PL188208B1

PL188208B1 - Oszklenie ognioodporne

Info

Publication number: PL188208B1
Application number: PL98325305A
Authority: PL
Inventors: Horst Siedel; Claude Morin; Pierre Jeanvoine
Original assignee: Vetrotech Saint Gobain Int Ag
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2004-12-31
Also published as: CA2232117A1; EP0864546A1; JP4216362B2; PL325305A1; EP1426344A2; US5990023A; DE19710289C1; CZ78198A3; NO981040L; EP1426344A3; NO981040D0; JP2003306343A; JPH111341A; CZ296529B6; NO318109B1

Abstract

1. Oszklenie ognioodporne o ognioodpomosci klasy G skladajace sie z szyby wy- konanej ze szkla krzemianowo-sodowo-wapniowego hartowanego na drodze cieplnej powietrzem w konwencjonalnej instalacji hartowniczej i posiadajace wlasciwosci szkla bezpiecznego, znamienne tym, ze sklada sie ze szkla zawierajacego w % wagowych: SiO2 65-76 Na?0 6-12 CaO 9-13 K2 O 0,1-6 A l 2O3 0-1,5 MgO 0-3,0 SrO 0-4,0 ZrO2 0-6,0 przy czym szklo ma wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej a 2 0 - 3 0 0 6 do 8,5x10-5 K_ 1 , wspólczynnik naprezenia cieplnego ? 0,5 do 0,8 N/(mm2-K), temperature mieknienia 750 do 830°C przy lepkosci wynoszacej 107,6 dPa·s, temperature przemiany co najwyzej 1190°C przy lepkosci wynoszacej 10 dPa·s. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest oszklenie ognioodporne o ognioodpomości klasy G składające się z szyby wykonanej ze szkła krzemianowo-sodowo-wapmowego, hartowanego na drodze cieplnej powietrzem w konwencjonalnej instalacji hartowniczej i posiadające właściwości szkła bezpiecznego.

Oszklenie ognioodporne o ognioodpomości klasy G i jego ramy oraz jego oprawa muszą wytrzymać, podczas testu ognioodpomości według normy DIN 4102 lub według normy ISO/DIS 834-1 działanie ognia i dymu przez pewien okres czasu. W tym czasie szyba nie może ani ulec pęknięciu pod działaniem naprężeń powstających w wyniku spadku temperatury między powierzchnią szyby i miejscami osadzenia jej brzegów, ani tez przekroczyć jej temperatury mięknienia, ponieważ w przeciwnym razie utraci stabilność i w skutek tego odsłoni otwór. Według czasu w minutach, w jakim wytrzymuje ona działanie ognia, ustala się klasy ognioodpomości G 30, G 60, G 90 lub G 120.

Szyby ognioodporne osadza się zwykle w ramach, które chronią w mniejszym lub większym stopniu brzegi szyb przed działaniem ciepła. Spadek temperatury, który występuje między środkiem szyby i jej brzegami, powoduje występowanie znacznych naprężeń rozciągających w strefie granicznej i w wyniku prowadzi do zniszczenia szyby, jeżeli nie zastosuje się specjalnego środka dla zrównoważenia tych naprężeń rozciągających. Środkiem takim jest hartowanie cieplne szyby powodujące powstawanie silnych początkowych naprężeń ściskających w strefie granicznej. Hartowanie cieplne umożliwia nadanie szybie dodatkowo właściwości szkła bezpiecznego, gdy hartowanie to zostanie wykonane tak, że w razie pęknięcia szyba rozpada się na drobne kawałki.

W zasadzie możliwe jest mierzenie wielkości początkowego naprężenia na powierzchni szyby i w strefie granicznej za pomocą fotoelastycymetrii. Taki pomiar fotoelastycymetryczny jest jednak stosunkowo drogi. W praktyce wielkości początkowych naprężeń ustala się w sposób pośredni przez oznaczenie wytrzymałości na zginanie/rozciąganie osiąganej w wyniku hartowania, według normy DIN 52303 lub normy EN 12150. W tym przypadku, badania wykazały konieczność zapewnienia wytrzymałości na zginanie/rozciąganie, co najmniej 120 N/mm , gdy szyba ma wytrzymywać naprężenia rozciągające powodowane spadkiem temperatury na brzegu. Ze względu na fakt, ze nie hartowana szyba ma podstawową wytrzymałość na zginanie/rozciąganie około 50 N/mm², oznacza to, iz należy zwiększyć tę wytrzymałość, przez hartowanie, o co najmniej 70 N/W. Wielkość tego zwiększenia wytrzymałości na zginanie/rozciąganie zgadza się bezpośrednio z wielkością początkowych powierzchniowych naprężeń ściskających.

Ponadto, czas ognioodpomości można zwiększyć przez zwiększenie głębokości osadzenia szyby w ramie. W przypadku wytrzymałości szyby na zginanie/rozciąganie 120 N/mm2 i głębokości osadzenia 10 mm, oszklenie ma np. klasę ognioodpomości zgodną z G 30, podczas, gdy głębokość osadzenia 20 mm umożliwia otrzymanie klasy ognioodpomości G 90.

Szyba wykonana ze zwykłego szkła flotacyjnego (szkła kwarcowego opartego na sodzie i wapnie palonym) może zostać odpowiednio zahartowana w konwencjonalnej instalacji hartowniczej ze względu na to, że szkło o takim składzie ma stosunkowo duzy współczynnik rozszerzalności cieplnej, większy niz 8,5x1 Θ'ίΚ'¹. Zwykłe szkło flotacyjne może osiągnąć wytrzymałość na zginanie/rozciąganie dochodzącą do 200 N/mm2. Szyba nie pęka, więc w wyniku działania naprężeń rozciągających powodowanych przez spadki temperatury, jeżeli głębokość osadzenia wynosi około 10 mm, lecz traci stabilność ze względu na jej stosunkowo niską temperaturę mięknienia około 730°C. Hartowane szyby wykonane ze szkła flotacyjnego mają więc, w normalnych warunkach instalacyjnych, najczęściej klasę ognioodpomości G 30.

Znane są jednak także monolityczne szyby o klasie ognioodpomości G 60 i większej. Te szyby składają się z zestawów mających wysokie temperatury mięknienia, wynoszące powyżej 815°C, i z tego powodu wykazują dłuzszy czas odporności podczas testu ognioodpomości. W tym przypadku, okazuje się, ze szczególnie odpowiednie są szkła termoodporne bazowane na borokrzemianach i na glinokrzemianach. Jednakże, również te szyby wymagają hartowania na drodze cieplnej, aby były zdolne do wytrzymywania

188 208 dużych naprężeń rozciągających występujących w ich strefie granicznej podczas wykonywania testu ognioodporności.

Stosowanie hartowania cieplnego oszkleń dla barier przeciwpożarowych wykonywanych ze szkieł termoodpomych bazowanych na borokrzemianach lub na glinokrzemianach jest znane z dokumentów DE 23 13 442 B2 i DE 24 13 552 B2. Według tych dokumentów do hartowania nadają się tylko szkła, dla których produkt o rozszerzalności cieplnej, a osiąga współczynnik sprężystości E 1 do 5 kp-cm‘². °C'1 to znaczy szkła oparte na borokrzemianie lub na glinokrzemianie o rozszerzalności cieplnej a.20-300 = 3 do 6,5xl0'⁶ °C^_1. Jednakże zahartowania brzegów niezbędnego dla tych szyb nie można osiągnąć za pomocą zwykłego hartowania powietrznego w instalacji hartowniczej, lecz wymaga to stosowania specjalnego procesu polegającego na tym, że poddaje się ogrzewaniu szyby umieszczone między cienkimi płytkami ceramicznymi w taki sposób, iz brzegi szyby wystają spomiędzy tych płytek, a więc w czasie chłodzenia stygną szybciej, podczas gdy środek szyby stygnie wolniej w wyniku oddziaływania płytek. Wymaganą hartowność brzegów szyb można w ten sposób z pewnością osiągnąć, lecz tak otrzymane szyby nie mają żadnych właściwości szkła bezpiecznego.

Z dokumentu DE 43 25 656 C2 jest znane stosowanie, do wytwarzania monolitycznych oszkleń dla barier przeciwpożarowych, szkieł mających współczynnik rozszerzalności cieplnej a między 3 i 6xlO‘6K‘’, naprężenie cieplne właściwe < między 0,3 i 0,5 N/(mm2-K), temperaturę mięknienia (równą temperaturze przy lepkości 10⁷’6 dPa-s) powyżej 830°C i temperaturę przemiany (równą temperaturze przy lepkości 10⁴ dPa-s) między 1190 i 1260°C. Naprężenie cieplne właściwe jest wielkością swoistą dla szkła i obliczoną ze współczynnika rozszerzalności cieplnej a, współczynnika sprężystości E i współczynnika Poissona m według wzoru φ = a,-E/(l-m). Szyby mające te właściwości fizyczne mogą osiągać, w konwencjonalnej instalacji hartowniczej, zarówno początkowe naprężenia ściskające potrzebne na brzegach, jak i naprężenia hartownicze działające na całą powierzchnię niezbędną do rozpadania się szyby na drobne kawałki tak, ze zbędny jest specjalny sposób hartowania i skutkiem tego proces produkcji jest znacznie uproszczony. Szyby mające te właściwości fizyczne muszą, jednakże, koniecznie zawierać B2O3, AI2O3 i ZrÓ2 w ilościach, które komplikują proces stapiania i proces przemiany. Nie można więc, wytwarzać ich nadzwyczaj opłacalną metodą stosowaną do otrzymywania szkła flotacyjnego, jeżeli ich temperatura przemiany jest za wysoka, a stapianie dodatkowo wymaga specjalnego po stępowania.

Z dokumentu DE 28 18 804 B2 są znane zestawy szkła opar te na borokrzemianach, które niewątpliwie zostały przeznaczone do stosowania w oszkleniach dla barier przeciwpożarowych i które, ze względu na ich stosunkowo niską temperaturę przemiany, mogą być stapiane według metody dla szkła flotacyjnego, a więc także mogą być hartowane w zwykłej instalacji hartowniczej. Te szkła zawierają jednak 11,5 do 14,5% B2O3 i przy tym mają właściwości fizyczne podobne do właściwości szkieł znanych z dokumentu DE 43 25 656 C2. Nawet w przypadku tych szkieł początkowe naprężenia ściskające i wytrzymałość na zginanie/rozciąganie, jakie mogą być osiągnięte przez hartowanie są ograniczone do stosunkowo małych wartości i ponadto te szkła powodują znane trudności i kłopoty występujące podczas stapiania szkieł borokrzemianowych.

Celem wynalazku jest zapewnienie monolitycznego oszklenia o ognioodporności klasy G dla bariery przeciwpożarowej, które zarówno może być zahartowane powietrzem w konwencjonalnej instalacji hartowniczej, jak i które składa się ze szkła posiadającego zestaw składników topniejących bez problemów ekonomicznych i technologicznych oraz które może być przetwarzane na szkło płaskie zwykłą metodą otrzymywania szkła flotacyjnego, umożliwiającą wytwarzanie szkła porównywalnego pod względem wyglądu i właściwości fizycznych ze znanym szkłem flotacyjnym

Przedmiotem wynalazku jest oszklenie ognioodporne o ognioodporności klasy G składające się z szyby wykonanej ze szkła krzemianowo-sodowo-wapniowego hartowanego na drodze cieplnej powietrzem w konwencjonalnej instalacji hartowniczej i posiadające właściwości szkła bezpiecznego, charakteryzujące się tym, ze składa się ze szkła zawierającego w % wagowych'

188 208

S1O2	65-76
Na₂O	6-12
CaO	9-13
K₂O	0,1-6
AI2O3	0-1,5
MgO	0-3
SrO	0-4
ZrO2	0-6

przy czym szkło ma współczynnik rozszerzalności cieplnej α2ο-3οο 6 do 8,5x10⁶K'', współczynnik naprężenia cieplnego ψ 0,5 do 0,8 N/(mm²'K), temperaturę mięknienia 750 do 830°C przy lepkości wynoszącej 10⁷6 dPa-s, temperaturę przemiany co najwyżej 1190°C przy lepkości wynoszącej l0⁴ dPa-s.

Korzystnie oszklenie ognioodporne według wynalazku składa się ze szkła o współczynniku rozszerzalności cieplnej α.20-300 6,5 do 7,5x10'6k-, współczynniku naprężenia cieplnego ψ 0,6 do 0,7 N/(mm²-K) i temperaturze mięknienia 800 do 820°C.

Korzystnie oszklenie ognioodporne według wynalazku składa się z kompozycji szkła o następującym składzie w % wagowych:

SiO2 73-76

CaO 11-13

Na2O 10-12

K2O 0,1-0,5

AI7O3 0,5-1,5.

SiO2

CaO

MgO

SrO

Na₂O

K₂O

AI2O3

ZrO

65-69

9-11

1- 3

2- 4 6-8 4-6

0,5-1,5

4-6.

Korzystnie oszklenie ognioodporne według wynalazku charakteryzuje się tym, że szyba wykazuje początkowe powierzchniowe naprężenie ściskające rzędu 120 do 200 N/mm2 i korzystnie rzędu 150 do 190 N/mm².

Stwierdzono, ze szkła mające właściwości oszkleń według wynalazku nie tylko stapiają się stosunkowo dobrze, lecz także są szczególnie odpowiednie do wytwarzania monolitycznych oszkleń dla barier przeciwpożarowych, ponieważ, nawet w przypadku konwencjonalnego hartowania powietrzem mają one wyraźnie lepszą wytrzymałość na zginanie/rozciąganie niż szkła oparte na borokrzemianach i glinokrzemianach znanych w dziedzinie produkcji oszkleń dla barier przeciwpożarowych. Dzięki ich większemu współczynnikowi rozszerzalności cieplnej i ich większemu współczynnikowi naprężenia cieplnego, można w rzeczywistości osiągnąć, za pomocą zwykłej instalacji hartowniczej, wyraźnie większe wytrzymałości na zginanie/rozciąganie, to znaczy wyraźnie większe początkowe naprężenia ściskające, żeby wydatnie zwiększyć odporność na różnicę temperatur. która może wystąpić między osadzonym zimnym brzegiem i środkiem szyby. Ponadto okazało się, ze odporność tych szkieł była całkowicie wystarczająca do otrzymania klasy ognioodporności G 30, nawet w przypadku osadzenia ich w ramie na głębokość 10 mm Szkła stosowane według wynalazku umożliwiają to także, jednakże, aby otrzymać klasy

188 208 ognioodporności większe niz G 60, G 90 lub faktycznie nawet G 120, jeżeli takie są wymagane, wówczas należy wytwarzać szyby o większej grubości i ramy, w których są one głębiej osadzane, to znaczy ramy, które więcej zakrywają brzegi szyby, np. do 25 mm.

Przykład I. Do wytworzenia oszklenia dla bariery przeciwpożarowej użyto płaską szybę o grubości 5 mm wykonaną metodą otrzymywania szkła flotacyjnego i stanowiącą zestaw o następującym składzie w % wagowych: 75,4% S1O2, 11,0% Na2O, 12,0% CaO, 1,0% Al 2O3, 0,3% K2O, 0,3% innych tlenków.

To szkło posiadało następujące właściwości fizyczne: współczynnik rozszerzalności cieplnej 0120-300 = 7,6xlO’⁶K^_l współczynnik naprężenia cieplnego φ = 0,69 N/(mm²-K) współczynnik sprężystości E = 7,14x10⁴ współczynnik Poissona μ - 0,215 temperaturę mięknienia Ts = 771°C temperaturę przemiany Tw = 1061°C.

Kilka szyb o wymiarach 90x55 cm poddano zmięknianiu brzegów i hartowaniu w pozycji poziomej w zwykłej powietrznej instalacji hartowniczej. Po zakończeniu tej operacji ogrzano szyby do temperatury około 670°C i ochłodzono je gwałtowanie za pomocą dwóch zwykłych komór nadmuchowych. Komory nadmuchowe były wyposażone w dysze nadmuchowe rozmieszczone w rzędach. Odległość między rzędami dysz nadmuchowych wynosiła około 8 cm, odległość między dwiema dyszami w każdym rzędzie dysz nadmuchowych wynosiła 3 cm, a średnica otworu w każdej dyszy -8 mm. Odległość między otworami dysz i powierzchnią szkła wynosiła około 5 cm, a ciśnienie statyczne powietrza w komorach nadmuchowych -7,5 kPa± 10%.

Pomiary wytrzymałości na zginanie/rozciąganie hartowanych szyb wykonane metodą opisaną w normie EN 12150 wykazały, ze wytrzymałość ta jest rzędu 210 ± 10 Ymni. Ta wartość koresponduje z początkowym powierzchniowym naprężeniem ściskającym około 160 N/mm2.

Testy ognioodporności według normy ISO/DIS 834-1 zostały wykonane dla trzech takich samych szyb osadzonych w ramie na głębokość 10 mm. Podczas dwóch testów ognioodpomości szyby stawiały opór ogniowi przez 65 minut, a podczas trzeciego testu ognioodporności, szyby stawiały opór przez 71 minut. To oszklenie dla bariery przeciwpożarowej spełniało więc warunki klasy ognioodporności G 60.

Przykład II. Użyto szyby o grubości 6 mm posiadające ten sam zestaw składników co szyby z przykładu I, a więc wykonane metodą otrzymywania szkła flotacyjnego. Szkło posiadało więc te same właściwości fizyczne jak szkło z przykładu I. W tym przypadku kilka szyb o wymiarach 70x150 cm2 poddano zmięknianiu brzegów i hartowaniu na drodze cieplnej w takich samych warunkach jak w przykładzie I.

Pomiary wytrzymałości na zginanie/rozciąganie dały wartości 250 ± 15 N/mm ² Testy ognioodporności wykonano dla trzech spośród tych szyb o grubości 6 mm osadzonych, podczas wykonywania doświadczeń, w ramie metalowej na głębokość 15 mm Podczas trzech testów ognioodporności czas odporności osiągnął powyżej 90 minut tak, ze te oszklenia dla barier przeciwpożarowych o grubości 6 mm i głębokości osadzenia w ramie wynoszącej 15 mm spełniły wymagania klasy ognioodporności G 90.

Przykład III. Do wykonania oszklenia dla bariery przeciwpożarowej użyto szkło z zestawu o następującym składzie: 67,0% SiO2, 10,0% CaO, 2,0% MgO, 2,5% SrO, 7,0% Na2O, 5,0% K2O, 1,0% Al 2O3 i 5,5% ZrO2.

To szkło posiadało następujące właściwości fizyczne: współczynnik rozszerzalności cieplnej 020-300 współczynnik naprężenia cieplnego φ współczynnik sprężystości E współczynnik Poissona μ

0,76 N/(mm²-K) 7,7x10⁴ N/nmr²0,21

188 208 temperaturę mięknienia Ts temperaturę przemiany Tw = 800°C =1190°C.

Wyprodukowano taśmę szklaną o grubości 8 mm ze stopionego szkła według metody otrzymywania szkła flotacyjnego. Wykonano kilka szyb o wymiarach 150x70 cm², poddano formowaniu ich brzegi i zahartowano je w sposób opisany w przykładzie I w zwykłej powietrznej instalacji hartowniczej.

Pomiary wytrzymałości na zginanie/rozciąganie hartowanych szyb dały wartości 235 ± ± 10 N/mm2.

Testy ognioodpomości według wymienionej normy wykonano dla trzech hartowanych płyt tego samego rodzaju o grubości 8 mm i osadzonych, w tym przypadku, w ramie metalowej na głębokość 22 mm. Podczas trzech testów ognioodpomości, czas odporności wyniósł powyżej 120 minut, tak ze to oszklenie dla bariery przeciwpożarowej spełniło warunki klasy ognioodpomości G 120.

188 208

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Oszkleniz oenie odporne o onnio odporności klasy G składająca się z szyby wyko nanej ze szkła krzemianowo-sodowo-wapkiowego hartowanego na drodze cieplnei powietrzem w konwencjonalnej instalacji hartowniczej i posiadające właściwości szkła bezpiecznego, znamienne tym, ze składa się ze szkła zawierającego w % wagowych:

SiO2 65-76 Na.O 6-12 CaO 9-13 K2O 0,1-6 Al 2O3 0-1,5 MgO 0-3,0 SrO 0-4,0 ZrO 2 0-6,0

przy czym szkło ma współczynnik rozszerzalności cieplnej 020-300 6 do 8,5x10'⁵K^_1, współczynnik naprężenia cieplnego φ 0,5 do 0,8 N/(mm²-K), temperaturę mięknienia 750 do 830°C przy lepkości wynoszącej 10⁷’⁶ dPa-s, temperaturę przemiany co najwyżej 1190°C przy lepkości wynoszącej l0⁴ dPa-s.
2. Oszklenie ognioodporne według zastrz. 1, znamienne tym, ze składa się ze szkła o współczynniku rozszerzalności cieplnej α20-300 6,5 do 7,5x10'⁶K-'·, współczynniku naprężenia cieplnego φ 0,6 do 0,7 N/(mm 2-K) i temperaturze mięknienia 800 do 820°C.
3. Oszklenie ognioodporne według zastrz. 1, znamienne tym, że składa się z kompozycji szkła o następującym składzie w % wagowych:

SiO2 73-76 CsO 11-13 Ns₂O 10-12 K₂n 0, 1- 0,5 AbO 3 0,5-1,5
4. Oszklemz ognioodporne wedluw załstg . Sj mamieiam tym, że skłżda kię z komzozycji szkła o następującym składzie w % wagowych:

SiO2 65-69 CaO 9-11 MgO 1-3 SrO 2-4 NS2O 6-8 K₂O 4-6 AI2O3 0,5-1,5 ZrO 4-6.
5. Oszklnnie ogmooddoma wede^ ^HZz 1 rlb o 2, aUTO 3, afto 4, kn am lenn’ tynk ze szyba wykazuje początkowe oowierzchdiowg naprężenie ściskające rzędu 120 do 200 N/mm² i ktorzysi.nie rzędu 1150 do 190 ZNimm.

* * *

188 208