Zastosowanie laminowanego szkła bezpiecznego w konstrukcjach szklanych umieszczonych na zewnątrz nadal rośnie. W związku z tym często pojawiają się pytania o stabilność krawędzi. Jest to szczególnie ważne, gdy odsłonięte krawędzie są wymagane, aby wyeliminować wszelkie przeszkody optyczne na linii wzroku. Chociaż zdecydowana większość laminowanego szkła nie wykazuje żadnych wad, to czasami, w wyniku błędów popełnionych w produkcji lub projektowaniu, takie wady się ujawniają. Artykuł ten skupia się na stabilności krawędzi szkła laminowanego wykonanego z zastosowaniem foli PVB lub folii jonoplast oraz zajmuje się potencjalnymi przyczynami wad. 

 

 

2018 9 14 1-1

 

 

2018 9 14 1-2

 

 

2018 9 14 1-3

 

 

2018 9 14 1-4

Fot. 1. Przykłady balustrad całoszklanych – z odsłoniętą krawędzią

 

 

Wstęp

 

Rola szkła w budownictwie drastycznie się zmieniła w ostatnich latach. Szkło laminowane jest obecnie wykorzystywane jako szkło bezpieczne, do ochrony (przed upadkiem z wysokości, przed włamaniem itp.), jako elementy konstrukcyjne i dekoracyjne w budynkach. Wraz ze wzrostem zastosowania szkła laminowanego, także w związku z ostatnimi zmianami prawnymi dla balustrad w Ameryce Północnej, szkło laminowane jest coraz częściej wybierane do stosowania z odkrytymi (niechronionymi) krawędziami – czasami więc mogą pojawić się wady i uszkodzenia na krawędziach.

 

 

2018 9 14 2

Fot. 2. Szklane konstrukcje ze szkła laminowanego

 

 

Kiedy się pojawiają, mogą naruszyć atrakcyjność wizualną szkła laminowanego. Istnieje kilka powodów, dla których mogą wystąpić uszkodzenia krawędzi, w tym proces laminowania, kompatybilność z innymi elementami budynku i wybór właściwej folii laminującej (warstwy pośredniej) dla określonego zastosowania. Ten artykuł skupi się na trwałości użytkowej krawędzi i omówi potencjalne przyczyny uszkodzeń krawędzi w szkle laminowanym.

 

 

2018 9 14 3

Fot. 3. Wady szkła laminowanego często są zlokalizowane przy krawędziach

 

 

2018 9 14 4

Fot. 4. Wady szkła laminowanego zlokalizowane przy otworach mocowania punktowego

 

 

Tło

 

Jaka jest trwałość krawędzi szkła laminowanego? Trwałość krawędzi definiuje się jako zdolność krawędzi laminowanego szkła do przeciwdziałania odbarwieniu, pojawianiu się pęcherzy i rozwarstwień lub innych uszkodzeń w miarę upływu czasu, kiedy narasta zagrożenie trwałości krawędzi i wydłuża się oddziaływanie potencjalnych przyczyn uszkodzeń w laminowanym szkle bezpiecznym w zależności od warunków otoczenia.

 

 

(...)

Oprócz naturalnych i przyspieszonych badań odporności na warunki pogodowe za pomocą różnych metod badawczych i według wymagań różnych norm – takich jak ANSI Z97.1 Safety Glazing Materials Used In Buildings - Safety Performance Specifications And Methods Of Test (Materiały do szklenia bezpiecznego stosowane w budynkach - Specyfikacje dotyczące bezpieczeństwa i metody badawcze) lub ISO 12543-4 Glass in building - Laminated glass and laminated safety glass - Part 4: Test methods for durability (Szkło w budownictwie - Szkło laminowane i bezpieczne szkło laminowane - Część 4: Metody badania trwałości) – można wdrożyć podobne testy w celu zbadania właściwości szkła laminowanego w odniesieniu do konkretnych warunków montażu i użytkowania, takich jak wysoka temperatura, natryskiwanie roztworem solnym (mgłą) lub kompatybilność z uszczelniaczami, zaprawami i powłokami na szkle.

 

Laminaty z folią laminującą (międzywarstwą) jonoplastyczną wielokrotnie osiągały dobre wyniki w badaniach trwałości krawędzi. Chociaż laminaty z tradycyjną folią PVB również dobrze się sprawdzają, to ich krawędzie są bardziej narażone na uszkodzenia. Chociaż może być trudne ustalenie dokładnej przyczyny uszkodzenia po fakcie, potencjalne powody mogą być podzielone na dwa obszary: proces laminowania i dobór rodzaju wyrobu do warunków użytkowania.

 

 

Proces laminowania i defekty/uszkodzenia krawędzi

 

Proces laminowania łączy działanie dwóch czynników: wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia lub podciśnienia (próżni), aby usunąć powietrze i stopić folię laminująca (warstwę pośrednią) między taflami szklanymi. W całym procesie istnieje kilka zmiennych, które odgrywają ważną rolę w trwałości krawędzi laminatu. Te zmienne to przyczepność folii do szkła, jakość szkła i uszczelnienie krawędzi.

 

 

2018 9 16 1

Fot. 5. Klasyczna linia do laminowania

 

 

Przyczepność

 

Przyczepność folii do szkła odgrywa ważną rolę w trwałości krawędzi gotowego laminatu. Wraz ze spadkiem poziomu przyczepności zwiększa się prawdopodobieństwo wystąpienia pęcherzy powietrznych i rozwarstwień. Podczas procesu laminowania istnieje wiele czynników, które mogą wpływać na poziom adhezji.

 

Pierwszym czynnikiem jest czystość szkła. Kiedy szkło dociera na linię do laminowania, na jego powierzchni może się znajdować olej chłodząco- smarujący, środki antyadhezyjne, kurz i inne zanieczyszczenia. Szkło należy najpierw oczyścić przed rozpoczęciem laminowania. Nowoczesne myjki do szkła wyposażone są w obrotowe szczotki, które wyjątkowo dobrze czyszczą szkło tylko przy użyciu wody.

 

Ponieważ czystość powierzchni szklanej i jakość wody wpływają na przyczepność warstwy pośredniej do szkła, zalecana jest tylko woda zdemineralizowana. Woda powinna mieć przewodność mniejszą niż 20 μS. Woda ze źródeł naturalnych lub komunalnych zawiera rozpuszczone sole, które nadają twardość wodzie.

 

Sole te zazwyczaj składają się z jonów Ca++, Mg++, Na+ i K+. Dwa pierwsze negatywnie wpływają na przyczepność nawet w niskich stężeniach, podczas gdy ostatnie dwa mają mniejszy, ale wciąż mierzalny efekt. Utrata adhezji, zwłaszcza na krawędzi, może prowadzić do powstawania pęcherzy powietrznych lub rozwarstwień.

 

2018 9 16 3

 Fot. 6. Wpływ jakości wody stosowanej do mycia szkła na przyczepność foli laminującej do szkła

 

 

2018 9 16 2

 Fot. 7. Wpływ na przyczepność ma odpowiednie składowanie folii, a szczególnie wilgotność środowiska po otwarciu opakowania

 

 

Wilgotność warstwy pośredniej jest drugim kluczowym czynnikiem dla adhezji. Folia PVB jest higroskopijna, a jej przyczepność do szkła jest odwrotnie proporcjonalna do jej wilgotności. Jest produkowana z optymalną zawartością wilgoci około 0,4%, a następnie rolka jest hermetycznie zamknięta w opakowaniu foliowym, aby zapobiec wchłanianiu wilgoci. Gdy opakowanie foliowe zostanie otwarte, folia PVB zacznie absorbować wilgoć z powietrza, aż do osiągnięcia równowagi.

 

Aby temu zapobiec, wszelkie otwarte rolki PVB powinny być przechowywane w środowisku o wilgotności względnej od 25-30%. Zaleca się również wymianę opakowania foliowego i jego szczelne zamknięcie, szczególnie w przypadku, gdy warunki przechowywania nie spełniają wymagań dotyczących wilgotności względnej.

 

Folia laminująca (warstwa pośrednia) z jonoplastu również pochłania wilgoć, ale w znacznie wolniejszym tempie. Ponieważ jej optymalna zawartość wilgoci jest niższa niż PVB, zaleca się, aby zawsze ponownie uszczelniać opakowanie foliowe, chyba że jest ono przechowywane w pomieszczeniu o wilgotności względnej poniżej 10%.

 

 

2018 9 18 1

Fot. 8. Błędy w procesie hartowania mogą się objawić jako zniekształcenia optyczne na fasadzie lub podczas laminowania szkła na ścianki działowe

 

 

Efektem pochłaniania wilgoci między warstwami jest zmniejszenie przyczepności i możliwość powstawania pęcherzy. Przyczepność między folią laminującą (warstwą pośrednią) a szkłem jest silnie regulowana przez zdolność grup polarnych z folii do wiązania się z polarnymi grupami na powierzchni szkła. Rys. 1 przedstawia, jak dobra przyczepność powstaje przez wiązania wodorowe między grupami polialkoholowymi folii PVB i grupami silanolowymi ze szkła. W przeciwieństwie do tego, rys. 2 pokazuje, jak zawartość wilgoci i jonów z wody, stosowanej do mycia tafli szklanych, może zmniejszyć adhezję poprzez blokowanie wiązań wodorowych. Zmniejszona przyczepność na krawędziach może powodować wnikanie wody, przebarwienie, powstawanie pęcherzy i rozwarstwień.

 

 

2018 9 16 4

 

 

2018 9 20 1

Fot. 9. Podwinięte krawędzie źle zorientowane powodują – dużą lukę między taflami szkła co wywołuje - wady szkła laminowanego i większe zużycie folii laminującej

 

 

Jakość szkła

 

Większość szkła stosowanego dzisiaj do laminowania jest wytwarzana w procesie float. Chociaż standardowe szkło typu „float”, określane również jako szkło odprężone, jest wysokiej jakości i bardzo płaskie, nie jest uważane za szkło bezpieczne, ponieważ rozbija się na duże, ostre, niebezpieczne kawałki. Odporność na rozciąganie szkła float jest również stosunkowo słaba. Aby uczynić go bezpieczniejszym i mocniejszym, szkło poddawane jest procesowi termicznego wzmocnienia. Wyżarzone szkło ogrzewa się do temperatury około 600°C, a następnie szybko chłodzi strumieniem powietrza. Szybkość chłodzenia określa stopień wzmocnienia przez zablokowanie powierzchni szkła w stanie ściskania. Im szybsze jest chłodzenie, tym większa kompresja, a także mocniejsze i bezpieczniejsze staje się szkło.

 

Szkło w pełni hartowane jest chłodzone szybciej niż szkło wzmacniane termicznie, dzięki czemu jest ono mocniejsze i zapewnia, w razie rozbicia, rozpad na mniejsze i nieostre kawałki. Jednakże w przypadku laminowania, potencjalnym problemem związanym ze szkłem wzmocnionym termicznie są nieodłączne zniekształcenia powierzchni tafli szkła, które powstają w czasie procesu wzmacniana termicznego i hartowania. Kiedy szkło jest gorące, może zacząć się deformować i powstaje falista powierzchnia. To zniekształcenie może spowodować falistość, ogólną lub lokalną krzywiznę (łuk) lub zawinięcie krawędzi szkła.

 

Rys. 3 przedstawia typowe zniekształcenia. W ostatnich latach nastąpiła znaczna poprawa konstrukcji pieców do hartowania, a niektóre z nowszych pieców mogą wytwarzać wyjątkowo płaskie szkło, ale należy zachować ostrożność, aby użyć możliwie płaskiego szkła do laminowania. Nawet wartości określone w ASTM C1048 Standard Specification for Heat-Strengthened and Fully Tempered Flat Glass (Wymagania dotyczące szkła płaskiego wzmacnianego termicznie i hartowanego) nie są wystarczająco rygorystyczne do bezproblemowego wykorzystania do procesu laminowania. Ogólna zasada mówi, że odchylenie od płaskości powinno wynosić poniżej 10% grubości folii laminującej (warstwy pośredniej). W przypadku folii grubości 0,76 mm maksymalne odchylenie od płaskości wynosi 0,076 mm. Odchylenie większe niż ta tolerancja na krawędzi może wywoływać powstawanie pęcherzy lub rozwarstwień.

 

 

2018 9 18 2

Rys. 3. Typowe zniekształcenia szkieł wzmacnianych termicznie i hartowanych

 

 

Rozpoczęto badanie laboratoryjne w celu określenia wpływu, jaki powoduje powstanie wygiętych krawędzi szkła na gotowy laminat szklany. Przygotowano dwa rodzaje laminatów przy użyciu szkła hartowanego z podwinięciem krawędzi, patrz: rys. 4.

 

 

2018 9 18 3

Rys. 4. Orientacja podwiniętych krawędzi w badanych próbkach

 

 

Próbka A, gdzie podwinięte krawędzie szkła dopasowano tak, aby wygięcia były zorientowane w jednym kierunku, podczas gdy w przypadku próbki B pokazano podwinięte krawędzie z wygięciami zorientowanymi w przeciwnych kierunkach. Przestrzeń pomiędzy dwoma taflami szkła została zmierzona – próbka A miała przerwę 0,05 mm, podczas gdy próbka B miała przerwę 0,65 mm.

 

Próbki następnie poddano procesowi laminacji stosując folie PVB 0,76 mm i obróbkę termiczną w autoklawie. Po wyjęciu z autoklawu próbki były przechowywane w wysokiej temperaturze i wilgotności przez kilka miesięcy (w temperaturze 85°C i przy wilgotności względnej 85%). Próbka A nie wykazywały widocznych wad, jednak próbka B miała liczne pęcherze przy krawędzi szkła, patrz rys. 5.

 

 

2018 9 20 2

Rys. 5. Pęcherze przy krawędzi szkła laminowanego – próbka B (wygięcia krawędzi szkła poszczególnych tafli zorientowane w przeciwnych kierunkach)

 

 

Uszczelnienie krawędzi

 

Proces autoklawizacji jest ostatnim krokiem w produkcji szkła laminowanego. Warunki wewnątrz autoklawu pozwalają na „plastyczne rozpłynięcie się” foli laminującej, powodując bliski kontakt ze szkłem. Wszelkie pozostałe powietrze zostaje rozpuszczone i zdyspergowane, tworząc przezroczysty laminat.

 

 

2018 9 20 3

Fot. 10. Autoklaw ze stelażami do umieszczenia szkła poddawanego laminacji

 

 

W celu usunięcia powietrza z pakietu przygotowanego do laminacji jest on umieszczany na stelażach w autoklawie. Pomiędzy stelażami powinna być przestrzeń, aby umożliwić przepływ powietrza dla zapewnienia równomiernego ogrzewania i chłodzenia. Szyba powinna być bezpiecznie zamontowana na stelażach, aby ewentualne przemieszczenia w trakcie cyklu produkcyjnego w autoklawie były niewielkie.

 

Nadmierny ruch może doprowadzić do pęknięcia szkła. Podczas mocowania laminatów należy zachować ostrożność, aby uniknąć nadmiernego nacisku lokalnego. Punktowy nacisk może bowiem prowadzić do wyciśniecia folii (będącej po podgrzaniu w stanie plastycznym) od krawędzi, tworząc w tym miejscu cieńsze warstwy folii laminującej. Może to prowadzić do powstawania pęcherzy przy krawędzi lub rozwarstwiania.

 

 

2018 9 20 4

Fot. 11. Obniżenie ciśnienia, gdy temperatura na styku folia/szkło nie spadnie poniżej 50°C, może spowodować powstawanie pęcherzy

 

 

Po ułożeniu na stelażach laminaty należy umieścić możliwie jak najszybciej w autoklawie. Nadmierne opóźnienia mogą powodować, że krawędzie zaczną się oddzielać, zwłaszcza jeśli uszczelnienie brzegowe nie jest dobre. Autoklaw jest następnie podgrzewany do temperatury 135-145°C, przy jednoczesnym zwiększaniu ciśnienia do 12-15 barów.

 

 

2018 9 21 1

Fot. 12. Krawędzie powinny być wyraźne po ostatnim „walcowaniu”

 

 

Po osiągnięciu najwyższej przewidzianej temperatury i ciśnienia parametry te utrzymuje się przez co najmniej 30 minut, ale dokładny czas zależy od grubości szkła i wielkości ładunku (ilości szyb przygotowanych do laminowania). Po upływie tego czasu szkło pozostawia się do ostygnięcia, podczas gdy wciąż znajduje się pod ciśnieniem. Ciśnienie nie powinno być zwolnione, dopóki temperatura na styku folia/szkło nie spadnie poniżej 50°C. W przeciwnym razie mogą pojawić się niewielkie pęcherze (jak bąbelki szampana), patrz rys. 6.

 

 

Warunki stosowania i wady krawędziowe

 

Oprócz błędów w czasie procesu laminowania, również sposób w jaki laminat szklany jest zamontowany może potencjalnie powodować uszkodzenia krawędzi. Istnieje wiele różnych sposobów montażu szkła laminowanego, ale są pewne podstawowe zasady, które należy stosować we wszystkich instalacjach.

 

Pierwszą z nich jest krótszy kontakt z wodą. Nawet po najlepiej wykonanym procesie laminowania, szkło laminowane nie powinno pozostawać w wodzie przez dłuższy czas.

 

W przypadku zastosowań, w których laminat jest mocowany liniowo na bokach, należy uwzględnić otwory drenażowe lub inne sposoby odprowadzania nagromadzonej wody. W przypadku aplikacji z odkrytą krawędzią, drenaż powinien być wystarczający, aby nie pozostawić stojącej wody w kontakcie z laminatem. Dotyczy to również szkła mocowanego punktowo. Jeżeli podpory punktowe nie są odpowiednio uszczelnione, woda może przedostać się przez otwór i może prowadzić do delaminacji, jak widać na fot. 13.

 

 

2018 9 21 2

Fot. 13. Delaminacja wokół otworów w szkle w rejonie mocowania podpory punktowej

 

 

Oprócz wody, każdy inny związek chemiczny, który może stykać się z krawędzią laminatu, powinien zostać poddany testom na kompatybilność. Jest to szczególnie istotne w przypadku mas uszczelniających i zapraw. Niekompatybilność szczeliwa i fug z folią laminującą może powodować powstawanie pęcherzy przy krawędzi, odbarwień lub rozwarstwień.

 

Na rynku dostępnych jest wiele różnych szczeliw. Podczas gdy większość jest kompatybilna z laminatami jonoplastycznymi, laminaty PVB mogą doświadczać pewnych uszkodzeń na krawędzi. Najlepiej skontaktować się z producentem szczeliwa lub folii laminującej (międzywarstwy) w celu ustalenia kompatybilności.

 

Ponieważ przepisy w USA zaczynają się przesuwać w kierunku szkła laminowanego na balustrady, zamiast monolitycznego szkła hartowanego, temat kompatybilności zapraw i szczeliw staje się coraz bardziej ważny.

 

Jak zostało to omówione w dokumencie GPD z 2007 r. „Balustrady ze szkła na zewnątrz - nowe wyzwania”, nie zaleca się stosowania zapraw na bazie cementu w kontakcie ze szkłem laminowanym.

 

Ostatnią, potencjalną przyczyną uszkodzenia krawędzi są warunki środowiskowe, w których szkło laminowane zostanie zamontowane i rodzaj folii laminującej. Czy laminat zamontowany jest w pomieszczeniu, czy na zewnątrz? Czy jest użytkowany w suchym środowisku, czy mokrym? Czy miejsce montażu jest blisko oceanu (wpływ zasolonej wody morskiej)? Czy w laminacie jest zastosowana folia PVB czy jonoplast? Na podstawie tych odpowiedzi można uzyskać różne poziomy trwałości krawędzi. Na przykład, czy szkło laminowane z jonomerem/jonoplastem mogą być instalowane blisko plaży w balustradzie szklanej z odsłonietą/niechroniona krawędzią? Aby odpowiedzieć na to pytanie, przeprowadzono badanie oddziaływania mgły solnej.

 

 

Badania odporności na natrysk roztworem solnym (test mgły solnej)

 

Badanie odporności na działanie mgły solnej to standardowy test odporności na korozję, zwykle wykonywany na powlekanych metalach w branży architektonicznej. Jednakże zaczyna się wymagać zastosowania laminowanych szklanych balustrad z odsłoniętą krawędzią dla klimatu morskiego.

 

Testowanie jest przyspieszonym testem starzeniowym opartym na ASTM B117 Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus (Standardowa badania z wykorzystaniem urządzenia do natrysku solnego (mgłą). Próbki poddaje się działaniu mgły solnej przez 3000 godzin w temperaturze 35°C - z użyciem 5% roztworu wodnego NaCl. Próbki są wyjmowane i sprawdzane co 500 godzin, a następnie z powrotem wkładane do komory.

 

Przygotowano cztery laminaty, z których jeden był próbką kontrolną, a trzy poddano wpływowi mgły solnej. Wyniki były takie, jak przewidywano dla laminatów z folią jonoplast. Po 3000 godzinach nie zauważono widocznych uszkodzeń krawędzi – rys. 8.

 

 

2018 9 22 1

Rys. 8. Folia jonomerowa SentryGlas® po 3000 godzinach w teście z natryskiem solnym

 

 

Standardowy PVB zaczął jednak wykazywać zmętnienie przy krawędzi po upływie około 1000 godzin – rys. 9.

 

 

2018 9 22 2

Rys. 9. Standardowa folia PVB po 1000 godzinach w teście z natryskiem solnym

 

 

Oprócz standardowego PVB testowano również folię Trosifol BG R20 – folię PVB o wysokiej adhezji (przyczepności). Jak wspomniano wcześniej, adhezja jest kluczowym czynnikiem trwałości krawędzi szkła laminowanego, a po 3000 godzinach PVB o wysokiej przyczepności nie wykazywał oznak zmętnienia lub innych uszkodzeń krawędzi, rys. 10.

 

 

2018 9 22 3

 Rys. 10. Folia Trosifol BG R20 – folia PVB o wysokiej adhezji po 3000 godzinach w teście z natryskiem solnym

 

 

Wnioski

 

Wykorzystanie szkła laminowanego do zastosowań z odsłoniętymi krawędziami wzrasta, a więc również częściej pojawiają się pytania o trwałość krawędzi. Większość laminatów nigdy nie wykazuje wad, jednak czasami może taka wada się zdarzyć. Przebarwienia krawędzi można przypisać błędom w procesie laminowania, braku zgodności materiałów i złemu dobraniu folii laminującej (jako warstwy pośredniej w laminacie). Po prawidłowym zalaminowaniu i zamontowaniu szkła laminowanego, potencjał powstawania uszkodzeń krawędzi zmniejsza się znacząco, zapewniając przejrzystość konstrukcji szklanych.

 

 

 

Vaughn Schauss
Kuraray America Inc.

 

Stefan Hiss
Kuraray Europe GmbH

 

 

Artykuł opiera się na wykładzie prezentowanym Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2017,która odbyła się 28-30.06.2017 w Tampere, Finlandia

 

 

Bibliografia

[1] Kuraray Trosifol: Podręcznik techniczny, obróbka folii PVB, szósta edycja, Kuraray Europe GmbH 2012

[2] Keller, U. i Mortelmans, H.: Adhezja w laminowanym szkle bezpiecznym - co to może znaczyć?, materiały konferencyjne, Glass Performance Days, s. 353- 356, 1999.

[3] Rozwiązania do laminowania szkła z wykorzystaniem folii Kuraray: SentryGlas® Ionoplast, Podręcznik techniczny dla inżynierów-konstruktorów, Kuraray 2014

[4] Schmidt, M. & Nugent, W.: Szklane balustrady na zewnątrz – nowe wyzwania, materiały konferencyjne, Glass Performance Days, s. 206-209, 2007.

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 09/2018

 

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.