CH700398B1 - Brandschutzsicherheitsglas. - Google Patents

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Abstract

Will man Brandschutzgläser mit einer wässrigen alkalisilikathaltigen Zwischenschicht mit Sicherheitsgläsern kombinieren, so steht man vor der Aufgabe, wie man ein schon gefertigtes Brandschutzglas mit hitzeisolierendem und/oder kühlendem Material in der Zwischenschicht mit einem Sicherheitsglas mittels Verkleben mit einer Folie unter der nötigen Wärmeeinwirkung für das Verkleben zusammenbringt, ohne dass eine Trübung des Brandschutzglases eintritt. Dieses Problem löst die Erfindung. Beim Verfahren zum Verbinden eines vorgefertigten, flächigen Verbundkörpers bestehend aus mindestens einer mit hitzeisolierendem und/oder kühlendem Material gefüllten, geschlossenen Kammer aus zwei Glasscheiben und Rundumdichtung mit mindestens einer weiteren Glasscheibe, wird auf einer der beiden Komponenten (Kammer und Scheibe) eine Schmelzklebefolie aufgebracht, die andere Komponente an die Schmelzklebefolie gebracht und die so erhaltene Kombination unter Druck und Temperatur miteinander verbunden.

Description

[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Schutzgläser wie für Hitze- bzw. Branddämmung durch Mittel, welche die Brandausbreitung behindern, aber auch Schutzgläser wie Sicherheitsgläsergegen mechanische Intrusion. Bei Brandschutzgläsern, welche in transparenten Wänden, Fenstern und Türen Verwendung finden, kommt es darauf an, im Falle eines Brandes eine temporäre Hitzebarriere zu erzeugen, jedoch im Normalbetrieb eine transparente Absperrung zu haben. Dasselbe erwartet man von Sicherheitsgläsern, die im Falle einer Explosion, eines Angriffs mit Schusswaffen oder Einbruchs den Raum schützen.
[0002] Es gibt verschiedene Arten von Schutzgläsern gegen Brandausbreitung entsprechend den Anforderungen im Brandfall. In der Regel sind es Verbundgläser mit zwei- bis mehreren Glasschichten, die durch Haft- bzw. Klebefolien zusammengehalten sind. Bei höherer thermischer Dämmleistung sind bspw. zwischen zwei Scheiben hitzeisolierende und/oder kühlende Materialien, sogenannte Brandschutzschichten oder Interlayer eingebracht. Bekannt dafür sind wasserhaltige Alkalisilikate. Beispielsweise zeigt die EP 0 620 781 ein lichtdurchlässiges Hitzeschutzelement, wo die Schutzschicht ein aus Alkalisilikat und mindestens einem Härter gebildetes Polysilikat ist. Solche Polysilikate sind unter üblichen Anwendungsbedingungen völlig transparent, aber die Transparenz ist nicht hitzebeständig, schon bei Temperaturen von gegen 80 °C beginnen sie sich irreversibel zu trüben und aufzuschäumen.
[0003] Auf die gleiche Weise, durch Verkleben von flächigen Gläsern mit Folien, werden auch Sicherheitsgläser aufgebaut, welche hohen mechanischen Belastungen (Explosion, Hammer, Pickel, Geschosse) widerstehen sollen. Obschon diese Verbünde eine grosse Ähnlichkeit aufweisen, unterscheidet sich die Herstellung dieses Sicherheits-Verbundglases wesentlich von der Herstellung von Brandschutz-Verbundgläsern mit aufschäumender Brandschutzschicht. Als Beispiel zum Stand der Technik sei die DE OS 2 347 955 zur Herstellung schlagfester Verglasungstafeln genannt. Es sind im Wesentlichen Scheiben, die durch Härtungsbehandlungen verschiedene Stärken aufweisen und die mit Schichten von Kunststoffmaterial zu einer Gruppe zusammengefügt sind.
[0004] Die bspw. Herstellung eines Sicherheitsglases (DE OS 2 347 955) geschieht durch Aufziehen einer Schmelzklebefolie, bspw. PVB, auf die eine Glasfläche, und nach Aufsetzen der zweiten Glasfläche wird der Verbund unter Wärmeeinwirkung zusammengepresst und auf diese Weise verbunden. Die Erweichungs- bis Schmelztemperaturen solcher Folien variieren zwischen 70 bis 180 °C. Bei Brandschutzgläsern mit hoher thermischer Dämmleistung, wie oben erwähnt zu EP 0 620 781, wird aus zwei Scheiben und Dichtmitteln entlang des Randbereiches der Scheiben eine Kammer gebildet, welche mit hitzeisolierendem und/oder kühlendem Material gefüllt und anschliessend verschlossen wird. Dieses Material ist in der Regel ein Alkalipolysilikat mit möglichst hohem Wassergehalt. Silikate werden organischen gelartigen «Polymer-Hydrogelen» bevorzugt, weil sie unbrennbar sind und zudem im Brandfall aufschäumen können. Diese Brandschutzgläser beginnen unter Wärmeeinwirkung und Wärmeaufnahme das in der Silikatmatrix aggregierte Wasser unter Energieaufnahme zuerst zu erwärmen, dann abzuspalten und schliesslich zu verdampfen, dabei wird das bei Raumtemperatur völlig transparente Polysilikat zwischen den Scheiben opak und völlig trübe, da es aufschäumt. Eine sichtbare Opakisierung kann durch Loslösen von aggregiertem Wasser in feinster Blasenbildung schon bei relativ niederen Temperaturen, bspw. zwischen 60–70 °C, eintreten. Es ist klar, dass bei der Herstellung solcher Verbunde Temperaturen mit dieser Wirkung vermieden werden müssen. Will man aber solche Brandschutzgläser mit Sicherheitsgläsern kombinieren, so steht man vor der Aufgabe, wie man ein vollständig gefertigtes Brandschutz-Verbundglas mit hitzeisolierendem und/oder kühlendem Material als Zwischenschicht mit einem ein- oder mehrschichtigen Sicherheitsglas durch Verkleben mit einer Folie unter der geforderten Wärmeeinwirkung zusammenbringt, ohne dass eine Trübung des Verbundes eintritt. Dieses Problem löst die Erfindung.
[0005] Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass in der Kammer mit dem wasserhaltigen Polysilikat bei Erwärmung die Blasen- und erst recht eine stärkere Dampfbildung bis zum Aufschäumen verhindert werden muss. Denn eine einmal erfolgte Trübung ist irreversibel. Aus der Physik ist bekannt, dass der Siedepunkt einer Flüssigkeit vom herrschenden Umgebungsdruck abhängig ist. Der Siedepunkt ist umso höher, je höher der Umgebungsdruck ist. Ebenso ist die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten in der Regel höher, wenn der Druck steigt. Eine Blasenbildung im hitzeisolierenden und/oder kühlenden Material kann demnach durch einen applizierten höheren Umgebungsdruck gezielt unterdrückt werden. Die Erfindung geht davon aus, dass auch die Aggregation des Wassers an das Substrat druckabhängig ist, also bei erhöhtem Druck die Desaggregation des Wassers verzögert wird.
[0006] Übliche transparente Schmelzklebefolien bzw. Verbundfolien zum Verbinden von Glasscheiben sind bspw. PVB (Polyvinylbutyral), EVA (Ethylenvinylacetat), THV (Fluorpolymere), PU (thermoplastische Polyurethane). Diese Folien haben einen Erweichungsbeginn bei Temperaturen von 75–140 °C. Fluorpolymere müssen bei noch höheren Temperaturen von 150–180 °C verpresst werden. Das sind alles Temperaturen, bei denen sich die Polysilikat-Verbundgläser eintrüben und aufschäumen würden, wenn sie mittels einer Folie mit dem Sicherheitsglasverbund verklebt werden. Das hergestellte Verbundprodukt wäre dann nicht mehr vollständig transparent.
[0007] Das Polysilikat-Brandschutzglas besteht aus mindestens einer rundum verschlossenen Kammer aus mindestens zwei, mit Abstand zueinander angeordneten Glasscheiben, wobei die zwischen den Glasscheiben gebildete Kammer entlang der Randbereiche der Glasscheiben mittels einer Rundumdichtung abgedichtet ist und das wasserhaltige Brandschutzsubstrat die Kammer zwischen den Glasscheiben ausfüllt. Dieses Medium bzw. Brandschutzsubstrat ist inkompressibel, es verhält sich unter Druck annähernd wie ein Festkörper, das heisst, dass ein Druck von aussen auf die Glasscheiben sich nach innen fortpflanzt, sodass die Matrix mit dem eingelagerten bzw. aggregierten Wasser unter Druck steht und damit das Wasser ebenfalls. Durch die Verbundstabilität der geschlossenen und abgedichteten Kammer darf dieser Druck praktisch beliebig hoch sein, zumindest so hoch, dass bei der nötigen Verbindungstemperatur der gewünschten Folie keine Bläschenbildung einsetzt, mit andern Worten, die Silikatmatrix sich nicht eintrübt und aufschäumt. Die Rundumdichtung um die Kammer ist durch einen, an sich bekannten, sogenannten Randverbund gebildet. Dieser Randverbund hat die Aufgabe, die beiden, die Kammer begrenzenden Glasscheiben miteinander zu verbinden und im richtigen Abstand zueinander zu halten und er bildet gleichzeitig die Abdichtung der Kammer. Derartige Randverbunde sind beispielsweise aus EP 0 590 978 oder EP 0 970 930 bekannt.
[0008] Versuche in einem industriellen Druckautoklaven zur Herstellung von Verbundglas haben gezeigt, dass bei Drücken von 5 bar Folienverbindungstemperaturen von bspw. 125 °C während 2,5 Stunden aufrechterhalten werden konnten, ohne dass der Polysilikatverbund eine Trübung gezeigt hätte. Der im Autoklaven herrschende Umgebungsdruck (z.B. von 5 bar) unterdrückt den Siedepunkt des Wassers in der Brandschutzscheibe und verhindert dadurch ein Aufschäumen des hitzeisolierenden und/oder kühlenden Materials, welches bei Normaldruck bei der applizierten Umgebungstemperatur vollständig aufschäumt. Die erhaltenen Resultate zeigen überraschenderweise, dass die Übertragung des Drucks auf das hitzeisolierende und/oder kühlende Material gelingt, obwohl es durch ein umlaufendes Abdichtungssystem aus Polymeren vollständig verschlossen ist. Ein beispielsweises Vorgehen zur Verbindung einer fertiggestellten Polysilikatverbund-Einheit und einem ballistischen Verbundglas zu einem transparenten Verbund umfasst folgende Schritte: 1. Auf das bereits vorbereitete Brandschutzglas mit der Polysilikat-Zwischenschicht wird bei Raumtemperatur die gewünschte Schmelzklebefolie mit z.B. einer Schmelztemperatur von 125 °C aufgebracht. 2. Die andere Komponente bzw. je nach Glasaufbau die anderen Komponenten (Multi-Laminate) werden passgenau über das Brandschutzglas aufgelegt. 3. Je nach Notwendigkeit kann der so geschaffene noch lose Verbund in einen Vakuumsack eingebracht und dieser evakuiert werden. Eine weitere Möglichkeit, restliche Luft aus dem Vor-Verbund zu entfernen, liegt in einer über die Glaskante aufgebrachten Kunststofflippe, mittels derer ein Vakuum appliziert werden kann. 4. Mit oder ohne Vakuumsack wird der nun zu erhitzende Verbund in einen Autoklaven eingefahren und dieser verschlossen. 5. Der Autoklav wird nun mit Druck beaufschlagt und dann beheizt. Während der Druck relativ rasch steigt, dauert die Aufheizung der zu verpressenden Materialien länger. 6. Bei ca. 4 bar wird der Druck gehalten, während die Temperatur noch ansteigt. 7. Erreicht die Temperatur im Autoklaven ca. 80 °C, wird mit dem Druck sukzessive dem Temperaturverlauf nachgefahren. 8. Ist die Schmelztemperatur von 125 °C erreicht, wird der Druck weiter auf 8 bar erhöht und Temperatur wie Druck gehalten. 9. Dieser Druck wird aufrechterhalten, während die Temperatur wieder abgesenkt wird und erst bei Erreichen der Raumtemperatur vor Öffnen des Autoklaven auf Raumdruck abgesenkt.
[0009] Die Schritte 1 und 2 können auch abweichend ausgeführt werden, indem die Schmelzklebefolie auf die Komponente mit mindestens einer Glasscheibe aufgebracht wird und anschliessend das Brandschutzglas als andere Komponente passgenau aufgelegt wird.
[0010] Der Autoklav selber wie auch das zu prozessierende Gut, d.h. die bis zu mehreren Quadratmeter grossen Verbundscheiben, haben ein grosses Wärmeaufnahmevermögen. Es liegt auf der Hand, dass das Temperaturprofil (die Wärmebehandlung) sich über eine längere Zeit erstreckt. Vom Verschliessen des Autoklaven bis zum Erreichen der Verbindungstemperatur des Schmelzklebers von 125 °C dauerte es ca. 90 Minuten. Gehalten wird die Verbindungstemperatur während ca. 165 Minuten. Ca. 60 Minuten dauert das Abkühlen auf 75 °C, wo diese Temperatur weitere ca. 130 Minuten gehalten wird. Die Abkühlung auf Raumtemperatur dauert weitere ca. 60 (bis 30 °C) bzw. 120 Minuten (bis 25 °C). Die Regulierung des Druckprofils verläuft natürlich rascher als die träge Regulierung des Wärmeprofils. Nach dem Entspannen des Reaktors kann der fertige Verbund dem Autoklaven entnommen werden. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass man trotz einer für Normaldrucke kritischen Umgebungstemperatur noch einen blasenfreien und nicht aufgeschäumten Brandschutzlayer vorfindet. Die Transparenz der hitzeisolierenden und/oder kühlenden Polysilikatmasse wurde in keiner Weise negativ beeinflusst. Der Einsatz eines Autoklaven hat den Vorteil, dass man pneumatische Druckverhältnisse hat, dass man Druck und Temperatur gemeinsam steuern kann und dass die Druck- sowie die Temperaturverteilung gleichmässig überall auf das Verfahrensgut einwirkt. Drücke bis 12 bar sind in Autoklaven üblich, auch Temperaturen bis 200 °C sind üblich, wobei es dann jeweils auf das Gut im Autoklaven ankommt.
[0011] Es sind aber auch andere Möglichkeiten der Druckbeaufschlagung denkbar, z.B. beheizte Pressen, wo der Druck mechanisch, allerdings nur in einer Richtung aufgesetzt wird und das gepresste Gut über die Pressstempel aufgeheizt werden kann. In diesem Fall ist die Wärmelatenz geringer, weil sich die Presse schneller abkühlen lässt, bspw. durch integrierte Kühlschlangen. Damit lässt sich die Aufheizzeit und Abkühlungszeit verkürzen. Es sind andere Wärmeprofile bzw. Wärmebehandlungen anwendbar.
[0012] Wird als eine Komponente ein vorgefertigtes Brandschutzverbundglas mit einem Interlayer und als andere Komponente ein mehrschichtiges Sicherheitsglas, welches aus mindestens zwei Glasscheiben und einer dazwischenliegenden Verbundfolie besteht, ausgewählt, so führt das erfindungsgemässe Verfahren zum Verbinden dieser Komponenten zu weiteren Vorteilen. Das mehrschichtige Sicherheitsglas muss nicht zwingend als vorgefertigte Komponente, mittels eines zusätzlichen Arbeitsverfahrens, hergestellt werden. Es ist möglich, in dem oben beispielhaft genannten Verfahrensschritt 2 die noch nicht miteinander verbundenen Teile des mehrschichtigen Sicherheitsglases passgenau auf das Brandschutzglas und die Schmelzklebefolie aufzulegen und auch die Glasscheiben und Verbundfolien des mehrschichtigen Sicherheitsglases während der Anwendung der nachfolgenden Verfahrensschritte 3 bis 9 miteinander zu verbinden. Damit kann ein zusätzlicher Arbeitsschritt eingespart werden. Auch bei dieser Variante ist das Produkt dieses Verfahrens ein transparentes Verbund-Brandschutzsicherheitsglas.
[0013] Der Verbundkörper bzw. das Verbund-Brandschutzsicherheitsglas weist eine Brandschutz-Seite und eine Verbundglas-Seite auf. Die Brandschutz-Seite besteht aus mindestens zwei oder mehreren, voneinander beabstandeten Glasscheiben. Zwischen je zwei Glasscheiben ist in einer Kammer ein Interlayer (wässrige, alkalisilikathaltige Zwischenschicht) angeordnet, und die Kammer ist im Randbereich durch einen Randverbund abgedichtet. Die Verbundglas-Seite besteht aus einem ein- oder mehrschichtigen Sicherheitsglas. Der Verbundkörper weist einen hohen Schutz und Widerstand gegen Feuer, Beschuss oder Explosion auf und schützt auch bei terroristischen Angriffen.

Claims (16)

1. Verfahren zum Verbinden eines vorgefertigten Brandschutzglases als erste Komponente, bestehend aus mindestens einer mit Silikat-Material gefüllten, geschlossenen Kammer aus zwei voneinander beabstandeten Glasscheiben und Rundumdichtung, mit mindestens einer weiteren Glasscheibe als zweite Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Breitseiten einer der beiden Komponenten, Brandschutzglas oder Glasscheibe, eine Schmelzklebefolie aufgebracht wird, die andere Komponente an die Schmelzklebefolie gebracht wird und der so erhaltene Verbund unter Druck und Temperatur miteinander zu einem transparenten Verbundkörper verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten durch pneumatischen Druck und Temperatur verbunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten durch mechanischen Druck und Temperatur verbunden werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Komponenten vorgefertigte Komponenten sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente ein Alkalisilikat-Brandschutzglas und die zweite Komponente ein mehrschichtiges Verbund-Sicherheitsglas ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente in der Form eines mehrschichtigen Verbund-Sicherheitsglases im gleichen Verfahrensschritt hergestellt wird, mit welchem die Komponenten Brandschutzglas und Sicherheitsglas miteinander verbunden werden.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Druck und Temperatur durch einen Autoklaven beaufschlagt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Druck und Temperatur mittels einer beheizbaren Presse beaufschlagt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einem gewählten Temperaturverlauf ein Druckverlauf überlagert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass einem gestuften Temperaturverlauf ein gestufter Druckverlauf überlagert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf vor dem Temperaturverlauf gestartet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beaufschlagen des Druckes der Verbund mit den Komponenten evakuiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund mit den Komponenten vor dem Einführen in die druckgebende Einrichtung in einen luftdichten Sack oder Beutel eingebracht und anschliessend oder innerhalb der druckgebenden Einrichtung evakuiert werden.
14. Verbundkörper hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Verbundkörper nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Brandschutz-Seite und eine Verbundglas-Seite.
16. Verbundkörper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brandschutz-Seite einen gegossenen, nicht getrockneten Interlayer aufweist, der mittels eines Giessharzverfahrens hergestellt wurde, wobei der Interlayer die Silikat-Materialfüllung der geschlossenen Kammer bildet.
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