[发明专利]一种获得玻璃材料结构松弛参数的方法

说明书

本发明提供一种获得玻璃材料结构松弛参数的方法，对实验测得的降温比热曲线处理计算得到无量纲的实验无量纲比热，通过TNM模型得到理论无量纲比热，随后将实验无量纲比热同理论无量纲比热进行最小二乘拟合，从而得到所有需要的参数的最优解，进而得到玻璃材料的结构松弛参数。本发明使用的是常见的差示扫描量热仪，省去了费时费力的高温黏度测试以及昂贵的高温黏度测试设备，同时大大提高了结构松弛参数的获得的便捷性、可靠性，对于不同的玻璃材料可以很方便地重复此方法获得结构松弛参数。

技术领域：

本发明涉及材料性能参数测试领域，尤其涉及一种获得玻璃材料结构松弛参数的方法。

背景技术：

汽车玻璃成型是将玻璃原片经加热炉加热到玻璃化转变温度以上的软化状态后，通过各种工艺成型，例如自重、BT、GT等。玻璃在软化状态属于粘弹性体，对其材料力学性能的准确表征，关系到玻璃成型的型面、工艺、模具等关键技术的开发，是玻璃产品成型技术的研究基础，目前使用最普遍的是粘弹性本构。粘弹性本构模型中涉及两类松弛，即应力松弛和结构松弛。对应力松弛和应力松弛参数的获取方法已经相对成熟。然而对结构松弛及其参数获取的实验方法却研究甚少。结构松弛是玻璃等材料处于玻璃化转变区时玻璃态时，处于热力学的非平衡态，会自发的向平衡态的结构松弛的过程。对于有钢化的成型方式，由于玻璃收到急冷淬火，成型时含有大量的结构松弛，会造成明显的回弹和钢化应力，因此需考虑结构松弛对成型的影响。

玻璃结构松弛通常用Tool-Narayanawamy-Moynihan(TNM)模型描述，该模型中包含四个参数，分别是指前因子τ₀，结构松弛活化能与理想气体常数比值-ΔH^*/R，非线性参数x，以及非指程度β。有两种实验方法可以获得TNM模型参数，一种是基于DSC差示扫描量热仪的比热测试方法，一种是基于DIL热膨胀仪的膨胀系数测试方式。

本发明采用的参数获取方法是基于DSC的比热测试方法，与其他学者研究光学玻璃材料结构松弛DSC测试的区别主要表现在获取参数-ΔH^*/R上，这个参数不是某一个松弛单元特有的，而是多个松弛单元协同运动必须具备的活化焓，不能直接利用单条比热曲线获得的-ΔH^*/R(这种方式得到的值偏小)，其他学者通常利用材料的高温黏度测试，通过Vogel-Fulcher-Tammann模型换算出-ΔH^*/R，不仅费时费力，设备也很昂贵。本发明利用Moynihan提出的极限假想温度与降温速率之间的关系，在此结构松弛参数获取方法上做了大量改进。

虽然有学者在研究药品冷冻干燥材料(例如丙三醇)的结构松弛性能中提到可以用Moynihan关系确定-ΔH^*/R，但是本专利提出的将-ΔH^*/R这个参数固定，然后通过最小二乘方法寻找其余三个参数最优解的方法，尚属首创。研究药品冷冻干燥材料结构松弛参数属于材料的低温性能，而本专利针对的汽车玻璃结构松弛属于材料的高温性能，研究对象的不同使得研究方法、使用仪器等存在明显的差别。

本发明是在集成了上述光学玻璃研究和冷冻干燥材料研究各自的优点的基础上提出的一种获得玻璃材料结构松弛参数的方法。

发明内容：

本发明针对现有技术存在的上述技术问题，提供获得玻璃材料结构松弛参数的方法，不仅省去了费时费力的高温黏度测试，以及昂贵的高温黏度测试设备，同时大大提高了结构松弛参数的获得的便捷性、可靠性。

本发明所采取的技术方案是：

一种获得玻璃材料结构松弛参数的方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤1，利用差示扫描量热仪获得至少两个不同降温速率下的降温比热曲线，通过降温比热曲线换算获得每个降温速率下的极限假想温度T′_f；