汽車安全玻璃的起源與發(fā)展

【中玻網(wǎng)】汽車安全玻璃的起源與發(fā)展:
　　
　　20世紀初，美國的亨利·福特和歐洲的奔馳相繼發(fā)明了汽車，較初的汽車如同馬車一樣，沒有窗只有車篷，但是由于汽車速度比馬車快得多，必須設置風擋玻璃。自1909年，亨利·福特初次在T型車上使用玻璃作為風擋材料以來，
　　
　　到20世紀20年代末，所有的汽車都裝上了風擋玻璃，主要是農業(yè)生產(chǎn)體系玻璃和普通無機玻璃。農業(yè)生產(chǎn)體系玻璃主要是丙烯酸酯類和聚酯類，硬度低，容易磨損和劃傷，容易老化變形，其應用受到很大的限制。而普通平板玻璃強度低、脆性大、碎片有鋒利的邊角，安全性能差。隨著玻璃深加工技術的發(fā)展，逐漸被鋼化玻璃和夾層玻璃所取代。
　　
　　1927年，福特采用硝酸纖維素夾層玻璃作為前窗；1928年，凱迪拉克(Ca—dillac)汽車安全玻璃全部采用夾層玻璃用于前窗、側窗和后窗。同年，PPG公司以醋酸纖維素取代硝酸纖維素生產(chǎn)夾層玻璃。
　　
　　20世紀50年代初，美國較早采用曲面鋼化玻璃作為汽車前風擋玻璃。整塊曲面鋼化玻璃視野開闊，外形美觀。但是鋼化玻璃內部存在非常大的應力，許多因素都會導致其在瞬間炸裂。在汽車前風擋使用中，一旦玻璃破碎，不能保證駕駛員的視野，以至于不能及時采取剎車措施，導致二次事故的發(fā)生，而且小顆粒碎片將對眼睛造成嚴重的傷害。
　　
　　1961年玻璃區(qū)域鋼化技術問世，日本、美國、聯(lián)邦德國等陸續(xù)開始生產(chǎn)區(qū)域鋼化玻璃。利用區(qū)域鋼化技術可在風擋的駕駛員主視區(qū)域和周邊區(qū)域分別形成不同的鋼化程度，主視區(qū)域鋼化程度降低，破碎后碎片非常大，因此能保證視線，避免二次事故的發(fā)生。但碎片非常大，并且可能還會有銳利的邊角，導致鋼化玻璃的安全系數(shù)有所降低。
　　
　　到60年代中期，英國等國家又研制了碎片呈蜂窩狀分布的，即非均勻分布的區(qū)域鋼化玻璃。這種鋼化玻璃碎片大小間隔交替分布，碎片的分布基本與沖擊點的位置無關，玻璃破碎后的失透現(xiàn)象有所改善，碎片沒有尖銳的邊角。
　　
　　進入20世紀60年代中后期，主要發(fā)達國家的國民經(jīng)濟高速發(fā)展，汽車產(chǎn)量和速度大幅度提高，車禍也隨著增多，這就需要使用更安全的風擋玻璃。
　　
　　早先用PVB膠片生產(chǎn)的夾層玻璃，內外兩層玻璃均采用普通平板玻璃，膠片層的厚度較薄，只有0．38mm，而且膠片與玻璃間的黏結力特別大，其黏結強度甚至超過了玻璃本身的強度，顯現(xiàn)不出膠片層的彈性與塑性，夾層玻璃在厚度方向上呈現(xiàn)出脆性，在受到猛烈撞擊時，玻璃有時被擊穿。
　　
　　20世紀60年代，美國和原西德研制成功一種高抗穿透性夾層玻璃，簡稱HPR(HighpenetrationResistanee)，并由美國杜邦公司在1960年取得專利權。HPR夾層玻璃內層采用厚度為1．78～2ram的化學鋼化玻璃，中間膠片層厚度從0．38ram增加到0．76ram，其成分也作了調整，并降低了增塑劑的用量，使其與玻璃的黏結強度降低到合理的水平；外層仍采用普通玻璃，厚度為2．6mm。HPR夾層玻璃集中了化學鋼化玻璃抗彎強度高和改良過的PVB膠片抗沖擊性能好兩方面的優(yōu)點，整體安全性能超過了普通夾層玻璃。英國在1970年研制成功一種新型夾層玻璃，內、外兩層玻璃層玻璃都是2．3ram厚的熱鋼化玻璃，內層玻璃鋼化程度較高，中間PVB膠片層厚度為0．8mm。
　　
　　這些強度夾層玻璃用于汽車工業(yè)，能有效避免車禍或緊急剎車時乘員頭部穿出窗外的掉首事故，亦可用作某些類型飛機的風擋。20世紀70年代，在保證安全性的前提下，出現(xiàn)了許多汽車玻璃的新品種。如印刷陶瓷電熱玻璃、吸熱鋼化玻璃、電熱絲夾層玻璃、遮陽夾層玻璃、導電膜夾層玻璃、頂篷玻璃、防彈玻璃、貼膜夾層玻璃、玻璃一塑料安全裝配玻璃材料等。汽車安全玻璃的顏色也逐漸發(fā)生變化，較初以無色透明為主，后來為了減輕司機眼睛疲勞，法國圣哥班公司采用青銅色玻璃，隨后，其他各國也普遍采用青銅色玻璃，日本采用藍色兼有無色透明玻璃，美國則以綠色為主。
　　
　　隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車外形設計越來越流線型化，不僅使車身流暢美觀，而且根據(jù)空氣動力學的原理，流線型設計的汽車在高速行駛時可以減少行駛阻力，降低汽車的內部噪聲，減少油耗提高經(jīng)濟性。流線型的設計要求大量采用曲面、彎曲和深彎的玻璃，汽車玻璃的安裝角(汽車玻璃面和垂直方向的夾角)加大，據(jù)統(tǒng)計近幾年國外汽車安全玻璃的安裝角以每年6。的速度遞增，較新型的汽車，其前風窗玻璃的安裝角已達65�！�68。后風窗玻璃的安裝角也在不斷增加。大的安裝角固然
　　
　　符合了流線型設計的要求，但它同時也使汽車安全玻璃的面積加大，縱向曲率半徑減少和光學性能惡化，從而增加了汽車安全玻璃的制造難度。因此，各種玻璃彎曲成型技術層出不窮。
　　
　　從舒適性的角度來看，汽車安全玻璃面積和安裝角的增加將直接影響到乘員的舒適性。大面積的玻璃使太陽熱射透過量增加，導致車內溫度上升。同時出于安全角度的考慮，許多國家對汽車玻璃的可見光透光度均有強制性的要求，如美國、日本和中國要求前風窗的可見光透光度不小于70％，而歐洲則要求大于75％。
　　
　　為了保證足夠的可見光透光度又能很好地控制熱輻射，研制開發(fā)了熱反射玻璃和吸熱玻璃。20世紀八九十年代，高等轎車多采用熱反射膜玻璃作為風擋玻璃。由于玻璃表面涂覆著金屬氧化層，電磁波不能透過，給車內使用移動電話和收看電視帶來不便。
　　
　　日本開發(fā)了一種側窗玻璃，表面鍍有熱反射膜，降低熱反射性能的同時還可以透過電磁波，在車內打電話、收看電視完全不受影響。也有汽車上使用貼膜的辦法來減少日光的照射，這種塑料膜粘貼的效果往往不理想，而且耐磨性差。因為吸熱玻璃和熱反射玻璃無法對不同波長的光進行有選擇的吸收和反射，它們只能單純的反射太陽光而不能保留可見光透光度，因此可見光透光度小于70％的吸熱玻璃和熱反射玻璃不能使用在前風窗上。
　　
　　現(xiàn)在一些轎車外面設有拉桿天線，供車載電話、電視使用。在夾層玻璃中間嵌入無線電電路或在玻璃表面鍍一層透明導電膜，也能起到天線的作用。不僅可以清理因風吹動天線而造成的噪聲，而且轎車的外形也變得美觀流暢，清洗車身更加方便。
　　
　　還有一種屏顯玻璃(HuD)，是在汽車上安裝具有影像顯示功能的風擋玻璃，利用紅外線映像系統(tǒng)將行車路線、油量、里程表和一段距離內的交通狀況及其他圖表資料等從儀表板上投影到風擋玻璃上，駕駛員可以及時了解各種信息，即使在霧天也能正常駕駛。
　　
　　國內外開發(fā)了一種防水汽車安全玻璃，這種玻璃的表面上涂覆了一層化學耐久性好的含氟薄膜。含氟薄膜不會影響玻璃原來的顏色與光澤，有效壽命達3～5年。在汽車行駛過程中，落到玻璃表面上的水滴會在風壓的作用下迅速滾落，車內的人像和物像不會映射到風擋玻璃上而影響到司機的視線。
　　
　　前風玻璃窗在安裝角加大的情況下，會使玻璃對太陽光的反射效應增強，光線被玻璃反射后，固然減少了對車內熱輻射，但同時也使可見光透光度降低，而且玻璃內側的反射率加大會使駕駛儀表盤上的一些光亮物品映射到玻璃上，從而干擾司機的正常視線。因此，在玻璃上鍍硅一鈦系多層結構的增透膜，減少玻璃的反射光，使得司機的視野更加清晰明了。
　　
　　在夾層玻璃或鋼化玻璃表面涂覆一層含堿性成分的農業(yè)生產(chǎn)體系薄膜，可制成防霧玻璃。水在農業(yè)生產(chǎn)體系膜表面能均勻攤開成膜，不會結露成霧。在玻璃中嵌入電熱絲，或在玻璃表面印刷上電聯(lián)絡方式，或鍍上透明導電膜，通電發(fā)熱，也可除去汽車玻璃內的霧氣和外側的霜雪。在夾層玻璃中設置警報驅動裝置，一旦玻璃遭遇破壞，可立即發(fā)出啟動緊急信號信號。
　　
　　自20世紀80年代以來頻頻爆發(fā)的能源危機，使汽車設計師們更加注重汽車的節(jié)能性能。玻璃在汽車上的大面積使用，已使其平均每輛的裝車面積從80年代的2．7m2，發(fā)展到今天的4．Om2。按2．59／cm2的玻璃密度計算，玻璃厚度每減少lmm，每輛車的總重量可減輕lOkg，因此在保證必要的強度條件下，汽車安全玻璃的設計趨勢是薄型化和輕量化。
　　
　　雖然汽車安全玻璃面積在增加，但當今的技術允許玻璃制造者能夠減小玻璃的厚度，降低玻璃的重量。利用各種物理和化學的方法，已能成功地生產(chǎn)3mm或更薄的鋼化玻璃。