安全玻璃用离子性中间膜的结构与性能研究

作     者：杨静 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王选伦

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：安全玻璃 离子性中间膜 SGP中间膜 离子簇 应变率 

摘      要：随着现在科学技术的飞快发展和人们审美的较高要求,玻璃不仅要具有美观性,而且还开始作为结构材料来直接承受载荷。为了满足玻璃市场的需求,相比PVB夹层玻璃来更具有高承载力、安全性、通透性等特点的SGP夹层玻璃应运而生。但是,SGP中间膜的价格比PVB中间膜昂贵很多,限制了它的推广使用。本论文首先介绍了安全玻璃的发展前景,又详细介绍了安全玻璃用的中间膜材料的国内外研究现状以及离子性中间膜的特点和优势。在本文的实验章节,首先用Surlyn树脂作为原料自制离子性中间膜,通过红外光谱、小角X-射线衍射仪、广角X-射线能谱仪以及原子力显微镜对离子性中间膜的微观结构进行研究,再以SGP中间膜作为参考对象来进行对比分析。通过对比分析知,离子性中间膜和SGP中间膜都具于典型的离子共聚物的结构,但由于离子性中间膜的离子中和程度比SGP中间膜不同而导致这两种中间膜的离子微区结构不一样。AFM相图还显示出热处理会使离子聚集体的尺寸、形状和分布发生显著变化。离子性中间膜进行了热稳定性能、结晶性能、流变性能和动态力学性能的测试,并与SGP中间膜和PVB中间膜进行比较分析。TGA测试表明,离子性中间膜和SGP中间膜的热稳定性能都比PVB中间膜好。DSC测试表明,离子性中间膜和SGP中间膜都是半结晶性高分子聚合物,PVB中间膜是非结晶性高分子聚合物。流变测试表明,离子性中间膜、SGP中间膜和PVB中间膜的熔体复数粘度都随着频率的增加而降低,储能模量和损耗模量都随着频率的增加而增加。DMA测试表明,离子性中间膜的动态储能模量、动态损耗模量和损耗因子随温度的变化情况都在次级微晶熔化的时候发生巨大变化。离子性中间膜的动态储能模量、动态损耗模量和损耗因子都随着频率的升高而增大。总的来说,自制离子性中间膜的热稳定性能、结晶性能、流变性能都与SGP中间膜相接近。采用拉伸试验和霍普金森压杆试验对未热处理或经热处理的离子性中间膜分别进行低应变率和高应变率的力学性能测试,并与SGP中间膜的高应变率的力学性能进行对比分析。通过对比分析知,离子性中间膜和SGP中间膜一样地表现出应变率依赖性。热处理能使离子性中间膜在高应变率下的力学性能变得与SGP中间膜相接近。再基于此试验数据,拟合了相应的低应变率和高应变率的本构关系,可以用于安全玻璃的结构设计或爆炸数值模拟。自制的离子性中间膜安全玻璃和PVB中间膜安全玻璃进行了透过率和弯曲强度测试。通过对比分析知,离子性中间膜由于有离子簇的存在,使离子性中间膜安全玻璃的可见光范围的透过率比PVB中间膜安全玻璃高。离子性中间膜安全玻璃阻断UV波段与SGP中间膜安全玻璃同样都在310nm。离子性中间膜安全玻璃的弯曲强度是PVB中间膜安全玻璃的两倍以上。离子性中间膜安全玻璃的典型开裂形态与SGP中间膜的开裂形态基本一致。综合来看,自制的离子性中间膜和SGP中间膜都属于典型的离聚物的结构。离子性中间膜的热稳定性能、结晶性能和力学性能都与SGP中间膜非常接近,且离子性中间膜的各种性能都比PVB中间膜好,能够满足市场对安全玻璃的性能要求。自制的离子性中间膜的价格相比SGP中间膜便宜很多,有替代SGP中间膜的潜力。本文的研究结果能促进离子性中间膜安全玻璃的推广使用。