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防彈玻璃如何能防彈?

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防彈玻璃如何能防彈?

發布日期:2018-11-14 作者: 點擊:

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,導致全體乘客換車。根據資料,此次遭受撞擊的高鐵前擋風玻璃是“超強防彈減速玻璃,共有6層,包括3層無機玻璃、2層軟塑料,以及1層厚度為2~3毫米的防飛濺層?!边@些關于玻璃的定義都是什么意思呢?


汽車玻璃:鋼化


現在的普通汽車前擋風玻璃是用鋼化玻璃及有機夾層制成,有機夾層是為了在玻璃受到破壞后碎渣仍能粘結在一起,不會對前排座位上的乘客(特別是駕駛人)造成危害。


這里要注意不要混淆鋼化玻璃和玻璃鋼的概念:鋼化玻璃本質是一種玻璃,而玻璃鋼的本質是塑料(纖維強化塑料,常用玻璃纖維增強不飽和聚脂、環氧樹脂與酚醛樹脂等基體。)。


鋼化玻璃與普通玻璃相比Z大的區別在于破裂后碎渣的形態: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,稍不注意就會對人體造成傷害。傳說有位同學失戀后很傷心想不開要割腕,在費盡力氣砸碎一塊鋼化玻璃之后發現這貨根本割不了血管,心里默默吐槽坑爹的同時放棄了輕生的想法,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(根據成分不同約在500~750℃之間)并進行急冷(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力,而內部則形成張應力。經過這樣“鋼化”過程處理的玻璃,除了強度得到成倍提升之外,破碎后的碎渣也不會呈刀鋒般的尖角。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,汽車擋風玻璃多是普通的平板玻璃,但是在玻璃破碎的時候,前排座位上的人基本上也就毀容了。據說福特公司的創立者就是在遭受這樣的毀容之后,化悲憤為動力發明了夾層玻璃造福全球司機。當然這只是個傳說,后來看亨利·福特的鮑照也沒發現有破相的地方,也許他去過韓國吧。


雖然夾層玻璃解決了毀容的問題,但是又產生了新的問題:在車輛行駛過程中,特別是高速行駛時,如果突然受到撞擊,整塊擋風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行了改進——做成蜘蛛網狀,這樣就算是玻璃裂了也出現像蜘蛛網一樣的裂紋,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在的擋風玻璃有超過95%以上都是使用這種結合了夾層和鋼化玻璃以及夾膜工藝等等多項技術制成的安全玻璃,以Z大限度保護車輛和駕駛者的安全。


由于鋼化玻璃的強度遠高于普通玻璃,于是出現之后各大汽車廠商果斷給自己的產品用上了這種在當時聽起來相當高級的東西,代替原來的普通夾層玻璃,直到有一天,發生車禍了,乘客被困在車內,由于姿勢不對打開方式不對種種原因沒能及時敲破玻璃逃出去。于是工程師們又一致認為要做出一種既能保證強度又能在必要的時候敲碎的鋼化玻璃。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。


哈爾濱防彈玻璃:夾層


說到夾層玻璃,其實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膠片(常見為PVB,即聚乙烯醇縮丁醛),經熱壓黏合而成,在遭受較大的沖擊或較劇烈的震動時,僅僅出現裂紋,而不會導致粉碎,除了常見的雙夾層之外,還有依據特殊需求做成三層、四層甚至更多層的,就像奧爾良與巨無霸的差別。。一些特殊領域的特殊需求直接促進了夾層玻璃的發展,并出現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夾層玻璃的制作工藝流程進行改進而生產出的一類具有防彈、防爆等特性的安全玻璃。就如它的名字一樣,根據其厚度、制作工藝及夾層的不同,能防護從BB彈到手榴彈甚至威力更大武器的攻擊。


簡單的來說,防彈玻璃通常分為三層:承力層、過渡層和防護層。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,這一層多用高強度的鋼化玻璃或有機玻璃。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能,并且保證前后夾層在破碎后仍能粘結在一起而不發生脫落。防護層和承力層一樣常用高強度鋼化玻璃或有機玻璃,要求具有較高的強度、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,從而起到安全防護作用。


隨著安防要求的不斷提高,發展出了單向防彈玻璃,即能防護從外側的射擊,同時防衛者從內側開槍進行還擊,子彈將穿過玻璃擊中外側的襲擊者。這單向防彈玻璃的原理其實就是將外層使用脆性材料,內層使用韌性材料,其他和普通防彈玻璃相似。這樣從外側飛來的子彈先擊中脆性層,動能被吸收,并且被韌性層攔截下來;而從內側射出的子彈會先擊穿韌性層,因為它的能量集中于一個很小的點上,脆性層在韌性層向外擴張時向外碎裂,進而不影響子彈的繼續前進。銀行里面所使用的防彈玻璃還進行了夾絲處理,即在玻璃內部夾入金屬絲,在受到沖擊或破損時,金屬絲被拉扯或斷裂,電流的擾動觸發警報裝置。


通常而言,防彈玻璃的防護效果與玻璃總厚度、夾層厚度成正比,其使用的玻璃原片中鋼化玻璃的防護效果優于普通平板玻璃。而此次發生事故的高鐵所使用的玻璃,除了具有防彈功能外還標稱具有減速的效果,那么這種神奇的減速玻璃到底是怎么回事?

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減速玻璃:其實是個傳說


其實并沒有真正能產生減速效果的玻璃,這是一個流傳了將近半個世紀的謠言。解放后全國都搞建設,需要很多卡車司機,后來那些卡車司機開上了小轎車,發現兩者的速度感明顯不同,以為老外的東西具有減速功能,于是這個謠言流傳至今。其實這個謠言很容易破解。


人們之所以覺得現在的玻璃是“減速”玻璃,主要是由于玻璃質量的改進。Z早的擋風玻璃使用的是平板玻璃,那個年代浮法生產玻璃還未引入我國(浮法玻璃Z早由英國Pilkington于上世紀50年代末發明,我國于1971年開始浮法工業試驗),生產出來的玻璃存在許多缺陷,其中由于成分不均或存在雜質導致玻璃內部存在條紋或節瘤,這樣會產生較高的光畸變,透過玻璃看外面的景物就會產生變形,那個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。這樣的玻璃給運動物體疊加了一種由于變形而產生的恍惚,就容易使駕駛員視覺疲勞,讓司機覺得速度較快。后來隨著玻璃制作工藝的提升,玻璃質量越來越好,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性,甚至會感覺不到玻璃的存在,因此看起來更舒服了,也會有一種減速的錯覺存在。


還有一點讓人們覺得現在的玻璃能“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,視點高度、視野和視角均不同,而人們判斷運動知覺的變量不是線速度而是角速度,因此會有不同的速度感。就像月亮繞著地球運動一樣,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。


另一個讓人們覺得現在的玻璃能“減速”是因為路面的平穩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,因此給駕駛人的感覺更加平穩,所以對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速度感的錯覺而已。


任何一種材料都有一個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位姚明一樣。既便如此,只要在其安全范圍內使用就不會給人帶來危害,作為高鐵所使用的玻璃也一樣——高速運行時,只要保證在遭受設計的上限范圍之內的撞擊的情況下駕駛人員和乘客的安全就算完成任務了,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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