Jak działa szkło samochodowe

Szkło samochodowe jest specjalnie obrabiane, aby chronić pasażerów pojazdu przed czynnikami atmosferycznymi. Zobacz więcej zdjęć bezpieczeństwa samochodu. Frederick M. Brown / Getty Images

Kiedy firmy samochodowe wyświetlają reklamy w telewizji, w których reklamują nowe funkcje bezpieczeństwa ich pojazdów, rzadko wspominają o przedniej szybie samochodu lub okalających go oknach, ale szkło otaczające Cię w tych pojazdach zostało zaprojektowane i wyprodukowane z myślą o Twoim bezpieczeństwie. Mimo że szkło samochodowe wygląda tak samo jak każde inne szkło, działa zupełnie inaczej.

W większości domów okna w każdym pokoju są wykonane ze standardowego szkła, które po stłuczeniu rozpada się na duże odłamki. Z wyjątkiem przesuwnych szklanych drzwi lub drzwi frontowych, te okna domowe nie są tak obciążone, jak okna samochodowe. Z drugiej strony samochód w ciągu swojego życia napotka wiele dziur, kamieni i wybojów. Z tego powodu szyby samochodowe są wytwarzane z dwóch różnych rodzajów szkła bezpiecznego, aby chronić zarówno konstrukcję pojazdu, jak i osoby znajdujące się wewnątrz. Pierwszy rodzaj szkła to tzw szkło laminowane, czyli do przedniej szyby. Drugi rodzaj szkła to tzw szkło hartowane, który jest używany do bocznych i tylnych okien pojazdu.

Później dowiemy się, jak producenci szkła wkładają cienką warstwę folii między dwie warstwy szkła i łączą je ze sobą pod wpływem ciepła i ciśnienia, tworząc szkło laminowane. Przyjrzymy się również, jak szkło hartowane zyskuje swoją wytrzymałość w procesie ogrzewania i szybkiego chłodzenia. Bez tych różnych stylów wytwarzania i wzmacniania szkło samochodowe byłoby niczym więcej niż zwykłą barierą między nami a elementami zewnętrznymi.

Szkło laminowane i hartowane mają różne funkcje, ale razem utrzymują Cię w pojeździe podczas wypadku, chronią przed uderzeniem ostrego szkła, zachowują sztywność dachu w przypadku wywrócenia się i pozwalają bocznej poduszce powietrznej chronić Cię, gdy jest uruchomiona. Przejdźmy do następnej strony i dowiedzmy się, kiedy te rodzaje szkła zostały po raz pierwszy użyte i dlaczego.

Zawartość

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

Na początku XX wieku bezkonne powozy zaczęły używać szkła do ochrony kierowców przed silnym wiatrem. Jednak standardowa forma szkła stosowana w tamtych czasach nie chroniła odpowiednio pasażerów przed latającymi odłamkami. Stanowiło to również zagrożenie dla pasażerów, gdyby jakiś przedmiot uderzył w szybę lub gdy pojazd brał udział w wypadku.

W 1903 roku francuski chemik Edouard Benedictus odkrył sekret odpornego na pękanie szkła, upuszczając szklaną kolbę wypełnioną wysuszoną folią kolodionową. Stwierdził, że szkło pokryte folią pękło, ale zachowało swój pierwotny kształt. Jednak to szkło laminowane nie zostanie zastosowane w samochodach aż do lat dwudziestych XX wieku [źródło: Time].

Producenci samochodów zastosowali szkło laminowane w swoich przednich szybach, aby zoptymalizować bezpieczeństwo pasażerów podczas wypadków i chronić pasażerów przed pociskami podczas normalnych warunków jazdy. Jednak pomimo wszystkich zalet, pierwsze rodzaje szkła laminowanego miały ograniczoną odporność na przebicie. Dzisiejsze szkło laminowane składa się z cienkiej warstwy poliwinylobutyral (PVB) włożony między dwie warstwy litego szkła.

Oprócz szkła laminowanego producenci samochodów zaczęli używać szkła hartowanego pod koniec lat 30. Ten rodzaj szkła jest stosowany w bocznych i tylnych szybach pojazdu i zyskuje swoją wytrzymałość poprzez proces nagrzewania i szybkiego chłodzenia, który wzmacnia zewnętrzną powierzchnię szyby, jak również jej rdzeń.

XX wieku amerykańska opinia publiczna stawała się coraz bardziej świadoma, że ​​samochody muszą być projektowane nie tylko pod kątem wyglądu. Ta świadomość wywodzi się częściowo z pracy krzyżowca konsumenckiego Ralpha Nadera, mającej na celu ujawnienie niebezpieczeństw stwarzanych przez niektóre pojazdy i potrzebę ustanowienia rządowych norm bezpieczeństwa. W odpowiedzi rząd USA utworzył w 1970 r. National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) [źródło: Bowen].

Od tego czasu NHTSA wprowadziła przepisy dotyczące wszystkich obszarów bezpieczeństwa pojazdów, w tym szkła samochodowego. Niektóre z federalnych norm bezpieczeństwa pojazdów silnikowych (FMVSS) dla szyb samochodowych obejmują:

• FMVSS 205 -- To ustanowiło jasne standardy w zakresie przezroczystości szyb samochodowych i wytrzymałości szyb samochodowych wymaganych do zatrzymania pasażerów wewnątrz pojazdu podczas wypadków.
• FMVSS 212 --Ten standard mocowania szyby przedniej został ustanowiony w celu zapewnienia pewnego poziomu siły zatrzymywania szyby przedniej podczas wypadków.
• Pułkownik 216 -- Przepisy te wprowadziły normę dotyczącą sztywności dachu w przypadku wywrócenia.
• Powiatowa 219 -- Zgodnie z tą normą żadna część większości pojazdów osobowych nie może przebić szyby przedniej na odległość większą niż 6 milimetrów (0,24 cala) w wypadku.

Teraz, gdy wiemy, jak powstało szkło samochodowe, zobaczmy, jak jest wytwarzane.

Wskazówki dotyczące zakupu i wymiany szyb samochodowych

[źródło: ABC News]

• Wymiana przedniej szyby to poważny problem dotyczący bezpieczeństwa. Jeśli przednia szyba została poważnie uszkodzona, nie odkładaj jej na wymianę.

• Upewnij się, że technik wymieniający szybę przednią jest uprawniony do tego przez National Glass Association.

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

Szkło laminowane jest wystarczająco mocne, aby zapobiec przedostawaniu się latających przedmiotów do przedniej szyby samochodu. Bryan Mulennix / Getty Images

Szkło laminowane powstaje poprzez umieszczenie warstwy poliwinylobutyralu (PVB) pomiędzy dwoma kawałkami szkła. Szkło i PVB są uszczelniane za pomocą szeregu rolek dociskowych, a następnie podgrzewane. To połączenie ciśnienia i ciepła wiąże chemicznie i mechanicznie PVB ze szkłem. Wiązanie mechaniczne zachodzi dzięki przyczepności PVB, natomiast wiązanie chemiczne jest tworzone przez wiązanie wodorowe PVB ze szkłem.

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

Wytrzymałość laminowanego szkła samochodowego pozwala mu pełnić dwie bardzo ważne funkcje w samochodach. Po pierwsze, umożliwia prawidłowe wyzwolenie poduszki powietrznej po stronie pasażera. Boczne poduszki powietrzne kierowcy zwykle lecą prosto w kierunku kierowcy od kierownicy, ale kiedy poduszka pasażera jest wyzwolona, ​​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). Przednia szyba musi absorbować zarówno prędkość, jak i siłę działania poduszki powietrznej, aby chronić pasażera w razie wypadku. Ze względu na swoją wytrzymałość szkło laminowane może zatrzymać pasażerów wewnątrz samochodu podczas wypadku. W przeszłości pasażerowie mogli zostać wyrzuceni przez przednią szybę, ponieważ szkło nie było wystarczająco mocne, ale dzisiejsze szyby zapewniają większe bezpieczeństwo.

Oprócz pochłaniania siły rozwijających się poduszek powietrznych i zatrzymywania pasażerów wewnątrz pojazdu, laminowane szyby przednie zapewniają również wytrzymałość na dach samochodu. Szyby chronią dach przed wypaczeniem i całkowitym upadkiem na pasażerów podczas wywrócenia się pojazdu. Bez sztywności i wytrzymałości szyb przednich ze szkła laminowanego wiele dachów stanowiłoby większe zagrożenie dla pasażerów w niektórych rodzajach wypadków.

Jeśli zdarzy ci się znaleźć mały chip na przedniej szybie, nie martw się. Nie musisz wychodzić i wymieniać całej przedniej szyby, aby zachować jej wytrzymałość. Niektóre małe wióry można szybko i łatwo naprawić za pomocą zestawu do naprawy chipów przedniej szyby. Większość sklepów samochodowych oferuje te zestawy za około 10 USD i umożliwia wstrzyknięcie żywicy w problematyczne miejsce i usunięcie nadmiaru powietrza z obszaru problemowego. Po naprawieniu szyby ledwo będziesz w stanie zauważyć pracę łatania.

Przejdźmy do następnej strony, aby dowiedzieć się, jak powstaje szkło hartowane i jak 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 okalających szyb samochodów (zwanych również boczne) i tylną szybę (lub backlite). Szkło hartowane powstaje poprzez podgrzanie, a następnie szybkie schłodzenie 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 z powodu jego temperatury, wytwarzając naprężenia rozciągające. Co to znaczy? Wyobraź sobie kawałek szkła, który można pociągnąć lub rozciągnąć do określonej długości (naprężenie rozciągające), jednocześnie dociskając i ściskając (naprężenie ściskające). Zarówno naprężenia ciągnące, jak i pchające osiągane w procesie ogrzewania i chłodzenia nadają szkłu hartowanemu jego wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie. Różnice między tymi dwoma dają szkłu od 5 do 10 razy większą wytrzymałość niż pierwotnie.

Krawędzie na typowym kawałku hartowanego szkła są bardzo słabe. Jest to częściowo spowodowane szybkim wydzielaniem ciepła podczas fazy chłodzenia procesu odpuszczania. Aby pomóc skompensować ten słabszy obszar, szkło jest szlifowane na krawędziach. Kiedy szkło hartowane pęka, rozpada się na małe, matowe kawałki. Różnice między naprężeniami ściskającymi i rozciągającymi umożliwiają pękanie szkła w ten sposób. Wyciąganie i pchanie szkła wytwarza znaczną ilość energii podczas procesu hartowania. Kiedy szkło pęka, energia ta 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 tego nasze samochody byłyby wypełnione szkłem za każdym razem, gdy napotkaliśmy dziurę w jezdni, wjechaliśmy w błotnik lub zamknęliśmy 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 szybach swoich samochodów dostawczych, aby zatrzymać pasażerów wewnątrz pojazdu podczas poważnych wypadków. Niektórzy producenci, na przykład BMW, umieścili już laminowane szkło w bocznych elementach niektórych swoich modeli jako dodatkowe zabezpieczenie przed kradzieżą. Oprócz zwiększenia bezpieczeństwa, które zapewnia, szkło laminowane działa również jako dobry tłumik dźwięku ze względu na znajdujący się w nim PVB [źródło: Allen].

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

Szkło samochodowe jest projektowane nie tylko z myślą o bezpieczeństwie i komforcie. Producenci szkła i producenci samochodów również starają się znaleźć sposoby recyklingu szkła. Chociaż nadmiar szkła wyprodukowanego podczas produkcji szkła samochodowego podlega recyklingowi, po zamontowaniu szkła samochodowego w samochodzie trudniej jest go poddać recyklingowi z powodu dodatków, takich jak powłoki i elementy grzejne..

Pomimo tych dylematów, producenci szkła nadal poszukują nowych pomysłów, jak uczynić szkło mocniejszym, bezpieczniejszym i dostosowanym do nowych pojazdów. Być może nie myślisz o tym dużo, ale nasze pojazdy nie byłyby tak bezpieczne, jak bez nowoczesnego szkła hartowanego i laminowanego.

Powiązane artykuły

• Jak działa szkło bezpieczne
• Jak działa szkło kuloodporne?
• Co sprawia, że ​​szkło jest przezroczyste?
• Czy samochód naprawdę może być odporny na śmierć??
• Jak działa testowanie samochodów

Źródła

• Wiadomości ABC. „Martw się o szyby przednie”. 3 czerwca 2008. (25 października 2008) http://abcnews.go.com/video/playerIndex?id=4989095
• Rozwiązania ze szkła AIS. „Szkło laminowane”. (4 listopada 2008) http://www.aisglass.com/swfs_laminated/online_laminated.asp
• Rozwiązania ze szkła AIS. „Szkło laminowane PVB”. (4 listopada 2008) http://www.aisglass.com/pvb_laminated.asp
• Rozwiązania ze szkła AIS. "Szkło hartowane." (4 listopada 2008) http://www.aisglass.com/swfs_tempered/online_tempered.asp?pagenum=10
• Allen, Leslie J. „Mimo kosztów coraz więcej producentów samochodów używa szkła laminowanego”. Wiadomości motoryzacyjne. 18 lutego 2008 r. (25 października 2008) http://corporateportal.ppg.com/NR/rdonlyres/BBF7E209-920B-4722-877E-53CEC5A7CD52/0/123568996eprint.pdf
• Uniwersytet Auto Glass. „Moduł 1 - Rola szyb samochodowych”. (25 października 2008) http://www.autoglassuniversity.com/mod01/mod01.php
• Bowen, Nancy. „Ralph Nader: Człowiek z misją”. Książki XXI wieku. 2002.
• General Motors. „Nasza firma - bezpieczeństwo”. (4 listopada 2008) http://www.gm.ca/inm/gmcanada/english/about/Safety/safety_occupant_02.html
• LeakPro. „Podstawy naprawy przedniej szyby”. (4 listopada 2008) http://www.leakpro.com/services/windshield.html
• Firmy McGraw-Hill. „Wzmocnienie wydajności szkła laminowanego”. Grudzień 2005. (4 listopada 2008) http://continuingeducation.construction.com/article.php?L=28&C=321&P=2
• National Glass Association. „Program certyfikowanych techników szyb samochodowych”. (4 listopada 2008) http://www.glass.org/cert/agrmnt_ov.htm
• National Glass Association. „Konsumenci - wskazówki”. (25 października 2008) http://www.glass.org/consumer/a_windshield.htm
• Krajowa Administracja Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego. „FMVSS 205”. (25 października 2008) http://edocket.access.gpo.gov/cfr_2004/octqtr/pdf/49cfr571.205.pdf
• Krajowa Administracja Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego. „Część 571 Federalne normy bezpieczeństwa pojazdów silnikowych”. (4 listopada 2008) http://www.nhtsa.gov/cars/rules/standards/FMVSS-Regs/pages/Part571.htm
• Pilkington. "Często Zadawane Pytania." (4 listopada 2008) http://www.pilkington.com/automotive+international/faqs.htm#faq7
• Reuters. „Szkło laminowane lśni jako bonus akustyczny”. 16 stycznia 2008. (9 listopada 2008) http://www.reuters.com/article/pressRelease/idUS201862+16-Jan-2008+PRN20080116
• Time, Inc. „Miękkość dla bezpieczeństwa”. 10 kwietnia 1939. (25 października 2008) http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,761001,00.html
• Vartabedian, Ralph. „Które szkło jest bezpieczniejsze w wypadku?” Los Angeles Times, 21 marca 2007. (4 listopada 2008) http://articles.latimes.com/2007/mar/21/autos/hy-wheels21