董磊

摘 要：本文主要以海外市場認(rèn)可度較高的兩種安全標(biāo)準(zhǔn)：歐盟和美國最新標(biāo)準(zhǔn)為例，對機車車輛前窗風(fēng)擋玻璃的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)進行了解析并提出了影響其抗沖擊強度的關(guān)鍵因素，從玻璃表面要求、玻璃邊緣處理、玻璃外形設(shè)計三個方面提出滿足上述抗沖擊性能的應(yīng)對策略。

關(guān)鍵詞：前風(fēng)擋玻璃；國外標(biāo)準(zhǔn)；抗沖擊性；影響因素；應(yīng)對策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.031

1 國外風(fēng)擋玻璃的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)解析

隨著全球市場需求不斷壯大，中國中車也在不斷拓展自己的海外市場，越來越多的海外市場要求我方采用國外玻璃安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文針對海外市場認(rèn)可度較高的歐盟EN15152標(biāo)準(zhǔn)對抗沖擊測試和美國49 CFR FRA Part223標(biāo)準(zhǔn)做沖擊試驗，均完全通過標(biāo)準(zhǔn)測試。

2 影響前風(fēng)擋玻璃抗沖擊強度因素分析

目前，關(guān)于影響前風(fēng)擋玻璃沖擊強度分析的著作文獻有很多。其中陳晶晶等借助于Weibull分布函數(shù)，對玻璃受沖擊情況下的斷裂強度進行了分析[1]。林榮會等通過建立有限元模型，應(yīng)用ABAQUS軟件對夾層玻璃受冰雹沖擊的強度進行了分析[2]。楊愛蓮等對列車前窗玻璃的抗飛彈性能進行了仿真分析[3]。楊建軍等利用“升降法”原理，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計技術(shù)，對安全玻璃的抗沖擊強度進行了評價[4]。歐迎春等通過實驗?zāi)M的方法，針對不同膠片對玻璃抗沖擊強度的影響進行了分析[5]。通過上述文獻參考及多年設(shè)計制造經(jīng)驗，筆者認(rèn)為主要影響前風(fēng)擋玻璃抗沖擊強度的因素可歸納為以下幾個方面。

2.1 夾層玻璃的組合結(jié)構(gòu)

夾層玻璃的組合結(jié)構(gòu)是機車前窗風(fēng)擋玻璃強度設(shè)計的首要因素。合理的組合結(jié)構(gòu)，既能保證整塊前窗風(fēng)擋玻璃滿足力學(xué)性能要求，又能減輕重量和降低成本，還會降低后期車輛運營后出現(xiàn)質(zhì)量問題的風(fēng)險。

根據(jù)不同的設(shè)計需求，目前的前窗玻璃組合結(jié)構(gòu)有：2層無機玻璃（中間夾PVB膜）、3層無機玻璃（中間夾2層PVB膜）、2層無機玻璃1層PC板（中間夾PU膜）等多種形式。

2.2 風(fēng)擋玻璃的熱處理方式

從2000年初到現(xiàn)在，業(yè)內(nèi)對前風(fēng)擋玻璃產(chǎn)品所用的無機玻璃的熱處理方式逐步已形成清晰的認(rèn)識。從最初要求的“物理鋼化玻璃”，過渡到“半鋼化熱增強玻璃”再到“化學(xué)鋼化玻璃”。在這幾種玻璃中由于化學(xué)鋼化玻璃表面附有金屬離子所以表面硬度最為優(yōu)異，目前已經(jīng)成為前窗玻璃設(shè)計的主流形式。

2.3 膠片的材質(zhì)

夾層結(jié)構(gòu)風(fēng)擋玻璃的夾層有以下幾種材質(zhì)，常規(guī)的夾層玻璃采用PVB膠片，但在低溫條件下抗沖擊要求較高的夾層玻璃，常規(guī)的PVB膠片難以滿足使用要求，采用PU膠片則可滿足低溫韌性這一要求。同時國外采用一種超薄的聚酯鍍膜與常規(guī)PVB配合使用的復(fù)合膠片材料。為滿足速度等級高的抗沖擊強度，常規(guī)的做法是加厚中間層的PVB或PU。但夾層的加厚直接影響產(chǎn)品的副像偏離及霧度。針對這一問題，目前市場上應(yīng)運而生了一種低霧度、防眩暈的改性PVB材料。

2.4 防飛濺膜的應(yīng)用

夾層玻璃本身已經(jīng)具有很高的抗沖擊性能，但個別業(yè)主要求夾層玻璃在破裂后內(nèi)層不能存在飛濺物，為了滿足這一要求，夾層玻璃需要在內(nèi)層粘接防飛濺膜，采用不同性能的聚酯膜層或PC板作為玻璃的防飛濺內(nèi)層可以大大提高玻璃制品的抗沖擊性能。

2.5 玻璃的內(nèi)應(yīng)力控制

在以往多個項目中，曾發(fā)生過前窗風(fēng)擋玻璃在無明顯撞擊的情況下發(fā)生“開裂”現(xiàn)象。除了玻璃外形與車頭吻合度差、車頭鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形這兩類較為明顯的外部因素之外，玻璃的內(nèi)應(yīng)力不符合質(zhì)量要求（特別是打孔處、邊緣部位、大曲率變形部位的內(nèi)應(yīng)力）也是導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要的誘因之一。一旦玻璃的內(nèi)應(yīng)力過大，將造成其機械強度大大縮減，進而顯著影響整個夾層玻璃的整體抗沖擊強度。

3 風(fēng)擋玻璃滿足抗沖擊強度的應(yīng)對策略

風(fēng)擋玻璃材料的理論強度很高，但實際應(yīng)用中其強度卻比理論值低了1-2個數(shù)量級。在車輛運營中，為了讓風(fēng)擋玻璃更好地滿足抗沖擊要求，我們需要在如下幾個方面進行考慮：

首先，盡量減少各類玻璃表面的劃傷，特別是外側(cè)化學(xué)鋼化玻璃表面。因為如果玻璃表面損傷層的厚度超過了化學(xué)鋼化玻璃的壓應(yīng)力層，那么化學(xué)鋼化層的抗沖擊效果即將不明顯。即使不超過，也會因為玻璃表面微裂紋的存在而導(dǎo)致化學(xué)鋼化強度的明顯降低[6]。

其次，加強玻璃邊緣部位的處理，防止因微裂紋而引起的破損。邊緣部位是玻璃的薄弱部位，也是玻璃與車體結(jié)構(gòu)接觸并承受壓力的部位，玻璃的破損多數(shù)是從邊緣部位往中心延伸的。不同的邊緣部位處理工藝會帶來不同的內(nèi)應(yīng)力水平。

最后，合理優(yōu)化玻璃的外形設(shè)計。面對十分大型的、異常復(fù)雜的流線型設(shè)計需求，目前玻璃制造行業(yè)的裝備以及工藝還不能完全適應(yīng)。在生產(chǎn)過程中，常常需要局部加溫或局部印刷大面積的絲網(wǎng)印圖案，這些都會給玻璃本身帶來較為明顯的溫差并產(chǎn)生難以完全消除的內(nèi)應(yīng)力，為強度下降埋下了隱患。因此，設(shè)計人員在進行機車車頭設(shè)計時，應(yīng)適當(dāng)考慮工藝制作難度。

4 結(jié)語

雖然國外標(biāo)準(zhǔn)針對機車車輛風(fēng)擋玻璃抗沖擊測試有著不同型式的要求，但是宗旨只有一條，那就是要求風(fēng)擋玻璃能夠滿足在特定環(huán)境下的特定抗沖擊性能要求。由于風(fēng)擋玻璃的強度與風(fēng)擋玻璃的組合結(jié)構(gòu)、熱處理方式、膠片的材質(zhì)等多方面因素有關(guān)，所以設(shè)計時單從某一方面考慮是不能應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)要求的，必須綜合考慮各方面因素影響。只有將風(fēng)擋玻璃設(shè)計貫穿到研制的每個細節(jié)中去，才能使風(fēng)擋玻璃具有良好的抗沖擊性能。

參考文獻：

[1]陳晶晶.夾層玻璃動態(tài)沖擊下斷裂機理研究[D].清華大學(xué)，2014.

[2]林榮會，楊冉，龔宇龍.夾層玻璃受冰雹沖擊的有限元模擬和沖擊點的動態(tài)響應(yīng)[J].硅酸鹽通報，2016，35（11）：3562-3568.

[3]楊愛蓮，劉海濤.列車前窗玻璃抗飛彈性能仿真分析[J].中國建材科技，2018（01）：1-3.

[4]楊建軍.安全玻璃抗沖擊強度的評價及其應(yīng)用[A].中國加工玻璃年會暨首屆研討會，2005.

[5]歐迎春.膠片性能對夾層玻璃抗沖擊能力的影響[A].全國玻璃技術(shù)交流研討會，2010.

[6]白曉光.化學(xué)鋼化玻璃/PU/PC輕質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)玻璃的制備與研究 [D].東華大學(xué)，2014.