Огнестойкая светопрозрачная конструкция

Огнестойкая светопрозрачная конструкция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к средствам защиты от атмосферных и других воздействий, а именно к огнестойким светопрозрачным ограждающим травмобезопасным конструкциям, и может быть использовано в качестве огнестойкого остекления различных составляющих противопожарных преград в составе окон, балконов, дверей, а также в конструкциях, используемых в витражах, мансардах, перегородках и ограждениях или их составляющих и триплексов. В виде триплексов изобретение может применяться в авиастроении, транспортном строительстве, радиотехнике, приборостроении.

Известна огнестойкая светопрозрачная конструкция, содержащая боросиликатные стекла, соединенные прослойкой из клеевой композиции, содержащей огнегасящие добавки. Конструкция сохраняет в течение 45 минут теплоизолирующую способность (см. патент США на изобретение №5653839, МПК С 03 С 027/00, опубл. 05.08.1997 г.).

Однако известная конструкция имеет высокую стоимость за счет применения дорогостоящих составляющих (боросиликатных стекол и используемых компонентов клеевой прослойки).

Известно многослойное стеклянное изделие, содержащее два стеклянных листа, клеящий внутренний слой и проволочную металлическую сетку, размещенную в середине клеящего слоя, при этом стеклянные листы размещены на расстоянии 0,25-2,0 мм друг от друга. Проволочная сетка выполнена из стали. Ячейки проволочной сетки выполнены квадратными, или прямоугольными, или гексагональными, или в форме ячейки кристаллической структуры алмаза. Клеящий слой выполнен из прозрачной, или матовой, или цветной смолы или смолообразного химического соединения. Толщина клеящего внутреннего слоя составляет не менее 1 мм, а проволочной сетки - 0,46-0,7 мм (см. патент РФ на изобретение №2051871, МПК С 03 С 27/12, опубл. 10.01.1996 г.).

Однако известное многослойное стеклянное изделие не выдерживает средних и высоких тепловых нагрузок, так как содержит горючий клеящий внутренний слой. Кроме этого, изделие имеет значительный вес и требует специальных устройств для подъема и установки и соответствующих конструкций опоры.

Известна также противопожарная стеклянная перегородка из водосодержащего геля. Многослойная перегородка состоит из стеклянных листов, адгезива, нанесенного на поверхность стеклянных листов перед их сборкой, и водного геля, приготовленного из органических титанатов, органических цирконатов и силанов (см. патент США на изобретение №4264681, МПК В 32 В 17/10; С 03 С 27/12; С 03 С 27/10, опубл. 28.04.1981 г.).

Существенным недостатком известной перегородки является то, что применяемая композиция имеет нестабильность геля, а также низкие огнезащитные свойства, так как перевод геля при воздействии температур в низшие спирты или чистую воду не обеспечит достаточного уровня огнезащиты.

Известен огнестойкий стеклоблок, состоящий из двух одинаковых наборов стекол, каждый из которых состоит из трех силикатных стекол толщиной 3 мм. При этом внешнее стекло в каждом наборе отделено от других стекол поливинилбутиральным пленочным слоем толщиной 0,76 мм, к которому примыкает стекло с прослойкой геля на основе жидкого стекла. Наборы стекол соединены между собой через распорные элементы, приклеенные к стеклам, причем нижний распорный элемент заполнен силикагелем. Силикагель служит для высушивания воздуха, находящегося внутри пространства между группами стекол (см. патент США на изобретение №3974316, МПК В 32 В 17/06, опубл. 10.08.1976 г.).

Недостатком конструкции известного стеклоблока является то, что примененная поливинилбутиральная пленка при разогреве расплавляется и загорается, выделяя ядовитые вещества, что является дополнительным источником разрушения конструкции.

Известен также огнестойкий стеклоблок, состоящий из двух предварительно термически обработанных стеклянных пластин толщиной 5 мм, соединенных через распорный вкладыш на расстоянии 12 мм липкими материалами, например, бутилом, с образованием между ними полого пространства, заполненного гидрогелем, содержащим растворимую в воде соль. Грани между стеклами заполнены герметизирующей композицией, например полисульфидом. Распорные детали содержат огнестойкий материал с коэффициентом теплопроводности более 2,326 Вт/м К, например, керамические стержни или полосы силикатного стекла толщиной 4 мм. Это позволяет достичь более низкой теплопроводности у распорных деталей по сравнению с такими же деталями, но сделанными из металла, что приводит к задерживанию распространения тепла и позволяет производить стеклопластины меньшей толщины без потери качества огнестойкости (см. патент США на изобретение №5698277, МПК Е 06 В 3/24, В 27 N 9/00, опубл. 16.12.1997 г.).

Недостатком известной конструкции является то, что при температурах 200-250°С стеклоблок теряет целостность, при этом возможно вытекание гидрогеля из пространства между стеклами.

Известен огнестойкий стеклопакет, состоящий из двух стекол толщиной 6 мм, размещенных на расстоянии 12 мм друг от друга. Между стеклами находится промежуточный гидрогелевый слой. Стекла жестко скреплены слоем силиконового каучука, слоем пенящегося вещества и слоем герметизирующего клея. Слой из пенящегося материала содержит органические и неорганические вещества, например соли и окиси, выделяющие газ (водяной пар, аммиак, двуокись серы и/или борной кислоты) при нагревании. Промежуточный гелевый слой содержит 30-55% диоксида кремния, 16% окиси щелочного металла и до 60% воды. При нагревании слой пенящегося вещества расширяется в сторону пустого пространства и, вытесняя слой герметизирующего клея, заполняет это пространство. Гель расширяется на введенный в конструкцию силиконовый каучук, который в силу своей гибкости компенсирует механическое воздействие на деформирующееся стекло при его нагревании (см. патент ЕПВ на изобретение №0970930, МПК С 03 С 27/12, В 32 В 17/10, опубл. 12.01.2000 г.).

Недостатком известной конструкции огнестойкого стеклопакета является неоднозначность поведения герметизирующих слоев, так как их деструкция наступает при 400°С, а прослойка геля в это время еще не вспенивается по всему объему, поэтому может наблюдаться вытекание геля. При этом деструкция вспенивающегося слоя идет с выделением газов, которые способствуют преждевременному нарушению целостности конструкции.

Известна также огнестойкая светопрозрачная ограждающая конструкция, содержащая металлический каркас с одной или более ячейками, в каждой из которых расположен стеклопакет, выполненный в виде двух и более многослойных стекол, размещенных на расстоянии предпочтительно 10 мм друг от друга при помощи распорок из алюминиевого штапика, причем многослойные стекла выполнены из двух и более силикатных термоупрочненных стекол, между которыми расположены прослойки из полимерного материала толщиной предпочтительно 10 мм, при этом стеклопакет выполнен газонаполненным. Металлический каркас выполнен из стального профиля с огнезащитным покрытием. Полимерный материал выполнен в виде жидкой фотоотверждаемой клеевой композиции из метакрилового производного простого полиэфира с добавлением фосфорсодержащих олигоэфиракрилатов и имидных производных акриловой и метакриловой кислот (см. патент РФ на изобретение №2146752, МПК Е 06 В 3/66, опубл. 30.03.2000 г.).

Недостатком известной огнестойкой ограждающей конструкции является сложность конструкции из-за применения в стеклопакете многослойных стекол и металлических распорок между ними, что увеличивает вес (так как при огнестойкости Е=30 мин вес конструкции равен 65 кг), размер стеклопакета и конструкции в целом, а также ее стоимость. При повреждении профиля от длительного воздействия высоких температур частично разрушается посадочное место под стеклопакет, приводя к преждевременному разрушению конструкции стеклопакета. Известная огнестойкая светопрозрачная конструкция не является законченным конструктивным элементом, а собирается непосредственно в раму из отдельных элементов, что усложняет применение огнестойких конструкций и дополнительно приводит к их удорожанию.

Ближайшим аналогом к предложенному техническому решению является огнестойкая светопрозрачная конструкция, содержащая каркас с одной или более ячейками, в каждой из которых расположен стеклопакет, выполненный из стекол, размещенных на расстоянии друг от друга и покрытых слоем полимерного материала, при этом свободное пространство между стеклами выполнено газонаполненным, стеклопакет состоит из пяти силикатных стекол последовательно соединенных распорными рамками в виде двухсторонней клеящей ленты, при этом слои полимерного материала нанесены на соседние поверхности двух стекол, расположенных с обеих сторон стеклопакета, а в качестве полимерного покрытия использован огнезащитный модифицированный раствор водорастворимого силиката натрия, причем пространство между стеклами от граней стекол до двухсторонней клеящей ленты по периметру заполнено высокотемпературной клеящей мастикой, при этом высокотемпературная клеящая мастика и двухсторонняя клеящая лента, расположенные между двумя стеклами с обеих сторон стеклопакета, разделены слоем бутиловой ленты (см. свидетельство РФ на полезную модель №25904, МПК Е 06 В 3/66, С 03 С 27/12, опубл. 27.10.2002 г.).

Однако известная конструкция обладает недостаточной прочностью и не обеспечивает необходимую надежную защиту объекта от распространения огня, поскольку по истечении 30 и более минут в результате потери целостности на стеклопакете образуются сквозные трещины или отверстия, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения и пламя, что будет препятствовать эвакуации людей и имущества. Кроме того, известная конструкция не обладает необходимой травмобезопасностью при механическом воздействии, например точечных ударах.

Задачей настоящего изобретения является создание огнестойкой светопрозрачной конструкции, обеспечивающей повышенную защиту объекта при распространении огня.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного изобретения, является повышение травмобезопасности конструкции без снижения ее огнестойкой способности.

Указанный технический результат достигается тем, что в огнестойкой светопрозрачной конструкции, содержащей каркас с одной или более ячейками, в каждой из которых расположен стеклопакет, выполненный из пяти силикатных стекол, размещенных на расстоянии друг от друга и последовательно соединенных распорными рамками в виде двухсторонней клеящей ленты, а пространство между стеклами выполнено заполненным материалом и газонаполненным, причем пространство между стеклами от граней стекол до двухсторонней клеящей ленты по периметру заполнено высокотемпературной клеящей мастикой, при этом высокотемпературная клеящая мастика и двухсторонняя клеящая лента, расположенные между двумя стеклами с обеих сторон стеклопакета, разделены слоем бутилового шнура, согласно изобретению, стекла с обеих сторон стеклопакета выполнены термоупрочненными, пространство между двумя стеклами с обеих сторон стеклопакета и между распорными рамками полностью заполнено полимерным материалом, при этом в качестве полимерного материала использована фотоотверждаемая клеевая композиция из олигоэфируретанакрилатов, метазина с добавлением фосфорсодержащего диметилакрилата, диметилметилфосфоната и сложных эфиров кислот фосфора.

В качестве сложных эфиров кислот фосфора использованы трикрезилфосфат, дибромпронилфосфат, тридихлорпропилфосфат.

Стекла выбраны толщиной не менее 4 мм и расстояние между соседними стеклами в стеклопакете составляет от 1 до 2 мм. Расстояние между краем стекла и двухсторонней клеящей лентой в стеклопакете по периметру составляет от 12 до 14 мм. При этом стеклопакет выполнен симметричным относительно плоскости, проходящей параллельно большей по площади грани стеклопакета через середину меньшего ребра меньшей по площади грани стеклопакета.

Заполнение пространства между двумя стеклами с обеих сторон стеклопакета полимерным материалом, в качестве которого использована фотоотверждаемая клеевая композиция из олигоэфируретанакрилатов, метазина с добавлением фосфорсодержащего диметилакрилата, диметилметилфосфоната и сложных эфиров кислот фосфора, с использованием в качестве сложных эфиров кислот фосфора трикрезилфосфата, дибромпронилфосфата, тридихлорпропилфосфата, обеспечивает травмобезопасность при механических воздействиях, защиту второго стекла и последующих стекол от воздействия тепловой энергии при огневом воздействии, а также сбережение тепла при наружном остеклении. Поэтому стекла в стеклопакете не обрушиваются и отсекают тепловой поток и дым, защищая людей и имущество, находящихся за стеклопакетом, от воздействия огня и получения травм.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг.1 представлен пример выполнения огнестойкой светопрозрачной конструкции, содержащей каркас с одной ячейкой, в которой расположен многокамерный стеклопакет, на фиг.2 показан многокамерный стеклопакет, поперечный разрез.

Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - каркас огнестойкой светопрозрачной конструкции; 2 - ячейка для размещения стеклопакета; 3-7 - стекла, составляющие стеклопакет; 8 - распорные рамки в виде двухсторонней клеящей ленты; 9 - полимерный материал; 10 - свободное пространство между стеклами, выполненное газонаполненным; 11 - высокотемпературная клеящая мастика; 12 - бутиловая лента.

Огнестойкая светопрозрачная конструкция содержит каркас 1 с одной или более ячейками 2, в каждой из которых расположен многокамерный стеклопакет (фиг.1).

Стеклопакет выполнен из пяти последовательно соединенных силикатных стекол 3-7 толщиной не менее 4 мм и размещенных на расстоянии друг от друга не менее 1 мм и не более 2 мм при помощи распорных рамок 8 из двухсторонней клеящей ленты на вспененной основе, например "4910 FVH". Стекла 3 и 7 выполнены силикатными термоупрочненными. Пространство с обеих сторон стеклопакета между двумя парами стекол 3 и 4, 6 и 7 заполнено полимерным материалом 9 (фиг.2). В качестве полимерного материала 9 использована фотоотверждаемая клеевая композиция из олигоэфируретанакрилатов, метазина с добавлением фосфорсодержащего диметилакрилата, диметилметилфосфоната и сложных эфиров кислот фосфора. В качестве сложных эфиров кислот фосфора использованы трикрезилфосфат, дибромпронилфосфат, тридихлорпропилфосфат.

Свободное пространство 10 между стеклами 4 и 5, 5 и 6, выполнено газонаполненным. Расстояние между гранями стекла и двухсторонней клеящей ленты в стекло-пакете по периметру лежит в диапазоне от 12 до 14 мм, при этом пространство между стеклами 3 и 4, 4 и 5, 5 и 6, 6 и 7 от граней стекол до распорной рамки 8 из двухсторонней клеящей ленты по периметру заполнено высокотемпературной клеящей мастикой 11, например универсальной клеящей мастикой "Гарант" ТУ 5775-005-25057366-96. Высокотемпературная клеящая мастика 11 и распорная рамка 8 из двухсторонней клеящей ленты, расположенные между двумя соседними стеклами 3 и 4, 4 и 5, 5 и 6, 6 и 7 с обеих сторон стеклопакета, разделены слоем бутиловой ленты 12 (фиг.2).

Огнестойкая светопрозрачная ограждающая конструкция изготавливается следующим образом.

Из металлических, преимущественно стальных с огнезащитным покрытием, внутренней, внешней рам и втулок монтируется каркас, в ячейки которого вставляются стеклопакеты, которые крепятся между рамами при помощи термомостов из втулок.

Стеклопакет собран из пяти силикатных стекол в следующей последовательности.

Собираются два пакета из стекол 3 и 4, 6 и 7 на дистанционной рамке в виде двухсторонней клеящей ленты на вспененной основе, например "VHB 4910 F" (Германия). Пространство между стеклами заполняют фотоотверждаемой клеевой полимерной композицией. Пакеты, залитые клеевой композицией, облучают ультрафиолетовым излучателем, чем обеспечивают полимеризацию композиции и склеивание стекол. Далее собирают стеклопакет в соответствии с фиг.2.

Фотоотверждаемую клеевую полимерную композицию получают смешиванием олигоэфируретанакрилатов, метазина с добавлением фосфорсодержащего диметилакрилата, диметилметилфосфоната и сложных эфиров кислот фосфора (трикрезилфосфата, дибромпронилфосфата, тридихлорпропилфосфата) в течение 16 часов с частотой 60 об/мин, затем вакуумированием в течение 10-15 мин и выстаиванием в течение 24 часов.

Огнестойкая светопрозрачная конструкция работает следующим образом.

При огневом воздействии на одну из сторон стеклопакета происходит разогрев стекла. При температуре свыше 200°С заливочная полимерная огнестойкая композиция, заполняющая пространство между стеклами 3 и 4, 6 и 7 многослойного стекла, мутнеет, коксуется, образуя теплоизолирующие непрозрачные слои. Стекла со стороны воздействия огня растрескиваются и оплавляются, а стекло с холодной стороны остается целым, обеспечивая параметр целостности конструкции, т.е. ее огнестойкость и травмобезопасность.

Испытания предложенной огнестойкой светопрозрачной конструкции, проводимые во ВНИИПО МЧС РФ согласно ГОСТ 30247.1-94, показали следующее. Для испытаний был взят образец конструкции со вставленным стеклопакетом с общей толщиной стеклоблока 24 мм и общим размером конструкции 1000×1000 мм. Образец помещали вертикально на отверстие печи так, чтобы он закрывал точно отверстие, и чтобы только одна поверхность конструкции подвергалась воздействию пламени.

Пять термопар установили над поверхностью конструкции, обращенной наружу из печи, для измерения ее температуры. Два датчика измерителя теплового потока разместили в печи на расстоянии 50 и 100 мм, соответственно.

Температуру внутри печи повышали согласно ГОСТ 30247.0-94 в течение 34 минут вдоль заданного градиента и одновременно измеряли значение температуры на поверхности конструкции, обращенной наружу печи.

Такие условия эксперимента точно соответствовали условиям эксперимента конструкции, являющейся ближайшим аналогом.

В результате фактический предел огнестойкости опытного образца составил 31 мин по признаку потери теплоизолирующей способности (1) и 61 мин по признаку потери целостности (Е). Такие показатели имеет и конструкция, являющаяся ближайшим аналогом. Однако испытуемый образец, имея одинаковую толщину (24 мм) со стеклопакетом конструкции, описанной в ближайшем аналоге, обладает большей технологичностью и травмобезопасностью, поскольку при ударе или столкновении стеклопакет не разлетается на мелкие фрагменты, а лопается и остается в раме.

Таким образом, предлагаемая конструкция по показателю огнестойкости сопоставима с ближайшим аналогом и обладает повышенной травмобезопасностью.

Указанные результаты достигаются за счет конструктивного выполнения стеклопакета, а именно: за счет выполнения стеклопакета в виде определенного количества стекол, оптимальной толщины и определенным зазором между собою, применения термоупрочненных стекол с обеих сторон стеклопакета, применение для склейки стекол негорючего полимерного материала, выполнение зазоров между двухсторонней клеящей ленты и краем стекла по периметру для заполнения высокотемпературным герметиком, и использования в качестве полимерного материала, которым заполняют пространство между стеклами в стеклопакете, фотоотверждаемой клеевой композиции из олигоэфируретанакрилатов, метазина с добавлением фосфорсодержащего диметилакрилата, диметилметилфосфоната и сложных эфиров кислот фосфора.

Заявляемую конструкцию использовали для производства окна противопожарного ОП-2 по ТУ 5361-001-40419855-2000, который имеет сертификат пожарной безопасности, что свидетельствует о его соответствии нормам пожарной безопасности и экологической чистоты.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет создать упрощенные, недорогостоящие и травмобезопасные огнестойкие светопрозрачные конструкции, применяемые в дверях, окнах, перегородках, для которых важнейшим параметром является симметричность (отсутствие ориентации на сторону огневого воздействия) и которые по своим огнестойким свойствам не уступают аналогам, и при этом обладают малыми весовыми характеристиками и являются унифицированными.

1. Огнестойкая светопрозрачная конструкция, содержащая каркас с одной или более ячейками, в каждой из которых расположен стеклопакет, выполненный из пяти силикатных стекол, размещенных на расстоянии друг от друга, и последовательно соединенных распорными рамками в виде двухсторонней клеящей ленты, а пространство между стеклами выполнено заполненным материалом и газонаполненным, причем пространство между стеклами от граней стекол до двухсторонней клеящей ленты по периметру заполнено высокотемпературной клеящей мастикой, при этом высокотемпературная клеящая мастика и двухсторонняя клеящая лента, расположенные между двумя стеклами с обеих сторон стеклопакета, разделены слоем бутилового шнура, отличающаяся тем, что стекла с обеих сторон стеклопакета выполнены термоупрочненными, пространство между двумя стеклами с обеих сторон стеклопакета и между распорными рамками полностью заполнено полимерным материалом, при этом в качестве полимерного материала использована фотоотверждаемая клеевая композиция из олигоэфируретанакрилатов, метазина с добавлением фосфорсодержащего диметил-акрилата, диметилметилфосфоната и сложных эфиров кислот фосфора.

2. Огнестойкая светопрозрачная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве сложных эфиров кислот фосфора использованы трикрезилфосфат, дибром-пронилфосфат, тридихлорпропилфосфат.

3. Огнестойкая светопрозрачная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что стекла выбраны толщиной не менее 4 мм.

4. Огнестойкая светопрозрачная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между соседними стеклами в стеклопакете составляет от 1 до 2 мм.

5. Огнестойкая светопрозрачная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между краем стекла и двухсторонней клеящей лентой в стеклопакете по периметру составляет от 12 до 14 мм.

6. Огнестойкая светопрозрачная конструкция по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что стеклопакет выполнен симметричным относительно плоскости, проходящей параллельно большей по площади грани стеклопакета через середину меньшего ребра меньшей по площади грани стеклопакета.