Wilgotność Wyrobów po Autoklawizacji: Przyczyny i Zapobieganie
- Szczegóły
Szkło laminowane to kompozyt składający się z co najmniej dwóch tafli szkła oraz przekładki z materiału o dużych właściwościach adhezyjnych. W wyniku połączenia powstaje kompozyt szklany o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej. Dzięki lepszym właściwościom jest materiałem chętnie wybieranym przez projektantów z różnych branż przemysłu, jednak głównymi odbiorcami jest przemysł motoryzacyjny oraz budowlany.
Artykuł skupia się na zastosowaniu szkła laminowanego w budownictwie, gdzie konstruktorzy i architekci mogą tworzyć przeszklenia o większych powierzchniach lub konstrukcje, w których szkło laminowane, ze względu na swoje parametry, jest elementem nie tylko dekoracyjnym, ale również nośnym, będąc jednocześnie szkłem bezpiecznym, które pozostaje w mocowaniu w przypadku zbicia.
Wraz ze wzrostem użycia szkła laminowanego szybko zostały uwidocznione jego słabości, z których jako główną można wytypować zjawisko delaminacji, mogące mieć znaczący wpływ na właściwości wizualne oraz mechaniczne. Zjawisko zostało najlepiej opisane oraz przebadane w przypadku folii PVB, która ze względu na swoją budowę i sposób, w jaki łączą się z powierzchnią szkła, jest wrażliwa na pewne czynniki mogące mieć w krótkim, bądź dłuższym okresie znaczący wpływ na trwałość laminatu.
Rodzaje Folii PVB i Ich Właściwości
Obecnie na rynku budowlanym są w użyciu głównie dwa rodzaje folii: PVB - poliwinylobutyral (amorficzny termoplastyczny polimer) oraz Sentry-Glas® (termoplastyczny przezroczysty jonomer). W przypadku folii SentryGlas® delaminacja praktycznie nie występuje, za wyjątkiem szyb, które są narażone na ekstremalne warunki wynikające z błędów projektowych lub błędów popełnionych w trakcie produkcji.
Poliwinylobutyral zawiera w swojej budowie dwie jednostki, które bezpośrednio wpływają na przyczepność folii do powierzchni szkła. Powierzchnia szkła również odgrywa ważną rolę w tworzeniu połączeń. Na jego powierzchni tworzą się spolaryzowane grupy silanolowe, równie silne wrażliwe na wodę.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Dzięki podobnym właściwościom chemicznym dwóch łączonych materiałów, w przypadku zbliżenia powierzchni i odpowiednich warunków powstaje gęsta siatka słabych, odwracalnych połączeń wodorowych oraz do pewnego stopnia trwałych połączeń chemicznych. Aby do tego doszło, folia PVB musi dokładnie dopasować się do nierównej powierzchni szkła.
Proces Autoklawizacji i Jego Znaczenie
W celu trwałego połączenia umieszcza się laminat w autoklawie, gdzie przy dokładnie dobranej temperaturze, ciśnieniu oraz długości pobytu w komorze uzyskuje się odpowiednią przyczepność, a co za tym idzie, wytrzymałości na ścinanie, która jest kluczowa przy przenoszeniu obciążeń w szybach laminowanych.
Wpływ Wilgoci na Delaminację
Woda, zarówno w stanie ciekłym, jak i gazowym ma duży wpływ na intensywność reakcji pomiędzy dwoma materiałami. Produkty z grupy folii PVB są wysoce higroskopijne z powodu znaczącej proporcji w ich składzie chemicznym spolaryzowanych grup alkoholowych. Cząsteczki wody są również silnie spolaryzowane i konkurują z grupami alkoholowymi w PVB o możliwość przyłączenia się do powierzchni szkła. Powoduje to osłabienie adhezji na skutek absorpcji wody na drodze dyfuzji do międzywarstwy poliwinylobutyralowej, które może skutkować zmętnieniem laminatu na krawędzi.
W trakcie projektowania bardzo ważnym aspektem, na który należy zwrócić uwagę, często wymienianym jako przyczyna uszkodzenia laminatu, jest nieprawidłowe odprowadzenie wody z przestrzeni pomiędzy ramą a szybą oraz brak otworów wyrównujących ciśnienie pary wodnej. Permanentny kontakt międzywarstwy z uwięzioną wodą pochodzącą z nieszczelności lub kondensacji powoduje jej uszkodzenie z biegiem czasu.
Na wystąpienie lub przyśpieszenie delaminacji wpływa także temperatura otoczenia. Wraz ze wzrostem temperatury, rośnie również tempo dyfuzji, a jak już wspomniano wcześniej, dyfundująca do folii PVB wilgoć obniża adhezję pomiędzy nią a szkłem.
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Testy Wytrzymałości na Warunki Atmosferyczne
Najbardziej miarodajnym testem, często stosowanym przez producentów międzywarstw oraz laminatów, jest tzw. weathering test (z ang.: badanie wpływu czynników środowiska). Sprawdzana jest trwałość krawędzi laminatów (ang.: edge stability). Test przeprowadza się w warunkach naturalnego środowiska zewnętrznego i polega na umieszczeniu próbek szkła przez długi czas w ekstremalnych warunkach pogodowych, najczęściej na Florydzie lub w Arizonie na przykład przez 36, 72 lub 96 miesięcy. Podczas niego próbki wystawione są na działanie czynników środowiskowych, tj.
Istnieje także przyspieszone badanie odporności na czynniki środowiskowe, tzw. EMMA (ang. Equatorial Mount with Mirrors for Acceleration). Za pomocą urządzeń skupiających promieniowanie UV, próbka poddawana jest ich działaniu przy utrzymaniu akceptowalnej temperatury (bez przegrzewania próbki). W ten sposób można symulować cykle pogodowe w sposób przyspieszony.
Czynniki Produkcyjne Wpływające na Trwałość Laminatu
Czynniki mające wpływ na trwałość kompozytu podczas produkcji mają decydujący wpływ i od tego, czy wszystkie wymagania zostaną spełnione zależy, czy i w jakim stopniu rozwinie się zjawisko delaminacji. Pierwszym istotnym aspektem jest sposób stopień dokładnego przygotowania materiałów, tj.
W przypadku folii PVB bardzo ważnym czynnikiem jest sposób jej przechowywania. Stopień wilgotności arkusza folii powinien znajdować się w okolicach 0,4%, w skrajnych warunkach do 2%. Zaleceniem jest, aby arkusze były składowane w chłodzonym magazynie w temperaturze od 5°C do 10°C. Zapobiega to sklejaniu się folii wzajemnie do siebie w zwiniętej rolce.
Ważnym etapem przegotowania szkła do laminacji jest jego właściwe umycie w celu usunięcia zanieczyszczeń. Szczególnie ważne jest, aby stosowana woda posiadała ściśle określone parametry. Po umyciu następuje złożenie ze sobą warstw szkła i folii w czystym, izolowanym pomieszczeniu, a materiały mogą być dotykane tylko w rękawiczkach. Pozostałości na powierzchni szkła w postaci soli mają znaczący wpływ na stopień wiązań pomiędzy szkłem a folią. Najczęściej w wodzie rozpuszczone są pierwiastki z grupy berylowców oraz litowców, a ich zawartość jest wyrażona w jednostkach przewodności jonowej.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Sole potasu, obecne w wodzie do mycia szkła przed laminacją, wykazują zdolność do wiązania wody zawartej w folii PVB, co prowadzi do redukcji stopnia przyczepności.
Jakość Szkła a Delaminacja
Do produkcji szkła laminowanego mogą być stosowane różne rodzaje szkła: zwykłe szkło typu float, szkła półhartowane lub hartowane. Jakość powierzchni szkła (zachowanie tolerancji wymiarowych) ma znaczenie podczas laminacji i wpływ na delaminację. W wyniku procesu hartowania szkło ulega deformacji w różnym stopniu, w zależności od jakości procesu. Najczęstszą wadą są tzw. roller-waves.
Dla szkła laminowanego powyższe wady mają wpływ na grubość folii, która zmienia się na długości, będąc cieńsza lub grubsza. Zbyt cienka folia może nie być w stanie przenieść projektowanych naprężeń ścinających. Zaleca się dobieranie poszczególnych tafli szkła z tych samych partii produkcyjnych, tj. tafli szkła będących w piecu do hartowania równolegle do siebie. Powstające wówczas zniekształcenia po nałożeniu szkła na siebie będą do siebie równoległe. Wtedy międzywarstwa będzie posiadała równomierną grubość, niezależnie od kształtu powierzchni szkła.
Folia PVB posiada ograniczoną zdolność do wypełnienia nierówności i nie powinno się zakładać, że przerwy powstałe w wyniku nierównej powierzchni szkła mogą zostać wypełnione. Kolejną wadą szkła hartowanego jest fakt, że w wyniku powstających naprężeń krawędzie szkła mogą ulec uniesieniu powodując efekt kissing lips.
Mechanizm powstawania znaczących zniekształceń na krawędziach jest spowodowany innym rozkładem naprężeń bezpośrednio na krawędzi szkła. Na grubości szkła hartowanego rozkład naprężeń jest symetryczny. Przy powierzchniach występuje ściskanie, a w środku grubości - rozciąganie.
Rozkład naprężeń na krawędzi jest bardziej skomplikowany, ponieważ krawędź szkła (powierzchnia E) ochładza się w innym tempie niż jego środek (powierzchnia F). Może się zdarzyć, że na powierzchni szkła będą występowały naprężenia rozciągające, które dodatkowo również zostaną zwiększone poprzez proces laminowania, skutkując dodatkowymi odkształceniami. W przypadku, gdy nie ma możliwości jednoznacznego określenia jakości powierzchni zamawianego szkła, zaleca się stosowanie folii o grubości min.
W szczególnych przypadkach stosuje się klipsy w celu otrzymania pełnej powierzchni kontaktu pomiędzy folią a taflami szkła. Niemniej jednak klipsy powodują lokalne naprężenia i pocienienie folii co może zostać niezauważone w krótkim czasie po produkcji, lecz w dłuższym odcinku czas może powodować efekt całkowicie odwrotny, czyli rozwarstwienie się końców laminatu.
Rodzaj Krawędzi i Powłoki Niskoemisyjne
Jednym z najważniejszych czynników mających wpływ na trwałość krawędzi szkła laminowanego ma rodzaj krawędzi. Jak pokazuje rys. 3, w temperaturze około 45°C, wytrzymałość laminatu na rozciąganie wynosi jedynie około 100 N/cm2. Ciśnienie powietrza używane w autoklawach do laminowania szkła często przekracza tę wartość. Kiedy warunki staną się do tego korzystne, rozpuszczone powietrze może zbierać się małe bąble i wywierać nacisk nawet do 100 N/cm2 lub większy.
Kolejnym aspektem, na który należy zwrócić uwagę w trakcie używania szkła hartowanego do produkcji laminatu, jest szkło pokryte powłoką niskoemisyjną. Ma ono z założenia za zadanie odbijania promieniowania podczerwonego. Z kolei, gdy powłoka będzie na dolnej tafli przy tym samym położeniu elementów grzejących, promieniowanie podczerwone dotrze bez przeszkód do folii, następnie odbije się od powłoki i ponownie ją ogrzeje.
tags: #wilgotność #wyrobów #po #autoklawizacji #przyczyny
