TU Darmstadt / ULB / TUprints

Characterization of laminated safety glass interlayers – Thermorheology, Crystallinity and Viscoelasticity

Schuster, Miriam (2022):
Characterization of laminated safety glass interlayers – Thermorheology, Crystallinity and Viscoelasticity. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität Darmstadt,
DOI: 10.26083/tuprints-00021741,
[Ph.D. Thesis]

[img] Text
Schuster_Miriam_Diss_Published.pdf
Copyright Information: CC-BY-SA 4.0 International - Creative Commons, Attribution ShareAlike.

Download (63MB)
Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Characterization of laminated safety glass interlayers – Thermorheology, Crystallinity and Viscoelasticity
Language: English
Abstract:

Laminated safety glass enables the safe construction of transparent structures. The mechanical behaviour depends on the polymeric interlayer both in the intact and in the post fracture state. In the present work, the mechanical behaviour of ethylene vinyl acetate-based (EVA) and ionoplastic interlayers is investigated for the intact laminated safety glass condition. The mechanical behaviour of the interlayer in the fractured laminated safety glass is carried out on polyvinyl butyral-based (PVB) interlayers. The interlayer creates a shear coupling between the glass plies in intact laminated safety glass, which varies, among other things, on the temperature- and load duration-dependent shear modulus of the interlayer and is considered by means of Prony series and time-temperature-superposition principles. Since Prony series and time-temperature shifts have so far predominantly been determined for PVB interlayers, the structure of EVA and ionoplastic interlayers is investigated in more detail in this work. Using X-Ray Diffraction, Differential Scanning Calorimetry and Dynamic-Mechanical-Thermal-Analysis, a semicrystalline structure is detected and characterized for different temperature rates and physical ages. The displacement factors required for mastercurve generation are divided into a purely temperature-dependent and a purely crystallinity-dependent part, so that the material behaviour can be predicted for any temperature and crystallinity combination. In the fractured state, large deformations occur in the interlayer, so that the loading level is also taken into account in the mechanical characterization of the interlayer. First, the temperature and frequency (time) dependent linearity limits of two different PVB interlayers are determined in Dynamic-Mechanical-Thermal-Analyses. The nonlinear viscoelastic material behaviour is investigated with tensile relaxation tests at different temperatures and strain levels. If the initial degree of nonlinearity, the linear viscoelastic material behaviour and the linearity limit function are known, it can be predicted after which time period the linear viscoelastic material behaviour is reached again. In addition, the Schapery model is investigated to represent the nonlinear viscoelastic material behaviour. This model combines the linear viscoelastic Prony series with several strain-dependent nonlinearity factors, which are determined by shifting the test data horizontally and vertically.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Verbundsicherheitsglas ermöglicht das sichere Konstruieren von transparenten Bauwerken. Das mechanische Verhalten ist dabei sowohl im intakten als auch im gebrochenen Zustand von der polymeren Zwischenschicht abhängig. In der vorliegenden Arbeit wird für den intakten Verbundsicherheitsglaszustand das mechanische Verhalten von Ethylen-Vinylacetat-basierten (EVA) und ionoplastischen Zwischenschichten untersucht. Das mechanische Verhalten der Zwischenschicht im gebrochenen Laminat wird an Polyvinylbutyral-basierten (PVB) Folien untersucht. Durch die Zwischenschicht entsteht im intakten Verbundsicherheitsglas eine Schubkopplung zwischen den Glasscheiben, die unter anderem von dem temperatur- und belastungsdauerabhängigen Schubmodul der Zwischenschicht bestimmt und mittels Prony-Reihe und Zeit-Temperatur-Verschiebungsprinzip berücksichtigt wird. Da Prony-Reihen und Zeit-Temperatur-Verschiebungen bislang überwiegend für PVB Zwischenschichten bestimmt werden konnten, wird die Struktur der EVA und Ionoplastfolie in dieser Arbeit untersucht. Mittels Röntgenbeugung, Differenzkalorimetrie und Dynamisch-Mechanisch-Thermischen-Analysen wird die teilkristalline Struktur nachgewiesen und für unterschiedliche Temperaturraten und physikalische Alter charakterisiert. Die zur Masterkurvenerstellung notwendigen Verschiebungsfaktoren werden unter Berücksichtigung des Kristallisationsgrades in einen rein temperaturabhängigen und einen rein kristallisationsgradabhängigen Anteil geteilt, sodass das Materialverhalten für jede beliebige Kombination aus Temperatur und Kristallisationsgrad prognostiziert werden kann. Im gebrochenen Zustand entstehen große Verzerrungen in der Folie, sodass die Belastungshöhe bei der mechanischen Charakterisierung der Zwischenschicht berücksichtigt wird. Zunächst werden die temperatur- und frequenz- (beziehungsweise zeit-) abhängigen Linearitätsgrenzen von zwei unterschiedlichen PVB Zwischenschichten in Dynamisch-Mechanisch-Thermischen-Analysen bestimmt. Das nichtlinear viskoelastische Materialverhalten wird mit Zug-Relaxationsversuchen bei unterschiedlichen Temperaturen und Dehnstufen untersucht. Sind der initiale Nichtlinearitätsgrad, das linear viskoelastische Materialverhalten und die Linearitätsgrenzfunktion bekannt, so kann abgeschätzt werden, nach welchem Zeitraum das linear viskoelastische Materialverhalten wieder erreicht wird. Zudem wird das Schapery-Modell zur Abbildung des nichtlinear viskoelastischen Materialverhaltens untersucht. Dieses Modell kombiniert die linear viskoelastische Prony-Reihe mit mehreren dehnungsabhängigen Nichtlinearitätsfaktoren, die durch horizontales und vertikales Verschieben der Versuchsdaten ermittelt werden.

German
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xxvi, 341 Seiten
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute für Structural Mechanics and Design
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute für Structural Mechanics and Design > Structural Engineering
Date Deposited: 26 Jul 2022 11:40
Last Modified: 16 Dec 2022 07:55
DOI: 10.26083/tuprints-00021741
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-217415
Referees: Schneider, Prof. Dr. Jens ; Kolling, Prof. Dr. Stefan
Date of oral examination: 21 January 2022
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/21741
PPN: 497916363
Export:
Actions (login required)
View Item View Item