автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Исследование механических свойств и технологических параметров производства тонких стекол триплекс для транспорта

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТЕКЛА

На правах рукописи

ЧУГУНОВ Александр Михайлович

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОИЗВОДСТВА ТОННИХ СТЕНОЛ ТРИПЛЕНС ДЛЯ ТРАНСПОРТА

Специальность 05.17.11—Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —

1991 г.

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте технического и специального строительного стекла—ВНИИТехстройстекло, г. Саратов

Научный руководитель — доктор технических наук

А. Г. Шабанов

Официальные оппоненты—доктор химических наук,

доцент Г. М. Матвеев

— кандидат физико-математических наук, ст. научный сотрудник Э. А. Абрамян

Ведущее предприятие —Всесоюзный заочный инженерно-строительный институт (ВЗИСИ), факультет технологии силикатов

Защита диссертации состоится 28 ноября 1991 г. в '/С часов на заседании специализированного совета К 111.02.01 в Государственном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте стекла (ГИС) по адресу: 111112, Москва, Е-112, Душинская ул., д. 7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института стекла.

Автореферат разослан 199 / г.

Ученый секретарь специализированного совета К 111.02.01 кандидат технических наук

Н. М. Щекотихина

ВВБДЕНИЕ

Актуальность работы.Стекла триплекс широко применяются в ка-[естве безопасного ветрового остекления различных транспортных :редств.В связи с разработкой новых экономичных легковых автомо-¡илей перед стекольной промышленностью поставлена задача создания ¡етрового остекления уменьшенной толщины при сохранены! ранее усыновленных требований по прочности и безопасности разрушения.Эта ¡адача должна решаться путем вскрытия и использования резервов [рочности исходного стекла без дополнительных затрат на его ирочнение.

Цель работы;максимально используя природную прочность тонкого 'ермически полированного стекла создать композицию триплекса с шсокими потребительскими свойствами и разработать технологичес-ие параметры ее изготовления.

Научная новизна.Показано.что ориентация неповрежденных реау»-. дам роликом кромок стекла в зоне растяжения увеличивает несущую ¡пособность и прочность триплекса на изгиб в 2,1 раза,а ориента-дая в растяжении более прочных "верхних" поверхностей термически юлированного стекла(ТПС) увеличивает несущую способность на 58%, I сопротивление ударному разрушеншо-на 23 %,что позволяет повы-:ить прочностные характеристики тонких(5,2 мм)композиций до уров-щ. триплекса обычной толщины 6,4 мм без упрочнения исходного ¡текла.Установлено,что прочность и несущая способность сичметрич-шх композиций триплекса определяется прочностными свойствами . ?ыльного по отношению к нагрузке стекла,а асимметричных по толщи-ш-прочностными свойствами слоя стекла,имеющего большую толщину, вклеивающий слой оказывает упрочняющее действие на контактирующий ¡лой стекла,которое усиливается от 3-4 до 20-25 %(от величины )астягивающих напряжений)при увеличении размера образца,уменыпе-[ии толщины стекла и пленки.Прочностные свойства асимметричных юмпозвдий возрастают,если более толстый слой стекла является контактирующим слоем. >

Практическая значимость.Разработана композиция тонкого три--[лекса(5,2 мм)»не уступающая триплексу обычной толщины(6,4 мм)по гесущей способности,ударопрочности и превосходящая его по гибкос-:и и безопасности.На основе этой композиции разработан новый вид [зделий-ветровые стекла легковых автомобилей ВАЗ-2108,2109.Усо- • ¡ершенствованы методики испытаний прочности, и безопасности разру-юния стекол триплекс.Разработаны технологические параметры про-

изводства»рекомендации по промышленной технологии,освоено промышленное производство нового вида изделий на Еорскш стекольном заводе.получен экономический эффект в сфере производства 430 тыс руб.,в сфере применения-800 тыс.руб.Новы!: вцц продукции полносты соответствует требованиям международных стандартов.'

Апробация работы.Материалы диссертации докладывались на Всесоюзной конференции молодых ученых в г.1Усь-Хрустальны?,на заседаниях научно-технических советов КС и БНХИ Техстройстекло, опубликованы в.5-ти статьях.

Объем работы.Диссертация состоит из введения,5-ти глав»выводов, библиографии (124 наименования),6-ти пркложенш".Изложена .на 125 страницах машинописного текста,включает 26 рисунков,23 таб-лщы.Приложения,иллюстрирующие текст»помещены в конце работе на 21 странице..

1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОСНОВНЫЕ НАПРАШЗШ1Я ИСОЩОВАНИЯ

В представленном обзоре рассмотрена взаимосвязь физико-механических свойств'триплекса с технологическими параметрами производства,толщиной и свойствами исходного с т екл а. Абт омоб илыш э стекла триплекс толщиной 6-7 мм,выпускаемые отечественной промышленностью,не отвечают возрастающим требованиям автомобилестроения по прочности и безопасности разрушения.Использование остекления такой толщины в экономичных легковых автомобилях нового поколения не целесообразно из-за большой массы.

Один из путей повышения прочностных свойств триплекса заключается в использовании исходного упрочненного стекла.Опыт зарубежных фирм показывает,что при этом может быть достигнуто 5-6-, кратное увеличение прочности»увеличение срока эксплуатации ветрового стекла,но многократно возрастают затраты на упрочнение,эне^ употребление и себестоимость продукции»ухудшаются некоторые характеристики безопаснсГсти.Более рациональный путь заключается в выявлении и использовании резервов прочности исходного неупроч-ненного стекла.В атой связи в обзоре рассматриваются причины его низкой прочности,в первую очередь»влияние структурных,кромочных и поверхностных дефектов.Теория А.А.Гриффитса,объясняющая низкую прочность стекла прорастанием микротрещин вследствие концентрацш напряжений в их вершинах»получила'развитие в работах Е.Шацца, С.Гарни»Ф.Кер&гофа»Ф.Эрнсбергера и отечественной школы,представленной С.Н.Журковым,Г.М.Бартеневым,Г.К.Демишевым,В.П.1^хоь:, Ф.$«Витманом,В.И.Шелюбским и др. Низкая прочность технического

листово'го стекла,масштабный фактор прочности,фяоат-эффект в термически полированном стекле (ТДС) могут быть объяснены влиянием дефектов. Многие авторы подчеркивали необходимость сохранения- свеже-отформованной поверхности стекла и защиты ее от повреждении. И.А.Богуславский и А.М.Бутаев установили,что причина различия прочностей противоположных поверхностей ТПС заключается в различной степени их дефектности и одними из первых предложили для повы- . шения прочности одинарного остекления ориентировать более прочную "верхнюю" поверхность TiIC в зоне растяжения .В стеклах триплекс при выборе ориентации поверхностей ТПС необходимо,прежде всего,обеспечить максимальную безопасность разрушения.Для этого требуется дополнительное исследование ее взаимосвязи с адгезионной прочностью и различием химического состава поверхнрстных слоев,которое было установлено в работах Е.Брюкнера и Н.Н.Семенова.

Большое влияние на прочность остекления при поперечном изгибе оказывает состояние кромки.Л.П.Цепков в диссертационной работе отмечал существенное различие прочностей резаной и неповрежденной кромок стекла.Образование на кромке стекла дефектов от режущего ролика известно- из работ Р.Рамзауэра и других авторов,но-чёткая взаимосвязь типов дефектов с уровнями прочности не была исследо-вана.Вне поля зрения исследователей долгое время оставался вопрос об оптимальной ориентации неповрежденной кромки в триплексе.

Известно,что стекла триплекс являются слоистым композиционным материалом со сложными физико-механическими свойствами.Слои стекла в триплексе сохраняют лишь относительную самостоятельность в той мере,в какой им позволяют адгезионные силы;Склеивающий слой оказывает сопротивление изгибу,поглощает энергию удара,удерживает осколки стекла,придавая триплексу свойство безосколочности разрушения.Важнейшими физико-механическими свойствами триплекса явля.-. ются несущая способность,механическая и адгезионная прочность, безопасность разрушения'.Большой вклад в изучение этих свойств внесли Р.Гавард,ДжЛупвр,Л.Тарнополь,Л.Патрик и другие.В работах этих авторов раскрыты основополагающие закономерности механического поведения трехслойных композиций,изучена взаимосвязь различных физико-механических характеристик.В то же время некоторые вопросы,в частности,механизм разрушения,роль толщины и ориентации . поверхностей и кромок стекла изучены недостаточно,особенно для тонких (толщиной менее б мм)- и асимметричных (из стекол различной толщины ) композиций .Выбор оптимальной, толщины стекла или оптималь-

ного соотношения толщин для асимметричных композиций может рассматриваться как дополнительный резерв упрочнения триплекса.

Физико-механические характеристики и толщина исходного стекла неразрывно связаны с технологией производства триплекса.Они •определяют величину технологических нагрузок,способ обработки, продолжительность и интенсивность нагрева и другие технологические параметры.В представленном обзоре рассмотрен технологический процесс производства триплекса "сухим" способом,дана краткая характеристика других известных способов производства.Приводятся данные о достижениях зарубежных фирм,о достигнутом пределе снижения толщины неупрочненного и упрочненного стекла в триплексе. Опубликованные данные в основном носят рекламный характер и не содержат конкретной информации о параметрах механической и тепловой обработки.Лдя получения нужной информации необходимо проведение дополнительных исследований зависимости параметров обработки на каждой технологической операции от толщины и прочностных характеристик исходного стекла;

На основании.изучения состояния вопроса сформулирована цель настоящей работы: максимально используя природную прочность тон~-кого термически полированного стекла,создать композицию триплекса с-высокими потребительскими свойствами и разработать технологические парамееру ее изготовления.

• ' 2.ЭКСЛЕКЯШТМШАЯ ЧАСТЬ

-2.1.0бьект и методы исследования

Объектом исследования являлись физико-механические характеристики (несущая способность,механическая и адгезионная прочность и безопасность разрушения ) тонких стекол триплекс толщиной 4-5 мм и технологические параметры их изготовления.Лда получения образцов триплекса использовали термически полированное стекло толщиной 1,6-2,8 мм Опытного стекольного завода ВНЖГехстройстекло, Борского стекольного завода,фирмы " РШип^оп "(Великобритания) и клеящую поливинилбутиральную (ПВБ ) пленку "Бутвэл" Ереванского производственного объединения "Поливинилацетат" толщиной 0,76 мм.

Линейные размеры и плотность дефектов поверхности и кромки ■стекла изучали с помощью известных методов:оптической и электронной микроскопии,люминесцентной дефектоскопии,декорирования в расплаве солей.Измёрение 'глубины дефектов производили по микро-

фотографиям шлифов,а также с помощью микроинтерферометра МЖ-4. Электрономикроскопические снимки получали с помощью рентгеновского микроанализатора "$и.регр1-оЬе-733" фирмы "17ео1 " (Япония). Для визуальных наблюдений микродефектов использовали микроскоп МБС-6,для люминесцентной дефектоскопии - люминесцентный микроскоп "Люмам-ИЗ".Искусственные дефекты в виде царапин наносили с помощью склерометра с алмазной пирамидой,а также с помощью абразивных порошков различной зернистости и шлифовального круга.Для -расчета прочности стекла в зависимости от глубины дефекта использовали известные уравнения кинетической теории связи. у

Прочность образцов исходного стекла измеряли по методу центрально-симметричного. изгиба (ЦСИ) .Прочность разрушившихся крупноформатных образцов и заготовок ветровых стекол оценивали фрактографическим методом по радиусу зеркальной зоны излома.Проч-ность стекол триплекс на статический изгиб, в зависимости от толщины стекла и состояния кромки изучали по методу четырехточечного поперечного изгиба ( "4ПИ ) с помощью устройства с нажимными роликами (рис.1) и разрывной машины МР-О,5-1.Образцы размером более 150x50 мм нагружали с помощью стандартных грузов'.

Рис.1.Устройство и схема испытаний стекол триплекс на четырехточечный поперечный изгиб (ЧШ) :

1 - контактирующий слой стекла ;2. - тыльный слой стекла;3 — склеивающий слой;4 - опорные ролики;5 - направляющие стержни;6 - опорные плиты.

¿>а. , , - напряжения,возникающие при -изгибе на поверхностях стекла а, , е , а , и. • Р -сосредоточенная нагрузка; /ь- -. распределенная нагрузка; £. - ось симметрии.

Область применения.данной методики ранее была ограничена,так как параметр в формулах для расчета напряжений определялся по номограммам только для толщин стекла в композиции 6-10 мм и размера образца 51x559 мм.С целью усовершенствования методики нами былг выведена универсальная формула для расчета К^.что позволило- отказаться от номограмм и распространить методику на композиции три, плекса произвольных толщин и размеров.Кроме того,разработано приспособление для изгиба' (рис.1) и введен новый размер образца 150х х50 мда,что позволило более экономно расходовать стекло и клеящую пленку и повысить точность измерений.

Для проверки усовершенствованной методики ЧДИ и изучения • послойного распределения'напряжений в композициях триплекса при изгибе использовали тензометрический метод.Измерения выполняли с . помощью тензорезисторов 2ЛКБ-10-10СВ и цифрового тензометрического моста ЦТМ-5.Установлено,Что расхождение расчетной и измеренной величин растягивающих напряжений на поверхностях стекол при ЧШ не превышает 7-8 % при размере-образца до 600 мм,что обеспечивает достаточную точность измерений.

Сопротивление стекол триплекс ударному разрушению и сквозному пробиванию изучали с помощью установки,оснащенной подвижной кареткой с электромагнитом,и падающих стальных шаров"массой 0,227 и 2,26 кг.Образцы испытывали на однократный удар партиями,ступенчато увеличивая высоту падения шара и определяя сопротивление ударному разрушению и сквозному пробиванию графически по интегральным кривым расцределения.В дополнение к упрощенной оценке ударной прочности триплекса в энергетических единицах выполнен расчет изгибных напряжений и контактных напряжений в точке удара по известным формулам.

Адгезионную прочность триплекса определяли по методу сдвига на образцах размером 10x20 ш,вырезаемых непосредственно из изде-• лий.Сдвиг производился с помощью зажима,состоящего из двух стальных призм и разрывной машины Ы?-0,5-1.

Для обеспечения достоверности результатов испытаний триплекса на изгиб,удар и сдвиг эксперименты проводили при количестве образцов в каждой испытуемой партии не -менее 65-70 шт.Статистическую обработку результатов выполняли по обычной методике на ЭВМ "Электроника-125".

Безопасность различных композиций триплекса оценивали на образцах ветровых стекол по стандартной методике Международных пра-

вил ЕЭК-OOH JS 43,а такяе по усовершенствованной методике,учитывающей амортизирующую способность остекления и вероятность порезов. Предложена формула для оценки амортизирующей способности по-величине статического прогиба ветрового стекла на рамке под весом _мо-дели головы.Вероятность порезов оценивали.по методике фирмы "Thù-pLex fafety ¿T^axi" с помощью логарифмического индекса порезов.Дшг количественной оценки безопасности ветрового остекления введен обобщенный критерий безопасности,учитывающий амортизирующую способность,вероятность порезов и вероятность поражений глаз отделяющимися осколками стёкла. »

Технологические исследования и отработку технологических параметров производства триплекса проводили на оборудовании фирмы "¿ac/L " (Германия) .Измерение технологических параметров осуществляли с помощью контрольно-измерительной аппаратуры,входящей в комплект оборудования.Изучение кинетики нагрева и охлаждения пакетов триплекс на операциях моллирования и прессования в автоклаве проводили с помощью градуированных термопар лА и ХК диаметром 0,25-0,5 мм и многоканального автоматического потенциометра КСП-^ класса точности 0,5. " '

' 3.ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРлНОСТИ И КРОМКИ исходного СТЕКЛА НА ЕГО ПРОЧНОСТЬ И АДГЕойОННУЮ СПОСОБНОСТЬ

В связи с отсутствием опубликованных данных о прочностных и адгезионных свойствах термиЧески_ полированного стекла (ТИС ) толщиной менее 3 мм мы провели соответствующие исследования.Результаты ■испытаний прочности тонкого ТИС на ЦСИ приведены в таблице 1.

• Таблица 1

Толщина стекла мм i Средняя прочность,МЯа ! i Асимметрия

! "Верхняя" ! ! поверхность ! "Нижняя" поверхность ! прочности, ! %

3,0 177 122 45

2,0 209 132 . 58

1,6 221 137 61

С уменьшением толщины стекла с 3,0 до 1,6 мм средняя прочность "верхней" поверхности возрастает на 25 нижней - на 12 %,разрушающая нагрузка снижается в 2,5 раза,а асимметрия прочности противоположных поверхностей увеличивается до 61 $.Исследование поверхностей тонкого ТДС с помощью нескольких независимых физических

-10«

методов (п.2) показало,что с уменьшением толщины стекла плотность поверхностных дефектов на "верхней" поверхности практически не изменяется,на нижней увеличивается на 20-25 %,а максимальная глубина дефектов на "нижней" поверхности снижается с 13,2 до 9,4 мкм. На образцах Т11С, подвергнутых химической полировке,установлено,что увеличение глубины искусственных царапин приводит'к более чем 10-кратному снижению прочности.Полученные данные находятся в соответствии и дополняют результаты исследований И,А,Богуславского, .Н.Н.Семенова,Р.Туммала.В.А.Минакова для ТИС больших толщин и согласуются с результатами диссертационной работы Л.И.Депкова для стекла вертикального вытягивания.

С помощью электронной микроскопии изучено состояние кромки стерла при различных видах обработки.На резаной кромке стекла обнаружены микротрещины.уходящие вглубь стекла и многочисленные сколы.На кромке,обработанной шлифовальной лентой,кроме микротрещин и сколов обнаружены глубокие кратеры и торцевые царапины.Кромка, обработанная "плавающим" мелкозернистым алмазным кругом,имеет значительно меньшую степень дефектности.Ус^новлена взаимосвязь состояния кромки с уровнем прочности стекла в триплексе на ЧШ. При ориентации неповрежденных режущим роликом кромок стекла в зоне растяжения наблюдается максимальная прочность на уровне 'прочности поверхности при испытаниях на ЦСИ.Средняя прочность резаной кромки в 2,1 раза ниже.Заколы кромки снижают среднюю прочность в 3,0 раза,а посечки - почти в 11 раз.Аналогичная зави- . симость наблюдается и для разрушающе;! нагрузки.

При исследовании адгезионной прочности образцов тонкого триплекса установлено,что средняя адгезионная способность "верхней" поверхности ТПС, на 45 % выше,чем "нижней".Этот эффект может быть объяснен различием химического состава,в частности,повышенным содержанием в поверхностном слое "нижней" поверхности ТПС соединений олова,снижающих по данным Н.Ф.Щепановской Адгезионную способность стекла,а также ионов щелочных металлов.

Асимметрию прочностных и адгезионных свойств термически полированного стекла,а также различную прочность неповрежденной и резаной кромки рекомендовано использовать для улучшения прочностных характеристик и безопасности разрушения композиций тонкого триплекса.

4,ПР0ЧН0СТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ СТЕКОЛ ТРИПНЕКС

Стекла триплекс являются слоистым композиционным материалом, физико-механические свойства которого до конца не изучены.

П целно углубления представлений о механизме его разрушения проведены тензометоические измерения распределения в слоях триплекса при статическом ипгибе.Установлено,что склеивающий" слой оказывает упрочняющее действие на растягиваемую поверхность стекла н ё " (рис.1) ,которое усиливается при увеличении размера образца,уменьшении толщины стекла и пленки и понижении температуры. В симметричных композициях триплекса влияние оклеивающего слоя проявляется в том,что растягивающие напряжения гораздо быстрее растут на поверхности п сС * тыльного стекла,чем на поверхности " ё " (рис.1) ,что приводит к его первоначальному разрушению. В асимметричных композициях эффект упрочнения проявляется в том, что прочность композиция повиааетоя,если контактирующим является более толстый "несущий" слой стекла и его растягиваемая поверхность " 4 " упрочняется клеящей пленкой.Таким образом,прочность сит,матричных композиций определяется прочностью тыльного слоя стекла,а прочность асимметричных - прочностью слоя стекла»тлеющего большую толщину.

При ударном воздействии в триплексе возникают контактные напряжения в точке удара и изгибные растягивающие на тыльной стороне пластины.Расчеты по известным формулам теории удара .с учетом теории Герца и квазистатической концепции Глэферта и Престона показали,что с уменьшением толщины триплекса изгибные напряжения возрастают,а контактные снижаются,что свидетельствует о рассредоточении нагрузки и уменьшает вероятность оквозного пробивания более гибких композиций»

С помощью усовершенствованной методики ЧНИ и методики испытаний на однократный удар исследовано влияние толщины стекла и ориентации его поверхностей на несущую способность , прочность при статическом изгибе и сопротивление ударному разрушению стальным шаром массой 0,227 кг.В связи с асимметрией прочностных и адгезионных свойств исходного ТПС испытания на изгиб и удар производим при четырех различных вариантах ориентации его поверхностей,показаниях на рис.2.Результатн испытаний для двух наиболее важных в практическом отношении вариантов ориентации 2 и 4 (рис.2) приведены в таблице 2.

«««»»« . . . ai

«».»««««« « « « »

'_il

rrci

«»«Я«»!«»»»»«»

3'.

Il

zr

AT

3

-2T

If......

~7\

Рис.2.Варианты ориентациии поверхностей ТПС в триплексе.Точками' обозначена "нижняя" повефхкость ТПС4

Таблица 2

Композиции триплекса 'Вариант 'ориентации •поверхностей ТПС ' ! Средняя !разрушаю-!щая натруз-!ка, Г Сшдняя прочность на ЧПИ, ■ МПа ! Среднее ¡сопротивление '.ударному разрушению, Дж

2,8/2,6 2 4 979 1477 120 181 1,36 1,95

' 2,2/2,2 2 4 673 1063 130 205 1,08 1,41

2,8/1,6 Х 2 4 707 1145 138 •203 1,13 1,52

1,6/2,8х 2 4 585 1043 129 . 191 1,00 1,34

1,6/1,6 2 4 ■ 396 630 136 217 ' 0,90 1,18

Примечание: первая цифра - толщина слоя стекла (мм) ,на который воздействует нагрузка ( контактирующий слой) »вторая - толщина тыльного слоя стекла.

Данные таблицы 2 показывают,что при снижении толщины триплекса разрушающая нагрузка быстро снижается,что влечет за собой

сютение конетрукционноЯ прочности ж надежности изделий в эксплуатации. Замена промышленного варианта 2 ориентации поверхностей ТПС на вариант 4 позволяет увеличить разрушающую нагрузку на 58 % I сопротивление ударному разрушению на 23 5?. При этом прочностные характеристики триплекса сохраняются на требуемом уровне при снижении его толщины с 6,4 до 5,2 мм без упрочнения исходного стэк-ла.Некоторое повышение средней прочности на изгжб и удар обеспечивает использование асимметричной композиции 2,8/1,6 с увели-'ченной' толщиной контактирующего слоя стеклагчто можно рассматривать как дополнительный резерв упрочнения.Ораентация неповрежденной кромки стекол в растяжении по варианту 4 увеличивает несущую способность и прочность на изгиб в 2,1 раза,что позволяет скомпенсировать их снижение в тонких композициях триплекса толщиной 5,2 мм.

Исследовано влияние адгезионной прочности и толщины стекла на безопасность разрушения триплекса.При увеличении адгезионной прочности сопротивление триплекса сквозному пробиванию снижается, что объясняется ограничением высокоэластлческой деформация скло-зващего слоя.При адгезионной прочности выше 12 МПа изделия не выдерживают стандартных испытаний на сквозное пробивание стальным шаром массой 2,26 кг.Дри ¡такой адгезионной прочности увеличивается масса отделяющихся осколков.Установлен оптимальный интервал адгезионной прочности триплекса с границами 3,5-12 МПа, которые определяются требованиями международных стандартов. -

Проведены замеры прогибов крупногаорматных образцов различ-' ных композиций триплекса в момент разрушения.Показано,что гибкость и амортизирующая способность остекления возрастает при уменьшении толщины стекла,причем симметричные композиции обладают более высокой амортизирующей способностью,чем асимметричные. При,снижении толщины стекла в триплексе снижается диаметр .тошно-видных осколков,удерживаемых пленкой ..индекс порезов и масса отделяющихся осколков стекла.Безопасность разрушения при этом воз- -растает (табл.3 ) .

Наиболее безопасной является ультратонкая симметричная композиция 1,6/1,6 толщиной 4,0 юл.Из тонких композиций с номинальной толщиной 5 мм наиболее безопасной является симметричная композиция 2,2/2,2.Рекомендуемый варзант 4 ориентации поверхностей ТПС (рис.2 ) обладает более высокой безопасностью

по сравнению с промышленным вариантом 2 при ударе изнутри салона автомобиля и одновременно максимальной ударопрочностью при динамическом воздействии извне.

Таблица 3

Характеристики ! Композиции триплекса

безопасности !-;-г

разрушения ¡2,8/2,8 I 2,2/2,212,8/1,6 !1,6/2,8 ! 1,6/1,6

^Амортизирующая способность, кН 55,0 45,5 53,2 54,1 34,6

2.Ицдекс порезов, лог.единиц 5,14 4,96 4,73 5,11 4,69

3.Масса отделязр-щихся бскол- ■ ков,г • 3,22 НА ■ 1,87 ' 3,19 1,83

4.Сквозное пробивание Нет Нет Нет Нет Нет

5.Обобщенный критерий безопасности, усл. ед. 0,499 0,588 0,555 • 0,505 0,711

5.РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОМ КОМПОЗИЦИИ ТОНКОГО ТРИПЛЕКСА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

На основании результатов исследований физико-механических характеристик различных композиций триплекса установлено,что оптимальными свойствами с точки зрения прочности,безопасности разрушения и технологичности изготовления обладает симметричная композиция на основе ТПС толщиной 2,2 мм с ориентацией "верхних" поверхностей и'неповрежденных кромок в зоне растяжения (по варианту 4 на рис.2 ) »обращенной в салон автомобиля.На основе оптимальной композиции разработан новый вид изделий - ветровые стекла для перспективных моделей легковых автомобилей ВАЗ-2108,ВАЗ-2109.

Исследована взаимосвязь толщины стекла с технологическими параметрами производства триплекса.Разработаны оптимальные технологические параметры производства и рекомендации по промышленной технологии:

l.Ha операции резки стекла с целью сохранения прочности кромки "верхней" поверхности и увеличения ресурса режущею ролика рекомендовано наносить рез на "нижнюю" поверхность ТПС.В связи со гнилением"разрушающей нагрузки в тонком стекле предложено снизить нагрузку на ролик с 0,16 до 0,12 МПа.

-15' 2.С целью уменьшения цешектпости кромки,поншения прочности и несущей способности ветровых стекол обработку кромок стекла рекомендуется производить с помощь о "плавающего" мелкозернистого(А12 ) алмазного круга при окружной скорости 25 м/с.

3.На операции моллирования проведены исследования кинетшш нагрева парных заготовок тонкого (2,2 мм) стекла и предлочен новый экономичный режим ж нагрева в двухканальной печи моллировашя. ■ • Температура по зонам печи:1- 450°С;2 - 580°С;3 - 650°С;4 -.720°С;

-5'- 570°С;6 - 54С"С;7 - 5Ю°С;8 - 480вС;9 - 44СС.Использование этого режима позволяет снизить температурные градиенты по плоскос-. тп и толщине стекла,устранить асимметрию нагрева,уменьшить бой стекла на рамках »улучшить геометрические параметры гнутых парных заготовок,получить экономии электроэнергии 2,22 кБт.ч/кв.м за счет снижения мощности нагревателей "оркамерн и камеры предварительного нагрева.•

4.С целью улучшения поочностннх характер.;ст.пс ветровгх стекол на операции сборки пакетов предложено ориентировать "верхние" поверхности ТПО и неповрежденные крепки стекла с вогнутой сторона изделий в соответствии с вариантом 4 р::с.2.Лдя уменьшения изгибающих нагрузок на операциях сборки,укладки,упаковки предложено использовать промншлешше роботы по типу " Тамглас".

5.На операции прессования в автоклаве проведены исследования кинетики нагрева и охлаждения с помощью термопар,установлена возможность сокращения цикла прессования тонкого (5,2 ш ) триплекса на 20 м'1н,рекомевдован сокращенный 105-минутный цикл прессования,обеспечивающий экономию электроэнергии 0,21 кВт.ч/кв.м и позволяющий получить за счет повышения производительности автоклавов на 18 % одну дополнительную прессовку каждые две смены. .

По разработанным технологическим параметрам выпущена опытно-промышленная партия ветровых стекол триплекс для перспективных легковых- автомобилей ВАЗ-2108,ВАЗ-2109 в количестве 2000 шт,освоено их промышленной производство на Борском стекольном заводе. К концу 1990 г. изготовлено более'I млн.кп.м нового вида изделий, экономический эсТгёект составил 430 тыс.руб.Дополнительный эМект может быть получен в сфере применения.По расчетам НАШ снижение толщины ветрового остекления на I юл соответствует снижению массы на 2,5 кг я уменьшению расхода бензина на годовой выпуск автомобилей 1990 г. на 2 млн.л,что соответствует ориентировочной сумме экономического эспФекта 800 тыс.руб. .

Тонкие ветровые стекла триплекс с.оптимальной ориентацией поверхностей и кромок являются изделиям; с новыми свойствами.При массе 1 кв.м,меньшей на 2,5 кг,они не уступают стеклам обычной толщины 6,4 мм по ударопрочности и несущёй способности и превосходят их по гибкости и безопасности разрушения.Гэсударственные квалификационные испытания показали,что они соответствуют всем требованиям ГОСТ-5727 и международных Правил ЕЭК-ООН № 43.Ветровые стекла автомобилей ВАЗ-2108,2109 успешно проищи омологационные испытания на полигоне ЮТАК во Франции.В ГОСТ 5727-89 и ТУ-21-23-208-89 внесены' ' соответствующие изменения,

' ЗАКЛЮЧЕНИЕ • .

На основании проделанной работы сделаны следующие выводы.

1.Установлено,что ориентация неповрежденных режущим роликом кромок стекла в зоне растяжения,обращенной в салон автомобиля,увеличивает несущую способность и прочность триплекса на изгиб в 2,1 раза,а ориентация в растяжении более прочных "верхних" поверхностей термически полированного стекла (ТПС) увеличивает несущую способность на 58 %,а сопротивлениеударному разрушению на 23 %,что позволяет .повысить прочностные характеристики тонких (5,2 мм) композиций до уровня триплекса обычной толщины 6,4 мм без упрочнения исходного стекла.

2»Показано,что прочность симметричных композиций триплекса определяется прочностью тыльного по отношению к нагрузке слоя стекг-ла,а .прочность асимметричных-прочностью-слоя стекла,имеющего большую толщину.Склеивающий слой оказывает упрочняющее .действие на контактирующий с нагрузкой слой стекла,которое усиливается" от 3-4 до 20-25 ^(от величины растягивающих напряжений) при увеличении размера образца,снижении толщины стекла и пленки,Прочностные свойства асимметричных композиций возрастают,если более толстый слой стекла является контактирующим,

'3.Показано,что безопасность триплекса повышается при уменьшении толщины с 6,4 до 4,0 мм за счет повышения гибкости в 1,9 раза» снижения диаметра удерживаемых осколков в 2,5 раза и массы отделяющихся осколков стекла в 1,8 раза.Снижение толщины триплекса до -5,2 мм обеспечивает оптимальное сочетание прочностных свойств и характеристик безопасности.Ориентация более прочных поверхностей ТПС в направлении салона автомобиля обеспечивает максимальную уда-ропрочность композиции при ударе снаружи и максимальную безопасност пр$ ударе изнутри салона,Асимметричные композиции обладают кескольк

более высоко;' ударопрочностью.но уступают по амортизирующей спо-» собности(на 17 %)та безопасности симметричной композиции равной ТЙЛЩИНЬ'.

4.Гсхоля требований ГОСТ 5727 и международных Правил ЕЭК--ООН ¡Ь 43 по безопасности разрушения определены границы оптимального интервала адгезионной прочности в стеклах триплекс 3,5-12,0 ГД1а, обеспечивающие отсттотЕие сквозного цг.обквбкия и надежное удержание осколкоь стекла клеящей пленкой.

5.Усовершенствованы методики испытаний прочности и безопасности разрушения стекол тргплекс.'Еь'Еедега Горг/.ула для расчета нера;* ет-ра К^ позволявшая применить методику четырехточечного поперечного изгиба к композициям триплекса произвольных толщин и размеров,предложена методика количественной оценки безопасности триплекса с помощью обобщенного критерия,учитывающего амортизирующую способность остекления и вероятность'порезов.

6.Разработана композиция тонкого триплекса толщиной 5,2 мм с оптимальной орлентапиеиповерхносте:: и кромок,не уступающая триплексу обычной толщины' 6,4 мм по несущей способности,ударосрочкостк. п превосходящая его по гибкости и безопасности.Еа ее основе разработан новый вид изделий-ветровые стекла легковых автомобилей•ВАЗ-2108,2109.

7.Установлена,взаимосвязь толщины исходного стекла с технологическими параметрами производства триплекса. Уточнены параг/етры резки,обработки кромок стекла,разработан экономичный режим моллиро-вания парных заготовок (экономия электроэнергии 2,22 кВт.ч/кв.м) и ' сокращенный на 20 мин цикл прессования в автоклаве.Разработаны рекомендации по промышленной технологии,выпущена опытная партия и освоено промышленное производство нового вида изделий. Экономически!: эффект в сфере производства за счет экономии сырья,электроэнергии и повышения производительности оборудования составил 430 тыс.руб,в сфере применения за счет снижения массы автомобиля и экономии бен-зина-800 тыс.рубина 1990'г).

в.Государственные квалификационные испытания и омологационные испытания за рубежом показали,что тонкие ь^троьье стерла автомобиле!" ВАС—2108,2109 полностью соответствуют требованиям международных стандартов.В ГОСТ 5727-89 и ТУ 21-23-208-89 внесены'соответствующие изменения.

А

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих печатных.работах:

I.Чугунов A.M.Исследование механической прочности утоненного триплекса,- Сб.ГИС "Химия к технология стекла ж ситаллов".М., 1983,с.53.

2.Капров А.И..Чугунов А.М.,Гусельникова В.Н..Богатырев Л.С. Асимметрия прочности исходного утоненного стекла л триплекса на его основе.-Отекло * керамжка"1983,№ 1,с.Ю.

З.Чугуиов А.М.,Капров А.И.,1усельникова В.Н.Адгезионная связь в стеклах триплекс.- "Стекло и керамика",19853,c.II.

4.Максимов В.В.,Коробкин Н.П.,Щутов А.И.Држпунова И.И., Легошии Г.М.,Чугун°в д.м. Ветровые многослойные стекла тонких номиналов.для автомобиля ВАЗ-2108,- "Стекло к керамика",1985, № 10,с.25.

5.Чугунов А.М.',Легошин Г.М.,Кондратов В.И..Копылов О.М. Уменьшение толщины триплекса. -"Стекло и керамика",1986,№ 10, с. 4.