作者：杨斌 梁志
来源：《时代汽车》 2018年第4期
摘要：作为新兴汽车车窗材料，聚碳酸酯树脂比传统的玻璃车窗，具有更好的安全性与轻便性。其主要特性符合了未来汽车发展的趋势，在北美、日本及欧盟已经开始全面使用聚碳酸酯替代普通玻璃，这一革命使得汽车玻璃窗可以减重50%，更加环保低耗的同时，由于聚碳酸酯材料自身的可塑性，为车窗的设计带来了更大的自由度，使得未来汽车的设计更具时尚感与灵动性。
关键词：聚碳酸酯；玻璃窗；轻量化；应用
1引言
伴随着聚碳酸酯的进一步发展和成熟，国外许多车型已经采用聚碳酸酯替代了传统钢化玻璃广泛应用于汽车车窗上，聚碳酸酯在其材料自身性能优秀的基础上还拥有传统玻璃无法比拟的轻便性，并拥有高自由度的设计性，从而成为了汽车玻璃窗的理想材料。
2聚碳酸酯的性能分析及车窗应用部位
聚碳酸酯( PC)是一种强韧的热塑性树脂，由于PC自身的高机械性能，从而成为应用最广泛的通用工程塑料。聚碳酸酯具有高强度及弹性系数、高冲击强度、使用温度范围广的优点，且具有高度透明性的特性，成型性强且安装简单，成形后收缩率低，无味无臭对人体无害。从而使得聚碳酸酯的广泛应用得到了性能保障。
作为聚碳酸酯在玻璃窗上的应用，由于我国对于聚碳酸酯的应用开始较晚，国内暂时缺少相应的法律法规，因此我们可以参考国外相关法规规定，基于对车内人员人身安全的考量，为了在事故发生时便于逃生，聚碳酸酯材料不能用于前风挡玻璃窗和前排侧窗，却对后排侧窗没有进行禁止。也就意味着，在汽车的后排车窗也可以合理的安排聚碳酸酯材料的应用。由于日本国内改订了汽车保安基准，开放了汽车前挡风玻璃的材料准则，要求车窗达到与玻璃同等耐磨耗性的基础上，可以采用PC树脂材料。这也就意味着聚碳酸酯在未来将拥有更多的发展空间，伴随着对聚碳酸酯的进一步开发，用聚碳酸酯替代汽车原本的金属车顶也是未来发展的方向。
3聚碳酸酯在汽车玻璃中的商业化价值
3.1高安全性
作为汽车玻璃窗上的应用，聚碳酸酯的安全性考量应该放在首位。聚碳酸酯材料自身具有高强度、高弹性系数及高冲击强度的特点。根据撞击试验表明：厚度为3.2mm的自身带有缺口的艾氏冲击实验片，
在常温条件下具有高达780～790 J/m的抗冲击强度，自身破碎断裂为延性断裂。也就意味着，当危险情况出现时，聚碳酸酯玻璃窗在破碎后不会产生尖锐的裂口，从而减少传统钢化玻璃破损时对人体可能造成的伤害。通过对聚碳酸酯的撞击实验，表明聚碳酸酯玻璃的抗冲击性为无机玻璃跟有机玻璃的1 5倍以上。许多防弹轿车，车窗玻璃在采用了多层聚碳酸酯的复合材料后，可以充分满足自身的防弹需求。
3.2汽车轻量化
为了汽车设计美观跟乘车人的视野考量，汽车车窗需要有更大的开放面积，也就意味着传统玻璃车窗将给车辆更大的负荷。聚碳酸酯的密度仅为1.3g/cm3远远低于无机玻璃的2.5g/cm3，这也就意味着，同等大小的车窗面积，聚碳酸酯的重量比无机玻璃减重50%。在减重的基础上，聚碳酸酯比传统无机玻璃具有更良好的隔热性能，同等厚度的情况下热损失同比减少40%-60%，也就是在降低了汽车能耗的同时，还减少了用于车内温度调控的附加能耗。
采光度作为汽车玻璃运用的重要指标，使玻璃材质的基本特性。聚碳酸酯拥有n=1.5869的材料反射率，通过光线反射率计算可知聚碳酸酯材料的光线反射率R-5.1%，也就意味着光线在穿透聚碳酸酯材料时将会产生更小的损耗。因此聚碳酸酯比传统玻璃具有更优秀的透光度，满足了汽车玻璃对透光度的要求。作为车灯罩使用时，聚碳酸酯材料还具有光畸变小的特点，使得车灯的照明强度和照明范围对比无机玻璃材料都有了不错的提升。
3.3高自由度的设计
碳酸聚酯比传统玻璃具有更大的造型设计自由度，与传统玻璃相比，碳酸聚酯可以满足设计者不同的设计需求，甚至可以完成一些更具有艺术性跟创新性的设计，在美观的同时也提高了汽车的安全性。
在汽车制造中，传统的玻璃制造头灯在工艺技术上存在一定的困难。但是聚碳酸酯的应用，其自身易成型加工的特性，很好的解决了这一难题，可以将车灯头部、连接片、灯体等全部模塑在透镜中，从而方便快捷的完成车头灯的制造加工。
由于日本国内改订了汽车保安基准，开放了汽车前挡风玻璃的材料准则，要求车窗达到与玻璃同等耐磨耗性的基础上，可以采用PC树脂材料。GLM株式会社的EV跑车 “TommykairaZZ”使用了由帝人开发的聚碳酸酯树脂无支柱的前挡风玻璃，A柱的去处在个性张扬的同时，将驾驶员的视野提高了两倍以上，给人以全新的视觉效果。
4聚碳酸酯在实际应用中存在的问题
4.1成本较高
聚碳酸酯树脂材料来源于石油，伴随着石油价格的不断提高，聚碳酸酯树脂的价格也居高不下，远高于玻璃。与此同时聚碳酸酯的树脂玻璃窗仍然是相对小众化的产品，工业化程度相对较低，开发成本比
较高，高成本的原材料，并且还需要相关的模具，因而在车窗的材质选择上许多中低档车更多的选择价格相对便宜的无机玻璃材料。
就成本来说在增加聚碳酸酯的应用推广以提高聚碳酸酯的需求，从而代工聚碳酸酯的工业化程度，另一方面由于聚碳酸酯就要大量的模具损耗，因此可以在模具管理中降低成本。降低模具成本的方法一般有两种：一种是采用铝制模具的使用，先采用CNC设备进行粗加工，然后再进行精抛，最后用镀硬铬技术进行表面处理，铝制模具比钢制模具加工速度更快，且拥有更低的制造成本。另一种是采用软钢模具进行加工，该方法不用抛光，成本略高于铝制模具，但比传统模具更低。伴随着模具价格的降低跟聚碳酸酯的推广应用，原材料的价格也会随着有降低的趋势，伴随着多方的改善，从而降低成本。
4.2耐候及耐磨损
聚碳酸酯树脂材料的抗磨损较差，由于汽车的特性，需要长期暴露在室外。聚碳酸酯的材料在长期暴露后极易变黄，尤其是车窗玻璃。由于车窗玻璃的高透明性的自身特性，使得其对划痕与磨损更加敏感，在影响外观的同时还会影响采光，从而对驾驶造成影响。为了提高聚碳酸酯的耐磨耐候性能，应该在聚碳酸酯的选用中，首先要选用自身高耐候高耐磨的聚碳酸酯材料，其次在材料上通过涂层硬化的方法进行保护处理，在将保护层涂抹添加后可以有效的提升聚碳酸酯树脂的耐候性及耐磨损性能。采用热固化湿法涂覆或者涂漆方法，将丙烯酸酯树脂或者硅氧烷树脂涂抹在聚碳酸酯玻璃上，是目前最常用的
技术，这两者技术都可以保证聚碳酸酯可以低成本高效率的得到耐候及耐磨损的提高。但是这种方式容易对环境造成破坏。Sabic集团的EXATEC公司，开发了等离子增强化学气相沉淀( PECVD)进行硅氧烷湿法涂覆的技术，在耐磨损及耐候性都得到提升，并且可以保持长时间的耐性合格率。
5聚碳酸酯在汽车玻璃窗上的发展前景和应用趋势
汽车玻璃作为汽车重要的安全部件之一，在承载了审美功能的同时，还兼具着保护驾驶及乘坐人员的核心职能，同时也集成采光、放水防尘、耐热和隔音等作用。伴随着汽车的发展跟技术科学的进步，汽车继承了越来越多的新技术、新功能，这也对汽车玻璃提出了新的要求。这也意味着传统的无机玻璃很难承载这些职能，也就为聚碳酸酯汽车玻璃的应用带来了全新的机遇。
在国外，聚碳酸酯材料的供应商，以及一些聚碳树脂玻璃窗开发公司，为聚碳酸酯在汽车玻璃上的应用进行了深度的合作开发，共同推进了聚碳酸酯的应用。在国内，许多大的聚碳酸酯材料供应商如沙比克等已进入中国，他们带来了先进的技术和与聚碳酸酯树脂玻璃合作开发的经验，正在需求专业的成产合作伙伴，一同进行聚碳酸酯树脂玻璃的开发和生产。伴随着原材料的大量产出，也为聚碳酸酯的推广应用提供了先决条件。在未来的一段时间内，聚碳酸酯材料必将大量使用。技术革新为汽车的设计也带来了更多的可能性，全新的设计理念，也伴随聚碳酸酯材料的推广，逐步实现。
6结语
由于聚碳酸酯的的高性能表现，聚碳酸酯在汽车中将逐渐替代传统的车窗玻璃的位置，成为更契合汽车发展的新材料，并通过自身的轻量化及造型设计自由的特点推动汽车行业的发展。国内的汽车生产商和聚碳酸酯材料商可以吸取国外先关从业厂商的经验教学，结合自身特性，开发出优秀的产品，打造我们自己的汽车产品，从而促进我国汽车行业发展。
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