DE1093077B - Verfahren zum Herstellen eines gekruemmten Gegenstandes aus Kunststoff, der mit einem durchsichtigen, elektrisch leitenden Film versehen ist - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen eines gekrümmten Gegenstandes aus Kunststoff, der mit einem durchsichtigen, elektrisch leitenden Film versehen ist Es ist bekannt, durchsichtige, elektrisch leitende Schichten, etwa aus Gold, Silber, Kupfer, Eisen und Nickel, auf Glasscheiben aufzubringen, gegebenenfalls auch auf gebogene Glasscheiben. Schwierigkeiten bereitete es jedoch, brauchbare Scheiben aus Kunststoff herzustellen, die sowohl gekrümmt waren als auch einen elektrisch leitenden Film trugen. Brachte man nämlich den Film nach dem Biegen auf, so war es schwierig, dem Film eine gleichmäßige Schichtdicke zu geben, und außerdem traten in dem Kunststoff gewisse Veränderungen auf, die sich in der späteren Scheibe als optische Fehlerstellen zeigten. Brachte man aber den Film vor dem Biegen auf die Kunststoffscheibe auf, so riß der Film beim Biegen, so daß die ganze Einheit ebenfalls unbrauchbar war. Das Bedürfnis der Technik nach gebogenen Kunststoffscheiben mit elektrisch leitendem, durchsichtigem Film ist aber sehr groß, insbesondere zur Verwendung als Verglasung für Flugzeuge, Schiffe, militärische Ausrüstungsteile usw., um die Eisbildung und das Beschlagen der Scheibe zu verhindern.
• Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten dadurch behoben, daß der Film auf die Oberfläche einer im wesentlichen ebenen Kunststoffplatte aufgebracht und diese Platte danach derart in die gewünschte Krümmung verformt wird, daß der Film spannungsfrei bleibt oder vorzugsweise Druckspannungen erfährt, also in jedem Fall keine Zugspannungen erleidet.
• Auf diese Weise sind die Gefahren eines Zerreißens des Films beim Biegen gebannt, so daß man ihn auf die ebene Platte und daher mit absolut gleichmäßiger Dicke aufbringen kann. Der erfindungsgemäße Vorschlag kann auf vielerlei Weise verwirklicht werden. In der Beschreibung sind an Hand der Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Teilquerschnitt einer Kunststoffplatte, nachdem ein elektrisch leitender Film darauf aufgebracht ist, Fig. 2 die Platte gemäß Fig. 1 nach dem Biegen, Fig. 3 einen Querschnitt eines aus der gebogenen Platte der Fig. 2 und einer anderen gebogenen Platte gebildeten geschichteten Gegenstandes, Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Schichtgebildes in ebenem Zustand, Fig. 5 das Schichtgebilde gemäß Fig. 4 nach dem Biegen, Fig. 6 einen Teilquerschnitt im wesentlichen längs der Linie 6-6 in Fig. 1, wobei die verschiedenen, den elektrisch leitenden Film bildenden Schichten dargestellt sind, und Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schichtgebildes.
• In Fig. 1 der Zeichnungen ist beispielsweise ein Trägerkörper oder eine Platte aus Kunststoff 10 dargestellt, auf der sich ein elektrisch leitender Film 11 befindet. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, kann der elektrisch leitende Film eine Abdichtschicht a umfassen, die in Berührung mit einer Oberfläche der Platte 10 aus Kunststoff ist, eine vorzugsweise aus einem Metalloxyd gebildete Klebschicht b, eine Schicht elektrisch leitenden Metalls c, wie etwa aus Gold, Nickel, Eisen, Silber und Kupfer, eine zweite Klebschicht d, die vorzugsweise aus einem Metalloxyd gebildet ist, und eine Schutzschicht e, beispielsweise aus Quarz, Aluminiumoxyd, Magnesiumfluorid od. dgl. Alle diese Schichten werden auf die Platte aufgebracht, solange diese sich aus später zu beschreibenden Gründen in im wesentlichen ebenem Zustande befindet.
• Im einzelnen verhindert die Abdichtschicht a, daß ein Weichmacher aus dem Kunststoff austritt und die Klebeigenschaften der anderen Schichten während des Überzugverfahrens beeinträchtigt. Es ist festgestellt worden, daß die Abdichtschicht für die meisten Zwecke aus Quarz, Titandfoxyd, Aluminiumoxyd, Chromoxyd oder gleichwertigen Materialien hergestellt sein kann und in der Stärke von etwa 11/a Molekülen oder ungefähr 7 bis 10 Angströmeinheiten dick oder auch dicker, falls dieses gewünscht wird, sein kann. Obwohl jedoch die Abdichtschicht wünschenswert ist, kann sie in manchen Fällen fortgelassen werden, wenn der Weichmacher nur schwer aus dem Kunststoff austritt, wenn der Kunststoff etwas erwärmt wird.
• Die Klebschicht b besteht im allgemeinen aus Metalloxyd von ungefähr 1/2 Molekül oder mehr Dicke, die infolge molekularer Kräfte direkt und dauerhaft an der Quarzschicht a haftet und durch starke molekulare Kräfte auch darauf hinwirkt, die Metallschicht c zu halten. Diese klebenden Metalloxyde können aus Blei, Silber, Aluminium, Magnesium, Nickel, Thorium und anderen Metalloxyden einer seltenen Erde bestehen sowie aus den Oxyden von Kadmium, Antimon, Wismut, Quecksilber, Kupfer, Gold, Platin, Palladium und anderen Schwermetalloxyden, die beim Aufbringen auf Glas oder andere siliciumhaltige Oberflächen an diesen Oberflächen in hohem Maße haften, sowie an Metallen, wie etwa Gold, Nickel, Eisen, Silber und Kupfer, die oben in bezug auf die Schicht c genannt worden sind.
• Die Metalloxydklebschichten oder -überzüge b können auf die abdichtende Schicht a durch direkte Thermalverdampfung aufgebracht werden, oder es kann ein nicht metallisches Oxyd, das erst auf den Quarz durch Thermalverdampfung aufgebracht worden ist, zur Bildung eines Metalloxyds oxydiert werden. Eine weitere Art, die Schichten aus Metalloxyd zu erzeugen, besteht darin, daß zuerst ein dünner Überzug durch Aufsprühen eines Metalls in einem Restvakuum aufgebracht wird, das zum Teil Sauerstoff enthält, so daß sich das Metall mit dem in der Luft verbleibenden Stauerstoff verbindet, um ein Oxyd zu bilden, wenn es auf die Schicht a aufgebracht wird.
• Nachdem die Oxydklebschicht b auf den Trägerkörper aufgebracht worden ist, wird die elektrisch leitende Schicht c auf die Klebschicht niedergeschlagen. Die leitende Schicht wird vorzugsweise durch Thermalverdampfen aufgebracht, so daß ein äußerst gleichmäßiger Überzug gebildet werden kann, da kleine Änderungen der Dicke Flächen veränderlicher elektrischer Leitfähigkeit erzeugen können, wodurch sich heiße Punkte oder unregelmäßig erwärmte Flächen an den dickeren Flächen der Schicht entwickeln.
• Bei Verwendung der Thermalverdampfungsverfahren zum Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht c wird ein Molekül auf das andere derart aufgebracht, daß eine ebene Oberfläche über der Klebschicht b gebildet wird. Die Klebschicht ist derart kräftig, daß sie die metallische leitende Schicht mit der Platte 10 aus Kunststoff durch die Abdichtplatte a hindurch, fest verbindet. Die Klebschicht und die Abdichtschicht verringern außerdem die Möglichkeit einer chemischen Reaktion oder einer Mischung zwischen dem Kunststoff der Platte 10 und dem Metall der leitenden Schicht.
• Auf die leitende Metallschicht c wird eine zweite Klebschicht d gelegt, die aus einem Metalloxyd gebildet ist, wie es oben in bezug auf die Klebschicht b beschrieben worden ist, um die Schutzschicht e, etwa aus Quarz, über der leitenden Schicht zu befestigen. Die Schutzschicht trägt dazu bei, die leitende Schicht c gegen Kratzer oder Beschädigungen zu schützen, die dazu neigen, einige der elektrischen Bahnen quer über die Schicht zu brechen, wodurch Stromkonzentrationen oder örtliche Erwärmungen entstehen können.
• Um Kraft auf den elektrisch leitenden Film zu übertragen, sind Elektroden 12 längs zweier gegenüberliegender Kanten des Films vorgesehen. Diese Elektroden können mit der leitenden Schicht c in Berührung gebracht werden, bevor die Klebschicht d und die Schutzschicht e über dem leitenden Film c angeordnet werden, oder die Klebschicht und die Schutzschicht können längs der Kantenflächenteile abgeschirmt werden, oder sie können so entfernt werden, daß es möglich wird, daß die Elektroden in Berührung mit der Schicht c gebracht werden. Falls die Schichten d und e verhältnismäßig dünn sind, können die Elektroden in manchen Fällen mit der einen oder der anderen Schicht in Berührung gebracht werden, und ein Strom kann durch die Schicht oder Schichten von den Elektronen zu der leitenden Schicht c durchgeführt werden.
• Als ein Kennzeichen der Erfindung ist festgestellt worden, daß es zunächst erforderlich ist, die Elektrode auf denGegenstand bei einerTemperaturaufzubringen, die oberhalb der normalen Temperatur liegt, auf die die Platte 10 aus Kunststoff und der elektrisch leitende Film 11 erwärmt werden müssen, wenn auf die leitende Schicht Kraft angewendet wird, um so die Wirkung der Ausdehnung des erwärmten Kunststoffes auf die Elektroden zu verringern. Wenn also der Kunststoff erwärmt wird, dehnt er sich aus, und falls die Elektroden nicht unter Bedingungen auf den Gegenstand aufgebracht werden, die den Ausdehnungsbedingungen entsprechen, so bewirkt die spätere Ausdehnung des Kunststoffes, daß die Elektroden reißen und den elektrischen Strom nicht mehr leiten.
• Wenn die Elektroden auf den Gegenstand bei den Betriebstemperaturen entsprechenden Temperaturen aufgebracht werden, bewirkt die folgende Abkühlung des Gegenstandes ein Zusammenziehen des Kunststoffes, wodurch die Elektroden unter Druck gesetzt werden, was ihr elektrisches Leitvermögen nicht beeinträchtigt. Spätere Erwärmung und Ausdehnung des Kunststoffes stellt dann nur den ursprünglichen Spannungszustand der Elektroden wieder her und beeinträchtigt ihr Leitvermögen nicht. Es ist natürlich klar, daß der Kunststoff nicht wesentlich über die Verformungs- oder Verzerrungstemperatur erwärmt werden darf; die genaue Temperatur, bis zu welcher er erwärmt wird, hängt von den Eigenschaften des verwendeten Kunststoffes ab.
• Erfindungsgemäß wird die Platte 10 in ebenem Zustand überzogen, da der Kunststoff die Tendenz hat, sich zu verziehen oder zu verbiegen, wenn er Heizwirkungen unterworfen wird, die mit jedem Überzugsprozeß verbunden sind. Diese Neigung der Platte aus Kunststoff, sich zu verbiegen und zu verwerfen, wird dann wesentlich verringert, wenn sie sich in flachem Zustand befindet, da sie die beim Biegen zwangläufig entstehenden Beanspruchungen nicht aufweist. Es hat sich herausgestellt, daß die inneren Spannungen des Kunststoffes die Neigung der Platte, sich zu unerwünschten Krümmungen und Formen zu verwerfen oder zu verbiegen, wenn sie geringer Wärme ausgesetzt wird, erheblich vergrößern, wenn die Platte in gebogenem Zustand überzogen wird.
• Es ist natürlich bekannt, daß die inneren Spannungen eines Kunststoffes von den Beanspruchungen und Molekularspannungen herrühren, die entstehen, wenn die Platten anfangs gebogen werden; wenn der Kunststoff wieder leicht erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird, dann bewirkt die Temperaturerhöhung, daß die Platte in einen anderen Zustand des Spannungsgleichgewichts oder in den urspünglichen flachen Zustand gebracht wird. Da die Tendenz der Platten, in ihren ursprünglichen Zustand zurückzukehren, wegen verschiedener Faktoren, wie etwa ungleichmäßiger Wärme, ungleichmäßiger Spannungen usw., nicht gleichmäßig ist, neigen die Platten zu ungleichförmigern Verwerfen. Wegen der so entstehenden unebenen Oberflächen werden die Schichten des elektrisch leitenden Films 11 auf die Platte ungleichförmig aufgebracht, und es ist fast unmöglich, diese verzogene gekrümmte Platte auf eine andere gekrümmte Platte zur Herstellung eines fertigen optisch einwandfreien Gegenstandes aufzuschichten.
• Wie oben erwähnt worden ist, ist die Neigung ebener Platten aus Kunststoff, sich in überzogenem Zustand zu verwerfen, infolge der Abwesenheit von Spannungen und Beanspruchungen, unendlich geringer als bei gebogenen solchen Platten. Im Ergebnis ist festgestellt worden, daß flache Platten in einer Vakuumkammer aufgehängt (nicht dargestellt) und mit dem elektrisch leitenden Film in diesem flachen Zustand überzogen werden können, worauf die überzogene Platte in die gewünschte Krümmung nach Fig. 2 in einer Form oder durch einen Formmechanismus gebogen werden kann. Dieses Verfahren verringert die Neigung der Platten zum Verwerfen während des Überzugsverfahrens wesentlich. Falls gewünscht, kann die überzogene gebogene Platte dann mit einer passenden Platte 13 nach Fig. 3 geschichtet werden. Dieses kann unter Verwendung der Bindeeigenschaften des Kunststoffes der Platten erfolgen, wie es bei der Ausführungsform der Fig. 3 der Fall ist, oder man verwendet eine Platte aus Polyvinylbutyral oder ein anderes Bindemittel zum Verbinden der betreffenden Platten.
• Es muß darauf hingewiesen werden, daß beim Biegen der überzogenen Platte es immer erforderlich ist, daß die gebogene Platte derart ist, daß die elektrisch leitende Schicht 11 auf der Druckseite der Biegung liegt. Falls dieses nicht getan würde und die Platten so gebogen würden, daß der elektrisch leitende Film auf der Zugseite der Biegung liegt, würden die Moleküle die Neigung haben, sich zu strecken oder fortzuziehen, und der Film würde kleine Risse oder Sprünge erleiden, die die elektrisch leitenden Bahnen über den Film unterbrechen würden. Solche Risse oder Sprünge ergeben heiße Stellen oder Flächen mit Stromkonzentrationen und bewirken Verbrennen oder ungleichförmige Erwärmung des Films.
• Eine weitere Verfahrensweise bei der Anwendung der Grundsätze der Erfindung ist in Fig.4 und 5 dargestellt und unterscheidet sich von dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Verfahren dadurch, daß eine Scheibe 14 in flachem Zustand mit dem leitenden Film 11 überzogen wird und mit einer anderen Platte 15 zusammengeschichtet wird, solange beide Platten eben sind. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, wird die Platte 14 mit dem darauf befindlichen elektrisch leitenden Film 11 mit der oberen flachen Platte 15 durch eine Schicht aus Polyvinylbutyral oder einem anderen Bindematerial 16 zusammengeschichtet. In diesem Fall wurde eine Platte 16 aus Polyvinylbutyral dazu verwendet, die Platten 14 und 15 miteinander zu verbinden, doch können sie, wie vorher erwähnt, unmittelbar ohne die Verwendung einer Zwischenschicht verbunden werden, falls die Zusammensetzung des Kunststoffes derart ist, daß er eine feste Bindung beim Zusammenschichten bildet.
• Nachdem die Platten 14 und 15 beschichtet worden sind, wird die so gebildete Plattenkombination durch eine Form oder ein Formwerkzeug in die gewünschte Krümmung gebogen. Wie in F'ig. 5 dargestellt, wird die beschichtete Konstruktion aber so gebogen, daß der elektrisch leitende Film 11 sich im wesentlichen auf der konkaven Seite der Platte 14 befindet, auf die er aufgebracht worden ist. Bei beiden dargestellten Ausführungsformen wird durch Aufbringung des elektrisch leitenden Films 11 auf die Platte oder die Platten in flachem Zustand und darauffolgendes Biegen der Platte und/oder Platten der Kunststoff in die Lage versetzt, seine Krümmung aufrechtzuerhalten und bessere optische Eigenschaften zu haben, da er keiner Wärme mehr ausgesetzt wird, nachdem er einmal gebogen worden ist.
• Eine weitere Verfahrensweise gemäß der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt, bei der ein elektrisch leitenden Film 11 auf eine Platte 17 in flachem Zustand aufgebracht ist und die Platte dann mittels einer Schicht Polyvinylbutyral 16 mit einer verhältnismäßig dickeren Platte 18 zusammengeschichtet wird. Der geschichtete Gegenstand wird dann so gebogen oder geformt, daß der elektrisch leitende Film 11 auf der Druckseite des gebogenen Gegenstandes oder, mit anderen Worten gesagt, auf der konkaven Seite der Mittellinie 19 des geschichteten Artikels sich befindet. Es ist offensichtlich, daß der auf der konkaven Seite der Mittellinie 19 befindliche Teil des geschichteten Artikels unter Druck steht, während der auf der konvexen Seite der Mittellinie befindliche Teil des Gegenstandes unter Zug steht. Obwohl also der elektrisch leitende Film 11 sich auf der konvexen Seite der einzelnen Platte 17 befindet, ist er doch unter Druck im Hinblick auf die ganze geschichtete Konstruktion.
• Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Platten auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der sie sich ausdehnen, worauf der elektrisch leitende Film aufgebracht werden kann. Beim Abkühlen der Platten ziehen sie sich zusammen und stellen den Film unter Druck. Dann können die Platten gebogen werden, wobei der elektrisch leitende Film auf der konvexen oder Zugseite der Biegung liegt, und zwar bis zu einem Punkt, bei dem die Zugkräfte infolge der konvexen Biegung die Druckkräfte infolge der Zusammenziehung der erwärmten Platte im wesentlichen ausgleichen.
• Erfindungsgemäß kann im allgemeinen jeder durchsichtige Kunststoff, der gebogen oder geformt werden kann, bei der Herstellung überzogener gebogener Platten oder geschichteter Konstruktionen verwendet werden. Beispiele geeigneter Kunststoffe sind Methyla-Chloracrylat-Polymerisat, Acryle, wie beispielsweise Methylmethacrylat, Polyester und Polystyrole. Ein bevorzugter Kunststoff zum Tragen des elektrisch leitenden Films ist jedoch ein Diallyldiglykolkarbonat-Polymerisat. Alle diese Materialien sind im Handel erhältlich.
• Obwohl die Erfindung hier besonders in Verbindung mit der Herstellung geschichteter gebogener elektrisch leitender Gegenstände unter Verwendung zweier Schichten aus Kunststoff besprochen worden ist, ist es natürlich selbstverständlich, daß andere Plattenarten verwendet und eine beliebige Anzahl Platten zusammengeschichtet werden können und daß eine beliebige Zahl elektrisch leitender Schichten auf den Platten verwendet werden kann, solange diese Filme so angeordnet werden, daß sie im wesentlichen keine Zugspannung erleiden.
• Obwohl Wärrneverdampfungsprozesse, insbesondere in bezug auf elektrisch leitende Filme, beschrieben worden sind, ist es offensichtlich, daß auch andere Verfahren verwendet werden können, um die jeweiligen Schichten auf die Platten aus Kunststoff aufzubringen, doch soll der spezielle Vorgang keine Temperaturen benötigen, die die Verformungs- oder Verzerrungstemperatur der verwendeten Platten übersteigt. Es ist daher offensichtlich, daß verschiedene Verfahren von Fall zu Fall verwendet werden können, da nicht alle Kunststoffe die gleiche Verformungstemperatur haben. Während auch nur einige der Kunststoffe beschrieben worden sind, die verwendet werden können, können natürlich auch andere verwendet werden, und diese umfassen sowohl thermoplastische als auch duroplastische Kunststoffe.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Herstellen eines gekrümmten Gegenstandes aus Kunststoff, der mit einem durchsichtigen, elektrisch leitenden Film versehen ist, dadurch gekelnnzeirhnet, daß der Film auf die Oberfläche einer im wesentlichen ebenen Kunststoffplatte aufgebracht und diese Platte danach derart in die gewünschte Krümmung verformt wird, daß der Film spannungsfrei bleibt oder vorzugsweise Druckspannungen erfährt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte derart gebogen wird, daß der Film auf der konkaven Seite liegt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Film tragende Platte nach dem Biegen mit einer weiteren Kunststoffplatte gleicher Krümmung zusammengeschichtet wird, wobei der Film vorzugsweise zwischen die Platten zu liegen kommt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Film tragende Platte vor dem Biegen mit mindestens einer weiteren ebenen Kunststoffplatte derart zusammengeschichtet wird, daß der Film außerhalb der neutralen Faser des Schichtgebildes liegt, und daß dann die Biegung derart erfolgt, daß der Film in den Druckspannungsbereich des Schichtgebildes zu liegen kommt.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Film auf die Platte aufgebracht wird, während diese erwärmt ist.
6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Film auf die Platte thermisch aufgedampft wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1048 404; Zeitschrift »Kunststoffe«, Heft 12/1ß53, S. 547,548.