汽车夹层玻璃的设计

1、 汽车研究发展中心车身室张玉华汽车夹层玻璃的设计摘要论述了汽车零件的种类,其中夹层玻璃的制造方法以及原材料的选择,对夹层玻璃的机械性能、光学性能等的要求。主题词汽车零件的种类，夹层玻璃的设计。随着我国汽车工业的高速发展和国外先进技术的不断引进，人们对汽车的各个部件要求越来越严格。一辆汽车是由几千种零件组成的，门窗安全玻璃是其中的重要组成部分。安全玻璃在汽车工业中占据重要的位置，它不仅是汽车的装饰品及通风、采光的需要，而且是汽车的安全部件，它除了防风沙和雨雪还要防碰撞和冲击以确保司机和乘客的安全。汽车安装玻璃正向安全、美观、多功能、轻而薄的方向发展，汽车玻璃在保证安全性的前提下又不断追求多用途和

2、外形美观的新品种，出现了印刷、陶瓷、电热玻璃、吸热钢化玻璃、天线夹层玻璃、电热丝夹层玻璃、着色玻璃、防眩遮阳夹层玻璃、导电膜夹层玻璃、顶棚玻璃、带耐磨塑料涂层的安全玻璃等。是人们追求舒适性的需要。一、汽车玻璃零件的种类从十八世纪末世界上出现汽车以来，经过一个世纪的发展，汽车工业已成为一个国家工业发展的重要标志，无论从产量和种类上，都在不断地增多，而玻璃零件的种类也随汽车种类和功能要求而不断地增多。从目前看，大致有以下几种。1. 按固定形式可分为a.固定式：这种玻璃其固定形式是采用橡胶带条将玻璃镶嵌在车身壳体 上,玻璃零件不能活动。如图(1)所示b.活动式：这种固定形式是玻璃零件被安装在车身壳体

3、上后，能按功能要求活动。活动式又可分为:启开式:即玻璃零件被安装在能活动的金属框架内，金属框架安装在车身壳体上并能开启和关闭。如带铰链的上风窗等。 车体结构件 玻璃零件 橡胶带条 ( 图1)滑动式：即玻璃零件被安装在由沟槽的橡胶件内（橡胶件安装在金属骨架内）玻璃本身能按要求自如的滑动（水平滑动或上下升降）。如图(2)所示 玻璃零件带槽的橡胶件 金属框架 ( 图2)2.按几何形状可分为：外廓形状、断面形状。a.外廓形状分为：矩形、近似三角形、圆形、多边形等。b.断面形状可分为：平板玻璃和曲面玻璃。曲面玻璃按弯曲程度可分为:深弯曲：即曲率半径小于300mm或拱高大于、等于100mm的曲面状态。浅弯

4、曲:曲率半径大于、等于300mm或弧高小于、等于100mm的曲面状态。如图(3)所示 R （图3）H-弧高 R-曲率半径曲面又分为双曲面：两个方向弯曲。单曲面：一个方向弯曲。曲面又分为纯圆弧和非纯圆弧如图所示： 纯圆弧弯曲 非纯圆弧弯曲 （图4）2.从安全角度可分为a钢化玻璃和非钢化玻璃钢化玻璃按工艺方法又可分为空气钢化和化学钢化。化学钢化是将加工完的玻璃零件侵入熔融盐浴中,该盐浴含有大量钠离子，玻璃中的锂离子被盐浴中的体积较大的钠离子所取代,这样挤在玻璃表面并使它处于压应力状态，从而提高了抗弯和抗冲击强度。它的特点是具有较高的强、均匀性好、不产生光畸变、翘曲量较小、制件成品率高，但表面压缩层

5、薄,破坏时碎片较大易伤人。空气钢化，是将加热的玻璃 （通常加热到600-680）用强泠风吹，使其表面急聚冷却而产生压缩层，形成较大的压应力，从而提高抗弯和抗冲击强度，它比化学钢化强度高，破坏时碎片呈蜂窝状，但它的致命缺点是变形量大，成品率低,有时还产生自爆现象。b.夹层玻璃夹层玻璃，是将两层或多层玻璃用胶片粘合(或用树脂聚合)而形成的夹层结构玻璃。与外力作用而引起破坏时,因中间层的存在而使大部分碎片不飞散的玻璃。夹层玻璃被石子冲击后只是产生蜘蛛网状的裂纹，还可保持可见度，不像钢化玻璃那样丧失视野。中间的树脂膜可防止玻璃碎片的飞溅，减少玻璃打坏后被碎片刺伤的二次伤害。国外早在60年代就采用了这种

6、结构作为风挡玻璃。美国法规规定，前车窗义务装用夹层玻璃。日本也规定义务装备夹层玻璃。我们国家最近也规定，在1989年后生产的各种汽车的风挡玻璃。一律采用夹层玻璃,这完全是从安全的角度出发的。夹层玻璃具有优良的使用性能：透明度、机械强度、耐光、耐热、耐湿和耐寒等。脆性玻璃和弹性胶片的结合，保证了夹层玻璃有良好的抗冲击性和玻璃破碎时的安全性能，当破碎时还可保持可见度，同时玻璃碎片被胶片粘住可减少伤人。c.防弹玻璃这种玻璃一般是安装在高级轿车上，如国家领导人的轿车。它的结构形式是将多层玻璃分别用胶片粘合起来，形成多层夹层结构，有抗枪弹穿透的能力。二.玻璃零件的设计 以上我们叙述了玻璃零件的种类，在具

7、体设计时采用哪一种，要根据车辆的种类，使用要求以及安装框架的结构形式来定。下面主要介绍一下夹层玻璃的设计夹层玻璃规模化生产始于1910年前,开始使用在飞机的风挡玻璃,随着玻璃工艺的发展和人们对汽车安全性的高要求,设计者们广泛采用了夹层玻璃作为汽车的风挡玻璃,世界上许多国家陆续制定了有关法规,要求在所有的机动车辆上必须使用安全玻璃。英国、日本中国分别于1937年、1958年、1988年实行了这项规定。夹层玻璃的制造工艺是比较复杂的，价格也比较高，然而，它的实用性特别是抗冲击性和玻璃破碎时的安全性，是非常理想的。设计夹层玻璃时，其夹层形式是由制造的工艺方法决定的。但其各项技术指标都是一致的。目前国

8、内外夹层玻璃的制造方法大致有以下几种：（1） 中间膜片直接粘接法将两片玻璃用一层透明胶膜直接粘接起来形成夹层。即在两块玻璃之间插入一层透明胶片，予压后放入高压仓中，一边加温一边进行最后的加压，最后使玻璃粘在中间膜片上，从而形成夹层结构。此种方法工艺性复杂，工本费用大，且使用高压釜中不能连续生产,制造成本高。（2） 注入树脂法（灌浆法）在两块玻璃之间留出空隙，然后往空隙内注入树脂，固化后形成夹层。其步骤是两块玻璃垂直放,留有间隙,周围除上部有开口外,其它部分都密封起来,中间形成一个空隙部分,然后将未聚合的合成树脂填充到空隙部分,将间隙缩小,使粘接济达到规定的厚度,从外部用热、光、放射线作用使树脂

9、聚合固化,这样两层玻璃之间就形成了中间层，这种方法要求中间层的树脂,其强度高、透明度及粘接性都要好。（3）胶膜粘接济法在两块玻璃之间放入柔软透明的中间膜，同时用粘度较低的未聚合或部分聚合透明液态的树脂，使粘接济光聚合、热聚合、放射线聚合或几种同时使用，使之聚合固化，将玻璃和中间膜粘在一起。用这种方法的优点是，对中间层膜片本身粘接济的性的要求不像用膜片直接粘接形式那样高，只要粘接济的粘接力强就可以。此外，不需要高压釜进行热压，整个工序完全可以连续进行，特别是使用光聚合树脂，其聚合时间可以缩短到10分钟左右，生产效率高，制造成本低。在设计时,无论采用那种方法,只要给出总厚度和各项技术要求就可以了。

10、下面介绍三、夹层玻璃设计时应考虑的几项技术指标。1.原材料的选择 a玻璃原片：应大量选用优质的浮法玻璃，如上海的“皮尔金硕”。玻璃片的厚度，目前国内外都采用3mm，经热弯成型，不钢化。如采用2mm厚度时，应考虑到产品在制造上困难较大，成品率很低，价格很高。b中间膜片：目前汽车夹层玻璃膜片，其抗拉强度最少为200/cm2最好能达到300/cm2以上，伸长率为15最好能达到300以上。中间膜片必须是无色透明，有良好的耐热，耐光性，耐寒性和耐湿性，对玻璃有较强的粘接力，一般为68/cm2。 国际上普遍采用的较理想的膜片是聚乙烯醇缩丁醛（PVB）胶片，这种胶片是1938年美国研制成了生产夹层玻璃的重要

11、材料。最早用的PVB胶片生产的夹层玻璃，内、外两层玻璃均采用普通平板玻璃，只有0。38mm，美国和原西德在60年代研制成一种高抗穿透性（HPR）夹层玻璃，HPR夹层玻璃内层玻璃采用厚度为1.782mm的化学钢化玻璃，中间胶片层厚度从0.38mm增加到0.76mm,其成分也做了调整,并降低了增塑剂的用量,使其与玻璃的粘结强度降低到合理的水平。我国目前一般采用0。76mm的胶片来制造夹层玻璃。c.树脂粘接剂“灌浆法”使用的树脂粘接剂以及膜片粘接法所使用的粘接剂,都是未聚合或半聚合的透明液态自身固化的树脂。一般用于光聚合，放射线聚合的树脂是丙烯酸酯和乙一甲基丙烯酸酯的聚合物或共聚物，如热聚合可采用环

12、氧树脂、多氨基甲酸酯、聚酯树脂等。树脂粘接剂的粘度对夹层玻璃的质量影响极大，如粘度太高，则流动性不好，不但操作困难，气泡也难排出，如粘度过低,虽然流动性好，气泡也易排出，但粘接的效果较差。最好的粘度范围为1100厘泊。2夹层玻璃机械性能的要求a.抗10±0.2kg人头模型冲击夹层玻璃冲击高度(即模型与玻璃试样的距离)为4mm,冲击后的状态应为,以冲击点为中心,产生许多环状和放射状裂纹,离冲击点最近的环状裂纹的直径不应大于80mm;破碎的玻璃必须粘附在中间层上;在以冲击点为中心的60mm直径圆内,允许有4mm以下宽的碎片剥离;试样的冲击侧,不许有面积大于20cm2的中间层裸露;玻璃碎片

13、的总质量不大于20g;中间层的裂纹长度在35mm以下。b.抗2260±20g钢球冲击试样应保持在23±2的环境中且不少于4小时,然后立即试验(这主要是考虑到中间夹层的性能是随温度的变化而变化的)。钢球距试样表面的高度为4m，在不加力情况下自由下落，落点必须在试样中心25mm直径的圆面积内。冲击后5秒钟内钢球不应穿透试样；如果钢球楔在孔内超过5秒钟也为合格。c.抗227±2g（国际通用为225克）钢球冲击 落球的最小高度为5m，冲击后的状态，钢球不得穿透试样，冲击面反侧剥落碎片的总质量不应超过20g。d.抗200±2g钢箭冲击钢箭距试样的高度为57m ，不

14、加力自由下落，落点必需在试样中心25mm直径的圆面积内。冲击后状态应满足以下条件:试样未被穿透，被冲击的反侧剥落的碎片的总质量应在规定范围（2030g）。 3夹层玻璃光学性能的要求a. 透光率应不小于85 b. 耐光性试验用标准光源先测定试样的透光率，然后拥100V 6A的石英水银灯紫外线光源，使试样保持在4060的温度下照射100小时，再测定照射后的试样的透光率不应小于80。c. 像畸变 在屏幕上投影射线对中心线向上或向下的偏移整个制品不得大于8mm。d. 二重像试验试验是在暗室或半暗室内做，直接用产品或试样，将试样放在光源前方7.6m处，通过试样看光源的重影，第二个像的偏移不得超出114m

15、 m直径的圆范围。4夹层玻璃的耐热要求将试样垂直立置在约65的温水中，经3分钟后快速侵入沸水中2小时取出，观察气泡或其它缺陷，距边缘的距离不应大于15mm。5夹层玻璃耐湿性的要求将试样放在温度为4954，相对湿度约100的容器内两星期后取出，观察脱胶和气泡产生的情况，开胶和小气泡的位置，距玻璃边缘不应大于10mm。6夹层玻璃表面缺陷的限制 制品表面存在的各种缺陷，不但直接影响驾驶人员的视线 ，同时也会影响制品的强度。表面缺陷大致有以下几种：a. 透明气泡：玻璃中含有的气泡是透明的 。b. 白气泡：白色的气泡。c. 带色气泡：白色以外的带色气泡。d. 破坏的气泡：气泡表面是破坏的。e. 碰伤：制

16、品在加工中其表面产生的伤痕，根据程度分为重伤痕，中等伤痕 。所谓重伤痕 ，用指甲触摸能产生明显感觉，中等伤痕则不易产生感觉。f. 异物：砂砾不透明物和玻璃中的结石，砂砾是制造玻璃板用的炉子耐火材料碎片，玻璃原料中混入不溶解的物体和原材料的未溶解物，不透明物，是玻璃中生成的结晶现象。以上都是不透明物质。玻璃中的结石，是熔化的玻璃呈球状透明物体。g. 发纹和波纹：发纹是线状物，波纹是带状物，这两种缺陷都会使玻璃产生透视变形。h. 缺口及暴边：边缘上的残缺。i. 吊钳痕迹：玻璃在钢化时，吊钳在周边产生的痕迹。夹层玻璃主要是对中间层和粘接质量的要求。胶粘时，原则上不允许产生气泡，但实际上往往是达不到的，但对于大于4mm的气泡是不允许存在的。胶粘层不允许有夹杂物。玻璃的边缘不许有膜片不够和开胶现象。7.夹层玻璃尺寸公差a.厚度（总厚度）公差一般为0.3xn ,n 玻璃板的层数b.外廓尺寸公差平型制品的尺寸偏差纵向及横向偏差曲线部偏差边长L单位面积S(m2)L600600L1200L1200S0.3S0.30-2.00-3.00-3.50-3.00-4.0基准边的偏差 ±1.0 纵向及横向偏差 曲线部偏差 长边的长度LL12001200L1800L1800L12001200L1800L180