DE60222271T2

DE60222271T2 - Verfahren zur behandlung von einer verbundglasscheibe und anwendung

Info

Publication number: DE60222271T2
Application number: DE60222271T
Authority: DE
Inventors: Frederic Bordeaux
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: EP1414760B1; CN1289418C; FR2828191B1; KR20040024601A; FR2828191A1; US20040238998A1; ATE372304T1; DE60222271D1; KR100874251B1; WO2003014033A1; JP4276066B2; JP2004537492A; EP1414760A1; CN1564790A; WO2003014033A8

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Verbundglasscheiben. Sie ist insbesondere auf ein Verfahren zur Behandlung einer Verbundglasscheibe für einen späteren Arbeitsgang gerichtet, in welchem diese auf eine Temperatur von mindestens 80 oder 100 °C gebracht wird.
Von den verschiedenen Verfahren zur Bearbeitung oder Ausrüstung von Glasscheiben erfordern einige, die Glasscheibe oder wenigstens einen Teil davon auf hohe Temperaturen von etwa 80 bis 100 °C oder darüber zu bringen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Glasscheibe mit Kunststoffausrüstungen versehen werden soll, die in situ geformt oder heiß auf die Glasscheibe aufgebracht werden.
Um ein Profilelement speziell am Umfang einer Glasscheibe herzustellen, wird insbesondere das Verfahren zur Aufformung (oder Umkapselung) angewendet, wobei das Profilelement über wenigstens einen Teil des Umfangs der Glasscheibe geht und auf wenigstens einer Seite der Glasscheibe haftet: Die Glasscheibe oder wenigstens ein Teil davon wird in einer Form angeordnet, die ein Formnest umfasst, das dem Profil des Elements entspricht, das hergestellt werden soll, und es wird ein formbarer Stoff, der entweder ein geschmolzener Kunststoff oder eine reaktive Zusammensetzung ist, in die Form spritzgegossen.
Entweder aus Gründen, die mit der Viskosität des geschmolzenen Materials oder mit der Reaktivität der Zusammensetzung (die eine Wärmezufuhr oder die Erzeugung von Wärme erfordern kann) zusammenhängen, wird das Glas in der Form im Allgemeinen einer hohen Temperatur von mindestens etwa 100 °C den Zeitraum des Spritzgießtakts ausgesetzt, der oftmals einige Minuten dauert.
Dieses Verfahren, obwohl es mit monolithischen Glasscheiben gut beherrscht wird, verursacht einige Schwierigkeiten, wenn versucht wird, es auf Verbundglasscheiben anzuwenden.
Die Verbundglasscheiben werden durch die Verbindung von mindestens zwei Glasscheiben, die miteinander durch eine thermoplastische Zwischenschicht verbunden sind, gebildet.
Wenn umkapselte Verbundglasscheiben hergestellt werden, weist ein großer Anteil der die Form verlassenden Produkte Fehler im Verbundglas in Form von Bläschen auf, die sich im Inneren des Verbundaufbaus gebildet haben. Dabei kann die Anzahl der Bläschen sehr hoch sein, etwa 50 bis 200 Bläschen pro cm² Glasoberfläche, die mit bloßem Auge sichtbar sind.
Der Mechanismus der Bildung dieser Bläschen ist noch nicht vollständig bekannt, wobei es jedoch sicher ist, dass er thermisch aktiviert wird, und dass das Auftreten der Bläschen direkt mit den Temperaturbedingungen zusammenhängt, die in der Form während des Aufformungsvorgangs herrschen.
Dazu ist festzustellen, dass jeder Behandlungs-, Bearbeitungs- oder Ausrüstungsarbeitsgang, in welchem ein thermischer Vorgang bei 80 oder 100 °C oder darüber stattfindet, somit in der Lage ist, im Endprodukt dieselbe Fehlerart zu verursachen.
Ein Mittel zur Lösung dieses Problems kann in der Anpassung des Behandlungs-, Bearbeitungs- oder Ausrüstungsverfahrens, d.h. beispielsweise in der Anpassung des Umkapselungswerkzeugs, bestehen, wobei sich aber dieser Weg als schwierig und vor allem teuer erweist, da es sein kann, dass bereits entwickelte industrielle Verfahren überarbeitet werden müssen.
Es wäre deshalb wünschenswert, eine Lösung für dieses Problem vor dem mit einer thermischen Beanspruchung einhergehenden Arbeitsgang zu finden, d.h. eine, die in der Lage ist, auf die Glasscheibe selbst angewendet zu werden.
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche Lösung bereitzustellen.
Dazu hat die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung einer Verbundglasscheibe für einen späteren Arbeitsgang, in welchem sie einer starken thermischen Beanspruchung, insbesondere bei einer Temperatur von mindestens 80 °C und insbesondere mindestens 100 °C ausgesetzt wird, gemäß Patentanspruch 1 zum Gegenstand.
Überraschenderweise ist von den Erfindern festgestellt worden, dass eine vorhergehende thermische Konditionierung der Verbundglasscheibe unter kontrollierten Bedingungen erlaubt, den Mechanismus der Bläschenbildung, wenn die Verbundglasscheibe später einer thermischen Beanspruchung wie den weiter oben beschriebenen ausgesetzt wird, zu verhindern.
Das erfindungsgemäße thermische Konditionierungsverfahren beruht auf zwei wesentlichen Parametern, nämlich der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit und der Expositionsdauer bei der Behandlungstemperatur.
Von den Erfindern ist somit festgestellt worden, dass

– einerseits von einer plötzlichen Wärmezufuhr zu einer Verbundglasscheibe das Auftreten von Bläschen verursacht wird, und dies selbst wenn die effektive Temperatur der Verbundglasscheibe noch nicht den Grenzwert erreicht hat, der dafür bekannt ist, dass bis zu ihm die Verbundglasscheibe intakt bleibt, und
– andererseits, dass durch eine allmähliche Erwärmung nicht nur an sich kein Auftreten von Bläschen verursacht, sondern auch ein positiver Effekt auf die spätere Widerstandsfähigkeit der Verbundglasscheibe unter schärferen thermischen Bedingungen, insoweit sie ausreichend lang ist, ausgeübt wird.

Ein weiterer vorteilhafter Parameter ist die Ruhezeit vor späteren Arbeitsgängen.
Obwohl das bisher nur eine Hypothese ist, ist es möglich, dass von der erfindungsgemäßen thermischen Konditionierung eine Veränderung der thermoplastischen Zwischenzeit in der Verbundglasscheibe verursacht wird, welche das Auftreten von Bläschen verhindert. Die Tatsache, dass eine Mindestdauer der Erwärmung von einer oder mehreren Stunden erforderlich ist, lässt vermuten, dass diese Veränderung von einer langsamen Kinetik gesteuert wird.
Erfindungsgemäß wird die Verbundglasscheibe fortschreitend auf Behandlungstemperatur gebracht, d.h., dass die Verbundglasscheibe nicht direkt in einem Ofen angeordnet oder mit einem Körper in Berührung gebracht wird, dessen Temperatur die Behandlungstemperatur ist, sondern dass die Verbundglasscheibe mit einer moderaten (nicht unendlichen) Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von vorzugsweise unter 10 °C/min erwärmt wird.
Vorteilhafterweise wird die Verbundglasscheibe bis in einen Temperaturbereich von etwa 80 bis 140 °C, insbesondere 90 bis 140 °C, und speziell von 100 oder 110 bis 140 °C fortschreitend erwärmt. Dabei verbessert sich innerhalb dieses Bereiches die Widerstandsfähigkeit des Verbundaufbaus gegenüber Blasenbildung mit der Temperaturerhöhung beträchtlich. Eine ausreichende Effizienz wird im Allgemeinen bei Behandlungstemperaturen von etwa 90 bis 110 °C erhalten.
Die Behandlungsergebnisse werden auch bei Verlängerung der Dauer des Erwärmens verbessert.
Das Erwärmungsprogramm kann aus einem fortschreitenden, kontinuierlichen Temperaturanstieg mit einer einzigen Temperaturanstiegsgeschwindigkeit oder aus mehreren Abschnitten, die durch unterschiedliche Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten, die jeweils moderat sind und vorzugsweise weniger als 10 °C/min betragen, gekennzeichnet sind, bestehen.
In einer vorteilhaften Abwandlung umfasst das Erwärmungsprogramm einen fortschreitenden Temperaturanstieg bis auf eine Behandlungstemperatur T₁ von unter oder gleich 150 °C und mindestens eine Temperaturhaltestufe bei jeweils einer Behandlungstemperatur T_i (wobei i eine ganze Zahl von ungleich null ist) von unter oder gleich 150 °C. Jede Behandlungstemperatur T_i wird vorteilhafterweise in dem Bereich von 80 bis 140 °C und insbesondere in den Bereichen von 90 bis 140 °C und 100 bis 140 °C ausgewählt.
Bei mehreren Temperaturstufen können diese durch eine Zwischenphase des Anstiegs oder Absinkens der Temperatur, vorzugsweise mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit oder -absinkgeschwindigkeit von unter 10 °C/min getrennt werden.
Insgesamt beträgt die Erwärmungsdauer vorteilhafterweise weniger als oder gleich 16 Stunden. Bei über 16 Stunden Erwärmung wird keine signifikante Verbesserung des Vermögens der Verbundglasscheibe, einer thermischen Beanspruchung ohne Auftreten von Bläschen zu widerstehen, beobachtet.
Entsprechend einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die thermische Konditionierung nach dem Erwärmen einen Schritt, in welchem die Verbundglasscheibe bis auf eine Temperatur T₂ abkühlen gelassen wird, die niedriger als die letzte(n) Behandlungstemperatur(en) ist, und gegebenenfalls ein Halten bei dieser Temperatur.
Es ist festgestellt worden, dass durch eine vorzugsweise kurze Ruheperiode der Verbundglasscheibe nach dem Erwärmen das Vermögen der Verbundglasscheibe eine thermische Beanspruchung zu ertragen, deutlich verbessert wird. Die Abkühlung bis auf die Temperatur T₂ kann schnell oder fortschreitend sein.
Vorzugsweise ist T₂ die Umgebungstemperatur, d.h. etwa 15 bis 30 °C.
Dabei ist es jedoch nicht wünschenswert, dass das Abkühlen und gegebenenfalls Halten auf der unteren Temperatur der Verbundglasscheibe zu lange dauert, da eine Verstärkung des Blasenbildungsphänomens bei Verbundglasscheiben beobachtet wird, die zu lange aufbewahrt worden sind, bevor sie unter kritischen thermischen Bedingungen verwendet werden. Die Veränderung, die mit der thermischen Konditionierung verbunden ist, ist wenigstens teilweise reversibel. Deshalb beträgt die Dauer t₂ des Abkühlens und gegebenenfalls Haltens auf der Temperatur T₂ vorzugsweise weniger als 24 Stunden, insbesondere 1 bis 7 Stunden, und speziell 1 bis 4 Stunden.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auf alle Sorten von Verbundgläsern anwenden. Dabei werden die gebräuchlichsten von mindestens zwei Floatglasscheiben mit einer Dicke von jeweils mindestens 1 mm, vorteilhafterweise einer Dicke von jeweils 1 bis 4 mm, und insbesondere einer Dicke von jeweils mindestens 2 mm, die miteinander durch eine durchsichtige Thermoplastschicht aus einem Material verbunden sind, das insbesondere aus Polyvinylbutyral (PVB) und mehrschichtigen Verbundmaterialien auf der Basis von PVB wie dreischichtigen PVB/PET-Materialien mit einer Sonnenschutzschicht/PVB (oder PET, Polyethylenterephthalat) oder Vinylcopolymeren, insbesondere auf der Basis von Ethylen und Vinyl-, Vinylidenfluorid- oder Vinylacetatmonomer, ausgewählt ist, gebildet. Ganz allgemein können verschiedene Funktionsschichten auf wenigstens einer Seite mindestens eines Scheibenelements der Verbundglasscheibe vorgesehen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben findet bei der Herstellung von Verbundglasscheiben in verschiedenen Verfahren Anwendung, die geneinsam haben, dass die Glasscheibe mehrere Minuten lang thermischen Beanspruchungen ausgesetzt wird, und welche insbesondere einen Arbeitsgang enthalten, in welchem die Glasscheibe auf eine Temperatur von mindestens 80 oder 100 °C gebracht wird.
So kann das erfindungsgemäße Behandlungsverfahren für die Herstellung einer Verbundglasscheibe mit einem Aufformungsvorgang vorgesehen werden.
Entsprechend dem aufgeformten Material variieren die thermischen Bedingungen des Verfahrens, erfordern aber immer starke thermische Beanspruchungen der Glasscheibe.
So wird beim Aufformen eines Thermoplasts wie Polyvinylchlorid (PVC), eines thermoplastischen Olefins (TPO) oder thermoplastischen Elastomers (TPE) ein wärmeaktivierbarer Haftvermittler auf die Glasscheibe aufgebracht. Somit wird in dem Formnest einer "kalten" Form, d.h. einer Form mit Umgebungstemperatur, die Glasscheibe, die auf etwa 80 bis 120 °C erwärmt worden ist, um den Haftvermittler zu aktivieren, angeordnet und anschließend der geschmolzene Kunststoff mit einer Temperatur von etwa 180 °C spritzgegossen. Dabei ist es im Wesentlichen der Kontakt mit dem spritzgegossenen Material, welcher die thermische Beanspruchung verursacht.
Beim Aufformen eines vernetzbaren Elastomers wie eines Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuks (EPDM) wird die "kalte" Glasscheibe, d.h. mit Umgebungstemperatur, in dem Formnest einer auf eine Temperatur von etwa 160 bis 200 °C erhitzten Form angeordnet und anschließend der Kunststoff mit einer Temperatur von etwa 80 bis 100 °C spritzgegossen. In diesem Fall ist es der Kontakt der Glasscheibe mit der heißen Form und anschließend mit dem Kunststoff, der die thermische Beanspruchung verursacht.
Schließlich wird beim Aufformen einer reaktiven Zusammensetzung wie beim Reaktionsspritzgießen von Polyurethan (RIM für Reaction Injection Molding) die "kalte" Glasscheibe, d.h. mit Umgebungstemperatur, in dem Formnest einer auf eine moderatere Temperatur von etwa 80 bis 100 °C erhitzten Form angeordnet und anschließend eine Zusammensetzung, deren Temperatur durch den Effekt der exothermen Reaktion auf bis zu etwa 120 °C ansteigen kann, spritzgegossen. In diesem Fall ist es die Erwärmung des Materials im Kontakt mit der Glasscheibe, die die thermische Beanspruchung verursacht.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch auf einen anderen Vorgang anwenden, in welchen auf die Oberfläche einer Glasscheibe ein Profilelement durch Extrudieren, insbesondere durch Extrudieren eines Einkomponentenpolyurethans oder eines thermoplastischen Elastomers, aufgebracht wird. Dieses Verfahren kann außerdem das Korrigieren des extrudierten Profils durch Aufformen einer zusätzlichen oder Ersatzkomponente in einem begrenzten Teil der Glasscheibe umfassen.
Wie weiter oben festgestellt, ist es vorteilhaft, die thermische Konditionierung weniger als 24 Stunden vor dem anschließenden Bearbeitungsvorgang durchzuführen; so kann das erfindungsgemäße Behandlungsverfahren als ein vorhergehender Schritt des entsprechenden Verfahrens, das beim Verarbeiter durchgeführt wird, integriert werden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Aus einer Verbundglasscheibe mit folgendem Aufbau:
Floatglas 2,1 mm/PVB-Zwischenschicht 0,76 mm/Floatglas 2,1 mm
wurden quadratische Probekörper mit 5 cm Seitenlänge hergestellt, die folgender thermischer Konditionierung unterworfen wurden:

– Erwärmen von Umgebungstemperatur bis auf eine Temperatur T₁ in einem Ofen mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von unter 10 °C/min,
– Halten auf der Temperatur T₁ während des Zeitraumes t₁ und
– Abkühlen auf Umgebungstemperatur und Halten auf dieser Temperatur über einen Gesamtzeitraum von 1,5 Stunden.

Nach der Konditionierung wurden die Probekörper auf einer auf eine Temperatur von 180 °C erhitzten Heizplatte abgelegt, wobei die Energiezufuhr so langsam war, dass die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit als unendlich betrachtet werden kann.
Es wurde das Auftreten von Bläschen in dem Verbundaufbau beobachtet, und es wurde gemessen, nach welchem Zeitraum t_B das erste Bläschen auftrat.
Dieser Versuch wurde ebenfalls mit einem Bezugsprobekörper durchgeführt, welcher der thermischen Konditionierung nicht unterworfen worden war.

Die Ergebnisse, die erhalten worden sind, indem T₁ und t₁ variiert wurden, werden in Tabelle 1 mitgeteilt. Tabelle 1

	T₁ (°C)	t₁ (h)	t_B (s)
Bezug	keine	kein	30
erfindungsgemäß	100	4	150
"	100	16	500
"	100	24	500
"	110	16	170
"	110	24	270
"	120	4	130
"	120	16	240
"	120	24	290
"	130	4	130
"	130	16	400
"	130	24	360

Es wurde ein Versuch zur Umkapselung eines Autoglases unter industriellen Produktionsbedingungen durchgeführt. Das aufgeformte Material war EPDM, und das Umkapselungsverfahren bestand darin, die Verbundglasscheibe in einer heißen Form mit etwa 180 °C anzuordnen, die Form zu verschließen, das Material unter hohen Druck einzuspritzen, das Ganze 90 bis 180 s lang in der heißen Form zu halten, um die Vulkanisierung des EPDM sicherzustellen, die Form zu öffnen und anschließend das umkapselte Bauteil zu entnehmen. Die Taktzeit betrug etwa 3 Minuten, davon eine Minute 30 Sekunden bis 2 Minuten, während denen ein Teil der Verbundglasscheibe (vor allem der mit der Form in Berührung befindliche Rand) auf eine Temperatur von nahe der Temperatur der Form, d.h. 180 °C, gebracht wurde. Die Verbundglasscheibe war folgender thermischer Konditionierung unterworfen worden:

– Temperaturanstieg mit 10 °C/min bis auf 100 °C,
– 16 Stunden langes Halten der Temperatur und
– Abkühlen und 1 Stunde und 30 Minuten langes Halten auf Umgebungstemperatur vor der Umkapselung.

Unter diesen Bedingungen wurde die Verbundglasscheibe erfolgreich umkapselt, ohne dass im Verbundaufbau Bläschen aufgetreten wären.
Es wurde eine weitere Versuchsreihe zur Umkapselung unter denselben Bedingungen mit einer Verbundglasscheibe mit einer mehrschichtigen PVB/PET-Zwischenfolie durchgeführt.
Die erhaltenen Ergebnisse, indem die Temperatur T₁ verändert wurde, werden in Tabelle 2 mitgeteilt. Tabelle 2

T₁ (°C) t₁ (h) t_B (s)

Bezug keine kein 30

erfindungsgemäß 80 16 150

" 90 " 170*

" 100 " 230

" 110 " 270

" 120 " 300

*: Wenn das Umkapseln in einer Form bei einer Temperatur von 160 °C durchgeführt wurde, wurde der Zeitraum bis zum Auftreten von Bläschen auf 600 s verlängert.

Wenn die Ruhezeit der bei 110 °C behandelten Verbundglasscheibe vor dem Einlegen in die Form mit 180 °C verlängert wird, verkürzt sich der Zeitraums des Auftretens von Bläschen auf etwa 80 s bei einer Ruhezeit von 150 h.
Aus diesen Versuchen geht hervor, dass es möglich ist, das Auftreten von Bläschen, das auf die Erwärmung einer Verbundglasscheibe zurückzuführen ist, durch das erfindungsgemäße Verfahren um mehrere Minuten zu verzögern.
Eine lange Haltestufe von 16 h ist gegenüber einer Haltezeit von 4 h bevorzugt, wobei es aber im Allgemeinen nicht notwendig ist, die Haltezeit auf bis auf 24 h zu verlängern. Weiterhin werden die erhaltenen Ergebnisse wesentlich besser, wenn die Behandlungstemperatur steigt.
Durch diese Beschreibung, die sich insbesondere auf die Ausrüstung einer Verbundglasscheibe mit einem in situ aufgeformten Kunststoffelement bezieht, soll die Erfindung nicht beschränkt werden, die ebenso gut auf andere Bedingungen der thermischen Beanspruchung einer Verbundglasscheibe angewendet werden kann.

Claims

Verfahren zur Behandlung einer Verbundglasscheibe für einen späteren Arbeitsgang, in welchem die Verbundglasscheibe einer starken thermischen Beanspruchung unterworfen und insbesondere auf eine Temperatur von mindestens 80 °C gebracht wird, wobei in dem Verfahren die Verbundglasscheibe einer thermischen Konditionierung unterzogen wird, in welcher sie fortschreitend mit einer moderaten Temperaturanstiegsgeschwindigkeit oder jeweils moderaten Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten, wenn das fortschreitende Erhitzen durchgeführt wird, indem mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten eingehalten werden, erhitzt wird, wobei die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit(en) vorzugsweise kleiner als 10 °C/min ist (sind) und die Verbundglasscheibe auf einer Mindestbehandlungstemperatur von 80 °C und einer Höchstbehandlungstemperatur von 150 °C einen Gesamtzeitraum von mindestens 1 Stunde und insbesondere von mindestens 4 Stunden lang gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundglasscheibe bis in einen Temperaturbereich von etwa 80 bis 140 °C und insbesondere 90 bis 140 °C fortschreitend erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen einen fortschreitenden Temperaturanstieg bis auf eine Behandlungstemperatur T₁ von unter oder gleich 150 °C und mindestens eine jeweilige Temperaturhaltestufe auf einer Behandlungstemperatur T_i (wobei i eine ganze Zahl ungleich null ist) von unter oder gleich 150 °C umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundglasscheibe einen Gesamtzeitraum von kürzer als oder gleich 16 Stunden erhitzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Konditionierung anschließend einen Schritt während eines Zeitraumes t₂ umfasst, in welchem die Verbundglasscheibe bis auf eine Temperatur T₂ abgekühlt wird, und sie gegebenenfalls auf dieser Temperatur gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass T₂ die Umgebungstemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum t₂ der Abkühlung und des möglichen Haltens auf der Temperatur T₂ weniger als 24 Stunden und insbesondere 1 bis 7 Stunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundglasscheibe bis auf die Temperatur T₂ schnell abgekühlt wird.
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auf die Herstellung einer Verbundglasscheibe, um mit dieser eine Behandlung durchzuführen, die einen Arbeitsgang umfasst, in welchem die Verbundglasscheibe auf eine Temperatur von mindestens 80 °C gebracht wird.