Когда автомобильные компании размещают рекламу на телевидении, рекламируя новые функции безопасности своего автомобиля, они редко упоминают лобовое стекло автомобиля или окружающие окна, но стекло, окружающее вас в этих автомобилях, было разработано и изготовлено с учетом вашей безопасности. Хотя автомобильное стекло выглядит так же, как и любой другой тип стекла, оно функционирует совсем по-другому.
В большинстве домов окна в каждой комнате сделаны из стандартного стекла, которое разбивается на большие осколки. За исключением раздвижной стеклянной двери или входной двери, эти домашние окна не испытывают такой же нагрузки, как автомобильные окна. С другой стороны, автомобиль за свою жизнь столкнется со многими выбоинами, камнями и изгибами крыльев. Из-за этого автомобильное стекло изготавливается в виде двух разных типов безопасного стекла для защиты как конструкции автомобиля, так и пассажиров внутри. Первый тип стекла называется многослойным стеклом , которое предназначено для ветрового стекла. Второй тип стекла известен как закаленное стекло , которое используется для боковых и задних окон автомобиля.
Позже мы узнаем, как производители стекла вставляют тонкий слой пленки между двумя слоями стекла и сплавляют их вместе под действием тепла и давления, чтобы получить ламинированное стекло. Мы также рассмотрим, как закаленное стекло приобретает свою прочность в процессе нагрева и быстрого охлаждения. Без этих различных способов изготовления и усиления автомобильное стекло было бы не более чем простым барьером между нами и внешними элементами.
У ламинированного и закаленного стекла разные функции, но вместе они удерживают вас внутри автомобиля в случае аварии, защищают вас от разлетающихся острых стекол, сохраняют жесткость крыши при опрокидывании и позволяют боковой подушке безопасности защитить вас при срабатывании.
В начале 20 века в безлошадных повозках начали использовать стекло для защиты водителей от сильного ветра. Однако стандартная форма стекла, использовавшаяся в то время, не защищала пассажиров от летящих обломков. Это также представляло опасность для пассажиров, если какой-либо предмет ударялся о стекло или если автомобиль попадал в аварию.
В 1903 году французский химик Эдуард Бенедиктус наткнулся на секрет небьющегося стекла, когда уронил стеклянную колбу, наполненную высушенной пленкой коллодия. Он обнаружил, что стекло, покрытое пленкой, треснуло, но сохранило свою первоначальную форму. Однако это многослойное стекло не применялось в автомобилях до 1920-х годов [источник: Time].
Автопроизводители использовали многослойное стекло в своих ветровых стеклах, чтобы оптимизировать безопасность пассажиров во время аварий и защитить пассажиров от снарядов в обычных условиях вождения. Однако при всех своих преимуществах первые типы многослойного стекла обладали ограниченной устойчивостью к проколам. Сегодняшнее многослойное стекло состоит из тонкого слоя поливинилбутираля (ПВБ), вставленного между двумя слоями твердого стекла.
Помимо многослойного стекла, в конце 1930-х годов автопроизводители начали использовать закаленное стекло. Этот тип стекла используется в боковых и задних окнах автомобиля и приобретает свою прочность благодаря процессу нагрева и быстрого охлаждения, который укрепляет внешнюю поверхность стекла, а также его сердцевину.
К 1960-м годам американская общественность стала все больше осознавать, что автомобили должны быть разработаны не только для внешнего вида. Это осознание частично произошло из работы борца за права потребителей Ральфа Нейдера, раскрывающей опасности, создаваемые некоторыми транспортными средствами, и необходимость государственных стандартов безопасности. В ответ на это правительство США сформировало в 1970 году Национальную администрацию безопасности дорожного движения (NHTSA), которую президент Линдон Джонсон подписал в 1966 году [источник: Zanona].
С тех пор NHTSA внедрила правила, касающиеся всех областей безопасности транспортных средств, включая автомобильное стекло. Некоторые из Федеральных стандартов безопасности транспортных средств (FMVSS) для автомобильного стекла включают:
Теперь, когда мы знаем, как появилось автомобильное стекло, давайте узнаем, как оно производится.
Многослойное стекло изготавливается путем помещения слоя поливинилбутираля (ПВБ) между двумя кусками стекла. Стекло и ПВБ герметизируются серией прижимных роликов, а затем нагреваются. Эта комбинация давления и тепла химически и механически связывает ПВБ со стеклом. Механическая связь возникает за счет клейкости ПВБ, а химическая связь создается за счет водородного связывания ПВБ со стеклом.
Этот вставленный слой PVB позволяет стеклу поглощать энергию во время удара и придает стеклу устойчивость к проникновению летящих снарядов. Он также отражает до 95 процентов ультрафиолетовых (УФ) лучей солнца. Многослойное стекло можно разбить и проколоть, но оно останется неповрежденным благодаря химической связи с ПВБ. Плотность материала также помогает ему отражать дорожный шум и помогает сделать салон автомобиля тише [источник: AIS Glass].
Прочность многослойного автомобильного стекла позволяет ему выполнять две очень важные функции в автомобилях. Во-первых, это позволяет правильно раскрыть подушку безопасности со стороны пассажира. Боковые подушки безопасности водителя имеют тенденцию лететь прямо к водителю от рулевого колеса, но когда подушка безопасности пассажира развернута, она отскакивает от лобового стекла в сторону пассажира. Подушка безопасности раскрывается менее чем за 30 миллисекунд, используя силу около 5 фунтов (2,3 кг) на квадратный дюйм. Ветровое стекло должно поглощать как скорость, так и силу воздушной подушки, чтобы защитить пассажира в случае аварии. Благодаря своей прочности многослойное стекло может удерживать пассажиров внутри автомобиля во время аварии. В прошлом пассажиры могли быть выброшены через лобовое стекло, потому что стекло было недостаточно прочным, но современные ветровые стекла обеспечивают большую безопасность.
В дополнение к поглощению силы раскрытых подушек безопасности и удержанию пассажиров внутри автомобиля, ламинированные ветровые стекла также обеспечивают прочность крыши автомобиля. Ветровые стекла не дают крыше прогибаться и полностью падать на пассажиров во время опрокидывания. Без жесткости и прочности ветровых стекол из многослойного стекла многие крыши представляли бы больший риск для пассажиров при определенных видах аварий.
Если вам случится найти небольшой скол на лобовом стекле, не волнуйтесь. Вам не нужно выходить и заменять все лобовое стекло, чтобы сохранить его прочность. Некоторые небольшие сколы можно быстро и легко устранить с помощью комплекта для ремонта сколов ветрового стекла. В большинстве автомобильных магазинов эти комплекты продаются по цене от 10 до 20 долларов и позволяют вам ввести смолу в проблемное место и удалить из него лишний воздух. После того, как вы отремонтируете стекло, вы едва заметите свою работу. Крайне важно обнаружить и отремонтировать чип как можно скорее. Небольшая царапина, если оставить ее в покое, может легко распространиться и превратиться в более крупную трещину, что потребует более дорогостоящей замены ветрового стекла.
Закаленное стекло так же важно для безопасности автомобиля, как и многослойное стекло, но оно сильно отличается как по форме, так и по функциям. Этот тип стекла используется для окружающих окон транспортных средств (также называемых боковыми стеклами ) и заднего окна (или заднего стекла ). Закаленное стекло создается путем нагревания, а затем быстрого охлаждения стекла до комнатной температуры путем пропускания его через систему воздуходувок.
Поверхность стекла остывает намного быстрее, чем центр стекла, и сжимается, вызывая сжимающие напряжения, в то время как центр стекла расширяется из-за температуры, создавая растягивающие напряжения. Что это значит? Представьте себе кусок стекла, который можно тянуть или растягивать до определенной длины (напряжение растяжения), при этом его одновременно толкают вниз и сжимают (напряжение сжатия). Как тянущие, так и толкающие напряжения, возникающие в процессе нагрева и охлаждения, придают закаленному стеклу прочность на растяжение и сжатие. Различия между этими двумя составляющими делают стекло в пять-десять раз прочнее, чем оно было изначально.
Края типичного куска закаленного стекла очень слабые. Частично это вызвано быстрым выделением тепла во время фазы охлаждения процесса отпуска. Чтобы компенсировать эту слабую область, края стекла стачиваются. Когда закаленное стекло разбивается, оно рассыпается на мелкие тусклые осколки. Различия между сжимающими и растягивающими напряжениями позволяют стеклу разбиваться таким образом. Вытягивание и толкание стекла производят значительное количество энергии в процессе закалки. Когда стекло разбивается, эта энергия высвобождается и заставляет стекло разбиваться на мелкие осколки [источник: AIS Glass Solutions].
Благодаря своей прочности закаленное стекло выдерживает ежедневное вождение автомобиля. Без него наши автомобили заполнялись бы стеклами каждый раз, когда мы попадали в выбоину, попадали в изгиб крыла или закрывали дверь.
Современный автомобиль включает в себя больше стекла, чем когда-либо прежде, в том числе большие ветровые стекла, люк на крыше и даже стеклянные панели, которые полностью заменяют крышу. Таким образом, стандарты прочности и безопасности должны соответствовать требованиям отрасли. Одной из таких инноваций в этой области является Gorilla Glass , запатентованный многослойный материал от мирового поставщика стекла Corning. Новый состав обещает быть более прочным и легким, чем традиционные ламинированные ветровые стекла, а также более устойчивым к осколкам камней и повреждениям от града. Такие производители, как Chrysler и McLaren, начали использовать стекло Gorilla Glass на своих новых заводских моделях [источник: Corning].
В крыши некоторых новых автомобилей также встроены большие панорамные стекла , которые либо фиксируются на месте, либо с электрическими раздвижными механизмами. Эти стеклянные крыши могут дать пассажирам прекрасный вид из автомобиля, но они также увеличивают вес, сложность и стоимость производства [источник: AIS].
Европейский производитель стекла AGC также начал внедрять ветровые стекла с серебряным напылением, которые помогают бороться с экстремально жаркими и холодными условиями. В жару прозрачное стекло пропускает видимый свет, а встроенные частицы серебра отражают инфракрасный свет от салона. AGC утверждает, что этот процесс может снизить внутреннюю температуру почти на 60 градусов по Фаренгейту в жаркие дни. Зимой серебро также действует как электропроводящий нагревательный элемент. Это позволяет системе климат-контроля автомобиля нагревать все ветровое стекло и таять лед без необходимости в навязчивых проводах. В 2017 году Volkswagen начал предлагать серебристую отделку в качестве опции для многих своих автомобилей на европейском рынке.
Автомобильное стекло предназначено не только для обеспечения безопасности и комфорта. Производители стекла и автомобилей также пытаются найти возможности для переработки стекла. Композитные материалы, такие как закаленное и многослойное стекло, исторически было трудно перерабатывать из-за их химической обработки и использования пластмасс. Тем не менее, автопроизводители и поставщики стекла начали внедрять программы переработки ветровых стекол, используя специализированные машины, которые могут отделить чистое стекло от его синтетических компонентов [источник: Thompson].
Производители стекла продолжают исследовать новые идеи, как сделать стекло более прочным, безопасным и адаптируемым для новых автомобилей. Вы можете не задумываться об этом, но наши автомобили не были бы такими безопасными без современных закаленных и многослойных стекол.
Первоначально опубликовано: 16 июля 2009 г.