增塑剂对有机玻璃性能的影响

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。