DE102004033301A1 - Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Abstract

Verbundwerkstoff, wie er erhalten wird, wenn man einen Schichtwerkstoff auf der Grundlage eines Laminats vom HPL- oder CPL-Typ ein- oder beidseitig mittels eines polymeren Klebers mit einer Mineralglasplatte dauerhaft verbindet.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff aus einem Schichtstoff-Material und einem Glaswerkstoff.
• Kunstharzgebundene Schichtstoffe, sog. HPL-Laminate (HPL – high pressure laminates) oder CPL-Laminate (CPL – continuously pressed laminates) sind als robuste und dauerhafte Werkstoffe in Plattenform seit langem bekannt. Sie finden einerseits z.B. in der Elektroindustrie z.B. als Träger für gedruckte Schaltungen ausgedehnte Verwendung. Andererseits werden Schichtstoffplatten mit dekorativ gestalteter Oberfläche als sog. Kunststoffoberflächen z.B. im Haushaltsbereich, an öffentlichen Orten, z.B. zur Gestaltung von Wandflächen in Eisenbahn- und Straßenbahnfahrzeugen, als Trennwände im öffentlichen Sanitärbereich, für Tischoberflächen in Kantinen, für Fußböden und bei vielen sonstigen Gelegenheiten verwendet. Es gibt praktisch kaum einen Bereich des täglichen Lebens, an dem man ihnen nicht begegnet. In neuerer Zeit ist vor allem die Nachahmung metallischer Oberflächen sehr beliebt geworden.
• HPL haben viele Vorteile gegenüber anderen Werkstoffen, z.B. Holz, Metall, extrudierten Kunststoffplatten oder Glas. Hervorzuheben sind je nach dem gewählten Vergleichswerkstoff beispielsweise Alterungsbeständigkeit, Feuchte- und Chemikalienbeständligkeit, relativ hohe Bruchsicherheit, günstiges Gewicht (z.B. bei Platten, deren Oberfläche mit Metallfolie überzogen ist, im Vergleich zu Metallblechen mit entsprechender Steifigkeit). Andere günstige Eigenschaften sind geringe Wärmeausdehnung, d.h. hohe Formstabilität, sehr geringe elektrische Leitfähigkeit bei zugleich hoher Widerstandsfähigkeit gegen elektrischen Spannungsdurchschlag, d.h. günstige Isolierwirkung, vielseitig veränderbares Aussehen sowohl der Oberfläche (z.B. Glanz- oder Matteffekte, mit fast beliebig variierbarer Reliefstruktur, Metalleffekte – z.B. hochglänzend oder gebürstet, um nur einige der Möglichkeiten zu nennen) als auch der Körperstruktur (transparent oder opak) und der Materialstärke, die nach dem angestrebten Verwendungszweck eingerichtet werden kann. Beispielsweise können HPL eigenstabil oder als Überzug für einen tragenden anderen Werkstoff hergestellt werden. Hervorzuheben ist auch die leichte Bearbeitbarkeit (Sägen, Bohren, Stanzen, Kantenschleifen, Aufkleben auf andere Werkstoffe wie z.B. Spanplatten, in gewissen Fällen thermische Nachverformung).
• Nachteile von HPL-Platten sind z.B. geringer E-Modul, oftmals zu geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischer Belastung, d.h. Kratzempfindlichkeit, die zwar z.B. durch Einlagerung von mineralischen Zuschlägen in die Oberfläche verringert werden kann, aber die Oberflächenhärte z.B. von Mineralgläsern, Keramik oder gehärteten Metalloberflächen im Allgemeinen nicht erreicht.
• Den Schichtwerkstoffen gegenüber stehen als Vergleichswerkstoffe Mineralwerkstoffe, d.h. Mineralglas oder glasähnliche Werkstoffe im weitesten Sinne, z.B. Keramik. Gegenüber Schichtwerkstoffen typische Vorteile von Mineralwerkstoffen sind z.B. bessere Transparenz- und Glanzeigenschaften, Kratz- und Korrosionsbeständigkeit, bei bestimmten Gläsern (ESG, Einschicht-Sicherheitsglas) Temperaturwechselbeständigkeit, hoher E-Modul. Mineralgläser können voll transparent, transluzent oder opak in den verschiedensten Einstellungen hergestellt werden, die Oberflächen können schon bei der Herstellung strukturiert, z.B. geprägt werden oder lassen sich nachträglich mechanisch bearbeiten, z.B. durch Schleifen, Ätzen, Sandstrahlen, Emaillieren, teiltransparenten oder deckenden Siebdruck. Bei Mineralgläsern kann das Bruchrisiko vor allem durch die thermische oder chemische Vorspannung der Glasoberfläche minimiert werden. Die Resttragfähigkeit von Glaselementen kann dadurch erhöht werden, oder aber ein reißfester Kunststoff zwischen wenigsten zwei Scheiben angeordnet wird.
• Ein Nachteil von Mineralgläsern gegenüber Schichtwerkstoffen ist das im Allgemeinen höhere Bruchrisiko, das insgesamt höhere Ansprüche an die Verarbeitung stellt, sowie höhere Sprödigkeit. Bei Mineralgläsern kann das Bruchrisiko außer durch die chemische Zusammensetzung und in gewissem Umfang durch thermische Vorbehandlung auch dadurch verringert werden, dass die Scheiben mit einer elastischen Polymerschicht versehen werden oder mehrere Scheiben mittels eines polymeren Klebers (Polyvinylbutyral oder Gießharz) verbunden werden (Sicherheitsglas, evt. verstärkt bis zur Durchschuss-Sicherheit). Es ist möglich, den Kleber z.B. einzufärben, wobei aber i.d.R. nicht ein dekorativer Effekt, sondern andere Ziele verfolgt werden, z.B. die Licht- und/oder Wärmeabsorption.
• Auch die Variabilität der dekorativen Gestaitbarkeit von Gläsern lässt Wünsche offen. Um z.B. Floatglas blickdicht zu gestalten, bleibt, abgesehen von der Möglichkeit, im Glas unlösliche Pigmente einzulagern (sog. Opalglas) nur die Möglichkeit, das Glas zu emaillieren; dabei wird das Glas mindestens einseitig mittels einer Gummiwalze mit einer gleichmäßigen Schicht eines anorganischen Emails beschichtet, die dann bei etwa 600°C eingebrannt wird. Nachteil dieses Beschichtungsverfahrens ist die Tatsache, dass dabei nur homogene, evt. farbige Flächen ohne Muster oder Strukturierung hergestellt werden können. Die Emaillierung wird überdies i.d.R. mit einem Verlust an Glanz erkauft: die emaillierte Seite ist meist stumpf, während die unbeschichtete Glasseite glänzend bleibt. Dies ermöglicht zwar, von der unbeschichteten Seite her betrachtet, eine große Tiefenwirkung der aufgebrachten Farbe, ist aber nur dann nutzbar, wenn es auf die Oberfläche der Rückseite nicht ankommt. Als Struktu rierungsmöglichkeit kann anstelle von Floatglas auch Ornamentglas verwendet werden, das dann auf der nicht ornamentierten Glasoberfläche emailliert wird.
• Mit der derzeitigen Glastechnologie ist ein blickdichtes Glaselement, das unterschiedliche Farben und Strukturen jeweils von der Anmutung eines dekorativen Laminats aufweist, nicht zu erreichen. Das Erzeugen von metallischen Effekten auf Glas ist im Wesentlichen auf die Herstellung von Spiegelglas beschränkt, während die Vielfalt der Effekte, die durch Beschichten von HPL-Platten mit entsprechend strukturierten Metallfolien erzielbar sind, nicht erreicht werden können.
• Nun ist es allgemein bekannt, jeweils mindestens zwei Glasscheiben mittels einer Klebefolie miteinander zu verbinden (sog. VSG-Prozess). Dies ist nicht auf ebenflächige Scheiben beschränkt, sondern kann gleichermaßen auch auf gebogene Scheiben angewendet werden. Es ist dabei möglich, eingefärbte oder strukturierte Folien zusätzlich mit einem Metallblech zu verarbeiten. Dabei befindet sich dann die Folie oder Haftschicht zwischen dem Glas und dem Metall. Es ist dabei allerdings oft von Nachteil, dass sich geeignete Bleche meist nur in relativ großen Stärken verarbeiten lassen. Bei der erforderlichen Stärke eines solchen Metallblechs (> 0,6 mm) kann es bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung von Metall und Glas zu Verwertungen der Scheibe kommen. Als Metalle sind deshalb allem Edelstahlbleche vorteilhaft, deren Wärmeausdehnungskoeffizient dem von Kalk-Natron-Gläsern ähnlich ist. Derartige Bleche sind aber sehr teuer (> 50 EUR/m²). Die farbliche Gestaltbarkeit der Metalle hingegen ist im Wesentlichen auf Aluminium beschränkt, dessen chemisch oder elektrisch schutzoxidierten Oberfläche eingefärbt werden kann. Bei Verwendung stärkerer Aluminiumbleche führt der große Unterschied der Wärmeausdehnung gegenüber Kalk-Natron-Glas zu starken Verwertungen von Glas-Metall-Verbundelementen. Die Anzahl der möglichen Prägedekore ist durch den Produktionsprozess begrenzt.
• Eine andere Möglichkeit zur Strukturierung bzw. Einfärbung von Glas ist das Siebdruckverfahren. Auch bei diesem Dekorverfahren ist eine räumliche Gestaltung i. S. des Aufbringens einer Reliefstruktur nur über das Basisglas (Ornamentglas) möglich. Beim Siebdruck auf Glas wird wie bei jedem Siebdruck ein Farbmuster aufgebracht. Es gibt Siebdruckverfahren, die auf der Verwendung anorganischer Druckfarben beruhen, die als Pigment eine Glasfritte enthalten, die sich bei etwa 600 °C einbrennen lässt. Damit sind sowohl unterschiedliche Farben, als auch unterschiedliche Muster auf der Scheibe darstellbar. Nachteilig ist, dass anorganischer Siebdruck nicht vollkommen blickdicht wird. Wenn dies gewünscht wird, muss meist eine zweite Siebdruckschicht aufgebracht werden (schwarz oder dunkelgrau), folglich ergeben sich auch immer zwei unterschiedliche Ansichten der Glasplatte. Eine weitete Möglichkeit der Oberflächenbeschichtung von Glas ergibt sich über den organischen Siebdruck; dabei werden thermisch oder im Ultraviolettlicht aushärtende Lacke aufgebracht. Der Nachteil derartiger Beschichtungen ist allerdings die geringe mechanische Beständigkeit und die mangelnde UV-Resistenz. Eine Orientierung derartiger organischer Schichten zur Innenseite eines VSG ist nur bedingt mi5glich, da die Haftung der Sicherheitsfolie auf der beschichteten Oberfläche von der Haftung des Siebdrucks auf der Glasoberfläche abhängig ist. Vorteilhaft bei organischem Siebdruck ist die Verfügbarkeit von metallisch hochglänzenden und auch transparenten farbigen Lacken. Mittels Siebdruck können aber keine hochglänzenden metallischen Oberflächen erzeugt werden. Ebenso wenig sind mit diesem Verfahren spezielle Oberflächeneffekte (gebürstet, geschliffen, geprägt) zu erreichen.
• Wünschenswert wäre eine Kombination möglichst vieler günstiger Eigenschaften von Mineralwerkstoffen mit denen von kunstharzgebundenen Schichtwerkstoffen vom HPL-Typ. Dies wurde, wie gesagt, bisher vor allem durch das Einlagern von feinteiligen Mineralstoffen in deren Oberfläche versucht. Allerdings ist es auf diese Weise nicht möglich, Plattenwerkstoffe zu erhalten, die gleichzeitig transparent oder wenigstens transluzent sind. Verbundwerkstoffe von Schichtwerkstoffen mit Mineralglas in Plattenform sind bisher nicht bekannt geworden.
• Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines dekorativen Plattenwerkstoffs vom HPL-Typ, dessen Oberfläche von einem gegebenenfalls voll transparenten Mineralglas gebildet wird, der vor allem gegen Witterungseinflüsse hoch beständig ist. Wenn nachstehend von Glaswerkstoffen oder Mineralglas die Rede ist, so ist jeweils die gesamte Vielfalt mineralischer Werkstoffe in Plattenform gemeint, auch unabhängig davon, ob es sich um ebenflächige oder beliebig gebogene flächige Materialien handelt.
• Es wurde nun gefunden, dass die Verbindung der Eigenschaften, insbesondere der Oberflächeneigenschaften von Glaswerkstoffen mit den Dekormöglichkeiten, die sich aus dem Einsatz von Schichtwerkstoffen vom HPL-Typ ergeben, dadurch möglich ist, dass die Oberfläche einer HPL-Schichtstoffplatte mittels eines polymeren Klebers ein- oder beidseitig mit einer Mineralglas- oder Keramikplatte dauerhaft verbunden wird, sodass Sich ein Verbundwerkstoff mit dem grundsätzlichen Schichtaufbau Glas – polymerer Kleber – HPL-Schichtstoff ergibt. Dieser Werkstoff-Aufbau kann bei Bedarf erweitert werden um eine rückseitig mit Hilfe einer weiteren Schicht eines polymeren Klebers aufgebrachte, d.h. aufgeklebte weitere Schicht aus Glas, sodass sich ein Verbundwerkstoff mit dem grundsätzlichen Aufbau Glas – polymerer Kleber – HPL-Platte – polymerer Kleber – Glas aufweist (1a, b).
• Erfindungsgegenstand ist ein Verbundwerkstoff mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, wobei sich der beanspruchte Schichtaufbau auf alle flächigen Werkstoffe bezieht, unabhängig davon diese eine ebenflächige oder gekrümmte, homogene oder unterbrochene Oberfläche aufweisen.
• Unmittelbarer Erfindungsgegenstand ist ein Verbundwerkstoff, wie er erhalten wird, wenn man einen Schichtwerkstoff vom HPL-Typ ein- oder beidseitig mittels eines polymeren Klebers mit einer Glas- oder Keramikplatte dauerhaft verbindet.
• Eine besondere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die zwischen dem Glas eingebetteten Laminate ganz oder teilweise mit Aussparungen (Löchern) versehen sind. Dabei entstehen transparente Bereiche im Verbundwerkstoff, die den Durchblick durch das Element ermöglichen. Derartige Strukturen werden besonders vorteilhaft aus zwei außenliegenden Glasscheiben und einem innenliegenden Laminat (über eine Zwischenschicht) hergestellt (3a, b). Das Laminat kann vollflächig mit dem Glas verbunden sein, wobei die Größe des Laminats etwa der Glasgröße entspricht (4) oder aber auch kleiner als das Glaselement sein (4a, b, c). Das Element kann Durchbrüche durch das Glas und das Laminat enthalten (5a, b).
• Die zum Aufbau des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes erforderlichen Materialien und deren Verarbeitung werden nachstehend im einzelnen beschrieben.
• Zur Herstellung eines dekorativen Schichtwerkstoffs (Schichtstoffplatte) von HPL-Typ kann man ausgehen von der bekannten Technologie solcher HPL-Schichtwerkstofe. Dabei findet in der Regel ein Aufbau aus verschiedenen Materialien statt, der sich nach dem angestrebten Verwendungszweck und der vorgesehenen Struktur richtet. Für undurchsichtige, d.h. insgesamt opake, selbsttragende Platten werden zur Bildung eines Grundkörpers oder Trägers üblicherweise zunächst einige Lagen mit Kunstharz getränkter preiswerter Materialbahnen ("Träger") aus zellulosehaltigem Material (z.B. Gewebe oder ein anderes verfilztes oder gewebtes Zellulosematerial, in der Regel jedoch Papier, allgemein ausgedrückt ein Fasermaterial) auf eine stabile Metallplatte gelegt, die als Transportunterlage dient, d.h. später in eine Plattenpresse gebracht werden kann. Anstelle von Papierbahnen können auch anorganische Materialien wie Glas- oder Mineralfaserbahnen oder synthetische Fasermaterialien verwendet werden.
• Als Kunstharz für den Grundkörper wird aus wirtschaftlichen Gründen gewöhnlich ein duroplastisch härtbares Phenol-Formaldehyd-(Vor)kondensat ("Phenolharz") eingesetzt, jedoch sind rein technisch auch andere duroplastisch aushärtbare Formaldehyd-(Vor)kondensate wie Melamin- oder Harnstoffharze oder duroplastisch härtende (d. h. zu einem dreidimensionalen Netzwerk kondensierbare "vernetzbare") sonstige Harze wie Epoxidharze oder Polyurethane geeignet.
• Für den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff wird der phenolharzgebundene Grundkörper nicht immer benötigt, d.h. vorzugsweise weggelassen, weil schon durch den Verbund mit dem Glaswerkstoff im Allgemeinen eine ausreichende Steifigkeit erzielt wird. Es können aber selbstverständlich auch HPL-Schichtwerkstoffe eingesetzt werden, die sämtliche Schichtbestandteile eines gewöhnlichen HPL-Schichtwerkstoffs aufweisen.
• Erfindungsgemäß wesentlich ist dagegen die Bildung eines Schichtwerkstoffs, der die Merkmale der Dekorschicht eines HPL-Schichtwerkstoffs aufweist. Hierzu werden auf der Metallplatte, – gegebenenfalls über dem schon erwähnten Material für einen Grundkörper – eine oder mehrere Lagen von Papier aufgelegt, die eine Dekorschicht bilden sollen, meist einem Zellulosepapier, das mit einem hellfarbigen Bindemittel getränkt ist, z.B. einem duroplastisch härtbaren Formaldehyd-Kondensat von Harnstoff und/oder Melamin ("Harnstoff- bzw. Melaminharz"). Die Dekorschicht kann ein- oder mehrschichtig sein, d.h. aus einer oder mehreren Papierlagen bestehen, die entweder nur pigmentiert oder zusätzlich bedruckt sind und wird, gegebenenfalls zusammen mit dem harzgetränkten Grundkörper, in der beheizbaren Presse, d.h. unter Druck- und Wärmeeinwirkung ausgehärtet. Über der Dekorschicht kann eine weitere Schicht angeordnet werden, ein sog. Overlay. Hierfür werden in der Regel melaminharz-gebundene reine Zellulosepapiere ohne Pigmentierung verwendet. Für die Zwecke der Erfindung wird ein Overlay nicht grundsätzlich benötigt, sondern es kann darauf vorzugsweise verzichtet werden. Da es im erfindungsgemäßen Fall nicht auf die Beständigkeit der Oberfläche gegen äußere Einflüsse – z.B. Wasser – ankommt, die von der späteren Überschichtung mit einer Glasplatte übernommen werden kann, kann überdies der Melaminanteil im Bindemittel der Dekorschicht gering sein oder fehlen, d.h. es kann ein besonders preiswertes Harnstoffharz verwendet werden.
• Der Pressvorgang zur Bildung einer Schichtstoffplatte geschieht in einer üblichen Plattenpresse. Der Pressdruck kann z.B. zwischen 10 und 200 bar betragen, was auch von der Leistungsfähigkeit der Presse abhängt und nicht erfindungsspezifisch ist. Die Presstemperatur liegt i.a. zwischen 100 und 200°C. Aus wirtschaftlichen oder technischen Gründen kann es zweckmäßig sein, während des Härtungsvorgangs die Temperatur und/oder den Druck abnehmen oder ansteigen zu lassen. Wegen der unterschiedlichen Reaktivität der handelsüblichen Harze lässt sich ein allgemeiner Zeitbedarf für die Aushärtung nicht angeben; die beste Härtezeit ist durch einen Vorversuch zu ermitteln.
• Nach dem Entformen lässt sich der lediglich der Reliefgebung dienende Strukturgeber (Matrize, z.B. strukturierte Metall- oder Kunststoff-Folie) wieder entfernen, wenn man Strukturgeber verwendet, wie Metallfolien ohne Kleberschicht, die auf dem erfindungsgemäßen Schichtaufbau nicht haften.
• Die über dem Grundkörper befindliche Dekorschicht besteht somit im allgemeinen aus mindestens einer Lage eines mit hellfarbigem Harz getränkten Trägers, wobei man als Bindemittel wegen der angestrebten Haltbarkeit vor allem duroplastisch härtbare Melaminharze oder doch unter Mitverwendung von Melamin hergestellte Formaldehyd-Kondensate verwendet. Die vorstehend angedeutete Unterscheidung zwischen Kondensaten und Vorkondensaten bezieht sich darauf, dass die zur Tränkung eingesetzten Formaldehydharze bereits durch einen Kondensationsprozess hergestellt werden, der aber unvollständig ist, sodass erst beim Pressvorgang irreversibel ein chemisch vernetztes dreidimensionales Netzwerk, also ein sog. Duroplast entsteht. Die Vorkondensation findet in der Regel unter Austritt von Wasser statt und hat mit der Herstellung der betrachteten Schichtwerkstoffe nichts zu tun.
• Wenn ein erfindungsgemäßer Verbundwerkstoff erhalten werden soll, der beiderseits eine Mineralglas-Oberfläche aufweist, so geschieht dies oftmals in der Absicht, auf beiden Seiten einen dekorativen Effekt zu erzielen. In diesem Fall wird man die HPL-Mittelschicht derart wählen, dass sie beidseitig eine dekorative Oberfläche aufweist. Die Schicht kann transparent oder opak sein. Wenn es nicht auf eine besonders hohe Materialstärke oder Opazität ankommt, kann wie gesagt, weiterhin auf die Verwendung der (phenolharzgebundenen) Trägerschicht verzichtet, sodass sich der Aufbau eines erfindungsgemäß verwendbaren HPL-Materials im einfachsten Fall auf den Verbund aus mindestens einer Schicht aus einem harzgetränkten Fasermaterial und mindestens einer Dekorschicht (dekorative Schicht) beschränken lässt. Als dekorative Schicht kann im einfachsten Fall eine harzgetränkte, gefärbte, z.B. bedruckte Schicht aus einem Fasermaterial verwendet werden.
• Es sind nun dekorative Schichtwerkstoffe bekannt, die über der Schicht z.B. eine Metallfolie (oder mehrere Metallfolien übereinander) aufweisen, die als Dekorschicht im weiteren Sinne gelten können. Die Metallfolie(n) kann bzw. können teilweise durchbrochen sein, sodass sie die jeweils darunterliegende dekorative Schicht und/oder die Trägerschicht erkennen fassen. Der Fantasie sind bei all diesen Anordnungen praktisch keine Grenzen gesetzt, je nachdem, welche Wirkungen man anstrebt. Z.B, kann ein Schichtstoff hergestellt werden, der äußerlich einer massiven Metallplatte täuschend ähnlich ist und dennoch alle Vorteile besitzt, die gewöhnlich nur von Kunststoffen einerseits und Mineralglaswerkstoffen andererseits bekannt sind. Eine besondere Technik der Oberflächenbehandlung von Kunststoff-Flächen besteht im Bedampfen mit Metall, wobei je nach Beschaffenheit des Untergrunds auch hochglänzende Oberfläche möglich sind. Derartig bedampfte Schichten sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders haltbar zu konservieren, da die von Hause aus empfindliche Metallschicht (Stärke von Bruchteilen eines Tausendstel Millimeters (μm) bis zu einigen Hundertstel Millimetern).
• Vor allem wird mittels des erfindungsgemäßen Schichtaufbaus der Nachteil der meistern Metalle überwunden, dass sie atmosphärischen Einflüssen nicht dauerhaft widerstehen, was ihre Anwendung im Außenbereich für dekorative Zwecke einschränkt, soweit es sich nicht um reine Konstruktionsmaterialien handelt. Genaugenommen eignet sich als langfristig haltbare Oberfläche z.B. für Fassadenverkleidungen nur Edelstahl und mit gewissen Einschränkungen auch gewisse Sorten von oberflächenveredeltem Aluminium, wobei es sich aber um hochreines Aluminium handeln muss, oder um gewisse Legierungen, die chemisch oxidierbar sind. Zwar gibt es unter den Leichtmetall-Legierungen auch relativ widerstandsfähige Materialien. Diese lassen sich aber nicht mit allen Oberflächenstrukturen herstellen, z.B. sind vor Allem hochglänzende Materialien nicht leicht in wetterfester Ausführung erhältlich. Es ist zwar bekannt, dass Schichtwerkstoffplatten, die mit einer Metalloberfläche versehen sind, mit einer Schutzschicht (z.B. Lackierung, elektrolytische oder chemische Oxidation) überzogen werden können. Für das dauerhafte Verbinden einer Metallfolie mit einer Kunstharzoberfläche wird die Folie üblicherweise mit einem Haftvermittler (Primer) vorbehandelt, z.B. einer geeigneten Zwischenlage in Folienform, die sich bei einer Analyse des Schichtaufbaus des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs gegebenenfalls als eigene Schicht darstellt.
• Als Metallfolien eignen sich Folien oder dünne Bleche praktisch aller für dekorative Zwecke in Betracht kommenden Metalle, z.B. solche aus Kupfer, Aluminium, Eisen, Titan oder deren Legierungen, wie Messing oder Edelstahl. Sie können metallisch blank oder, je nach der Absicht des Dekor-Entwerters, auch matt, galvanisch mit anderen Metallen überzogen oder sonst wie oberflächlich verändert sein. Je nach der Art des verwendeten Metalls kann es vorteilhaft oder sogar notwendig sein, die Metallfolie mit einer Schutzschicht auszustatten. Bei Aluminium kann dies beispielsweise die durch anodische Oxidation erhältliche Oxidschicht oder eine Phosphatschicht sein. Es kann zweckmäßig sein, von vorneherein oberflächenbehandelte Metallfolien zu verwenden, die außerdem ihrerseits ein dekoratives Muster tragen (z.B. bedruckt sein) können oder eine sonst wie bearbeitete – z.B. geschliffene, gebürstete oder geätzte – Oberfläche besitzen. Ferner kann die gesamte Oberfläche der Schichtstoffplatte, also sowohl die Metallteile wie die Kunststoffteile, nachträglich mit einer Deckschicht, Schutzschicht o.ä. überzogen werden.
• Als Mineralglas-Werkstoff eignen sich für den erfindungsgemäßen Zweck z.B. Flachglasscheiben von 1 mm – 19 mm Stärke. Geeignet sind alte technisch üblichen Flachglassorten, z.B. Kalk-Natron-Glas oder Borosilikatglas, das entweder in Form von Gussglas, Floatglas oder gezogenem Glas zur Verfügung steht. Das Glas kann farblos, in der Masse eingefärbt oder mit einer ganz- oder teilflächigen Beschichtung auf einer oder beiden Oberflächen versehen sein. Die Art der Beschichtung kann eine Dickfilmschicht sein (aufgebracht z. B. mittels Siebdruck, Emaillierung, Tauchen, Sprühen) oder eine Dünnfilmschicht, die z. B. pyrolytisch oder im Magnetronverfahren auf das Glas aufgebracht ist.
• Die Glassscheiben können glatt (Floatglas, gezogenes Glas) oder strukturiert sein (Gussglas, Ornamentglas), oder aber aus glattflächigem Glas bestehen, das nachträglich z. B. durch Ätzen, Sandstrahlen, Schleifen oder Laserbearbeitung strukturiert wurde.
• Die Glasscheiben können sowohl ohne festigkeitserhöhende Maßnahmen, als auch nach thermischer oder chemischer Vorspannung eingesetzt werden.
• Für spezielle Zwecke können auch Gläser eingesetzt werden, die bereits aus mehreren Schichten aufgebaut sind, wie z.B. Sicherheitsscheiben oder schussfeste Scheiben.
• Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass auf die unterschiedlichen Wärme-Ausdehnungskoeffizienten von HPL-Platten und Glasplatten im Allgemeinen keine besondere Rücksicht genommen werden muss, sodass insoweit keine Einschränkungen hinsichtlich der zu wählenden Glassorten bestehen. Insbesondere in den Fällen, in denen sowohl die Schauseite als auch die Rückseite des Verbundwerkstoffs von einer Glasplatte gebildet wird, kann auf der Rückseite eine nicht oberflächenbehandelte (thermisch oder chemisch vorgespannte) Scheibe verwendet werden. Allerdings sollte berücksichtigt werden, dass unterschiedlicher Wärme-Ausdehnungskoeffizient und evt. Materialstärke der Gläser zu unterschiedlicher Wärmespannung führen, um zu vermeiden, dass es bei stärkerer Erwärmung/Abkühlung zu einer Verformung des Werkstoffs kommt. In vielen Fällen werden aber Vor und Rückseite einer erfindungsgemäßen Verbundplatte gleichermaßen als Schauseite genutzt, z.B. bei Trennwänden aus dem erfindungsgemäßen Material. in diesem Fall wird man ohnehin auf beiden Seiten identische Gläser verwenden.
• Als polymerer Kleber zur Verbindung von HPL-Schichtstoff und Glaskörper eignen sich alle Werkstoffe, mit denen auch Gläser untereinander verbunden werden können. Vorteilhaft werden Laminat und Glas mittels eines handelsüblichen Klebers aus PVB (Polyvinylbutyral) verbunden. Die Verbindung erfolgt so, dass die Dekorseite, wahlweise auch die Rückseite des Laminats mit einer PVB-Folie belegt und mit dem danach aufgelegten Glas erwärmt und unter hohem Druck mit dem Glas verpresst wird. Handelsübliche PVB-Folien weisen standardmäßig eine Dicke von 0,38 mm auf, d.h. dass man bei Verwendung dickerer Zwischenschichten (z.B. bedingt durch Oberflächen-Struktur de Schichtwerkstoffs) mehrere Folien übereinander einsetzen muss und jeweils ein Vielfaches dieser Materialstärke erzielt. Alternativ Können auch ein- oder zweikomponentige Gießharze eingesetzt werden, die autokinetisch, thermisch oder durch hochenergetische Strahlung aushärten.
• Wenn es auf hohe Temperaturwechselbeständigkeit ankommt, ist die Verwendung von Einschichten-Sicherheitsglas (ESG) empfehlenswert, zumal dies in vielen Fällen ohnehin vorgeschrieben sein wird, Es handelt sich um Gläser, bei denen durch thermische oder chemische Behandlung in der Oberfläche eine Druckspannung erzeugt wird, die im Zentrum des Glases durch eine Zugspannungszone neutralisiert wird.
• Die Vorteile erfindungsgemäßer Verbundwerkstoffe ergeben sich für den Fachmann unmittelbar aus dem Vorstehenden. Besonders hinzuweisen ist allerdings auf den besonderen Vorteil des erfindungsgemäßen Schichtaufbaus, dass auf diese Weise sehr dünne Metallfolien in Verbindung mit Glas verarbeitet werden können und ein Werkstoff von hoher Steifigkeit erhalten wird.
• Der erfindungsgemäß erhältliche Verbundwerkstoff besteht (der Reihe nach von einer Oberflache zur anderen dargestellt und vorzugsweise in Plattenform) gemäß der beigegebenen Zeichnung (1) aus
• a) einer ersten Schicht aus einem Mineralglas G1;
• b) einer ersten Kleberschicht K1;
• c) bedarfsweise mindestens einer ersten Lage einer zellulosehaltigen harzgebundenen Deckschicht (Overlay) O1;
• d) bedartsweise mindestens einer ersten Metallfolie M1, die gegebenenfalls zur darunter liegenden Dekorschicht D1 bzw. der Deckschicht O1 hin mit einem Haftvermittler H1 versehen ist;
• e) bedarfsweise mindestens einer harzgebundenen, als Dekorträger dienenden Papierschicht D1;
• f) bedarfsweise einer ein- oder mehrlagigen, mit harzgetränkten Faserbahn P als Trägerschicht, Ausgleichsschicht oder zur Anpassung der Materialstärke;
• g) bedarfsweise mindestens einer zweiten, harzgebundenen, als zweiter Dekorträger dienenden Papierschicht D2;
• h) bedarfsweise mindestens einer zweiten Metallfolie M2, die gegebenenfalls zur Papierschicht D2 bzw. der Deckschicht O2 hin mit einem Haftvermittler H versehen ist;
• i) bedarfsweise mindestens einer zweiten Lage einer zellulosehaltigen harzgebundenen Deckschicht (Overlay) O2;
• j) gegebenenfalls einer zweiten Kleberschicht K2;
• k) bedarfsweise einer – gegebenenfalls zweiten – Schicht aus einem Mineralglas G2;
mit der Maßgabe, dass entweder mindestens eine der wahlfreien Schichten d) und e) oder mindestens eine der Schichten d) und/oder e) und eine Schicht f) vorhanden ist und weiter, dass die Schichten c) bis i) gemeinsam ein HPL- oder CPL-Laminat bilden.
• Wenn eine Mineralglas-Schicht G2 vorhanden ist, ist auch eine Kleberschicht K2 vorhanden; im übrigen entsprechen sich ersichtlich hinsichtlich des Materialtyps die Schichten a) und k), b) und j), c) und i), d) und h) sowie e) und g). Diese Materialpaare können sowohl vom Aufbau als auch hinsichtlich der ästhetischen Wirkung gleich oder verschieden sein. Es versteht sich, dass anstelle einer einzelnen Metallfolie M1, M2 auch mehrere Metallfolien übereinander verwendet werden können, wobei z.B. die eine Metallfolie ornamental durchbrochen ist, um eine teilweise Sicht auf die darunterliegende zweite Folie freizugeben.
• Ein HPL- oder CPL-Laminat mit den erfindungsgemäßen Mindestvoraussetzungen ist aus der bedarfsweise verwendeten Faserbahn P, der als Dekorträger dienenden Papierschicht D, bedarfsweise der Deckschicht (Overlay) O sowie bedarfsweise der Metallfolie M dadurch erhältlich, dass diese Schichten vor dem Verbinden mit der Mineralglas-Schicht in an sich bekannter Weise in einem eigenen Arbeitgang unter Druck und Wärme miteinander verbunden ("laminiert") werden.
• Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff "bedarfsweise" in der vorstehenden Wiedergabe der Erfindung anstelle des in der Patentliteratur meist verwendeten Begriffs "gegebenenfalls" verwendet wird, um darzutun, dass es sich um ein im Rahmen der Erfindung wahlfreies Merkmal handelt, während "gegebenenfalls" nur dann verwendet wird, wenn das bezogene Merkmal vom Vorhandensein eines wahlfreien Merkmals abhängt. So ist, falls eine Schicht M1, M2, d.h, eine Metallfolie vorhanden ist, ein Kleber (Haftvermittler) K1, K2 vorhanden, nicht dagegen, wenn das Merkmal "Metallfolie M" nicht besetzt ist.
• Der erfindungsgemäße Aufbau kann entsprechend den beigegebenen Abbildung leicht dadurch festgestellt werden, dass man den betreffenden Verbundwerkstoff senkrecht zur Oberfläche schneidet, ggf, anschleift und den subjektiv erkennbaren Schichtaufbau bei entsprechender Vergrößerung z.B. mit einer Lupe betrachtet. Zur Identifizierung der Schichten dienen bei Bedarf auch die üblichen Analysenverfahren zur Identifizierung von Werkstoffen, wie Röntenfluoreszenzanalyse, Anfärbeverfahren und/oder chemische Analyse.
• Die obere dekorative Schicht, d.h. im üblichen fachmännischen Sprachgebrauch die Dekorschicht, kann dabei wie gesagt eine Metallfolie oder ein Dekorpapier sein oder sowohl aus Papier aufgebaute dekorative Elemente als auch Elemente aufweisen, die durch eine, evt. auch durchbrochene oder nicht zusammenhängende metallische Fläche gekennzeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs wird z.B. eine dekorative Schichtstoffplatte eingesetzt, deren vertiefte Oberfläche eine zusammenhängende Fläche bildet, während die erhabenen Dekorelemente untereinander keine Verbindung haben. Ein Beispiel ist etwa ein erhaben erscheinendes Punktmuster. An den durchbrochenen Stellen der Matrize drückt während des Pressvorgangs das noch fließfähige Material der Harzmasse die Dekorschicht bis zur Zulage, also dem üblichen Pressblech vor. Bei einer metallischen Oberfäche aus nachgiebigem Metall, z.B. aus Aluminium, die einen besonders ansprechenden Eindruck macht, weisen z.B. nach dem Entformen aus einem hochglänzenden Pressblech die vorspringenden Elemente Hochglanz auf, während die tieferliegenden Elemente die ursprüngliche Struktur, beispielsweise eine gebürstete Oberfläche behalten haben.
• Dabei nehmen, vor allem bei einer dekorativen Kunststoffschicht, die Dekorelemente an den durchbrochenen Stellen den Oberflächencharakter der Zulage an, erscheinen also z.B. hochglänzend, während die vertieften Stellen z.B. matt erscheinen können. Natürlich kann man für die Matrize ebenfalls ein hochglänzendes Blech verwenden.
• Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn ein Laminat mit einem sehr dünnen Faserkern (< 0.2 mm) gefertigt wird, der beidseitig mit einer optischen Schicht (Metallfolie) überzogen ist. Dieses Laminat verhält sich optisch wie eine Metallplatte, erzeugt aber wesentlich geringere Verwerfungen im Glasverbund, als eine reine Metallplatte. Zudem ist dieses spezielle Laminat leichter zu verarbeiten als gewöhnliche Laminate, z. B. zu stanzen. Dadurch lassen sich teiltransparente Laminate erzielen, die anschließend zwischen zwei Glasscheiben eingeschlossen werden. Die so erhaltenen Produkte sind bisher praktisch nicht zugänglich gewesen.
• Es können aber auch Schichtstoffplatten eingesetzt werden, bei denen die durchbrochenen Stellen der Metalloberfläche nicht vollständig von der Harzmasse aufgefüllt sind, sondern die Oberfläche eine Relief-Struktur aufweist. Wenn dies der Fall ist, sollte die Materialstärke des Klebers K1 bzw. K2 so groß gewählt werden, damit sich beim Verbinden der Schichtstoffplatte mit der Mineralglasplatte keine Leerräume ausbilden können, sondern der Kleber die vorgegebenen Unebenheiten ausfüllt.
• Auf den Flächenanteil und die Form der Metallfolie im Verhältnis zur übrigen Dekor- (d.h. Kunststoff-)oberfläche kommt es dabei nicht an, d.h. das Flächenverhältnis und die Form wird lediglich durch ästhetische, nicht durch technische Gründe bestimmt und kann demnach beliebige Werte annehmen; z.B. kann eine Metallfolie M eingesetzt werden, die, vorzugsweise in Form eines dekorativen Musters, zwischen 10 und 99 Prozent der gesamten Oberfläche des Werkstoffs überdeckt und 1 bis 90 Prozent der darunter liegenden dekorativen Kunststoff-Oberfläche freilässt.
• Wenn als oberste Schicht eine Metallfolie verwendet wird, so wird i.d.R. ein Material verwendet, das einseitig mit einem Haftvermittler H (Primer) oder – häufiger – mit einem Klebelack versehen ist, der ebenfalls in der Wärme aushärtet. Nach einem Vorschlag in der US-PS 3,475,240 kann anstelle einer Dekorschicht aus harzgetränktem Papier eine rückseitig angeätzte Metallfolie mit einem geeigneten Kleber direkt auf einen Grundkörper aus phenolharzgetränkten Papierschichten aufgepresst werden und dient somit als einzige Dekorschicht. Die Metallfolie kann also unmittelbar über dem Grundkörper aufgebracht werden; es muß kein Dekorpapier verwendet werden. In manchen Fällen ist es dabei zweckmäßig, zwischen dem Grundkörper, gegebenenfalls der Dekorfolie und der Metallfolie ein sog. Ausgleichspapier aufzubringen, das geringe Unebenheiten des (meist besonders preiswerten) Grundkörpermaterials überdeckt.
• Um Oberflächen zu erhalten, bei denen die erhabenen Elemente zusammenhängen, während die vertieften vereinzelt sind, muß auf einem dünnen Träger, z.B. einem Overlaypapier, das entsprechende Muster in Form metallischer Elemente aufgeklebt werden. Umgekehrt können Oberflächen zu erhalten, bei denen die erhabenen Elemente zusammenhängen, während die vertieften vereinzelt sind, dadurch erhalten werden, dass Metallfolien eingesetzt werden, die ein durch Ausstanzen gewonnenes Muster aufweisen.
• Die Wärme/Druckbehandlung beim Aufbringen des Ausgleichspapiers und/oder des Dekorpäpiers kann bereits abgebrochen werden, sobald eine Teilhärtung erfolgt ist, d.h. dass eine unvollständig ausgehärtete Ausgleichs- oder Dekorschicht bereits zur Ausführung der Erfindung ausreicht, da beim Aufbringen der Metallfolie und deren Verklebung mit dem Untergrund in jedem Fall eine weitere Erwärmung stattfindet, die gegebenenfalls ein Durchhärten eines unvollständig ausgehärteten Harzes in der Ausgleichsschicht zur Folge hat. Das Gleiche gilt auch für die Verbindung von Schichtstoffplatte und Mineralglas, das unter kurzfristiger Erwärmung stattfindet.
• Zur Verklebung der Metallfolie mit der Kunststoffoberfläche können unterschiedliche Mittel verwendet werden; z.B. können Schmelzkleber (thermoplastisch verarbeitbare Kleber auf der Grundlage z.B. von Vinylpolymerisaten) oder duroplastisch aushärtbare (wärmereaktive) Kleber eingesetzt werden, die eine ausreichende Affinität zur Metalloberfläche aufweisen. Geeignet sind z.B. wärmehärtbare Phenolharze auf der Grundlage von Kresol-Formaldehyd-Kondensaten, die in Form von (im allgemeinen lösungsmittelhaltigen) Lackierungen auf eine Seite der Metallfolie aufgebracht worden sind. Nach dem Entfernen des Lösungsmittels können diese lackierten Metallfolien ohne weiteres erfindungsgemäß eingesetzt werden. Andere wärmehärtbare Klebstoffe sind z.B. Vorprodukte, die durch Wärmeeinwirkung aushärten und nach dem Aushärten Polyurethane oder Epoxidharze ergeben. Es scheint wichtig zu sein, dass es sich um Produkte handelt, die bei der Aushärtung (Vernetzung) kein Wasser abspalten, da dies möglicherweise den erfindungsgemäß angestrebten Erfolg beeinträchtigen würde. Aus der Fachliteratur sind für das dauerhafte Aufkleben von Metallen geeignete Mittel bekannt, die sich zur Ausführung der Erfindung eignen.
• Zusammenfassend werden mit dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff unter anderem die nachstehenden Vorteile erzielt:
  Es können alle Gestaltungsmöglichkeiten eingesetzt werden, die mit der Herstellung von HPL-Plattenwerkstoffen möglich sind, wie prägen, lackieren, bürsten etc.
• Die Laminate geben dem Glas/Laminat-Verbund eine hohe Resttragfähigkeit, da sie nicht spröde sind.
• Das Glas gibt dem Verbund mechanische Steifigkeit. Die Steifigkeit ergibt sich aus dem E-Modul des Glases und dem Wiederstandsmoment.
• Das Glas erhöht den Glanz des darunter liegenden Materials und erzeugt eine Tiefenwirkung. Glas, soweit es nicht ornamentiert oder oberflächenbehandelt ist, reflektiert einen Teil des Lichts, wobei das bekannte Gesetz gilt, wonach der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist. Der reflektierte Lichtanteil liegt – winkelabhängig – bei ca. 8% und ergibt sich aus dem Brechungsunterschied zwischen Glas und Luft.
• Das Glas schützt das weichere Laminat vor mechanischer Beschädigung.

Claims (7)

1. Verbundwerkstoff bestehend, der Reihe nach von einer Oberfläche zur anderen und vorzugsweise in Plattenform gemäß der beigegebenen Zeichnung (1) aus a) einer ersten Schicht aus einem Mineralglas G1; b) einer ersten Kieberschicht K1; c) bedarfsweise mindestens einer ersten Lage einer zellulosehaltigen harzgebundenen Deckschicht (Overlay) O1; d) bedarfsweise mindestens einer ersten Metallfolie M1, die gegebenenfalls zur darunter liegenden Dekorschicht D1 bzw. der Deckschicht O1 hin mit einem Haftvermittler H1 versehen ist; e) bedarfsweise mindestens einer harzgebundenen, als Dekorträger dienenden Papierschicht D1; f) bedarfsweise einer ein- oder mehrlagigen, mit harzgetränkten Faserbahn P als Trägerschicht, Ausgleichsschicht oder zur Anpassung der Materialstärke; g) bedarfsweise mindestens einer zweiten, harzgebundenen, als zweiter Dekorträger dienenden Papierschicht D2; h) bedarfsweise mindestens einer zweiten Metallfolie M2, die gegebenenfalls zur Papierschicht D2 bzw. der Deckschicht O2 hin mit einem Haftvermittler H versehen ist; i) bedarfsweise mindestens einer zweiten Lage einer zellulosehaltigen harzgebundenen Deckschicht (Overlay) O2; j) gegebenenfalls einer zweiten Kleberschicht K2; k) bedarfsweise einer – gegebenenfalls zweiten – Schicht aus einem Mineralglas G2; mit der Maßgabe, dass entweder mindestens eine der wahlfreien Schichten d) und e) oder mindestens eine der Schichten d) und/oder e) und eine Schicht f) vorhanden ist und weiter, dass die Schichten c) bis i) gemeinsam ein HPL- oder CPL-Laminat bilden.
2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierschichten D1 und D2 und die Deckschichten O1 und O2 mit einem Harnstoff- oder Melamin-Formaldehyd-Kondensat getränkt sind.
3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallfolie M1 bzw. M2 mit einer Stärke von 0,01 bis 1 mm eingesetzt oder eine der Schichten D1 und/oder D2 oder O1 und/oder O2 mit einer aufgedampften Metallschicht versehen ist.
4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralglas-Schichten G1 bzw. G2 eine Stärke von 1 bis 19 mm aufweisen.
5. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleberschichten K1 bzw. K2 aus Polyvinylbutyral oder einem Gießharz bestehen.
6. Verbundwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallfolie M1 oder M2 eingesetzt worden ist, die, vorzugsweise in Form eines dekorativen Musters, zwischen 10 und 99 Prozent der gesamten Oberfläche des Werkstoffs überdeckt und 1 bis 90 Prozent der darunter liegenden dekorativen Kunststoff-Oberfläche freilässt.
7. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nach Maßgabe des Anspruchs 1 gewählten Schichten c) bis i) vor dem Verbinden mit der Mineralglas-Schicht in einem eigenen Arbeitgang in an sich bekannter Weise unter Druck und Wärme miteinander verbunden werden.