Verbundsicherheitsscheibe Die handelsüblichen Verbundsicherheitsscheiben be stehen aus zwei etwa 2 bis 4, vorzugsweise etwa 3 mm dicken Glasplatten, die durch eine etwa 0,05 bis 1,0, vorzugsweise etwa 0,1 bis 0,5 mm dicke Schicht aus einem elastischen Klebemittel, in der Regel weich- macherhaltigem Polyvinylbutyral, miteinander verkittet sind.
Diese Verbundscheiben halten bei Raumtemperatur im allgemeinen Stössen mit einer Energie bis zu etwa 1,5 mkp stand. Bei stärkeren Belastungen werden sie durchstossen. In einem solchen Fall ist es der Vorteil dieser Scheiben, dass die Hauptmenge der dabei entste henden Glassplitter nicht abspringt, sondern von der Klebeschicht festgehalten wird und der Rest energielos herunterfällt. Erfolgt der Durchstoss aber durch einen menschlichen Körperteil, z. B. den Kopf, etwa bei einer Automobil-Windschutzscheibe, so besteht für diesen Körperteil dennoch die Gefahr schwerer Schnittverlet zungen, nämlich durch Bildung der sogenannten Hals krause .
Es sind auch schon Sicherheitsscheiben vorgeschla gen worden, die aus einer mindestens etwa 2 mm dicken Platte aus hochmolekularem, linearem Bisphenol-Poly- carbonat bestehen, die ihrerseits mit kratzfesten Ober flächenschichten versehen ist. Bei einer Ausführungs form dieser Sicherheitsscheiben bestehen beide kratz- feste Oberflächenschichten aus mit der Polycarbonat- platte durch eine etwa 0,1 mm dicke Klebeschichten verbundenen, bevorzugt höchstens etwa 1,5 mm dicken Glasplatten.
Bei diesen Sicherheitsscheiben macht die Polycarbo- natplatte den überwiegenden Teil der Gesamtmasse aus, da die Glasplatten nur dazu dienen, der Polycarbonat- platte eine kratzfeste Oberfläche zu geben. Die übrigen Eigenschaften dieser Sicherheitsscheiben werden daher fast ausschliesslich durch die Eigenschaften der Poly- carbonatplatte bestimmt.
So besteht der wichtigste Vorteil dieser Sicherheits scheiben darin, dass sie dank der hohen Schlagfestigkeit der Polycarbonatplatte selbst durch heftige Schläge nicht durchstossen werden; höchstens die Glasabdeckplatten zerspringen, wobei aber praktisch keine Glassplitter ab- gestossen werden, da sie an der Klebeschicht haften blei ben. Die gefürchtete Halskrause kann nicht auftreten.
Ein weiterer Vorteil dieser Scheiben liegt in dem günstigen Absorptionsverhalten der Polycarbonate ge genüber Lichtstrahlen, so dass kaum Verluste im sicht baren Spektrum eintreten, während die meist uner wünschten Ultraviolett- und Infrarotstrahlen praktisch vollständig zurückgehalten werden. Erwähnt sei auch die bessere Wärmeisolierung gegenüber Scheiben, die nur aus Glas bestehen, der es unter anderem auch im we sentlichen zu verdanken ist, dass diese Scheiben bei Temperaturdifferenzen weniger leicht beschlagen als Glasscheiben.
Soweit diese Sicherheitsscheiben aus einer klar durchsichtigen Polycarbonat- und klardurchsichtigen Glasplatte bestehen und auch die Klebeschichten klar durchsichtig gewählt sind, können diese Scheiben z. B. im Fahrzeugbau, insbesondere bei Kraftfahrzeugen und bei Schienenfahrzeugen, verwendet werden. Als Wind schutzscheiben sind sie jedoch weniger geeignet, da beim Aufschlagen etwa des Kopfes eines Wageninsassen eine Rückforderung erfolgt, die zu einer schweren Gehirn erschütterung (Pendeltrauma), wenn nicht gar zu einem Halswirbelbruch führen kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Verbundsicherheitsscheibe, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus zwei 2,5 bis 7 mm dicken, klardurch sichtigen Glasplatten besteht, zwischen die eine 0,5 mm bis höchstens 2 mm dicke, klardurchsichtige Folie aus hochmolekularem Polycarbonat zweiwertiger Phenole mittels 0,05 bis 1,0 mm dicken, klardurchsichtigen Klebeschichten gleitfähig eingelegt ist.
Es hat sich gezeigt, dass der Gebrauchswert einer solchen Sicherheitsscheibe für viele Verwendungszwecke, so insbesondere für Verglasungen von Fahrzeugfenstern, z. B. als Windschutzscheiben bei Kraftfahrzeugen, grös- ser ist als derjenige der vorgenannten bekannten Sicher heitsscheiben. Eine solche Sicherheitsscheibe ist trotz der ver gleichsweise nur geringen Dicke der Polycarbonatfolie allen praktisch bei derartigen Scheiben vorkommenden Stossbelastungen überraschenderweise ebenso gewach sen wie die Sicherheitsscheiben, die im wesentlichen aus einer dickeren Polycarbonatplatte bestehen, d. h. auch sie werden nicht durchstossen.
Ist der Schlag stark ge nug, um die vergleichsweise dicken Glasplatten zu zer brechen, so wird die übrige Schlagenergie auch von der dünnen Polycarbonatfolie noch vollkommen aufgenom men, nun aber nicht durch Rückfederung, sondern über raschenderweise dadurch, dass die Folie an der Stelle der Schlagbelastung infolge eines Verstreckungsvorgan- ges, durch den die Energie vernichtet wird, deformiert, obgleich die Polycarbonate normalerweise wesentlich unterhalb der Einfriertemperatur nur schwer und nur begrenzt verstreckbar sind.
Möglicherweise führt die auf einen engen Raum auftreffende Schlagenergie zu einer hinreichenden lokalen Erwärmung des Polycarbonats, so dass die Einfriertemperatur an dieser Stelle überschrit ten und die Folie, wie erwähnt, unter Verstreckung de formiert wird.
Wären die Glasplatten oder/und die Polycarbonat- platte zu dünn, so würde durch den Bruch der Glasplat ten und die Deformation der Polycarbonatplatte nicht alle Energie verbraucht, die Scheibe könnte durchstos- sen werden und sich damit ähnlich verhalten wie die bekannten Verbundscheiben. Wären die Glasplatten zu dick, so würden sie nicht springen, und es träte die er wähnte Rückfederung auf. Wäre anderseits die Poly- carbonatplatte zu dick, so käme es nicht zu deren De formation und daher wiederum zur Rückfederung.
Es sind also die Dicken der Glasplatten und die Dicke der Polycarbonatplatte so ausgewählt, dass die durch die Verkittung daraus entstandene Verbund scheibe geringfügigeren Stössen unverändert standhält, dass sie jedoch höhere Stossenergien vernichtet unter Ausschluss der Gefahr von Schnittverletzungen und des Pendeltraumas. Innerhalb der angegebenen Dickengren zen kann man die Stossgrenze, bis zu der die Scheibe un beschädigt bleibt, bis zu einem gewissen Grad nach Be lieben einstellen, je nachdem ob man dünnere oder dik- kere Glasplatten oder/und eine dünnere oder dickere Polycarbonatplatte wählt.
Meist ist es günstig, dünnere Glasplatten mit einer dickeren Polycarbonatplatte zu kombinieren oder umgekehrt oder alle drei Platten mit teldick zu nehmen.
Hervorzuheben ist, dass die erwähnte bleibende De formation der Polycarbonatplatte durch die besondere Eigenschaft gerade der Polycarbonate bedingt ist, dass sie einerseits unterhalb der Einfriertemperatur, die durchweg sehr hoch und z. B. beim Polycarbonat aus Bisphenol A (2,2-Bis-(phenylol)propan) bei etwa 140 C liegt, sehr steif sind, keinen kalten Fluss zeigen und da mit auch nicht im eigentlichen Sinn plastisch verformbar sind - andernfalls wären die Platten auf die Dauer nicht formbeständig -, anderseits aber unter gewissen Bedingungen verstreckbar sind.
Die bleibende Deforma tion ist hier also eine Folge eines erhebliche Energien aufnehmenden Streckvorganges.
Weiterhin ist das Absorptionsvermögen des Poly- carbonats für Ultraviolett- und Infrarotstrahlen so gross, dass auch eine dünne Folie noch genügt, um diese Strah len durch die Sicherheitsscheiben praktisch vollständig zurückzuhalten. Bezüglich der optischen Eigenschaften kommt hinzu, dass Glasplatten mit einer Dicke von etwa 2,5 und insbesondere etwa 2,8 mm an aufwärts, im Ge- gensatz zu den dünneren Glasplatten, beidseitig geschlif fen und poliert werden können, so dass man bevorzugt auf solche sogenannte Spiegelglasplatten zurückgreifen kann.
Dadurch erfüllen die neuen Sicherheitsscheiben in weit höherem Masse die sehr hohen Anforderungen, die an die optische Qualität namentlich von Windschutz scheiben bei Kraftfahrzeugen, die in der Regel gekrümmt ausgebildet sind, gestellt werden (vergleiche hierzu z. B. Verkehrsblatt , Amtsblatt des Bundesministers für Verkehr der Bundesrepublik Deutschland, 19. Jahrg., 1965, Heft 3, S. 61-116, insbesondere S. 89, Abs. B, 25 (2) 1c) und S. 91, linke Spalte, 3).
Nicht zuletzt ist auch die Herstellung grösserer, na mentlich gekrümmter Scheiben durch Dazwischenkleben einer dünnen, biegsamen Polycarbonatfolie zwischen dickere, gegebenenfalls gekrümmte Glasplatten tech nisch erheblich leichter durchzuführen als eine praktisch bereits starre, dickere Polycarbonatplatte mit praktisch ebenfalls starren, wenn auch dünneren Glasplatten zu verbinden.
Die Kombination dieser Eigenschaften ist bei kei nem anderen bis jetzt bekannten Kunststoff anzutreffen. Erwähnt sei schliesslich auch noch, dass sich auch die vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit der Polycar- bonate günstig auswirkt, indem die Neigung, bei Tempe raturunterschieden zu beschlagen, dadurch stark ver mindert ist. Deshalb eignen sich gerade die erwähnten Polycarbonate in Kombination mit Glas so besonders gut für die Verwendung von Verbundsicherheitsschei- ben.
Die Herstellung der hochmolekularen thermoplasti schen Polycarbonate zweiwertiger Phenole, insbesondere Bisphenylolalkanen, ist bekannt und z. B. in den deut schen Patentschriften 1011 178, 971777 und 971790 beschrieben. Aus diesen Polycarbonaten können die etwa 0,5 bis 2 mm dicken Platten in bekannter Weise aus der Schmelze durch Breitschlitzdüsen gegossen wer den. Um diesen Platten praktisch vollständig planparal lele Oberflächen und damit optische Isometrie zu ver leihen, ist es im allgemeinen zweckmässig, sie, wieder um in bekannter Weise, in einer Plattenpresse oder einem Kalander nachzubehandeln.
Als Klebemittel eignen sich die bei den vorerwähnten bekannten Sicherheitsscheiben verwendbaren Kleber, z. B. Silikonkautschuk und härtbare Polyester-Styrol- mischungen, vorzugsweise solche, bei denen das Mi schungsverhältnis Polyester : Styrol mindestens etwa 4:1 beträgt, sowie weichgestellte Epoxidharze, ferner die von der Verbundscheibenherstellung her bekannten Poly- vinyl-Butyral-Folien und dergleichen.
Als besonders vor teilhaft haben sich die als Klebemittel an sich bekannten, mehr oder weniger weich eingestellten Polyacrylat-Kle- ber erwiesen, da sie auch in vergleichsweise dickeren Schichten besondere optische Klarheit, eine ausgezeich nete Adhäsion an Glas und Polycarbonat und eine für eine gleitfähige Verkittung geeignete Kohäsion besitzen, die auch bis zu Temperaturen bis etwa -30 C hinrei chend erhalten bleibt.
Das Verkitten der drei Scheiben erfolgt in aus der Verbundscheibenherstellung her bekannten Weise.
Die neuen Verbundsicherheitsscheiben können über all da verwendet werden, wo es erwünscht ist, dass die Scheiben auch durch heftige Schläge nicht durchstossen werden und die Gefahr von Schnittverletzungen ausge schlossen sein soll. Wegen der oben genauer beschriebe nen besonderen Eigenschaften der neuen Scheiben sol len sie insbesondere als Sicherheitsscheiben in Fahrzeu- gen aller Art, namentlich als Windschutzscheiben in Strassenfahrzeugen, verwendet werden, wobei die Schei ben so angebracht werden, dass die Glasplatte nach aus sen und die Polycarbonatplatte nach innen zu liegen kommt.
<I>Beispiel 1</I> Auf eine 30X30 cm grosse, 2,8 mm dicke Spiegel glasplatte wird eine ebenso grosse, 0,5 mm dicke Klebe folie aus einem Mischpolymerisat aus 65 Gewichtspro zent 2-Äthylhexylacrylat und 35 Gewichtsprozent Me- thylmethacrylat der relativen Viskosität 1,815, gemes sen an einer Lösung von 0,5 g Substanz in 100 ml Ben zol bei 20 C, aufgelegt.
Darauf wird eine 30X30 cm grosse, 0,8 mm dicke Platte aus Bisphenol-A-polycarbo- nat mit einer relativen Viskosität von 1,32, gemessen an einer Lösung von 0,5 g Substanz in 100 ml Methylen- chlorid bei 25 C, aufgelegt. Dann wird nochmals eine Klebefolie gleichen Ausmasses und gleicher Zusammen setzung und schliesslich eine Spiegelglasplatte gleichen Ausmasses daraufgelegt. Damit ein Gegeneinanderver- schieben der fünf Schichten bei dem nachfolgenden Ar beitsgang vermieden wird, wird das Laminat mittels Klammern zusammengehalten.
Es wird dann in einem Autoklaven bei einem Druck von 100 Torr auf 130 C erwärmt und danach während 60 Minuten langsam auf Raumtemperatur abgekühlt unter gleichzeitiger Erhö hung des Druckes auf Atmosphärendruck. Es wird eine klardurchsichtige Verbundscheibe erhalten.
<I>Beispiel 2</I> Man verfährt wie bei Beispiel 1, verwendet jedoch zwei vorgespannte Spiegelglasplatten.
<I>Beispiel 3</I> Man verfährt wie bei Beispiel 1, verwendet jedoch als Klebefolie eine solche aus einem Mischpolymerisat aus 65 Gewichtsprozent Butylacrylat und 35 Gewichts prozent Methylmethacrylat der relativen Viskosität 1,75.