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今年6月份, 有這么一則新聞:杭州到北京一列高鐵被鳥撞裂玻璃,導(dǎo)致全體乘客換車。根據(jù)資料,此次遭受撞擊的高鐵前擋風(fēng)玻璃是“超強(qiáng)防彈減速玻璃,共有6層,包括3層無機(jī)玻璃、2層軟塑料,以及1層厚度為2~3毫米的防飛濺層?!边@些關(guān)于玻璃的定義都是什么意思呢?
汽車玻璃:鋼化
現(xiàn)在的普通汽車前擋風(fēng)玻璃是用鋼化玻璃及有機(jī)夾層制成,有機(jī)夾層是為了在玻璃受到破壞后碎渣仍能粘結(jié)在一起,不會(huì)對(duì)前排座位上的乘客(特別是駕駛?cè)耍┰斐晌:Α?/p>
這里要注意不要混淆鋼化玻璃和玻璃鋼的概念:鋼化玻璃本質(zhì)是一種玻璃,而玻璃鋼的本質(zhì)是塑料(纖維強(qiáng)化塑料,常用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂等基體。)。
鋼化玻璃與普通玻璃相比最大的區(qū)別在于破裂后碎渣的形態(tài):鋼化玻璃破裂后的碎渣幾乎都成類似蜂窩狀的鈍角碎小顆粒,不容易對(duì)人造成割傷或劃傷;而普通玻璃受到破壞后的碎渣尖銳且鋒利,稍不注意就會(huì)對(duì)人體造成傷害。傳說有位同學(xué)失戀后很傷心想不開要割腕,在費(fèi)盡力氣砸碎一塊鋼化玻璃之后發(fā)現(xiàn)這貨根本割不了血管,心里默默吐槽坑爹的同時(shí)放棄了輕生的想法,之后走上了搞玻璃的不歸路.
造成鋼化玻璃和普通玻璃巨大差別的原因在于加工工藝不同。從原料到玻璃的過程都相同,而鋼化玻璃是將已成形的普通平板玻璃切割成需要的尺寸,再將玻璃加熱到接近其軟化點(diǎn)(根據(jù)成分不同約在500~750℃之間)并進(jìn)行急冷(類似于鍛造金屬的淬火過程),這樣在玻璃表面形成均勻壓應(yīng)力,而內(nèi)部則形成張應(yīng)力。經(jīng)過這樣“鋼化”過程處理的玻璃,除了強(qiáng)度得到成倍提升之外,破碎后的碎渣也不會(huì)呈刀鋒般的尖角。因此鋼化玻璃也常作為制作其他玻璃的原片,比如說中空玻璃、夾層玻璃等等。
在鋼化玻璃問世之前,汽車擋風(fēng)玻璃多是普通的平板玻璃,但是在玻璃破碎的時(shí)候,前排座位上的人基本上也就毀容了。據(jù)說福特公司的創(chuàng)立者就是在遭受這樣的毀容之后,化悲憤為動(dòng)力發(fā)明了夾層玻璃造福全球司機(jī)。當(dāng)然這只是個(gè)傳說,后來看亨利·福特的鮑照也沒發(fā)現(xiàn)有破相的地方,也許他去過韓國(guó)吧。
雖然夾層玻璃解決了毀容的問題,但是又產(chǎn)生了新的問題:在車輛行駛過程中,特別是高速行駛時(shí),如果突然受到撞擊,整塊擋風(fēng)玻璃就像麻花屏一樣黏在了駕駛艙前面,根本看不清路了好嗎!所以聰明的玻璃工程師又把夾層玻璃里面的夾膜進(jìn)行了改進(jìn)——做成蜘蛛網(wǎng)狀,這樣就算是玻璃裂了也出現(xiàn)像蜘蛛網(wǎng)一樣的裂紋,駕駛者也能在保障駕駛視線的情況下將車盡快安全的停下來,這種玻璃就叫做“安全玻璃”?,F(xiàn)在的擋風(fēng)玻璃有超過95%以上都是使用這種結(jié)合了夾層和鋼化玻璃以及夾膜工藝等等多項(xiàng)技術(shù)制成的安全玻璃,以最大限度保護(hù)車輛和駕駛者的安全。
由于鋼化玻璃的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于普通玻璃,于是出現(xiàn)之后各大汽車廠商果斷給自己的產(chǎn)品用上了這種在當(dāng)時(shí)聽起來相當(dāng)高級(jí)的東西,代替原來的普通夾層玻璃,直到有一天,發(fā)生車禍了,乘客被困在車內(nèi),由于姿勢(shì)不對(duì)打開方式不對(duì)種種原因沒能及時(shí)敲破玻璃逃出去。于是工程師們又一致認(rèn)為要做出一種既能保證強(qiáng)度又能在必要的時(shí)候敲碎的鋼化玻璃。沒過多久,局部鋼化玻璃就出生了,就是如今能在各種公交車、地鐵上看到的玻璃,通常在窗戶旁邊還放了一把安全錘。
說到夾層玻璃,其實(shí)這貨的雛形就是漢堡——通常是兩層玻璃中間夾一層透明的有機(jī)膠片(常見為PVB,即聚乙烯醇縮丁醛),經(jīng)熱壓黏合而成,在遭受較大的沖擊或較劇烈的震動(dòng)時(shí),僅僅出現(xiàn)裂紋,而不會(huì)導(dǎo)致粉碎,除了常見的雙夾層之外,還有依據(jù)特殊需求做成三層、四層甚至更多層的,就像奧爾良與巨無霸的差別。。一些特殊領(lǐng)域的特殊需求直接促進(jìn)了夾層玻璃的發(fā)展,并出現(xiàn)一些衍生品和改良品,比如說本文開頭提到的防彈玻璃。
哈爾濱防彈玻璃是通過對(duì)夾層玻璃的制作工藝流程進(jìn)行改進(jìn)而生產(chǎn)出的一類具有防彈、防爆等特性的安全玻璃。就如它的名字一樣,根據(jù)其厚度、制作工藝及夾層的不同,能防護(hù)從BB彈到手榴彈甚至威力更大武器的攻擊。
簡(jiǎn)單的來說,防彈玻璃通常分為三層:承力層、過渡層和防護(hù)層。其中承力層是炮灰,即利用其遭受沖擊而破裂使彈頭變形或破壞彈頭,大大減慢彈頭的速度,這一層多用高強(qiáng)度的鋼化玻璃或有機(jī)玻璃。過渡層多為聚碳酸酯纖維,利用過渡層的韌性吸收彈頭的部分動(dòng)能,并且保證前后夾層在破碎后仍能粘結(jié)在一起而不發(fā)生脫落。防護(hù)層和承力層一樣常用高強(qiáng)度鋼化玻璃或有機(jī)玻璃,要求具有較高的強(qiáng)度、抗沖擊能力和抗震性,并具有一定的韌性,保證不被子彈或彈片穿透,從而起到安全防護(hù)作用。
隨著安防要求的不斷提高,發(fā)展出了單向防彈玻璃,即能防護(hù)從外側(cè)的射擊,同時(shí)防衛(wèi)者從內(nèi)側(cè)開槍進(jìn)行還擊,子彈將穿過玻璃擊中外側(cè)的襲擊者。這單向防彈玻璃的原理其實(shí)就是將外層使用脆性材料,內(nèi)層使用韌性材料,其他和普通防彈玻璃相似。這樣從外側(cè)飛來的子彈先擊中脆性層,動(dòng)能被吸收,并且被韌性層攔截下來;而從內(nèi)側(cè)射出的子彈會(huì)先擊穿韌性層,因?yàn)樗哪芰考杏谝粋€(gè)很小的點(diǎn)上,脆性層在韌性層向外擴(kuò)張時(shí)向外碎裂,進(jìn)而不影響子彈的繼續(xù)前進(jìn)。銀行里面所使用的防彈玻璃還進(jìn)行了夾絲處理,即在玻璃內(nèi)部夾入金屬絲,在受到?jīng)_擊或破損時(shí),金屬絲被拉扯或斷裂,電流的擾動(dòng)觸發(fā)警報(bào)裝置。
通常而言,防彈玻璃的防護(hù)效果與玻璃總厚度、夾層厚度成正比,其使用的玻璃原片中鋼化玻璃的防護(hù)效果優(yōu)于普通平板玻璃。而此次發(fā)生事故的高鐵所使用的玻璃,除了具有防彈功能外還標(biāo)稱具有減速的效果,那么這種神奇的減速玻璃到底是怎么回事?
減速玻璃:其實(shí)是個(gè)傳說
其實(shí)并沒有真正能產(chǎn)生減速效果的玻璃,這是一個(gè)流傳了將近半個(gè)世紀(jì)的謠言。解放后全國(guó)都搞建設(shè),需要很多卡車司機(jī),后來那些卡車司機(jī)開上了小轎車,發(fā)現(xiàn)兩者的速度感明顯不同,以為老外的東西具有減速功能,于是這個(gè)謠言流傳至今。其實(shí)這個(gè)謠言很容易破解。
人們之所以覺得現(xiàn)在的玻璃是“減速”玻璃,主要是由于玻璃質(zhì)量的改進(jìn)。最早的擋風(fēng)玻璃使用的是平板玻璃,那個(gè)年代浮法生產(chǎn)玻璃還未引入我國(guó)(浮法玻璃最早由英國(guó)Pilkington于上世紀(jì)50年代末發(fā)明,我國(guó)于1971年開始浮法工業(yè)試驗(yàn)),生產(chǎn)出來的玻璃存在許多缺陷,其中由于成分不均或存在雜質(zhì)導(dǎo)致玻璃內(nèi)部存在條紋或節(jié)瘤,這樣會(huì)產(chǎn)生較高的光畸變,透過玻璃看外面的景物就會(huì)產(chǎn)生變形,那個(gè)年代如果家里裝了玻璃的人一定記得看外面世界都是扭曲的。這樣的玻璃給運(yùn)動(dòng)物體疊加了一種由于變形而產(chǎn)生的恍惚,就容易使駕駛員視覺疲勞,讓司機(jī)覺得速度較快。后來隨著玻璃制作工藝的提升,玻璃質(zhì)量越來越好,而且小車上使用的玻璃普遍好于卡車上的玻璃,這樣通過玻璃看外面的景物就有了更高的真實(shí)性,甚至?xí)杏X不到玻璃的存在,因此看起來更舒服了,也會(huì)有一種減速的錯(cuò)覺存在。
還有一點(diǎn)讓人們覺得現(xiàn)在的玻璃能“減速”是由于視覺誤差。通??ㄜ囻{駛席較高,駕駛員可以看到離車頭很近的路面;而小車通常有車頭,為了美觀和減小風(fēng)阻,前擋玻璃都是傾斜安裝的,而且斜度還較大,座位也比較靠后,這樣人離車頭的距離就遠(yuǎn)了,只能以比較平的角度看車頭前的路面了,駕駛員能看到的路面與所坐的位置有了很大的一段水平距離。駕駛卡車和小車時(shí),視點(diǎn)高度、視野和視角均不同,而人們判斷運(yùn)動(dòng)知覺的變量不是線速度而是角速度,因此會(huì)有不同的速度感。就像月亮繞著地球運(yùn)動(dòng)一樣,人家一秒鐘能跑一千多米,但從地球上看幾乎感覺不到它在跑。
另一個(gè)讓人們覺得現(xiàn)在的玻璃能“減速”是因?yàn)槁访娴钠椒€(wěn)性和車輛的舒適性在路況很差的地方開30km/h都覺得快,在高速上開100km/h都覺得慢。剛解放時(shí)很多地方還是泥濘路面,后來才慢慢鋪水泥和柏油路面,路況自然是得到了改善,而且小車的減震型比卡車更好,因此給駕駛?cè)说母杏X更加平穩(wěn),所以對(duì)速度的感覺沒那么明顯。
同理,用于高鐵上的玻璃也不具有減速功能,只不過是由于以上種種因素給乘客和駕駛者一種對(duì)速度感的錯(cuò)覺而已。
任何一種材料都有一個(gè)適用范圍與受力極限,比如說防手槍彈的玻璃無法抵御榴彈或狙擊彈,這很正常,就像你不能指望艾弗森對(duì)位姚明一樣。既便如此,只要在其安全范圍內(nèi)使用就不會(huì)給人帶來危害,作為高鐵所使用的玻璃也一樣——高速運(yùn)行時(shí),只要保證在遭受設(shè)計(jì)的上限范圍之內(nèi)的撞擊的情況下駕駛?cè)藛T和乘客的安全就算完成任務(wù)了,如果撞上UFO那換了混凝土也無能為力。憤怒的小鳥?它只存在于游戲中。
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