夾層玻璃片材料的制備與性能研究

一系列高強度玻璃主要包括高端建筑安全玻璃、高強度車輛玻璃、金融企業反彈玻璃、公共安全系統反彈玻璃。將玻璃板與不同種類的樹脂粘合起來,構成夾層玻璃后,其強度大大提高。在外力的沖擊作用下,當沖擊力大于玻璃的破壞強度時,玻璃就會發生破裂,而樹脂中間膜則與玻璃粘成一個整體,不會有玻璃碎片傷害人體,只是形成輻射狀的裂紋,還能保持原來的形狀和可見度。根據各類建筑物的不同情況,可以分為住宅、商業機構和高級防范設施如銀行、證券所等,它們對夾層玻璃的防盜性能以及強度要求各不相同。夾層玻璃的制作應根據市場需求的實際情況而確定,既要達到強度要求,又要能夠充分發揮原材料的特性,其中,樹脂膠片的性能非常關鍵。PVB是常用的樹脂膠片,在對該膠片與玻璃的各種組合試樣進行分析研究后,為進一步拓展樹脂膠片的種類以及在生產中逐步采用國產樹脂膠片,本文通過在實驗室采用粘結法、熱壓法和蒸壓法制作了夾層玻璃小試樣,并進行了強度分析,為工廠進一步生產430mm×430mm工業測試樣品提供依據。以期在現有國產樹脂膠片的基礎上,通過一定的試驗、總結,最終找出合適的樹脂產品及相應的工藝參數及技術路線。1測試1.1pet的制備玻璃采用洛陽浮法玻璃集團生產的浮法玻璃原片。中間層材料采用國產聚氨酯(PU)薄膜、國產聚碳酸酯(PC)膠片和國產滌綸薄膜(PET)。采用粘結法制作的試樣結構為:3g-2.8PC,3g-2.8PC-3g,3g-2.8PC-0.1PET,3g-PU-PU-3g(其中,數字表示厚度,單位為mm,g表示玻璃,PC,PET,PU分別表示PC膠片,PET薄膜和PU薄膜;PU前無數字,表示其厚度有變化)。采用熱壓法和蒸壓法制作的試樣結構分別為:3g-PU-PU-3g和3g-1.3PU-2.8PC。1.2去離子表面的去除除雜玻璃表面用人工洗滌的方法,先用洗滌劑清洗,再用清水沖洗,最后用去離子水沖洗,若仍留有極少量的污漬,則用脫酯棉沾無水乙醇(95%)擦其表面,測量厚度后,放到烘箱里干燥。PU薄膜和PC膠片的洗滌過程同玻璃。小試樣的規格為120mm×15mm。1.2.1pc膠的制備粘結法使用的粘結劑為鐵錨101#膠,系雙組分室溫固化聚氨脂膠粘劑,具有良好的粘結性、柔軟性、耐水耐油性,而且能夠耐酸。其基本組成分為甲、乙兩組。甲組分是改性線形帶羥基聚脂樹脂,乙組分是改性異氰酸脂。溶劑用醋酸乙脂,分別按甲組分:乙組分:醋酸乙脂配比為10:1.5:2和10:2:2的比例配膠。將膠粘劑分別均勻地涂于玻璃、PU薄膜和PC膠片表面,涼置10min。然后合片,要求一次對準,不可錯動,粘牢后,用夾子固定,并施加壓力,在室溫下固化6天。1.2.2玻璃-康銅阻壓法自行設計制作的實驗室熱壓設備如圖1所示。將兩塊平整的鋼塊(300mm×200mm×50mm)中間刨空,里面安裝云母加熱片,制成上加熱器和下加熱器。在鐵支架上將上加熱器固定,下加熱器由千斤頂頂住。為使上下加熱器平面平行地對夾層玻璃施壓,加熱器處安裝了萬向接頭以調節加熱面的方向。千斤頂處外接壓力表以讀取壓力值,加熱器處引出的熱電偶接入溫控儀以控制加熱溫度。由于熱電偶置于云母加熱片之間,所測得的溫度不是加熱面上的真實溫度。在加熱面上取3點,將銅-康銅熱電偶置于該3點上,用上、下加熱器壓緊。根據溫控儀顯示溫度分段升溫,同時讀取銅-康銅熱電偶的熱電勢,得到加熱面實際溫度與溫控儀顯示溫度之間的對應關系,從而在實驗過程中可精確地控制試樣的熱壓溫度。熱壓采用一次成型法。將洗滌干凈的玻璃與PU薄膜進行疊合,將疊合好的試樣放置于熱壓機內,關上千斤頂閥門,加壓至所需壓力。打開熱壓機電源,將溫控儀指針設定至所需溫度,待加熱至所需溫度時,秒表開始計時。保溫一段時間后,關掉熱壓機電源,讓其緩慢降溫一段時間,取下試樣。1.2.3真空袋、試樣蒸壓、冷卻蒸壓法使用醫用蒸壓釜。將疊合好的試樣先在熱壓機上預壓,僅使其定位,然后放于真空袋中,用真空機將真空袋及試樣中的空氣抽去,封口。再將真空包裝的試樣放入蒸壓釜中,密閉容器,加熱,按不同時間進行蒸壓。蒸壓后取出試樣,冷卻至室溫,取出試樣,觀察其透明度、粘結程度。由于真空袋密封好,無水蒸汽滲入袋中。對上述每種組合的夾層玻璃小試樣,均制作相同的8塊。1.3ratority的測試方法夾層玻璃制品防盜和防暴力入侵的能力,傳統上由美國標準UnderwritersLaboratories的測試方法UL972規定。本實驗目的是在現有國產樹脂膠片的基礎上,研究玻璃與中間層厚度及其組合對夾層玻璃強度的影響,并研究相應的工藝參數及技術路線,所以在實驗室用擺錘式簡支梁沖擊試驗儀測定其抗沖擊強度,以作比較,從而為下一步工業試驗提供依據。2薄膜力學性能將粘結劑分別按A、B兩種不同配比制成夾層玻璃小試樣,對其進行強度測試的結果如表1所示。對粘結劑而言,如果乙組分的用量增大,則粘結力變大,膠層的硬度也會增加。夾層玻璃的粘接力過高,玻璃和樹脂膠片會構成一個牢固的“整體”,像塊厚玻璃,膠片層的彈性大大下降。在受到沖擊時,樹脂膠片與玻璃一起斷裂,而不能發揮膠片的彈塑性變形功能來降低沖擊能量。結果顯示,對相同組合結構的試樣,A配比的強度大于B配比,但影響不是很明顯,這是因為在涂膠時,涂層的厚度控制得很薄。由于PC膠片抗老化性能較差,而且表面容易產生劃傷,影響外觀,本次試驗分別使用了0.1mm的PET薄膜和3mm玻璃在其表面進行保護。比較它們的抗沖擊強度,均比3g-2.8PC結構低,尤其是PET薄膜,其強度值下降較明顯。其原因主要是粘結劑使PET薄膜與PC膠片牢固地連成一塊,使其彈塑性變形的能力降低所致。但盡管如此,在PC膠片表面覆蓋一層極薄的保護膜,控制好相互之間的粘結力,就能達到既不增加夾層玻璃厚度,又可以保護PC膠片表面的效果。對于3mm玻璃夾2層PU薄膜的結構,分別使用熱壓法和粘結法(A配比)制作了不同厚度的試樣,其強度值如圖2所示。兩種方法的PU總厚度不等的原因在于粘結法的膠層增加了中間層的厚度,相對而言,熱壓法使得玻璃與中間層的粘結程度較為合適,能充分發揮中間層彈塑性變形吸收沖擊能的作用,而粘結法盡管使中間層變厚,但膠層也使PU薄膜失去了一部分彈性。由圖2可知,熱壓法制作的PU層厚度為0.48mm的試樣,其沖擊強度明顯大于用粘結法制作的厚度0.6mmPU層的試樣。蒸壓法主要利用溫度和壓力,使PU薄膜與玻璃和PC膠片相結合。對3g-1.3PU-2.8PC結構,分別用不同時間進行蒸壓,結果顯示,蒸壓30min的沖擊強度為169.9kJ·m-2,蒸壓60min的沖擊強度為171.2kJ·m-2。隨著蒸壓時間的增加,其強度略有增加,這是粘結力增加的緣故。蒸壓法與粘結法相比,其優點明顯,這主要是PU薄膜高彈性和高延伸長度的性能,使得該種結構的優點突出。3pet薄膜復合膠結構設計用粘結法制成的