenfor oppfinnelsens ramme i de tilfeller hvor gjenstan-der vil kunne slynges mot platene med meget høy energi.

Claims

1. Slagfast laminat omfattende en gruppe på minst tre plater (1 - 4, 8 - .12, 18 - 22) av vitrøst materiale med forskjellig tykkelse som er sammenbundet med mellomliggende lag av plastmateriale, idet et eventuelt tynneste lag av plastmateriale er anordnet ved den første plate i gruppen regnet fra den side som har den største platetykkelsen, karakterisert ved at de vitrøse plater (1 - 4, 8 - 12, 18 - 22) i gruppen omfatter minst tre forskjellige tykkelser som er anordnet i tykkelsesrekkefølge, og hvor i det minste den første plate (1, 8, 18; i hvert sett er herdet.

2. Laminat som angitt i krav 1,karakterisert v ed at det benyttes et sett som inneholder minst fire vitrøse plater (8 - 12) og ved at det mellomliggende, lag (13 - 16) av plastmateriale som hefter til platene har minst tre forskjellige tykkelser anordnet i tykkelsesrekkefølge med det tynneste (13) klebende til den første plate.

3. Laminat som angitt i krav 1 og/eller 2, -k a r a- k~ terisert ved at settet består av -fire plater som alle har forskjellig tykkelse.

4. Laminat som angitt i -ett eller ffere av de foranstå-ende krav, karakterisert ved at den tynneste plate i settet har en tykkelse påundér 6 mm.

5. Laminat som angitt i krav 4, karakterisert ved at den tynneste plate har en tykkelse på mellom 1,5 og-3,2 ram.

6. Laminat som angitt i ett eller flere av de foranstå-ende krav, karakterisert ved at hver piate i settet er kjemisk herdet.