安全玻璃用离子性中间膜的结构与性能研究

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。

目录

声明

1 前言

1.1 研究背景

1.1.1 安全玻璃介绍

1.1.2 安全玻璃用中间膜的材料介绍

1.2 安全玻璃用中间膜的材性研究现状

（1）PVB中间膜的材性研究

（2）聚氨酯中间膜材性研究

（4）SGP中间膜材性研究

1.3 本论文的研究意义和内容

2 离子性中间膜的结构研究

2.1 离子性中间膜结构研究方法

2.1.1 样品的制备

2.1.2 结构研究方法及测试条件

2.2 结构分析结果与讨论

2.2.1 红外光谱性能分析

2.2.2 小角X射线衍射分析

2.2.3 广角X射线衍射分析

2.2.4 原子力显微镜分析

2.3 本章小结

3 离子性中间膜的性能研究

3.1 离子性中间膜性能测试方法

3.1.1样品的制备

3.1.2性能测试方法及测试条件

3.2 性能测试结果与分析

3.2.1 热稳定性能分析

3.2.2 DSC分析

3.2.3 动态流变行为

3.2.4 动态力学性能分析

3.3 本章小结

4 离子性中间膜动静态力学响应规律及本构关系研究

4.1 离子性中间膜动静态力学响应试验方案

4.1.2 样品的制备

4.1.2 性能测试方法及测试条件

4.2 试验结果及分析

4.2.1 低应变率下的拉伸试验

4.2.2 高应变率下的压缩试验

4.3 离子性中间膜本构模型研究

4.3.1 低应变率下离子性中间膜应力-应变关系拟合

4.3.2 高应变率下离子性中间膜应力-应变关系拟合

4.4 本章小结

5 离子性中间膜安全玻璃的性能研究

5.1 安全玻璃性能测试方法

5.2.1 性能测试样条的制备

5.2.2 性能测试方法

5.2 试验结果与讨论

5.3.1 可见光的透过率测试

5.3.2抗弯曲性能

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果