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汽车安全玻璃的起源与发展
发表日期:2015-04-09 15:38   文章编辑:admin    浏览次数:
 汽车的起源与发展:
  
  20世纪初,美国的亨利·福特和欧洲的奔驰相继发明了汽车,最初的汽车如同马车一样,没有窗只有车篷,但是由于汽车速度比马车快得多,必须设置风挡。自1909年,亨利·福特首次在T型车上使用玻璃作为风挡材料以来,
  
  到20世纪20年代末,所有的汽车都装上了风挡玻璃,主要是有机玻璃和普通无机玻璃。有机玻璃主要是丙烯酸酯类和聚酯类,硬度低,容易磨损和划伤,容易老化变形,其应用受到很大的限制。而普通强度低、脆性大、碎片有锋利的边角,安全性能差。随着玻璃深加工技术的发展,逐渐被和夹层玻璃所取代。
  
  1927年,福特采用硝酸纤维素夹层玻璃作为前窗;1928年,凯迪拉克(Ca—dillac)汽车安全玻璃全部采用夹层玻璃用于前窗、侧窗和后窗。同年,公司以醋酸纤维素取代硝酸纤维素生产夹层玻璃。
  
  20世纪50年代初,美国最先采用曲面钢化玻璃作为汽车前风挡玻璃。整块曲面钢化玻璃视野开阔,外形美观。但是钢化玻璃内部存在较大的应力,许多因素都会导致其在瞬间炸裂。在汽车前风挡使用中,一旦玻璃破碎,不能保证驾驶员的视野,以至于不能及时采取刹车措施,导致二次事故的发生,而且小颗粒碎片将对眼睛造成严重的伤害。
  
  1961年玻璃区域钢化技术问世,日本、美国、联邦德国等陆续开始生产区域钢化玻璃。利用区域钢化技术可在风挡的驾驶员主视区域和周边区域分别形成不同的钢化程度,主视区域钢化程度降低,破碎后碎片较大,因此能保证视线,避免二次事故的发生。但碎片较大,并且可能还会有锐利的边角,导致钢化玻璃的安全系数有所降低。
  
  到60年代中期,英国等国家又研制了碎片呈蜂窝状分布的,即非均匀分布的区域钢化玻璃。这种钢化玻璃碎片大小间隔交替分布,碎片的分布基本与冲击点的位置无关,玻璃破碎后的失透现象有所改善,碎片没有尖锐的边角。
  
  进入20世纪60年代中后期,主要发达国家的国民经济高速发展,汽车产量和速度大幅度提高,车祸也随着增多,这就需要使用更安全的风挡玻璃。
  
  早先用生产的夹层玻璃,内外两层玻璃均采用普通平板玻璃,胶片层的厚度较薄,只有0.38mm,而且胶片与玻璃间的黏结力特别大,其黏结强度甚至超过了玻璃本身的强度,显现不出胶片层的弹性与塑性,夹层玻璃在厚度方向上呈现出脆性,在受到猛烈撞击时,玻璃有时被击穿。
  
  20世纪60年代,美国和原西德研制成功一种高抗穿透性夹层玻璃,简称HPR(HighpenetrationResistanee),并由美国杜邦公司在1960年取得专利权。HPR夹层玻璃内层采用厚度为1.78~2ram的化学钢化玻璃,中间胶片层厚度从0.38ram增加到0.76ram,其成分也作了调整,并降低了增塑剂的用量,使其与玻璃的黏结强度降低到合理的水平;外层仍采用普通玻璃,厚度为2.6mm。HPR夹层玻璃集中了化学钢化玻璃抗弯强度高和改良过的PVB胶片抗冲击性能好两方面的优点,整体安全性能超过了普通夹层玻璃。英国在1970年研制成功一种新型夹层玻璃,内、外两层玻璃层玻璃都是2.3ram厚的热钢化玻璃,内层玻璃钢化程度较高,中间PVB胶片层厚度为0.8mm。
  
  这些强度夹层玻璃用于汽车工业,能有效避免车祸或紧急刹车时乘员头部穿出窗外的掉首事故,亦可用作某些类型飞机的风挡。20世纪70年代,在保证安全性的前提下,出现了许多的新品种。如印刷陶瓷电热玻璃、吸热钢化玻璃、电热丝夹层玻璃、遮阳夹层玻璃、导电膜夹层玻璃、顶篷玻璃、、贴膜夹层玻璃、玻璃一塑料安全装配玻璃材料等。汽车安全玻璃的颜色也逐渐发生变化,最初以无色透明为主,后来为了减轻司机眼睛疲劳,法国圣哥班公司采用青铜色玻璃,随后,其他各国也普遍采用青铜色玻璃,日本采用蓝色兼有无色透明玻璃,美国则以绿色为主。
  
  随着汽车工业的发展,汽车外形设计越来越流线型化,不仅使车身流畅美观,而且根据空气动力学的原理,流线型设计的汽车在高速行驶时可以减少行驶阻力,降低汽车的内部噪声,减少油耗提高经济性。流线型的设计要求大量采用曲面、弯曲和深弯的玻璃,汽车玻璃的安装角(汽车玻璃面和垂直方向的夹角)增大,据统计近几年国外汽车安全玻璃的安装角以每年6。的速度递增,最新型的汽车,其前风窗玻璃的安装角已达65。~68。后风窗玻璃的安装角也在不断增加。大的安装角固然
  
  符合了流线型设计的要求,但它同时也使汽车安全玻璃的面积增大,纵向曲率半径减少和光学性能恶化,从而增加了汽车安全玻璃的制造难度。因此,各种玻璃弯曲成型技术层出不穷。
  
  从舒适性的角度来看,汽车安全玻璃面积和安装角的增加将直接影响到乘员的舒适性。大面积的玻璃使太阳热射透过量增加,导致车内温度上升。同时出于安全角度的考虑,许多国家对汽车玻璃的可见光透光度均有强制性的要求,如美国、日本和中国要求前风窗的可见光透光度不小于70%,而欧洲则要求大于75%。
  
  为了保证足够的可见光透光度又能很好地控制热辐射,研制开发了热反射玻璃和吸热玻璃。20世纪八九十年代,高档轿车多采用热反射膜玻璃作为风挡玻璃。由于玻璃表面涂覆着金属氧化层,电磁波不能透过,给车内使用移动电话和收看电视带来不便。
  
  日本开发了一种侧窗玻璃,表面镀有热反射膜,降低热反射性能的同时还可以透过电磁波,在车内打电话、收看电视完全不受影响。也有汽车上使用贴膜的办法来减少日光的照射,这种塑料膜粘贴的效果往往不理想,而且耐磨性差。因为吸热玻璃和热反射玻璃无法对不同波长的光进行有选择的吸收和反射,它们只能单纯的反射太阳光而不能保留可见光透光度,因此可见光透光度小于70%的吸热玻璃和热反射玻璃不能使用在前风窗上。
  
  现在一些轿车外面设有拉杆天线,供车载电话、电视使用。在夹层玻璃中间嵌入无线电电路或在玻璃表面镀一层透明导电膜,也能起到天线的作用。不仅可以消除因风吹动天线而造成的噪声,而且轿车的外形也变得美观流畅,清洗车身更加方便。
  
  还有一种屏显玻璃(HuD),是在汽车上安装具有影像显示功能的风挡玻璃,利用红外线映像系统将行车路线、油量、里程表和一段距离内的交通状况及其他图表资料等从仪表板上投影到风挡玻璃上,驾驶员可以及时了解各种信息,即使在雾天也能正常驾驶。
  
  国内外开发了一种防水汽车安全玻璃,这种玻璃的表面上涂覆了一层化学耐久性好的含氟薄膜。含氟薄膜不会影响玻璃原来的颜色与光泽,有效寿命达3~5年。在汽车行驶过程中,落到玻璃表面上的水滴会在风压的作用下迅速滚落,车内的人像和物像不会映射到风挡玻璃上而影响到司机的视线。
  
  前风玻璃窗在安装角增大的情况下,会使玻璃对太阳光的反射效应增强,光线被玻璃反射后,固然减少了对车内热辐射,但同时也使可见光透光度降低,而且玻璃内侧的反射率增大会使驾驶仪表盘上的一些光亮物品映射到玻璃上,从而干扰司机的正常视线。因此,在玻璃上镀硅一钛系多层结构的增透膜,减少玻璃的反射光,使得司机的视野更加清晰明了。
  
  在夹层玻璃或钢化玻璃表面涂覆一层含碱性成分的有机薄膜,可制成防雾玻璃。水在有机膜表面能均匀摊开成膜,不会结露成雾。在玻璃中嵌入电热丝,或在玻璃表面印刷上电热线,或镀上透明导电膜,通电发热,也可除去汽车玻璃内的雾气和外侧的霜雪。在夹层玻璃中设置警报驱动装置,一旦玻璃遭遇破坏,可立即发出报警信号。
  
  自20世纪80年代以来频频爆发的能源危机,使汽车设计师们更加注重汽车的节能性能。玻璃在汽车上的大面积使用,已使其平均每辆的装车面积从80年代的2.7m2,发展到今天的4.Om2。按2.59/cm2的玻璃密度计算,玻璃厚度每减少lmm,每辆车的总重量可减轻lOkg,因此在保证必要的强度条件下,汽车安全玻璃的设计趋势是薄型化和轻量化。
  
  虽然汽车安全玻璃面积在增加,但当今的技术允许玻璃制造者能够减小玻璃的厚度,降低玻璃的重量。利用各种物理和化学的方法,已能成功地生产3mm或更薄的钢化玻璃。




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