球形观察窗用有机玻璃侵彻断面形成机理分析

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.001

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (8): 1-5.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.001

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球形观察窗用有机玻璃侵彻断面形成机理分析

党帅营¹(), 郭超¹, 赵硕², 魏燊², 张轶督², 刘艳萍²()

^1.中国船舶集团有限公司第七一三研究所，郑州 450001
^2.郑州大学力学与安全工程学院，微纳成型国家级国际联合研究中心，郑州 450001

收稿日期:2024-11-13 出版日期:2025-08-26 发布日期:2025-07-30
通讯作者: 刘艳萍（1986—），女，教授，从事高分子结构与性能研究，ypliu@zzu.edu.cn
E-mail:543331718@qq.com;ypliu@zzu.edu.cn
作者简介:党帅营（1986—），男，高级工程师，从事工程结构分析，543331718@qq.com

Formation mechanism of penetration section of organic glass used for spherical observation windows

DANG Shuaiying¹(), GUO Chao¹, ZHAO Shuo², WEI Shen², ZHANG Yidu², LIU Yanping²()

^1.China State Shipbuilding Industry Gorp 713th Research Institute，Zhengzhou 450001，China
^2.School of Mechanics and Safety Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China

Received:2024-11-13 Online:2025-08-26 Published:2025-07-30
Contact: LIU Yanping E-mail:543331718@qq.com;ypliu@zzu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

以注塑和吹塑成型的有机玻璃观察窗为研究对象，对不同服役环境下经聚能切割索侵彻断裂的有机玻璃结构件断面进行微观形貌、结构分析和动静态力学性能测试，发现注塑样品表现出较好的韧性和抗冲击能力，而吹塑样品则具有更高的力学强度，揭示了粒子侵彻过程中高温致分子链降解/断裂和冲击波破坏的两阶段失效机制，为有机玻璃结构件成型过程调控和服役环境设计提供参考。

关键词: 有机玻璃, 聚甲基丙烯酸甲酯, 侵彻断裂, 冲击破坏, 失效机理

Abstract:

In this study， injection⁃molded and blow⁃molded organic glass structural parts were investigated by analyzing their microscopic morphology， structure， and dynamic/static mechanical properties. Their cross⁃sections obtained from penetration fracture using a shaped cutting wire under different service environments were examined. The results indicated that injection⁃molded samples presented superior toughness and impact resistance， whereas blow⁃molded samples obtained higher mechanical strength. A two⁃stage failure mechanism was proposed， involving high⁃temperature⁃induced molecular chain degradation/fracture followed by shock⁃wave damage during particle penetration. This work provides insights for optimizing the molding process of organic glass structural parts and designing their service environments.

Key words: organic glass, poly（methyl methacrylate）, penetration fracture, impact damage, failure mechanism

中图分类号:

TQ317.6

党帅营, 郭超, 赵硕, 魏燊, 张轶督, 刘艳萍. 球形观察窗用有机玻璃侵彻断面形成机理分析[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 1-5.

DANG Shuaiying, GUO Chao, ZHAO Shuo, WEI Shen, ZHANG Yidu, LIU Yanping. Formation mechanism of penetration section of organic glass used for spherical observation windows[J]. China Plastics, 2025, 39(8): 1-5.

图/表 9

图1 （a）断面照片，（b）取样位置示意图

Fig.1 （a） Cross⁃sectional photo and （b） schematic diagram of the sampling position

图2 断面侵彻层和断裂层的PLM和SEM照片

Fig.2 PLM and SEM images of penetrating and fractured layers of the section

图3 样品的应力⁃应变曲线

Fig.3 Stress⁃strain curves of the samples

力学性能	弹性模量/MPa	伸长率	吸收功/kJ	冲击韧性/kJ·m^-2
注塑	2 030.84	0.075	5.373	35.573
吹塑	2 162.98	0.061	5.405	32.461

表1 样品静态（单轴拉伸）和动态（摆锤冲击）力学性能

Tab.1 Static （uniaxial tensile） and dynamic （pendulum impact） mechanical properties of the samples

图4 样品的DSC曲线

Fig.4 DSC curves of the samples

样品	M0	M1	M2	M3	M4
IW	113	112	112	113	113
IA	—	112	110	—	—
BW	97	98	98	100	99
BA	97	99	98	100	99

表2 样品的Tg (℃)

Tab.2 Tg of the samples

图5 样品的TG曲线

Fig.5 TG curves of the samples

图6 NMR横向弛豫时间曲线

Fig.6 NMR transverse relaxation time curves

图7 有机玻璃侵彻断裂过程示意图

Fig.7 Schematic diagram of the penetration and fracture process of PMMA

参考文献 10

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样品	M0	M1	M2	M3	M4
IW	113	112	112	113	113
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BA	97	99	98	100	99

样品	M0	M1	M2	M3	M4
IW	113	112	112	113	113
IA	—	112	110	—	—
BW	97	98	98	100	99
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样品	M0	M1	M2	M3	M4
IW	113	112	112	113	113
IA	—	112	110	—	—
BW	97	98	98	100	99
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样品	M0	M1	M2	M3	M4
IW	113	112	112	113	113
IA	—	112	110	—	—
BW	97	98	98	100	99
BA	97	99	98	100	99

样品	M0	M1	M2	M3	M4
IW	113	112	112	113	113
IA	—	112	110	—	—
BW	97	98	98	100	99
BA	97	99	98	100	99

样品	M0	M1	M2	M3	M4
IW	113	112	112	113	113
IA	—	112	110	—	—
BW	97	98	98	100	99
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