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(qiáng)度高等特點(diǎn)。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(hù)、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(yīng)用于汽車、火車、輪船、飛機(jī)等運(yùn)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(duì)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(xué)性能越好，尤其是抗沖擊性能。
夾層玻璃是典型的有機(jī)一無機(jī)相結(jié)合的材料，其設(shè)計(jì)壽命一般為25年，在大氣環(huán)境中服役一段時(shí)間后，必然會(huì)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(shè)計(jì)要求。然而中間層PVB膠片屬于有機(jī)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(huì)降低，從而造成安全隱患。我國(guó)現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在考察夾層玻璃耐濕老化性能時(shí)，在老化實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，僅目視檢查試驗(yàn)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(gè)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(cè)出夾層玻璃在不同老化時(shí)間的界面強(qiáng)度，則可以定量確定夾層玻璃的界面強(qiáng)度衰減速率，根據(jù)強(qiáng)度衰減模型確定其在某特定環(huán)境下應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)或評(píng)價(jià)方法可以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)玻璃與PVB膠的粘結(jié)強(qiáng)度。如何能準(zhǔn)確快速定量評(píng)價(jià)夾層玻璃中玻璃與PVB膠合層的界面粘結(jié)強(qiáng)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(bào)道。
十字交叉法最早應(yīng)用于測(cè)量陶瓷界面粘結(jié)強(qiáng)度，通過一個(gè)簡(jiǎn)單的壓縮載荷可以在界面處獲得均勻的拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力，利用界面開裂時(shí)所對(duì)應(yīng)的臨界載荷和粘結(jié)面積就可以同時(shí)獲得界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和剪切粘結(jié)強(qiáng)度。本文擬采用十字交叉法測(cè)量PVB膠與玻璃之間的界面粘結(jié)性能。利用自行設(shè)計(jì)的特定夾具，研究了PVB膠層厚度、加載速率和耐濕老化時(shí)間對(duì)PVB膠與玻璃界面拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的影響，從而提供一種能定量評(píng)價(jià)夾層玻璃PVB膠與玻璃之間界面粘結(jié)性能以及評(píng)價(jià)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(yīng)用設(shè)計(jì)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(cái)產(chǎn)安全。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1樣品制備
實(shí)驗(yàn)中玻璃樣品尺寸為100mm*20mm*20mm如果沒有合適的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格玻璃樣品，也可以選擇寬度為20mm。,長(zhǎng)渡大于10mm,厚度大于10mm的玻璃作為實(shí)驗(yàn)樣品。使用前，先將樣品表面進(jìn)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(shí)驗(yàn)中所采用的PVB膠片為從市場(chǎng)上購(gòu)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(shí)驗(yàn)中，為了研究膠片厚度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)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(shí)驗(yàn)樣品中間PVB層的厚度。在準(zhǔn)備好十字交叉樣品后，將試驗(yàn)樣品放入真空袋中進(jìn)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(gè)大氣壓的條件下進(jìn)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(cè)量界面粘結(jié)強(qiáng)度前，去除玻璃表面用于固定十字交叉樣品的膠帶，用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量中間PVB膠片層的實(shí)際厚度。
2.2試驗(yàn)方法
圖2為設(shè)計(jì)的夾具和十字交叉樣品加載示意圖。通過對(duì)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(yīng)力(圖2h},從而導(dǎo)致界面分開。
將十字交叉試樣以兩個(gè)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(qiáng)度。試驗(yàn)以某一恒定的位移速率加載，采用界面脫粘時(shí)對(duì)應(yīng)的載荷值和粘結(jié)面積計(jì)算拉伸和剪切粘結(jié)強(qiáng)度。計(jì)算原理式如下:
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