有机−无机层合玻璃界面结构调控及其力学性能研究

摘要

有机-无机层合玻璃是由无机玻璃与有机透明材料通过中间胶层热压成型的复合透明材料,具备了玻璃的高强度、耐磨性以及有机透明材料的轻质、抗冲击等优异性能,在航空透明件以及防弹玻璃领域具有广阔的应用前景。有机-无机层合玻璃面临的主要问题是界面容易脱胶失效,影响其可靠性和使用寿命。
　　本文针对玻璃/聚氨酯胶层/有机玻璃组成的有机-无机层合玻璃,采用混合酸腐蚀法以及水热腐蚀法对玻璃进行表面处理,实现玻璃表面微结构以及玻璃/聚氨酯界面结构的可控制备,探索层合玻璃界面结构对界面力学性能的影响机制,揭示界面结构与层合玻璃服役性能的内在联系,为研制高可靠性有机-无机层合玻璃提供理论支撑。
　　HF/H2SO4混合酸腐蚀实验表明,随腐蚀时间延长,表面腐蚀坑尺寸先减小后增大,腐蚀坑分布均匀性先提高后降低;透明度先降低后增大;抗弯强度先增大后降低并趋于稳定值。混合酸腐蚀液最佳m(HF)/m(H2SO4)值为4:1,腐蚀时间20 min时腐蚀坑尺寸最小,接触角达到最大值71°,玻璃表面粗糙度达到最低值5.8 nm,抗弯强度达到最大值174 MPa,玻璃表面缺陷层厚度约为41μm。
　　水热腐蚀实验表明,随水热温度升高,抗弯强度和维氏硬度先增大后减小,断裂韧性变化幅度不大;随水热时间延长,玻璃接触角、透明度、抗弯强度和抗冲击强度先增大后减小。水热处理温度180℃,时间2 h时,玻璃表面腐蚀坑尺寸最小,腐蚀深度6.8μm,接触角62°,透明度87％,抗弯强度149 MPa。混合酸腐蚀法较水热腐蚀法具有工艺简单、易操作控制的优势,且玻璃综合性能更佳。
　　层合工艺实验表明,玻璃腐蚀时间延长,层合玻璃透明度和抗剪切强度先增大后减小;热压成型温度升高,层合玻璃的透明度先减小后增大,界面抗剪切强度增大。腐蚀后玻璃热处理温度升高,层合玻璃界面抗剪切强度先减小后增大。玻璃腐蚀时间20 min时层合玻璃的界面抗剪切强度最大值7.3 MPa,透明度最大值87.8%。
　　层合玻璃湿热老化实验表明,随湿热老化时间延长,层合玻璃界面抗剪切强度值增大,透明度减小。层合玻璃的透光率随老化时间延长呈现下降的趋势。湿热老化28 d,层合玻璃的界面抗剪切强度值最大为11.1 MPa。湿热条件下紫外光老化实验表明,随着玻璃腐蚀时间延长,层合玻璃界面抗剪切强度和透光率先增大后减小。

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第1章 绪 论

1.1透明层合材料简介

1.2透明材料及其表面改性

1.3 层合玻璃研究进展

1.4层合材料粘结理论

1.5 论文研究目的及意义

1.6 研究内容及技术路线

第2章 实验材料及实验方法

2.1 实验材料及仪器设备

2.2实验步骤

2.3 实验方法

第3章 液相腐蚀介质中玻璃的表面微结构及其性能

3.1 混合酸腐蚀下玻璃的表面结构及其性能

3.2水热腐蚀温度对玻璃表面结构及其性能的影响

3.3水热腐蚀时间对玻璃表面结构及其性能的影响

3.4本章小结

第4章 有机-无机层合玻璃制备及其性能

4.1 玻璃腐蚀时间对层合玻璃性能的影响

4.2 成型温度对层合玻璃性能的影响

4.3玻璃预热处理对层合玻璃性能的影响

4.4玻璃表面化学改性对层合玻璃性能的影响

4.5 本章小结

第5章 湿热条件下有机-无机层合玻璃的老化性能

5.1 湿热条件下层合玻璃的老化性能

5.2 湿热条件下层合玻璃的紫外光老化性能

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及专利

致谢