صناعة الزجاج الأمامي للسيارات

الزجاج مادة متعددة الاستخدامات تحتوي على مئات التطبيقات ، بما في ذلك الزجاج الأمامي. للزجاج تاريخ طويل وقد صنع لأول مرة منذ أكثر من 7000 سنة في مصر ، في وقت مبكر من 3000 قبل الميلاد تم العثور على الزجاج في حالة طبيعية كمنتج ثانوي للنشاط البركاني. اليوم ، يتم تصنيع الزجاج من مجموعة متنوعة من المواد الخزفية (المكونات الرئيسية هي الأكاسيد). فئات المنتجات الرئيسية هي الزجاج المسطح أو المصقول ، زجاج الحاويات ، الزجاج المقطوع ، الألياف الزجاجية ، الزجاج البصري ، والزجاج المتخصص. تقع الزجاج الأمامي للسيارات ضمن فئة الزجاج المسطح.

هناك أكثر من 80 شركة حول العالم تنتج زجاج السيارات ، بما في ذلك الزجاج الأمامي. من بين المنتجين الرئيسيين في الولايات المتحدة PPG و Guardian Industries Corp. و Libby-Owens Ford. وفقًا لوزارة التجارة ، تستهلك صناعة السيارات (بما في ذلك النوافذ) 25٪ من إنتاج الزجاج المسطح بقيمة إجمالية تبلغ حوالي 483 مليون دولار. في اليابان ، يذهب 30 في المائة من الزجاج المسطح إلى صناعة السيارات ، التي تقدر قيمتها بحوالي 190 مليار دولار في عام 1989. وتشمل شركات تصنيع الزجاج المسطح اليابانية الرئيسية Asahi Glass Co. ، و Central Glass Co ، و Nippon Sheet Glass Co. صناعة الزجاج المسطح بشكل عام في كلا البلدين. ألمانيا لديها نظرة أكثر إيجابية ، مع توقع معدلات نمو عالية من صناعة السيارات.

ظهرت الزجاج الأمامي الزجاجي لأول مرة في حوالي عام 1905 مع اختراع زجاج الأمان – الزجاج المقسى (التقسية هو علاج حراري) لجعله صعبًا ومقاومًا للتحطم. كان هذا النوع من الزجاج الأمامي شائعًا جدًا في منتصف القرن ، ولكن تم استبداله في النهاية بزجاج أمامي مصنوع من الزجاج الرقائقي – وحدة متعددة الطبقات تتكون من طبقة بلاستيكية محاطة بورقتين من الزجاج. في العديد من البلدان ، بما في ذلك الولايات المتحدة ، يشترط القانون أن تكون الزجاج الأمامي للسيارات مصنوعة من الزجاج الرقائقي. يمكن أن ينحني الزجاج الرقائقي قليلاً تحت تأثيره ويقل احتمال تحطمه عن زجاج الأمان العادي. تقلل هذه الجودة من خطر إصابة ركاب السيارة .

مواد أولية

يتكون الزجاج من أكاسيد عديدة تلتحم وتتفاعل معًا عند التسخين لتشكيل الزجاج. وتشمل هذه السيليكا (SiO 2 ) وأكسيد الصوديوم (Na 2 O) وأكسيد الكالسيوم (CaO). المواد الخام التي تستخرج منها هذه المواد هي الرمل ، رماد الصودا (Na 2 CO 3 ) ، والحجر الجيري (CaCO 3) ). يعمل رماد الصودا كتدفق ؛ وبعبارة أخرى ، فإنه يقلل من درجة انصهار تكوين الدُفعة. يضاف الجير إلى الدفعة من أجل تحسين الصلابة والمتانة الكيميائية للزجاج. الزجاج المستخدم للزجاج أيضا عادة يحتوي على العديد من أكاسيد أخرى: أكسيد البوتاسيوم (K 2 O المستمدة من البوتاس)، وأكسيد المغنيسيوم (أهداب الشوق)، وأكسيد الألومنيوم (AI 2 O 3 المستمدة من الفلسبار).

عملية التصنيع

• 1 يتم وزن المواد الخام بعناية بالكميات المناسبة ويتم خلطها معًا بكمية صغيرة من الماء لمنع فصل المكونات. كما يستخدم Cullet (زجاج النفايات المكسور) كمادة خام.
• 2 بمجرد إعداد الدفعة ، يتم تغذيتها في خزان كبير للصهر باستخدام العوامة
• يتم تصنيع الزجاج للزجاج الأمامي الأوتوماتيكي باستخدام عملية الزجاج المصقول. في هذه الطريقة ، يتم تسخين المادة الخام إلى حالة منصهرة ويتم تغذيتها على حمام من القصدير المنصهر. الزجاج يطفو حرفيا على الزعنفة ؛ لأن الزعنفة مسطحة تمامًا ، يصبح الزجاج مسطحًا أيضًا. من غرفة الطفو ، يمر الزجاج على بكرات من خلال فرن (“فرن التلدين”). بعد الخروج من الفرن والتبريد إلى درجة حرارة الغرفة ، يتم قطع الزجاج إلى الشكل المناسب وتقسية.عملية الزجاج. أولاً ، يتم تسخين الدفعة إلى حالة منصهرة ، ثم يتم تغذيتها في خزان يسمى غرفة الطفو ، والتي تحتوي على حمام من القصدير المنصهر. الغرفة العائمة كبيرة جدًا – من حوالي 13 قدمًا إلى 26.25 قدمًا (من 4 إلى 8 أمتار ويبلغ طولها حوالي 197 قدمًا (60 مترًا) ؛ عند مدخلها ، تبلغ درجة حرارة القصدير حوالي 1835 درجة فهرنهايت (1000 درجة مئوية) ) ، بينما تكون درجة حرارة القصدير في المخرج أبرد قليلاً – 1115 درجة فهرنهايت (600 درجة مئوية) .في الغرفة العائمة ، لا يغرق الزجاج في القصدير ولكنه يطفو فوقه ، يتحرك عبر الخزان كما لو كان حزام ناقل: السطح المسطح تمامًا للقصدير يتسبب أيضًا في أن يصبح الزجاج المصهور مسطحًا ، بينما درجات الحرارة العالية تنظف زجاج الشوائب. تسمح درجة الحرارة المنخفضة عند مخرج الغرفة للزجاج بالتصلب بدرجة كافية للانتقال إلى الغرفة التالية ، الفرن.
• 3 بعد خروج الزجاج من غرفة الطفو ، تلتقطه البكرات وتغذيها في فرن خاص يسمى lehr. (إذا رغبت في أي طلاءات شمسية ، يتم تطبيقها قبل دخول الزجاج إلى الفرن.) في هذا الفرن ، يتم تبريد الزجاج تدريجيًا إلى حوالي 395 درجة فهرنهايت (200 درجة مئوية) ؛ بعد خروج الزجاج من الفرن ، يبرد إلى درجة حرارة الغرفة. إنه الآن صعب وقوي للغاية وجاهز للقطع.
• قطع وتلطيف
• 4 يتم تقطيع الزجاج إلى الأبعاد المرغوبة باستخدام ناسخ الماس – أداة ذات نقاط معدنية حادة تحتوي على غبار الماس. يستخدم الماس لأنه أصعب من الزجاج. يحدد الكاتب خطًا مقطوعًا في الزجاج ، ثم يتم كسره أو قطعه في هذا الخط. عادة ما تكون هذه الخطوة مؤتمتة ويتم مراقبتها بواسطة الكاميرات وأنظمة القياس الإلكترونية البصرية. بعد ذلك ، يجب أن تكون القطعة المقطوعة في شكل. يتم وضع صفائح الزجاج في شكل أو قالب من المعدن أو المواد الحرارية. ثم يسخن القالب المملوء بالزجاج في الفرن إلى النقطة التي يتدلى فيها الزجاج إلى شكل القالب.
• 5 بعد خطوة التشكيل هذه ، يجب تقسية الزجاج في خطوة تسخين تسمى التقسية. أولاً ، يتم تسخين الزجاج بسرعة إلى حوالي 1،565 درجة فهرنهايت (850 درجة مئوية) ، ثم يتم تفجيره بنفث من الهواء البارد. تسمي هذه العملية التبريد ، من خلال تقوية الزجاج عن طريق وضع السطح الخارجي في الضغط والداخل في التوتر. هذا يسمح للزجاج الأمامي ، عند تلفه ، باقتحام العديد من قطع الزجاج الصغيرة بدون حواف حادة. يمكن أيضًا تغيير حجم القطع عن طريق تعديل إجراء التقسية بحيث يتكسر الزجاج الأمامي إلى قطع أكبر ، مما يتيح رؤية جيدة حتى يمكن استبدال درع الرياح.

يتكون الزجاج الأمامي النهائي من طبقتين زجاجيتين محاطتين بطبقة بلاستيكية. على الرغم من أن الزجاج الرقائقي رفيع جدًا – بسمك حوالي 25 بوصة – إلا أنه قوي جدًا ويقل احتمال تحطمه عن زجاج الأمان العادي. في الولايات المتحدة ، يشترط القانون أن تكون الزجاج الأمامي من الزجاج الرقائقي.

الترقق

• 1- بعد تقسية الزجاج وتنظيفه ، يمر بعملية تصفيح. في هذه العملية ، يتم ربط ورقتين من الزجاج معًا بطبقة من البلاستيك (تذهب الطبقة البلاستيكية داخل لوحين من الزجاج). يتم التصفيح في جهاز التعقيم ، وهو فرن خاص يستخدم كلاً من الحرارة والضغط لتشكيل وحدة واحدة قوية مقاومة للتمزق. غالبًا ما يتم صبغ الطبقة البينية البلاستيكية لتكون بمثابة مرشح للأشعة فوق البنفسجية. عندما يتم كسر الزجاج الرقائقي ، تبقى قطع الزجاج المكسورة مرتبطة بالطبقة البلاستيكية المقاومة للتمزق ، وتظل الورقة المكسورة شفافة. وبالتالي ، تظل الرؤية جيدة. على عكس زجاج الأمان التقليدي ، يمكن معالجة الزجاج الرقائقي بشكل أكبر – قطعه وحفره وعمله على الحافة ، حسب الضرورة.
• المجسم
• 2-  بعد الترقق ، يكون الزجاج الأمامي جاهزًا للتجميع باستخدام القوالب البلاستيكية حتى يمكن تثبيته على السيارة. تُعرف عملية التجميع هذه ، المعروفة باسم تغليف الزجاج ، عادةً في شركة تصنيع الزجاج. أولاً ، يتم تعيين القسم المحيطي للزجاج الأمامي في وضع محدد مسبقًا في تجويف القالب. بعد ذلك ، يتم حقن البلاستيك المصهور في القالب ؛ عندما يبرد ، يشكل إطارًا بلاستيكيًا حول الزجاج. ثم يتم شحن مجموعة الزجاج الأمامي إلى الشركة المصنعة للسيارة ، حيث يتم تثبيتها في سيارة. يتم التثبيت عن طريق التزجيج المباشر ، وهي عملية تستخدم مادة لاصقة من البولي يوريثين لربط الزجاج الأمامي وجسم السيارة.

مراقبة الجودة

يتضمن التحكم في العملية اختبار المواد الخام ومراقبة متغيرات العملية مثل درجة حرارة الانصهار وجو الفرن ومستوى الزجاج. أثناء تشكيل الزجاج ، يتم استخدام الأجهزة الكهروضوئية لفحص العيوب تلقائيًا. تم تطوير أجهزة أوتوماتيكية أخرى لقياس أبعاد ونصف قطر الانحناء بعد تشكيل الزجاج الأمامي.

يجب أن يتوافق زجاج الأمان المستخدم في الزجاج الأمامي مع مواصفات معينة تتعلق بخصائص مثل المتانة الكيميائية ومقاومة الصدمات والقوة. تم تطوير المعايير من قبل الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) لقياس هذه الخصائص. كما تم تطوير المواصفات لأداء الزجاج الأمامي من قبل SAE International ، وهي منظمة لمهندسي السيارات.
المستقبل

على الرغم من التباطؤ الأخير في صناعة السيارات ، إلا أن التوقعات على المدى الطويل أكثر تفاؤلاً. ستكون أسواق إنتاج السيارات أقوى مما كانت عليه في السنوات الأخيرة ، مما يزيد الطلب على منتجات الزجاج المسطح مثل الزجاج الأمامي. يزداد حجم الزجاج الأمامي أيضًا من أجل استيعاب التصميمات الأيروديناميكية الأحدث ، وبالتالي يزداد استخدام الزجاج بالنسبة لمساحة السيارات الإجمالية. (في الواقع ، بعض النماذج تحتوي على أسقف زجاجية أيضًا.)

هذه الزيادة في المساحة الزجاجية ، بدورها ، لها تأثير سلبي على أنظمة الراحة ، وهي مكيفات الهواء ، والتي يجب أن تكون قادرة على ضبط درجات الحرارة الداخلية الأعلى إلى مستوى مريح. لتجنب الاضطرار إلى استخدام أنظمة تكييف هواء أكبر ، يتم تقييم تركيبات الزجاج الجديدة والنظارات المطلية وأفلام ما بعد البيع. وتشمل هذه تزجيج انتقائي للزاوية يرفض أشعة الشمس عالية الزاوية ، وأفلام التحويل البصري التي تغير خصائص النفاذية بشكل نشط أو سلبي.

يمكن للفيلم الذي تم تطويره مؤخرًا ، وهو فيلم بوليمر متعدد الطبقات للتحكم بالطاقة الشمسية ، أن يعمل أيضًا كجهاز للتذويب. الركيزة البلاستيكية المغلفة ببساطة تحل محل الفيلم البلاستيكي المغلف في الزجاج الأمامي التقليدي. يمكن صنع الفيلم بأي لون ويمكنه إرسال ما يصل إلى 90 بالمائة من الضوء المرئي. طلاء آخر هو طلاء زجاجي يتكون من طلاء فضي يستخدم مع طبقات أكسيد معدني أخرى. يمكن لهذا الزجاج أن يرفض ما يصل إلى 60 في المائة من إجمالي الطاقة الشمسية ، مما يقلل من الأشعة تحت الحمراء بنسبة 56 في المائة.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم البحث عن أنواع جديدة من الزجاج الأمامي الزجاجي الرقائقي. تم تطوير حاجب أمامي من طبقتين لا يتطلب سوى لوح خارجي واحد من الزجاج ، من 0،08 إلى 0،16 سم (2-4 مليمتر) ، موصولة إلى .254 من البوصة (1 ملم) من البولي يوريثين. يتكون لوح البولي يوريثين من طبقتين ، واحدة ذات خصائص امتصاص عالية والأخرى مقاومة عالية للسطح. تشمل الميزات الفريدة لهذا الزجاج الأمامي ثنائي الطبقات المقاومة للأشعة فوق البنفسجية ، والشفاء الذاتي للخدوش ، وتوفير الوزن ، والأشكال الأكثر تعقيدًا ، وزيادة الأمان بسبب الاحتفاظ بشظايا الزجاج ، والقدرة على مكافحة الضباب.

قد تصبح إعادة تدوير مكونات الزجاج الأمامي ممارسة قياسية. على الرغم من صعوبة إعادة التدوير تقليديًا بسبب الأفلام البلاستيكية المصفحة ، إلا أن إحدى الشركات المصنعة طورت مؤخرًا عملية فعالة من حيث التكلفة لإزالة هذه الطبقات. يمكن استخدام الزجاج المعاد تدويره في العديد من التطبيقات ، بما في ذلك الأسفلت الزجاجي لإصلاح الطرق. قد يسرع التشريع أيضًا من ممارسات إعادة التدوير ، مع إدخال قانون البلدية للنفايات الصلبة والنفايات الخطرة لعام 1992. يسعى هذا القانون إلى تحديد العقبات التي تحول دون زيادة إعادة تدوير مكونات السيارات وإيجاد طرق للتغلب على هذه العقبات. قد يتطلب هذا في النهاية استخدام عدد أقل من الراتنجات أثناء التصنيع أو التأكد من أن هذه الراتنجات متوافقة لإعادة التدوير.