Szyby zespolone
Budowa, rodzaje, wytwarzanie
Szyba zespolona jest trwałym, hermetycznym układem dwu lub więcej tafli szkła, oddzielonych od siebie ramką dystansową, połączoną z nimi na całym obrzeżu materiałami organicznymi. Podstawową funkcją szyb zespolonych, oprócz przepuszczalności promieniowania widzialnego, jest lepsza niż w tradycyjnym oszkleniu izolacyjność cieplna i akustyczna.
Materiały stosowane do uzyskania szyby zespolonej to:
szkło – przeważnie szklo float, szkło absorpcyjne, szkła powlekane, szkła hartowane i wzmacniane termicznie oraz szkło warstwowe;
ramka dystansowa – profil aluminiowy lub stalowy o szerokości 6-20 mm, utrzymujący założony dystans między szybami, dziurkowany, wewnątrz którego umieszcza się materiał pochłaniający wilgoć z przestrzeni międzyszybowej. Ramka może być cięta i łączona narożnikami lub gięta w narożach szyby.
Ramkę tradycyjną można zastąpić ramką z tworzywa Thermix lub ramką Swisspacer, zrobioną z materiału izolacyjnego lub taśmą TPS z utwardzonego butylu z zatopionym w nim sitem molekularnym;
adsorbent – sito molekularne w postaci granulatu, o właściwościach higroskopijnych;
masy klejąco-uszczelniające, których zadaniem jest zapewnienie szczelności dla pary wodnej i gazu oraz sztywności układu,
pierwszy stopień uszczelnienia: masa plastyczna z poliizobutylenu, zwanego butylem, o dobrej przyczepności do szkła i aluminium i niskiej przepuszczalności pary wodnej, nakładana na gorąco wąskimi pasmami na boczne ściany ramek dystansowych, są też ramki butylowane,
drugi stopień uszczelnienia: masy uszczelniające elastyczne na bazie polisiarczków (tiokole) i poliuretanów o dobrej odporności na przenikanie wilgoci i dyfuzji argonu, albo silikonów, gorzej uszczelniających lecz o większej odporności na promieniowanie UV, lub też nieelastyczne, z poliizobutylenu (hot melt), dobrze chroniącego przed penetracją pary wodnej i odpornego na promieniowanie UV;
gaz wypełniający przestrzeń międzyszybową – powietrze lub gazy szlachetne o mniejszym od niego przewodnictwie cieplnym, takie jak: argon, ksenon czy krypton.
Szyby zespolone wytwarzane są na nowoczesnych liniach produkcyjnych obejmujących mycie wcześniej wyciętego szkła, wypełnianie ramek sitem molekularnym, napełnianie gazem przestrzeni międzyszybowej, łączenie szkła z ramką i uszczelnianie zestawu. Na rynku można spotkać różne typy szyb zespolonych, które obok zasadniczej roli, jaką jest wypełnienie otworu okiennego, w różnych zastosowaniach spełniają różne funkcje.
Są to:
szyby ze szkłem niskoemisyjnym miękko- i twardopowłokowym, pokrytym cienką, niewidoczną dla oka warstwą napyloną na szkło float, przepuszczającym światło i energię słoneczną do wnętrza, zapobiegając wypływaniu ciepła na zewnątrz;
szyby przeciwsłoneczne chroniące przed nadmiernym ogrzewaniem pomieszczeń promieniami słonecznymi. Swoje własności zawdzięczają rodzajowi zastosowanego szkła (szkła absorpcyjne) i powłokom refleksyjnym odbijającym promienie słoneczne;
szyby ze szkłem termicznie hartowanym, termicznie wzmacnianym i warstwowym mające za zadanie chronić użytkowników przed poranieniem odłamkami w przypadku rozbicia lub utrudniać włamanie;
szyby dźwiękochłonne zabezpieczające przed hałasem zewnętrznym (wszędzie tam, gdzie nie można zlikwidować jego źródła). Cechy dźwiękochłonne uzyskuje się poprzez ich asymetryczną budowę oraz wypełnienie przestrzeni międzyszybowej gazami tłumiącymi dźwięki. Zależnie od konstrukcji szyby zespolone osiągają izolacyjność akustyczną w przedziale Rw=32-52 dB;
szyby z wewnętrznymi szprosami, bardziej atrakcyjne, pozwalające w łatwy sposób zachować charakter istniejącego budownictwa jedno- lub wielorodzinnego. Szprosy o różnorodnych kształtach, formach i kolorach są niezastąpione w stolarce do renowacji starszych i zabytkowych budowli, dla zachowania niepowtarzalnej stylistyki istniejących lub nowobudowanych obiektów. Szprosy wewnątrzszybowe nie powodują obniżenia termoizolacyjności szyb,
szyby Heat Mirror – szyby dwukomorowe wypełnione kryptonem, w których środkową szybę zastępuje naciągnięta w procesie wygrzewania folia, pokryta bardzo cienką, naniesioną próżniowo warstwą metalu lub jego tlenku. Są to szyby o dobrych właściwościach izolacyjnych i dźwiękochłonnych, chroniące przed nadmiernym nasłonecznieniem.
Badanie szyb zespolonych
Dla oceny jakości szyb zespolonych poddaje się je następującym testom:
badaniu klimatycznemu,
badaniu stopnia wypełnienia przestrzeni międzyszybowej gazem specjalnym,
badaniu szybkości ubytku gazu z przestrzeni międzyszybowej,
badaniu przepuszczalności gazu przez warstewkę,
badaniu przepuszczalności pary wodnej przez warstewkę,
badaniu adhezji szczeliwa do szkła,
badaniu współczynnika przenikania ciepła U.
Badanie klimatyczne.
Przed rozpoczęciem badania klimatycznego mierzy się początkową zawartość wilgoci w środku osuszającym na czterech wybranych próbkach. Pomiar przeprowadza się metodą wagową.
Z każdej próbki pobierany jest, z zachowaniem określonej procedury, środek osuszający, który jest ważony, a następnie prażony w temp. 950°C przez 60 minut. Ponowne zważenie pozwala na obliczenie początkowej zawartości wilgoci w środku osuszającym. Pięć innych wybranych próbek poddaje się testowi klimatycznemu.
Składa się on z dwu etapów:
56 dwunastogodzinnych cykli przetrzymywania szyb w zmiennej temperaturze od -18°C do 53°C, ze spadkiem 14°C/h,
7-tygodniowego poddawania szyb działaniu stałej temperatury +58°C i wilgotności względnej większej od 95%
Po zakończeniu testu klimatycznego szyby przechowywane są w normalnych warunkach laboratoryjnych przez minimum dwa tygodnie. Po tym czasie mierzy się, jak na początku badania, końcową zawartość wilgoci w środku osuszającym szyb poddanych badaniu klimatycznemu. Ostatnim krokiem badania jest obliczenie początkowej i końcowej zawartości wilgoci w sicie molekularnym oraz średniego wskaźnika wilgoci. Nie powinien on być większy od 20%.
Oprócz pełnych badań klimatycznych stosuje się też, jako okresowe, krótkie badanie klimatyczne, wchodzące w zakres zakładowej kontroli produkcji. Badanie to polega na przetrzymywaniu szyb przez dwa tygodnie w stałej temperaturze 58°C i wilgotności względnej 95%, przechowywaniu ich przez dwa tygodnie w warunkach otoczenia i określeniu wskaźnika przenikania wilgoci metodą suszenia w temperaturze 950°C. Szyby zespolone poddane krótkim badaniom klimatycznym powinny mieć współczynnik przenikania wilgoci nie większy niż 8,5%.
Badanie stopnia wypełnienia przestrzeni międzyszybowej gazem specjalnym
Stopień wypełnienia przestrzeni międzyszybowej określa się metodą chromatograficzną. Istotą tej metody jest rozdzielenie gazów składowych, ich identyfikacja i ilościowe oznaczenie. Jako wynik analizy chromatograficznej otrzymujemy chromatograf, zawierający charakterystyczne piki, których pole powierzchni jest miarą zawartości gazu i powietrza w mi eszaninie. Wartości te przeliczane są na udział procentowy poszczególnych składników.
Badanie szybkości ubytku gazu z przestrzeni międzyszybowej
W badaniu możemy wyróżnić następujące etapy:
wstępny pomiar zawartości gazu w 2 próbkach,
28 cykli w temperaturach od -18°C do +53°C,
4 tygodnie przetrzymywania szyb w stałej temperaturze 58°C,
stabilizacja próbek w warunkach swobodnego przepływu powietrza wokół krawędzi w temperaturze 23°C i przy wilgotności względnej 50%, przez co najmniej cztery tygodnie,
pomiar ubytku gazu prowadzony w termostatycznej kasecie, płukanej czystym helem w celu usunięcia z niej powietrza, w której zamykana jest badana próbka na okres tak długi, aż może być określona wypływająca z szyby ilość gazu. Wychodzącą z próbki w określonym czasie ilość gazu kieruje się w strumieniu helu do chromatografu gazowego i tam analizuje.
Ubytek gazu dla dobrej szyby spełniającej wymagania normy nie powinien przekraczać 1% na rok Badanie przepuszczalności gazu przez warstewkę (przy doborze szczeliwa) Badanie to przeprowadza się stosując podobną aparaturę i takie same warunki badania, jak przy badaniu szybkości ubytku gazu, tylko że w miejsce badanej szyby wprowadza się komorę gazową z użyciem warstewki szczeliwa o grubości 2 mm jako membrany. Gazem do badania jest argon.
Badanie przepuszczalności pary wodnej przez warstewkę
Badanie polega na określeniu ubytku wagi sita molekularnego w czasie. Przygotowaną do badań próbkę, w postaci otwartego naczynia wypełnionego sitem molekularnym 4 lub 3 A, zamykanego szczelnie przez przymocowanie membrany, przetrzymuje się w temperaturze 23°C i wilgotności względnej 90%. Szybkość przepływu powietrza nad próbką nie powinna być mniejsza niż 2,5 m/s Początkowa zawartość wody w sicie nie przekracza 5%.
W trakcie przetrzymywania naczynia w tych warunkach dokonuje się okresowego ważenia, w celu określenia szybkości przenikania pary wodnej przez próbkę do osuszacza (sita molekularnego). Ważenie zestawu z naczyniem wykonuje się okresowo, ale dostatecznie często, żeby uzyskać 8-10 pomiarów. Wyniki dotyczące szybkości przepuszczania pary wodnej określa się graficznie lub liczbowo.
Badanie adhezji szczeliwa do szkła
Na badanie to składa się:
sezonowanie próbek w warunkach pokojowych (23°C i 50% wilgotności względnej) przez co najmniej 21 dni (utwardzanie szczeliwa) + 7 dni;
poddawanie próbek procesowi starzenia przez:
oddziaływanie ciepła w zamkniętym piecu w temperaturze 60°C w czasie 168 godzin,
zanurzenie w wodzie destylowanej lub zdejonizowanej na 168 godzin, w standardowych warunkach pokojowych,
wystawienie na działanie promieniowania UV o natężeniu 40 W/m2 przez 96 godzin;
przechowywanie w standardowych warunkach pokojowych, w czasie od 24 h do 48 h;
badanie wytrzymałości na rozciąganie dla próbek poddawanych i nie poddawanych warunkom starzenia, wykonywane na maszynie wytrzymałościowej, z której sygnał dotyczący wydłużenia szczeliwa i działającej w danej chwili siły zostaje przekazany do komputera. Na monitorze otrzymuje się wykres zależności siły σ w MPa od wydłużenia ε w %. Podstawowym wymaganiem, które musi być spełnione przez wszystkie próbki jest odpowiednia wytrzymałość adhezyjna i kohezyjna a rozciąganie, taka aby wszystkie uszkodzenia wystąpiły poza obszarem 0AB (rys. 1).
Rys. 1. Obszar w układzie naprężenie-wydłużenie do interpretacji wyniku badania adhezji i kohezji szczeliwa do szkła
Badanie współczynnika przenikania ciepła U Badanie to polega na umieszczeniu próbek szyb zespolonych w urządzeniu dwupłytowym, składającym się z centralnie położonych płyt grzejnych oraz dwu płyt chłodzących (fot. 4).
Fot. 4. Urządzenie do badania współczynnika przenikania ciepła U
Pomiar dokonywany jest w centralnej części szyby i polega na określeniu ilości ciepła przekazywanego przez płytę grzejną do płyty chłodzącej przez dwie szyby znajdujące się między nimi. Z odczytanych w czasie badania parametrów elektrycznych i temperaturowych oblicza się wartość oporności cieplnej i, znając ją, współczynnik przenikania ciepła U. Jego wartość zależy od rodzaju szkła oraz wypełniającego przestrzeń międzyszybową gazu i jego zawartości.
Ta duża różnorodność szkieł powstałych na bazie przetwórstwa szkła płaskiego, jak i osiągana, będąca przedmiotem ciągłej kontroli, ich jakość, stwarza duże możliwości ich zastosowań, zwiększając ciągle popyt na ten rodzaj materiału stosowanego w konstrukcjach budowlanych.
Zofia Pollak
Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych
Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych, Kraków
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
więcej informacj: Świat Szkła 6/2011
