Czytaj także -

Aktualne wydanie

2021 12 okladka1

Świat Szkła 12/2021

User Menu

 ET-160x600-PL-4

 

 

 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

  Adv-750x100-px-Builing-Science-23

 BUDMA 22a

Kleje do oszkleń odpornych na wybuch – ekstremalne warunki dla szklenia strukturalnego
Data dodania: 23.09.21

Na początku lat 70. w Stanach Zjednoczonych wprowadzono technologię szklenia strukturalnego (Structural Sealant Glazing SSG) w celu łączenia szklanych paneli z metalowymi ramami.

 

Kleje silikonowe były wówczas jedyną akceptowaną technologią łączenia w tego typu zastosowaniach ze względu ze względu na wyjątkową odporność na promieniowanie UV i stabilność termiczną, jaką mogły zaoferować.

 

 2021 09 77 1

 Rys. 1. Technologie klejenia

 

Biorąc pod uwagę brak możliwości sprawdzania w tamtych czasach wpływu promieniowania UV i zmiennej temperatury na właściwości spoiny klejowej przy projektowaniu przeszklonych elewacji – właściwości klejów silikonowych były szczególnie istotne.

 

Biorąc pod uwagę brak możliwości, w tamtych czasach, sprawdzania wpływu promieniowania UV i zmiennej temperatury na właściwości spoin. y klejowej przy projektowaniu przeszklonych elewacji – wyjątkowe właściwości klejów silikonowych były istotne

 

W porównaniu do ostatnich dziesięcioleci, od lat 70. do 90., przemysł fasadowy (projektowanie, montaż i dostępne materiały) doświadczył niezwykłego rozwoju technologicznego - obecnie istnieje wiele rozwiązań i narzędzi do kontrolowania wpływu tych zjawisk oraz określenia odporności materiałów na zmienne temperatury i promieniowanie UV w elementach elewacyjnych i spoinach klejowych.

 

W związku z tym należy zastosować nowe kryteria wyboru najskuteczniejszych klejów dostępnych na rynku.

 

2021 09 77 2

Rys. 2. Sikaflex®-268 PowerCure: Wytrzymałość na ścinanie złącza „na zakład” w zależności od odkształcenia ścinającego

 

2021 09 77 3

Rys. 3 Sikasil® SG-500: Wytrzymałość na ścinanie złącza „na zakład” w zależności od odkształcenia ścinającego

 

1 Zmęczenie materiału – zjawisko pękania materiału pod wpływem cyklicznie zmieniających się naprężeń. Obciążenia zmęczeniowe – są obciążeniami zmiennymi w czasie, typowymi obciążeniami dla różnorodnych części i podzespołów maszyn. Odpowiadające im naprężenia nazywane są naprężeniami zmiennymi lub naprężeniami zmęczeniowymi. Przebieg obciążeń zmiennych w czasie jest określany jako widmo obciążenia. Może przebiegać nieregularnie, przypadkowo lub w sposób ustalony (np. obciążenie cykliczne). Gdy segmenty obciążenia powtarzają się, co jest charakterystyczne dla obciążenia okresowo zmiennego, które nazywane jest obciążeniem cyklicznym.

 

Poza klejami silikonowymi do zastosowań w szkleniu strukturalnym SSG należy wziąć pod uwagę korzyści płynące z technologii innych rodzajów klejów oraz nowe wymagania rynkowe.

 

W artykule przedstawiono właściwości mechaniczne i aplikacyjne (montażowe) Sikaflex®-268, wysokowydajnego kleju poliuretanowego i porównano je z właściwościami Sikasil®SG-500, typowego kleju silikonowego stosowanego do szklenia strukturalnego na fasadach. Wszystkie uzyskane wyniki pokazują, że Sikaflex®-268 przewyższa Sikasil®SG-500 i jest idealnym rozwiązaniem wszędzie tam, gdzie konieczne jest przenoszenie dużych obciążeń.

 

W scenariuszach obciążenia, gdy bierzemy pod uwagę możliwość wystąpienia eksplozji materiałów wybuchowych, Sikaflex®-268 może zapewnić możliwości znaczącego zmniejszenia wymiarów złącza SSG i optymalizację systemu montażu.

 

W scenariuszach obciążenia gdy bierze się pod uwagę możliwość wystąpienia eksplozji materiałów wybuchowych - Sikaflex®-268 może zapewnić możliwości znaczącego zmniejszenia wymiarów złącza SSG i optymalizacji systemu montażu.

 

Opatentowana przez Sika technologia PowerCure zapewnia połączenie wysokiej elastyczności spoiwa do klejenia na miejscu na miejscu budowy i ponownego szklenia (przykładowo przy naprawach po eksplozji materiałów wybuchowych) z szybkim utwardzaniem kleju, niezależnie od warunków klimatycznych.

 

Ponadto nie ma ograniczeń co do maksymalnych wymiarów spoiny przy jednoetapowej aplikacji z wykorzystaniem technologii wzmocnionego poliuretanu.

 

Tabela 1. Charakterystyczne wartości ścinania połączenia „na zakład” po utwardzeniu (spoiny 25 mm x 12 mm x 6 mm

 2021 09 77 1t

(kliknij na tabelę aby ją powiększyć)

 

Tabela 2. Charakterystyczne wartości wytrzymałości na ścinanie złącza „na zakład” po przyspieszonym starzeniu (spoiny 25 mm x 12 mm x 6 mm)

 2021 09 77 2t

(kliknij na tabelę aby ją powiększyć)

 

2021 09 77 4

Rys. 4. Sikaflex®-268: Wyniki testu zmęczeniowegoiny 25 mm x 12 mm x 6 mm)

 

2021 09 77 5

Rys. 5. Sikasil®SG-500: Wyniki testu zmęczeniowego

 

2 Wykres Wöhlera (krzywa Wöhlera) – wykres zależności pomiędzy wartością naprężeń niszczących próbkę danego materiału a liczbą cykli zmian obciążenia tej próbki (np. rozciągania i ściskania, obustronnego zginania). Podstawowymi badaniami zmęczeniowymi są badania mające na celu określenie wytrzymałości zmęczeniowej, tzn. tej wartości zmiennego naprężenia, które materiał może znieść nieskończenie długo. Najprostsze z tego rodzaju badań są badania na trwałość, pozwalające na zbudowanie tzw. wykresu Wöhlera. Przeprowadzane są one na maszynach zmęczeniowych umożliwiających regulowanie wartości naprężenia, przy równoczesnym określeniu liczby cykli potrzebnych do zniszczenia próbki przy z góry zadanych wartościach naprężeń.

 


1. Wpływ ewolucji technologii montażu elewacji na rozwiązania w zakresie szklenia strukturalnego
Na początku lat 70. w Stanach Zjednoczonych opracowano nową technologię montażu elewacji szklanych – szklenie strukturalne (Structural Sealant Glazing SSG), które polega na łączeniu paneli szklanych z metalowymi systemami ramowymi za pomocą kleju.

 

Sukces takiej technologii w branży budowlanej był widoczny już w latach 80. i 90. – co najmniej jedna trzecia ścian osłonowych i okien budynków montowanych w USA wykorzystywała systemy szklenia strukturalnego SSG, opierające się na unikalnych właściwościach i przyczepności kleju do łączenie szkła i ramy bez konieczności stosowania łączników mechanicznych.

 

W związku z tym podjęto wiele działań w celu opracowania standardów regulujących projektowanie i montaż oraz wymagania, jakie musi spełniać nowa technologia [1].

 

Jak już powiedzieliśmy, wcześniej do stosowania w szkleniu strukturalnym w fasadach uznawano tylko klej silikonowy, ponieważ żadna inna technologia nie gwarantowała jednocześnie połączenia następujących cech fizyko-chemicznych:

- Stabilność termiczna
Właściwości mechaniczne silikonów pozostają prawie niezmienione w szerokim zakresie temperatur. W przeciwieństwie do innych technologii klejenia, zeszklenie silikonu zachodzi w bardzo niskich temperaturach (zwykle niższych niż -50°C), niezależnie od temperatur roboczych. Większość silikonów strukturalnych dostępnych na rynku zapewnia stabilne zachowanie mechaniczne w zakresie temperatur od -40°C do +150°C, pokrywając typowe temperatury użytkowania w systemach fasadowych.

- Bardzo wysoka odporność na warunki atmosferyczne i promieniowanie UV
Można zapewnić długą żywotność i trwałą przyczepność na styku silikonowych spoin i przezroczystych podłoży szklanych, bez negatywnych skutków ekspozycji wystawienia na działanie promieniowania UV i wpływów atmosferycznych.

- Elastyczność / Możliwości wydłużenia
Elastyczne właściwości/zachowanie połączeń klejonych jest kluczowym wymogiem w zastosowaniach fasadowych. Dotyczy to złączy, które wiążą elementy o różnej wielkości i wykonane są z materiałów, które podlegają odkształceniom w wyniku zmiennej temperatury (tzw. ruchy termiczne). Takie odkształcenia muszą być kompensowane przez elastyczne spoiny, wykorzystując możliwości wydłużenia adhezyjnego.

 

Biorąc pod uwagę stan techniki w systemach elewacyjnych dostępnych w latach 70., wyjątkowe właściwości oferowane przez silikony były niezbędne, ponieważ nie istniały wówczas inne możliwości kontrolowania temperatury spoin klejowych i ochrony ich przed promieniowaniem UV.

 

Obecnie scenariusz całkowicie się zmienił – przemysł fasadowy stanął w obliczu niezwykłych osiągnięć technologicznych i dziś dostępne są nowe, zaawansowane rozwiązania i narzędzia do projektowania i montażu, które zapewniają też możliwość kontrolowania temperatur i promieniowania UV na liniach klejenia.

 

W większości zastosowań fasadowych stosowane są najnowocześniejsze rozwiązania, m.in.:
- Szyby ze szkła izolacyjnego (IG) zastąpiły panele ze szkła monolitycznego i laminowanego. Pomaga to znacząco obniżyć temperatury w obszarze klejenia między wewnętrznymi warstwami szkła a wewnętrznymi profilami metalowymi.

Ponadto wtórne uszczelnienie złączy szyb zespolonych pomaga w ochronie złączy SSG przed promieniowaniem UV.
- Systemy kontroli klimatu umożliwiają zarządzanie temperaturą w pomieszczeniach, co ma znaczący wpływ na temperaturę elementów elewacji, w których stosowane są szczeliwa łączące SSG.

- Przekładki/izolatory termiczne, m.in. wprowadzone do dzielonych profili aluminiowych przekładki termiczne – łączniki (listwy) poliamidowe mogą zmniejszać temperatury w miejscach klejenia.

- Opracowano zaawansowane technologie, takie jak sitodruk z użyciem farb ceramicznych, zapewniające bezpieczne rozwiązanie ochrony spoin przed promieniowaniem UV.

- Systemy zacieniające (np. żaluzje zewnętrzne) są często zintegrowane z elementami elewacji w celu kontrolowania temperatury i odziaływania promieniowania UV na elementy elewacji, a w konsekwencji również na połączenia klejowe.

- Istnieją specjalne warstwy pośrednie PVB (folie w szkle laminowanym) do kontrolowania wielkości promieniowania UV (przechodzącego przez szkło laminowane); przyciemniane warstwy pośrednie zmniejszają nagrzewanie się spoin (zmniejszają zyski cieplne z promieniowania słonecznego).

- Opracowano dedykowane oprogramowanie, które jest używane na co dzień do oceny efektywności termicznej budynku i oszacowania temperatur na elementach fasadowych w celu zminimalizowania ekstremalnych warunków.

- Zaawansowane powłoki funkcyjne na szkle.
Biorąc pod uwagę wszystkie te czynniki, technologie dostępne obecnie w branży fasadowej dowodzą, że ograniczanie zastosowań SSG do klejów silikonowych jest niepotrzebne/przestarzałe.

 

Należy zbadać nowe rozwiązania do stosowania w szkleniu strukturalnym SSG w celu wybrania najlepiej działającej technologii klejenia dostępnej na rynku w zależności od konkretnych wymagań – „stawianych” przez systemy aluminiowe, obciążenia, założenia projektowe, metody produkcji i warunki brzegowe (lokalizacja obiektu, warunki klimatyczne itp.).

 

2021 09 77 6

Rys. 6. Sikaflex®-268 w porównaniu z Sikasil®SG-500: Wytrzymałość na ścinanie po utwardzeniu i po przyspieszonym starzeniu

 

Tabela 3. Sikaflex®-268 w porównaniu z Sikasil®SG-500: Wyniki testu wytrzymałości na ścinanie z dużą prędkością testową w temp. 23oC/50% w.w. (7 dni utwardzania)

 2021 09 77 3t

(kliknij na tabelę aby ją powiększyć)

 

Tabela 4 Sikaflex®-268 w porównaniu z Sikasil®SG-500: Badanie wytrzymałości na ścinanie z dużą prędkością testową po przyspieszonym starzeniu

 2021 09 77 4t

(kliknij na tabelę aby ją powiększyć)


2. Wybór kleju w przypadku oszklenia odpornego na wybuch
Rysunek 1 porównuje właściwości mechaniczne różnych technologii klejenia (materiałów klejących), oceniając wytrzymałość na rozciąganie w porównaniu z zapewnionym/oferowanym wydłużeniem.

 

Biorąc pod uwagę, że elastyczność i wysokie możliwości wydłużenia są niezbędne, aby dostosować się do ruchów termicznych występujących w elementach elewacji, do zastosowań SSG można wybrać dwie technologie klejenia:

- kleje silikonowe – oferujące wydłużenie przy zerwaniu w zakresie 50-400% i wytrzymałości na rozciąganie w zakresie 0,5-4 MPa [2].

- kleje poliuretanowe – oferujące wydłużenie przy zerwaniu w zakresie 250-650% i wytrzymałości na rozciąganie w zakresie 4-8 MPa [2].

 

Oczywiste jest, że zawsze, gdy połączenie SSG wymaga przeniesienia dużych obciążeń, zastosowanie technologii poliuretanowej może być korzystne w minimalizowaniu wymiarów złącza i optymalizacji projektu systemu.

 

W następnych częściach artykułu porównaną zostaną właściwości dwóch klejów, w celu zidentyfikowania najbardziej odpowiedniego pod względem właściwości mechanicznych, przy uwzględnieniu obciążeń wynikających z eksplozji materiałów wybuchowych (i fali uderzeniowej powstałej w wyniku wybuchu).

 

Pod uwagę wzięto dwa kleje:
- Sikasil®SG-500: dwuskładnikowy klej silikonowy idealny do szklenia strukturalnego i szeroko stosowany w przemyśle fasadowym w skali globalnej i w różnych regionach klimatycznych,
- Sikaflex®-268 PowerCure: jednoskładnikowy, szybkowiążący klej poliuretanowy przeznaczony do montażu dużych elementów i bezpośredniego szklenia w przemyśle kolejowym i transportowym, gdzie jest szeroko stosowany do strukturalnego łączenia szyb przednich i okien z ramami metalowymi.

 

W swoich typowych zastosowaniach kleje Sikasil®SG-500 i Sikaflex®-268 PowerCure są zwykle narażone na podobne obciążenia o równoważnej wielkości:
- wysokie temperatury,
- zjawiska zmęczenia materiału1 spowodowane obciążeniem cyklicznym,
- promieniowanie UV,
- starzenie się kleju w okresie użytkowania,
- duże obciążenia np. obciążenie wiatrem, obciążenia od balustrad szklanych chroniących przed upadkiem z wysokości itp.,
- ekstremalne obciążenia udarowe.

 

Te obciążenia udarowe – w przypadku Sikasil® SG-500 można określić jako odporność na działanie ładunków wybuchowych lub huraganów, a w przypadku Sikaflex®-268 PowerCure można zauważyć obserwując zmiany ciśnienia powietrza spowodowanych m.in. przez przejazd pociągów przez tunele i oddziaływanie aerodynamiczne z innymi pociągami jadącymi w przeciwnym kierunku. Zazwyczaj złącza szyby przedniej w pociągach dużych prędkości muszą wytrzymać ciągłe naciski rzędu. 6,0 kPa podczas przejazdu dwóch pociągów, do 15–20 kPa równoważnego ciśnienia statycznego podczas wchodzenia do tunelu.

 

Tabela 5 Sikaflex®-268 w porównaniu z Sikasil®SG-500: Badanie wytrzymałości na ścinanie z dużą prędkością testową w temp. 80°C po przyspieszonym starzeniu

 2021 09 77 5t

(kliknij na tabelę aby ją powiększyć)

2021 09 77 7

Rys. 7. Sikaflex®-268 PowerCure w porównaniu z Sikasil®SG-500: wyniki testu szybkiego ścinania złącza na zakład

 

3. Właściwości mechaniczne określone w standardowych warunkach badań
W kolejnych rozdziałach przeanalizowano i porównano właściwości mechaniczne klejów Sikaflex®-268 PowerCure i Sikasil®SG-500.

 

3.1.Właściwości mechaniczne w 23°C/50% w.w. (wilgotności względnej)
Tabela 1 oraz rysunki 2 i 3 podsumowują wytrzymałość na ścinanie złącza „na zakład” i maksymalne odkształcenie przy ścinaniu w momencie zerwania dla badanych klejów (po ich utwardzeniu) – przy przyroście odkształcenia ze stałą prędkością 5 mm/min na próbkach „z jednej strony zachodzących na siebie”.

 

Długość zakładu (z nałożonym klejem) oraz szerokość i grubość spoin wynosiły odpowiednio 12 ± 0,5 mm, 25 ± 0,1 mm i 6 ± 0,5 mm. Prędkość 5 mm/min dobrano zgodnie z prędkością testową określoną w Wytycznych [3] do oceny wytrzymałości klejów pod wpływem obciążenia wiatrem.

 

Wyniki pokazują, że wytrzymałość na ścinanie Sikaflex®-268 PowerCure jest ponad 3, 4 razy większa niż Sikasil® SG-500, z odkształceniem ścinającym przy maksymalnej sile ponad 2,6 razy większym.

 

3.2. Właściwości mechaniczne przy działaniu obciążeń zmęczeniowych
Na rys. 4 i rys. 5 przedstawiono zmniejszenie wytrzymałości na ścinanie złącza „na zakład” w zależności od liczby cykli obciążenia na jakie zostały wystawione kleje – na podstawie testów Wöhlera2 określonych w normie DIN 6701 [4].

 

Wyniki testów odnoszą się do liczby cykli obciążenia od 103 do 107 i pokazują, że Sikaflex®-268 jest bardziej „wrażliwy” na zmęczenie niż Sikasil®SG-500. Niemniej jednak wytrzymałość oferowana przez Sikaflex®-268 jest zawsze wyższa niż dla Sikasil®SG-500 dla wszystkich zakresów cykli obciążenia.


3.3. Właściwości mechaniczne po przyspieszonym starzeniu
Sikaflex®-268 PowerCure i Sikasil®SG-500 to wysokowydajne, elastyczne kleje przeznaczone do montażu dużych elementów i stosowane przy szkleniu strukturalnym.

 

Oba produkty zapewniają wyjątkową odporność na warunki atmosferyczne. W celu oceny wpływu efektów zewnętrznych w okresie użytkowania, wytrzymałość na ścinanie złącza „na zakład” badano po przyspieszonym starzeniu.

 

Warunki przyspieszonego starzenia:
- 7 dni utwardzania w 23°C/50% w.w., a następnie
- 7 dni zanurzenia w wodzie w 23°C,
- 1 dzień kondycjonowania w 80°C i na koniec
- 7 dni ekspozycji na wysoką temperaturę i wysoką wilgotność (70°C/100% w.w.).

 

Po przyspieszonym starzeniu testy przeprowadzono w temperaturach 23°C i 80°C z prędkością 5 mm/min.

 

W tabeli 2 zestawiono otrzymane wyniki. Właściwości mechaniczne Sikaflex®-268 PowerCure są bardziej
„wrażliwe” na przyspieszone starzenie i wysokie temperatury w porównaniu do Sikasil®SG-500. Jednak wytrzymałość na ścinanie zapewniona przez Sikaflex®-268 PowerCure jest ponad dwukrotnie większa niż wytrzymałość Sikasil®SG-500.

 


3.4. Właściwości mechaniczne w różnych temperaturach
Wytrzymałość na ścinanie Sikaflex®-268 i Sikasil®SG-500 określono przy stałej prędkości badania 18 mm/min w temperaturze -35°C, 23°C i 70°C, po utwardzeniu i po przyspieszonym starzeniu (opis w sekcji 3.3). Zgodnie z DIN 6701-3 [4] zastosowano geometrię próbki: zakład 12 mm, szerokość 25 mm i grubość kleju 3 mm.

 

Na rysunku 6 podsumowano wyniki i potwierdzono doskonałe właściwości mechaniczne Sikaflex®-268. Wytrzymałość zapewniona przez Sikaflex®-268 w temperaturze 70°C jest ponad 3 razy większa w porównaniu z wytrzymałością zapewnioną przez Sikasil®SG-500 w temperaturze 23°C.

 

Temperatura zeszklenia Sikaflex®-268 wynosi ok. -57°C (API [5]). Ogólnie rzecz biorąc, prędkość badania i czynniki geometryczne (zakładka, grubość kleju) wpływają na wyniki uzyskane na próbkach poddanych ścinaniu ze złączem „na zakładkę” i należy je uwzględnić przy porównywaniu zachowania mechanicznego klejów elastycznych.

 

Wartości wytrzymałości na ścinanie ze złączem „na zakład” elastycznego kleju wykazują niższą wytrzymałość przy zwiększonej grubości złącza, podczas gdy wyższe prędkości testowe zwykle skutkują wyższą wytrzymałością na ścinanie ze złączem na zakład. Dlatego bezpośrednie porównanie wyników przedstawionych w rozdziałach 3.4, 3.1 i 3.3 może być trudne ze względu na różne prędkości testowe i grubości kleju.

 


4. Właściwości mechaniczne przy wysokich prędkościach testowych
W rozdziale 3 podkreślono, że Sikaflex®-268 oferuje wyjątkową wydajność/wytrzymałość mechaniczną w porównaniu z Sikasil®SG-500. Większa wytrzymałość i wydłużenie sprawia, że Sikaflex®-268 jest idealnym klejem dla systemów, gdzie muszą być przenoszone duże obciążenia.

 

W odniesieniu do wymagań w scenariuszach z wystąpieniem eksplozji/wybuchu, właściwości ścinania złącz na zakład z wykorzystaniem Sikaflex®-268 i Sikasil®SG-500 zostały zbadane przy dużych prędkościach 1 m/s, 3 m/s i 5 m/s. Badania przeprowadzono na próbkach na zakład – z długością zakładu 12 mm oraz przy szerokości i grubości spoiny odpowiednio 25 mm i 6 mm.

 

4.1.Właściwości mechaniczne przy dużych prędkościach testowych w 23°C/50% w.w.
Wyniki przedstawiono w Tabeli 3.


4.2. Właściwości mechaniczne przy dużych prędkościach testowych po przyspieszonym starzeniu
W celu porównania właściwości klejów po przyspieszonym
starzeniu, po kondycjonowaniu opisanym
w punkcie 3.3 przeprowadzono badania szybkości
ścinania na zakładkę.

 

4.3. Właściwości mechaniczne przy dużych prędkościach testowych po przyspieszonym starzeniu, badania w 80°C
Wytrzymałość mechaniczna Sikaflex®-268 PowerCure zależy od temperatury; jak podkreślono w rozdziale 3.3, im wyższa temperatura, tym niższa oferowana siła.

 

W celu zbadania tego zachowania w warunkach wysokich prędkości (przykładania obciążenia), Sikaflex®-268 PowerCure i Sikasil®SG-500 zostały przetestowane w temperaturze 80°C (temperatura próbki) po tym samym przyspieszonym starzeniu opisanym w rozdziale 4.2.

 

Rysunek 7 podsumowuje otrzymane wyniki wytrzymałości na ścinanie złącza na zakład i energii pękania przy dużych prędkościach. We wszystkich badaniach wytrzymałość i energia pękania Sikaflex®-268 Power-Cure jest zawsze wyższa niż Sikasil®SG-500 – co najmniej dwukrotnie. Wytrzymałość oferowana przez Sikaflex®-268 PowerCure w najbardziej niesprzyjających warunkach jest zawsze wyższa niż wytrzymałość oferowana przez Sikasil®SG-500 w najbardziej korzystnym stanie.

 

5. Odporność na promieniowanie UV
Największa korzyść wynikająca ze stosowania kleju silikonowego związana jest z jego wysoką odpornością na promieniowanie UV.

 

Oznacza to, że można oczekiwać trwałej przyczepności przez cały okres użytkowania, gdy przezroczyste podłoże szklane jest przyklejone do ramy, a spoina klejowa jest stale wystawiona na działanie światła naturalnego i promieniowania UV przechodzącego przez szkło.

 

Kleje poliuretanowe są zwykle bardziej wrażliwe na promieniowanie UV, które może pogorszyć przyczepność złącza w dłuższej perspektywie. Mimo to istnieją dziś dobrze znane rozwiązania, zasady projektowania i środki ochronne, aby „wyeliminować” ten problem.

 

Badania i doświadczenia zdobyte w branży kolejowej i transportowej uczą nas, że najczęstszymi sposobami pokonania „przeszkód” w łączeniu przezroczystych lub półprzezroczystych podłoży za pomocą klejów poliuretanowych są (jako opcje alternatywne):
- stosowanie odpowiedniego sitodruku ceramicznego nieprzepuszczającego promieniowania UV. Zastosowanie takiego nadruku ceramicznego może być ograniczone do precyzyjnego obszaru na obwodzie tafli szklanej, na którym nakładana jest spoina klejowa. Zwłaszcza w przypadku klejenia szyb zespolonych z metalowymi ramami, wpływ wzoru ceramicznego nadruku jest ograniczony.

 

Rzeczywiście, każdy obszar sitodruku wzdłuż obwodu może być zwykle ukryty przez ramkę dystansową i wtórne uszczelnienie.
- stosowanie odpowiednich nakładek do ochrony sklejonego obszaru. To rozwiązanie jest dość często wdrażane w projektowaniu oszklenia odpornego na wybuch, aby zatrzymać szyby w ramie i umożliwić pracę złączy tylko przy ścinaniu.
- stosowanie innych elementów redukujących promieniowanie UV - przykładowo warstwy pośrednie (folie w szkle laminowanym) pochłaniające promieniowanie UV, konfiguracje systemu itp.

 

6. Korzyści aplikacyjne oferowane przez Sikaflex®-268 PowerCure do projektowania oszklenia odpornego na eksplozję i podmuch (fala uderzeniowa po wybuchu)
Sikaflex®-268 jest jednoskładnikowym poliuretanem, który utwardza się (jak jednoskładnikowe silikony)
pod wpływem wilgoci atmosferycznej, tworząc trwały elastomer. Ten proces utwardzania jest zależny od warunków atmosferycznych i ogranicza szybkość produkcji takiego oszklenia ze względu na powolne reakcje utwardzania.

 

Aby przezwyciężyć to ograniczenie, dla Sikaflex®-268 opracowano opcje przyspieszonego utwardzania:
- Sikaflex®-268 może być nakładany przez urządzenia z pompą w połączeniu z SikaBooster®-20 S, dzięki czemu klej szybko utwardza się w reakcji z wilgocią dostarczoną przez system wzmacniający. Proces utwardzania jest w dużej mierze niezależny od wilgoci atmosferycznej.
- Sikaflex®-268 PowerCure – ta opatentowana technologia składa się z jednoskładnikowego kleju Sikaflex®-268, wspomaganego pastą przyspieszającą podawaną podczas wytłaczania za pomocą profesjonalnego elektrycznego dozownika (PowerCure Dispenser). Zintegrowanie boostera zapewnia szybkie utwardzanie, w dużej mierze niezależne od wilgoci atmosferycznej. Poręczny dozownik w porównaniu z właściwościami utwardzania jest idealnym rozwiązaniem do montażu oszklenia na miejscu budowy, szczególnie w przypadku prac modernizacyjnych lub napraw (ponowne oszklenie fasady). Sześć godzin po nałożeniu wzmocnionego kleju można osiągnąć ponad 50% ostatecznej wytrzymałości.

 

W przeciwieństwie do jednoskładnikowego poliuretanu i jednoskładnikowych lub dwuskładnikowych silikonów, nie ma ograniczeń co do maksymalnych wymiarów spoiny w przypadku aplikacji jednoetapowej, jeśli stosowana jest „przyspieszona” wersja Sikaflex®-268.

 

Zapewnia to dużą elastyczność w zakresie projektowania systemu, a także wykonalności aplikacji, potwierdzając potencjał adhezyjny do projektowania w scenariuszach z odpornością na wybuch, gdzie zwykle wymagane są duże rozmiary złącza (grube i szerokie spoiny).

 


7. Wnioski
W branży fasadowej kleje silikonowe są powszechnie stosowane do strukturalnego łączenia szkła lub nieprzezroczystych paneli z metalowymi ramami konstrukcji fasady.

 

Niemniej jednak technologia poliuretanowa może otworzyć możliwości dla nowych rozwiązań klejących, w których wymagana jest wyższa wytrzymałość w połączeniu z dużym wydłużeniem. Spójne doświadczenie i standardy projektowe w zakresie stosowania technologii poliuretanowej istnieją w dziedzinach przemysłu (np. w przemyśle kolejowym) innych niż fasady, gdzie wymagania co do rodzaju podłoża, ekspozycji na warunki atmosferyczne i obciążenia są podobne.

 

W tym kontekście przeanalizowano właściwości mechaniczne kleju poliuretanowego Sikaflex®-268 i porównano z właściwościami Sikasil®SG-500, typowego kleju silikonowego stosowanego do szklenia strukturalnego na elewacjach.

 

Badania przeprowadzone w różnych temperaturach po utwardzeniu i po starzeniu dowodzą, że wytrzymałość mechaniczna Sikaflex®-268 jest zawsze wyższa niż Sikasil®SG-500. Otwiera to możliwości optymalizacji wymiarów połączeń, poprawy poziomów bezpieczeństwa przy projektowaniu i zwiększenia możliwości wykonania systemów narażonych na duże obciążenia.

 

Szczególnie jeśli zachodzi potrzeba wykonania oszklenia odpornego na wybuch technologia poliuretanowa wykazuje ogromny potencjał. Przy wysokich prędkościach testowych Sikaflex®-268 potwierdza znacznie wyższą wytrzymałość na ścinanie niż Sikasil®SG-500 (współczynnik zależny od grubości złącza, szybkości testu i warunków brzegowych).
Ponadto klej Sikaflex®-268 jest dostępny w wersji „przyspieszonej” nie tylko do urządzeń pompowych, ale także do aplikacji za pomocą dozownika elektrycznego.

 

Zapewnia to dwie główne korzyści w zastosowaniach elewacyjnych:
a) szybkie utwardzanie nie tylko w produkcji fabrycznej, ale także w zastosowaniach na budowie lub przy pracach naprawczych (ponowne szklenie),
b) brak ograniczeń w maksymalnych wymiarach spoiny, co potwierdza wartość Sikaflex®-268 w przypadkach oszklenia odpornego na wybuch, gdzie zwykle wymagane są większe spoiny.

 

W latach 70., w oparciu o ówczesny poziom rozwoju systemów elewacyjnych, wybrano spośród technologii klejenia silikony ze względu na dużą odporność na promieniowanie UV i stabilność termiczną – jako właściwe rozwiązanie do klejenia konstrukcyjnego SSG (Structural Sealant Glazing).

 

Wówczas rzeczywiście istniały ograniczone możliwości kontroli temperatury i ochrony spoiny przed promieniowaniem UV. Obecnie dostępne są zaawansowane rozwiązania oraz technologie projektowania i montażu elementów elewacji, które pozwalają kontrolować wpływ tych zjawisk. Dlatego kleje o najlepszych parametrach powinny być wybierane spośród różnych technologii, aby wykorzystać korzyści, jakie mogą zaoferować w oparciu o rzeczywiste potrzeby systemowe i projektowe.

 

Julia Endress, Viviana Nardini

 

Artykuł został oparty na wykładzie zaprezentowanym na Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2019, która odbyła się w dniach 26-28 czerwca 2019 r. Tampere w Finlandii

 


Bibliografia
[1] ASTM C 1401, Standardowe wytyczne dotyczące szklenia strukturalnego (Standard Guide for Structural Sealant Glazing)
[2] ISO 527-2, Tworzywa sztuczne - oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu - Część 2: Warunki badań tworzyw sztucznych przeznaczonych do różnych technik formowania, 2012
[3] EOTA ETAG 002-1, Wytyczne dotyczące europejskich aprobat technicznych dla zestawów do szklenia strukturalnego (SSGK) – Część 1: Systemy podparte i niepodparte (Guideline for European Technical Approval for Structural Sealant Glazing Kits (SSGK) – Part 1: Supported and Unsupported Systems), 2012
[4] DIN 6701-3 – Klejenie pojazdów szynowych i ich części – Część 3: Wytyczne dotyczące projektowania konstrukcji i weryfikacji połączeń w pojazdach szynowych (Adhesive bonding of railway vehicles and parts – Part 3: Guideline for construction design and verification of bonds on railway vehicles), 2014
[5] API Sikaflex®-268: Właściwości chemiczne i mechaniczne zgodnie z DIN 6701-3, 2015

 

2021 09 77 1a

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji:  
Świat Szkła 9/2021  

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik