«Лобовой обзор»: автомобильные стекла

Слово «стекло» ассоциируется с чем-то холодным и хрупким, а сочетание «автомобильное стекло» уже навевает мысли о более теплом и прочном материале. Первое лобовое стекло было установлено на серийный автомобиль в 1927 году, а к 30-м годам XX века в Европе и Америке на машины стали вовсю устанавливать и лобовые, и задние, и боковые стекла. До этих времен поездки на автомобилях были опасны именно из-за риска сильно порезаться обычными оконными стеклами, которые ставили на машины.

Стекла для автомобилей делятся на два вида – однослойные и многослойные. Первым было изобретено многослойное, его создателем был француз Эдуард Бенедиктус. Правда, открытие произошло случайно – во время работы в лаборатории ученый уронил колбу с химическими веществами, но она не разбилась о пол, а осталась целой. Оказалось, что до падения в ней находился жидкий пластик (раствор нитрата целлюлозы), который после выветривания осел на стенках колбы в виде тонкой прозрачной пленки. Эта пленка и не дала разбиться стеклянной колбе. Бенедиктус понял, какую пользу может принести его случайное изобретение, и тут же занялся разработкой многослойного стекла. Однако патент на технологию получения стекла «Триплекс» (название произошло от латинского слова «тройной») он получил лишь в 1910 году, спустя семь лет со дня падения колбы.

Выработанное стекло было намного безопаснее обычного, но из-за специфики технологии его изготовления стоимость этого материала была немаленькой. Кроме того, одним из убеждений автокомпаний тех лет было то, что за безопасность пассажиров и водителя должен беспокоиться тот, кто сидит за рулем. А со своей стороны компании предлагали прочные кузова и качественные детали. До 1930-х годов автомобили не комплектовали прочными стеклами, но многослойному стеклу нашлось место лишь в армии для остекления кабин самолетов и глазниц на противогазах. А к 1940-м годам в Америке и Европе было сложно встретить автомобиль с обычными стеклами, даже задними и боковыми. Первоначально наилучшим методом производства плоского стекла был цилиндрический – заготовка в форме цилиндра раскатывалась до плоского состояния, а затем шлифовалась. Но этот метод в 20-х годах сменился на более совершенный: из печи вытягивалось стекло в виде расплавленной ленты, после этого оно прокатывалось между асбестовыми роликами, а затем шлифовалось и полировалось. Этот более современный способ позволил увеличить производство автомобильных стекол и снизить их стоимость более чем вполовину. Хотя и такой метод не был совершенен, так как стекла получались неровными, просмотр через них искажался.

Стекла наилучшего качества были разработаны в 1959 году Аластаром Пилкингтоном с помощью «Флоат-технологии». Этот метод заключался в том, что стекло в виде ленты из печи попадает в герметичную ванную с расплавленным оловом. В этом сосуде задана специальная атмосфера, которая контролируется химическими веществами, благодаря чему стекло получается ровным даже без полировки. Заготовки для многослойных стекол делаются из листового стекла. Форма стекла создается в процессе моллирования – стекло нагревается до высокой температуры и выкладывается на шаблон из металла, где под собственным весом оно принимает форму шаблона. Температура нагрева стекла колеблется от +650 до +7000 градусов по Цельсию в зависимости от толщины и химического состава стекла. Стеклянные слои моллируются попарно, чтобы они идеально повторяли форму друг друга, если одно из них разбивается, то вместе с ним на переплавку отправляют и его «клона». После моллирования эта пара склеивается поливинилбутиральной пленкой, а для окончательного скрепления их отправляют в автоклав с температурой +1400 градусов и давлением 10 бар.

Закаленное стекло было изобретено в 1929 году французской компанией SSG. Закаливание стекла осуществлялось следующим образом: стекло разогревали выше температуры размягчения (около +700 градусов по Цельсию), а затем резко охлаждали воздушными струями до температуры +400 градусов по Цельсию. В процессе охлаждения сначала остывают верхние слои стекла, а при остывании внутренних слоев возникают остаточные напряжения сжатия. Эти напряжения сжатия и обеспечивают термостойкость и механическую прочность стекла, благодаря им в случае удара стекло распадается на множество мелких, но неопасных кусочков. Закаленное стекло становится в 5-10 раз прочнее на удар, в 3-4 раза прочнее на термостойкость (при температурах от  +40 до +180 градусов) и в 2-3 раза прочнее на изгиб.

В Европе был введен стандарт по испытаниям автомобильных стекол. Многослойное стекло фиксируют на металлической раме и кидают на него с высоты 4 метров железный шар весом 2,26 кг. Затем стекло тестируют с помощью манекена человеческой головы и плеч – к металлическому шару прикреплен брус, вся эта конструкция весом в 10 кг сбрасывается на стекло с высоты в 1,5 метра. В обоих случаях если шар пробил стекло насквозь, то оно некачественное. Закаленное стекло проверяют с помощью специального кожаного мешка со свинцовой дробью весом 45 кг, его привязывают к тросу и бросают с высоты 1,2 м на закрепленное на раме стекло толщиной 4 мм. Помимо тестов на ударопрочность, проводятся испытания и на искажение, пропускание света, влаго- и термостойкость.

С 1950-х годов автомобили комплектовали закаленными стеклами, но по требованиям безопасности в Америке лобовые стекла заменили на многослойные. А до СССР эти нормы дошли в 1972 году. Но и по сей день ученые изобретают все новые технологии по улучшению качества автомобильных стекол – уменьшение вреда от солнечных лучей, улучшение шумо- и термоизоляции и многих других факторов, с которыми ежедневно сталкиваются водители и пассажиры. Например, защитой от солнца служат стекла с поглощением (тонировка) или отражением солнечного излучения. Отражающие стекла – это многослойные стекла, затонированные с помощью окрашенной соединительной ПВБ пленки. Они способны справиться с ультрафиолетовыми лучами так же, как и тонированные, но термопоглощение и противостояние инфракрасному излучению у них хуже. Соединительные пленки бывают двух видов – окрашенные в массе и с окрашенной поверхностью. Пленка с окрашенной поверхностью опасна осколками при ударе, поэтому автомобильные производители предпочитают первый вид. Зеркально отражающие стекла изготавливаются с помощью напыления окисно-металлических, керамических или полимерных покрытий на прозрачную заготовку. Они хорошо отражают солнечные лучи, ультрафиолет и инфракрасное излучение.

Совершенствование автомобильных стекол продолжается полным ходом, так как автомобильные компании изобретают все больше моделей со стеклами больших размеров и панорамными крышами. Чем больше площадь стекла, тем больше шансов у сидящих в машине в случае аварии вылететь в разбитый оконный проем. А это сокращает шансы на выживание в несколько раз. Поэтому лаборатории по модернизации автостекол стараются идти в ногу с производителями машин, ведь при таком огромном выборе на рынке автомобилей большое внимание уделяется именно безопасности.