探究高铁风挡玻璃性能研究与工艺技术

李桂琴 张瑞 时海元 乔雷 闫铭

摘要：随着高铁的快速发展，高铁列车的速度也越开越快，对于列车零部件的要求也越来越高，对于高铁风挡玻璃的性能研究也愈发重视。本文主要针对高铁风挡玻璃的技术、性能要求，详细的分析了风挡玻璃的一些性能与功能设计。

关键词：高铁；风挡玻璃；性能；工艺

我国占地面积广，人口众多，高铁的快速发展解决了我国大规模人口流动的问题。随着城市人口的持续增长，城市内的交通拥堵问题十分严重，为了解决因城市人口增加带来的交通压力，高铁进入了公共交通的快速发展时期。从2003年起，我国高铁呈现出持续发展的阶段，高铁的速度持续增长，覆盖城市越来越多，对国家的经济发展起到了重要的作用。铁路在国内交通的作用和地位愈发重要，为建设我国环境保护型、资源节约型以及国家节能减排发挥着不可替代的作用。

一、高铁对车窗风挡玻璃性能的要求

列车速度的持续提高，对于列车的重要部件（车窗风挡玻璃、门窗玻璃）的性能要求越来越高。作为高速列车的风挡玻璃，无论是设计上，还是力学、环境适应性、光学都应该满足我国相关部门制定的标准。同时，因要面对外界环境的变化，风挡玻璃需具备除雾、除霜的能力，所以需要满足加热性能的相关要求。在所有需要满足的性能中，风挡玻璃的加热性能与力学抗冲击性能是较难解决的问题。

（一）力学性能方面的要求

高铁因速度的提高对风挡玻璃的力学抗冲击性能要求十分严格，风挡玻璃需要具备耐高速冲击的性能，需要承受高速物品的撞击且不能穿透，保障车内人员的安全。若是风挡玻璃的强度不够，当列车从隧道中驶出，在寒冷的区域或季节运行，使用电热除霜等时，列车的玻璃可能会突然破碎，这些都会威胁高铁的运行安全和稳定性。

例如，2013年由南开开往北京的一趟列车，在行驶的过程中一只鸽子撞到了风挡玻璃，列车的风挡玻璃由撞击点呈发散状向周边扩散，像蛛网一样，使得整个裂纹占据了整个风挡玻璃的一半，这对列车的运行安全与稳定产生了巨大的影响。因此，风挡玻璃对撞机的抗击性能对高铁的发展有重要的影响，需要不断的进行研究，并不断的提高风挡玻璃的抗击性能。

（二）风挡玻璃的电加热性能

电加热玻璃是一种光透明材料，具有一定的透光率，通电之后可以进行加热。电加热玻璃的主要功能是充分的保障驾驶员有良好的视野，特别是在恶劣环境条件下如冰雪天气、霜冻、大雾等，通过加热玻璃给列车司机提供良好的视野，以便于观察路况与信号信息，保障列车的出行安全。电加热性能对风挡玻璃的寿命、功能、可靠性等有着不可忽视的影响，电加热玻璃的质量与技术对列车的安全运行起重要作用，虽然在列车的总价值中所占比例较小，但却发挥着至关重要的作用。随着列车的运行速度的持续提高，玻璃表面的热传导以及空气强制对流速度加快，对玻璃表面的散热速度要求越来越高，因此，为了确保玻璃在高速行驶下的加热性能，必须进行科学合理的电学性能设计，进而达到通过加热除霜、除雾、去冰的要求。与此同时，风挡玻璃还需要保障加热的均匀性，以免因局部受热、加热不均而引起玻璃炸裂、夹层气泡等问题。

二、高铁风挡玻璃的制造工艺研究

高铁的风挡玻璃主要是由玻璃、电加温元件、夹层胶片与防飞溅层通过胶合的方式加工而成，整个设计制造是一个十分复杂的过程，不仅要考虑其外观的造型、尺寸等是否完美结合，还需要考虑客户对技术方面的要求以及对应的指标，通过各种方法进行优化玻璃的设计。使得玻璃具备耐抗击性、电热学性能、耐环境老化性能以及良好的视野性能等。

（一）风挡玻璃预处理工艺

根据客户提供的风挡玻璃设计图，将三维模型转换成二维图形用于切割识别。初次切割好的玻璃进行清洗、磨边、烘干等步骤，进而得到内外片，玻璃在磨边时需要保证磨边的质量，防止因磨边质量差而引起的破裂。根据客户质量要求对玻璃片进行丝网印刷，使得玻璃表面形成一层耐高温的陶瓷釉料，进而隔绝紫外线，遮掩车体边框，达到美化视觉效果的目的。

（二）玻璃复杂形状的热弯处理

对于复杂形状的双曲面玻璃在热弯处理时一般采用实心模具，以保障玻璃的弯曲度和曲面一致，使得玻璃不会弯曲过度，对于操作人员的专业技术要求极高，但是该种方法制作周期较长，在烧制过程中容易使得玻璃表面出现麻点，热弯工艺会对玻璃的质量有着重要的影响，需要确保玻璃的吻合一致，进而保障良好的光学性能。

（三）玻璃的超强钢化处理

高铁列车对玻璃的抗冲击性要求极高，必须对玻璃进行特殊的强化处理。提高玻璃强度的方法有：高温型离子交换法、低温型离子交换法、脱碱法、表面结晶法、碳酸钠强化法等。高温型离子交换法主要是将含Na₂O或K₂O的玻璃侵入锂的熔盐中，使玻璃中的Na⁺或与熔盐中的Li⁺相交换，同时，若玻璃中含有AL₂0₃、TiO₂等成分时，通过离子交换，能产生p-锂霞石结晶，可得到强度高达700 MPa的玻璃。低温离子交换法用K

⁺与Na⁺离子交换，使K⁺进入表层的方法提高玻璃的强度，处理方法简单，且不会对玻璃表面透明度与外形造成损坏。脱碱法在含亚硫酸气体与水分的高温环境中，利用Pt催化剂处理玻璃，使Na⁺离子与亚硫酸反应，使表面层成为富SiO₂层，对Na₂O+CaO+SiO₂玻璃可用，但效果并不是那么明显。表面结晶法通过热处理在表层形成低膨胀系数的微晶体，从而使之强化。硅酸钠强化法是硅酸钠的水溶液中在100摄氏度以上数个大气压下处理，从而得到难以划伤表层的高强度玻璃。

（四）玻璃防飞溅工艺处理

列车运行过程中，遇到外来物体的撞击容易导致玻璃碎裂，严重影响列车的运行安全，因此，高铁的风挡玻璃必须具备极强的抗击性能与防飞溅性能。可以使用一些超强复合性材料，提高玻璃的抗击性能与防飞溅性能，也可以通过贴防飞溅膜来预防因玻璃破碎产生的飞溅物对列车司机造成安全隐患。

结束语

综上所述，高铁的快速发展对列车的各个零部件都提出了更高的要求，国内的列车制造必须适应高铁的快速发展，加快列车各个零部件的技术研发，提高列车各方面的性能。列车的风挡玻璃也需要提高抗冲击性、安全性、防飞溅性、电加热性能等方面的性能，为我国高速列车的发展做出贡献。

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