DE19729336A1 - Feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe - Google Patents

Feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe

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Description

Die Erfindung betrifft eine feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe mit einer Scheibe aus hochtemperaturbeständiger und temperaturwechselbeständiger Glaskeramik mit rauhen, lichtstreuenden Oberflächen, die auf beiden Seiten über transparente Zwischenschichten mit einem dem Brechungsindex der Glaskeramikscheibe entsprechenden Brechungsindex mit je einer Scheibe aus Silikatglas verbunden ist.
Eine Verbundglasscheibe dieser Art ist aus der EP-A-0524418 bekannt. Die Scheibe aus Glaskeramik hat einen besonders niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine verhältnismäßig hohe Erweichungstemperatur und eignet sich deswegen in besonderem Maße für die Verwendung als Brandschutzglas. Glaskeramikscheiben sind aufgrund ihres extrem niedrigen Wärmeausdehnungkoeffizienten derart unempfindlich gegenüber raschen Temperaturwechseln, daß sie sogar den sogenannten Löschwassertest überstehen, bei dem ein Löschwasserstrahl auf eine auf 800°C erhitzte Glaskeramikscheibe gerichtet wird.
Aufgrund ihres Herstellungsprozesses weisen Glaskeramikscheiben jedoch eine rauhe Oberfläche auf und sind wegen ihrer lichtstreuenden Wirkung nicht klar durchsichtig. Um sie trotzdem ohne aufwendigen Schleif- und Polierprozeß als durchsichtige Brandschutzscheibe einsetzen zu können, ist die Glaskeramikscheibe bei dem bekannten Brandschutzglas über transparente Schichten mit gleichem Brechungsindex optisch an klar durchsichtige Silikatglasscheiben angekoppelt. Auf diese Weise tritt die lichtstreuende Oberflächenrauhigkeit der Glaskeramikscheibe nicht in Erscheinung.
Die transparenten Zwischenschichten zwischen der Glaskeramikscheibe und den Glasscheiben bestehen bei dem bekannten Brandschutzglas der eingangs genannten Art aus einem bei Hitzeeinwirkung aufschäumenden anorganischen Material, insbesondere aus hydratisiertem Natriumsilikat. Diese Natriumsilikat-Zwischenschichten werden in der Weise hergestellt, daß 30-34 Gew.-% Wasser enthaltendes Natriumsilikat in gießfähiger Form auf die beiden Silikatglasscheiben aufgegossen und getrocknet wird, und daß die beschichteten Glasscheiben dann unter Anwendung von Wärme und Druck mit der Glaskeramikscheibe im Autoklaven verbunden werden.
Brandschutzgläser dieser Art weisen sehr gute Brandschutzeigenschaften auf. Sie haben jedoch keine Sicherheitsglas-Eigenschaften im Sinne einer Sicherheit gegen Schnittverletzungen bei einem Bruch der Brandschutzverglasung, beispielsweise bei einem Sturz einer Person in ein derartiges Brandschutzglas. Die Zwischenschicht aus Natriumsilikat besitzt nämlich als solche keine splitterbindenden Eigenschaften wie die für Verbundsicherheitsglas üblicherweise verwendeten Polymerzwischenschichten. In vielen Fällen ist es aber wünschenswert, daß Brandschutzgläser neben ihren Brandschutzeigenschaften auch Sicherheitsglas-Eigenschaften aufweisen, das heißt keine schweren Schnittverletzungen bei einem Körperkontakt mit dem zerbrochenen Brandschutzglas hervorrufen.
Außerdem zerbrechen bei dem bekannten Brandschutzglas die äußeren Silikatglasscheiben bei einer stoßartigen mechanischen Belastung in großflächige Bruchstücke mit scharfen Kanten. Darüber hinaus weisen sowohl die beiden Glasscheiben als auch die Glaskeramikscheibe nur eine verhältnismäßig niedrige Biegebruchfestigkeit auf, was sich ebenfalls nachteilig auf die Sicherheitsglas-Eigenschaften auswirkt, da sie bei einer heftigen Stoßbeanspruchung leicht zerbrechen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung einer Scheibe aus Glaskeramik ein Brandschutzglas zu entwickeln, das neben einer hohen Feuerwiderstandsfähigkeit eine erhöhte mechanische Festigkeit und Sicherheitsglas- Eigenschaften gegen Schnittverletzungen aufweist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die transparenten Zwischenschichten zwischen der Scheibe aus Glaskeramik und den benachbarten Silikatglasscheiben aus einem thermoplastischen Polymer mit hoher Splitterbindungswirkung bestehen, und daß die Silikatglasscheiben thermisch vorgespannt sind.
Vorgespannte Glasscheiben haben als solche den Vorteil, daß sie infolge ihrer Druckvorspannungen in ihren Oberflächenschichten und im Randbereich eine stark erhöhte Zugfestigkeit im Randbereich und insgesamt eine wesentlich höhere Biegezugfestigkeit aufweisen als normale, d. h. nicht vorgespannte Glasscheiben. Die hohe Druckvorspannung im Randbereich führt dazu, daß vorgespannte Glasscheiben im Brandfall eine wesentliche höhere Standzeit haben, da die durch den Temperaturunterschied zwischen dem im Rahmen eingefaßten Rand und der dem Feuer ausgesetzten Scheibenfläche im Randbereich entstehenden Zugspannungen zunächst durch die Druckvorspannungen kompensiert werden, so daß vorgespannte Glasscheiben erst wesentlich später zu Bruch gehen.
Durch die Verwendung eines Polymers für die Zwischenschicht wird zwar im Vergleich zu der bekannten Brandschutzverglasung die Brandschutzwirkung verringert, weil die wärmeisolierende Wirkung des verkohlenden Polymers geringer ist als die wärmeisolierende Wirkung der aufschäumenden Schicht aus Natriumsilikat. Andererseits wird jedoch bei der erfindungsgemäßen Brandschutzscheibe dieser Nachteil zumindest teilweise dadurch kompensiert, daß durch die längere Standzeit der vorgespannten Glasscheiben die Zwischenschichten in ihrer Gesamtheit länger erhalten bleiben. Die nicht vorgespannten Glasscheiben bei dem bekannten Brandschutzglas hingegen fallen nach ihrem Zerbrechen normalerweise ab und reißen Teile der aufschäumenden Zwischenschicht mit sich, so daß diese dann mehr oder weniger stark geschwächt wird und auf diese Weise ihre hitzeisolierende Wirkung verliert.
Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Brandschutzglases liegen darin, daß es bei vergleichbaren Feuerwiderstandseigenschaften sowohl eine wesentlich höhere Festigkeit gegen mechanische Stöße und gegen Biegebelastungen, als auch andererseits ausgesprochene Sicherheitsglas-Eigenschaften gegen Schnittverletzungen aufweist.
Als vorgespannte Glasscheiben können beispielsweise vorgespannte Glasscheiben aus handelsüblichem Floatglas verwendet werden. Handelsübliches Floatglas weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von < 8,5.10-6K-1 auf und läßt sich aufgrund diese verhältnismäßig hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten mit üblichen Vorspannungsanlagen so weit vorspannen, daß Biegezugfestigkeiten, gemessen nach DIN 52303 bzw. EN 12150, von bis zu 200 N/mm2 erreicht werden. Derart vorgespannte Floatglasscheiben zerbrechen bei ihrer Zerstörung in kleine, ungefährliche Glaskrümel. Floatglasscheiben verlieren jedoch andererseits wegen ihrer verhältnismäßig niedrigen Erweichungstemperatur von etwa 730°C ihre Standfestigkeit, so daß die hitzeisolierende Wirkung der verkohlten Zwischenschicht verlorengeht, wenn die Floatglasscheiben infolge ihrer Erweichung die Zwischenschicht freigeben.
Es ist jedoch möglich, vorgespannte Glasscheiben aus Gläsern zu verwenden, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α20-300 von < 8,5.10-6K-1, insbesondere von 6 bis 8,5.10-6K-1 und einen Erweichungspunkt von 750 bis 830°C aufweisen. Solche Gläser lassen sich einerseits mit herkömmlichen Vorspannanlagen hoch genug vorspannen, um die erforderlichen Sicherheitsglas-Eigenschaften aufzuweisen, und haben andererseits eine deutlich höhere Erweichungstemperatur, so daß ihre Standzeit im Brandfall deutlich länger ist.
Als thermoplastische Zwischenschichten können die unterschiedlichsten im Handel erhältlichen Polymerfolien verwendet werden, soweit diese die für Sicherheitsglas erforderliche Splitterbindungswirkung aufweisen. Insbesondere kommen hierfür Folien aus Polyvinylbutyral (PVB), aus Polyurethan (TPU), aus Ethylenvinylacetat (EVA) oder aus Fluorkohlenwasserstoff-Copolymeren (THV) in Frage. Folien aus THV haben insbesondere den Vorteil, daß sie schwer entflammbar sind. Im Brandfall entstehen bei diesen Folien nahezu keine entflammbaren Zersetzungen.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Brandschutzgläser näher beschrieben.
Beispiel 1
Es wurde eine Verbundglasscheibe mit den Flächenabmessungen 1,33 × 0,75 m2 aus einer 5 mm dicken Glaskeramikscheibe (KERALITE der Firma KERAGLASS, Frankreich), zwei jeweils 5 mm dicken äußeren Glasscheiben aus thermisch vorgespanntem Floatglas und zwei jeweils 0,38 mm dicken PVB-Folien unter Anwendung von Wärme und Druck nach einem bekannten Autoklavprozeß hergestellt.
Die Verbundglasscheibe wurde in einen üblichen Stahlrahmen mit einem Glaseinstand von 12 mm eingesetzt und in einen Brandofen eingebaut, in dem der Brandversuch entsprechend DIN 4102 bzw. ISO/DIS 834-1 nach der sogenannten Einheitstemperaturkurve (ETK) durchgeführt wurde.
Nach 10 Minuten nach Beginn des Brandversuchs platzte die der Feuerseite zugewandte Glasscheibe. Das dadurch freigelegte PVB verbrannte und zersetzte sich. Die Glaskeramikscheibe und die dem Feuer abgewandte vorgespannte Glasscheibe zerbrachen nicht und sorgten weiterhin für eine vollständige Abdichtung des Ofenraums. Nach 45 Minuten wurde der Brandversuch abgebrochen. Die Glaskeramikscheibe wies bei Abbruch des Brandversuchs eine Temperatur von 805°C auf. Unmittelbar nach Abschalten der Brenner wurde die Brandschutzscheibe durch einen scharfen Wasserstrahl von außen schockartig abgekühlt. Dabei zersprang die äußere vorgespannte Glasscheibe augenblicklich. Die Glaskeramikscheibe jedoch Widerstand dem Wasserstrahl, ohne zu zerbrechen.
Beispiel 2
Es wurde eine Verbundglasscheibe der Flächenabmessung 1,33 × 0,75 m2 aus den gleichen Glasscheiben und einer Glaskeramikscheibe wie beim Beispiel 1 hergestellt, die jedoch in diesem Fall mit 0,5 mm dicken thermoplastischen Folien aus einem Fluorkohlenwasserstoff-Copolymer (Produkt THV der Firma Dyneon, Deutschland) unter Anwendung von Wärme und Druck in einem Autoklavprozeß miteinander verbunden wurden.
Diese Verbundglasscheibe wurde wiederum wie beim Beispiel 1 in einem Brandofen einem Brandversuch ausgesetzt.
Etwa 12 Minuten nach Beginn des Brandversuchs platzte die dem Feuer zugewandte vorgespannte Glasscheibe, so daß die auf der Feuerseite angeordnete thermoplastische Folie dem Feuer ausgesetzt war. Das Folienmaterial verbrannte jedoch nicht, sondern wurde langsam thermisch zersetzt. Ein Austritt von gasförmigen und/oder brennbaren Zersetzungsprodukten auf der Außenseite des Ofens im Bereich des die Verbundglasscheibe einfassenden Rahmens konnte nicht beobachtet werden. Der Brandversuch wurde nach 95 Minuten beendet. Zu diesem Zeitpunkt waren die Glaskeramikscheibe und die äußere Glasscheibe noch intakt, sie hatten inzwischen eine Temperatur von 830°C angenommen.
Unmittelbar nach Abschalten der Brenner wurde die Brandschutzscheibe auf der Außenseite mit einem Löschwasserstrahl schockartig abgekühlt. Dabei zerbrach augenblicklich die äußere Glasscheibe. Die Glaskeramikscheibe jedoch Widerstand dem Wasserstrahl, ohne zu zerbrechen, und sorgte weiterhin für einen intakten Raumabschluß.

Claims (4)

1. Feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe mit einer Scheibe aus hochtemperaturbeständiger Glaskeramik mit rauhen, lichtstreuenden Oberflächen, die auf beiden Seiten über transparente Zwischenschichten mit einem dem Brechungsindex von Glas und Glaskeramik entsprechenden Brechungsindex mit je einer Scheibe aus Silikatglas verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Zwischenschichten zwischen der Scheibe aus Glaskeramik und den benachbarten Silikatglasscheiben aus einem thermoplastischen Polymer mit hoher Splitterbindungswirkung bestehen, und daß die Silikatglasscheiben thermisch vorgespannt sind.
2. Feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch vorgespannten Silikatglasscheiben aus handelsüblichem Floatglas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von < 8,5.10-6K-1 und einer Erweichungstemperatur von etwa 730°C bestehen.
3. Feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch vorgespannten Glasscheiben aus Gläsern mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α20-300 von 6 bis 8,5.10-6K-1 und einer Erweichungstemperatur von 750 bis 830°C bestehen.
4. Feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Zwischenschichten aus Polyvinylbutyral, Polyurethan, Ethylen-Vinylacetat oder einem Fluorkohlenwasserstoff-Copolymer bestehen.
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