合わせガラスの構造挙動と破壊パターンに対するEVA、PVB、およびイオノプラスト中間膜の影響

日付: 2023 年 8 月 28 日

著者: Liene Sable、David Kinsella、Marcin Kozłowski

ソース：構造ガラスおよび先端材料研究の国際ジャーナル、第 3 巻第 1 号、2019 年、Science Publications

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

建築トレンドにより、材料生産者や技術者は、太陽電池を備えたガラス手すり、曲面合わせガラス、マルチメディアスクリーンとして機能する発光ダイオードを備えた床など、複数の機能を組み合わせた持続可能で再生可能かつ革新的な合わせガラス製品を作成することがますます求められています。 すべての新しい傾向には、電気部品、太陽電池、またはその他の物体を 2 枚のガラス層の間に積層できる合わせガラス用の中間膜の開発が必要です。 この複雑な積層プロセスでは、オートクレーブを使用せずに低温での作業が可能な特性を持つエチレン酢酸ビニル (EVA) が最も適切な中間層です。 一方、EVA 材料は、たとえばポリビニルブチラール (PVB) 中間層のような構造用途に適した中間層材料として、prEN16613 規格で完全に定義および議論されていません。 このため、EVA 中間層ラミネートを調査し、PVB または同様の中間層ラミネートと比較して、その機械的挙動を評価する必要があります。

この研究論文はアイデアを与え、構造挙動と破壊パターンを比較し、PVB、イオノプラスト、および EVA 中間層を備えた合わせガラスサンプルを評価しています。 実際の状況では、ガラス構造は、横荷重などによって発生する可能性のある曲げ応力に耐えるように設計する必要があります。つまり、4 点曲げ試験が構造挙動の評価に適切な方法であることを意味します。 変位を計算し、曲げ応力を評価するために、テストは有限要素 (FE) ABAQUS/CAE ソフトウェアでもモデル化されました。 現在の研究によると、EVA 中間層を備えたサンプルの剛性は PVB 中間層試験片の結果と同等であり、EVA 中間層は PVB 材料と同じ場合に使用できるという結論が得られます。 さらに、FE 法を使用すると、解析計算では 10 ～ 58% の誤差が示されるのに対し、4 点曲げで試験される合わせガラスの機械的挙動を、誤差 5% 未満の高い結果相関で正確にシミュレートすることができます。

過去数十年の間に、構造用ガラスの大幅な発展が見られました。 ガラス材料は単に断熱ガラス充填ユニットとして使用されるだけでなく、構造材料としての役割もすべて担っています。 (Eekhout および Sluis、2014 年; Grohmann、2014 年; Raynaud、2014 年) モノリシック ガラス シートと比較して、合わせガラスは崩壊後も完全性を維持し、交換されるまで構造はその機能を実行できます。 合わせガラスは、ポリマー中間層で結合された少なくとも 2 枚のガラスからなる複合材料です。 中間層の種類の選択は、ほとんどの場合、耐衝撃性、防音性、防犯性、耐火性など、構造要素の用途に応じて決まります (Sandén、2015)。

構造上の観点から見ると、ガラスは脆い素材であり、警告なしに破損します。 応力集中の影響を受けやすく、その強度はガラス表面の損傷の程度に依存します (Pfaender、1996)。 引張強さは材料の欠陥の存在によって決まります。材料の欠陥は応力を局所的に増大させ、潜在的な破損箇所として機能します。 きずの応力上昇特性は、その形状とサイズに依存しますが、現在利用可能な測定技術を使用して適切に決定することはできません (Lamon、2016)。

ガラス層間の層間一体化は、ガラス破損後の耐荷重能力と構造的完全性を維持するための可能性の 1 つです。 ポリマー中間層の利点は、大きな変形を吸収し、ガラスの破片を保持し、ガラス破損後のガラス破片間の隙間のサイズを制限できることです。