1 前言
夾層玻璃是由一層玻璃與一層或多層玻璃、塑料材料中間夾聚乙烯醇縮丁醛膠合層(PolyvinylButyral, PV13膠片)而成的玻璃制品，具有耐光、耐熱、抗沖擊強度高等特點。夾層玻璃在外力作用下可能破碎，但碎片仍戮附在中間層膠片上，保持為整體，沒有碎片飛濺。與傳統(tǒng)的普通玻璃相比，夾層玻璃在安全、保安防護、隔音及防輻射等方面有著不可比擬的優(yōu)良性能。正是由于其良好的安全可靠性能，夾層玻璃主要應用于汽車、火車、輪船、飛機等運輸工具，在現(xiàn)代高層玻璃幕墻和光伏玻璃產(chǎn)業(yè)中也都得到了廣泛的使用。對夾層玻璃的使用性能來說玻璃與PVB膠合層的界面粘結(jié)性能的好壞直接關(guān)系到夾層玻璃的安全可靠性。一般來說，在玻璃和膠合層度固定的條件下，玻璃與PVB膠合層的粘結(jié)越牢固，夾層玻璃的力學性能越好，尤其是抗沖擊性能。
夾層玻璃是典型的有機一無機相結(jié)合的材料，其設計壽命一般為25年，在大氣環(huán)境中服役一段時間后，必然會出現(xiàn)腐蝕老化的現(xiàn)象。通常玻璃的抗化性能非常優(yōu)異，基本上可以滿足設計要求。然而中間層PVB膠片屬于有機材料，在大氣環(huán)境中容易受到氣候環(huán)境中水蒸氣的侵蝕而發(fā)生老化。一旦服役過程中的夾層玻璃發(fā)生了老化，玻璃與PVB膠的粘結(jié)性能必然會降低，從而造成安全隱患。我國現(xiàn)行的國家標準在考察夾層玻璃耐濕老化性能時，在老化實驗結(jié)束后，僅目視檢查試驗前后試樣的外觀變化，即PVB膠與玻璃之間是否存在氣泡或有脫膠現(xiàn)象，這種方法只能定性判斷夾層玻璃老化失效程度，而且通常只考察一個周期 (336h)的老化形態(tài)，很難反映出夾層玻璃的性能衰減特征。如果能檢測出夾層玻璃在不同老化時間的界面強度，則可以定量確定夾層玻璃的界面強度衰減速率，根據(jù)強度衰減模型確定其在某特定環(huán)境下應用過程中的壽命和可靠性。但是到目前為止沒有一種現(xiàn)行的標準或評價方法可以準確評價玻璃與PVB膠的粘結(jié)強度。如何能準確快速定量評價夾層玻璃中玻璃與PVB膠合層的界面粘結(jié)強度以及夾層玻璃在老化后界面粘結(jié)性能衰減程度，基本還是空白，未見有任何相關(guān)的材料報道。
十字交叉法最早應用于測量陶瓷界面粘結(jié)強度，通過一個簡單的壓縮載荷可以在界面處獲得均勻的拉應力和剪切應力，利用界面開裂時所對應的臨界載荷和粘結(jié)面積就可以同時獲得界面拉伸粘結(jié)強度和剪切粘結(jié)強度。本文擬采用十字交叉法測量PVB膠與玻璃之間的界面粘結(jié)性能。利用自行設計的特定夾具，研究了PVB膠層厚度、加載速率和耐濕老化時間對PVB膠與玻璃界面拉伸粘結(jié)強度和剪切強度的影響，從而提供一種能定量評價夾層玻璃PVB膠與玻璃之間界面粘結(jié)性能以及評價PVB膠老化程度、老化后界面性能和老化壽命的方法。其研究結(jié)果可以為夾層玻璃的應用設計提供可供參考的數(shù)據(jù)，保證夾層玻璃的安全使用和提高其安全可靠性，保障人民生命財產(chǎn)安全。
2 實驗
2.1樣品制備
實驗中玻璃樣品尺寸為100mm*20mm*20mm如果沒有合適的標準規(guī)格玻璃樣品，也可以選擇寬度為20mm。,長渡大于10mm,厚度大于10mm的玻璃作為實驗樣品。使用前，先將樣品表面進行打磨（詞條“打磨”由行業(yè)大百科提供）拋光至鏡面，然后用丙酮清洗干凈。實驗中所采用的PVB膠片為從市場上購買的商用膠片，膠片厚度為0.76mm,將其裁剪成截面（詞條“截面”由行業(yè)大百科提供）為20mmx20mm的薄片。將PVB膠片夾在兩片玻璃之間，玻璃呈十字交叉形狀放置，利用膠帶把十字交叉樣品固定。圖1為十字交叉樣品的示意圖。
在本實驗中，為了研究膠片厚度對粘結(jié)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(diào)節(jié)最終實驗樣品中間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，最后以某一特定的速率冷卻至室溫，得到界面結(jié)合完好的十字交叉樣品。在測量界面粘結(jié)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(jié)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(jié)面積計算拉伸和剪切粘結(jié)強度。計算原理式如下:
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