膠層厚度對夾層玻璃中PVB膠與玻璃界面粘結性的影響

　　在本實驗中，為了研究膠片厚度對粘結強度的影響，我們選用同樣厚度的PVB膠片，分別組成1層、2層、4層和8層PVB膠片，調節(jié)較終實驗樣品中間PVB層的厚度。在準備好十字交叉樣品后，將試驗樣品放入真空袋中進行抽真空處理，排除樣品中的空氣，然后放入氣體高壓釜中，在120℃和12個大氣壓的條件下進行熱等靜壓處理，較后以某一特定的速率冷卻至室溫，得到界面結合完好的十字交叉樣品。在測量界面粘結強度前，去除玻璃表面用于固定十字交叉樣品的膠帶，用游標卡尺分別測量中間PVB膠片層的實際厚度。
　　
　　2.2試驗方法
　　
　　圖2為設計的夾具和十字交叉樣品加載示意圖。通過對十字交叉試樣施加壓力可以在界面處產(chǎn)生均勻拉伸(圖2a)或剪切應力(圖2h},從而導致界面分開。
　　
　　將十字交叉試樣以兩個不同放置方式固定好后再施加載荷，可分別得到界面拉伸和剪切粘結強度。試驗以某一恒定的位移速率加載，采用界面脫粘時對應的載荷值和粘結面積計算拉伸和剪切粘結強度。計算原理式如下:
　　
　　PC一一拉伸或剪切加載過程中界面脫開時所對應的臨界載荷;
　　
　　A一一界面粘結面積。
　　
　　測量拉伸粘結強度時，在夾具中擺放試樣，保證十字交叉試樣可以無任何摩擦地放入夾具中。上壓頭的底面粘接一塊軟膠帶，保證壓頭和試樣之間的均勻接觸。壓頭寬度必須與試樣寬度相同，壓頭下表面與試樣的受壓面保持平行。然后以某一設定的速率施加載荷直至界面斷開，記錄下界面脫粘時的非常大荷載值、測量剪切粘結強度時，在豎直樣品頂部固定一塊軟膠帶，保證壓頭和試樣之間的均勻接觸。以某一速率施加載荷直至界面斷開，記錄下界面脫粘開時的非常大載荷值。在試驗過程中為了研究加載速度對測量PVB膠與玻璃界面粘結強度的影響，加載速度分別為0.5mm/min,1mm/min,5mmlmin和l0mm/min。
　　
　　為了模擬和研究夾層玻璃耐濕老化性能以及耐濕老化時間對PVB膠與玻璃之間粘結強度的影響，按照國家標準的規(guī)定，先將十字交叉樣品放置在耐濕老化試驗機內(nèi)，設定溫度為50℃士2℃，相對濕度為950/4%，一個周期的靜置時間為336h4在本實驗中還研究了耐濕老化時間對PVB膠與玻璃界面粘結強度的影響，將十字交叉樣品分別老化15d,30d和60d(即1，2和4個周期)，然后分別測量其界面拉伸粘結強度。
　　
　　3結果與討論
　　
　　實驗中測量單層、雙層、四層和八層PVB膠層的實際厚度分別為0.64mm，0.92mm，2.14mm和4.34mma圖3為不同PVB膠層厚度所對應的界面拉伸粘結強度(圖3a)和界面剪切強度(圖3b)，加載速率均為0.5mm/min�？梢钥闯�，單層PVB膠(厚度為0.64mm)的粘結強度非常大，其拉伸粘結強度和剪切粘結強度分別為6.10MPa±0.47MPa和3.0IMPat±0.21MPa。在PVB膠層厚度相同時，夾層玻璃中界面剪切強度均低于拉伸粘結強度，這與陶瓷材料界面性能實驗結果正好相反。其原因可能與PVB膠層屬于柔性材料有關，剛度比較低，在加載過程中受剪應力作用時界面容易產(chǎn)生局部的應力集中，造成所測量的剪切強度遠低于拉伸粘結強度。
　　
　　從圖3中還可以看出PVB膠層厚度越大，界面拉伸粘結強度和剪切粘結強度都迅速降低。當PVB膠層厚度增加到0.92mm時，拉伸粘結強度和剪切粘結強度分別下降了27.7%和34.9%然而當PVB膠層的厚度進一步增加時，測量所得的粘結強度基本上變化很小。前面的研究結果表明中間層PVB膠層厚度越小，界面的拉伸粘結強度和剪切粘結強度都越高。單層PVB膠片的玻璃拉伸強度和剪切粘結強度都是較高的，其應用前景較為廣闊，所以下述研究主要是針對于單層PVB膠片。由于夾層玻璃中PVB膠片屬于柔性材料，加載速度對界面拉伸粘結強度和剪切粘結強度的測量都會有重要的影響。
　　
　　圖4是不同加載速率下測量所得的PVB膠片和玻璃的界面粘結強度，加載速率分別為0.5mmlmin,1mm/min和5mm/min。從圖中可以看出，粘結強度隨著加載速率的增加而加大。當加載速率為5mmlmin時，其粘結強度達到非常大值，為11.49MPao如果加載速度過小，PVB膠與玻璃界面脫粘時呈逐漸撕裂形態(tài)，試驗結果將偏小。如果加載速率過大(如10mm/min),通常多功能實驗機的力傳感器采集數(shù)據(jù)頻率較低，很難準確測量其峰值力，使得測量結果不可靠(僅為2.1MPa)，遠低于真實值。此外，加載速率過大時對樣品施加載荷類似于沖擊載荷，很難真實表征樣品在靜載作用下的力學性能。實驗結果表明，加載速度為5mmlmin時，從加載曲線上可以看出整個試驗過程控制在90s之內(nèi)，PVB膠與玻璃的界面拉伸強度和剪切粘結強度較為合適。因此，測試PVB膠與玻璃之間的界面粘結強度時的加載速度選擇5mmlmin比較合適。
　　
　　在溫度為50℃士2℃，濕度為g5%A%的環(huán)境下對十字交叉樣品分別進行了15d,30d和60d的老化耐濕實驗，通過目測觀察發(fā)現(xiàn)所有的試驗樣品的界面處都沒有出現(xiàn)氣泡或脫粘的現(xiàn)象。分別測量其粘結拉伸強度，加載速率5mm/min、實驗結果如圖5所示。
　　
　　隨著耐濕老化時間的延長，夾層玻璃拉伸粘結強度略有降低。在前15d的實驗中，夾層玻璃的拉伸粘結強度下降較快，從老化前的11.49MPa下降到10.11NIPa,下降幅度為12.0%.繼續(xù)進行耐濕老化試驗，發(fā)現(xiàn)在15d一30d的實驗中，夾層玻璃的拉伸粘結強度又升高至10.31MPa。30d之后一直到實驗結束，夾層玻璃的拉伸粘結強度將不斷下降，達到10一0SMPaa由此可以表明，耐濕老化對玻璃拉伸粘結強度影響并不大，隨著耐濕老化時間的進一步延長，夾層玻璃的拉伸粘結強度大體趨于下降。即使在老化60d之后，其拉伸粘結強度僅下降了12.3%.
　　
　　4結論
　　
　　利用自行設計的夾層玻璃的PVB膠片與玻璃之間界面拉伸和剪切粘結強度，合適的加載速度為5mm/min。PVB膠片厚度越小，測量所得界面拉伸和剪切粘結強度越大，單層PVB膠片(厚度為0.64mm)夾層玻璃的拉伸粘結強度非常大值為11.49MPa。由于中間界面層為柔性材料，對于PVB膠厚度大于0.64mm時的夾層玻璃來說，測量所得到的拉伸粘結強度高于其剪切粘結強度。隨著耐濕老化時間的增加，夾層玻璃的拉伸粘結強度大體趨于下降，但界面拉伸粘結強度的衰減幅度不大。PVB膠與玻璃的界面即使在耐濕老化四個周期后，其拉伸粘結強度仍能保持為10.08MPa,下降幅度僅為12.30%