کاربرد پمپ وکیوم در صنایع شیشه  و شیشه ای خودرو و شیشه ای ضد گلوله

افزایش ایمنی خودرو، یکی از مهم ترین وظایف خودروساز است. در این زمینه، فناوری شیشه جلوئی خودرو، نقش به سزایی در در حفظ جان مسافری در هنگام تصادفات می گردد. بدین منظور، استفاده از شیشه طلقی ( laminate) برای ممانعت از پرتاب شدن مسافر، بسیار ضروری ست. ضمن آنکه باید شرایط نوری و دیداری در شرایط مختلف آب و هوائی و ساعات مختلف شبانه روز را به صورت ویژه ای برآورده سازد.

فرآیند تولید شیشه جلو خودرو به 4 قسمت اصلی تقسیم می شود:

-         آماده سازی شیشه و خم کاری آن

-        آماده سازی طلق میان لایه و نصب پایه آینه

-         هواگیری و چسبندگی نهایی طلق و شیشه

-         بازرسی نهایی و تست محصوص

که به ترتیب در مورد آنها توضیح خواهیم داد.

1-  آماده سازی شیشه و خم کاری آن

1-1  نگهداری شیشه

جهت جلوگیری از هیدرولیزه شدن سطح شیشه، آن را در شرایط آب و هوایی خشک نگه داشته و جهت سهولت بارگذاری، سطح شیشه با پودر Lucite پوشانده می شود.

2-1 برش شیشه

با استفاده از دستگاه CNC و با استفاده همزمان از روان کننده مناسب، به پرداخت هرچه بیشتر لبه شیشه منتهی خواهد شد.

3-1 شستشوی شیشه

در نتیجه عملیات برش و تسمه زنی، باید عوامل آلودگی از جمله گریس، اثر انگشت، گرد و غبار و ... را از سطح شیشه جدا کرد. در این زمینه کیفیت آب و استفاده از آب مقطر در شستشوی نهایی بسیار مهم است چراکه میزان املاح خشک شده بر سطح آن، در چسبندگی و مشخصات دیداری اثر دارد.

قابلیت هدایت آب باید حداکثر 30 Microsiemens/cm باشد و شرایط مطلوب 10 Microsiemenes/cm با دمای آب 40 تا 60 درجه سانتیگراد است.

نگهداری و تعمیرات پیش گیرانه دستگاه های شستشو، کلید اساسی در کیفیت شستشوی شیشه ها می باشد.

4-1 چاپ دور شیشه

5-1 خم کاری شیشه

شیشه جلوی خودرو، معمولا با روش خم زنی ثقلی تولید می شود که شامل 5 مرحله است.

1-5-1 بارگذاری

در این مرحله بین شیشه ها پودر زده شده تا از چسبیدن شیشه ها که به صورت دوتائی روی قالب قرار می گیرند، جلوگیری شود. نامتوازن قرار دادن شیشه ها بر روی قالب، دفرمگی، شسکت و سایر عیوب را موجب می شود. اگر قالب مجهز به مکانیزم حرکت آزادانه در جهت معکوس باشد، فشار نیروی وزن به طور متعادل تنظیم گردیده و فشار بیش از حد به وسط شیشه ها وارد نمی شود.

2-5-1 پیش گرمایش

شیشه ها به طور متوازن و همسان در دمای 550ﾟC به صورت سرتاسری حرارت می بینند. مشکل عمده در این مرحله، نیروی بیش از حد و حرارت دهی ناهموار برشیشه است که از دلایل آنها در اثر محدودیت های فیزیکی شیشه در کوره می باشد. در اشکال پیچیده، حرارت دهی به گونه ای تنظیم می شود که ناحیه های مشخص شده حرارت بیشتری ببینند و انحنای اضافی حاصل شود.

3-5-1 خم کاری

با رساندن دمای شیشه بین 520-550 ﾟC  ، شیشه به حالت خمیری شکلی درآمده و آماده ورود به مرحله بعد خم­کاری می شود.

4-5-1 مرحله نهائی خم کاری

از هنگامی که شکل دهی توسط نیروی وزن شیشه متوقف می­شود، آغاز می شود. در این مرحله، هر جفت از شیشه ها به قدر کافی نرم شده اند تا متناسب با شکل قالب، خم بخورند. در شیشه های با ضخامت بالا باید به این نکته توجه داشت که سرعت گرمادهی باید به حداقل مقدار ممکن کاهش یابد.  شکل نهائی، در دمای خاص و به صورت کنترل دمای سطح بوسیله پیرومتر صورت می­پذیرد.

5-5-1 خنک کاری

این مرحله اهمیت بسیاری در حفظ حالت شیشه خم شده داشته و باید آرام آرام و طی زمان خاصی صورت پذیرد. این مدت زمان به نوع محصول بستگی دارد. و جهت جلوگیری از شکست شیشه و ممانعت از ایجاد خم منفی، این مرحله باید دقیق و کنترل شده انجام شود.

2- آماده سازی طلق میان لایه

طلق میان لایه، یک ماده پلیمری به نام Polyvinyl butyral با نام اختصاری PVB است که ما بین دو لایه شیشه قرار گرفته و طی فرآیند خاصی سبب چسبیدن دولایه شیشه به یکدیگر می گردد.

از آنجائی که این لایه ها رطوبت گیر هستند، در صورت نگهداری آنها در  غیر از بسته بندی اصلی، نیازمند کنترل رطوبت نسبی هستند.

پس از آنکه شیشه های خم شده به واحد طلق گذاری وارد شدند، عملیات برش طلق در دمای بین 18 تا 23 درجه سانتیگراد آغاز می شود. به علت آنکه طلق ها به صورت رول های 200 الی 250 متری بسته بندی می شوند، پس از برش که به آنها بلنک گفته می شود، در اتاقی تمیز با رطوبت 25% الی 30% تا ارتفاع 10-15 سانتی متری روی هم چیده می شوند، تا حالت خمیدگی طلق کاهش یابد.

سپس یک لایه طلق با دو لایه شیشه خم شده، مونتاژ می شوند. به طور خلاصه می توان رویه ای از شرایط اتاق مونتاژ طلق و شیشه را شرح داد:

 در ورودی دوبل

 تصفیه هوا بدون گرد و غبار

 -         دما 18°C

 -         رطوبت نسبی 25-30 %

 -         عبور و مرور افراد متفرقه محدود

 -         فشار مثبت

 -         لباس و دستکش و کلاه بدون کرک و پرز

 -         کف اتاق دارای کاشی یا پوشش مخصوص که به راحتی تمیز شود

 -         پادری مخصوص جهت گرفتن گرد و غبار از کفش

جهت استقرار بهتر طلق میان دو لایه شیشه، دمای سطح شیشه بینC  20 – 30 °   نگه داشته می شود تا احتمال انقباض، چروک شدن، برگشت یا کوتاه شدن طلق در مرحله هواگیری کمتر شود. دما طلق نیز باید در دمای 18°C باشد، و به صورت مسطح و به گونه ای که از هر طرف به میزان 1cm کشیده شود، مابین دو شیشه قرار گیرد.

 

3- هواگیری

هدف از این مرحله، از بین بردن هوای حبس شده بین طلق و شیشه، و ایجاد یک چسبندگی اولیه مابین آنها قبل از اتوکلاو و آب بندی لبه ها برای جلوگیری از نفوذ هوا در طی مرحله اتوکلاو می باشد.

این کار با توجه به ماشین آلات تولیدی به سه روش غلتکی، وکیوم رینگی و وکیوم کیسه ای انجام می پذیرد:

 

1-1-3 روش غلتکی

در روش غلتکی، شیشه حاوی طلق میان لایه، وارد تونل حرارتی حاوی اشعه مادون قرمز (IR) با دمای 90-120 °C می شود. در ابتدای تونل حرارتی، حهت خروج هوای اولیه از بین شیشه ها و طلق، شیشه ها از بین دو ردیف غلتک رد شده و سپس وارد تونل می گردند. در طول مسیر حرکت شیشه به سمت درب خروجی تونل، شیشه و طلق به آرامی حرارت مورد نیاز جهت چسبندگی اولیه را به خود جذب می کنند و در نهایت پس از خروج از تونل حرارتی، شیشه و طلق مجددا از بین دو غلتک فوقانی و تحتانی عبور می کنند. این امر باعث خروج هوای موجود در منفذهای طلق و شیشه و همچنین چسبندگی اولیه شیشه ها و طلق می گردد.

در شیشه های خودرو، به دلیل دوخم بودن شیشه های جلو، فرم و حالت غلتک های اعمال فشار بر شیشه های تحتانی و فوقانی، دقیقا مطابق با خم شیشه می باشد. بر روی این غلتک ها چندین غلتک کوچک نمدی نصب شده و با اعمال نیروی فنر پشت غلتک های نمدی، فشار مورد نیاز تامین می گردد.

2-1-3 روش وکیوم

اصل این روش بر مبنای استفاده از خلا جهت هواگیری با استفاده از ایجاد فشار مکانیکی منفی است. دما و فشار از مشخصه های کلیدی این فرایند بوده و هرچقدر فرایند طولانی تر باشد، کیفیت هواگیری بهتر می شود. فرآیند از دو بخش اصلی وکیوم سرد و وکیوم گرم تشکیل می شود.

وکیوم سرد یا هواگیری، در زمانیکه طلق هنوز خنک است و آرام آرام به سمت قسمت گرم حرکت می کند، دارای اهمیت می باشد. زیرا در حین خروج هوا از لبه های شیشه، افزایش دما سبب چسبندگی اولیه و آب بندی لبه ها شده و چنانچه لبه ای زودتر از موعد آب بندی شود، هوا در فضای بین شیشه و طلق حبس شده و در نتیجه حباب های هوا تشکیل می شوند. دمای کیسه ها و رینگ ها بر آب بندی زودهنگام لبه ها تاثیر گذار است.

دمای مرحله وکیوم سرد، 20-30°C است و زمان آن نیز 20 دقیقه می باشد. میزان خلا از 0.6 تا 0.8 بار است که در سراسر فرآین ثابت باقی می ماند.

الف) وکیوم رینگی

در این روش، اپراتور یک رینگ لاستیکی را دور شیشه قرار داده و سپس آن را به خط اصلی وکیوم متصل می کند. سطح مقطع رینگ به گونه ای است که دو شیشه و طلق میان لایه به خوبی در شکاف رینگ جای گرفته، و محل اتصال رینگ و شیشه آب بندی می گردد. شیشه ها پس از گذر از وکیوم سرد به سمت جریان هوای گرمِ در حال چرخش وکیوم گرم پیشروی می کنند. بیشینه دمای شیشه در این قسمت 90-120 °C بوده و زمان قرارگیری شیشه در این ناحیه نیز 40 دقیقه است. هنگامی که شیشه از محفظه هوای گرم خارج شد، وکیوم قطع و رینگ های لاستیکی از شیشه جدا می گردند. در این مرحله شیشه طلقی تقریبا شفاف شده است.

از مزایای روش وکیوم رینگی می توان به مواردی همچون ارزان بودن، قابلیت انطباق با تمام اشکال، و هواگیری عالی اشاره کرد. و معایبی چون کندی فرآیند، و نیاز به رینگ های لاستیکی با سایزهای مختلف اشاره نمود.

ب) وکیوم کیسه ای

در این روش، همه ی شیشه ها داخل کیسه های لاستیکی قرار گرفته و محصور می گردند.کیسه ها به پمپ وکیوم وصل شده و به سمت هوای گرم در حال گردشِ کوره می روند. دمای ناحیه هوای گرم به 110-120 °C خواهد رسید.

از مزایای این روش می توان به محدوده وسیع سرعت و از معایب آن هزینه بیشتر، به خصوص هزینه تعمیر و نگهداری، اشاره کرد.

پس از طی این مرحله، شیشه ها به اتوکلاو منتقل می شوند.

در طی فرایند اتوکلاو، هوای باقی مانده در تنگناهای موجود در طلق از بین خواهد رفت. سیکل کاری اتوکلاو در کیفیت محصول نهائی سهم بسزائی ایفا می کند. با توجه به طولانی بودن سیکل کاری تولید شیشه های طلقی جلوی خودرو، عدم رعایت این سیکل کاری، باعث کاهش کیفیت محصول می گردد هرچند هزینه و انرژی بسیاری صرف شده باشد.

سیکل کاری اتوکلاو شامل سه فرآیند گرماگیری، بالانس دمائی و گرمادهی است:

1-2-3 گرماگیری

پس از قرارگیری واگن های حاوی شیشه ها در داخل اتوکلاو و بسته شدن درب آن و همچنین رعایت کلیه اصول ایمنی دستگاه، آغاز می گردد. شیشه ها تا دمای 50-60 °C  و در فشار مثبت اتمسفر شروع به جذب گرما می کنند. پس از رسیدن دستگاه به این دما، هوای فشرده به دستگاه تزریق شده و همزمان با افزایش فشار، دمای داخل اتوکلاو نیز افزایش خواهد یافت. در پایان این سیکل کاری، دمای دستگاه به 135°C و فشار مثبت داخل اتوکلاو نیز به 12 بار می رسد.

2-2-3  بالانس حرارتی

این سیکل، بلافاصله پس از سیکل گرماگیری آغاز می شود. شیشه ها در حدود 1 ساعت در دمای 135°C و فشار مثبت 12 بار در داخل اتوکلاو باقی می مانند. مدت زمان سیکل بالانس در ترد شدن شیشه ها و شکست آنها بسیار اهمیت دارد. چنانچه زمان سیکل مربوطه کوتاه باشد، فرایند هواگیری و چسبندگی نهائی به خوبی انجام نخواهد شد و در صورت طولانی بودن سیکل، اگرچه فرآیند هواگیری و چسبندگی نهائی بهتر خواهد شد، لیکن این امر باعث ترد شدن محصول و کاهش خواص مکانیکی طلق می شود.

3-2-3 گرمادهی

در این سیکل، کلیه المنت ها خاموش شده و مسیر آب رادیاتور اتوکلاو باز می شود. با توجه به گردش هوای داخل اتوکلاو توسط یک فن در پشت رادیاتور موجود در اتوکلاو، دمای داخل اتوکلاو کاهش می یابد. در این سیکل عدم خروج هوای فشرده در داخل اتوکلاو تا قبل از رسیدن دمای آن به 45°C  دارای اهمیت بسیار ویژه ای است. چراکه در غیر این صورت، تمامی سطوح لبه شیشه ها درای حباب های ریز بوده و نهایتا عدم چسبندگی طلق به شیشه اتفاق می افتد.

 4- بازرسی و تست نهائی

هریک از شیشه های جلوی خودرو، از ایستگاه بازرسی که در آن شعاع های نور به کل شیشه تابیده می شود، عبور می کند و بازرس ظاهر کلی شیشه را کنترل می کند. در صورت وجود حباب، شیشه به مرحله اتوکلاو ارجاع داده می شود.

مابقیه شیشه ها پس از پلیسه گیری طلق جهت حمل و نقل و ارسال، بسته بندی می شوند. در ضمن لازم است که عملکرد مکانی و فرسودگی و همچنین خواص نوری شیشه آزمایش شود. برای این منظور، هر روز از میان شیشه های تولیدی، به صورت تصادفی، شیشه هایی انتخاب شده و آزمایش می شوند.

این تست ها و روش های اجرائی آن به تفصیل در استاندارد ملی 709-2 ایران آورده شده است.

چند نمونه از تست های مرسوطم عبارتند از واپیچش نوری برای اطمینان از عدم شکست نور به دلیل وجود عیب در خمش یا وجود گرد و غبار؛ ایجاد ضربه با سقوط گلوله ای فولادی به جرم 2.25Kg از ارتفاع 4 m بر روی نمونه مربعی به ابعاد 30*30 cm و عدم عبور گلوله از شیشه؛ تست آبجوش با گذاشتن قطعه ای از شیشه در آبجوش به مدت 2 ساعت و عدم ظهور حباب در نمونه.