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汽车安全玻璃

汽车安全玻璃是汽车被动安全设施之一,汽车玻璃必须满足以下安全因素:良好的视线、足够的强度、意外事故时对乘员起到保护作用。

汽车安全玻璃种类

汽车安全玻璃是汽车被动安全设施之一,汽车玻璃必须满足以下安全因素:良好的视线、足够的强度、意外事故时对乘员起到保护作用。

常见的汽车玻璃有以下几种:调质玻璃、局部调质玻璃、层压玻璃。

调质玻璃(钢化玻璃)是将普通玻璃板加热与淬火而成,使其内部存有内应力,这种内应力使玻璃具有很高的抵抗物理冲击的能力。这种抗力比普通玻璃高出4倍。当受到强大冲击时,将碎成粒状,不致对人产生伤害。

此外,由于经过了热处理,其耐温度变化的能力增强。一块5mm厚的普通玻璃,为温度变化大于70℃就会破裂。而一块调质玻璃约能承受170℃的温度变化。

局部调质玻璃是调质玻璃的一种,与调质玻璃一样坚固。原先开发来制造汽车的挡风玻璃,当它破裂时,会形成特殊形状和大小不一的碎片,可提供驾驶员一些能见度和额外的安全。

层压玻璃是由两块普通玻璃胶合而成,中间夹有一层薄膜,经强力胶压制而成。在破裂时中间夹薄膜可以防止石块或其他飞掷物件穿透到另一面,亦能防止碎玻璃飞溅。层压玻璃可以保证驾驶所需之最小能见度。

除了以上三种玻璃外,具有其他特殊功能的汽车玻璃还有:热线印痕玻璃、着色玻璃等。他们共同的特点是透明度都达到或大于70%。

汽车安全玻璃的生产及工艺流程

1.配料,按照设计好的料方单,将各种原料称量后在一混料机内混合均匀。玻璃的主要原料有:石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等。

2.熔制,将配好的原料经过高温加热,形成均匀的无气泡的玻璃液。这是一个很复杂的物理、化学反应过程。玻璃的熔制在熔窑内进行。熔窑主要有两种类型:一种是坩埚窑,玻璃料盛在坩埚内,在坩埚外面加热。小的坩埚窑只放一个坩埚,大的可多到20个坩埚。坩埚窑是间隙式生产的,现在仅有光学玻璃和颜色玻璃采用坩埚窑生产。另一种是池窑,玻璃料在窑池内熔制,明火在玻璃液面上部加热。玻璃的熔制温度大多在1300~1600゜C。大多数用火焰加热,也有少量用电流加热的,称为电熔窑。现在,池窑都是连续生产的,小的池窑可以是几个米,大的可以大到400多米。

3.成形,是将熔制好的玻璃液转变成具有固定形状的固体制品。成形必须在一定温度范围内才能进行,这是一个冷却过程,玻璃首先由粘性液态转变为可塑态,再转变成脆性固态。成形方法可分为人工成形和机械成形两大类。

A.人工成形。(1)吹制,用一根镍铬合金吹管,挑一团玻璃在模具中边转边吹。主要用来成形玻璃泡、瓶、球(划眼镜片用)等。(2)拉制,在吹成小泡后,另一工人用顶盘粘住,二人边吹边拉主要用来制造玻璃管或棒。(3)压制,挑一团玻璃,用剪刀剪下使它掉入凹模中,再用凸模一压。主要用来成形杯、盘等。(4)自由成形,挑料后用钳子、剪刀、镊子等工具直接制成工艺品。

B.机械成形。因为人工成形劳动强度大,温度高,条件差,所以,除自由成形外,大部分已被机械成形所取代。机械成形除了压制、吹制、拉制外,还有(1)压延法,用来生产厚的平板玻璃、刻花玻璃、夹金属丝玻璃等。(2)浇铸法,生产光学玻璃。(3)离心浇铸法,用于制造大直径的玻璃管、器皿和大容量的反应锅。这是将玻璃熔体注入高速旋转的模子中,由于离心力使玻璃紧贴到模子壁上,旋转继续进行直到玻璃硬化为止。(4)烧结法,用于生产泡沫玻璃。它是在玻璃粉末中加入发泡剂,在有盖的金属模具中加热,玻璃在加热过程中形成很多闭口气泡这是一种很好的绝热、隔音材料。此外,平板玻璃的成形有垂直引上法、平拉法和浮法。浮法是让玻璃液流漂浮在熔融金属(锡)表面上形成平板玻璃的方法,其主要优点是玻璃质量高(平整、光洁),拉引速度快,产量大。

4.退火,玻璃在成形过成中经受了激烈的温度变化和形状变化,这种变化在玻璃中留下了热应力。这种热应力会降低玻璃制品的强度和热稳定性。如果直接冷却,很可能在冷却过程中或以后的存放、运输和使用过程中自行破裂(俗称玻璃的冷爆)。为了消除冷爆现象,玻璃制品在成形后必须进行退火。退火就是在某一温度范围内保温或缓慢降温一段时间以消除或减少玻璃中热应力到允许值。

此外,某些玻璃制品为了增加其强度,可进行刚化处理。包括:物理刚化(淬火),用于较厚的玻璃杯、桌面玻璃、汽车挡风玻璃等;和化学刚化(离子交换),用于手表表蒙玻璃、航空玻璃等。刚化的原理是在玻璃表面层产生压应力,以增加其强度。

玻璃钢化分为热钢化(即物理钢化)与化学钢化,化学钢化玻璃一般不单独使用,而是作为玻璃原片生产夹层玻璃,汽车上的钢化玻璃一般都通过热钢化方法进行生产。玻璃热钢化按生产过程中输送玻璃的方式分为垂直钢化法和水平钢化法;按冷却介质分为风冷法、液体淬冷法和冷却板接触冷却法。垂直钢化法在20世纪90年代初期较为普遍,但由于质量差、效率低、批量小等缺点已逐渐被国内各大公司淘汰,目前钢化玻璃采用水平钢化法、风冷法生产。热钢化玻璃的生产工艺比较简单,是将原片玻璃(普通平板玻璃)加热到接近软化温度后急剧冷却,从而产生预应力的高强度玻璃。

钢化玻璃按形状分为平板玻璃、单曲率玻璃、复合曲率玻璃。以一般轿车为例,门玻璃为双曲率玻璃,通过BT(弯钢化)机在BT炉加热下模压成形;后挡玻璃为复合曲率玻璃,通过DBⅡ(深钢化、二次成形)模具的两个成形环在GT炉加热下两次最终成形,是加工最复杂的钢化玻璃,后挡玻璃的除霜电热线是通过网版由银浆印制、烧结而成。

夹层玻璃的生产:

夹层玻璃的生产方法有两种,一是胶片法,二是灌浆法,一般都采用胶片法。夹层玻璃一般分为3层,内外两层由普通平板玻璃组成,中间层为聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。

PVB与无机玻璃具有良好的粘接性,膜层透光率达到90%以上,PVB具有良好的抗穿透及抗冲击性能。目前,国内PVB材料的质量不够稳定,汽车夹层玻璃的PVB基本上为进口。

以一般轿车前风窗玻璃为例,两层平板玻璃厚度为2.0mm,中间PVB胶片的厚度为0.76mm。生产时将两层平板玻璃通过连续烘弯炉烘弯,达到要求的曲面,然后通过预压抽真空,最后送人高压釜热压胶合,使PVB与玻璃完全粘接。黑色印边则通过网版由印刷机印制(材料为进口油墨),然后高温烧结在玻璃表面。

图表为钢化玻璃及夹层玻璃具体的生产工艺流程:

生产工艺流程图

汽车安全玻璃研究的必要性

随着中国车辆的社会化和私家车的大量发展,汽车玻璃的安全保障作用越来越受到全社会的重视。汽车风窗玻璃作为汽车安全系统的重要组成部分之一,已经不只是一个遮风挡雨的工具,它随时关系到驾驶员和乘客的安全。目前汽车安全玻璃主要是前风窗夹层玻璃和风窗以外用钢化玻璃。夹层玻璃是在玻璃与玻璃之间夹入透明而有弹性的PVB胶片,经高温高压粘结而成复合玻璃。由于PVB中间膜与玻璃牢固的韧性粘结,它能抵挡汽车高速行驶时意外撞击的穿透。当玻璃受撞击力而破碎时,碎片被强韧的PVB中间膜粘结,可防止碎片的飞散和脱落,整块玻璃仍保持完整,因而能避免因碎片的飞散或脱落造成人身伤害。钢化玻璃是由单层玻璃经过加热、冷却等工艺流程处理后的安全玻璃产品,其机械强度较普通玻璃得到提高,且玻璃破碎后,碎片呈均匀小颗粒,不会对乘客造成伤害。

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