1、汽車玻璃的應(yīng)用現(xiàn)狀
汽車玻璃的面積約占汽車表面積的1/3。根據(jù)應(yīng)用部位，汽車用玻璃主要包括前風(fēng)擋玻璃、后風(fēng)擋玻璃、門玻璃、天窗玻璃和前/后角窗玻璃等（圖1）。
汽車玻璃要求具有良好的光學(xué)性能和力學(xué)性能，同時(shí)還要求具備耐磨性、耐熱性、安全性、密封性和隔音性等性能，以保障乘員的駕駛和乘坐安全。汽車前/后風(fēng)擋玻璃一般都做成整體一幅式的大曲面型，上、下、左、右都有一定的弧度。從空氣動(dòng)力學(xué)的角度而言，當(dāng)車速超過100 km/h時(shí)，迎面氣流在流經(jīng)曲面玻璃時(shí)可減少渦流和紊流，從而相應(yīng)地減少車輛的空氣阻力。同時(shí)，車窗框邊與車身表面形成平滑過渡，使風(fēng)擋玻璃與車身輪廓渾然一體，也有效地降低了整車的風(fēng)阻系數(shù)。
現(xiàn)在汽車上常用的玻璃有夾層玻璃和鋼化玻璃兩種，兩種玻璃的應(yīng)用部位見表1，各自的特點(diǎn)如下。
(1)夾層玻璃
夾層玻璃是將一層或數(shù)層PVB（聚乙烯醇縮丁醛）樹脂膠片夾在兩片或多片玻璃原片之間，經(jīng)加熱、加壓粘合而成的一種復(fù)合玻璃制品。常用的夾層玻璃一般有3層，見圖2。夾層玻璃具有很高的強(qiáng)度和韌性，抗碰撞能力強(qiáng)，安全可靠，透明度高。一旦破碎，內(nèi)、外兩層玻璃的碎片仍能粘結(jié)在PVB上（圖3），不會(huì)對人體造成傷害。PVB本身也具有較大的韌性，能吸收部分撞擊能量，起到一定的緩沖作用，其承受高速?zèng)_擊的強(qiáng)度要高于鋼化玻璃。所以，前風(fēng)擋玻璃多采用夾層玻璃，以對乘員起到安全保護(hù)的作用。
(2)鋼化玻璃
鋼化玻璃是將平板玻璃或浮法玻璃加熱到軟化點(diǎn)附近之后驟冷而制成的高強(qiáng)度玻璃。圖4是碎裂的鋼化玻璃和普通玻璃的對比。可以看出，與普通玻璃破碎以后形成的鋒利尖角相比，鋼化玻璃破碎以后形成的細(xì)碎顆粒，大大降低了對人體的傷害。但鋼化玻璃在存放和使用時(shí)，由于“內(nèi)應(yīng)力”的作用容易發(fā)生“自爆”現(xiàn)象，而且經(jīng)碰撞以后，產(chǎn)生的裂紋網(wǎng)過于稠密，使玻璃碎片容易掉落，增大了乘員受傷的風(fēng)險(xiǎn)，所以區(qū)域鋼化玻璃應(yīng)運(yùn)而生。區(qū)域鋼化玻璃通過采用特殊的熱處理方法控制鋼化玻璃碎片的大小、形狀及其分布區(qū)域，以避免二次事故的發(fā)生。鋼化玻璃多用于后風(fēng)擋玻璃、門玻璃和天窗玻璃。
2 汽車玻璃的性能要求
汽車玻璃的性能要求主要包括光學(xué)性能、力學(xué)性能和環(huán)境性能等幾方面。目前，各大國際組織和主機(jī)廠都制定了有關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，見表2。
2.1 光學(xué)性能
光學(xué)性能包括光透射率、光畸變、副像偏離和顏色識別等。
(1)光透射率
光透射率是透過玻璃的光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度的比值。光透射率試驗(yàn)是為了測定安全玻璃是否具有一定的可見光透射比，根據(jù)GB 9656的要求，光透射率應(yīng)≥70％。
(2)光畸變
光畸變是由于玻璃表面存在的凹凸不平或局部光學(xué)不均勻性，使通過的光線產(chǎn)生偏離，從而使物像變形的現(xiàn)象。光畸變試驗(yàn)也叫斑馬角試驗(yàn)，是檢測光線通過玻璃以后的物像變形程度。如光畸變程度較大，則容易使駕駛員的眼睛產(chǎn)生疲勞，從而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。按照GB 9656的要求，玻璃A區(qū)（按ECER 43確定，下同）的光畸變最大值不能超過2′，B區(qū)的光畸變最大值不能超過6′。
(3)副像偏離
副像偏離是指副像偏離主像所形成的夾角。按GB 9656的要求，玻璃A區(qū)的副像偏離最大不能超過15′，玻璃B區(qū)的副像偏離最大不能超過25′。
(4)顏色識別
顏色識別是透過前風(fēng)擋玻璃的試驗(yàn)區(qū)域觀察固定的顏色（通常采用白、黃、紅、綠、藍(lán)和琥珀6種顏色的標(biāo)識板），判斷所看到的顏色是否有變化，會(huì)不會(huì)影響駕駛員對顏色的判斷。按照GB 9656的要求，透過玻璃看到的顏色必須為原色。
2.2力學(xué)性能
力學(xué)性能主要包括抗磨性、人頭模型撞擊、抗穿透性和抗沖擊性等。
(1)抗磨性
抗磨性是檢驗(yàn)前風(fēng)擋玻璃經(jīng)過磨損后的霧度變化率，以確定玻璃是否具有某一最低限度的耐磨性。按照GB 9656的要求，試驗(yàn)后的霧度變化應(yīng)≤2％。
(2)人頭模型撞擊
人頭模型撞擊用來評價(jià)安全玻璃在鈍物沖擊下是否具有最低強(qiáng)度或粘結(jié)強(qiáng)度。試驗(yàn)要求試樣必須被破壞，具體要求見GB 9656。
(3)抗穿透性
抗穿透性試驗(yàn)?zāi)康氖窃u價(jià)安全玻璃在鋼球的沖擊下是否能被穿透，具體要求見GB 9656.
(4)抗沖擊性
抗沖擊性是為了確定安全玻璃在小鋼球沖擊下是否能夠保持某一最低強(qiáng)度或粘結(jié)性能，具體要求見GB 9656。
2.3 環(huán)境性能
環(huán)境性能主要包括耐熱性、耐濕性和耐輻照性等。
(1)耐熱性
耐熱性是檢驗(yàn)安全玻璃在規(guī)定溫度條件下放置一定時(shí)間后，觀察其外觀質(zhì)量是否發(fā)生變化。要求在100 ℃的溫度下保持2 h，然后自然冷卻到室溫再進(jìn)行評價(jià)。根據(jù)GB 9565的要求，試樣試驗(yàn)后不能有氣泡和變色等缺陷產(chǎn)生。
(2)耐濕性
耐濕性是檢驗(yàn)安全玻璃是否能夠經(jīng)受一定時(shí)間的大氣濕氣的作用。根據(jù)GB 9656的要求，試樣表面試驗(yàn)后不應(yīng)產(chǎn)生任何水汽凝結(jié)現(xiàn)象，且經(jīng)目視檢查，玻璃外觀不能有變化。
(3)耐輻照性
耐輻照性試驗(yàn)是為了檢驗(yàn)安全玻璃經(jīng)一定時(shí)間輻照后是否會(huì)出現(xiàn)明顯的變色或透射比降低的現(xiàn)象。輻照光源可使用無臭氧石英管式中壓水銀蒸汽弧光燈或等效的輻照光源，輻照時(shí)間為100 h。根據(jù)GB 9656的要求，輻照后的透光率應(yīng)≥70％，有的標(biāo)準(zhǔn)還要求輻照前、后的透射率之比≥95％。
3 汽車玻璃的發(fā)展趨勢
3.1 智能化的汽車玻璃
智能化汽車玻璃是通過對玻璃表面及其內(nèi)部進(jìn)行特殊處理，使玻璃具有自動(dòng)顯示、可控調(diào)光等功能。智能玻璃與相關(guān)電子元件配合使用的結(jié)果，使汽車的操控越來越簡單，行駛安全性也越來越好，智能化汽車玻璃的研究和開發(fā)已經(jīng)取得了一些成果，并在一些高端車型獲得了應(yīng)用。
3.1.1 HUD抬頭顯示玻璃
HUD（Head Up Display）是利用光學(xué)反射的原理，將重要的行車數(shù)據(jù)投射在前風(fēng)擋玻璃上（圖5）。HUD系統(tǒng)的基本架構(gòu)包括兩個(gè)部分：資料處理與影像顯示。HUD抬頭顯示系統(tǒng)首先應(yīng)用在飛行器上，后來逐漸應(yīng)用到汽車前風(fēng)擋玻璃上。目前，已經(jīng)有寶馬7系、君越、雷克薩斯RX350、奧迪和雪鐵龍C6等越來越多的車型應(yīng)用了這種系統(tǒng)。圖6是奧迪車型的抬頭顯示玻璃系統(tǒng)，圖7是雪鐵龍C6的抬頭顯示玻璃系統(tǒng)。
HUD抬頭顯示玻璃有如下優(yōu)點(diǎn)。
a.駕駛員不必低頭，就可以看到車輛的有關(guān)信息如車速、油耗和導(dǎo)航界面等），從而避免分散對前方道路的注意力。
b.駕駛員不必在觀察遠(yuǎn)方的道路和近處的儀表之間調(diào)節(jié)目光，避免了眼睛的疲勞。
3.1.2可調(diào)光的汽車玻璃
可調(diào)光的汽車玻璃能夠根據(jù)外部光線強(qiáng)度的變化，用手動(dòng)或自動(dòng)方式改變玻璃的透明度，從而有效地降低能量透射率，為減少進(jìn)入車內(nèi)的太陽能開辟了新路。可調(diào)光玻璃技術(shù)主要有電致變色技術(shù)（EC）和液晶顯示技術(shù)（LC）兩種。意大利菲亞特汽車公司的有關(guān)部門通過近5年時(shí)間的研究，已經(jīng)將用PDLC柔性膜制成的液晶可調(diào)光玻璃用于風(fēng)擋玻璃、后窗玻璃上。
3.2 集成化汽車玻璃
單純的汽車玻璃已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足消費(fèi)者的要求，越來越多的附件（如天線、各種電子元件、包邊條和加熱線等）被集成到玻璃上（表3），可以實(shí)現(xiàn)接收信號、提供倒車影像、防水、防塵和加熱等功能，又節(jié)省了車內(nèi)空間。集成化汽車玻璃已經(jīng)被越來越多各種車型所采用。
3.3多功能汽車玻璃
3.3.1無線電玻璃
無線電玻璃將車載收音機(jī)的天線集成在玻璃上。以前，車載收音機(jī)需要通過手拉或電動(dòng)伸縮外露桿式天線接收信號。為了能在行駛過程中接收到必要的電波訊號，車身外部增加了很多附屬凸出物，洗車或進(jìn)出停車廠時(shí)很容易造成天線的損壞；另外，汽車在高速行駛時(shí)，天線與空氣摩擦的風(fēng)聲也比較明顯。在這種情況下，無線電玻璃應(yīng)運(yùn)而生。無線電玻璃有以下兩種加工方式。
a.內(nèi)嵌天線玻璃。在風(fēng)擋玻璃中內(nèi)嵌密封式天線，圖8a為內(nèi)嵌天線玻璃的結(jié)構(gòu)圖，天線被放置在內(nèi)層玻璃和PVB膜之間。
b.印刷天線玻璃。將金屬涂料印刷到玻璃（一般是后風(fēng)窗）的內(nèi)表面上（圖8b），然后在玻璃成型爐中經(jīng)650~700 ℃的高溫?zé)Y(jié)后，金屬涂料就可以完全燒結(jié)在玻璃表面。印刷天線通過導(dǎo)線跟車內(nèi)的信號放大器相連，可以接收FM/AM、電視信號、GPS信號。印刷天線的寬度一般為0.5 mm左右。這種集成了天線的無線電玻璃通訊故障率低、接收信號更穩(wěn)定，是今后的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)的拉桿式天線將很快會(huì)被完全取代。圖9是集成了加熱線和印刷天線的后風(fēng)擋玻璃。
圖8 無線電玻璃的兩種加工成型方式
3.3.2憎水玻璃
汽車在雨天行駛時(shí)，雨水會(huì)沾附在玻璃上而影響駕駛員的視線。雖然雨刮可以刮去前風(fēng)擋玻璃上的雨水，但刮刷范圍有限，且門玻璃和后風(fēng)擋玻璃等無法清潔。由此，憎水玻璃應(yīng)運(yùn)而生。使玻璃表面具有憎水性能的方法有兩種。
a.在玻璃表面涂覆烷氧基硅鹽類、烷氧基聚合物、有機(jī)聚合物、石蠟或氟素化合物等低表面能物質(zhì)，使玻璃表面具有較低的表面自由能。圖10是帶有該種憎水表面涂層的玻璃表面，可以看出，水滴和玻璃無法親和，取得了玻璃憎水的效果。
b.使玻璃表面具有納米級的微觀凸凹表面。在憎水玻璃表面，水滴與玻璃的接觸角能夠達(dá)到110°以上（圖11），因而表現(xiàn)出非常好的憎水效果。金剛砂輪磨損試驗(yàn)表明，膜層的抗劃傷性能和抗磨損性能較好，可以耐受風(fēng)擋玻璃雨刷器的來回摩擦。從圖11看出，由于憎水層與玻璃不易親和，在風(fēng)力作用下，憎水玻璃表面的水滴更容易被吹散，而不易粘附在玻璃上。圖12是透過普通玻璃和憎水玻璃看到的后視鏡影像圖的對比，可以看出，憎水玻璃有更加清晰的視野范圍。
3.3.3隔音玻璃
隔音玻璃是一種能對聲音起到一定屏蔽作用的玻璃產(chǎn)品，通常為雙層或多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的夾層玻璃。夾層玻璃中間的膜層對聲音傳播的弱化起到了關(guān)鍵作用，這種膜層可以是以聚乙烯醇縮丁醛為主要成分的PVB中間膜。PVB玻璃可以有效阻擋和吸收1000~4000 Hz的噪聲，從圖13可以看出隔音玻璃能夠有效地阻擋聲音的傳播。圖14是經(jīng)過普通玻璃和隔音玻璃的聲音傳輸損失的對比情況，采用隔音玻璃后，聲音在頻率3000~4000 Hz時(shí)損失最大，可達(dá)25％以上。
3.3.4隔熱/抗紅外線玻璃
隔熱/抗紅外線玻璃主要有以下兩種。
a.玻璃中間的夾層采用可吸收大量紅外線的PVB膠片（圖15a），可以減少射入車內(nèi)的太陽能量，這種玻璃的能量透過率為40％，比普通夾層玻璃低14％左右，可以有效減少空調(diào)負(fù)荷。但這種PVB膠片的價(jià)格比較昂貴，降低成本是其大面積推廣的前提條件。
b.在夾層玻璃的中間，即玻璃內(nèi)表面均勻地噴灑極細(xì)的金屬粉末（圖15b），使太陽能量可以被金屬顆粒吸收和反射，從而達(dá)到隔熱、降溫的作用。這種玻璃價(jià)格比普通夾層玻璃稍貴，已經(jīng)在一些高端車型（如寶馬車系）上獲得應(yīng)用。
3.3.5加熱玻璃
加熱玻璃能夠去除玻璃表面的霧氣和冰雪，確保清晰的視野范圍。使玻璃具有加熱功能主要有以下兩種措施。
(1)在車窗玻璃上印刷導(dǎo)電油墨（發(fā)熱體）在車窗玻璃上印刷導(dǎo)電油墨后，通電即可發(fā)揮其抗霜/霧的功能。這種玻璃的發(fā)熱功率大、加熱速度快，但由于油墨印刷可能會(huì)遮擋一部分視線，所以主要應(yīng)用于容易堆積冰雪且對視線要求不高的后風(fēng)擋玻璃。圖16是后風(fēng)擋玻璃采用加熱玻璃前、后的對比情況。前風(fēng)擋玻璃由于對視野要求十分嚴(yán)格，不能印刷加熱線，可以通過在夾層玻璃之間放置很細(xì)的金屬細(xì)線達(dá)到加熱的效果。金屬細(xì)線應(yīng)該選用導(dǎo)電性強(qiáng)的材料（如鎢等），直徑一般在0.01~0.05 mm之間。圖17是帶金屬細(xì)線的前風(fēng)擋加熱玻璃。
(2)在玻璃上鍍發(fā)熱膜或涂層。在玻璃表面鍍覆發(fā)熱膜或涂層，賦予玻璃除霜、除霧的功能，這種帶發(fā)熱膜玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖18所示。圖19是帶發(fā)熱膜的前風(fēng)擋玻璃。
3.3.6防彈玻璃
玻璃的防彈作用可以通過玻璃夾層、玻璃與有機(jī)透明材料夾層復(fù)合和玻璃貼膜等幾種方式實(shí)現(xiàn)。防彈玻璃的特點(diǎn)是：透光性好、耐熱、耐寒、具有較大的抗沖擊強(qiáng)度等。當(dāng)遇到爆炸或彈擊時(shí)，輕者玻璃可以完好無損；重者，即使玻璃破裂，子彈也不易穿透玻璃，玻璃碎片亦不會(huì)脫落傷人。防彈玻璃主要用于重要人物及各國首腦所乘用的防彈車。圖20是子彈打到防彈玻璃后留下的痕跡。
最新研究結(jié)果表明，透明陶瓷像玻璃一樣透明，可以用于高級轎車的防彈窗，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室對此進(jìn)行了試驗(yàn)。由幾層AlON（氮氧化鋁）玻璃和聚合物組成的雙層中空玻璃能夠經(jīng)受從7.62 mm口徑手槍連續(xù)射出的穿甲彈，而質(zhì)量卻比普通防彈玻璃輕50％。
