DE3241516A1

DE3241516A1 - Mehrschichtsystem fuer waermeschutzanwendung

Info

Publication number: DE3241516A1
Application number: DE19823241516
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 7015 Korntal Brill; Wolfgang 7533 Tiefenbronn Grothe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-11-10
Filing date: 1982-11-10
Publication date: 1984-05-10
Also published as: AT391728B; JPH0430344B2; ATA393483A; IT8323482V0; FR2535650B3; NL8303799A; JPS59103749A; FR2535650A3; CH660707A5

Description

9.11. 1982 Rs/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Mehrschichtsystem für Wärmeschutzanwendung Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Mehrschichtsystem nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiges Mehrschichtsystem für Wärmeschutzanwendung ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 30 27 256. Diese Druckschrift beschreibt ein MehrSchichtsystem mit einem Träger, z.B. aus Polyester, auf den eine dielektrische Schicht zur Entspiegelung einer darüberliegenden Metallschicht aufgetragen ist. Durch geeignete Wahl der Dicke und der Bredhzahl der dielektrischen Schicht entsteht eine Interferenzwirkung, so daß durch den Träger einfallendes Licht im sichtbaren Spektralbereich an der Metallschicht nur zu einem sehr geringen Teil reflektiert wird und weitgehend ungehindert durch das Mehrschichtsystem hindurchtreten kann. Andererseits wird Infrarot-Wärmestrahlung,, welche von der vom Träger abgewandten Seite, z.B. von einem Innenraum her auf die Metallschicht auftrifft, in hohem

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Maße reflektiert. Die beschriebene Anordnung "besitzt eine weitere dielektrische Schicht entsprechend der erstgenannten dielektrischen Schicht auf der vom Träger abgewandten Seite der Metallschicht, welche das Transmissidnsvermögen für sichtbares Licht weiter erhöht und eine gewisse Korrosionsschutzwirkung ausübt ohne das Reflexionsvermögen für Infrarot-Strahlung nennenswert zu beeinträchtigen.

Aus der DE-OS 27 03 688 ist eine weitere Wärme-Schutzvorrichtung für lichtdurchlässig abgeschlossene Raumöffnungen bekannt. Diese Anordnung besitzt auf der Rauminnenseite, zu der die Infrarotstrahlung zurückgelenkt werden soll, eine Kunststoff-Schutzschicht mit niedrigem Absorptionsvermögen im Infrarot-Spektralbereich, so daß die Infrarotstrahlung die Kunststoff-Schutzschicht nicht erwärmt und weitestgehend ungehindert in den warmen Raum reflektiert wird. Auf der Kunststoff-Gehutzschicht sitzt eine Metallschicht und hierauf eine Deckschicht, welche ebenfalls aus einer Kunststoffolie, z.B. aus Polyäthylen bestehen kann. Diese Deckschicht hat die Funktion des mechanischen Trägers des Mehr Schichtsystems. Sie liegt auf der Außenseite, z.B. benachbart zu einer Glasscheibe. Eine derartige Anordnung hat zwar ein hohes Reflexionsvermögen im Infrarot-Spektralbereich, dagegen ist das Transmissionsvermögen im sichtbaren Spektralbereich relativ gering, weil einerseits nichts gegen die Reflexion des sichtbaren Lichtes an der Metallschicht getan ist und weil andererseits die nach außen gerichtete Träger-Deckschicht nicht für ein hohes Transmissionsvermögen für den sichtbaren Spektralbereich modifiziert ist.

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Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Mehrschichtsystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß ohne nennenswerte Einbuße bezüglich des Transmissionsvermögens im sichtbaren Spektralbereich ein sehr guter mechanischer Schutz und ein Korrosionsschutz auf der Seite der Metallschicht erreicht wird, welche nicht durch den Träger geschützt ist. Zur Verbesserung des Korrosionsschutzes auf der vom Träger abgewandten Seite und zur Entspiegelung auf dieser Seite ist zweckmäßigerwise auch auf dieser Seite der Metallschicht noch eine dielektrische Deckschicht zwischen der Metallschicht und die Schutzschicht eingefügt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Mehrschichtsystems sind in den Unteransprüchen und in der folgenden Beschreibung näher erläutert.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt eine Anordnung mit je einer dielektrischen Deckschicht auf beiden Seiten der Metallschicht und mit einer Polymerfilm-Schutzschicht auf der vom Träger abgewandten Oberfläche.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In der Figur ist mit 10 ein Träger bezeichnet, welcher vorzugsweise aus einer Polyesterfolie mit einer Dicke von 10 bis 200,um besteht. Alternativ kann als Träger 10 beispielsweise eine 10 bis 50,um dicke Acetatfolie oder eine 20 bis 100,um dicke PVC-Folie dienen. Auf dem

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Träger sitzt eine erste dielektrische Deckschicht 11 mit einer Dicke von 10 "bis U0,um, welche wenigstens ein Metalloxid enthält,, vorzugsweise jedoch eine Mischung aus Titanoxid und Wismutoxid oder gegebenenfalls separate Schichten aus diesen Metalloxiden aufweist. Auf der ersten dielektrischen Deckschicht 11 sitzt eine Metallschicht 12, vorzugsweise eine 5 bis 20 nm dicke Silberschicht, welche von einer zweiten dielektrischen Deckschicht 13 mit der gleichen Zusammensetzung wie die erste dielektrische Deckschicht 11 bedeckt ist. Den äußeren Abschluß auf der vom Träger 10 abgekehrten Seite bildet eine Schutzschicht 1h. Der Aufbau und die stoffliche Zusammensetzung der Schichtenfolge 10 bis 13 entspricht im wesentlichen der in der älteren Patentanmeldung P 31 hO 100 beschriebenen Ausführung. Dabei ist der Träger 10 dem einfallenden Licht zugewandt, die Schutzschicht 1U sitzt auf der einem Innenraum zugekehrten Seite des Meh*ischichtsystems, von welcher aus die Infrarotstrahlung auftrifft. Bei einer Umkehr des Strahlungsdurchgangs, derart, daß der Träger 10 der langwelligen Infrarotstrahlung ausgesetzt ist, erfolgt durch die Absorption im Träger eine stärkere Erwärmung der Folie Dann beruht die Wirkung der Wärmeschutzschicht auf deren geringem Emissionsvermögen für langwellige Strahlung.

Die Wirkungsweise des Mehrschichtsystems ist derart, daß insgesamt ein hohes Reflexionsvermögen im Infrarot-Spektralbereich und ein hohes Transmissionsvermögen im sichtbaren Spektralbereich gewährleistet ist. Hierzu wird für den Träger 10 ein Material mit hohem Transmissionsvermögen für das sichtbare Licht ausgewählt, z.B. eine Polyesterfolie mit einer Dicke von 10 bis 200,um. Die Metallschicht 12, welche vorzugsweise aus Silber besteht, wird entspiegelt durch die dielektrischen Deckschichten 11 und 13, welche in ihrer Dicke

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und in ihrem Material bezüglich der Brechzahl so ausgewählt sind, daß eine Interferenz entsteht und der an den Grenzflächen von der Metallschicht 12 reflektierte Anteil des sichtbaren Lichtes unterdrückt wird, so daß mit Ausnahme eines geringen Teiles praktisch alles einfallende Licht durch das Mehrschichtsystem hindurchtreten kann. Die dielektrische Deckschicht 11 ist hinsichtlich ihrer Zusammensetzung gleich aufgebaut wie die Deckschicht 13 und enthält vorzugsweise zwei Metalloxide, nämlich Titanoxid und Wismutoxid. Dabei kommt dem Titanoxid die Aufgabe zu,, die UV-Beständigkeit der Silberschicht zu erhöhen, während Wismutoxid eine stark korrosionshemmende Wirkung besitzt. In der gezeichneten Darstellung handelt es sich bei den Schichten 11 und 13 um Mischschichten der beiden Metalloxide, jedoch könnten die beiden Deckschichten 11 und 13 jeweils auch zweilagig mit getrennten Schichten der Metalloxide aufgebaut sein.

Die dielektrische Deckschicht 13 bewirkt für die Metallschicht einen Schutz gegen UV-Licht und einen Korrosionsschutz und ergänzt somit in vorzüglicher Weise die Schutzschicht lh, welche vorzugsweise dem mechanischen Schutz des Mehrschichtsystems dient. Da die Schichten 13 und 1k für Infrarotlicht ohne nennenswerte Absorption durchlässig sein müssen ist bei ihrem Aufbau und ihrer Stoffauswahl auf eine geringe Absorption im Bereich der Infrarotstrahlung, also etwa im Wellenlängenbereich zwischen 5 und 1+0,um zu achten. Hierbei haben sich neben dem bereits beschriebenen Aufbau für die dielektrische Deckschicht 13 hinsichtlich der Schutzschicht Ik Polymerfilme besonders bewährt, wobei die Bemessung der Schichtdicke und/oder die Materialauswahl des Polymerfilmes so gewählt ist, daß keine wesentliche Absorption von Infrarotstrahlung erfolgt. Besonders

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dünne Polymerfilm-Schutzschichten lassen sich aus Siloxan-Polymerisaten herstellen, wobei die Polymerisation vorzugsweise in einem Plasma erfolgt. Besonders bewährt hat sich hierbei Hexamethyldisiloxan (HMDS) welches einen ausreichenden Dampfdruck hat und somit ohne großen apparativem Aufwand als Dampf in die evakuierte Beschichtungsanlage eingelassen und in einer Glimmentladung als Schutzschicht ^h auf der dielektrischen Deckschicht 13 polymerisiert werden kann. Eine so hergestellte Schutzschicht 1U hat eine Dicke von vorzugsweise — 0,2/Um, im Höchstfall erreicht sie eine Schichtdicke - 1,um und gewährt als absolut porenfreie, dichte, hydrophobe Schutzschicht einen einwandfreien Schutz des darunterliegenden Schichtensystems. Die Schutzschicht lk kann weiterhin aus einem Lackfilm gebildet werden, welcher vorzugsweise auf die dielektrische Deckschicht 13 in einer Dicke zwischen 1 und 5,um aufgetragen, z.B. aufgesprüht wird.

Wenn andererseits die Schutzschicht "\k zur Erhöhung der mechanischen Stabilität dicker ausgebildet werden soll, erfolgt die Materialauswahl derart, daß ein Stoff mit geringer Absorption im Infrarot-Spektralbereich aufgebracht wird, vorzugsweise eine Schutzschicht 1U aus Polyäthylen oder Polypropylen. Hierbei wird die Schutzschicht 1k als Laminat mit dem restlichen Schichtsystem verbunden, wobei die Schutzschicht Ik selbst als Kunststoffolie ausgebildet ist. Eine andere Möglichkeit zum Auftragen einer derartigen Schutzschicht größerer Dicke besteht im Flammenspritzen.

Das erfindungsgemäße Mehrschichtsystem betrifft also eine in Vakuumprozessen aufgebrachte Schichtenfolge 11, 12, 13, wobei auf den Träger 10 wenigstens eine Metallschicht 12 und vorzugsweise mehrere dielektrische

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Deckschichten 11 und 13 aufgedampft oder aufgestäubt sind. Die dielektrischen Deckschichten 11 und 13 sind nach Zusammensetzung bzw. schichtweisem Aufbau so optimiert, daß eine möglichst gute Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse erreicht wird. Während die Schutzwirkung der dielektrischen Schichten 11 und 13 beim Einbau des Mehrschichtsystems zwischen Glas im allgemeinen ausreicht, ist bei Anwendung des Mehrschichtsystems auf Glas oder in Form von Rollos oder Vorhängen ein "zusätzlicher Schutz insbesondere gegen mechanische Beschädigungen notwendig. Hierzu wird auf den beschichteten Träger 10, d.h. beim Ausführungsheispiel auf die dielektrische Deckschicht 13 als Schutzschicht 1U ein Polymerfilm aufgetragen, der die optischen Eigenschaften des Schichtsystems nur wenig beeinträchtigt, jedoch einen sehr guten zusätzlichen mechanischen Schutz gewährleistet. Die Schichtdicke des Polymerfilms wird so eingestellt, daß zwar eine ausreichende mechanische Schutzwirkung erreicht wird, aber noch keine wesentliche Absorption der Infrarotstrahlung erfolgt und/oder das Material für diese zusätzliche Beschichtung wird so ausgewählt, daß eine möglichst gute Transmission der Schutzschicht 1 it im Infrarotbereich gegeben ist.

Als Auftragsverfahren kommen Plasmapolymerisation, eine Beschichtung mit einem flüssigen Kunstharz nach einem der üblichen kontinuierlichen Auftragsverfahren oder z.B. auch die Bildung eines Laminates mit einer weiteren Kunststoffolie in Frage. ·

Die durch Plasmapolymerisatiofi gebildeten Organosilikon-Filme erfüllen als Schutzschicht 1k die Bedingung einer geringen Infrarot-Absorption schon infolge der geringen Schichtdicke unter 1,um, die sich bei diesem Auftrags-

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verfahren aus technischen Gründen ergibt. Kine derartige Schutzschicht 1¹I stellt aber infolge ihrer Dichtheit und ihrer mechanischen Eigenschaften trotz ihrer geringen Dicke einen Schutz gegen mechanische Einflüsse und einen zusätzlichen Schutz gegen korrosive Einflüsse dar. Nähere Einzelheiten über die Herstellung und die Eigenschaften solcher Filme sind z.B. in der Veröffentlichung "Plasma-Polymerisation" ACS Symposium Series 108, Washington D.C. 1979 beschrieben. Von den zur Verfügung stehenden Siloxanen hat sich insbesondere Hexamethyldisiloxan als Schutzschicht 1h bewährt, welches schon in einer Dicke von = 2,um einen guten Schutz gewährleistet und praktisch keine Veränderung der optischen Eigenschaften bewirkt.

Eine dickere Schutzschicht ^h ergibt sich beim Auftragen eines Lackfilms aus der flüssigen Phase, weil Lackfilme nicht in der zuvor beschriebenen geringen Dicke aufgebracht werden können. Bei Verwendung eines Acrylharzes, das im Sprühverfahren aufgetragen wird, nimmt die Infrarotabsorption der Schutzschicht 1h mit zunehmender Dicke rasch zu, wobei sich bei einer Schutzschichtdicke von 20,um bereits eine Absorption von etwa 50 % der Infrarotstrahlung in der Schutzschicht 1h ergibt. Dieser Absorptionswert sollte auf keinen Fall überschritten werden, wobei sich jedoch bei Verwendung anderer Lacke mit geringerer Infrarot-Absorption auch größere Schutzschichtdicken als zulässig erweisen können. Infrage kommen neben Acrylaten auch Lacke auf Fluorkohlenwasserstoff-Basis, Polyesterharze oder Epoxidharze. Da aber alle Lacksysteme starke Absorptionsbanden im Infrarotbereich besitzen ist eine sorgfältige Abstimmung der Dicke erforderlich, wenn eine Beeinträchtigung der IR-Reflexionseigenschaften der Metall-

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schicht 12 vermieden werden soll. Entsprechend den durchgeführten Versuchen sollte die Dicke der Schutzschicht 1^ bei Verwendung einer Lackschicht nicht unter 1 ,um liegen, damit noch ein geschlossener und porenfreier Auftrag möglich ist. Andererseits sollte die Lackschichtdicke nicht über 5/um betragen, damit das Infrarot-Reflexionsvermögen der Metallschicht 12 nicht unter einen Wert von ca 80 % des Mehrschichtsystems ohne Schutzschicht 1h absinkt. In diesem Dickenbereich ist auch die im sichtbaren Spektralbereich auftretende Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften, insbesondere durch Streuung, Schlierenbildung und Absorption noch vernachlässigbar gering.

Zur Herstellung eines Laminates aus der Schutzschicht 1h und den darunterliegenden Schichten des Mehrschichtsystems unter Verwendung einer Kunststoffolie wird als Folienmaterial vorzugsweise Polyäthylen verwendet, welches eine gute Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung besitzt. Ähnliche gute Eigenschaften hat auch eine Polypropylenfolie.

Claims

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Ansprüche

{ 1 ·) Mehrschicht system für Wärmeschut zanwendung mit hohem. Reflexionsvermögen im Infrarot-Spektralbereich und mit hohem Transmissionsvermögen im sichtbaren Spektralbereich, mit einem Träger, mit einer Metallschicht und mit reflexions· mindernden,dielektrischen, Metalloxid enthaltenden Deckschichten vorzugsweise auf beiden Seiten der Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom Träger (10) abgewandten Seite der Metallschicht (12) eine Polymerfilm-Schutzschicht (1U) mit geringer Absorption im Infrarot-Spektralbereich angeordnet ist.

2. Mehrschichtsys tem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Polymerfilm-Schutzschicht (1k) so gering bemessen ist, daß keine wesentliche Absorption von IR-Strahlung erfolgt.

3. Mehrschichtsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfilm-Schutzschicht (1U) aus Siloxan-Polymerisat, vorzugsweise aus einem Plasmapolymerisat besteht.

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U. Mehrschichtsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (1U) aus Hexamethyldisiloxan (HMDS) besteht.

5. Mehrschichtsystem nach Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (iU) eine Schichtdicke ^ 1 /um hat, vorzugsweise eine Schichtdicke ^- 0,2 /um .

6. Mehrschichtsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (TU) aus einem Lackfilm besteht.

7. Mehrschichtsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackfilm-Schützschicht (1U) aufgesprüht ist.

8. Mehrschichtsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackfilm-Schutzschicht (1U) eine Dicke zwischen 1/um und 5/um hat.

9. Mehrschichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfilm-Schutzschicht (iU) aus einem Material mit geringer Absorption im Infrarot-Spektralbereich besteht.

10. Mehrschichtsystem nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (1U) aus Polyäthylen besteht.

11. Mehrschichtsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (TU) aus Polypropylen besteht.

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12. Mehrschichtsystem nach einem der Ansprüche 10 oder 1i , dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (iH) aus einem Laminat mit einer Kunststoffolie gebildet ist.