ES2127760T5

ES2127760T5 - Vidrio resistente al fuego.

Info

Publication number: ES2127760T5
Application number: ES92921180T
Authority: ES
Inventors: Brian John Collins; Graham Beverly Hinett; Michael Westley Hayden; Martin Edmund Clarges
Original assignee: Caradon Doors and Windows Ltd
Current assignee: Wendland Roof Solutions Ltd
Priority date: 1991-10-11
Filing date: 1992-10-12
Publication date: 2010-08-27
Anticipated expiration: 2012-10-12
Also published as: KR100233155B1; DE69228482T3; JP3256231B2; CN1071901A; CA2119581C; HU9401001D0; DE69228482D1; HK1009959A1; DK0607244T3; AU2757092A; AU662933B2; DK0607244T4; ATE176896T1; US5624760A; SG43671A1; EP0607244B1; HUT67907A; CA2119581A1; EP0607244B2; GB9121581D0

Abstract

SE DESCRIBE UNA LAMINA DE VIDRIO (2) QUE OFRECE UNA RESISTENCIA AL FUEGO DE FORMA QUE NO SE ROMPE EN PEDAZOS BAJO UN DESARROLLO DE CALOR DE HASTA 900 C. EL VIDRIO COMPRENDE UN FINO REVESTIMIENTO (1) EN UNA O AMBAS SUPERFICIES, EL CUAL ES ESTABLE Y ADHERENTE AL VIDRIO HASTA UNA TEMPERATURA DE 900 C, EL REVESTIMIENTO COMPRENDE UN OXIDO, OXINITRURO, NITRURO O FLUORURO DE UN METAL O SILICONA, O SILICE DE METAL. LA LAMINA HA SIDO ENDURECIDA AL TEMPLARSE ANTES O DESPUES DE REVESTIRLA Y TIENE SUS BORDES (3) RECTIFICADOS Y PULIDOS ANTES DE TEMPLARLA PARA ELIMINAR IMPERFECCIONES.

Description

Vidrio resistente al fuego.

Esta invención se refiere al uso de vidrio resistente al fuego o ignífugo.

En el diseño y planificación de edificios, particularmente oficinas y casas, es importante considerar la prevención de la propagación del fuego. Existen básicamente tres tipos de productos de vidrio ignífugo que se utilizan normalmente en edificios. En primer lugar, existe el vidrio que se fabrica con una malla metálica u otro material ignífugo fundido o laminado dentro de la estructura que, por supuesto, reduce la visibilidad a través del vidrio. Mientras que este tipo de vidrio se rompe fácilmente cuando se somete a calor y llamas, el material ignífugo (por ejemplo malla metálica) allí presente mantendrá el vidrio en su lugar para resistir la propagación del fuego. Este primer tipo de producto de vidrio también tiene la desventaja de permitir la radiación térmica al área existente fuera del vidrio. En segundo lugar, existe un vidrio transparente que no se romperá durante al menos media hora cuando se somete a calor intenso en un ensayo definido en la Norma Británica BS 476, partes 20, 22 y otras, es decir al aumentar el calor hasta 900ºC. Este producto evitará la propagación de la llama pero no detendrá la radiación térmica al área existente fuera del vidrio. En tercer lugar, existe un vidrio que no se romperá durante al menos media hora cuando se somete a calor intenso (según se establece por la BS 476), y también evitará la radiación de calor intenso al área existente fuera del vidrio. Este producto se fabrica normalmente en una serie de láminas de vidrio y otros materiales que se combinan para evitar la conducción del calor.

El tercer tipo de vidrio (el producto laminado) es generalmente caro y pesado, y mientras que el primer tipo de vidrio es considerablemente más barato, no es estético generalmente. El segundo tipo de vidrio puede proporcionar una buena resistencia térmica sin ser necesariamente muy caro y resulta bastante estético.

Existen dos productos ignífugos actualmente disponibles que son de este segundo tipo. El primero de estos es una lámina de vidrio de borosilicato. El vidrio de borosilicato es por su naturaleza relativamente ignífugo. Sin embargo no puede ser endurecido satisfactoriamente por templado y por tanto no cumple ciertos requisitos de "vidrio de seguridad" como los establecidos por la Norma Británica 6206 A. Además el vidrio de borosilicato es más caro que el vidrio ordinario de sílice. El segundo producto es un producto transparente a base de cerámica que tiene una excelente resistencia al fuego pero tiene una escasa calidad óptica y no es adecuado como sustitución simple del vidrio para ventanas o paneles ordinarios.

Sería muy ventajoso poder suministrar un producto de vidrio ignífugo del segundo tipo descrito anteriormente, fabricado en vidrio ordinario a base de sílice puesto que es relativamente barato y tiene excelentes propiedades ópticas. Sin embargo el vidrio con base de sílice no es de por sí resistente al fuego: se fragmenta cuando se expone a calor intenso. Además, el endurecimiento del vidrio por templado no afecta significativamente a sus propiedades ignífugas: todavía se fragmenta cuando se expone a calor intenso.

Hemos descubierto ahora que un producto resistente al fuego del segundo tipo descrito anteriormente puede fabricarse en vidrio de sílice. De este modo, hemos desarrollado un vidrio para su uso en edificios, particularmente cuando se considera deseable o necesario evitar la propagación rápida del fuego y al mismo tiempo proporcionar la apariencia de una pieza estándar de vidrio "revestido". En particular, hemos encontrado el modo en el que tal vidrio ignífugo puede fabricarse de manera relativamente fácil y económica.

Según la presente invención, se proporciona el uso de una lámina de vidrio a base de sílice, que se ha endurecido por templado y que lleva directamente, en al menos una de sus superficies principales, un revestimiento fino de un compuesto que es estable y adherente a la superficie a temperaturas de hasta 900ºC, de modo que la lámina revestida no se fragmentará bajo una acumulación de calor de hasta 900ºC, habiendo pulido los bordes de la lámina de vidrio para eliminar todas las imperfecciones en tales bordes antes del templado, y para prevenir o reducir la propagación del fuego. La invención también proporciona el uso de una lámina a base de sílice para prevenir o reducir la propagación del fuego, en donde dicha lámina es de 4 a 8 mm de grosor y ha sido templada para endurecerla por calentamiento a una temperatura de 615ºC a 640ºC y luego enfriada, con lo que el vidrio cumple los requisitos de rotura de la BS 6206 A, habiendo sido esmerilados y pulidos los bordes de la lámina para eliminar todas las imperfecciones en dichos bordes antes del templado, y en donde cada cara principal de la lámina lleva un revestimiento fino de óxido de estaño pulverizado sobre las mismas, de modo que la lámina no se fragmentará bajo una acumulación de calor de hasta 900ºC, proporcionando la lámina revestida una visión clara e ininterrumpida.

Un método de fabricación de una lámina de vidrio ignífugo a base de sílice incluye la aplicación a una o ambas superficies principales de una lámina de vidrio de un revestimiento fino de un compuesto que es estable y adherente a la citada superficie a temperaturas de hasta 900ºC, siendo pulidos los bordes del vidrio con el fin de eliminar todas las imperfecciones en dichos bordes y siendo endurecido dicho vidrio por templado antes o después de aplicar el revestimiento o los revestimientos, siendo tal la lámina revestida resultante que no se fragmentará bajo una acumulación de calor de hasta 900ºC.

Una unidad de construcción ignífuga para su uso en un edificio, incluye una lámina de vidrio a base de sílice de la invención, montada en un bastidor ignífugo de madera o acero, utilizando materiales vítreos ignífugos, permitiendo la lámina una visión clara e ininterrumpida.

Han existido varias propuestas en el estado de la técnica para formar revestimientos sobre láminas de vidrio. Aparte del muy conocido aprovisionamiento de filtros y similares, también se conoce para formar revestimientos que contienen metal sobre una superficie de vidrio. La GB-A-1524650 describe láminas de vidrio templado que llevan una película de óxido de estaño termorreflectante y electroconductora en cada lado para su uso en montajes de ventanas para puertas de hornos. La lámina de vidrio de doble revestimiento tiene reflectancia infrarroja. Sin embargo, este tipo de vidrio no es adecuado para fines ignífugos puesto que se fragmentará cuando se exponga a una acumulación de calor de hasta 900ºC. La reflectancia térmica no es lo mismo que la termorresistencia: una lámina de vidrio puede tener alta reflectancia térmica por la presencia de una capa termorreflectante de base metálica y tener muy poca o ninguna resistencia al fuego. La GB-A-1565765 describe un método de proporcionar una fina película de óxido de estaño al vidrio, pirolizando un compuesto de estaño orgánico y suspendiendo el polvo en un gas portador de compuesto de flúor gaseoso. Según la GB-A-1524650, el revestimiento proporciona alguna protección contra el calentamiento por reflexión de rayos infrarrojos, pero el vidrio revestido no es apropiado como vidrio ignífugo en edificios, puesto que bajo un calor intenso tenderá a fragmentarse y permitir así la propagación del fuego.

La JP-A-57205343 describe el tratamiento superficial del vidrio para mejorar sus propiedades ópticas cuando se utiliza en baterías solares, cristales líquidos, láseres, etc. Las superficies de vidrio se pulen con un material abrasivo en aceite y luego se tratan térmicamente y se sumergen en KNO_{3} fundido para efectuar el intercambio iónico. Puede aplicarse entonces una película de óxido de indio. Este vidrio revestido es muy caro de fabricar y no es adecuado para la resistencia al fuego en edificios.

Para fines ignífugos, lo que se requiere es que una lámina de vidrio permanezca íntegra y que no se fragmente cuando se exponga al calor intenso de un fuego adyacente. De este modo, se evita la propagación física del fuego. Hemos descubierto que proporcionando una combinación nueva especial de tres características en una lámina de vidrio a base de sílice, se puede obtener una excelente resistencia al fuego. Si se omite una de las características de esta combinación, se pierde la excelente resistencia al fuego.

La lámina de vidrio según la presente invención proporciona una visión clara e ininterrumpida puesto que el revestimiento es fino y proporciona sólo un pequeño nivel de reflectancia visible. De este modo, hemos descubierto que una lámina de vidrio puede hacerse ignífuga sin pérdida significativa de claridad de visión, por el procedimiento relativamente simple de formar un revestimiento transparente fino como se define anteriormente sobre una o ambas de sus superficies, a condición de que se cumplan dos requisitos adicionales muy importantes, es decir que los bordes del vidrio estén esmerilados y que la lámina se endurezca por templado.

De acuerdo con la presente invención, se emplea vidrio ordinario (es decir, a base de sílice) como el producido por el procedimiento de línea de flotación patentado muy conocido y utilizado tradicionalmente para aplicaciones domésticas y comerciales. El grosor de la lámina de vidrio no es fundamental. Utilizamos normalmente láminas de 6 mm pero pueden utilizarse otros grosores. El vidrio se corta utilizando técnicas estándar y es templado (endurecido), preferiblemente según la BS 6206 A, de manera estándar. En el proceso de endurecimiento, el vidrio se templa en un horno utilizando un tiempo cíclico necesario para calentar el vidrio a una temperatura de 615ºC a 640ºC y luego enfriando rápidamente. Este proceso de templado (endurecimiento) es muy conocido y no se describirá aquí. Crea un modelo de tensión a través del producto para lograr un modelo de rotura conforme a la BS 6206 A. La Norma Británica 6206 A es una especificación respecto a los requisitos de comportamiento al impacto del vidrio de seguridad plano y los plásticos de seguridad para su uso en edificios. Deberá acudirse a la publicación para otros detalles.

Los bordes del vidrio son esmerilados para asegurarse de que no existen imperfecciones como "rebabas" o "cascarilla". Hemos descubierto que esto es un paso muy importante sin el cual el vidrio se fragmentará cuando se exponga a temperaturas más altas. Por lo tanto es muy importante eliminar las imperfecciones de los bordes de la lámina de vidrio y este paso se efectúa antes del paso del templado.

Cuando el vidrio tiene que endurecerse por templado, es conocida la aplicación de un esmerilado en basto a los bordes antes de eliminar las irregularidades relativamente grandes. Esto se llama "desbarbado" de los bordes. El grado de esmerilado es pequeño y mucho menor que el requerido en la presente invención. Es una característica preferente de la invención que los bordes esmerilados sean también pulimentados después. Convencionalmente, el pulido de los bordes del vidrio se utiliza sólo normalmente para lograr un efecto decorativo o algunas veces para hacer los bordes lo más seguros posibles cuando queden expuestos en el producto final. En la presente invención, el esmerilado puede efectuarse por ejemplo utilizando una muela impregnada de partículas de diamante, y el pulimentado puede realizarse por ejemplo utilizando una muela de fibra. Debido a la importancia de eliminar todas las imperfecciones de los bordes, éstos se inspeccionarán tras el tratamiento para asegurarse de que cumplen los requisitos más rigurosos de la
invención.

Los revestimientos pueden formarse de cualquier modo adecuado, pero preferimos utilizar procesos de deposición en plasma, tales como pulverización, deposición química mejorada en plasma y en fase vapor, deposición química en fase vapor, evaporación o deposición en plasma por haz iónico. De estos, la pulverización es con frecuencia la más apropiada. La naturaleza de estos procesos es muy conocida y por lo tanto la descripción adicional de los mismos no se ofrece aquí.

Los revestimientos se forman directamente sobre la superficie del vidrio. La naturaleza del revestimiento puede variar ampliamente. Creemos que puede utilizarse cualquier material de revestimiento que sea estable a las altas temperaturas halladas en la resistencia al fuego (por ejemplo 900ºC) y que se adherirá bien a la superficie del vidrio bajo estas condiciones y en su uso ordinario. Entre los materiales de revestimiento preferibles se encuentran los óxidos, nitruros, oxinitruros, y fluoruros de silicio o un metal y siliciuros metálicos (incluyendo cualquier mezcla de dos o más materiales de éstos). La elección particular del material de revestimiento dependerá de circunstancias tales como el coste y la técnica de aplicación a utilizar. Preferimos utilizar óxido de estaño y aplicarlo por pulverización, pero existen muchas otras posibilidades incluyendo óxidos u otros componentes de aluminio, níquel, cromo, titanio, cobre y aleaciones tales como aleaciones de cromoníquel y acero inoxidable.

El grosor del revestimiento es preferiblemente controlado para que sea el mínimo requerido para proporcionar la pirorresistencia deseada. Esto es ventajoso económicamente y también porque cuanto más fino es el revestimiento menor es la interferencia en visibilidad a través del vidrio. Generalmente, el grosor del revestimiento estará en el intervalo de 10 angstroms a 1 micrómetro, con revestimientos generalmente en el extremo inferior de este intervalo. La reducción en la transmisión de luz visible debido al revestimiento será normalmente inferior a 10%. Para el óxido de estaño, el grosor preferible mínimo es aproximadamente de 10 angstroms. Se entiende que la medición de los revestimientos de óxidos metálicos muy finos es inherentemente imprecisa y deseamos indicar el orden de magnitud más bien que cualquier cifra precisa. El grosor óptimo en cualquier caso particular puede determinarse por pruebas y experimentos rutinarios. Creemos que el grosor mínimo requerido para lograr la pirorresistencia deseada es el mismo para todos los revestimientos que puedan utilizarse.

El revestimiento puede aplicarse al vidrio a base de sílice antes o después del paso de templado. Sin embargo, el tratamiento de los bordes debe efectuarse antes del templado. De este modo, por ejemplo, las láminas de vidrio pueden esmerilarse y templarse y luego revestirse o alternativamente el vidrio revestido puede esmerilarse y luego templarse.

Las láminas de vidrio a base de sílice pueden ser revestidas en un lado solamente y considerando que este lado es el opuesto al fuego, se obtendrá la pirorresistencia. Sin embargo, generalmente es mucho más conveniente revestir ambos lados del vidrio de modo que no haya limitaciones de orientación en su uso final.

El uso principal de las láminas de vidrio a base de sílice de la invención es en la construcción de edificios para proporcionar las propiedades ignífugas requeridas. De este modo, pueden utilizarse para ventanas exteriores o interiores, por ejemplo, o en paredes y mamparas interiores o en otras unidades de vidrio. Normalmente irán montadas en un bastidor ignífugo de metal o de madera, utilizando materiales de vidrio ignífugos tales como cintas y similares, de modo que la unidad en su totalidad proporcione la pirorresistencia deseada.

Para comprender totalmente la invención, se proporcionan los siguientes Ejemplos sólo a modo de ilustración. En los Ejemplos, se hace referencia a los dibujos que la acompañan en los que:

La Figura 1 es un gráfico de la temperatura del horno durante la prueba del vidrio, frente al tiempo:

La Figura 2 es una sección a través de una modalidad de la lámina de vidrio ignífugo de la invención;

La Figura 3 es una vista en planta de una modalidad de la unidad de construcción de la invención dada a modo de ejemplo solamente.

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Ejemplo 1

Una lámina de vidrio a base de sílice de 6 mm y aproximadamente de un metro cuadrado fue esmerilada y pulida para eliminar todas las imperfecciones de los bordes. La lámina fue después templada en un horno de templado convencional y enfriada para lograr un modelo de rotura conforme a la BS 6206 A. La lámina endurecida fue después revestida en ambas superficies con un revestimiento fino de óxido de estaño utilizando una planta de pulverización en vacío y en magnetrón de corriente continua. La lámina fue revestida primero en un lado, y luego se pasó por la planta una segunda vez para revestir el otro lado. El grosor del revestimiento fue de aproximadamente 10 angstroms.

El vidrio revestido tenía la posibilidad de resistir un aumento de calor de hasta al menos 900ºC según lo requerido por la BS 476, sin que se quemara el revestimiento. (La Norma Británica 476 se refiere a las pruebas de pirorresistencia en materiales y estructuras de construcción y las partes 20 y 22 de la misma se refieren a los métodos para la determinación de la pirorresistencia de los elementos de construcción que no soportan carga. Se acudirá a esta publicación del Organismo de Normas Británicas para detalles adicionales). La Figura 1 adjunta muestra la temperatura del horno (la temperatura del vidrio será virtualmente la misma) durante las pruebas del vidrio. El revestimiento permaneció intacto.

La Figura 2 adjunta muestra en sección (pero no a escala) la lámina de vidrio revestida del Ejemplo. Los revestimientos de óxido de estaño finos 1 se encuentran en las dos caras de la lámina 2. También se muestran los bordes 3 esmerilados y pulidos de la lámina. La Figura 3 muestra una unidad de construcción que incluye un bastidor 10 ignífugo de madera o de acero rectangular rígido o de madera en el que va montado una lámina 11 del vidrio ignífugo. Los materiales vítreos (12) también son ignífugos. La unidad puede ser por supuesto de acristalado simple o doble.

Ejemplo 2

Cuando la preparación del Ejemplo 1 se repite, pero con la omisión del paso de pulimentado de los bordes, de modo que lleve solamente una eliminación en tosco de las aristas vivas por desbaste, la lámina de vidrio revestida resultante no tiene una resistencia ignífuga satisfactoria. La lámina se fragmenta a la exposición térmica cuando sube la temperatura.

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Ejemplo 3

Cuando la preparación del Ejemplo 1 se repite utilizando otros óxidos y también nitruros, oxinitruros y fluoruros de diversos metales y de silicio, los resultados obtenidos son similares a los del Ejemplo 1. En el caso de pulverización de silicio, se utiliza un magnetrón de baja frecuencia. El uso de un revestimiento de siliciuros es también muy satisfactorio.

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Ejemplo 4

Se realizó una unidad de construcción como se describe en la Figura 3, de 3 metros cuadrados, y se probó en cuanto a pirorresistencia. La unidad permaneció intacta durante más de 30 minutos incluso a temperaturas superiores a 900ºC.

Claims

1. El uso de una lámina de vidrio a base de sílice que ha sido endurecida por templado y que lleva directamente, en al menos una de sus superficies principales, un revestimiento fino de un compuesto que es estable y adherente a la superficie a temperaturas de hasta 900ºC, de tal modo que la lámina revestida no se fragmentará bajo una acumulación de calor de hasta 900ºC, habiendo sido esmerilados los bordes de la lámina de vidrio para eliminar todas las imperfecciones de los mismos antes del templado, con el fin de prevenir o reducir la propagación de un fuego.

2. Uso según la reivindicación 1, en donde el revestimiento o cada revestimiento es un óxido, nitruro, oxinitruro o fluoruro de un metal o silicio, o de un siliciuro metálico.

3. Uso según la reivindicación 2, en donde el revestimiento es un óxido metálico seleccionado entre óxido de estaño, óxido de titanio y óxido de cromo.

4. Uso según la reivindicación 1, 2 o 3, en donde ambas de sus superficies principales llevan el citado revestimiento sobre las mismas.

5. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la lámina de vidrio ha sido templada por calentamiento a una temperatura de 615ºC a 640ºC y luego enfriada rápidamente.

6. Uso de una lámina de vidrio a base de sílice para prevenir o reducir la propagación de un fuego, en donde dicha lámina es de 4 a 8 mm de grosor y ha sido templada para endurecerla por calentamiento a una temperatura de 615ºC a 640ºC y luego enfriada, con lo que el vidrio cumple los requisitos de rotura de la BS 6206 A, habiendo sido esmerilados y pulidos los bordes de la lámina para eliminar todas las imperfecciones de los mismos antes del templado y en donde cada cara principal de la lámina lleva un revestimiento fino de óxido de estaño, aplicado por pulverización, de modo que la lámina no se fragmentará bajo una acumulación de calor de hasta 900ºC, proporcionando la lámina revestida una visión clara e ininterrumpida.