防弹玻璃探索研究与实践＊

时间：2024-05-19

孟秀华庞晓光

（1.河北建材职业技术学院，河北秦皇岛 066004；2.中国建筑材料检验认证中心，北京 100024）

0.引言

军用车辆等交通运输工具采用防弹玻璃可以最大限度地减少炸弹爆炸冲击波以及子弹射击对车辆和人员的伤害。防弹玻璃要抵抗炸弹的爆炸冲击，玻璃必须有足够的强度和韧性。目前的防弹玻璃的防弹能力虽然能够满足要求，但总体厚度超厚，造成车身自重增加、能耗高，车辆载弹量降低，行驶速度上不去，为此降低防弹玻璃厚度，减轻车身自重，进一步提高防弹能力是摆在玻璃技术领域的首要问题。

1.防弹玻璃的概念

防弹玻璃是一种可以在某种当量的炸弹爆炸攻击下，玻璃未脱离框架，保持完好或非穿透性破坏的一种高安全性能的特种玻璃。目前的防弹玻璃主要是由无机玻璃和有机胶片通过高温高压复合而成的夹层玻璃。安全型防弹玻璃在受到枪击后，其非弹着面无飞溅物，不对人体构成任何伤害，生命安全型防弹玻璃在受到枪击后，非弹着面有飞溅物飞溅，但子弹不能穿透玻璃，可能对人体造成二次伤害。防弹玻璃分为三大系列，第一是航空防弹玻璃，第二是车辆、船舶用防弹玻璃，第三是银行用防弹玻璃。

2.影响防弹玻璃防弹能力的因素

（1）无机玻璃的厚度和强度的影响。防弹玻璃的主要原材料是无机玻璃和有机胶片，无机玻璃的强度越高防弹能力越强。相同材料和工艺生产的防弹玻璃，其防弹能力随着厚度的增加而增强。用高鹏硅玻璃或高铝玻璃做无机材料比用普通浮法玻璃生产的防弹玻璃强度高得多[1]。（2）有机胶片韧性的影响。有机胶片材料种类繁多，但其硬度和韧性各不相同，有机胶片的韧性越好防弹能力越强。如使用SGP胶片的防弹玻璃比用PVB胶片制造的防弹玻璃的防弹能力强。（3）材料组合方式的影响。SGP胶片夹层防防弹玻璃其单片无机玻璃的排列从着弹面到背弹面的厚度逐渐减小时其防弹能力会有所增加，特别是在最后面的一层玻璃越薄其防弹效果越好，因为这样排列可以减少飞溅物的数量，从而减少二次伤害。有机板材和无机玻璃组合的防弹玻璃中有机材料所占的比例越大防弹能力越强，有机板材置于背弹面产生飞溅物的几率小，从而提高防护等级。（4）防弹玻璃生产设备和参数的影响。一种防弹玻璃是用夹层玻璃的方法生产出来的，在夹层玻璃生产过程中，高压釜的压力、温度对夹胶效果影响很大。无尘室的温度、压力、湿度以及无尘环境对夹层玻璃生产也有重大影响。预压时间、温度、压力，保温时间、压力、温度对夹层玻璃也有较大影响。（5）玻璃的安装方式的影响。玻璃在安装时，玻璃周边安装的越牢固，防弹玻璃的防弹能力越差，如果玻璃周边被固定，玻璃受到冲击时不产生弹性变形，枪弹的冲击能量不能转变弹性势能而是全部成为玻璃的破坏能量，防弹能力则下降。

3.防弹玻璃生产工艺的改进措施

3.1 原材料的精选

（1）原片玻璃的选择。无机玻璃的硬度和强度对防弹玻璃性能影响较大。一般采用浮法玻璃做原片材料，但浮法玻璃的硬度和强度普遍偏低，高铝玻璃的硬度是浮法玻璃的1.6倍，强度是浮法玻璃的1.8倍，因此原片玻璃采用高铝玻璃可以降低防弹玻璃的总厚度，起到降重提强的作用。（2）胶片的选择。防弹玻璃是夹胶玻璃的一种，胶片的质量直接影响防弹玻璃的防弹效果。一般使用PVB胶片，PVB胶片与玻璃之间是靠氢键结合，SGP胶片与玻璃之间是离子键结合，其粘结力是PVB胶片的60倍，故采用SGP胶片可以提高防弹能力。

3.2 生产设备的改进

（1）高压釜的改进。夹层玻璃生产的重要设备是高压釜，高压釜是一种高温、高压的密闭筒体，将多层无机玻璃和有机胶片按设计方案进行预合后放入高压釜内，对内部空气进行升温，在规定的温度、压力下，有机胶片开始熔化并与无机玻璃胶黏而成为整体，再逐渐降温冷却固化，而成为具有防弹能力的玻璃。在高压釜内，复合而成的玻璃经过升温、升压，保温、保压，降温、降压等三个环节。高压釜的温度、压力是关键参数，企业原来的高压釜由于使用时间较长，保温能力下降，温度和压力难以控制。为此决定拆除原来的保温材料，在拆除过程中发现，原保温棉有板结、碎裂、局部脱落等现象，重新更换并严格密实填充。（2）无尘室的改进。夹层玻璃生产对环境的要求极高，尤其是防弹玻璃，要求万级无尘室，对空气中的微粒、气氛和其他污染物具有一定的要求，对室内温度、洁净度、压差、气流分布等也需要按照生产精度进行调整，还要对有毒有害污染气体及余热气体增添处理和排放系统，满足生产的功能性和环保性。增加新风空调箱。主机风量30m3/h，冷量300kW，热量150kW，高压微雾加湿353kg/h。同时配套一组热泵热水机组，满足供水温度≥45℃。除此之外还要增设配套的水系统1台15kW的变频器，机组配电箱等电气设备以维持新增新风空调的电气需求。增加风机过滤器。通过从吸入顶部空气并过滤达到置换空气，调节无尘室洁净度的需求，配备了6台高效过滤器和匹配的群控器，通过模块化连接使用，并与PLC自动控制单元匹配，实现对洁净度的控制调节。

3.3 生产工艺参数的调整

（1）预压时间、温度、压力参数调整。受热不均匀是夹层玻璃预压生产面临的最主要的问题，传统的预压机受限于加热方式的原因及玻璃尺寸不一、玻璃受热变化、进炉速度控制等因素的影响，玻璃进入预压机加热过程中容易出现炉内温度均匀性不好，导致玻璃局部受热不足或过热的情况，从而影响排气封边效果，导致玻璃在高压后不合格。原来预压温度设置在140℃～260℃，采用的是红外辐射加热炉加热，经过查阅资料，改为强制对流加热，温度设置最高仅为150℃，强制对流预压炉温度设置分为两上部90℃，下部90℃，加热均匀性明显提高，并且做到了节能降耗。（2）保温、保压时间调整。根据不同种类的胶片和无机玻璃的组合，高压釜的保温保压时间不同，以前为了玻璃和胶片能够更好的胶结在一起，采用高温、高压、长时间的保温方式，造成空压机负荷重、能耗高、噪音大。为此适当降低了保温时间，由原来的1h左右降低到15min～20min。（3）合片室温度、湿度调整。夹胶玻璃合片是在合片室里完成的，对合片室的要求：洁净度必须高，洁净度应净化至十万级；员工应具有和净化条件相适应的服装及工具；合片室温度控制在18℃～25℃，储藏室的温度控制在18℃～25℃，相对湿度控制在20%～25%左右[2]；上下两层玻璃之间应对齐，叠差不超过0.5mm；SGP等胶片和玻璃之间必须保持洁净。

4.防弹玻璃实弹测试

厚度分别为36.42mm、36.7mm和37.56mm的防弹玻璃，无机玻璃材料为为高铝化学钢化玻璃、微晶玻璃、高硼硅玻璃、超白玻璃等，有机胶片采用PVB胶片、SGP胶片、PU胶片和PC板[3]。三块样品在常温、常湿、100m射距条件下，经3发53式7.62mm普通弹（钢心）的有效射击，均未被穿透，样品背面光滑无飞溅物，打靶试验均为合格。从原有的39mm到36.7mm厚度，整车玻璃减重在10kg以上。

厚度为33.81mm防弹玻璃，采用的材料为高硼硅玻璃、高铝化学钢化玻璃，有机胶片为SGP胶片、PU胶片和PC板。二块样品在常温、常湿、100m射距条件下，经3发53式7.62mm普通弹（钢心）的有效射击，均未被穿透，样品背面光滑无飞溅物，打靶试验均为合格。从原有的39mm到33.81mm厚度，整车玻璃减重在20kg以上。