增塑劑對有機(jī)玻璃性能的影響

引言有機(jī)玻璃具有良好的光學(xué)性能、力學(xué)性能和耐熱性能，除了在飛機(jī)上用作座艙蓋、風(fēng)擋和弦窗外，也用作汽車的風(fēng)擋和車窗、大型建筑的天窗（可以防破碎）、電視和雷達(dá)的屏幕、儀器和設(shè)備的防護(hù)罩、電器儀表的外殼、望遠(yuǎn)鏡和照相機(jī)上的光學(xué)鏡片等。增塑劑是指添加到聚合物材料中能使聚合物塑性增加的物質(zhì)。增塑劑的加入可使聚合物大分子鏈之間的距離增大，減小分子間的相互作用力，分子間相對運(yùn)動(dòng)容易，有利于鏈段運(yùn)動(dòng)，宏觀表現(xiàn)為聚合物的硬度、模量、維卡軟化溫度和脆化溫度下降，而斷裂伸長率和柔韌性提高。為了改善有機(jī)玻璃的加工性能和使用性能，本文研究了增塑劑的加入對有機(jī)玻璃熱變形溫度、熱松弛及沖擊強(qiáng)度等性能的影響。試驗(yàn)部分性能測試。（1）熱變形溫度按GB/T1634.2—2004《塑料負(fù)荷變形溫度的測定》測試，試驗(yàn)設(shè)備為RV-300DW型維卡熱變形試驗(yàn)機(jī)。（2）熱松弛按HB5369—1987《定向有機(jī)玻璃熱松弛試驗(yàn)方法》測試，試驗(yàn)設(shè)備為401A型熱老化試驗(yàn)箱。（3）沖擊強(qiáng)度按GB/T1043—2008《塑料簡支梁沖擊性能的測定》測試，試驗(yàn)設(shè)備為XCJ-50型沖擊試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)條件。性能測試過程中，環(huán)境溫度為（23±2）℃，相對濕度為50%±5%；試樣在環(huán)境溫度下放置時(shí)間不少于4h。結(jié)果與討論增塑劑含量對有機(jī)玻璃熱變形溫度性能的影響。本文選用RV-300DW型維卡熱變形試驗(yàn)機(jī)來測定有機(jī)玻璃的熱變形溫度。首先測量試樣中點(diǎn)附近的高度和寬度，精確至0.01mm。把試樣對稱地放在試樣支座上，高度為13mm的一面垂直放置。將裝好試樣的支架放入試驗(yàn)機(jī)的保溫槽內(nèi)，保溫槽內(nèi)的溫度與室溫相同，且試樣應(yīng)置于液面35mm以下。加上砝碼，使試樣產(chǎn)生的最大彎曲正應(yīng)力為18.1MPa。開動(dòng)攪拌器，5min后調(diào)節(jié)千分表，使之為零，開始以2℃/min的速率加熱升溫。當(dāng)試樣中點(diǎn)的變形量達(dá)到0.25mm時(shí)，記錄此時(shí)的溫度，此溫度即為該試樣在相應(yīng)最大彎曲正應(yīng)力條件下的熱變形溫度。增塑劑含量對有機(jī)玻璃熱變形溫度的影響見圖1。試驗(yàn)表明，在有機(jī)玻璃中加入增塑劑會(huì)降低其熱變形溫度。這是因?yàn)樵鏊軇┫魅趿擞袡C(jī)玻璃分子之間的次價(jià)鍵，增加了分子鏈的移動(dòng)性，受到外力時(shí)其更容易從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)。圖1增塑劑含量對有機(jī)玻璃熱變形溫度的影響增塑劑含量對有機(jī)玻璃熱松弛性能的影響。為了提高有機(jī)玻璃的綜合性能，通常在聚合完成后對其進(jìn)行雙軸定向拉伸。熱松弛是指定向有機(jī)玻璃受熱后試樣表面尺寸收縮的相對百分?jǐn)?shù)。首先用彈簧分規(guī)和刻針在試樣中心劃相互垂直的刻線，再劃直徑為（40±1）mm的圓，用讀數(shù)顯微鏡測量橫軸和縱軸圓的直徑。將試樣放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，升溫到110℃，恒溫6h，恒溫結(jié)束后自然冷卻至室溫（不打開干燥箱），最后測量X軸和Y軸方向上圓的直徑，分別計(jì)算X軸和Y軸方向上的熱松弛，將其平均值作為最終的測試結(jié)果。增塑劑含量對有機(jī)玻璃熱松弛的影響見圖2。圖2增塑劑含量對有機(jī)玻璃熱松弛的影響從圖2中可以看出，有機(jī)玻璃的熱松弛隨著增塑劑含量的增加而大幅增加，試樣表面甚至出現(xiàn)翹曲。這是由于未加增塑劑的有機(jī)玻璃熱變形溫度為114℃，而鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)的溫度僅為110℃，試樣基本不會(huì)變形，因此其熱松弛很小，僅為1.0%，試樣表面平整。隨著增塑劑含量的增加，有機(jī)玻璃的熱變形溫度降低，在加熱過程中試樣發(fā)生變形，回彈收縮明顯，熱松弛大幅增加。增塑劑含量對有機(jī)玻璃沖擊強(qiáng)度的影響。有機(jī)玻璃的沖擊試驗(yàn)采用簡支梁型，試樣選用無缺口沖擊試樣。首先測量試樣中部的寬度和厚度，精確至0.02mm。由于試樣厚度小于10mm，因此需要在支撐塊后加上墊片，使試樣中部與擺錘的垂直線接觸。根據(jù)試樣破壞時(shí)所需的能量選擇相應(yīng)的擺錘，使消耗的能量在擺錘總能量的10%～85%范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)能量度盤指針零點(diǎn)，使它在擺錘處于起始位置時(shí)與主動(dòng)指針接觸。抬起并鎖住擺錘，把試樣按規(guī)定放置在兩支撐塊上，試樣支撐面緊貼在支撐塊上，將沖擊刀刃對準(zhǔn)試樣中心進(jìn)行沖擊。試樣斷裂時(shí)單位面積所消耗的沖擊功即沖擊強(qiáng)度，以kJ/m2來表示。增塑劑含量對有機(jī)玻璃沖擊強(qiáng)度的影響見圖3。圖3增塑劑含量對有機(jī)玻璃沖擊強(qiáng)度的影響試驗(yàn)表明，增塑劑的加入提高了有機(jī)玻璃的沖擊強(qiáng)度；當(dāng)增塑劑含量為1～2份時(shí)，有機(jī)玻璃的沖擊強(qiáng)度增幅較大；當(dāng)增塑劑含量超過2份時(shí)，有機(jī)玻璃的沖擊強(qiáng)度增幅較小。結(jié)論增塑劑的加入，降低了有機(jī)玻璃的熱變形溫度，增大了有機(jī)玻璃熱松弛，小幅提高了有機(jī)玻璃的沖擊強(qiáng)度。因此，通過添加增塑劑來對有機(jī)玻璃進(jìn)行改性時(shí)，其