Jak działa szkło samochodowe

Kiedy firmy samochodowe wyświetlają reklamy w telewizji, zachwalając nowe funkcje bezpieczeństwa swoich pojazdów, rzadko wspominają o przedniej szybie samochodu lub otaczających je oknach, ale szkło, które otacza Cię w tych pojazdach, zostało zaprojektowane i wyprodukowane z myślą o Twoim bezpieczeństwie. Chociaż szkło samochodowe wygląda tak samo, jak inne rodzaje szkła, działa zupełnie inaczej.

W większości domów okna w każdym pokoju są wykonane ze standardowego szkła, które po stłuczeniu rozbije się na duże odłamki. Z wyjątkiem przesuwnych szklanych drzwi lub drzwi wejściowych, te okna domowe nie są narażone na takie obciążenie jak okno samochodowe . Z drugiej strony samochód napotka w swoim życiu wiele wybojów, kamieni i wgnieceń błotników. Z tego powodu szkło samochodowe jest produkowane w dwóch różnych rodzajach szkła bezpiecznego, które chroni zarówno konstrukcję pojazdu, jak i pasażerów. Pierwszy rodzaj szkła nazywa się szkłem laminowanym , które jest przeznaczone na przednią szybę. Drugi rodzaj szkła znany jest jako szkło hartowane , które jest używane do szyb bocznych i tylnych pojazdu.

Później dowiemy się, jak producenci szkła umieszczają cienką warstwę folii między dwiema warstwami szkła i łączą je ze sobą za pomocą ciepła i ciśnienia, aby uzyskać szkło laminowane. Przyjrzymy się również, w jaki sposób szkło hartowane nabiera swojej wytrzymałości poprzez proces nagrzewania i szybkiego chłodzenia. Bez tych różnych stylów wytwarzania i wzmacniania, szyby samochodowe nie byłyby niczym więcej niż prostą barierą między nami a elementami zewnętrznymi.

Szkło laminowane i hartowane mają inne funkcje, ale razem utrzymują Cię w pojeździe w razie wypadku, chronią przed odpryskami ostrego szkła, zachowują sztywność dachu podczas dachowania i pozwalają bocznej poduszce powietrznej chronić Cię po uruchomieniu. Przejdźmy do następnej strony i dowiedzmy się, kiedy po raz pierwszy zastosowano te rodzaje szkła i dlaczego.

1. Historia szkła samochodowego
2. Szkło laminowane i PVB
3. Szkło hartowane
4. Przyszłe zmiany w szkle samochodowym

Na początku XX wieku powozy bezkonne zaczęły używać szkła do ochrony kierowców przed ostrymi wiatrami. Stosowana w tamtych czasach standardowa forma szkła nie chroniła jednak dostatecznie mieszkańców przed latającymi odłamkami. Stwarzało to również ryzyko dla pasażerów, jeśli jakiś przedmiot uderzył w szybę lub jeśli pojazd brał udział w wypadku .

W 1903 roku francuski chemik Edouard Benedictus natknął się na tajemnicę szkła odpornego na stłuczenie, kiedy upuścił szklaną butelkę wypełnioną zaschniętą warstwą kolodionu. Odkrył, że szkło pokryte folią pękło, ale zachowało swój pierwotny kształt. Jednak to szkło laminowane nie zostałoby zaimplementowane w samochodach aż do lat 20. [źródło: Time ].

Producenci samochodów zastosowali szkło laminowane w swoich przednich szybach, aby zoptymalizować bezpieczeństwo pasażerów podczas wypadków i chronić pasażerów przed pociskami w normalnych warunkach jazdy. Pomimo wszystkich swoich zalet, pierwsze rodzaje szkła laminowanego oferowały ograniczoną odporność na przebicie. Dzisiejsze szkło laminowane składa się z cienkiej warstwy poliwinylobutyralu (PVB) umieszczonej pomiędzy dwiema warstwami litego szkła.

Oprócz szkła laminowanego producenci samochodów zaczęli używać szkła hartowanego pod koniec lat 30. XX wieku. Ten rodzaj szkła jest stosowany w bocznych i tylnych szybach pojazdu i zyskuje swoją wytrzymałość dzięki procesowi nagrzewania i szybkiego chłodzenia, które wzmacnia zarówno zewnętrzną powierzchnię szyby, jak i jej rdzeń.

W latach 60. amerykańska opinia publiczna była coraz bardziej świadoma, że ​​samochody muszą być projektowane nie tylko z myślą o wyglądzie. Ta świadomość wywodzi się częściowo z pracy krzyżowca konsumentów , Ralpha Nadera , mającej na celu ujawnienie niebezpieczeństw stwarzanych przez niektóre pojazdy i potrzeby ustanowienia rządowych standardów bezpieczeństwa. W odpowiedzi rząd USA utworzył w 1970 roku Narodową Administrację Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego (NHTSA) [źródło: Bowen ].

Od tego czasu NHTSA wdrożyła przepisy dotyczące wszystkich obszarów bezpieczeństwa pojazdów, w tym szyb samochodowych. Niektóre federalne normy bezpieczeństwa pojazdów silnikowych (FMVSS) dotyczące szyb samochodowych obejmują:

Skoro już wiemy, jak powstało szkło samochodowe, dowiedzmy się, jak się je robi.

Wskazówki dotyczące kupowania i wymiany szyb samochodowych

[źródło: ABC News ]

• Wymiana przedniej szyby jest poważnym problemem bezpieczeństwa. Jeśli przednia szyba została poważnie uszkodzona, nie odkładaj jej wymiany.

• Upewnij się, że technik wymieniający przednią szybę posiada certyfikat National Glass Association.

• Po wymianie przedniej szyby odczekaj zalecany czas przed rozpoczęciem jazdy. W niektórych przypadkach może to trwać do 10 godzin.

Szkło laminowane jest wytwarzane przez włożenie warstwy poliwinylobutyralu (PVB) pomiędzy dwa kawałki szkła. Szkło i PVB są uszczelniane szeregiem rolek dociskowych, a następnie podgrzewane. To połączenie ciśnienia i ciepła chemicznie i mechanicznie wiąże PVB ze szkłem. Wiązanie mechaniczne powstaje poprzez adhezję PVB, podczas gdy wiązanie chemiczne jest tworzone przez wiązanie wodorowe PVB ze szkłem.

Ta włożona warstwa PVB pozwala szkłu pochłaniać energię podczas uderzenia i zapewnia odporność szkła na przebicie przez latające pociski. Odbija również do 95 procent promieni ultrafioletowych (UV) od słońca [źródło: Reuters ]. Szkło laminowane może pęknąć i przebić się, ale pozostanie nienaruszone ze względu na chemiczne wiązanie z PVB.

Wytrzymałość laminowanego szkła samochodowego pozwala mu pełnić w samochodach dwie bardzo ważne funkcje. Po pierwsze, umożliwia prawidłowe rozwinięcie się poduszki powietrznej po stronie pasażera . Boczne poduszki powietrzne kierowcy zwykle lecą prosto w kierunku kierowcy od kierownicy, ale gdy poduszka powietrzna pasażera zostanie uruchomiona, odbija się od przedniej szyby w kierunku pasażera. Poduszka powietrzna rozwija się z niesamowitą prędkością – 1/30 sekundy – i może wytrzymać siłę 2000 funtów (907 kilogramów). Szyba musi pochłaniać zarówno prędkość, jak i siłępoduszki powietrznej w celu ochrony pasażera w razie wypadku. Ze względu na swoją wytrzymałość szkło laminowane może zatrzymać pasażerów w samochodzie podczas wypadku. W przeszłości pasażerowie mogli zostać wyrzuceni przez przednią szybę, ponieważ szkło nie było wystarczająco wytrzymałe, ale dzisiejsze przednie szyby zapewniają większe bezpieczeństwo.

Oprócz pochłaniania siły poduszek powietrznych i utrzymywania pasażerów wewnątrz pojazdu, laminowane szyby przednie wzmacniają również dach samochodu. Szyby przednie chronią dach przed wygięciem i całkowitym upadkiem na pasażerów podczas dachowania. Bez sztywności i wytrzymałości szyb przednich ze szkła laminowanego wiele dachów stanowiłoby większe ryzyko dla pasażerów w niektórych rodzajach wypadków.

Jeśli zdarzy ci się znaleźć mały chip w przedniej szybie, nie martw się. Nie musisz wychodzić i wymieniać całą przednią szybę, aby zachować jej wytrzymałość. Niektóre małe chipy można szybko i łatwo naprawić za pomocą zestawu do naprawy chipów przedniej szyby. Większość sklepów motoryzacyjnych oferuje te zestawy za około 10 USD i umożliwiają wstrzyknięcie żywicy w problematyczne miejsce i usunięcie nadmiaru powietrza z problematycznego obszaru. Po naprawieniu szkła ledwo będziesz w stanie zauważyć swoją pracę poprawki.

Przejdźmy do następnej strony, aby dowiedzieć się, jak powstaje szkło hartowane i jak ono chroni.

Szkło hartowane jest tak samo ważne dla bezpieczeństwa pojazdu jak szkło laminowane, ale różni się znacznie zarówno pod względem formy, jak i funkcji. Ten rodzaj szkła stosuje się do okien otaczających samochód (nazywanych również sidelites ) oraz tylnej (lub backlite ). Szkło hartowane powstaje w wyniku podgrzania, a następnie szybkiego schłodzenia szkła do temperatury pokojowej poprzez przepuszczenie go przez system dmuchaw.

Powierzchnia szkła ochładza się znacznie szybciej niż środek szkła i kurczy się, powodując naprężenia ściskające , podczas gdy środek szkła rozszerza się pod wpływem swojej temperatury, wytwarzając naprężenia rozciągające . Co to znaczy? Wyobraź sobie kawałek szkła, który można wyciągnąć lub rozciągnąć do określonej długości (naprężenie rozciągające), jednocześnie dociskając i ściskając (naprężenie ściskające). Zarówno naprężenia ciągnące, jak i pchające uzyskiwane w procesie nagrzewania i chłodzenia nadają szkłu hartowanemu wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie. Różnice między tymi dwoma dają szkłu od 5 do 10 razy większą wytrzymałość, jakie miało pierwotnie.

Krawędzie na typowym kawałku szkła hartowanego są bardzo słabe. Jest to częściowo spowodowane szybkim uwalnianiem ciepła podczas fazy chłodzenia procesu odpuszczania. Aby zrekompensować ten słabszy obszar, szkło jest szlifowane na krawędziach. Rozbite szkło hartowane rozpada się na małe, matowe kawałki. Różnice między naprężeniami ściskającymi i rozciągającymi umożliwiają pękanie szkła w ten sposób. Ciągnięcie i pchanie szkła wytwarza znaczną ilość energii podczas procesu hartowania. Kiedy szkło pęka, ta energia jest uwalniana i powoduje pękanie szkła na małe kawałki [źródło: AIS Glass Solutions ].

Ze względu na swoją wytrzymałość szkło hartowane może wytrzymać codzienne użytkowanie samochodu . Bez niego nasze samochody byłyby zapełniane szkłem za każdym razem, gdy napotkamy dziurę w drodze, wpadniemy w wygięcie błotnika lub zamkniemy drzwi.

Ze względu na jego wytrzymałość i solidne wyniki w zakresie bezpieczeństwa, niektórzy producenci samochodów rozważają zastosowanie szkła laminowanego we wszystkich obszarach swoich samochodów. Jest już używany w niektórych większych pojazdach: General Motors zainstalował go w tylnych oknach swoich furgonetek pasażerskich, aby utrzymać pasażerów wewnątrz pojazdu podczas poważnych wypadków. Niektórzy producenci, np. BMW, umieścili już szkło laminowane w bocznych ściankach niektórych swoich modeli jako dodatkowe zabezpieczenie przed kradzieżą . Oprócz zwiększenia bezpieczeństwa, szkło laminowane działa również jako dobry tłumik dźwięku ze względu na znajdujący się w nim PVB [źródło: Allen ].

Istnieje jednak jeden problem z zastosowaniem szkła laminowanego w całym pojeździe: w sytuacji awaryjnej pasażer, który musiał szybko opuścić pojazd, nie mógł bez pomocy rozbić szkła laminowanego. Ze względu na swoją wytrzymałość szkło laminowane może pękać 10 razy dłużej niż szkło hartowane, co może utrudnić ucieczkę osłabionemu i rannemu pasażerowi [źródło: Allen ]. Ten dylemat nie powstrzymał projektantów samochodów przed opracowaniem nowych sposobów na zwiększenie ilości szkła laminowanego w naszych samochodach. Na przykład dachy cielo (nazwa pochodzi od hiszpańskiego słowa oznaczającego „niebo”) pojawiały się na całym torze samochodów koncepcyjnych. Dachy Cielo rozciągają przednią szybę samochodu za głową kierowcy, przekształcając cały dach w pojedynczy kawałek laminowanego szkła [źródło:

Szkło samochodowe jest projektowane nie tylko z myślą o bezpieczeństwie i komforcie. Producenci szkła i samochodów również próbują znaleźć sposoby na recykling szkła. Chociaż część nadmiaru szkła wytworzona podczas produkcji szkła samochodowego podlega recyklingowi, po zamontowaniu szkła samochodowego w samochodzie, recykling staje się trudniejszy ze względu na dodatki, takie jak powłoki i elementy grzejne.

Pomimo tych dylematów producenci szkła nadal badają nowe pomysły na wzmocnienie, bezpieczeństwo i dostosowanie szkła do nowych pojazdów. Niewiele o tym myślisz, ale nasze pojazdy nie byłyby tak bezpieczne bez nowoczesnego szkła hartowanego i laminowanego.

Powiązane artykuły