Влияние прослоек ЭВА, ПВБ и ионопласта на структурное поведение и характер разрушения многослойного стекла

Дата: 28 августа 2023 г.

Авторы: Лиене Сабле, Дэвид Кинселла и Марцин Козловски

Источник:Международный журнал исследований структурного стекла и передовых материалов,Том 3 № 1, 2019, Научные публикации

ДОИ:https://doi.org/10.3844/sgamrsp.2019.62.78

Архитектурные тенденции все чаще требуют от производителей материалов и инженеров создания экологически чистых, возобновляемых и инновационных продуктов из многослойного стекла, которые сочетают в себе множество функций, например, стеклянные перила с солнечными батареями, изогнутое многослойное стекло, полы со светодиодами, которые служат мультимедийными экранами. Все новые тенденции требуют разработки прокладок для многослойного стекла, позволяющих ламинировать электрические детали, солнечные элементы или другие объекты между двумя слоями стекла. Для этого сложного процесса ламинирования наиболее подходящей прослойкой является этиленвинилацетат (ЭВА), поскольку его свойства позволяют работать при низких температурах без автоклавирования. С другой стороны, материал EVA не был полностью определен и обсужден в стандарте prEN16613 как подходящий промежуточный материал, например, для применения в таких конструкциях, как промежуточный слой из поливинилбутираля (ПВБ). По этой причине межслойные ламинаты из ЭВА необходимо исследовать и сравнивать с ПВБ или аналогичными межслойными ламинатами для оценки их механических свойств.

В исследовательской работе дается представление и сравниваются структурное поведение и характер разрушения, а также оцениваются образцы многослойного стекла с прослойками ПВБ, ионопласта и этиленвинилацетата. В практических обстоятельствах стеклянные конструкции должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать изгибающие напряжения, которые могут возникнуть, например, из-за боковой нагрузки, а это означает, что испытания на четырехточечный изгиб являются подходящим методом для оценки поведения конструкции. Испытания также были смоделированы в программе конечных элементов (FE) ABAQUS/CAE для расчета смещений и оценки изгибающих напряжений. По данным текущих исследований можно сделать вывод, что для образцов с прослойкой из ЭВА жесткость эквивалентна результатам образцов с прослойкой из ПВБ, а прослойка из ЭВА может использоваться в тех же случаях, что и материал ПВБ. Кроме того, использование метода КЭ позволяет точно моделировать механическое поведение многослойного стекла, испытанного при четырехточечном изгибе, с высокой корреляцией результатов с погрешностью менее 5%, тогда как аналитические расчеты показывают погрешность 10-58%.

Значительное развитие конструкционного стекла наблюдается в последние десятилетия. Стеклянный материал не просто используется в качестве изолированного стеклянного наполнения, но и является полностью ответственным конструкционным материалом. (Eehout and Sluis, 2014; Grohmann, 2014; Raynaud, 2014) По сравнению с монолитным стеклянным листом, многослойное стекло после разрушения сохраняет свою целостность, и конструкция может выполнять свою функцию до тех пор, пока ее не заменят. Многослойное стекло представляет собой композитный материал, состоящий как минимум из двух слоев стекла, склеенных между собой полимерной прослойкой. Выбор типа прослойки чаще всего зависит от применения конструктивного элемента, например, ударопрочный, звукоизоляционный, взломостойкий или огнестойкий (Sandén, 2015).

С конструктивной точки зрения стекло является хрупким материалом и выходит из строя без предупреждения. Он чувствителен к концентрации напряжений, и его прочность зависит от степени повреждения поверхности стекла (Пфаендер, 1996). Прочность на разрыв определяется наличием дефектов материала, которые локально увеличивают напряжения и действуют как потенциальные места разрушения. Свойство дефекта создавать напряжения зависит от его формы и размера, которые, однако, невозможно точно определить с помощью доступных в настоящее время измерительных технологий (Ламон, 2016).

Межслойное соединение между слоями стекла – одна из возможностей сохранить несущую способность и целостность конструкции после разрушения стекла. Преимуществом полимерной прослойки является ее способность поглощать большие деформации, удерживать осколки стекла и ограничивать размер зазора между осколками стекла после разрушения стекла.