Η τεχνολογία κρυστάλλων στο αυτοκίνητο

Πέρα από τα τετραγωνικά βαμμένης λαμαρίνας και τα δεκάδες κιλά των πολυμερών υλικών το γυαλί είναι το υλικό που χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στα σύγχρονα αυτοκίνητα…

Η ανάγκη για μεγαλύτερη ασφάλεια και καλύτερες συνθήκες περιβάλλοντος στο εσωτερικό ενός αυτοκινήτου είναι μερικές μόλις από τις παραμέτρους που έχουν θέσει εδώ και δεκαετίες νέα δεδομένα στην κατασκευή των υαλοπινάκων (τα παρμπρίζ και τα παράθυρα).

Αν τώρα συνυπολογισθεί και η νέα τάση των σχεδιαστών τμημάτων που δημιουργούν αυτοκίνητα με συνεχώς μεγαλύτερες σε έκταση γυάλινες επιφάνειες τότε μπορεί να αντιληφθεί κανείς γιατί οι προμηθευτές υαλοπινάκων το τελευταίο διάστημα τρίβουν τα χέρια τους.

Πριν από μερικά χρόνια τα αυτοκίνητα διέθεταν σχεδόν κάθετες επιφάνειες με μικρές καμπύλες. Ωστόσο, οι ανάγκες για μεγαλύτερους χώρους ώθησαν στην αύξηση των διαστάσεων του αμαξώματος και κατά συνέπεια των γυάλινων επιφανειών. Για παράδειγμα υπάρχουν περιπτώσεις όπου η έκταση των υαλοπινάκων σε ένα MPV ή SUV με ηλιοροφή ξεπερνά τα τέσσερα τετραγωνικά μέτρα.

Περί υαλοπινάκων…

Εκτός λοιπόν από την διαμόρφωση της λαμαρίνας η σχεδίαση των υαλοπινάκων όπως π.χ. το εμπρός παρμπρίζ θα πρέπει να πληροί διάφορες προϋποθέσεις στις οποίες περιλαμβάνεται ο μειωμένος αεροδυναμικός συντελεστής και η διατήρηση των αεροδυναμικών θορύβων σε χαμηλά επίπεδα. Στις προδιαγραφές των δύο παρμπρίζ και των παραθύρων συγκαταλέγεται η απορροφητική ικανότητα της ηλιακής ακτινοβολίας.

Ο συνδυασμός υαλοπινάκων με χαμηλό συντελεστή απορροφητικότητας επηρεάζει άμεσα τις συνθήκες που επικρατούν στον θάλαμο των επιβατών, ειδικά τις περιόδους που επικρατεί έντονη ηλιοφάνεια. Το πρόβλημα αφορά -κυρίως- στην υπέρυθρη (IR) και υπεριώδη ακτινοβολία (Ultraviolet) η οποία διαπερνά το γυαλί και παγιδεύεται στο εσωτερικό του αυτοκινήτου μετατρέποντας το σε θερμοκήπιο (ανάλογο φαινόμενο με αυτό που μαστίζει τον τελευταίο αιώνα τον πλανήτη μας).

Ο εγκλωβισμός των υπέρυθρων ακτινών συμβάλλει στην αύξηση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό επηρεάζοντας την απόδοση του συστήματος κλιματισμού, και αν το πάμε ακόμα παραπέρα, επιβαρύνοντας τον τομέα της κατανάλωσης. Επίσης, συντελεί στο πρόωρο ξεθώριασμα των υλικών όπως είναι τα πλαστικά του ταμπλό, η επένδυση των καθισμάτων κ.α.

Οι περισσότεροι υαλοπίνακες που τοποθετούνται στα σημερινά αυτοκίνητα φιλτράρουν σε ικανοποιητικό βαθμό τόσο τις ακτίνες IR όσο και τις UV. Σε ορισμένα πολυτελή μοντέλα υπάρχουν παρμπρίζ που συγκρατούν την ανεπιθύμητη ακτινοβολία σε ποσοστό που αγγίζει το 50% το οποίο μεταφράζεται σε μείωση της θερμοκρασίας κατά περίπου 25%.

Μερικές εταιρίες κατασκευής παρμπρίζ συνδυάζουν την ζελατίνα PVB με μια επιπλέον λεπτεπίλεπτη η οποία λειτουργεί ως ηχομονωτικό υλικό εξασφαλίζοντας έως και 8 dΒ λιγότερου θορύβου στο εσωτερικό. Αξίζει να σημειωθεί πως το 1981 εκδόθηκε στην Γενεύη ο διεθνής κανονισμός R43 που υπαγορεύει τις προδιαγραφές των προεντατημένων και των σύνθετων υαλοπινάκων στα αυτοκίνητα. Ποιες είναι όμως οι ιδιότητες του σύνθετου και του προεντεταμένου υαλοπίνακα και σε τι διαφέρουν;

Τέχνη και ιστορία…

Η εποχή που ουσιαστικά χρησιμοποιήθηκαν οι πρώτοι ανεμοθώρακες στο αυτοκίνητο ταυτίζεται με την περίοδο που εμφανίστηκε το πρώτο μοντέλου παραγωγής, το Ford Model T (την δεκαετία του ’10). Σύντομα όμως οι αδυναμίες των απλών υαλοπινάκων έγιναν αντιληπτές καθώς με το παραμικρό τράνταγμα παρουσίαζαν ρωγμές.

Οι πρωτόγονες διατάξεις της ανάρτησης δεν ήταν δυνατό να απομονώσουν τους κραδασμούς και οι δονήσεις που έφταναν στο πλαίσιο που στήριζε το παρμπρίζ ήταν αρκετές για να το ραγίσουν. Έτσι, οι μηχανικοί στράφηκαν σε νέες τεχνικές που θα παρείχαν την απαιτούμενη, πρωτίστως, ασφάλεια στους επιβάτες. Την λύση έδωσαν οι προεντεταμένοι (σκληρυμένοι) υαλοπίνακες οι οποίοι διαθέτουν δύο με τρεις φορές μεγαλύτερη αντοχή από τους συμβατικούς π.χ. μιας τζαμαρία. Αν και σε γενικές γραμμές η μέθοδος κατασκευής είναι η ίδια η ειδοποιός διαφορά εντοπίζεται στην τελική φάση διαμόρφωσης και κατεργασίας.

Η μέθοδος σκλήρυνσης ενός υαλοπίνακα που έχει επικρατήσει είναι η θερμική (υπάρχει και η χημική) η οποία βελτιώνει τις μηχανικές ιδιότητες του γυαλιού, παραπέμποντας στην μέθοδο βαφής του χάλυβα. Αμέσως μετά την διαμόρφωση του τελικού σχήματος, που θα έχει για παράδειγμα ένα παρμπρίζ ή ένα παράθυρο, το τεμάχιο θερμαίνεται στους περίπου 600-700C.

H διάρκεια της θέρμανσης εξαρτάται από το πάχος του υαλοπίνακα καθώς το ζητούμενο είναι η θερμότητα να μεταδοθεί μέχρι το εσωτερικό. Κατόπιν ακολουθεί η απότομη ψύξη της εξωτερικής πλευράς, συνήθως με ψεκασμό ψυχρού αέρα. Η απότομη μεταβολή της θερμοκρασίας δημιουργεί τάσεις ανάμεσα στους κόκκους (τα στοιχεία δόμησης) του γυαλιού με αποτέλεσμα αυτοί που υπάρχουν στην εξωτερική επιφάνεια να ψύχονται πρώτοι και να αποκτούν εφελκυστικές τάσεις.

Με απλά λόγια, ο ένας κόκκος στριμώχνει τον άλλο σκληραίνοντας την επιφάνεια του υαλοπίνακα και κατά συνέπεια την αύξηση της αντοχής του σε χτυπήματα. Αντίθετα, στο εσωτερικό του, όπου η απόψυξη πραγματοποιείται με αργότερο ρυθμό, δημιουργούνται θλιπτικές τάσεις. Για αυτό το λόγο όταν ξεπεραστεί το όριο αντοχής ενός προεντεταμένου υαλοπίνακα τότε αυτός θρυμματίζεται σε μικροσκοπικά κομμάτια μειώνοντας σημαντικά την πιθανότητα ατυχήματος.

Προεντεταμένοι και σύνθετοι υαλοπίνακες…

Αν και η χρήση των προεντεταμένων παρμπρίζ είχε καθιερωθεί για αρκετό καιρό, τις τελευταίες δεκαετίες έχουν εκτοπιστεί από τους σύνθετους, περιορίζοντας την χρήση τους στα παράθυρα και τις ηλιοροφές (μικρού μεγέθους).

Η μέθοδος παραγωγής σύνθετων υαλοπινάκων υφίσταται περισσότερο από μισό αιώνα αλλά το αυξημένο κόστος κατασκευής τους είχε αρχικά περιορίσει την εφαρμογή τους στα παρμπρίζ πολυτελών μοντέλων.

Ωστόσο, το τελευταίο διάστημα εκτός του ότι οι σύνθετοι υαλοπίνακες έχουν καθιερωθεί στα παρμπρίζ, ανάλογης τεχνολογίας υαλοπίνακες συναντά κανείς και στα παράθυρα διαφόρων μοντέλων όπως σε αυτά της Audi, της Lexus, της Mercedes-Benz και της Volvo. Οι σύνθετοι υαλοπίνακες των αυτοκινήτων αποτελούνται από δύο ενωμένες γυάλινες επιφάνειες ανάμεσα στις οποίες παρεμβάλλεται μια ζελατίνα πολυβυνιλίου PVB (το βασικό συστατικό των δίσκων πικάπ) ή αιθυλενίου EVA.

Σε αντίθεση με τους προεντεταμένους υαλοπίνακες οι οποίοι όταν σπάσουν θρυμματίζονται, τα κομμάτια στους σύνθετους παραμένουν κολλημένα μεταξύ τους εξαιτίας της ζελατίνας. Σε περίπτωση που εκσφενδονιστεί μια πέτρα από προπορευόμενο όχημα και χτυπήσει το σύνθετο παρμπρίζ τότε αυτό δεν θα σπάσει αλλά θα παρουσιάσει ρωγμές διατηρώντας -έστω και σε μικρό βαθμό- το οπτικό πεδίο του οδηγού.

Επίσης, τα σύνθετα παρμπρίζ και παράθυρα διαθέτουν ελαφρώς μικρότερη αντοχή στην κρούση αλλά είναι κατά 60 φορές πιο δύσκολα στην διάρρηξη τους καθώς απαιτούν περισσότερα χτυπήματα, όχι μόνο για να σπάσουν, αλλά και για να τεμαχιστούν. Οι υαλοπίνακες των θωρακισμένων οχημάτων αποτελούνται από τουλάχιστον τέσσερις στρώσεις γυάλινων επιφανειών, συνήθως συνολικού πάχους 60 χιλιοστών, στις οποίες παρεμβάλλεται εκτός από την συμβατική ζελατίνα PVB και μια επιπλέον πολυεστερική που προσδίδει αλεξίσφαιρη προστασία.

Ως υλικό, το γυαλί αποτελεί προϊόν τήξεως διάφορων ορυκτών και ταξινομείται ανάλογα με την δόμηση του μιας και στο εμπόριο διατίθενται διάφοροι τύποι όπως τα πυρίμαχα, ηχομονωτικά, αλεξίσφαιρα κ.α.

Το βασικό συστατικό της φόρμουλας του γυαλιού είναι το διοξείδιο του πυριτίου SiO2 (ή χαλαζιακή άμμος) σε ποσοστό περίπου 75% ενώ σε μικρότερη αναλογία υπάρχουν ανθρακικό ασβέστιο (μαρμαρόσκονη) και ανθρακικό νάτριο (σόδα).

Η σύντηξη των παραπάνω συστατικών πραγματοποιείται σε τεράστιους κάμινους που ξεπερνούν σε μήκος τα 40 μέτρα διαμορφώνοντας την υαλομάζα. Σε θερμοκρασίες τήξεως, η υαλομάζα διατηρεί την παχύρρευστη μορφή της -περίπου όπως η κόλλα- και κατευθύνεται με μειωμένη θερμοκρασία σε ζεύγος κυλίνδρων όπου διαμορφώνεται το τελικό σχήμα του υαλοπίνακα.

TIPS

• Σε αντίθεση με τα προεντεταμένα παρμπρίζ, στην περίπτωση ατυχήματος τα σύνθετα δεν επιτρέπουν την εκτίναξη των επιβατών έξω από το αυτοκίνητο ενώ διαθέτουν αρκετή ελαστικότητα για να απορροφηθεί η ενέργεια πρόσκρουσης και ο επικείμενος τραυματισμός να είναι όσο το δυνατό πιο ανώδυνος.

• Στην περίπτωση που στο εμπρός παρμπρίζ δημιουργηθεί αμυχή (π.χ. από ένα χαλίκι) θα πρέπει να γνωρίζετε πως υπάρχουν κιτ επισκευής με ειδικές ρητίνες καθώς και συνεργεία που αναλαμβάνουν ανάλογη εργασία. Επίσης θα πρέπει να γνωρίζετε πως ένα μικρό χτύπημα σταδιακά επιφέρει την ανάπτυξη ρωγμών υποχρεώνοντας σε αντικατάσταση του παρμπρίζ. Στο εμπόριο κυκλοφορούν διάφορα after sales προϊόντα αλλά καλό θα είναι να προτιμάται τα γνήσια ανταλλακτικά των κατασκευαστών αυτοκινήτων.

• Σύμφωνα με μελέτες της Lexus που έγιναν σε μια GS430 με σύνθετα παρμπρίζ και παράθυρα ο επίδοξος διαρρήκτης χρειάστηκε περίπου ένα λεπτό επιπλέον για καταστρέψει εντελώς το παράθυρο και να βρεθεί στο εσωτερικό του αυτοκινήτου. Στην περίπτωση των προεντατημένων παραθύρων, ένα μόνο, αλλά δυνατό, χτύπημα αρκεί για να κάνει θρύψαλα το παράθυρο και ο εισβολέας να κάνει ανενόχλητος την δουλειά του.