Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Verfahrens zur Verbesserung der Langzeiteigenschaften von Verbundgläsern sowie einer Methodik zur eigenschaftsorientierten Bewertung

Verbundglas (VG) und Verbundsicherheitsglas (VSG) sind Verbundstoffe aus einer oder mehreren Kunststofffolien zwischen meist zwei Glasscheiben. Als Kunststoff kommen (vor allem bei VSG) hauptsächlich Polyvinylbutyral und Ethylenvinylacetat zum Einsatz. Die Folien im Verbund erhöhen die Resttragfähigkeit nach Glasbruch und binden dabei die entstehenden Glassplitter. Anwendung finden diese Laminate im Bauwesen, in der Solar- und Automobilbranche. Für die praktische Anwendung ist eine ausreichende und langzeitstabile Haftung zwischen Folie und Glas ausschlaggebend. Derzeitige Problemstellung bei der Verwendung von VG und VSG ist zum einen die begrenzte Lebensdauer durch das Eindringen von Wasser in den Randzonen. Dies führt zur Delamination der Einzelkomponenten und somit zum Totalausfall. Hohe finanzielle Kosten sind die Folge. Zum anderen dient zur Auslegung der Laminate ein Modell, welches die Folie quasi nicht berücksichtigt. Dies ist vor allem durch das Fehlen der viskoelastischen Komponente bei Verbünden mit hohem Kunststoffanteil von großem Nachteil, wo es zu einer Überdimensionierung der Gesamtkonstruktion und Einschränkung der Designmöglichkeiten führt.

Ziel des Projektes ist es durch die Modifizierung der Glasoberfläche eine gegenüber Hydrolyse beständigeren Materialverbund zu gewährleisten. Als Techniken sind die Plasmabehandlung und Entalkalisierung geplant. Des Weiteren soll ein mechanisches Laminatmodell erstellt werden, welches zusätzlich die Folie als viskoelastisches Element berücksichtigt. Dabei werden sowohl quasistatische als auch dynamische Belastungen sowie Langzeitversuche einbezogen. Die Validierung der Projektziele wird in Labor- und Industrieversuchen realisiert.

KMUs profitieren zum einen als V(S)G-Hersteller und Verarbeiter (Ingenieurbüros, Baufirmen) von verbesserten Produkten, die sich im Falle von Neuentwicklungen besser planen lassen, zum anderen als Firmen, die Methoden und Anlagen zur Oberflächenmodifikation anbieten.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsvorhaben sollten drei grundlegende Ziele erreicht werden. Zum einen wurde eine Erhöhung der Lebensdauer von Verbundgläsern (VG) angestrebt, zum anderen sollte für das mechanische Verhalten des Verbundstoffes ein theoretisches Modell erstellt werden, welches das optimale Anwendungspotential nutzbar machen soll. Zudem sollte die industrielle Machbarkeit der Herstellung verbesserter Verbundgläser aufgezeigt werden.

Für die Verbundglasherstellung wurden 2 Laminationsmethoden entwickelt: die Pressmethode im Labormaßstab und die Sacklamination. Um den hydrolytischen Angriff des Wassers bei den VG nachzustellen, wurden die Verbunde einer künstlichen Bewitterung unterzogen. Hier wurde jedoch festgestellt, dass die Delamination und Trübung der Proben, auch unter verschärften Bedingungen, nicht nachgestellt werden konnte. Aus diesem Grund wurden die hergestellten Verbundproben vor und nach künstlicher Bewitterung verschiedenen mechanischen Prüfungen unterzogen.

Eine Modellierung erfolgte mit dem Simulationsprogramm COMSOL Multiphysics®. Im Besonderen konzentriert sich die Simulation auf den Mixed-Mode-Bending-Test.

Zur Verbundoptimierung wurden die Glasoberflächen verschiedenen Modifikation, wie Plasmaaktivierung und -beschichtung, als auch Entalkalisierung unterzogen. Verschiedene mechanische Prüfungen zeigten bei den PVB-VG verbesserte Delaminationsfestigkeiten nach Bewitterung. Die Haftfestigkeiten der EVA-VG blieb nahezu unverändert.

Die Projektergebnisse sind ein wichtiger Meilenstein bei der Weiterentwicklung von Verbundgläsern. Unter Einbeziehung von Modifizierungen der Glasoberflächen könnten zukünftig die Lebensdauer der Verbundgläser verbessert und Totalausfälle von Bauteilen reduziert werden, was zu einer erheblichen Kostensenkung führt. Durch die Entwicklung neuer funktioneller Verbundgläser mit höherer Lebensdauer werden die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der KMU wesentlich erhöht, indem neue, hochwertige Produkte angeboten werden können.