DE69835258T2

DE69835258T2 - Feuerwiderstandsfähiges Verbundglas

Info

Publication number: DE69835258T2
Application number: DE69835258T
Authority: DE
Inventors: Udo Gelderie; Simon Frommelt
Original assignee: Vetrotech Saint Gobain International AG
Current assignee: Vetrotech Saint Gobain International AG
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2018-07-02
Also published as: ATE333364T1; CN1307049C; EP0890431A3; EP0890431A2; DE19729336A1; CA2243038A1; CZ213698A3; EP0890431B1; DE69835258D1; PL190563B1; CA2243038C; JPH1192183A; US6479155B1; PL327301A1; CZ296084B6; CN1204628A

Description

Die Erfindung betrifft eine feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe, welche eine Glaskeramikscheibe umfasst, die gegenüber hohen Temperaturen und Wärmeschocks beständig ist, lichtstreuende raue Oberflächen besitzt und auf jeder ihrer zwei Seiten über transparente Zwischenschichten, deren Brechungsindex dem der Glaskeramikscheibe entspricht, mit einer Silicatglasscheibe verbunden ist.
Eine Verbundglasscheibe dieser Art ist aus dem Dokument EP-A-0 524 418 bekannt. Die Glaskeramikscheibe hat einen besonders niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine relativ hohe Erweichungstemperatur und eignet sich deshalb in besonderem Maße für eine Verwendung als Brandschutzglas. Die Glaskeramikscheiben sind aufgrund ihres extrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten so unempfindlich gegenüber schnellen Temperaturänderungen, dass sie sogar der Löschwasserprüfung widerstehen, in welcher ein Löschwasserstrahl auf eine auf 800 °C erhitzte Glaskeramikscheibe gespritzt wird.
Aufgrund der Art und Weise ihrer Herstellung weisen die Glaskeramikscheiben jedoch eine raue Oberfläche auf und haben aufgrund ihres lichtstreuenden Effektes keine glasklare Transparenz. Um sie jedoch ohne ein teures Schleifen und Polieren als transparente feuerwiderstandsfähige Verglasung verwenden zu können, wird in dem bekannten Brandschutzglas die Glaskeramikscheibe über transparente Schichten, die denselben Brechungsindex haben, mit glasklaren transparenten Silicatglasscheiben optisch verbunden. Auf diese Weise manifestiert sich die Rauigkeit der Oberfläche, welche die Ursache für die Lichtstreuung der Glaskeramikscheibe ist, nicht.
Die transparenten Zwischenschichten zwischen der Glaskeramikscheibe und den Glasscheiben bestehen in dem bekannten Brandschutzglas dieses Typs, der zuvor beschrieben worden ist, aus einem anorganischen Material, insbesondere aus hydratisiertem Natriumsilicat, das unter Wärmeeinwirkung aufschäumt. Diese Natriumsi licatzwischenschichten werden hergestellt, indem auf die zwei Silicatglasscheiben das Natriumsilicat in einer für das Gießen geeigneten Form, die 30 bis 34 Gew.-% Wasser enthält, gegossen und getrocknet wird und die beschichteten Glasscheiben anschließend im Autoklaven durch Wärme und Druck mit der Glaskeramikscheibe verbunden werden.
Die feuerwiderstandsfähigen Gläser dieses Typs haben sehr gute Brandschutzeigenschaften. Sie haben jedoch keine Sicherheitsglaseigenschaften im Sinne einer Sicherheit vor Verletzungen durch Splitter bei einem Bruch der feuerwiderstandsfähigen Verglasung, beispielsweise beim Fall einer Person in eine feuerwiderstandsfähige Verglasung dieser Art. Die Natriumsilicatzwischenschicht besitzt an sich keine Eigenschaften für das Festhalten der Splitter wie die Polymerzwischenschichten, die üblicherweise für Sicherheitsverbundglas verwendet werden. In zahlreichen Fällen ist es jedoch wünschenswert, dass die feuerwiderstandsfähigen Gläser außer ihren Brandschutzeigenschaften auch Sicherheitsglaseigenschaften besitzen, das heißt dass größere Verletzungen durch Splitter bei einem Körperkontakt mit dem zerbrochenen feuerwiderstandsfähigen Glas vermieden werden.
Außerdem zerbrechen bei dem bekannten feuerwiderstandsfähigen Glas die äußeren Silicatglasscheiben bei mechanischer Beanspruchung durch Stoß in große Stücke, die scharfe Kanten aufweisen. Darüber hinaus besitzen sowohl die zwei Glasscheiben als auch die Glaskeramikscheibe nur eine relativ geringe Biegefestigkeit, was sich nachteiligerweise auch in den Sicherheitsglaseigenschaften deshalb äußert, als sie bei einer starken Beanspruchung durch Stoß leicht zerbrechen.
Weiterhin ist im Stand der Technik aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 494 538 eine Verbundglasscheibe bekannt, die dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entspricht.
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, wobei eine Glaskeramikscheibe verwendet wird, ein feuerwiderstandsfähiges Glas zu entwickeln, das, außer einem hohen Feuerwiderstand, eine erhöhte mechanische Festigkeit und Sicherheitsglaseigenschaften vor Verletzungen durch Splitter besitzt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verbundglasscheibe gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die transparenten Zwischenschichten zwischen der Glaskeramikscheibe und den angrenzenden Silicatglasscheiben bestehen so aus einem thermoplastischen Polymer mit einer hohen Wirksamkeit des Festhaltens der Glassplitter, und die Silicatglasscheiben sind thermisch vorgespannt.
Scheiben aus vorgespanntem Glas haben als solche den Vorteil, dass sie als Folge ihrer Druckvorspannungen in den Oberflächenschichten und im Umfangsbereich eine stark erhöhte Zugfestigkeit im Umfangsbereich und insgesamt eine deutlich höhere Biegefestigkeit als normale Glasscheiben, das heißt nicht vorgespannte Glasscheiben, besitzen. Dabei führt die hohe Druckvorspannung im Umfangsbereich dazu, dass die Scheiben aus vorgespanntem Glas im Brandfall eine deutlich längere Lebensdauer dadurch aufweisen, dass die Spannungen, die im Umfangsbereich aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem im Rahmen abgedichteten Umfang und der dem Feuer ausgesetzten Oberfläche der Verglasung auftreten, zunächst durch die Druckvorspannungen derart kondensiert werden, dass Verglasungen aus vorgespanntem Glas erst deutlich später zerbrechen.
Durch die Verwendung eines Polymers für die Zwischenschicht wird, das ist richtig, der Brandschutz im Vergleich mit der bekannten feuerwiderstandsfähigen Verglasung verringert, da das Wärmedämmvermögen des Polymers, das verkohlt, geringer ist als dasjenige der Natriumsilicatschicht, die zu einem Schaum wird. Dieser Nachteil wird jedoch wenigstens teilweise von der erfindungsgemäßen feuerwiderstandsfähigen Verbundglasscheibe dadurch kompensiert, dass die Zwischenschichten aufgrund der länger bleibenden Festigkeit der vorgespannten Glasscheiben länger intakt bleiben. Die nicht vorgespannten Glasscheiben des bekannten Brandschutzglases fallen, im Gegensatz dazu, normalerweise nach ihrem Zerbrechen herab und reißen Teile der schaumigen Zwischenschicht derart mit, dass diese mehr oder weniger stark geschwächt wird und deshalb ihr Wärmedämmvermögen verliert.
Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen feuerwiderstandsfähigen Verbundglasscheibe bestehen darin, dass sie bei vergleichbaren Brandschutzeigenschaften eine deutlich größere Festigkeit gegenüber mechanischen Stößen und Biegebeanspruchungen und andererseits auch ausgeprägte Sicherheitsglaseigenschaften gegen Verletzungen durch Splitter aufweist.
Als vorgespannte Glasscheiben lassen sich beispielsweise aus kommerziellem Floatglas hergestellte vorgespannte Glasscheiben verwenden. Ein kommerzielles Floatglas weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von > 8,5·10^–6K^–1 auf und kann aufgrund dieses relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten in üblichen Vorspannvorrichtungen bis zu dem Punkt vorgespannt werden, dass es eine Biegefestigkeit erreichen kann, die bis auf 200 N/mm², gemessen gemäß DIN 53203 oder EN 12150, erhöht ist. Solche Scheiben aus vorgespanntem Floatglas zerfallen bei ihrem Zerbrechen in unschädliche kleine Glaskrümel. Andererseits verlieren die Floatglasscheiben jedoch ihre Stabilität aufgrund ihrer relativ niedrigen Erweichungstemperatur von etwa 730 °C, sodass die Wärmedämmung der verkohlten Zwischenschicht verloren geht, wenn die Floatglasscheiben durch ihr Erweichen die Zwischenschicht freigeben.
Es ist jedoch möglich, vorgespannte Glasscheiben zu verwenden, die aus Gläsern hergestellt sind, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α_20-300 von < 8,5·10^–6K^–1, insbesondere von 6 bis 8,5·10^–6K^–1, und einen Erweichungspunkt von 750 bis 830 °C aufweisen. Diese Gläser können einerseits in bereits zur Verfügung stehenden Vorspannvorrichtungen ausreichend vorgespannt werden, um die erforderlichen Sicherheitsglaseigenschaften aufzuweisen, und haben andererseits eine deutlich höhere Erweichungstemperatur, sodass ihre Stabilität im Brandfall deutlich länger erhalten bleibt.
Es können die verschiedensten Polymerfolien, die auf dem Markt erhältlich sind, als thermoplastische Zwischenschichten verwendet werden, solange sie den erforderlichen Effekt des Festhaltens der Glassplitter aufweisen, der für ein Sicherheits glas erforderlich ist. Für diesen Effekt kommen insbesondere Folien aus Polyvinylbutyral (PVB), Polyurethan (TPU), Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) oder Fluorkohlenwasserstoff (THV) in Frage. Die THV-Folien haben insbesondere den Vorteil, dass sie schwer entflammbar sind. Im Brandfall bildet sich bei diesen Folien fast kein entzündliches Abbauprodukt.
Für erfindungsgemäße feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheiben werden anschließend zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Es wurde eine Verbundglasscheibe mit den Maßen 1,33 m × 0,75 m aus einer Glaskeramikscheibe mit einer Dicke von 5 mm (KERALITE der Gesellschaft KERAGLASS, Frankreich), zwei Außen-Glasscheiben, jeweils mit einer Dicke von 5 mm, aus einem thermisch vorgespannten Floatglas, und zwei PVB-Folien, jeweils mit einer Dicke von 0,38 mm, in einem bekannten Autoklavenverfahren unter der Einwirkung von Hitze und Druck hergestellt.
Die Verbundglasscheibe wurde in einen üblichen Stahlrahmen mit einem Glaseinstand von 12 mm eingebaut und in einen Brandofen gestellt, in welchem ein Brandtest gemäß DIN 4102 oder ISO/DIS 834-1 nach der Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) durchgeführt wurde.
10 Minuten nach Beginn des Brandtests sank die dem Feuer zugewandte Glasscheibe in sich zusammen. Das so freigegebene PVB fing Feuer und zersetzte sich. Die Glaskeramikscheibe und die dem Feuer abgewandte vorgespannte Glasscheibe zerbrachen nicht und stellten demzufolge den vollständigen Abschluss der Ofenkammer sicher. Nach 45 Minuten wurde der Brandtest abgebrochen. Die Glaskeramikscheibe besaß im Brandtest eine Temperatur von 805 °C. Unmittelbar nach dem Ausschalten des Brenners wurde die feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe von außen mittels eines starken Wasserstrahls plötzlich abgekühlt. Die vorge spannte Außenglasscheibe zerbrach sofort. Die Glaskeramikscheibe widerstand jedoch dem Wasserstrahl ohne zu zerbrechen.
Beispiel 2
Es wurde eine Verbundglasscheibe mit den Maßen 1,33 m × 0,75 m aus den gleichen Glasscheiben und einer Glaskeramikscheibe wie in Beispiel 1 hergestellt, die jedoch in diesem Fall mittels thermoplastischer Folien mit einer Dicke von 0,5 mm, die aus einem Fluorkohlenwasserstoffcopolymer (THV der Gesellschaft DYNEON, Deutschland) gebildet waren, durch ein Autoklavenverfahren unter der Einwirkung von Hitze und Druck miteinander verbunden wurden.
Diese Verbundglasscheibe wurde ebenfalls dem Brandtest in einem Brandofen Feuer wie in Beispiel 1 unterworfen.
Etwa 12 Minuten nach Beginn des Brandtests sank die dem Feuer zugewandte vorgespannte Glasscheibe derart in sich zusammen, dass die auf der Feuerseite angeordnete thermoplastische Folie dem Feuer ausgesetzt wurde. Das Material dieser Folie fing jedoch kein Feuer, sondern unterlag einer langsamen thermischen Zersetzung. Eine Freisetzung von gasförmigen und/oder brennbaren Zersetzungsprodukten auf der Außenseite des Brandofens im Bereich des Rahmens, der die Verbundglasscheibe festhielt, konnte nicht festgestellt werden. Der Brandtest wurde nach 45 Minuten abgebrochen. Zum diesem Zeitpunkt waren die Glaskeramikscheibe und die äußere Glasscheibe noch intakt und hatten inzwischen eine Temperatur von 830 °C erreicht.
Unmittelbar nach Ausschalten des Brenners wurde die feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe auf der Außenseite mittels eines Löschwasserstrahls plötzlich abgekühlt. Die äußere Glasscheibe zerbrach sofort. Die Glaskeramikscheibe widerstand jedoch dem Wasserstrahl ohne zu zerbrechen und stellte somit den intakten Abschluss der Kammer sicher.

Claims

Feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe, welche eine gegenüber hohen Temperaturen beständige Glaskeramikscheibe umfasst, die auf beiden Seiten über transparente Zwischenschichten jeweils mit einer Silicatglasscheibe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskeramikscheibe raue Oberflächen besitzt, die das Licht von den zwischen der Glaskeramikscheibe und den angrenzenden Silicatglasscheiben befindlichen transparenten Zwischenschichten streuen, die aus einem Thermoplast mit starker Haftwirkung für Glassplitter und einem dem Brechungsindex der Glaskeramikscheibe entsprechenden Brechungsindex bestehen, und dass die Silicatglasscheiben thermisch vorgespannt sind.
Feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch vorgespannten Silicatglasscheiben aus einem handelsüblichen Floatglas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von > 8,5·10^–6K^–1 und einer Erweichungstemperatur von etwa 730 °C bestehen.
Feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch vorgespannten Glasscheiben aus einem Glas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten α_20-300 von 6 bis 8,5·10^–6K^–1 und einer Erweichungstemperatur von 750 bis 830 °C bestehen.
Feuerwiderstandsfähige Verbundglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Zwischenschichten aus Polyvinylbutyral, Polyurethan, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer oder einem Fluorkohlenwasserstoffcopolymer bestehen.