汽车用大曲面玻璃的研究与开发

汽车用大曲面玻璃的研究与开发

通常，汽车玻璃的用量约为3%（汽车）。为提高安全性(扩大视野),有扩大用量的倾向。汽车上使用的玻璃主要是窗玻璃,对透明性(要求透视的影象不产生变形)、耐候性(气温变化不会引起品质的改变)、机械强度(冲击或弯曲、对于风压要有足够的强度)等。风窗还特别要有很高的安全性(保证视野和冲撞时不会伤害乘客)。汽车玻璃也是构成车身的重要附件,对它的要求是具有一定的强度和破碎时不会四散伤人。目前汽车上使用的夹层玻璃就是具有这种性能的玻璃。随着汽车向高速化发展,夹层玻璃的使用,对保护乘客安全,减少事故损失起着难以估量的作用。车用玻璃技术作为汽车技术的一个重要领域,得到了飞快的发展。1非晶质陶瓷材料现代轿车外型的发展与玻璃工艺的发展息息相关。20世纪60年代,轿车前挡风玻璃已经采用单件式弯曲挡风玻璃,并逐渐抛弃了平面型的挡风玻璃。今天的轿车挡风玻璃一般都做成整体一幅式的大曲面型,上下左右都有一定的弧度。这种曲面玻璃不论从加工过程还是从装嵌的配合来看,都是一种技术要求十分高的产品,因为它涉及到车型、强度、隔热、装配等诸多问题。现在,人们总是从汽车安全和外观的角度去研究和开发汽车玻璃,不断推出新的品种。玻璃是指熔融物在冷却凝固过程中因熔体黏度大,原子或大分子不能作充分扩散结晶而得到的一种保持熔体结构的非晶态固体无机材料,可看作是孔隙率为零的非晶质陶瓷。工业上大量生产的是以一定纯度的二氧化硅砂、石灰石及纯碱(为助熔剂)等为原料,在1550~1600℃下熔融、成形、冷却而制得的钠-钙硅酸盐玻璃,可透各种可见光,吸收红外线及紫外线,广泛用于建筑平板玻璃、瓶罐玻璃方面。如用钾长石代替钠长石,则制成比钠-钙玻璃更硬更光泽的钾-钙玻璃,可用于化学试验容器、高级玻璃日用品及作为透红外玻璃;如用氧化铅代替氧化钙等,则成为折射率大,易吸收高能射线的铅玻璃,可用于荧光灯管、显像管、光学镜片、艺术器皿等;如加入某些晶体成核剂(如TiO2、P2O5、ZrO2等),经热处理后可得晶粒尺寸约0.1~1μm,晶相体积占90%以上的微晶玻璃,其膨胀系数特小,抗热冲击特好,可透过微波。透明彩色玻璃是在原料中加入一定量的金属氧化物或其他化合物而使玻璃带色,含石英玻璃又称水晶玻璃,其耐高温,耐热震,膨胀系数低,光学均匀性和透明性均很高,并能透过紫外线和红外线,是制作高级光学仪器及耐高温、耐高压等特殊制品的理想材料。如将普通平板玻璃在加热炉中加热到接近软化点温度(约650℃),出炉后立即向玻璃两面吹冷空气,造成表层及中心层因收缩不均匀而使表层存在压应力,中心层存在拉应力的情况。这种玻璃强度很高,破碎后玻璃呈细小、无尖锐棱角状碎块,此即汽车常用的钢化玻璃。如在两层钢化玻璃中间夹一层强韧透明的高分子塑料膜,热压黏合后即得所谓安全玻璃或防弹玻璃。此外,还有激光玻璃、镀膜玻璃等各种功能玻璃。2薄膜化玻璃的用量要根据汽车的结构汽车用玻璃就象我们周围存在的空气那样重要,没有玻璃,汽车就不能行驶,但对其功能方面的作用没有引起人们的注视。之后。随着汽车的设计变化附加功能的增多,即使对于玻璃来说也要求包含设计图案在内的功能多样性。假如按照汽车设计的多样化对其玻璃方面需求进行分类的话,对汽车方面所需用的玻璃技术开发的动向。玻璃作为对汽车节能有用的技术是提高轻量化、绝热化。轻量化可使用于汽车的玻璃,只有组合玻璃或强化玻璃才能胜任。关于汽车档风玻璃,现生产的汽车全部安装组合玻璃,已成为法制化。过去组合玻璃的厚度组成为3mm厚的玻璃2块。由于原材料玻璃的薄板化以及加工技术的进步,现在采用2mm厚的玻璃2块就能达到标准。汽车薄板化玻璃每减薄1mm质量约减轻6kg。为使强化玻璃达到JIS日本工业标准所规定的强度,使用最小厚度为4mm以上是非常必要的,但是由于强化技术的进步,使用3.5~3.1mm厚度的强化玻璃也可以。假如侧面玻璃和后部玻璃全部采用4~3.lmm薄板化的话,可减轻质量约5kg。1800CC标准轿车的全部玻璃质量可达l1kg的轻量化程度。虽然汽车使用玻璃面积处于增加的趋势,但是与此同时透过玻璃的阳光热增大成为非常伤脑筋的问题。联系到排气规定以及燃料消耗率等问题,在不能随意提高制冷能力的情况下,要求采用一层玻璃就能起到隔热、绝热的性能。一般地说流入汽车内的日光热由于玻璃作用,只占55%比率。为了防止日光热的流入,降低玻璃的透过率、提高反射率是非常必要的。但是过分地提高反射率的话会造成闪光感太厉害,对汽车来说就没有好处。因此只有在提高吸收率和降低透过率上下功夫显得非常必要。降低空气动力与节能有密切关系。为了降低空气动力,玻璃的安装位置与车身的台阶高差,形成不在同一平面(即凸面化)是非常必要的。车用玻璃的使用量占汽车总重的3%左右。为提高安全性(扩大视野),有扩大用量的倾向。汽车上使用的玻璃主要是窗玻璃,对透明性(要求透视的影象不产生变形)、耐候性(气温变化不会引起品质的改变)、机械强度(冲击或弯曲、对于风压要有足够的强度)等。前窗还特别要有很高的安全性(保证视野和冲撞时不会伤害乘客)。玻璃的主要成分是siO2,但单纯siO2的溶化温度高达1713℃,通常加入Na2O来降低溶点,以便于加工。仅硅酸和碳酸钠可制成溶于水的水玻璃。向其中加入CaO(石灰)就可制成不溶于水的碱石灰玻璃。一般板型玻璃的主要成分是SiO2、NaO、百灰。这种材料的窗玻璃(无机玻璃)的透明性和耐候性不成问题,但机械强度和重量方面(密度为2.5,是塑料的1.5~2.5倍,尚存在问题。3玻璃的基本成型汽车挡风玻璃的安全性能是非常重要的。且不说如果安全性能低,它对乘员身体的危险程度,就是对汽车本身,如果档风玻璃出现裂纹或者有明显庇点,就好象人脸破相一样,严重损害整车的外观形象。因此,汽车挡风玻璃的安全性要求要十分高。一般的汽车玻璃采用硅玻璃,其中主要成份氧化硅含量超过70%,其余由氧化钠、氧化钙、镁等组成,通过浮法工艺制成。在制作过程中,材料加热到1500℃温度时熔化,溶液通过1300℃左右的精练区时浇注到悬浮槽(液态)上,冷却到600℃左右,在此阶段形成质量特别好的平行的两面平面体(上面是溶液平面,下面是液态锡上平面),再通过冷却区域后形成玻璃并被切割成规定的尺寸。然后玻璃进一步加工成钢化玻璃(TSG)或夹层玻璃(LSG)。加工完毕的成产品汽车玻璃,从外观上看应没有明显的气泡和划痕。为了保证汽车玻璃质量,行业将汽车玻璃按照工艺加工分成A类与B类夹层玻璃、区域钢化玻璃和钢化玻璃四类,其中A类夹层玻璃安全性能最高。国家标准规定,前档风玻璃必须要使用A类夹层玻璃、B类夹层玻璃或区域钢化玻璃,它们在认证标志中的代号分别是LA、LB、Z,认证标志采用丝网印刷、喷砂等工艺永久标识在玻璃的下边角位置,钢化玻璃的代号是T,只能用于除前档风玻璃以外的位置,而有LA、LB、Z标志玻璃可以应用在汽车所有玻璃位置上。玻璃是构成汽车外形的重要材料之一,它具有透明、隔音和保温的特点。4玻璃与钢绞线的作用良好的耐磨性、耐热性和安全性也是汽车玻璃的必要性能,汽车玻璃还必须保证座舱的密封性。玻璃是构成汽车外形的重要材料之一,它具有透明、隔音和保温的特点。随着汽车整体技术的发展,普通的平板玻璃已经被淘汰出局,取而代之的是钢化玻璃和夹层玻璃以及区域钢化玻璃,统称为安全玻璃。汽车上常用的玻璃有以下几种。普通平板玻璃有普通玻璃和磨光玻璃两种。普通玻璃即一般玻璃;磨光玻璃是在普通玻璃基础上进行了磨光处理,其透明度较高。普通平板玻璃强度不高,破碎后又极易伤人,不安全。因此,主要用于加工钢化玻璃和夹层玻璃。夹层玻璃又称高抗穿透性夹层玻璃。这种产品由三层组成,简言之就是两层玻璃由PVB(聚乙烯醇丁醛)黏结而成,即用一种透明可黏合性塑料膜贴在二层或三层2~3mm玻璃之间,将塑料的强韧性和玻璃的坚硬性结合在一起。夹层玻璃具有很高的强度和韧性,抗碰撞能力强,安全可靠,透明度高。增加了玻璃的抗破碎能力。一旦破碎,内外两层玻璃的碎片仍能夹结在PVB片上。PVB本身也具有较大的韧性,能吸收部分撞击能量,起到一定的缓冲作用,其承受高速冲击的强度要高于钢化玻璃。玻璃也是构成车身的重要附件,对它的要求具有一定的强度和破碎时不会四散伤人。夹层玻璃的抗冲击性能虽然不及钢化玻璃,但其中间的安全膜有很好的弹性和吸振能力,破碎时碎片仍能粘附在安全膜上,因此具有很好的安全性。目前汽车上使用的夹层玻璃就是具有这种性质的玻璃。夹层玻璃价格昂贵,多用于高级轿车。此外,为提高舒适性和扩大用途,在现代的高级轿车上还装有无线夹层玻璃,主要用于电视、收音机及电话的信号接收;调光夹层玻璃,以提高舒适性,居住性;热线反射玻璃,以控制夏天车内温度升高,减轻空调负荷;除霜玻璃,可自动加热除霜等。钢化玻璃是将普通平板玻璃加热到一定温度后迅速冷却,使内部组织形成一定的内应力,从而使玻璃的强度得到加强。这种高强度玻璃坚固结实,落球冲击强度是普通平板玻璃的6~9倍。既使破碎,钢化玻璃的碎片呈钝角小碎块,不易对驾乘者造成伤害。钢化玻璃还具有较好的隔热性能。钢化玻璃的抗弯强度要比普通玻璃大5~6倍,热稳定性好,冲击强度较高。钢化玻璃是安全玻璃的另外一种,广泛应用于现代汽车的侧窗玻璃和后窗玻璃,钢化玻璃通过受热和加压增加了强度。钢化玻璃因制作时内应力大,容易产生“自爆”,整块玻璃呈稠密网状裂纹全面破碎,在行驶时会严重影响视线,引起事故(二次事故)。它不适于修理和复位,因此适用于完全损坏的侧窗和后窗玻璃。为了弥补上述钢化玻璃的缺点,采用特殊的热处理方法,控制玻璃碎片的大小和形状,以保证玻璃破碎后不影响视区,避免二次事故发生。能够在受到冲击破裂时,其玻璃的裂纹仍可以保持一定的清晰度,保证驾驶者的视野区域不受影响。目前汽车前挡风玻璃以夹层钢化玻璃和夹层区域钢化玻璃为主,能承受较强的冲击力。是钢化玻璃的一种新品种,区域钢化玻璃在国外的一般汽车上应用很广。随着汽车玻璃技术的发展,新挡风玻璃技术也陆续出现。例如能减少阳光对轿车车厢内的影响,提高舒适性的水平。目前广泛使用的“绿色玻璃”就是采用反射涂层工艺或改善玻璃的成分,只让阳光中的可见光进入车厢内,挡住紫外线和红外线。目前有一种反红外线辐射银膜玻璃,在多片夹层玻璃中加入镀银薄膜,其红外线反射率为48%。当阳光通过这种看似普通的玻璃时,光和热会减少23%。这种玻璃实际上还起到隔热节能作用,可相对减少空调能量损失。另外,在北方寒冷地区的汽车挡风玻璃容易雾化结冰,一种可加温的汽车玻璃可解决这一问题。这种玻璃将极细小的几乎看不见的电热丝作成波状放在夹层玻璃中的塑料粘膜上,通过电阻器与电路联接。车窗加热丝具有一定的加热范围,热功率可达到3~5W/cm2,起到防霜、防雾化、防结冰的作用。5汽车玻璃的结构应用前挡风玻璃是汽车安全性的主要因素。早在40年前,汽车已逐渐抛弃了平板型前挡风玻璃,取而代之的是整体一幅式大曲面玻璃。从空气动力学的角度出发,当车速超过100km/h时,迎面气流在流经曲面玻璃时可减少涡流和紊流,从而相应地减少空气阻力。同时,车窗框边与车身表面形成平滑过渡,促使挡风玻璃与车身轮廓浑然一体,也有效地降低整车的风阻系数。现代轿车的曲面挡风玻璃要求弯曲拐角处的平整度高,不能出现光学畸变,即从座舱内的任一角度观察,外界物体均不发生变形。目前,汽车的前挡风玻璃多以夹层钢化玻璃或夹层区域钢化玻璃为主,其它车窗一般采用钢化玻璃。轿车挡风玻璃采用曲面玻璃,首先从空气动力学的角度出发。因为现代轿车的正常时速大都超过100km,迎面气流流过曲面玻璃能减少涡流和紊流,从而减少空气阻力。加上窗框边缘与车身表面平滑过渡,玻璃与车身浑然成一体,从视觉上既感到整体的协调和美观,又可降低整车的风阻系数。另外,曲面玻璃具有较高的强度,可采用较薄的玻璃,对轿车轻量化有一定的意义。现代轿车的曲面挡风玻璃要做到弯曲拐角处的平整度要高,不能出现光学上的畸变,从驾驶座上的任何角度观看外面的物体均不变形不眩目。以前轿车玻璃通常用整齐的条带沿玻璃边缘修饰或保护,现在轿车上的玻璃都采用陶瓷釉,即所谓“黑边框”。有许多轿车挡风玻璃还镀膜,采用反射涂层工艺或改善玻璃的成分,只让太阳可见光进入车厢内,挡住紫外线和红外线,在很大程度上减轻了乘员受到的炎热之苦。这种称为“绿色玻璃”的现代轿车玻璃,已经广泛使用。6玻璃和检测效果随着汽车工业的发展,汽车上的玻璃面积在逐步增加。目前,不少玻璃生产厂家致力于研究、开发应用轿车玻璃,有的在此方面取得了可喜的成果。以下智能化的汽车玻璃也正在开发应用:防光、防雨玻璃:这种玻璃采用新的材料、技术及表面的处理方法,使玻璃表面及光滑又清晰,从而达到防雨、防光的效果。下雨时,落到玻璃上的雨水可很快流走且不留水珠,无需通过雨刮器强制刮水。由于内表面反射性低,仪表盘及其它装饰物不会反射到风挡玻璃上。这样,既不浪费电,也不干扰驾驶员视线。电热融雪玻璃:下雪时,汽车雨刮器下的雪堆在前挡风玻璃下方。雨刮器的工作会受到影响。目前,一些汽车在风挡玻璃下方安装电热丝等发热体,从而使积雪迅速融化。具有影象显示功能的玻璃加速性能:在风挡玻璃的某一部分涂上透明反射膜,在片膜上可根据需要显示从投影仪转过来的仪表盘上的图象和数据。这种玻璃的应用范围可扩展到导航系统,驾驶员能在行车时平视观看图象,不需在车辆高速行驶时低头观看仪表,因而具有较高的安全性。这种玻璃如与某一种红外线影象显示系统配合,还能使驾驶员在雾天看清远方2km左右的物体。防碎裂的安全玻璃:尽管已有汽车行驶必须系安全带等方面的法规,许多高级轿车还装有安全气囊,但进一步提高汽车的安全性仍是玻璃厂商的研究方向。为提高玻璃的耐撞性及防止玻璃碎片将乘员划伤,在车窗玻璃内侧表面粘贴塑料片的安全玻璃已进入实用阶段。为防止汽车侧窗玻璃破碎,一种与前风挡玻璃同样结实的防碎、防撞、防噪声、隔热及防紫外线辐射的新型安全玻璃已用于奥迪及宝马轿车。具有调光功能的玻璃:大部分用户最迫切需求是具有调光功能的玻璃。它可根据车外光线的变化来调节车窗玻璃颜色的深浅,调节驾驶员的眼睛对光的适应性,从而避免戴变色眼镜驾车,增强行车安全性。光电遮阳顶蓬玻璃:这种轿车顶蓬玻璃在轿车行驶、停车时,能自动吸收、积聚、利用太阳能来启动车内风扇,以保持车内空气新鲜,还可用来对轿车蓄电池进行连续补充充电。7汽车玻璃的安装伴随着汽车工业的高速发展,我国汽车玻璃产量已经超过法国,成为世界汽车玻璃生产大国。未来在整车配套市场的汽车玻璃将是商机无限。近年来我国汽车玻璃企业,大多是中小企业,规模小、产品质量不高,高精设备寥寥无几,用于高档轿车和高档客车的玻璃,大多还靠进口。即使有些国产汽车用夹层玻璃和钢化玻璃已经接近国际水平,但设备是引进的,核心技术还掌握在外商手里。据了解,一些外商打算今后要把中国作为亚洲的主要市场,他们将择机到中国独立办厂。外商的大批进入和国内汽车水平的提高,确实使我国汽车玻璃企业感到了很大压力和挑战。为此,他们加大了技术改造投入,做大做强趋势。我国应当通过兼并、收购、合资、租赁、控股等多种方式推进玻璃企业的联合重组,发展特大型的玻璃集团公司,才能以低成本、高质量、多品种、强劲势态参与国内外市场竞争,这也是中国玻璃行业的出路。汽车玻璃制造业既属于玻璃深加工工业,又属于汽车零部件制造工业,其技术含量高,是国家重点鼓励发展的产业。尽管汽车业与玻璃业是属于两个不同领域的行业,前者属于机械制造业,后者属于轻工业,但从汽车的发展历程来看,两者的关系越来越密切。玻璃技术已经完全渗入了汽车行业之中,成为汽车技术领域中不可缺少的一员。过去玻璃预先成型后压缝条,或者把模制件卷缠在玻璃腐蚀面后安装在车身上。采用这种方法与车身之间产生台阶高差,容易得到整体感(即形成在同一平面)。作为解除这个缺点的技术称作组件装配,已进入实用化阶段。该种方法是预先把玻璃腐蚀部分插到金属模内,采用射出成形把塑料填入空隙,并使模制件与玻璃成为整体化。具有美观度好、车体方面组装容易,成本降低等优点,因此迅速地被汽车行业界所采用。车用玻璃形状在降低空气动力为目的的同时,也要考虑到汽车设计图案方面的美观、舒适及高质量化等。档风玻璃对光变形有严格的制约,又要求与后部的玻璃有同样的深曲度。即使进入安全带法制化及安装气袋时代,车用玻璃的安全性也更要提高。现在撞击时人的头部先与档风玻璃接触,因此应把减轻人的头部伤势及破裂程度作为主要课题来研究、开发。为了提高耐穿透性以及防止玻璃破裂时由碎片引起的损伤,已开发在汽车内侧玻璃表面黏贴塑料的安全玻璃也进入实用化阶段。为提高汽车在高速行驶中的适应性,大多数的汽车安装上增加功能的装置。在车体中占比较大面积的玻璃上安装功能装置的例子非常多,下面介绍具有代表性的例子:天线功能玻璃:汽车用无线电、电视天线是以竿式天线的为主体的设计图样,由于汽车行驶时与空气摩擦会产生风音问题,因此目前流行着在玻璃上安装天线功能元件。眼下有在强化玻璃表面焊接导电体型和在组合玻璃内装入导电金属丝型两种。电热融冰玻璃是在寒冷地区行驶的汽车上安装的玻璃,挡风玻璃全部涂覆透明导电膜,当玻璃表面粘结冰时通电迅速地把冰融化,使汽车仍能在正常运转下行驶。电热融雪玻璃也是在寒冷地区行驶的汽车上安装的玻璃,假如汽车在下雪时行驶,刮水器刮落的雪在玻璃下边堆积起来,渐渐地使刮水器不能工作,因此在玻璃下边安装发热体,把落下的雪迅速地融化,使刮水器保持刮雪功能。近几年来,人们为了改变钢化玻璃炸裂时碎片过小的现象,研制出一种叫热增强玻璃(半钢化玻璃)的新型产品。由于该产品不易自爆,更适用于大型规格玻璃幕墙。夹层玻璃是由两片或者两片以上的玻璃用合成树脂粘结在一起而制成的一种安全玻璃。当它破损时碎片不会飞散。夹层玻璃生产有干法和湿法两种形式,但干法生产是主流。夹层玻璃的种类很多,但主要有PVB胶片夹层玻璃、以固相水合硅酸钠膨胀层为防火中间层的防火玻璃、以EN胶片为中间层的真空一步法夹层玻璃。真空一步法夹层玻璃不仅可生产普通安全玻璃,而且可生产带饰物的装饰夹层玻璃。最近光改变色装饰夹层玻璃也已面世。贴膜玻璃是在平板玻璃表面贴上一种多层的聚酯膜,以改善玻璃的性能和强度,使其具有保温、隔热、防爆、防紫外线、美化外观、安全等功能。目前主要用于汽车和建筑门窗、隔断顶棚等。贴膜玻璃根据不同的膜材,可产生不同的效果。比如不同颜色、光致变色、导电、加温等等。平板玻璃一般是平整光滑的,但在使用中,人们往往需要一些具有弧度或曲面的玻璃。这就需要改变平板玻璃的几何形状。目前主要产品有圆弧弯曲玻璃、玻璃果盘、玻璃锅盖等,但他们的成型机理大致相同。圆弧弯曲玻璃也称为热弯玻璃、弧弯玻璃,属于玻璃二次升温至接近软化温度时,按需用要求,经压弯变形而成。按弯曲程度又分为浅弯和深弯。浅弯多用于建筑装演、汽车、船舶