有机玻璃具有良好的光学性能、力学性能和耐热性能,除了在飞机上用作座舱盖、风挡和弦窗外,也用作汽车的风挡和车窗、大型建筑的天窗(可以防破碎)、电视和雷达的屏幕、仪器和设备的防护罩、电器仪表的外壳、望远镜和照相机上的光学镜片等。增塑剂是指添加到聚合物材料中能使聚合物塑性增加的物质。增塑剂的加入可使聚合物大分子链之间的距离增大,减小分子间的相互作用力,分子间相对运动容易,有利于链段运动,宏观表现为聚合物的硬度、模量、维卡软化温度和脆化温度下降,而断裂伸长率和柔韧性提高。为了改善有机玻璃的加工性能和使用性能,本文研究了增塑剂的加入对有机玻璃热变形温度、热松弛及冲击强度等性能的影响。
性能测试。
(1)热变形温度按GB/T 1634.2—2004 《塑料 负荷变形温度的测定》测试,试验设备为RV-300DW型维卡热变形试验机。
(2)热松弛按HB 5369—1987《定向有机玻璃热松弛试验方法》测试,试验设备为401A型热老化试验箱。
(3)冲击强度按GB/T 1043—2008 《塑料 简支梁冲击性能的测定》测试,试验设备为XCJ-50型冲击试验机。
试验条件。
性能测试过程中,环境温度为(23±2)℃,相对湿度为50%±5%;试样在环境温度下放置时间不少于4 h。
增塑剂含量对有机玻璃热变形温度性能的影响。本文选用RV-300DW型维卡热变形试验机来测定有机玻璃的热变形温度。首先测量试样中点附近的高度和宽度,精确至0.01 mm。把试样对称地放在试样支座上,高度为13 mm的一面垂直放置。将装好试样的支架放入试验机的保温槽内,保温槽内的温度与室温相同,且试样应置于液面35 mm以下。加上砝码,使试样产生的最大弯曲正应力为18.1 MPa。开动搅拌器,5 min后调节千分表,使之为零,开始以2 ℃/min的速率加热升温。当试样中点的变形量达到0.25 mm时,记录此时的温度,此温度即为该试样在相应最大弯曲正应力条件下的热变形温度。
增塑剂含量对有机玻璃热变形温度的影响见图1。试验表明,在有机玻璃中加入增塑剂会降低其热变形温度。这是因为增塑剂削弱了有机玻璃分子之间的次价键,增加了分子链的移动性,受到外力时其更容易从玻璃态转变为高弹态。
增塑剂含量对有机玻璃热松弛性能的影响。为了提高有机玻璃的综合性能,通常在聚合完成后对其进行双轴定向拉伸。热松弛是指定向有机玻璃受热后试样表面尺寸收缩的相对百分数。首先用弹簧分规和刻针在试样中心划相互垂直的刻线,再划直径为(40±1)mm的圆,用读数显微镜测量横轴和纵轴圆的直径。将试样放入鼓风干燥箱内,升温到110 ℃,恒温6 h,恒温结束后自然冷却至室温(不打开干燥箱),最后测量X轴和Y轴方向上圆的直径,分别计算X轴和Y轴方向上的热松弛,将其平均值作为最终的测试结果。增塑剂含量对有机玻璃热松弛的影响见图2。
从图2中可以看出,有机玻璃的热松弛随着增塑剂含量的增加而大幅增加,试样表面甚至出现翘曲。这是由于未加增塑剂的有机玻璃热变形温度为114 ℃,而鼓风干燥箱内的温度仅为110 ℃,试样基本不会变形,因此其热松弛很小,仅为1.0%,试样表面平整。随着增塑剂含量的增加,有机玻璃的热变形温度降低,在加热过程中试样发生变形,回弹收缩明显,热松弛大幅增加。
增塑剂含量对有机玻璃冲击强度的影响。有机玻璃的冲击试验采用简支梁型,试样选用无缺口冲击试样。首先测量试样中部的宽度和厚度,精确至0.02 mm。由于试样厚度小于10 mm,因此需要在支撑块后加上垫片,使试样中部与摆锤的垂直线接触。根据试样破坏时所需的能量选择相应的摆锤,使消耗的能量在摆锤总能量的10%~85%范围内。调节能量度盘指针零点,使它在摆锤处于起始位置时与主动指针接触。抬起并锁住摆锤,把试样按规定放置在两支撑块上,试样支撑面紧贴在支撑块上,将冲击刀刃对准试样中心进行冲击。试样断裂时单位面积所消耗的冲击功即冲击强度,以kJ/m2来表示。增塑剂含量对有机玻璃冲击强度的影响见图3。
试验表明,增塑剂的加入提高了有机玻璃的冲击强度;当增塑剂含量为1~2份时,有机玻璃的冲击强度增幅较大;当增塑剂含量超过2份时,有机玻璃的冲击强度增幅较小。
结论
增塑剂的加入,降低了有机玻璃的热变形温度,增大了有机玻璃热松弛,小幅提高了有机玻璃的冲击强度。因此,通过添加增塑剂来对有机玻璃进行改性时,其用量不宜过多,建议用量为1~2份。
目前, 国内外科学工作者在不断努力, 通过多种方式来对有机玻璃进行改性,努力研发高性能有机玻璃,从而在一些高端领域打破国外产品的垄断,也为企业带来更高的经济效益。
![]() | 手机:18009215483 |
![]() | 固话:029-88262653 |
![]() | 邮箱:88262653@163.com |
![]() | 地址:西安雁塔区电子三路西京国际电气中心B座5楼B503室 |