有机玻璃在汽车侧三角窗上的应用研究

ｅａｓｅ
ｐｒｏｃｅｓｓａｂｉｌｉｔｙ．
【关键词】有机玻璃侧三角窗汽车
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７４５５４．２０１３．１１．１３ 尤其重要的是，ＰＭＭＡ塑料适用于注塑、挤出 ０
引言
大量研究表明，约７５％的燃油消耗与汽车整
及热压等多种成型工艺，比无机玻璃的成型工艺 自由度更大，可以成型较为复杂的曲面设计，在实 现轻量化的同时，还可给汽车外形以更自由的造 型空间。
・５７・
万方数据
统一规定》，除前风窗以外的钢化玻璃需满足透光 率、碎片测试、抗冲击测试及光学质量测试，目的
透光啤
是提供给驾驶员和乘客良好的视觉效果和安全的 乘坐环境。钢化玻璃的耐候性非常好，长年曝晒 下，其颜色及透光性基本无变化。钢化玻璃的表 面硬度非常高，具有极好的耐刮擦和耐磨损性。
除此之外，钢化玻璃耐化学性能优秀，基本不会被
化学品腐蚀。由于钢化无机玻璃的这些特性，钢 化玻璃被广泛应用于汽车后风窗、车窗玻璃、三角
窗玻璃及天窗玻璃。
褫蒸 ．送 戮
≮～ ｐｌ／
抗刮擦ｆ ◆ＰＣ（聚碳酸酯）
７９＇ＬｆｉＥ
基于以上对传统三角窗玻璃的功能分析、性 能分析及使用要求分析，其替代件有机玻璃的材 料也应具备良好的透光性能、耐候性、抗冲击性、
体、屋顶、楼梯和室内墙壁护板等方面，随着城市 建设的飞速发展，城市中的酒店、商业楼及高档住 宅等兴建，采光体发展迅速，采用ＰＭＭＡ有机玻璃 挤出板制成的采光体具有整体结构强度高、重量 轻、透光率高和安全性能好等特点，与传统无机玻 璃采光装置相比，具有很大的优越性。
在航空航天方面，由于有机玻璃的独特性能， 特别是定向有机玻璃具有优异的韧性、耐老化性、
玻璃为硅酸盐无机玻璃，密度约为２
５００ ｋｇ／ｍ３。
由此看来，开发一种低密度的玻璃替代材料，将能 有效降低整车玻璃的重量，从而有助于实现汽车
轻量化。出于此目的，本文进行了ＰＭＭＡ有机玻 璃替代传统无机玻璃的可行性论证，ＰＭＭＡ的密 度约１
１９０
ｋｇ／ｍ３，仅为传统玻璃的５０％，如能验
证ＰＭＭＡ有机玻璃可以取代无机玻璃应用在汽车 上，将使整车玻璃重量减半，对整车减重可以达到 非常明显效果。
汽车三角窗一般装配在侧围Ａ柱或Ｃ柱上， 主要起到装饰美观的作用，同时增加整车的采光。 三角窗玻璃一般采用钢化玻璃，为起到装饰的效 果及与水切、窗框饰条相呼应，在三角窗玻璃上还 会设计ＰＶＣ或ＴＰＥ的饰条，再稍高档的配置还会 增加金属亮条，增加外观的线条感。
根据ＧＢ ９６５６《汽车安全玻璃》和ＥＣＥ
Ｒ４３
能源汽车对车身重量的严格要求，国内很多ＯＥＭ 厂开始研究将ＰＭＭＡ有机玻璃应用在侧三角窗、 车门玻璃及后风窗上，各大汽车厂已经开始表现 出浓厚的兴趣与关注了。
１．３三角窗玻璃的要求
目前汽车上的玻璃主要还是以硅酸盐类为基 础原料的无机玻璃。硅酸盐类玻璃主要为一种较 为透明的固体物质，其在熔融时会形成连续的网 络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化成不结 晶的硅酸盐类非金属材料。硅酸盐类玻璃化学氧 化物的组成（Ｎａ，Ｏ・ＣａＯ・６ＳｉＯ，），主要成份是 ＳｉＯ：，汽车用玻璃原片通常为浮法玻璃。根据玻璃 的结构，汽车玻璃分为夹层玻璃和钢化玻璃；根据
ＳＯ
ｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ
ｏｎ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ＰＭＭＡ ｐｌｅｘｉｇｌａｓｓ
ｃａｎ
ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｒｉ—
ａｎｇｌｅ ｗｉｎｄｏｗ ｂｙ ｉｔｓ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ，ｇｏｏｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ
性能无明显恶化。 （８）光学质量：检验有机玻璃的透光性是否满 足要求。 （９）耐火性测试：测试有机玻璃具备适当的耐 火性能。 （１０）耐化学溶剂性测试：验证有机玻璃接触
冲击性、耐破损性上优于传统无机玻璃，综合对比
各项性能指标，ＰＭＭＡ是有机玻璃材料的最佳选 择。
参考文献
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车辆经常使用的化学溶剂时，性能不致明显恶化。
通过对ＰＭＭＡ三角窗玻璃进行了ＥＣＥ Ｒ４３＜＜关
于安全玻璃材料及其在车辆上的安装认证的统一 规定》中规定的有机玻璃的检测要求，共进行了以
上１０项性能检测，试验项目涵盖了机械性能、光学 性能及化学性能。其检测结果均显示ＰＭＭＡ三角 窗玻璃能满足各项检测要求，从而有力的论证了
２
ＰＭＭＡ三角窗玻璃试验验证
（１）柔性测试：该项测试的目的是检验一种有
机玻璃材料属于刚性类还是柔性类。 （２）人头模型冲击测试：测试的目的是验证人
头部冲击有机玻璃时，头部受伤限度是否符合相
关的要求。
（３）机械强度测试卅２７９钢球测试：评估
上海汽车２０１３．１１
ＰＭＭＡ有机玻璃的机械强度。
・５８・
万方数据
涂料１二业，２００５（６）：４８－５４．
［５］陈卢松，黄争鸣．ＰＭＭＡ透光复合材料研究进展［Ｊ］．塑 料，２００７（４）：９０．９５，１０７． ［６］ 张子健．ＰＭＭＡ树脂的力学性能及热稳定性研究［Ｄ］．
ＰＭＭＡ材料可以应用在乘用车三角窗上。 ３
（６）涂层附着力测试：检查有耐刮擦要求的有 机玻璃的耐刮擦涂层是否具备足够高的附着力。
（７）耐湿性测试：测试的目的是检验有机玻璃
Ｐｃ（聚碳酸酯），通过对ＰＭＭＡ、ＰＣ及传统无机玻 璃的各性能对比得出，ＰＭＭＡ材料具有出色的透
光性、耐候性、机械强度及易成型加工性，且在抗
是否可以抵抗长期暴露在潮湿空气中的影响，而
（４）耐磨性测试：确定有机玻璃的抗磨性是否
大于指定值。 （５）耐模拟气候性测试：该项测试目的在于验 证有机玻璃对模拟天气变化条件下的承受力。
析、性能分析及使用要求分析，明确其替代件有机
玻璃的材料应具有良好的透光性能、耐候性、抗冲 击性、耐刮擦性和耐化学性。目前汽车上常用的 塑料透明材料为ＰＭＭＡ（聚甲基丙烯酸甲酯）和
ＰＭＭＡ、ＰＣ与传统玻璃对比表
Ｉ，、１Ｍ＾ ｆ）（：
无机玻璃
口口口口 ■■■■ 口口口口 ■■■■ ■■■■ ■■口口 ■■一■ 口口口口 ■■■口
●■■■ ■■■■ ■■■口 ●●■口 ■■■口 ■■■一 ■●■■
■■■■ ■■口口 ■■■■ 一口口口 ●口口口 ■●●口 ■口口口 ■■口口 口口口口
ＰＭＭＡ有机玻璃在汽车侧三角窗上的应用研究
张
琳
（上海汽车集团股份有限公司乘用车公司，上海２０１８４０） （赢创特种化学（上海）有限公司，卜．海２０１１０８）
Hale Waihona Puke Baidu陈晓峰
【摘要】
主要论述了改性ＰＭＭＡ有机玻璃通过了欧盟法规ＥＣＥ Ｒ４３试验验证，涵盖机械性能、光学质量
和化学性能各方面总共１０项检测。这些系统的试验和验证表明ＰＭＭＡ塑料材料以其出色的透光性、良好的机 械性能和易成型加工性能够满足汽车三角窗的要求。
耐刮擦性和耐化学性，而且在受外力作用破碎时， 其碎片形式不能对乘客造成伤害。 １．４塑料三角窗玻璃的选材 目前在汽车上使用最多的透明塑料材料为
表２
一ｒｌ二能 辑ｉｊｌ化 透明度 冲。ｋ强发 ｝，ｔｌ＂ｔ
●ＰＭＭＡ（聚甲堆丙烯酸ｆｐ酯） ０抗ｐ｛＇ＰＭＭＡ（抗冲聚甲堆肉烯酸甲酯
图３
ＰＭＭＡ与ＰＣ性能对比
玻璃》中还没有对塑料玻璃的明确要求，因此国内 对有机玻璃的性能认证一般参照ＥＣＥ Ｒ４３进行。
目前在国内外，也有ＰＭＭＡ有机玻璃成功应用的 先例，比如英国莲花汽车的前风窗和侧窗（图１）、 长安奔奔的后三角窗（图２）。
随着汽车轻量化要求的不断提高，尤其是新
《关于安全玻璃材料及其在车辆上的安装认证的
上海汽车２０１３．１１
２４％），ＰＭＭＡ模塑料７０万ｔ（北美占３９％，亚太地 区占４１％，西欧占２０％）。
１．２
图１莲花汽车
ＰＭＭＡ材料的应用
由于ＰＭＭＡ有机玻璃具有其它材料所不具备 的诸多优点，因而在建筑、汽车制造业、科学仪器、 日常文教用品和航天航空等方面都有广泛的应
用…。 在建筑方面，ＰＭＭＡ有机玻璃主要用于采光
图２长安奔奔
车重量相关，因此降低汽车重量就能有效降低油 耗和排放。汽车重量每降低１０％，油耗可降低 ８％，排放可下降４％。为了达到汽车轻量化的目
的，各种技术方案应运而生。 汽车玻璃是整车重量中占较大比重的零部 件，通常一辆车上的玻璃重量可达４０ ｋ，传统的
１
ＰＭＭＡ有机玻璃的现状
ＰＭＭＡ（聚甲基丙烯酸甲酯）俗称有机玻璃，
上的安装认证的统一规定》中规定的检测项目，其 关键性能要求为高透光率、高耐候性、高耐热性、 抗冲击性、抗刮擦性及耐化学性，将ＰＭＭＡ、ＰＣ及
几种常见塑料材料对比如图３。 从图３中可以看出，ＰＭＭＡ材料在大部分性 能要求上均高于ＰＣ材料，尤其是出色的透光性 能和耐候性，更适用于汽车有机玻璃。同时将 ＰＭＭＡ、ＰＣ材料及传统无机玻璃对比如表２ 所示。
板材热慷和料村汁瞍的成，列川■■■■
表㈨光泽 ■●■■
ＰＭＭＡ和ＰＣ对比表
抗拉 强度
／ＭＰａ ６６
，，级说明：口口口口４：利，■工口口ＪＬ、ｒ１：利．■■口口中立，■ 耐磨性 （评级） 差
中
缺口 冲击
项目
透光率
／％
热变形 温度
／℃
耐化
学性
■■口＿ｉ利，一■■■＂常钉利
／（Ｊ／ｍ２）
１９００ ８８
（评级） 良 优
收稿日期：２０１３—０８—１３
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万方数据
１９３１年罗姆哈斯公司制成ＰＭＭＡ透明板，并将其
用作飞机的窗玻璃，这种透明板不像硅酸盐无机 玻璃那样容易脆裂，又容易热加工成各种形状的 构件，因而在工业上很受欢迎。
９０年代以来，随着ＰＭＭＡ市场需求量的不断 增长，世界ＰＭＭＡ的生产能力显著增强，到２０００ 年全世界ＰＭＭＡ总生产能力为１５０万吨／年左右， 其中ＰＭＭＡ板材（浇铸板和挤出板比例约为１：１） ８０万ｔ（北美占３６％，亚太地区占４０％，西欧占
其单体ＭＭＡ（甲基丙烯酸甲酯）在常温下为无色 透明的。ＰＭＭＡ塑料有极好的透光性能，透光率 可达９２％，机械强度较高，具有一定的耐热耐寒 性、耐腐蚀性良好、易于成型且尺寸稳定，是使用
最多的传统玻璃替代材料，可用于加工有一定强 度要求的透明件。在建筑、化工、航空及汽车领域 应用广泛。 １．１国外发展现状 ＰＭＭＡ材料于１９２７年由罗姆哈斯公司在德 国小批量生产，当时的材料是软而透明的胶状物。
从表２的内容对比中可以看出，ＰＭＭＡ在三 角窗玻璃应用最关注的透光率和耐候性上优于 Ｐｃ，在耐冲击和耐破损性能上高于普通无机玻璃，
且ＰＭＭＡ加工成型性优良，综合对比各项性能， ＰＭＭＡ是塑料玻璃材料的首选。
Ｐｃ聚碳酸酯 ＰＭＭＡ聚甲基 丙烯酸甲酯
１．２
１３７
１．１８
７５
】２００
９２
９５
对于汽车玻璃来说，根据ＧＢ ９６５６《汽车安全 玻璃》和ＥＣＥ Ｒ４３（（关于安全玻璃材料及其在车辆
ＰＭＭＡ（聚甲基丙烯酸甲酯）和ＰＣ（聚碳酸酯），塑 料玻璃材料必须首先具有高透光率，其次要有一 定的机械强度和耐磨性，能抗冲击，耐候性好，只 有这样才能在使用中长久保持高透光率和机械强
度。ＰＭＭＡ与ＰＣ的典型物性见表１。
表１
密度／
（ｇ／ｅｒａ３）
咐刮擦性（等涂』。；） 抗蹿，ｉ ｆ撞击或席损
耐候。ｒ１二
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】
Ｒ４３
ｔｅｓｔ
Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＰＭＭＡ ｐｌｅｘｉｇｌａｓｓ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ
ｔｏ
ｈａｖｅ ｐａｓｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ＥＵ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ ＥＣＥ
ｒｅ—
ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ
玻璃的使用位置，又分为前风窗玻璃、后风窗玻 璃、车门玻璃、三角窗玻璃及天窗玻璃。
较高的强度和类似于铝合金的韧性，而用作飞机
的座舱盖、风挡玻璃、眩窗及机舱透明件…。
在汽车制造领域，ＰＭＭＡ有机玻璃用于风窗 玻璃。在欧洲已允许ＰＭＭＡ塑料作为汽车侧三角
窗和后风窗玻璃，且有相关的汽车塑料玻璃的法 规ＥＣＥ Ｒ４３《关于安全玻璃材料及其在车辆上的 安装认证的统一规定》，法规中明确规定了塑料刚 性玻璃的检测要求、检测方法及评价标准。目前 我国现行的汽车安全玻璃法规ＧＢ ９６５６（汽车安全