CC BY
1УДК 69
Куандык Е.К.
магистрант 2 курса Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилёва
(г. Астана, Казахстан)
ПОЛИМЕРНЫЕ МЕЖСЛОЙНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО СТЕКЛА
Аннотация: в данном статье представлен исследований в области разработки и применения различных полимерных материалов, используемых при изготовлении многослойных стекол. Трехслойное стекло(триплекс) состоит из двух листов стекла, которые склеены между собой прозрачным и эластичным органическим веществом. Композитный материал значительно улучшает поведение стекла как до, так и после разрушения. Свойства материала промежуточного слоя оказывают большое влияние на эксплуатационные характеристики элементов из многослойного стекла: жесткость на сдвиг и адгезия к стеклу имеют жизненно важное значение для общих механических характеристик многослойного стекла. В этой статье описываем основные материалы промежуточного слоя: ПВБ, ЭВА и ТПУ, которые обычно используются для многослойного стекла.
Ключевые слова: многослойное стекло, полимеры, ПВБ, ЭВА, ТПУ, жесткость,
адгезия.
В строительной отрасли стекло традиционно использовалось в качестве оконных стекол в зданиях, но использование стекло как основной строительный материал становится все более популярным за последние 30 лет.
Растущий спрос со стороны различных отраслей конечного потребления, включая строительство, автомобилестроение, авиацию, здравоохранение и электронику, стимулирует рост рынка ламинированного стекла. В связи с этим многослойное стекло и межслойные материалы в последнее время вызывают
большой интерес. В 2022 году безопасное стекло было 331-м наиболее продаваемым товаром в мире, с общим объемом торговли в 12 млрд долларов по статистике OEC (The Observatory of Economic Complexity)[1]A к 2031 году, по прогнозам, он достигнет 34,4 млрд долларов США, а среднегодовой темп роста составит 6,1% в период с 2022 по 2031 год.
Трехслойное безосколочное стекло(триплекс) состоит из двух листов стекла, которые склеены между собой прозрачным и эластичным органическим веществом.[2] Композитный материал значительно улучшает поведение стекла как до, так и после разрушения. Перед разрушением, когда многослойная стеклянная панель подвергается изгибу вне плоскости, материал межслойной пленки передает напряжения сдвига между противостоящими стеклянными поверхностями, и, как следствие, это влияет на ее жесткость на изгиб : чем жестче межслойка, тем выше жесткость на изгиб вне плоскости многослойных стеклянных панелей.[3].
В некоторых случаях, в зависимости от нагрузки и жесткости межслойного слоя, межслойный слой может перекрывать трещины смежными неповрежденными панелями[4]. Приложенные силы, которые вызывают появление и распространение трещин, могут быть перенаправлены касательными напряжениями в межслойный материал к смежным неповрежденным слоям стекла, этот механизм блокировки трещин предотвращает раскрытие трещин по ламинату[5]. Благодаря этим свойствам сцепления многослойное стекло демонстрирует определенный уровень остаточной прочности после разрушения. Это связано с тем, что межслойный материал может обеспечивать определенный уровень растягивающего напряжения , в то время как осколки разбитого стекла все еще могут обеспечивать прочность на сжатие , но не на растяжение. Следовательно, многослойное стекло имеет более высокий уровень прочности после разрушения, чем обычное стекло. Прочность многослойного стекла после разрушения зависит, среди прочего, от прочности межслойного материала, жесткости, толщины и уровня адгезии со стеклом.
Вязкоупругие свойства, которые сильно зависят от температуры, характерны для определенный температурный диапазон, который называется резиноподобной областью. Обычно в многослойном стекле промежуточный слой проявляет резиноподобные свойства при комнатной температуре. По этой причине в случае разрушения стекла он может образовывать связку между осколками стекла. На самом деле, разрушение стекла не может распространяться внутри мягкого полимерного промежуточного слоя, а происходит на границе раздела между стеклом и промежуточным слоем.
В этом статье описываем основные материалы промежуточного слоя: ПВБ, ЭВА и ТПУ, которые обычно используются для многослойного стекла.
ПВБ (поливинилбутираль) был первым материалом, использованным в качестве промежуточного слоя для многослойного стекла. Он образуется в результате реакции поливинилового спирта с бутиральдегидом. Цепи ПВБ с более высокой молекулярной массой обеспечивают прочность промежуточного слоя, поэтому для повышения эластичности материала необходимо добавлять пластификаторы. Этот промежуточный слой в основном используется в пластифицированном виде[6].Пластификатор не должен влиять на адгезию к стеклу, мигрировать из полимерной матрицы в процессе обработки, а также влиять на оптические свойства.
Этот полимер обеспечивает многослойному стеклу отличные оптические и механические свойства, высокую механическую прочность, высокую деформацию перед разрушением, хорошую адгезию к стеклу (после процесса ламинирования) и высокую светопропускаемость [7]. С другой стороны, важно отметить, что атмосферные условия могут ухудшить качество ПВБ: влажность окружающей среды может привести к потере адгезии со стеклом, а ультрафиолетовое излучение может снизить его механические свойства.
ЭВА (этиленвинилацетат) представляет собой сополимер этилена и винилацетата. В качестве промежуточного слоя EVA обеспечивает
устойчивость к растрескиванию при напряжении, высокую гибкость, прочность, эластичность, прозрачность. ЭВА также обладает определенными уникальными свойствами, такими как отличное оптическое пропускание, низкая температура плавления и полимеризации, а также устойчивость к атмосферным воздействиям: как солнечному излучению, так и влаге (водонепроницаемость).
В большинстве случаев, благодаря своей химической структуре, ЭВА отверждается в вакуумной печи для ламинирования при температуре 150-160 °С. Винилацетатные волокна химически соединяются друг с другом в процессе ламинирования. Это процесс отверждения, в результате которого образуется трехмерная структура.Другими доступными способами соединения являются автоклавирование при более низких давлении и температуре, чем у ПВБ [6].
ТПУ (термопластичный полиуретан). Как промежуточный материал, ТПУ обладает сочетанием выдающихся свойств: высокой прочностью на растяжение, вязкостью, устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, истиранию и химическому разложению[8]. Благодаря высокой прочности сцепления ТПУ со всеми подложками (стекло и т.д.), его можно ламинировать при более низких давлениях и с использованием различных комбинаций материалов. По этой причине ТПУ часто используется в гибридных компонентах для обеспечения безопасности и баллистически стойкого стекла.
Однако в настоящее время ТПУ не находит широкого применения из-за своей высокой цены. Кроме того, как недавно разработанный материал, промежуточные слои из ТПУ имеют не так много подтверждающих сертификатов, как ПВБ, и исследования все еще проводятся.
В настоящее время большинство многослойных стекол изготавливается из ПВБ и в меньшей степени из EVA. Несколько исследователей приложили усилия к разработке альтернативных материалов, в основном на основе ТПУ, ПММА, ПЭТ, ПК и других. Однако теперь необходимо провести дальнейшие исследования этих альтернативных материалов с промежуточными слоями, чтобы лучше понять, как они ведут себя в многослойном стекле и как они
реагируют при различных нагрузках, рабочих температурах и факторах старения. Тот факт, что такие материалы уже имеющаяся информация о ПВБ, который уже много лет является промежуточным слоем, доказывает, что аналогичные исследования в отношении других материалов для промежуточных слоев могут представлять интерес для рынка многослойного стекла.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. OEC (The Observatory of Economic Complexity) [Электронный ресурс]. URL https://oec.world/en;
2. Нагибин Г. В. Основы технологии строительных материалов: [Учебник для техникумов промышленности строительных материалов]/Под ред. МИ Матвеева. [Изд. 2-е, доп. и перераб.] //М.:«Высшая школа. - 1969;
3. Martin M. et al. Polymeric interlayer materials for laminated glass: A review //Construction and building materials. - 2020. - Т. 230. - С. 116897;
4. Biolzi L., Cattaneo S., Rosati G. Progressive damage and fracture of laminated glass beams //Construction and Building Materials. - 2010. - Т. 24. - №. 4. - С. 577584;
5. Louter C. et al. Durability of SG-laminated reinforced glass beams: Effects of temperature, thermal cycling, humidity and load-duration //Construction and building materials. - 2012. - Т. 27. - №. 1. - С. 280-292;
6. Serafmavicius T. et al. Long-term laminated glass four point bending test with PVB, EVA and SG interlayers at different temperatures //Procedia Engineering. -2013. - Т. 57. - С. 996-1004;
7. Centelles X., Castro J. R., Cabeza L. F. Experimental results of mechanical, adhesive, and laminated connections for laminated glass elements-A review //Engineering Structures. - 2019. - Т. 180. - С. 192-204;
8. Qi H. J., Boyce M. C. Stress-strain behavior of thermoplastic polyurethanes //Mechanics of materials. - 2005. - Т. 37. - №. 8. - С. 817-839
Kuandyk Y.K.
L.N. Gumilyov Eurasian National University (Astana, Kazakhstan)
POLYMER INTERLAYER MATERIALS FOR MANUFACTURE OF LAMINATED GLASS
Abstract: this article presents research in the field of development and application of various polymer materials used in the manufacture of laminated glasses. Three-layer glass (triplex) consists of two sheets of glass that are glued together with a transparent and elastic organic substance. The composite material significantly improves the behavior of glass both before and after destruction. The properties of the intermediate layer material have a great influence on the performance characteristics of laminated glass elements: shear stiffness and adhesion to glass are vital for the overall mechanical characteristics of laminated glass. In this article we describe the main materials of the intermediate layer: PVB, EVA and TPU, which are usually usedfor laminated glass.
Keywords: laminated glass, polymers, PVB, EVA, TPU, stiffness, adhesion.
