ОГНЕСТОЙКОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ
FIRE RESISTANT GLASING

Изобретение относится к элементам огнестойкого остекления, содержащим совокупность листов стекла и одного или более слоев гидратированного силиката щелочного металла, образующих вспучивающийся слой.
Элементы огнестойкого остекления, имеющие такой состав, должны отвечать ряду условий, которые трудно совместить. В первую очередь, они должны обеспечивать хорошую эффективность при исследовании устойчивости к огню. В связи с этим, они должны затруднять распространение дыма и пламени и образовывать защитный экран от распространения тепла, в частности, при излучении. Эти качества требуют полного отсутствия щелей в таких остеклениях, по меньшей мере, в течение определенного периода времени, когда они подвергаются испытаниям на огнестойкость.
Кроме огнезащитных свойств, элементы остекления должны иметь хорошую прозрачность и быть свободными от трещиноподобных дефектов, которые портят их внешний вид. Фактически, известно, что вспучивающиеся слои на основе гидратированного силиката щелочного металла могут претерпевать различные изменения во время их производства или после, в частности, из-за их длительного облучения теплом или УФ-излучением. Такие трещиноподобные дефекты могут быть в виде налета или в виде пузырьков. Контролируя композиции таких гидратированных силикатов щелочных металлов и условия производства, возможно практически преодолеть такие трещиноподобные эффекты и получить продукты с оптическими свойствами, которые сохраняются в течение всего срока службы таких элементов остекления. Однако меры, принимаемые во избежание таких трещиноподобных дефектов, по-видимому, вызывают трудности различной природы. Фактически, опыт показал, что остекления, в которых практически отсутствуют видимые оптические трещиноподобные дефекты, в некоторых случаях демонстрируют огнезащитные свойства, которые могут оказаться менее удовлетворительными по следующей причине. При прохождении испытаний на огнестойкость, такие остекления могут случайно выбрасывать фрагменты стекла и вспучивающегося слоя. Хотя данное изобретение не связано с этой интерпретацией, авторы данного изобретения связывают это явление с местным накапливанием пара, образующегося из влаги, присутствующей в силикате в ограниченном количестве мест. Другими словами, отсутствие трещиноподобных дефектов или причин таких трещиноподобных дефектов во вспучивающемся материале может вызвать образование пара, концентрирующегося до тех пор, пока избыток давления в одном месте не вызовет разрыв ламинированной структуры. Другими словами, образование пены, которая обеспечивает некоторую однородность при расширении материала, будет ограничиваться отсутствием трещиноподобных дефектов, которые служат как бы затравкой для образования пузырьков, где множество пузырьков приводит к их неравномерному распределению и к ограничению их распространения. Независимо от источника, необходимо предотвращать такое поведение, которое снижает общую огнестойкость рассматриваемого остекления.
Авторы данного изобретения показали, что возможно в значительной степени избежать таких выбросов во время испытаний на огнестойкость через стимулирование образования пузырьков во множестве точек остекления при введении инициирующих или парообразующих элементов. Инициирующие элементы преимущественно получают из частиц материала, совместимого с силикатом щелочного металла остекления, с которым они контактируют.
Более того, частицы, способствующие образованию множества пузырьков, когда остекление подвергается воздействию огня, не должны ухудшать исходные оптические свойства остеклений. Такие оптические свойства должны сохраняться независимо от старения таких остеклений. Такие оптические свойства являются предметом анализа, в частности, по стандарту EN 12 543.
Частицы должны оставаться очень маленькими по размеру и присутствовать в ограниченных количествах, которые не приводят к значительному светорассеянию. Преимущественно, частицы, вводимые в остекления, имеют размеры, не превышающие 20 мкм и предпочтительно меньше 10 мкм и особенно предпочтительно менее 5 мкм. Для дальнейшей минимизации влияния таких частиц на прозрачность остекления, предпочтительно использовать частицы, полученные из материалов с коэффициентом преломления, который не очень отличается от коэффициента преломления вспучивающегося материала.
Частицы двуокиси кремния являются предпочтительными частицами. Стекло является другим возможным составляющим материалом.
Сильнощелочной характер таких гидратированных силикатов щелочных металлов, образующих вспучивающийся материал, может быть причиной образования поверхностного разъедания некоторых материалов, присутствующих в композиции частиц.
Такое разъедание, возможно, приводит к некоторому частичному «выщелачиванию», которое может минимизировать эффект присутствия таких частиц на оптические свойства элементов остекления в соответствии с данным изобретением.
Исходя из опыта, также предпочтительно применять непористые частицы или частицы с ограниченной пористостью, независимо от их состава Это явление не подвергалось систематическим исследованиям, но полагают, что «непористые» частицы являются более эффективными в предотвращении выброса фрагментов стекла.
2
2
2
Независимо от причины такого поведения предпочтительно использовать частицы с удельной площадью поверхности, которая не очень высока для указанных выше размеров. Удельная площадь поверхности предпочтительно составляет менее 200 м/г. Предпочтительно, чтобы такая площадь поверхности составляла не более 100 м/г и более предпочтительно не более 50 м/г.
Количество частиц может широко варьироваться в зависимости от их способности вызывать местное образование множества микропузырьков во время испытания на огнестойкость. Чем более многочисленными являются частицы, тем более многочисленны образующиеся пузырьки и тем меньше их размеры. Тем не менее, во избежание риска ухудшения оптических свойств в обычных условиях применения, предпочтительно ограничивать количество частиц до такого, которое действительно необходимо для предотвращения риска выброса, указанного выше.
Более того, количество частиц не является единственным фактором, также учитывается их распределение. Предпочтительно, если частицы распределены по всей поверхности остекления настолько однородно, насколько это возможно. Количество мест образования пузырьков в действительности позволяет достичь однородного распределения давления, возникающего во время испытания на огнестойкость при образовании таких пузырьков. Можно избежать образования полостей с водяным паром, если большое количество пузырьков возникает практически одновременно.
2
2
2
Количество частиц предпочтительно составляет не менее 5/мм поверхности остекления. Преимущественно, по меньшей мере, равно 20/мм, и особенно предпочтительно, по меньшей мере, 50/мм.
2
2
Так как количество пузырьков увеличивается присутствующими частицами, верхний предел зависит только от того, когда при превышении определенного количества значительного улучшения больше не будет, и опять, же, такое повышение будет только ухудшать оптические свойства остекления. По этой причине предпочтительно ограничивать количество частиц до 500 на мм, предпочтительно до 250 на мм. Однородное распределение во вспучивающемся материале возможно. Из опыта, тем не менее, можно отметить, что наиболее важно иметь хорошее распределение на поверхности остекления. Фактически, практически неважно, расположены ли частицы в середине вспучивающегося материала или на его межфазной поверхности с листом стекла. Низкая толщина обычных вспучивающихся слоев - обычно они не толще 3 мм, и более часто, порядка 1-2 мм - несомненно, приводит к возникновению пузырьков в материале или на его поверхности, и давление, создаваемое такими пузырьками на стекле, остается практически таким же.
Можно объединять введение частиц в массу силиката и нанесение их на межфазные поверхности.
Один или более предварительно полученных вспучивающихся слоев применяют для получения некоторых остеклений. Этот или эти слои затем помещают между листами стекла во время сборки остекления. В этом случае, введение частиц может проводиться на любую межфазную границу вспучивающегося слоя/стекла или между несколькими наложенными друг на друга вспучивающимися слоями. Точное расположение частиц может обеспечивать некоторую разнородность.
Некоторые остекления также содержат совокупность, по меньшей мере, двух стеклянных листов, каждый из которых предварительно покрыт вспучивающимся слоем, где два вспучивающихся слоя склеены друг с другом. Такой тип структуры позволяет вводить частицы между двумя вспучивающимися слоями до соединения этих слоев. Нанесение частиц на межфазную границу стекла/силиката может проводиться на каждой межфазной границе. Однако, по некоторым причинам, нет необходимости распределять частицы однородно в массе, также нет необходимости обрабатывать все межфазные границы, если толщина вспучивающегося слоя остается ограниченной указанными выше значениями. Единственное условие, которое должно быть выполнено, включает распределение частиц на поверхности остекления.
Если остекления содержат несколько слоев гидратированного силиката щелочного металла, предпочтительно обрабатывать каждый из этих слоев как указано выше. Получение огнестойких остеклений, содержащих один или более слоев силиката щелочного металла, в большинстве случаев достигается сборкой листов стекла, на которых предварительно был высушен слой силиката щелочного металла, с листом стекла или с другим листом стекла, также имеющим слой силиката. Сборка может проводиться вакуумной сушкой для удаления воздуха, остающегося между собираемыми листами. Однако, с точки зрения стоимости, предпочтительно каландрование собранных листов. В этом случае для вытеснения оставшегося воздуха, связующую жидкость наносят на поверхность раздела фаз между вспучивающимся слоем и накладываемым на него листом стекла. Эта жидкость практически выпрессовывается во время прохождения через каландр. В настоящее время, глицерин применяют для слоев гадратированного силиката щелочного металла, подвергающихся сушке, и более того, глицерин обычно присутствует в композиции самого вспучивающегося слоя.
Частицы, предназначенные для образования пузырьков на границах раздела фаз, предпочтительно наносят с глицерином. Таким образом, легко достигается однородное распределение без необходимости применения какого-либо дополнительного устройства или операции. Частицы легко диспергируются в глицерине до их нанесения.
Более подробно данное изобретение описано на представленных чертежах, где:
- на фигуре 1 схематически показана типовая структура огнестойкого остекления;
- на фигуре 2 показан пример осуществления остекления в соответствии с данным изобретением;
- на фигуре 3 показан другой пример осуществления остекления в соответствии с данным изобретением;
- на фигуре 4 показан пример осуществления остекления в соответствии с данным изобретением, содержащего два вспучивающихся слоя;
- на фигуре 5 показан вариант, в котором частицы инициатора расположены между двумя вспучивающимися слоями;
- на фигуре 6 показана схема сборки остекления в соответствии с данным изобретением, включающей операцию каландрования.
Элементы огнестойкого остекления в соответствии с данным изобретением обычно содержат (фигура 1) один слой гидратированного силиката щелочного металла 1 между двумя листами стекла 2 и 3.
Контакт таких остеклений с огнем вызывает расширение множества пузырьков в силикате в результате испарения влаги, которую он содержит, и образование непрозрачной силикатной пены, которая препятствует облучению и прохождению пламени, даже если лист стекла, который подвергается действию огня, непосредственно разбивается под воздействием теплового удара. Если расширение является неравномерным, возникает риск того, что подвергшийся воздействию лист стекла неожиданно лопнет с выбросом фрагментов стекла и, очень часто, части вспучивающегося слоя, как показано пунктирной линией. После этого остекление более не обеспечивает ожидаемую защиту.
На фигуре 2 схематически показано остекление, полученное в соответствии с данным изобретением, в разрезе. Как и выше, слой вспучивающегося материала на основе гидратированного силиката щелочного металла 4 расположен между двумя листами стекла 5 и 6. Слой силиката содержит частицы инициатора образования пузырьков, показанные точками, распределенные однородно в массе силиката. Для ясного понимания рисунка частицы являются видимыми. На практике, в соответствии с данным изобретением эти размеры выбраны таким образом, что они не видимы невооруженному глазу. Более того, их количество таково, что они не оказывают неблагоприятного действия на оптические свойства остекления.
По указанным выше причинам, хотя частицы инициатора образования пузырьков могут быть распределены в массе, распределение по поверхности остекления обычно является достаточным для обеспечения желаемого эффекта, пока толщина силикатного слоя остается в наиболее обычных пределах. На фигуре 3 показано остекление в соответствии с данным изобретением, в котором частицы, показанные линиями в точках 7 и 8, локализованы на поверхностях раздела фаз между слоем гадратированного силиката щелочного металла 9 и двумя листами стекла 10 и 11.
В варианте, представленном на фигуре 3, два раздела фаз содержат частицы инициатора образования пузырьков. На практике, если вспучивающийся слой достаточно тонкий, нанесение на один раздел фаз является достаточным для гарантии однородного распределения пузырьков. На фигуре 4 показано расположение того же типа На этой фигуре огнестойкое остекление в соответствии с данным изобретением состоит из трех листов стекла 12, 13 и 14 и двух вспучивающихся слоев 15 и 16.
Совокупность нескольких вспучивающихся слоев и листов стекла позволяет увеличить огнестойкость.
В варианте, показанном на фигуре 4, расположение элементов по отношению друг к другу обычно обуславливается способом производства структурных элементов. Обычное остекление содержит, например, два листа стекла 12 и 14, каждый толщиной 3 мм, и лист 13 толщиной 8 мм. В этом случае, наиболее обычный способ производства включает получение вспучивающихся слоев сушкой раствора силиката, нанесенного непосредственно на листы стекла 12 и 14. Производство идентичных структурных элементов является привлекательным с экономической точки зрения. Затем два листа, имеющих высушенные силикатные слои, накладывают на лист стекла 13. Для удобства, частицы инициатора образования пузырьков наносят на силикатный слой и, таким образом, располагают на поверхности раздела фаз с листом стекла 13, как показано пунктирными линиями 17 и 18.
В этом варианте частицы расположены на поверхности раздела фаз, который наиболее удален от наружной части остекления, и поэтому в наибольшей степени подвержен воздействию теплового удара. На практике наблюдали, что это не оказывает неблагоприятного эффекта на поведение остекления в случае возникновения риска выброса. Присутствие частиц в описанных выше условиях позволяет эффективно избегать таких выбросов.
Вспучивающийся слой может быть образован из нескольких склеенных слоев. Вариант, показанный на фигуре 5, иллюстрирует такой тип структуры. В показанном варианте, два листа стекла 27 и 28, каждый из которых предварительно покрыт вспучивающимся слоем 25 и 26, скомпонованы со вспучивающимися слоями, расположенными «лицом к лицу». Нанесение частиц, показанных пунктирной линией 29, в этом случае может быть проведено в середине вспучивающегося слоя, объединяющего два основных слоя. Вспучивающиеся слои также могут быть образованы из нескольких листов, отделяемых от какой-либо подложки после их образования. В этом случае, структура может содержать частицы, расположенные либо между несколькими листами, составляющими общий вспучивающийся слой, либо на границе раздела фаз этого слоя и одного из листов стекла, или даже на всех возможных сочетаниях между листами вспучивающегося материала и/или между этими листами и листами стекла.
На фигуре 6 показан способ сборки остеклений в соответствии с данным изобретением. В этом варианте лист стекла 19, на который предварительно нанесен сушкой раствора слой силиката щелочного металла 20, соединяют с листом стекла 21 под давлением с применением каландра, показанного схематически двумя вальцами 22, 23. Для удаления остаточного воздуха, расположенного между слоем силиката 20 и листом стекла 21, обычно наносят глицериновую пленку, избыток которой выдавливается под давлением, оказываемым каландром.
Частицы, которые образуют пузырьки в соответствии с данным изобретением, предпочтительно наносят с применением глицерина в котором они предварительно диспергированы. Пленка глицерина, таким образом, распределяет частицы в практически однородном виде на границе раздела фаз стеклянного листа 21 и силиката 20. Это схематически показано пунктирными линиями 24.
2
2
Проводили тестирование остеклений, обычно содержащих вспучивающиеся слои гидратированного силиката натрия, имеющего молярное соотношение SiO/NaO 3,3, содержание влаги 25% мас., и дополнительно содержащего 15% мас. глицерина. Слой силиката обычно имеет толщину 1,65 мм. Пакеты содержат два листа стекла толщиной 3 мм, объединенных слоем силиката.
2
Без введения частиц инициатора образования пузырьков в соответствии с данным изобретением, элементы остекления демонстрируют в среднем 3 выброса на м поверхности при проведении стандартизированного испытания на огнестойкость (EN1363-1, EN 1363-2).
2
Тестируют различные инициаторы образования пузырьков в виде частиц. Особенно предпочтительный инициатор образуется из частиц двуокиси кремния, продаваемых AGG под торговым наименованием «Sunsphere». Тестируют три типа продуктов, которые имеют удельную площадь поверхности 100 («NP200»), 50 («NP100») и 40 м/г («NP30»), соответственно.
Частицы вводят с глицерином, применяемым во время каландрования.
Содержание частиц типа «NP30», вводимых в глицерине, составляет 5, 10 и 20 г/л.
2
Количество частиц, видимых под микроскопом в остеклении, составляет вплоть до 44, 88, 176/мм.
Такие элементы остекления подвергают стандартизированному испытанию на огнестойкость тем же способом. Для соответствующих количеств частиц, отмечено выбросов, при содержании 5 и 10 л/г, почти в десять раз меньше чем в ссылочных примерах. В испытаниях, проводимых для вариантов с применением глицерина, содержащего 20 г/л, выбросы вообще отсутствовали.
2
2
Те же испытания проводили при введении частиц NP100, дающих следующее распределение частиц для 5, 10, 20 г/л, т.е. 9, 17 и 40 частиц на мм поверхности остекления. Присутствие таких частиц удовлетворительно снижает количество выбросов в последнем случае (40 частиц/мм), в двух других тестах количество выбросов, хотя и ограниченное, оставалось слишком значительным для удовлетворительного применения.