防彈玻璃探索研究與實(shí)踐＊

孟秀華 龐曉光

（1.河北建材職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北秦皇島 066004；2.中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心，北京 100024）

0.引言

軍用車輛等交通運(yùn)輸工具采用防彈玻璃可以最大限度地減少炸彈爆炸沖擊波以及子彈射擊對(duì)車輛和人員的傷害。防彈玻璃要抵抗炸彈的爆炸沖擊，玻璃必須有足夠的強(qiáng)度和韌性。目前的防彈玻璃的防彈能力雖然能夠滿足要求，但總體厚度超厚，造成車身自重增加、能耗高，車輛載彈量降低，行駛速度上不去，為此降低防彈玻璃厚度，減輕車身自重，進(jìn)一步提高防彈能力是擺在玻璃技術(shù)領(lǐng)域的首要問題。

1.防彈玻璃的概念

防彈玻璃是一種可以在某種當(dāng)量的炸彈爆炸攻擊下，玻璃未脫離框架，保持完好或非穿透性破壞的一種高安全性能的特種玻璃。目前的防彈玻璃主要是由無機(jī)玻璃和有機(jī)膠片通過高溫高壓復(fù)合而成的夾層玻璃。安全型防彈玻璃在受到槍擊后，其非彈著面無飛濺物，不對(duì)人體構(gòu)成任何傷害，生命安全型防彈玻璃在受到槍擊后，非彈著面有飛濺物飛濺，但子彈不能穿透玻璃，可能對(duì)人體造成二次傷害。防彈玻璃分為三大系列，第一是航空防彈玻璃，第二是車輛、船舶用防彈玻璃，第三是銀行用防彈玻璃。

2.影響防彈玻璃防彈能力的因素

（1）無機(jī)玻璃的厚度和強(qiáng)度的影響。防彈玻璃的主要原材料是無機(jī)玻璃和有機(jī)膠片，無機(jī)玻璃的強(qiáng)度越高防彈能力越強(qiáng)。相同材料和工藝生產(chǎn)的防彈玻璃，其防彈能力隨著厚度的增加而增強(qiáng)。用高鵬硅玻璃或高鋁玻璃做無機(jī)材料比用普通浮法玻璃生產(chǎn)的防彈玻璃強(qiáng)度高得多[1]。（2）有機(jī)膠片韌性的影響。有機(jī)膠片材料種類繁多，但其硬度和韌性各不相同，有機(jī)膠片的韌性越好防彈能力越強(qiáng)。如使用SGP膠片的防彈玻璃比用PVB膠片制造的防彈玻璃的防彈能力強(qiáng)。（3）材料組合方式的影響。SGP膠片夾層防防彈玻璃其單片無機(jī)玻璃的排列從著彈面到背彈面的厚度逐漸減小時(shí)其防彈能力會(huì)有所增加，特別是在最后面的一層玻璃越薄其防彈效果越好，因?yàn)檫@樣排列可以減少飛濺物的數(shù)量，從而減少二次傷害。有機(jī)板材和無機(jī)玻璃組合的防彈玻璃中有機(jī)材料所占的比例越大防彈能力越強(qiáng)，有機(jī)板材置于背彈面產(chǎn)生飛濺物的幾率小，從而提高防護(hù)等級(jí)。（4）防彈玻璃生產(chǎn)設(shè)備和參數(shù)的影響。一種防彈玻璃是用夾層玻璃的方法生產(chǎn)出來的，在夾層玻璃生產(chǎn)過程中，高壓釜的壓力、溫度對(duì)夾膠效果影響很大。無塵室的溫度、壓力、濕度以及無塵環(huán)境對(duì)夾層玻璃生產(chǎn)也有重大影響。預(yù)壓時(shí)間、溫度、壓力，保溫時(shí)間、壓力、溫度對(duì)夾層玻璃也有較大影響。（5）玻璃的安裝方式的影響。玻璃在安裝時(shí)，玻璃周邊安裝的越牢固，防彈玻璃的防彈能力越差，如果玻璃周邊被固定，玻璃受到?jīng)_擊時(shí)不產(chǎn)生彈性變形，槍彈的沖擊能量不能轉(zhuǎn)變彈性勢(shì)能而是全部成為玻璃的破壞能量，防彈能力則下降。

3.防彈玻璃生產(chǎn)工藝的改進(jìn)措施

3.1 原材料的精選

（1）原片玻璃的選擇。無機(jī)玻璃的硬度和強(qiáng)度對(duì)防彈玻璃性能影響較大。一般采用浮法玻璃做原片材料，但浮法玻璃的硬度和強(qiáng)度普遍偏低，高鋁玻璃的硬度是浮法玻璃的1.6倍，強(qiáng)度是浮法玻璃的1.8倍，因此原片玻璃采用高鋁玻璃可以降低防彈玻璃的總厚度，起到降重提強(qiáng)的作用。（2）膠片的選擇。防彈玻璃是夾膠玻璃的一種，膠片的質(zhì)量直接影響防彈玻璃的防彈效果。一般使用PVB膠片，PVB膠片與玻璃之間是靠氫鍵結(jié)合，SGP膠片與玻璃之間是離子鍵結(jié)合，其粘結(jié)力是PVB膠片的60倍，故采用SGP膠片可以提高防彈能力。

3.2 生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)

（1）高壓釜的改進(jìn)。夾層玻璃生產(chǎn)的重要設(shè)備是高壓釜，高壓釜是一種高溫、高壓的密閉筒體，將多層無機(jī)玻璃和有機(jī)膠片按設(shè)計(jì)方案進(jìn)行預(yù)合后放入高壓釜內(nèi)，對(duì)內(nèi)部空氣進(jìn)行升溫，在規(guī)定的溫度、壓力下，有機(jī)膠片開始熔化并與無機(jī)玻璃膠黏而成為整體，再逐漸降溫冷卻固化，而成為具有防彈能力的玻璃。在高壓釜內(nèi)，復(fù)合而成的玻璃經(jīng)過升溫、升壓，保溫、保壓，降溫、降壓等三個(gè)環(huán)節(jié)。高壓釜的溫度、壓力是關(guān)鍵參數(shù)，企業(yè)原來的高壓釜由于使用時(shí)間較長，保溫能力下降，溫度和壓力難以控制。為此決定拆除原來的保溫材料，在拆除過程中發(fā)現(xiàn)，原保溫棉有板結(jié)、碎裂、局部脫落等現(xiàn)象，重新更換并嚴(yán)格密實(shí)填充。（2）無塵室的改進(jìn)。夾層玻璃生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的要求極高，尤其是防彈玻璃，要求萬級(jí)無塵室，對(duì)空氣中的微粒、氣氛和其他污染物具有一定的要求，對(duì)室內(nèi)溫度、潔凈度、壓差、氣流分布等也需要按照生產(chǎn)精度進(jìn)行調(diào)整，還要對(duì)有毒有害污染氣體及余熱氣體增添處理和排放系統(tǒng)，滿足生產(chǎn)的功能性和環(huán)保性。增加新風(fēng)空調(diào)箱。主機(jī)風(fēng)量30m3/h，冷量300kW，熱量150kW，高壓微霧加濕353kg/h。同時(shí)配套一組熱泵熱水機(jī)組，滿足供水溫度≥45℃。除此之外還要增設(shè)配套的水系統(tǒng)1臺(tái)15kW的變頻器，機(jī)組配電箱等電氣設(shè)備以維持新增新風(fēng)空調(diào)的電氣需求。增加風(fēng)機(jī)過濾器。通過從吸入頂部空氣并過濾達(dá)到置換空氣，調(diào)節(jié)無塵室潔凈度的需求，配備了6臺(tái)高效過濾器和匹配的群控器，通過模塊化連接使用，并與PLC自動(dòng)控制單元匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)潔凈度的控制調(diào)節(jié)。

3.3 生產(chǎn)工藝參數(shù)的調(diào)整

（1）預(yù)壓時(shí)間、溫度、壓力參數(shù)調(diào)整。受熱不均勻是夾層玻璃預(yù)壓生產(chǎn)面臨的最主要的問題，傳統(tǒng)的預(yù)壓機(jī)受限于加熱方式的原因及玻璃尺寸不一、玻璃受熱變化、進(jìn)爐速度控制等因素的影響，玻璃進(jìn)入預(yù)壓機(jī)加熱過程中容易出現(xiàn)爐內(nèi)溫度均勻性不好，導(dǎo)致玻璃局部受熱不足或過熱的情況，從而影響排氣封邊效果，導(dǎo)致玻璃在高壓后不合格。原來預(yù)壓溫度設(shè)置在140℃～260℃，采用的是紅外輻射加熱爐加熱，經(jīng)過查閱資料，改為強(qiáng)制對(duì)流加熱，溫度設(shè)置最高僅為150℃，強(qiáng)制對(duì)流預(yù)壓爐溫度設(shè)置分為兩上部90℃，下部90℃，加熱均勻性明顯提高，并且做到了節(jié)能降耗。（2）保溫、保壓時(shí)間調(diào)整。根據(jù)不同種類的膠片和無機(jī)玻璃的組合，高壓釜的保溫保壓時(shí)間不同，以前為了玻璃和膠片能夠更好的膠結(jié)在一起，采用高溫、高壓、長時(shí)間的保溫方式，造成空壓機(jī)負(fù)荷重、能耗高、噪音大。為此適當(dāng)降低了保溫時(shí)間，由原來的1h左右降低到15min～20min。（3）合片室溫度、濕度調(diào)整。夾膠玻璃合片是在合片室里完成的，對(duì)合片室的要求：潔凈度必須高，潔凈度應(yīng)凈化至十萬級(jí)；員工應(yīng)具有和凈化條件相適應(yīng)的服裝及工具；合片室溫度控制在18℃～25℃，儲(chǔ)藏室的溫度控制在18℃～25℃，相對(duì)濕度控制在20%～25%左右[2]；上下兩層玻璃之間應(yīng)對(duì)齊，疊差不超過0.5mm；SGP等膠片和玻璃之間必須保持潔凈。

4.防彈玻璃實(shí)彈測(cè)試

厚度分別為36.42mm、36.7mm和37.56mm的防彈玻璃，無機(jī)玻璃材料為為高鋁化學(xué)鋼化玻璃、微晶玻璃、高硼硅玻璃、超白玻璃等，有機(jī)膠片采用PVB膠片、SGP膠片、PU膠片和PC板[3]。三塊樣品在常溫、常濕、100m射距條件下，經(jīng)3發(fā)53式7.62mm普通彈（鋼心）的有效射擊，均未被穿透，樣品背面光滑無飛濺物，打靶試驗(yàn)均為合格。從原有的39mm到36.7mm厚度，整車玻璃減重在10kg以上。

厚度為33.81mm防彈玻璃，采用的材料為高硼硅玻璃、高鋁化學(xué)鋼化玻璃，有機(jī)膠片為SGP膠片、PU膠片和PC板。二塊樣品在常溫、常濕、100m射距條件下，經(jīng)3發(fā)53式7.62mm普通彈（鋼心）的有效射擊，均未被穿透，樣品背面光滑無飛濺物，打靶試驗(yàn)均為合格。從原有的39mm到33.81mm厚度，整車玻璃減重在20kg以上。

5.結(jié)語

隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)防彈玻璃的需求越來越多，保證防彈能力，降低防彈玻璃的厚度，不但具有巨大的經(jīng)濟(jì)意義還有重大的社會(huì)意義和政治意義。