超薄汽車防護玻璃面板增強及性能研究.pdf

1、防護玻璃是對各類沖擊或外力具備一定抵御能力的特種玻璃，被廣泛應用于國防、交通、商業(yè)等領域。近年來國內民用車輛由于車窗被破壞而導致失竊的案件越來越多;警用車輛和一些執(zhí)法車輛在群體事件中被破壞也時有發(fā)生，因此汽車防護玻璃的開發(fā)十分必要。汽車防護玻璃不但要具有優(yōu)異的力學性能和使用性能，還要輕薄。目前的汽車防護玻璃具有較優(yōu)異的力學性能，但是仍存在厚度較厚(約4.7 mm～5.1 mm)、抗低溫變形能力差、玻璃面板強度低等問題;而厚度較小的玻璃力

2、學性能不能滿足使用要求。因此，超薄汽車防護玻璃的面板增強及性能研究十分必要。
　　本文采用熱壓法制備出超薄汽車防護玻璃，通過離子交換法和表面鍍膜法對面板材料無機玻璃進行增強，研究了離子交換和表面鍍膜工藝參數(shù)對無機玻璃力學和光學性能的影響;并研究了無機玻璃增強、防護玻璃復合結構等對防護玻璃透光率、力學、熱學及低溫形變性能等的影響，同時采用COMSOL Multiphysics軟件對超薄汽車防護玻璃的透光率進行了仿真模擬，為實驗提供了

3、指導。主要研究內容如下:
　　（一）超薄汽車防護玻璃面板增強。(1)離子交換法增強無機玻璃的優(yōu)化工藝參數(shù)為:離子交換溫度為410℃，交換時間為10h;此時，玻璃的抗彎強度提升4.17倍，玻璃表面K+擴散深度達到25μm;離子交換對無機玻璃的透光率影響較小;同時優(yōu)化出一種離子交換熔鹽配方，其成分質量比為:KNO3∶ Al2O3∶CsNO3∶ KOH∶ K2CO3∶硅藻土=100∶3.5∶0.4∶0.5∶2∶1.5。(2)表面鍍Al2

4、O3膜法增強無機玻璃的優(yōu)化工藝參數(shù)為:熱處理溫度600℃，Al2O3膜表面RMS為2.466 nm，與鍍膜前相比，抗彎強度提升了22 MPa。
　?。ǘ┏∑嚪雷o玻璃性能研究?？疾炝藷o機玻璃增強、復合結構對防護玻璃粘結性能、透光率、抗彎強度、耐熱性及低溫形變性能的影響:(1)聚氨酯對物理鋼化玻璃的粘接力最大，為603.2 N;對化學鋼化玻璃次之，為441.5 N;對鍍膜玻璃最差，為359.8 N。采用不同無機玻璃作為結構層的防

5、護玻璃透光率相差不大，其中采用離子交換玻璃作為結構層時的透光率最高，為91.84％;采用鍍膜玻璃時的透光率最低，為87.64％。(2)復合防護玻璃相較于貼膜玻璃低溫形變性能較差;當無機玻璃和PC板的相對厚度(δG/δPC)較大時，低溫形變性能較好;相對厚度較小時，低溫形變性能較差。綜合抗沖擊性能來看:結構為“3mm無機玻璃/0.63 mmPU/1 mmPC”的防護玻璃在達到防護標準的同時具有最小的低溫形變，性能較好。(3)當中間PU層較

6、厚（為1.25 mm）時，復合玻璃的耐熱性相對較好。對于普通玻璃，抗彎強度大于其與聚氨酯和聚碳酸酯復合之后的抗彎強度;對于物理鋼化玻璃，抗彎強度小于其與聚氨酯和聚碳酸酯復合之后的抗彎強度。
　?。ㄈ┏∑嚪雷o玻璃透光率仿真。采用COMSOL有限元仿真軟件，根據三維能量分布圖計算得到了對應的透光率數(shù)值，并與實測值對比:仿真結果表明，五層模型—“空氣/無機玻璃/聚氨酯/聚碳酸酯/空氣”與實驗結果相一致，邊界條件應考慮為“阻抗邊界條