PL167965B1

PL167965B1 - Fireproof glazing system and method of making same

Info

Publication number: PL167965B1
Application number: PL92294956A
Authority: PL
Inventors: Pierre Goelff; Robert Vanderstukken; Roland Leroux; Thomas M Karschti; Juergen Thuerk
Original assignee: Glaverbel; Schott Glaswerke
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1995-12-30
Also published as: EP0524418B1; GR3023971T3; DE69219824T2; US5434006A; EP0524418A1; SK187892A3; CN1068068A; NO922425D0; SK279810B6; AU652641B2; CN1047129C; PL294956A1; DK0524418T3; JP3145490B2; NO922425L; KR930019398A; GB9113417D0; KR100232800B1; ATE153278T1; CZ187892A3

Abstract

1. Uklad oszkleniowy ognioodporny, zawierajacy co najmniej jedna warstwe ognio- odporna substancji przeciwogniowej, polaczona z co najmniej jedna strukturalna warstwa, znamienny tym, ze zawiera co najmniej jedna warstwe szklista o srednim wspólczynniku liniowej rozszerzalnosci, w zakresie temperatur od 20°C do 300°C, nie wiekszym niz 7,5 x 10 -6 K- 1 , przy czym warstwa szklista ma co najmniej jedna powierzchnie chropowata, do której jest bezposrednio dolaczona warstwa ognioodporna. 14. Sposób wytwarzania ukladu oszkleniowego ognioodpornego polegajacy na two- rzeniu struktury warstwowej z wielu warstw szkla, przedzielanych stykajacymi sie z nimi warstwami substancji przeciwogniowej, odgazowaniu miedzywarstwowych przestrzeni struktury i polaczeniu warstw ze soba poprzez poddawanie takiej struktury warstwowej dzialaniu ciepla i cisnienia, znamienny tym, ze tworzy sie strukture warstwowa zawieraja- ca co najmniej jedna warstwe szklista, przy czym stosuje sie material szklisty o srednim wspólczynniku liniowej rozszerzalnosci, w zakresie temperatur od 20°C do 300°C, nie wiekszym niz 7,5 x 10-6K - 1 , przy czym tworzy sie powierzchnie warstwy szklistej i z nia bezposrednio laczy sie warstwe ognioodporna substancji przeciwogniowej. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ oszkleniowy ognioodporny i sposób wytwarzania układu oszkleniowego ognioodpornego.

Wynalazek dotyczy zwłaszcza przezroczystej, ognioodpornej płyty oszkłeniowej złożonej z co najmniej jednej warstwy substancji przeciwogniowej związanej z co najmniej jedną strukturalną warstwą płyty. Wynalazek dotyczy także sposobu wytwarzania przezroczystej, ognioodpornej płyty oszkleniowej polegający na utworzeniu struktury warstwowej z wielu warstw szkła przedzielanych stykającymi się z nimi warstwami substancji przeciwogniowej oraz poddaniu takiej struktury warstwowej działaniu ciepła i ciśnienia w celu odgażowania międzywarstwowych przestrzeni struktury i połączeniu warstw ze sobą dla utworzenia przezroczystego laminatu.

Warstwy substancji przeciwogniowej łączy się często z arkuszami materiałów szklarskich tworząc przezroczyste, ognioodporne płyty. Na przykład, warstwę taką można umieścić pomiędzy dwoma płytami szkła. Płyty wytworzone w ten sposób stosowane są na ekrany pozwalające na oświetlenie osłanianego obszaru oraz zamknięcia otworów okiennych pokojów lub innych pomieszczeń zagrozonych pożarem.

Od kilku lat jako substancje przeciwogniowe w takich płytach stosuje się uwodnione sole metali, na przykład krzemiany metali, szczególnie alkalicznych.. W chwili wybuchu pożaru woda hydratacyjna ulega uwolnieniu pod wpływem ciepła i warstwa materiału przeciwogniowego przekształca się w nieprzezroczystą pianę stanowiącą barierę dla ciepła przenoszonego przez promieniowanie i przewodzenie.

167 965

Wiadomo także, że taka warstwa może wiązać ze sobą strukturalne warstwy płyty, na przykład płyty szklane, które mogą popękać w czasie pożaru wskutek naprężeń termicznych. Dzięki temu ulega przedłużeniu działanie płyty jako bariery powstrzymującej dym i płomień przez pewien czas, aż do momentu pęknięcia ostatniej szklanej warstwy płyty.

Zwykle skuteczność działania takich płyt bada się umieszczając je w ścianie pieca, którego wewnętrzną temperaturę podwyższa się następnie w określony sposób.

Szczegóły takich testów podaje norma międzynarodowa ISO 834-1975. Procedura testu ognioodporności z tej normy przywołana jest także w normie międzynarodowej ISO 9051-1990, dotyczącej ognioodporności połączeń szklanych. Wskazane jest zacytowanie fragmentów tej normy.

Szkło jest niepalną substancją i nie wnosi wkładu w rozprzestrzenianie się ognia. Szkło wystawione na działanie ciepła może popękać wskutek naprężeń termicznych lub może zmięknąć i wypaść z ramy. Ze względu na to tylko niektóre typy połączeń szklanych są uważane za ognioodporne. Odporność połączeń szklanych na ogień zależy od rodzaju produktu oszkleniowego, sposobu szklenia, rodzaju ramy, rozmiaru szyby, metody zamocowania i rodzaju konstrukcji otaczającej oszklony obszar. Niektóre przezroczyste i półprzezroczyste układy szklane mogą spełniać wymogi trwałości i integralności (RE), a w pewnych przypadkach izolacyjności (REI., gdzie R oznacza resistance /odporność/, E - etancheite /integralność/, a I - insulation /izolacyjność/). Przy przedsiębraniu środków ochrony przed ogniem należy rozważać nie tylko możliwość bezpośredniego rozprzestrzeniania się ognia przez otwory powstające wskutek popękania szkła; może być także konieczne wzięcie pod uwagę ciepła transmitowanego przez połączenie szklane, które może być nadal nieuszkodzone, ponieważ ciepło to może spowodować zapalenie się materiałów palnych. Układy szklane o ognioodporności klasy RE w warunkach pożarowych, zdefiniowanych w normie ISO 834, zachowują przez dany okres trwałość i integralność. Nie bierze się pod uwagę temperatury strony nie wystawionej na ogień. Układy szklane o ognioodporności klasy REI w warunkach pożarowych, zdefiniowanych w normie ISO 834, zachowują przez dany okres trwałość:, integralność i izolacyjność.

Istnieją różne klasy płyt ognioochronnych, a pomiędzy najbardziej znanymi są klasy odpowiadające płytom chroniącym skutecznie przed płomieniem i dymem przez 15, 30, 45, 60, 90 i 120 minut.

Właściwości izolacyjne, jakie musi wykazywać płyta, aby spełniała wymagania poziomu REI, są następujące: żaden punkt powierzchni skierowanej do wnętrza pieca nie może wykazywać temperatury wyższej niż 180°C powyżej swojej początkowej (pokojowej) temperatury, a średni wzrost temperatury tej powierzchni nie może przekraczać 140°C. Płyty należące do klasy REI mogą także tworzyć przegrodę dla transmisji promieniowania podczerwonego ze źródła ognia.

Gdy płyta zawierająca warstwę przeciwogniową pomiędzy dwoma płytami materiału oszkleniowego zostanie wystawiona na działanie ognia, materiał przeciwogniowy rozpadnie się i spęcznieje do postaci musu lub piany. Materiał oszkleniowy może zmięknąć pod działaniem ciepła ognia lub może popękać wskutek naprężeń termicznych. Należy zdawać sobie sprawę, że warstwa materiału oszkleniowego najbliższa źródłu ognia będzie najbardziej narażona na pękanie wskutek naprężeń termicznych, w związku z czym zaproponowano wiele rozwiązań mających zredukować tendencję takich lub innych płyt do pękania.

Na przykład, w opisie patentowym Wielkiej Brytanii nr 2 096 944 zaproponowano zastosowanie płyty z borokrzemianu lub innego specjalnego szkła o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej, zmniejszającym naprężenia termiczne dla danego gradientu temperatury w płycie. Zaproponowano także zastosowanie hartowanego szkła, które w teorii lepiej znosi naprężenia termiczne. Podwyższanie odporności na naprężenia termiczne jednej lub kilku warstw płyty w taki czy inny sposób, szczególnie przy stosowaniu grubych arkuszy, może spowodować pewien wzrost ognioodporności. Jednak zwiększą się także koszty wytwarzania płyty, a także prawdopodobnie jej masa.

167 965

Jeśli warstwa płyty, na przykład najblizsza płomieniowi, ulegnie spękaniu, pianowa substancja przeciwogniowa powoduje przemieszczanie się powstałych fragmentów. Chociaż spieniona substancja przeciwogniowa przywiera do takich fragmentów zatrzymujac je na swoich miejscach, to ze wzrostem temperatury 'tendencja ta maleje i przemieszczony fragment może zsuwać się w dół okna zdzierając warstwę piany i wystawiając następną warstwę strukturalną na pełne działanie ognia. W ten sposób postępuje niszczenie integralności' płyty.

Wynika z tego konieczność zachowania przez płytę pewnej integralńości strukturalnej, aby płyta mogła stanowić skuteczną barierę wobec płomieni, dymu i promieniowania cieplnego. W tym celu w praktyce przyjęto zasadę zwiększania liczby warstw substancji przeciwogniowej i materiału oszkleniowego, stosując grubsze warstwy substancji przeciwogniowej i zwiększając grubość materiału oszkleniowego, aby jego fragmenty nie przemieszczały się i nie spadały zbyt łatwo.

Każdy taki wzrost masy na jednostkę powierzchni płyty jest związany z dodatkowymi kosztami, nie tylko samych materiałów, ale także transportu, montowania i przechowywania. Instalacja takich płyt wymagać będzie także znacznie grubszych, a więc droższych ram. Zwiększanie grubości warstwy substancji przeciwogniowej utrudnia osiągnięcie wyższego stopnia przezroczystości.

Układ oszkleniowy ognioodporny według wynalazku, zawiera co najmniej jedną warstwę ognioodporną· substancji przeciwogniowej, połączoną z co najmniej jedną strukturalną warstwą. Układ charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej jedną warstwę szklistą o średnim współczynniku liniowej rozszerzalności, w zakresie temperatur od 20°C do 300°C, nie większym niż 7,5 x K0⁶K', przy czym warstwa szklista ma co najmniej jedną powierzchnię chropowatą, do której jest bezpośrednio dołączona warstwa ognioodporna.

Wyrażenie szklisty oznacza tutaj szkło i materiały witrokrystaliczne. Wyrażenie materiał witrokrystaliczny oznacza tutaj szkło poddane obróbce zapewniającej częściową dewitryfikację. Materiał witrokrystaliczny nazywany jest także materiałem witroceramicznym lub ceramiką szklaną.

Chropowatość warstwy szkła można zmierzyć na wiele sposobów. Dla celów niniejszego opisu zastosowano przyrząd do pomiaru chropowatości Form Talysurf' firmy Taylor-Hobson w trybie pomiaru chropowatości eliminującym nierówności powierzchni o długościach fal większych niż 0,8 mm i pozostawiającym nierówności o mniejszych długościach fal (chropowatość). Wykorzystano urządzenie w sposób podany przez wytwórcę, stosując długość próbkowania 0,8 mm. Sposób ten jest w przybliżeniu podobny do sposobów opisanych w normach DIN 4768 i ISO 4288, ale różni się w szczególności sposobem przedstawiania wyników.

Otrzymuje się różnego rodzaju wyniki, obejmujące wyniki oznaczone przez nas w następujący sposób:

Rt różnica wysokości pomiędzy szczytem najwyższego piku i dnem najniższej doliny dla jakiejkolwiek długości próbkowania i. Można zauważyć, że jest to równoważnik Ry zdefiniowanego w normie ISO 4287.

Rtm średnia wszystkich wartości Rt, zmierzonych dla całej długości badanej. Można zauważyć, że jest to równoważnik RyzDiN zdefiniowanego w normie DIN 4768.

Dla celów niniejszego opisu szorstką powierzchnię szklana, zdefiniowano jako powierzchnię, dla której k_lm wynosi nie mniej niż 0,1 μm.

Przeciwnie, gładka powierzchnia witrokrystaliczna zdefiniowana jest jako powierzchnia o R_ta mniejszym niż 0,06 μηι.

Dla porównania warto zauważyć tutaj, że wygładzane cieplnie, ciągnięte szkło ma zwykle 0,02 μιπ < R hn < 0,035 μm, typowe szkło matowe według opisu patentowego ^Wielkiej Brytanii nr 1151 931 ma 1,5 μιπ < Rm < 2,2 μm, a szkło matowe według opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr 2 188 925 ma zwykle Rt_m = 0,5 μm.

W korzystnym przykładzie wykonania układu oszkleniowego każda z warstw ognioodpornych jest umieszczona pomiędzy dwoma warstwami szklistymi i bezpośrednio z nimi po6

167 965 łączona, a także korzystnie co najmniej jedna warstwa ognioodporna jest umieszczona pomiędzy warstwą szklistą o szorstkiej powierzchni i warstwą szklaną.

Również korzystnie warstwa szklista ma dwie chropowate powierzchnie i jest umieszczona pomiędzy dwoma warstwami ognioodpornymi, z którymi jest bezpośrednio połączona.

Korzystnie warstwa szklista o chropowatej powierzchni, ma drugą powierzchnię gładką i jest ułożona gładką powierzchnią na zewnątrz.

Korzystnie warstwa szklista o chropowatej powierzchni ma średni współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej, w zakresie temperatur od 20°C do 300°C, nie większy niż 3,5 x 10-⁶K-'.

Korzystnie co najmniej jedna warstwa szklista o chropowatej powierzchni jest warstwą materiału witrokrystalicznego.

Korzystnie warstwa szklista materiału witrokrystalicznego o chropowatej powierzchni ma średni współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej, w zakresie temperatur od 20°C do 600°C, nie większy niż 1 x 10'⁶K'¹.

Korzystnie warstwa szklista o chropowatej powierzchni materiału witrokrystalicznego zawiera jako główną fazę stały roztwór kwarcu β.

Korzystnie warstwa szklista materiału witrokrystalicznego o chropowatej powierzchni zawiera TiO₂ i ZrO₂jako substancje zarodkowe w ilości wagowej od 0,8% do 3,0% każdej.

Korzystnie warstwa szklista materiału witrokrystalicznego o chropowatej powierzchni zawiera atomy metali alkalicznych, przy czym co najmniej większą część tych atomów stanowią atomy litu.

Korzystnie warstwa szklista materiału witrokrystalicznego jest zbudowana na potrójnym układzie Li₂O-Al₂O3-SiO₂.

Korzystnie warstwa ognioodporna jest zbudowana z substancji przeciwogniowej, którą stanowi uwodniony krzemian sodu.

Sposób wytwarzania układu oszkleniowego ognioodpornego, według wynalazku polega na tworzeniu struktury warstwowej z wielu warstw szkła, przedzielanych stykającymi się z nimi warstwami substancji przeciwogniowej, odgazowaniu międzywarstwowych przestrzeni struktury i połączeniu warstw ze sobą poprzez poddawanie takiej struktury warstwowej działaniu ciepła i ciśnienia. Sposób charakteryzuje się tym, że tworzy się strukturę warstwową zawierającą co najmniej jedną warstwę szklistą, przy czym stosuje się materiał szklisty 0 średnim współczynniku liniowej rozszerzalności, w zakresie temperatur od 20°C do 300°C, nie większym niż 7,5 x 10'⁶K‘i przy czym tworzy się powierzchnię warstwy szklistej i z nią bezpośrednio łączy się warstwę ognioodporną substancji przeciwogniowej.

Korzystnie co najmniej jedną warstwę ognioodporną substancji przeciwogniowej umieszcza się pomiędzy warstwą szklistą o szorstkiej powierzchni i warstwą szklaną.

Korzystnie tworzy się warstwę szklistą z obiema powierzchniami chropowatymi, umieszcza się ją pomiędzy dwoma warstwami ognioodpornymi substancji przeciwogniowej i łączy się ją bezpośrednio z nimi. W ten sposób osiąga się korzystnie zatrzymywanie substancji przeciwogniowej na obu powierzchniach warstwy.

Korzystnie warstwę szklistą ustawia się drugą, gładką powierzchnią na zewnątrz. Takie układy mogą być wytworzone z jednej warstwy o chropowatej powierzchni i jednej warstwy o gładkiej powierzchni, na przykład zwykłej sodowo-wapniowej płyty szklanej, zawierających między sobą pojedynczą warstwę substancji przeciwogniowej, tworząc lekką, ognioodporną płytę. Alternatywnie można zastosować jedną lub kilka dodatkowych warstw przeciwogniowych i szklanych. Gładka eksponowana powierzchnia szorstkiej warstwy polepsza przezroczystość płyty.

Korzystnie stosuje się materiał warstwy szklistej o chropowatej powierzchni o średnim współczynniku liniowej rozszerzalności cieplnej, w zakresie temperatur od 20°C do 300°C, nie większym niż 3,5 x 10'⁶K'i. Przyjęcie tej zalecanej cechy wynalazku pozwala na zmniejszenie podatności płyty na pękanie pod wpływem naprężeń termicznych.

Korzystnie jako materiał co najmniej jednej warstwy o chropowatej powierzchni dobiera się materiał witrokrystaliczny.

167 965 niowego. W pierwszym wariancie sposobu realizacji pokazanego na fig. 2 płyta laminatowa 8 stanowi całość układu ognioodpornego. W drugim wariancie druga warstwa szklana (nie pokazana) jest połączona z warstwą szklaną 11 poprzez drugą warstwę ognioodporna, (również nie pokazaną).

Na fig. 3 przedstawiono inny pusty w środku układ oszkleniowy według wynalazku złożony z pary płyt laminatowych 8 (por. fig. 2) umieszczonych w pewnej odległości od siebie. Odnośniki liczbowe elementów z fig. 2 podano również na fig. 3, dla oznaczenia analogicznych elementów.

Na rysunkach i w poniższych przykładach każda odsłonięta powierzchnia warstwy szklanej, to jest każda powierzchnia nie stykająca się z warstwą substancji przeciwogniowej, ma gładką, wypolerowaną powierzchnię w celu ograniczenia rozpraszania światła na tej powierzchni i osiągnięcia dobrej widoczności przez płytę.

Przykład I. (fig. 1).

Laminatowy, przezroczysty układ ognioodporny przedstawiony na fig. 1, wytworzono następująco. Dwie warstwy szklane 1, 5 wykonano ze zwykłego szkła sodowo-wapniowego, o grubości 3 mm. Dwie warstwy ognioodporne 2, 4 wytworzono z uwodnionego krzemianu sodu, o grubości 1 mm. Użyto krzemian sodu o stosunku wagowym SiO? : Na₂O równym

3,4 : 1 i zawierający około 30 do 34% wagowych wody. Warstwę szklistą 3 wykonano z materiału szklistego o chropowatej powierzchni, o grubości 4 mm. Zastosowano materiał witrokrystaliczny z Schott Glaswerke pod nazwą handlową ROBAX®. Materiał ten jest oparty na układzie potrójnym LfO-Af(O,-SiO₂. Jego podstawową fazą, krystaliczną jest stały roztwór kwarcu β. Zawiera ponadto TiO₂ i ZrO₂ jako substancje zarodkowe w ilości wagowej od 0,8% do 3,0%.

Obie powierzchnie materiału witrokrystalicznego miały chropowatość R_tm od 0,4 do

0,6 pm. Płytę wytworzono sposobem przedstawionym na fig. 1 i 3 opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr 1 590 837. Warstwy 2, 4 substancji ognioodpornej utworzono in situ na obu warstwach szklanych i następnie połączono je bezpośrednio z obu przeciwnymi powierzchniami warstwy witrokrystalicznej 3.

Zestaw utworzony w taki sposób poddano następnie działaniu ciepła i ciśnienia według opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr 1 590 837 w celu związania składników połączenia w przezroczysty laminat. Powstała kwadratowa płyta o boku równym 50 cm.

Płytę tę porównano ze znaną płytą wzorcową. W płycie wzorcowej warstwę witrokrystaliczną o grubości 4 mm zastąpiono warstwą ze zwykłego szkła sodowo-wapniowego o grubości 8 mm i zastosowano warstwy ognioodporne o grubości 1,8 mm zamiast 1 mm. Płyta wzorcowa miała 2,3 m wysokości i 1,35 m szerokości. Pozostałe charakterystyki wytwarzania tej płyty były takie same jak płyty badanej.

Obie płyty umieszczono w ramach, każdą w podobny sposób i zamontowano w piecu dla testów zgodnych z normą międzynarodową ISO nr 834-1975. Test zakończono po 3 godzinach. Wyniki testu podano poniżej.

Trwałość R	Przykład I >180minut	Płyta wzorcowa 68 minut
Integralność E	>180 minm	66 minut
Izolacyjność I	47 miniu	50 minut

W ten sposób oprawiona płyta układu ognioodpornego według niniejszego przykładu wynalazku spełniła wymagania standardu REI przez prawie taki okres jak płyta wzorcowa, a wymagania standardu RE przez cały okres testu. Oznacza to bardzo wyraźne przedłużenie czasu, w którym płyta mogła zapobiegać przedostawaniu się płomieni i dymu, mimo znacznie mniejszej masy na jednostkę powierzchni płyty według wynalazku. Ponadto płyta według wynalazku stanowi bardzo dobrą osłonę przed promieniowaniem podczerwonym. Po 180 minutach płyta emitowała promieniowanie podczerwone ze średnim natężeniem poniżej 15 kW/m2.

W wariancie niniejszego przykładu witrokrystaliczny materiał, z którego utworzono warstwę szklistą 3, pochodził z firmy Nippon Electric Glass i miał nazwę handlową FIRELI167 965 /twierdzono, że takie witrokrystaliczne warstwy są bardzo odporne na naprężenia termiczne, a więc po wystawieniu na działanie ognia, przy danej grubości, zachowują integralność dłużej niż szkło. Witrokrystaliczne materiały mają zwykle wyższe temperatury mięknięcia i topnienia. Zastosowanie warstw witrokrystalicznych o szorstkiej powierzchni daje szczególnie korzystne wyniki w wynalazku, ponieważ przedłuża okres, w którym warstwa spienionej substancji przeciwogniowej jest rozmieszczona na powierzchni płyty nawet wtedy, gdy inna warstwa płyty ulegnie spękaniu, a jej fragmenty przemieszczeniu.

Niektóre materiały witrokrystaliczne maaą niezwykle niski lub ujemny współczynnik rozszerzalności cieplnej, i dla uzyskania najlepszych wyników korzystnie wybiera się materiał warstwy szklistej materiału witrokrystalicznego o chropowatej powierzchni i średnim współczynniku liniowej rozszerzalności cieplnej, w zakresie temperatur od 20°C do 600°C, nie większym niż 1 x 10'⁶K'1

Osiągnięcie tak niskich współczynników rozszerzalności jest co najmniej częściowo zdeterminowane strukturą krystalicznej fazy materiału witrokrystalicznego. Korzystnie stosuje się materiał warstwy witrokrystalicznej o chropowatej powierzchni, którego główną fazą krystaliczną jest stały roztwór kwarcu β. Włączenie takiej podstawowej fazy krystalicznej do materiału witrokrystalicznego pomaga w osiągnięciu niskich współczynników rozszerzalności.

Korzystnie do materiału warstwy szklistej z materiału witrokrystalicznego o chropowatej powierzchni wprowadza się TiOj i ZrOj jako substancje zarodkowe w ilości wagowej od 0,8% do 3,0% każdej. Pomaga to w tworzeniu wysokiej jakości materiału witrokrystalicznego. Odkryto, ze takie ilości substancji zarodkowych są dostatecznie wysokie do otrzymania wysokiej jakości materiału witrokrystalicznego po częściowej dewitryfikacji, a jednocześnie dostatecznie niskie, aby uniknąć zarodkowania w czasie pracy materiału w wysokiej temperaturze.

Korzystnie substancję przeciwogniową stosuje się uwodniony krzemian sodu. Powodem jego użycia jest koszt, łatwość manipulacji formowania w przezroczyste warstwy wewnętrzne oraz skuteczność w razie pożaru. Warstwy przeciwogniowe z tej substancji z czasem wytwarzają w sobie miniaturowe pęcherzyki. Może to spowodować pogorszenie optycznych właściwości płyty. Stwierdzono, że obecność warstwy witrokrystalicznej redukuje rozprzestrzenianie się takich pęcherzyków. Dzieje się tak zapewne dlatego, ze wiele materiałów witrokrystalicznych pochłania promieniowanie nadfioletowe.

Korzystnie stosuje się materiał witrokrystaliczny warstwy szklistej o chropowatej powierzchni zawierający atomy metali alkalicznych, których co najmniej większą część stanowią atomy litu. Użycie zawierającego lit materiału witrokrystalicznego znacznie polepsza ognioodpomość płyty według wynalazku. Powód tego polepszenia nie jest w pełni jasny, ale jednym z możliwych powodów jest ten, że w wyniku działania ciepła ognia występuje wymiana dyfuzyjna jonów litu z materiału witrokrystalicznego i jonów sodu z substancji przeciwogniowej, prowadząca między innymi do tworzenia krzemianu litu na powierzchni materiału witrokrystalicznego. Krzemian litu ma lepsze właściwości ogniotrwałe od krzemianu sodu i może pozostać na miejscu dłużej, jeśli sąsiednia strukturalna warstwa płyty ulegnie popękaniu. Jednak niezależnie od przyczyn osiąga się rzeczywiste korzyści, które nie zależą od takich czy innych wyjaśnień teoretycznych.

Dalszą korzyść osiąga się stosując zawierający lit materiał witrokrystaliczny, który w razie wybuchu pożaru przekształca sąsiadującą warstwę uwodnionego krzemianu sodu co najmniej częściowo w krzemian litu. Krzemian litu znacznie gorzej od krzemianu sodu rozpuszcza się w wodzie, a więc powstająca piana krzemianu litu ulega mniej chętnie zmywaniu z płyty pod działaniem automatycznych gaśnic lub wody z węża strażackiego.

Korzystnie materiał witrokrystaliczny warstwy szklistej wytwarza się na bazie potrójnego układu Li₂O-Al2O3-SiO2. Odkryliśmy, że takie materiały są szczególnie przydatne w wynalazku. W szczególności nowe substancje powstające po wybuchu pożaru w reakcji krzemianu sodu z układem Li2O-Al₂O3-SiO2 materiału witrokrystalicznego mają prawdopodobnie strukturę płytkową z powietrzem lub innym gazem uwięzionym w przestrzeniach pomiędzy płytkami. Ponadto zauważyliśmy, ze odporność na ogień polepsza także przebiegająca powoli krystalizacja pozostałej fazy szklistej materiału witrokrystalicznego.

167 965

Zastosowanie szklanej warstwy o chropowatej powierzchni jest szczególnie ważne i korzystne dla· celów niniejszego wynalazku. Po pierwsze, taka warstwa o chropowatej powierzchni ma niższy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż zwykłe szkło okienne (sodowo-wapniowe), wynoszący' około 8,9 x 10'⁶K- w zakresie temperatur Od 0°C do 100°C i odpowiednio przy danej grubości i danym gradiencie temperatury ma mniejszą skłonność do pękania pod wpływem naprężeń termicznych. Po drugie, chropowatość powierzchni w sposób mechaniczny sprzyja przywieraniu substancji przeciwogniowej nawet po jej spienieniu i po spękaniu innej, na przykład szklanej warstwy i przemieszczeniu jej fragmentów. W rezultacie chropowata warstwa pozostaje nietknięta dłużej, niż zwykłe szkło, zatrzymując także pełną warstwę spienionej substancji przeciwogniowej, dzięki czemu występuje efekt synergiczny pozwalający na dłuższe zachowanie integralności płyty jako bariery przed płomieniami i dymem, a także transmisją promieniowania podczerwonego. Ekran cieplny tworzony przez warstwę o szorstkiej powierzchni i jej warstwę spienionej substancji przedłuża ognioodpomość płyty. , .

Zastosowanie szklistej warstwy o zwiększonej chropowatości daje dość niespodziewane korzyści w samym procesie wytwarzania. Można by sądzić, że zastosowanie takiej warstwy utrudni proces odgazowywania, ponieważ powietrze będzie zatrzymywane przez szorstką powierzchnię. Zaskakujące jest, że tak się nie dzieje. W rzeczywistości wydaje się, że chropowatość powierzchni powoduje powstanie kanałów powietrznych ułatwiających etap odgazowywania w procesie wytwarzania, dzięki czemu zmniejsza się ilość powietrza zatrzymanego pomiędzy warstwami płyty i polepsza się wiązanie pomiędzy chropowatą warstwą i substancją przeciwogniową. Stwierdzono, że w warunkach ogrzewania i podwyższonego ciśnienia substancja wypełnia zagłębienia chropowatej powierzchni, która dzięki temu nie wpływa niekorzystnie na przezroczystość płyty. '

Dalszą korzyścią wynikającą z istnienia bezpośredniego wiązania pomiędzy substancją przeciwogniową, i sąsiednią warstwą szklanąjest brak jakiejkolwiek innej substancji wiążącej. Dzięki temu nie podwyższa się kosztów wytwarzania i polepsza ognioodpomość, ponieważ większość substancji łączących służących do laminacji szklanych płyt, takich jak polimaślan winylu, mają niskie temperatury topnienia i ogień niszczy je łatwo. W takich przypadkach ich działanie wiążące ulega zanikowi.

Możliwe jest oczywiście, aby każda ze szklistych warstw płyty miała chropowatą powierzchnię, ale chropowate płyty są droższe od zwykłego szkła, a doskonałe wyniki można osiągnąć łącząc płytę ognioodporną z warstwą pojedynczej chropowatej powierzchni.

Rozwiązanie według wynalazku stanowi znaczący postęp w dziedzinie ognioodpomości, pozwalając na osiągnięcie danej klasy ognioodpomości przy stosowaniu cieńszych, a więc lżejszych płyt, łatwiejszych do przechowywania, transportu i instalacji w ramie. Pozwala to także na stosowanie cieńszych, warstw substancji przeciwogniowej (przy tej samej klasie ognioodpomości), co jest istotną korzyścią przy wytwarzaniu płyt o wysokiej przezroczystości.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1-3 przedstawiają kolejne wykonania ognioodpornego układu oszkleniowego.

Na fig. 1 przezroczysty, ognioodporny układ oszkleniowy składa się kolejno z pierwszej warstwy szklanej 1 pierwszej warstwy ognioodpornej 2, z substancji przeciwogniowej, szklistej warstwy 3 o .chropowatej powierzchni 1, drugiej warstwy ognioodpornej 4 z substancji przeciwogniowej i drugiej warstwy szklanej 5. Dwie główne powierzchnie 6, 7 warstwy szklistej 3 są chropowate, a cała płyta jest połączona w postać laminatu poprzez warstwy ognioodporne 2, 4 bezpośrednio z odpowiednimi warstwami szklanymi 15.

Na fig. 2 przedstawiono pusty w środku układ oszkleniowy, złożony z pierwszej płyty laminatowej 8 będącej ognioodporną płytą, według niniejszego wynalazku i składającą się z pierwszej warstwy szklistej 9 bezpośrednio połączonej z warstwą ognioodporną 10, która z kolei jest połączona bezpośrednio ze szklaną warstwą 11. Odsłonięta powierzchnia 12 warstwy szklistej 9 jest gładka, a jej powierzchnia 13 stykająca się z warstwą ognioodporną 10 jest chropowata. Płyta laminatowa 8 jest umieszczona w ramie (nie pokazanej) w pewnej odległości od drugiej płyty laminatowej 8 będącą pojedynczą warstwą szklaną 14 materiału oszklę10

167 965

TE. Materiał ten ma bardzo podobną chropowatość jak omawiany wcześniej w przykładzie materiał witrokrystaliczny.

W drugim wariancie niniejszego przykładu, płyty sporządzono w sposób, w którym warstwy ognioodporne 2, 4 tworzono in situ w czasie procesu odgazowywania i wiązania z ziaren krzemianu sodu, jak opisano w opisie patentowym Wielkiej Brytanii nr 2 023 452, w jego przykładzie 4, jedynie zmniejszając rozmiary ziaren krzemianu sodu. Wytworzono warstwy również o grubości 1 mm.

W kolejnym wariancie ziarna zastosowane do tworzenia warstw uwodnionego krzemianu sodu zawierały od 23 do 25% wagowych wody.

Przykład II. (fig. 2).

Laminatowy, przezroczysty układ ognioodporny wytworzono zgodnie z fig. 2. Najpierw omówimy części składowe przezroczystej, ognioodpornej laminatowej płyty 8, według niniejszego wynalazku. Warstwa szklana 11 jest wytworzona ze zwykłego szkła sodowo-wapniowego, o grubości 3 mm. Warstwa ognioodporna 10 zbudowana jest z · uwodnionego krzemianu sodu i ma grubość 1 mm. Użyty krzemian sodu ma stosunek wagowy SiO2 : Na?O równy

3,4 : 1 i zawiera około 30 do 34% wagowych wody. Materiał witrokrystaliczny tworzący warstwę szklistą 9 jest substancją o nazwie ROBAX® jak w przykładzie I. Przed złożeniem płyty 8, jedną powierzchnię 12 materiału witrokrystalicznego ROBAX® wypolerowano tak, ze utworzono gładką powierzchnię o chropowatości powierzchniowej Rtm zmniejszonej do około 0,03 pm. Druga powierzchnia 13 warstwy szklistej 9 jest umieszczona w bezpośrednim kontakcie z warstwą ognioodporną 10 i ma chropowatość Rtm pomiędzy 0,4 pm a 0,6 pm.

Taką płytę 8 można wytworzyć dowolnym sposobem wymienionym w przykładzie I zmieniając to, co konieczne, aby otrzymać opisaną wyżej strukturę.

Płytę laminowaną 8 umieszcza się w ramie (nie pokazanej) równolegle w pewnej odległości od pojedynczej warstwy szklanej 14 z materiału oszkleniowego. Pojedyncza warstwa szklana 14 może być płytą ze zwykłego szkła sodowo-wapniowego, ewentualnie zahartowanego w celu podwyższenia odporności na naprężenia mechaniczne i termiczne.’ Warstwa szklana 14 może mieć grubość 3 lub 4 mm. Mozę być poddana hartowaniu chemicznemu lub termicznemu, ale im jest cieńsza, tym bardziej zalecane jest hartowanie chemiczne: Alternatywnie, pojedynczą warstwę szklaną 14 można wytwarzać ze szkła o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej, takiego jak szkło borokrzemianowe, glinokrzemianowe lub glinoborokrzemianowe, aby zmniejszyć podatność na naprężenia termiczne lub też z materiału witrokrystalicznego. Odstępy pomiędzy płytą laminowaną 8 i warstwą szklaną 14 wynoszą od 10 do 20 mm, na przykład 12 mm. Przestrzeń pomiędzy nimi korzystnie jest wypełniona suchym gazem i uszczelniona w znany sposób, aby zapobiec kondensacji. Takie szczelne układy są wyposażone w zawór jednokierunkowy, wypuszczający suchy gaz, rozszerzający się wskutek działania ognia.

Płytę laminowaną 8 wyposażono w płytę witrokrvstalicz.n;ą 9, usytuowaną pomiędzy warstwą ognioodporną 10 i jakimkolwiek źródłem promieniowania ultrafioletowego, 'aby opóźnić starzenie się warstwy ognioodpornej 10, prowadzące do powstawania w niej mikropęcherzyków. Przy grubości 5 mm materiał witrokrystaliczny ROBAX® wykazuje przepuszczalność właściwą, dla fal o długości od 297,5 nm do 377,5 nm, równą tylko 1,8%, a więc stanowić może bardzo skuteczną osłonę dla warstwy ognioodpornej 10.

Innym odpowiednim materiałem witrokrystalicznym do wytwarzania takich płyt jest materiał firmy Nippon Electric Glass o nazwie handlowej FIRELITE. Materiał ten wykazuje przepuszczalność właściwą, dla fal o długości od 297,5 nm do 377,5 nm, równą 12,8%. Zwykle instaluje się płytę-8 z warstwą witrokrystaliczną skierowaną ku słońcu.

.Układy oszkleniowy zawierający płytę laminowaną 8 z przykładu II ma bardzo dobre właściwości ognioodporne.

, Układ, oszkleniowy stanowiący laminat z warstwy szklistej 9 z materiału ROBAX^Ko grubości 4 mm, warstwy ognioodpornej 10 z krzemianu o grubości 1 mm i warstwy szklanej 11 szkła sodowo-wapniowego o grubości 3 mm, oddalony o 12 mm od drugiej warstwy szklanej 14 o grubości 4 mm ma następujące właściwości przy ustawieniu drugiej płyty szklą167 965 nej 14 w kierunku ognia: REI około 15 minut, RE około 120 minut z pewnym działaniem izolacyjnym. Przy wystawieniu na ogień strony laminatowej płyty 8 właściwości są w zasadzie takie same, ale gdy druga warstwa szklana 14 jest hartowana, oprawiona płyta 8 zachowuje swoją integralność zgodnie z normą ISO 9051 do poziomu REI równego 30 minutom.

Przykład III. (fig. 3).

Ognioodporny układ oszkleniowy wytworzono zgodnie z fig. 3. Układ oszkleniowy składa się z dwu płyt laminatowych 8 (por. fig. 2 przykładu II) zamocowanych w pewnej odległości od siebie w ramie (nie pokazanej) w taki sposób, że warstwy witrokiystaliczne 9 tworzą zewnętrzne powierzchnie całego zespołu, chroniąc substancję przeciwogniową warstw ognioodpornych 10 przed starzeniem wywołanym promieniowaniem nadfioletowym z obu stron układu oszkleniowego.

Taki układ oszkleniowy można sporządzić w jakikolwiek wymieniony w przykładzie I sposób zrmi^ini^^ić^c to, co konieczne. aby ottrzynaćopisiuną wyżej strukturę.

Układ oszkleniowy według przykładu III ma wyjątkowo dobre właściwości ognioodporne. Strukturę zawierającą dwa laminaty z płyty szklistej 9 z materiału ROBAX® o grubości 4 mm, warstwy ognioodpornej 10 z krzemianu o grubości 1 mm i warstwy szklanej 11 ze szkła sodowo-wapniowego o grubości 3 mm, oddalone od siebie o 12 mm zamontowano w ramie w piecu do testowania zgodnie z normą międzynarodową ISO 834-1975. Układ spełniał wymagania REI normy ISO 9051 przez 60 minut, a wymagania RE przez okres przekraczający 4 godziny, kiedy to test przerwano.

Przykłady IV- IX'.

W wariantach któregokolwiek z poniższych przykładów płyty szkliste 3, 9 o szorstkich powierzchniach utworzono z materiału witrokrystalicznego o składzie i właściwościach podanych w poniższej tabeli.

% wagowe	przykład IV	przykład V	przykład VI	przykład VII	przykład VIII	przykład IX
SiO₂	62	67	58	62	65,1	68,8
Al₂O₃	21,2	21	28	22	22,6	19,2
Li₂O	2,8	3,9	4,6	2,8	4,2	2,7
P₂O₅			3,3		1,2
ZrO₂	1,75	2,0	2,8	2,0	2,3	1,8
TiO₂	1,75	1,75	1,8	1,8	2,0	2,7
Na₂O		0,25	0,9		0,6	0,2
K₂O	0,4				0,3	0,1
PbO			0,6
MgO	1,0			1,2	0,5	1,8
ZnO	6,1			6,5		1,0
CaO	0,6	3,7
BaO	1,6			1,6		0,8
F					0,1
Fe₂O₃					0,03	0,1
As?O3				0,6	1,1	0,8
	1,7	0 (0-400°C)	-5	-1	1 7	7
PCP	stały roztwór kwarc β	stały roztwór kwarc β	stały roztwór eukryptyt β	stały roztwór kwarc β	stały roztwór kwarc β	stały roztwór kwarc (3

167 965

W tabeli tej a jest średnim współczynnikiem liniowej rozszerzalności cieplnej (w jednostkach 10’⁷K’’) w zakresie temperatur od 20°C do 500°C, jeśli nie podano inaczej, a PCP jest główną fazą krystaliczną występującą w odpowiedniej kompozycji.

Kompozycje z powyższego przykładu VII wytworzono zgodnie z opisem patentowym Niemiec nr dE 1 596 863 (Jenaer Glaswerk Schott und Gen).

Przykład X.

W kolejnym wariancie szklistą warstwę 3, 9 o szorstkiej powierzchni wytworzono ze

szkła borokrzemianowego o następującym składzie (% wagowe).
SiO2	80,75
B2O3	12,72
Na?O	3,46
K₂O	0,52
CaO	0,03
MgO	0,007
ZnO	0,006
Fe₂O₃	0,014
Al₂O3	2,187
TiO2	0,032
As₂O3	0,074

Takie szkło borokrzemianowe ma średni współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej równy 3,13 x 10'⁶Kc¹ w zakresie temperatur od 0°C do 300°C.

167 965

FIG1

U

FIG.2

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ oszkleniowy ognioodporny, zawierający co najmniej jedną warstwę ognioodporną substancji przeciwogniowej, połączoną z co najmniej jedną strukturalną warstwą, znamienny tym, że zawiera co najmniej jedną warstwę szklistą o średnim współczynniku liniowej rozszerzalności, w zakresie temperatur od 20°C do 300°C, nie większym niż 7,5 x 10-’Ko, przy czym warstwa szklista ma co najmniej jedną powierzchnię chropowatą, do której jest bezpośrednio dołączona warstwa ognioodporna.
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że każda z warstw ognioodpornych jest umieszczona pomiędzy dwoma warstwami szklistymi i bezpośrednio z nimi połączona.
3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że co najmniej jedna warstwa ognioodporna jest umieszczona pomiędzy warstwą szklistą o szorstkiej powierzchni i warstwą szklaną.
4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa szklista ma dwie powierzchnie chropowate i jest umieszczona pomiędzy dwoma warstwami ognioodpornymi, z którymi jest bezpośrednio połączona.
5. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że warstwa szklista o chropowatej powierzchni, ma drugą powierzchnię gładką i jest ułożona gładką powierzchnią. na zewnątrz.
6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że ma warstwę szklistą o chropowatej powierzchni i średnim współczynniku liniowej rozszerzalności cieplnej, w zakresie temperatur od 20°C do 300°C, nie większym niż 3,5 x
7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna warstwa szklista o chropowatej powierzchni jest warstwą materiału witrokrystalicznego.
8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że ma warstwę szklistą z materiału witrokrystalicznego o chropowatej powierzchni i średnim współczynniku liniowej rozszerzalności cieplnej, w zakresie temperatur od 20°C do 600°C, nie większym niż 1 x 10^’K-.
9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że warstwa szklista o chropowatej powierzchni materiału witrokrystalicznego zawiera jako główna fazę stały roztwór kwarcu β.
10. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że warstwa szklista materiału witrokrystalicznego o chropowatej powierzchni zawiera TiOj i ZrO2 jako substancje zarodkowe w ilości wagowej od 0,8% do 3,0% każdej.
11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że warstwa szklista materiału witrokrystalicznego o chropowatej powierzchni zawiera atomy metali alkalicznych, przy czym co najmniej większą część tych atomów stanowią atomy litu.
12. Układ według zastrz. 11, znamienny tym, że warstwa szklista materiału witrokrystalicznego jest zbudowana na potrójnym układzie Li₂O-Al₂O3-SiO₂.
13. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że warstwa ognioodporna jest zbudowana z substancji przeciwogniowej, którą stanowi uwodniony krzemian sodu.
14. Sposób wytwarzania układu oszkleniowego ognioodpornego polegający na tworzeniu struktury warstwowej z wielu warstw szkła, przedzielanych stykającymi się z nimi warstwami substancji przeciwogniowej, odgazowaniu międzywarstwowych przestrzeni struktury i połączeniu warstw ze sobą poprzez poddawanie takiej struktury warstwowej działaniu ciepła i ciśnienia, znamienny tym, że tworzy się strukturę warstwową, zawierającą co najmniej jedną warstwę szklistą, przy czym stosuje się materiał szklisty o średnim współczynniku liniowej rozszerzalności, w zakresie temperatur od 20°C do 300°C, nie większym niz 7,5 x 10’⁶K'1, przy czym tworzy się powierzchnię warstwy szklistej i z nią bezpośrednio łączy się warstwę ognioodporną substancji przeciwogniowej.

167 965
15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że co najmniej jedną warstwę ognioodporną substancji przeciwogniowej umieszcza się pomiędzy warstwą szklistą o szorstkiej powierzchni i warstwa szklaną.
16. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że tworzy się warstwę szklistą z obiema powierzchniami chropowatymi, umieszcza się ją pomiędzy dwoma warstwami ognioodpornymi substancji przeciwogniowej i łączy się' ją bezpośrednio z nimi.
17. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że warstwę szklistą ustawia się drugą, gładką powierzchnią na zewnątrz.
18. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że stosuje się materiał warstwy szklistej o chropowatej powierzchni o średnim współczynniku liniowej rozszerzalności cieplnej, w zakresie temperatur od 20°C do 300°C, nie większym niż 3,5 x 10’⁶K-.
19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że jako materiał co najmniej jednej warstwy o chropowatej powierzchni stosuje się materiał witrokrystaliczny.
20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że stosuje się warstwę szklistą z materiału witrokrystalicznego o chropowatej powierzchni i średnim współczynniku liniowej rozszerzalności cieplnej, w zakresie temperatur od 20°C do 600°C, nie większym niż 1 x 1 (©K¹.
21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że stosuje się materiał warstwy witrokrystaiicznej o chropowatej powierzchni, którego główną fazą krystaliczną jest stały roztwór kwarcu β.
22. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że do materiału warstwy szklistej z materiału witrokrystalicznego o chropowatej powierzchni wprowadza się TiO? i ZrO? jako substancje zarodkowe w ilości wagowej od 0,8% do 3,0% każdej.
23. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że stosuje się materiał witrokrystaliczny warstwy szklistej o chropowatej powierzchni zawierający atomy metali alkalicznych, których co najmniej większą część stanowią atomy litu.
24. Sposób według zastrz. 23, znamienny tym, że materiał witrokrystaliczny warstwy szklistej wytwarza się na bazie potrójnego układu Li2O-Al₂O₃-SiO2.
25. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że jako substancję przeciwogniową stosuje się uwodniony krzemian sodu.