Как делают современные автостекла

Автомобильное стекло — почти как воздух. Пока все в порядке, его не замечаешь. Лучшие же свои качества современные автостекла могут проявить только в худшие моменты жизни автомобиля. Мы решили рассказать о сегодняшнем дне этого чуда инженерной мысли.

Cе­го­дня про­из­во­ди­те­ли вы­со­ко­ка­че­ст­вен­но­го (в том чис­ле и ав­то­мо­биль­но­го) стек­ла ис­поль­зу­ют так на­зы­ва­е­мую флоат-тех­но­ло­гию (от ан­г­лий­ско­го to float — пла­вать, всплы­вать): лист стек­ла вы­тя­ги­ва­ет­ся на слое рас­плав­лен­но­го ме­тал­ла (как пра­ви­ло, оло­ва). Так по­лу­ча­ет­ся стек­ло с глад­кой по­верх­но­с­тью и иде­аль­ны­ми оп­ти­че­с­ки­ми свой­ст­ва­ми.

Впро­чем, про­зрач­ность и от­сут­ст­вие ис­ка­же­ний — не един­ст­вен­ные до­сто­ин­ст­ва со­вре­мен­ных ав­то­сте­кол. Об­ла­дая не­за­уряд­ной ме­ха­ни­че­с­кой проч­но­с­тью, они смог­ли занять до­стой­ное ме­с­то в си­ло­вой струк­ту­ре ку­зо­ва и вер­но слу­жит не толь­ко вы­со­ким иде­а­лам уве­ли­че­ния же­ст­ко­с­ти ку­зо­ва на скру­чи­ва­ние (что по­ло­жи­тель­но ска­зы­ва­ет­ся и на уп­рав­ля­е­мо­с­ти), но и пас­сив­ной бе­зо­пас­но­с­ти. В ча­ст­но­с­ти, на со­вре­мен­ных ав­то ве­т­ро­вое стек­ло че­ст­но от­ра­ба­ты­ва­ет функ­цию удер­жа­ния «пас­са­жир­ской клет­ки» сало­на от раз­ру­ше­ния при фрон­таль­ном уда­ре. Хо­тя ед­ва ли об этом во­об­ще мож­но бы­ло бы го­во­рить, не про­изой­ди еще в са­мом на­ча­ле про­шло­го ве­ка од­но за­ме­ча­тель­ное от­кры­тие.

Triplex, Duplate…

По ле­ген­де, из­бав­ле­ние от опас­ных ос­кол­ков стек­ла, на­пол­няв­ших са­лон при ава­рии и трав­ми­ро­вав­ших (под­час смер­тель­но) во­ди­те­ля и пас­са­жи­ров, при­шло слу­чай­но. Француз­ский уче­ный-хи­мик Эду­ард Бе­не­дик­тус яко­бы уро­нил на пол кол­бу, ко­то­рая, к его удив­ле­нию, не раз­би­лась. Ока­за­лось, что все де­ло в ни­т­ро­цел­лю­ло­зе, образовавшей на вну­т­рен­ней по­верх­но­с­ти со­су­да тон­кую про­зрач­ную плен­ку.

Поч­ти в то же вре­мя (на­ча­ло XX сто­ле­тия) опы­ты с цел­лю­лоз­ны­ми по­ли­ме­ра­ми проводил и ан­г­ли­ча­нин Джон Вуд. Бу­ду­чи че­ло­ве­ком бо­лее прак­тич­ным, он не ро­нял хи­ми­че­с­кую по­су­ду, за­то в 1905 го­ду по­лу­чил па­тент на «сэнд­вич» из двух сло­ев стекла с цел­лю­лоз­ной про­слой­кой меж­ду ни­ми. И да­же дал сво­е­му изо­б­ре­те­нию имя — Triplex. Се­го­дня эта тор­го­вая мар­ка при­над­ле­жит ком­па­нии Pilkington, сы­рье ко­то­рой при­ме­ня­ют при про­из­вод­ст­ве мно­го­слой­ных сте­кол по все­му ми­ру. Этот производитель, кстати, хорошо известен и в Украине — но больше в строительной области.

Дру­гой круп­ный про­из­во­ди­тель ав­то­сте­кол — ком­па­ния PPG — на­зва­ла свой «сэнд­вич» Duplate. Од­на­ко вне за­ви­си­мо­с­ти от на­зва­ния ре­цепт бе­зо­пас­но­го ве­т­ро­во­го стек­ла один на всех. Спер­ва из ли­с­то­во­го фло­ат-стек­ла по шаб­ло­нам вы­ре­за­ют за­го­тов­ки, края ко­то­рых об­ра­ба­ты­ва­ют ал­маз­ны­ми кру­га­ми (кста­ти, ка­че­ст­во об­ра­бот­ки кром­ки — глав­ный при­знак фир­мен­ной про­дук­ции), по­сле че­го стек­ла от­прав­ля­ют­ся на мой­ку де­ми­не­ра­ли­зо­ван­ной (дис­тил­ли­ро­ван­ной) во­дой. За­тем на бу­ду­щие вну­т­рен­ние ли­с­ты ме­то­дом шел­ко­т­ра­фа­рет­ной пе­ча­ти на­но­сят тем­ный кант (за­ча­с­тую с рас­тром) и марки­ров­ку. По­сле это­го бу­ду­щий трип­лекс про­хо­дит про­це­ду­ру мол­ли­ро­ва­ния: его во­дру­жа­ют на шаб­лон, фор­му ко­то­ро­го и при­об­ре­та­ет стек­ло под дей­ст­ви­ем вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры и си­лы тя­же­с­ти. Меж­ду дву­мя изо­гну­ты­ми стек­ла­ми по­ме­ща­ют
по­ли­ви­нил­бу­ти­раль­ную плен­ку, из меж­сте­коль­но­го про­ст­ран­ст­ва от­ка­чи­ва­ют воз­дух, а сам поч­ти го­то­вый «сэнд­вич» окан­то­вы­ва­ют ва­ку­ум­ным си­ли­ко­но­вым коль­цом (кембри­ком). На­ко­нец, из­де­лие по­па­да­ет в ав­то­клав, в ко­то­ром под из­бы­точ­ным дав­ле­ни­ем про­ис­хо­дит прес­со­ва­ние. Ино­гда при­ме­ня­ют плен­ки, на­де­ля­ю­щие стек­ло допол­ни­тель­ны­ми по­лез­ны­ми функ­ци­я­ми: на­при­мер, по­вы­шен­ной шу­мо­изо­ля­ци­ей или изо­тер­ми­че­с­ки­ми свой­ст­ва­ми.

Не­смо­т­ря на изо­б­ре­те­ние и мас­со­вое вне­д­ре­ние трип­лек­са, бо­ко­вые и зад­ние стек­ла ос­та­лись тем не ме­нее не­бе­зо­пас­ны­ми. На­про­тив, ин­же­не­ры про­ве­ли не­ма­ло вре­ме­ни, «обу­чая» их раз­би­вать­ся пра­виль­но — на мел­кие ок­руг­лые гра­ну­лы, не при­чи­ня­ю­щие вре­да пас­са­жи­рам и ок­ру­жа­ю­щим. Ре­цепт та­ко­го стек­ла — спе­ци­аль­ный со­став и закал­ка. Ка­ле­ное стек­ло и се­го­дня ста­вят поч­ти на все ав­то­мо­би­ли. По­че­му не триплекс? По­то­му что спа­с­ти пас­са­жи­ров из (не дай бог) го­ря­ще­го ав­то­мо­би­ля иной раз мож­но толь­ко че­рез раз­би­тое стек­ло. А от ос­тат­ков трип­лек­са ос­во­бо­дить окон­ный про­ем весь­ма слож­но.

Ударные испытания

По­нят­но, что к ав­то­мо­биль­ным стек­лам предъ­яв­ля­ют вы­со­кие тре­бо­ва­ния по прозрачно­с­ти, от­сут­ст­вию оп­ти­че­с­ких ис­ка­же­ний, а для трип­лек­сов — и влагоустойчивости («сэнд­вич» не дол­жен рас­сла­и­вать­ся). Но удар­ные ис­пы­та­ния, безус­лов­но, са­мые тя­же­лые. И для то­го что­бы стек­ла от­ра­бо­та­ли пра­виль­но в экстремаль­ной си­ту­а­ции, их не­щад­но бьют в ла­бо­ра­то­ри­ях. На­при­мер, ка­ле­ное стек­ло долж­но вы­дер­жи­вать удар сталь­но­го ша­ра мас­сой 227 г, па­да­ю­ще­го с вы­со­ты 2–3 м (в за­ви­си­мо­с­ти от тол­щи­ны ис­пы­ту­е­мо­го об­раз­ца). А раз­би­ва­ясь (для это­го стек­ло бьют тя­же­лым кер­ном), долж­но ос­та­вить в ква­д­ра­те 50/50 мм не ме­нее 40 и не бо­лее 400 ос­кол­ков. Толь­ко в этом слу­чае стек­ло бу­дет при­зна­но до­ста­точ­но бе­зо­пас­ным.

Ве­т­ро­во­му трип­лек­су при­хо­дит­ся тя­же­лее. 227-грам­мо­вый сталь­ной ша­рик бьет его с вы­со­ты 8,5–10 м, при этом он ни в ко­ем слу­чае не дол­жен прой­ти на­ск­возь. Не ме­нее 5 с по­сле уда­ра «сэнд­вич» дол­жен удер­жи­вать и «сна­ряд» по­тя­же­лее — ве­сом 2260 г и ди­а­ме­т­ром 82 мм, упав­ший с 4-­ме­т­ро­вой вы­со­ты. На­ко­нец, ве­т­ро­вое стек­ло бьют манеке­ном. Бе­до­ла­гу от­пу­с­ка­ют в сво­бод­ное па­де­ние с вы­со­ты 1,5 м го­ло­вой вниз, после че­го тща­тель­но изу­ча­ют по­след­ст­вия столк­но­ве­ния. Рас­сто­я­ние от точ­ки уда­ра до бли­жай­шей кру­го­вой тре­щи­ны — не бо­лее 80 мм, так­же нор­ми­ру­ют­ся ко­ли­че­ст­во от­де­лив­ших­ся в ме­с­те уда­ра ос­кол­ков и раз­рыв в про­ме­жу­точ­ном (пле­ночном) слое.

Столь же тща­тель­но про­ве­ря­ют и про­зрач­ность ав­то­сте­кол. Для ве­т­ро­во­го она долж­на быть не мень­ше 75%, для не­ве­т­ро­вых, но оп­ре­де­ля­ю­щих пе­ред­нюю об­зор­ность, допусти­ма про­пу­ск­ная спо­соб­ность в 70%. Та­кие же­ст­кие тре­бо­ва­ния обус­лов­ле­ны не толь­ко бе­зо­пас­но­с­тью дви­же­ния, на ко­то­рую адек­ват­ное вос­при­я­тие до­рож­ной ситуации ока­зы­ва­ет са­мое не­по­сред­ст­вен­ное вли­я­ние. Де­ло в том, что, чем мень­ше про­цент про­пу­с­ка­ния сол­неч­но­го све­та, тем боль­ше энер­гии по­гло­ща­ет стек­ло. Не секрет, что на­глу­хо за­то­ни­ро­ван­ные стек­ла на­гре­ва­ют­ся силь­нее. Сле­до­ва­тель­но, испы­ты­ва­ют бо­лее се­рь­ез­ные тер­ми­че­с­кие пе­ре­груз­ки. И ес­ли для бо­ко­вых сте­кол это еще не так кри­тич­но, то пе­ре­гре­тое ве­т­ро­вое за­про­с­то мо­жет дать тре­щи­ну.

Се­го­дня ав­то­мо­биль­ные стек­ла, не из­ме­нив­шись по су­ти (триплекс с плен­кой из поливи­нил­бу­ти­ра­ля спе­ре­ди и «ка­лен­ка» в две­рях и сза­ди), об­рос­ли мно­же­ст­вом вспомогатель­ных функ­ций. Их на­учи­ли за­дер­жи­вать теп­ло (атер­маль­ные стек­ла со спе­ци­аль­ны­ми плен­ка­ми) и рас­тап­ли­вать лед, ото­б­ра­жать по­ка­за­ния при­бо­ров, в них ин­те­г­ри­ро­ва­ны ра­дио-, те­ле­фон­ные и да­же спут­ни­ко­вые ан­тен­ны…

Един­ст­вен­ное из­ме­не­ние, ко­то­рое, воз­мож­но, гро­зит нам в бу­ду­щем, — от­каз от минераль­но­го (на ос­но­ве квар­це­во­го пе­с­ка) стек­ла в поль­зу из­де­лий из по­ли­кар­бо­на­та (то же орг­стек­ло). Та­кие стек­ла уже ис­поль­зу­ют в го­ло­вной оп­ти­ке (бла­го­да­ря им фары «по­ху­де­ли» на це­лый ки­ло­грамм). Из­го­тав­ли­вать ос­тек­ле­ние са­ло­на из пла­с­ти­ка не ре­ша­лись из-за его по­вы­шен­ной склон­но­с­ти к ис­ти­ра­нию, что для оп­ти­ки не так кри­тич­но.

Немного истории

Ве­т­ро­вое стек­ло впер­вые по­яви­лось на ав­то­мо­би­лях в 1904 го­ду. В 1924-м за­во­ды нача­ли про­из­во­дить ли­с­то­вое стек­ло ме­то­дом вы­тя­ги­ва­ния, что су­ще­ст­вен­но удешевило про­дук­цию. Од­на­ко была одна про­бле­ма — при ава­рии ос­кол­ки стек­ла нано­си­ли тя­же­лые трав­мы. В 1926 го­ду в Аме­ри­ке Ге­н­ри Форд за­ду­мал­ся о вне­д­ре­нии в мас­со­вое про­из­вод­ст­во бе­зо­пас­но­го сло­е­но­го стек­ла Triplex, а уже год спу­с­тя им были ос­на­ще­ны все ав­то­мо­би­ли Ford.

До 30-х го­дов ис­поль­зо­ва­ли толь­ко пло­с­кие ав­то­стек­ла. В 1934-м их на­учи­лись изгибать (и да­же уста­навлива­ли по­доб­ные об­раз­цы на ав­то­мо­би­ли), од­на­ко при этом воз­ни­ка­ли оп­ти­че­с­кие ис­ка­же­ния. Поз­же с ни­ми на­учи­лись бо­роть­ся, и в на­ча­ле 50-х аме­ри­кан­цы уже ста­ви­ли на свои мо­де­ли стек­ла с че­тырь­мя ра­ди­у­са­ми кри­виз­ны: два в го­ри­зон­таль­ной и два — в вер­ти­каль­ной пло­с­ко­сти.

А вот бо­ко­вые и зад­ние стек­ла ос­та­ва­лись клас­си­че­с­ки­ми, рас­сы­па­ясь при столкновении, по­то­му как из го­ря­ще­го ав­то­мо­би­ля про­ще все­го вы­брать­ся че­рез разби­тое ок­но. В ито­ге бы­ло раз­ра­бо­та­но спе­ци­аль­ное за­ка­лен­ное стек­ло (в СССР его на­зва­ли ста­ли­ни­том), рас­сы­па­ю­ще­е­ся при уда­ре на гра­ну­лы и не при­чи­ня­ю­щее вре­да пас­са­жи­рам.