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智能调光防弹防砸特种玻璃结构设计与工艺研究
随着社会经济的发展,地区间发展不平衡加剧,犯罪事件急剧增多,银行营业场所、珠宝店、文物展览馆等场所对于安防玻璃要求也越来越高。2015年6月1日,新版的《银行营业场所安全防范要求》实施,其中要求银行营业场所与外界相邻的墙体应符合建筑设计相关标准的要求,与外界地面、平台或走道
高差在3.5米以下的墙体为幕墙的,应使用防砸复合玻璃做幕墙。对于透明防护板的防弹性能、防砸性能提出了新的要求。对于安防玻璃的功能性、复合型要求越来越多,具有防弹功能、防砸功能、智能调光功能的特种玻璃应运而生,特别适合于上述银行营业场所、珠宝店、文物展览馆等。
1银行营 业场所安全防范的技术要求
1.1银行营 业场所简介
银行营业场所是指向公众提供现金存取、有价证券和贵金属交易、支付结算等服务的物理区域以及与之相连的办公区、库房、通道等。银行营业场所包括现金业务区、非现金业务区、客户活动区、设备间、保管箱库、联网监控中心等。2015 年,我国金融机构营业网点达到22.07万个,从业人员378.17万人,资产总额合计为2.39万亿元。
1.2银行营 业场所对玻璃性能要求
银行营业场所是安全防范的重点区域,国家公安部治安管理局、银监会安全保卫局等部委出台了相关政策,其安全防范设施建设应贯彻坚持标准、因地制宜、科学合理、保障安全的原则。银行营业场所所采用安全玻璃包括建筑幕墙、门窗及内部的柜台等。根据国家公共安全行业标准GA 38 -2015要求,银行营业场所与外界相邻的墙体应符合建筑设计相关标准要求。与外界地面、平台或走道高差3.5m以下墙体为玻璃幕墙的,除应安装报警探测器外,还应使用防弹复合玻璃或防砸复合玻璃作幕墙,或者玻璃幕墙内侧应粘贴增强防爆膜,膜厚应不小于0.275mm。现金柜台主体采用的透明防护板,防弹性能应达到GA165-1997中F79型B级的要求;防砸性能应达到GA844- 2009 中A级的要求。
1.2.1外观要求
银行营业场所用安全玻璃-般为平面的,要求透过率高、可视性好、表面光洁。
1.2.2光学性能要求
对于银行营业场所与外界相邻的采用玻璃幕墙的,需要满足-定的采光要求。对于现金柜台,需要满足双向可见的通透功能,对于透过率没有明确的要求,一般来说可见光要达到60%以上。
1.2.3防砸性能 要求
国家公共安全行业标准GA844-2009《防砸复合玻璃通用技术要求》中,对于防砸复合玻璃试验方法和技术要求等作出了详细的规定和说明。按照不同的防砸能力由低到高分为A、B、C、D四级。A级、B级、C级防砸试验,采用防砸试验机测试,试验机上安装冲击工具,以玻璃上表面为基准,计算产生规定的冲击能量时,工具冲击端与玻璃表面之间的距离。玻璃冲击试验架水平放置,保证冲击点在直径60mm圆内,连续冲击。D级防砸玻璃为最高级别,按照上述方法进行连续冲击试验30次,能量为362J,再用消防斧击打80次,击打速率为10次/min,试验结果应符合表1要求。
 
1.2.4防弹性能要求
国家公共安全行业标准GA 165- -1997《防弹复合玻璃》中,对于防弹复合玻璃防弹级别、试验方法和技术要求等作出了详细的规定和说明。根据防弹玻璃试验后,玻璃飞溅物的不同情况可以分为A级防弹玻璃、B级防弹玻璃、C级防弹玻璃三类。
1.2.5
智能调光性能
随着高端场所的要求的提高,出现了非营业时间不透光,营业时间透光的特殊要求,需要具有开放和保护隐密双重功能的空间,调光玻璃刚好满足这一- 特殊要求,可以通过控制电源的开关来实现通透与遮盖功能的切换,有效的解决了这一难题,可使玻璃由透明瞬间转成不透明或由不透明瞬间转成透明。
2智 能调光防弹防砸玻璃结构设计本研究充分考虑了银行营业场所对于安防玻璃的安全、调光、防弹、防砸等性能的复合要求,提出了相应的结构设计,大致可以分为五大功能层:承力层、缓冲过渡层、安全防护层、调光玻璃层、防飞溅层,整体厚度要在20mm以上。
承力层:该层处于最外层,首先承受冲击而破裂,一-般采用厚度大、强度高的玻璃,能破坏弹头或改变弹头形状,使其减少或失去继续前进的能力。该层玻璃需要特殊强化处理,表面强度达到300MPa以上,厚度在6~12mm。防弹玻璃样品测试时是防范三枪的射击,第一枪射击子弹不会穿透玻璃,但子弹的冲击会使每层钢化玻璃都破碎成颗粒状,无法防范第二枪及第三枪的射击,用来制作防砸玻璃也是同样的道理,一锤砸在双钢化夹层玻璃上,两块钢化玻璃同时破碎,因而承力层及内层玻璃不应使用钢化玻璃,宜使用化学钢化玻璃。
缓冲过渡层:该层紧挨着承力层之后,当弹体穿透承力层玻璃后进入缓冲层,需要缓冲吸收动能。该层一般采用有机胶合材料,如聚乙烯醇缩J醛(俗称PVB), PVB具有粘接力强、耐光性好,能吸收大部分冲击能,并改变弹体前进方向。安全防护层:这一层采用高强度玻璃或高强透明有机材料,有较好的弹性和韧性,能吸收绝大部分冲击能,并保证弹体不能穿过此层。该层一般采用特殊强化处理的玻璃或者PC板,厚度在4~8mm间。PC板又称聚碳酸酯板,是一种高性能的工程塑料,具有透明度高、质轻、强度高、隔音、隔热、温度适应性、良好的耐久性等特点。
调光玻璃层:这一层为电控智能调光夹层玻璃,采用两层强化的玻璃和中间的液晶膜片通过夹层工艺制备出来的。它是在两片透明玻璃之间夹-层分散型液晶,这些液晶的微小粒子被相互分开,呈胶囊状,玻璃的两端装有透明的电极膜,电极膜与液晶相接触,外接电源由开关控制(声控或红外感应)。通电时,液晶根据液晶材料在外电场的作用下发生顺磁性或逆磁性的原理,透过变压控制器开关的开启与关闭来实现调光的目的,如图2调光机理示意图。
 

(1)断电状态。在自然状态下(断电不加电场),玻璃中间的高分子液晶材料杂乱无序排列,液晶折射率比外面聚合物的折射率低,人射光在有机聚合物内发生散射,光线透过受阻,这时看到的效果便是乳白色的不透明状态,玻璃像磨砂那样朦朦胧胧地不全透明,透光而不透像,且略呈灰色。
(2)通电状态。当调光玻璃通电时,在电场作用下,电极膜给液晶施加电压,有弥散分布液晶的聚合物内液滴重新排列,液晶从无序排列变为定向有序排列,使液晶的折射率与聚合物的折射率相等,入射光完全可以通过,这时看到的效果便是透明无色的玻璃
状态,透过率可达70%以上。
防飞溅层:是朝向银行营业人员的最后一层,目的是为了防止玻璃高速子弹冲击时形成的玻璃碎屑飞散引起不必要的伤害,一般采用贴防爆 膜等进行防护,也有采用有机材料薄板的方式,如聚碳酸酯板等。
基于如上设想及设计,常用结构有三种,如图3.所示。

结构- -:承力层采用8 ~ 12mm化学强化玻璃,缓冲层采用0.76~ 2.28mmPVB胶片,调光玻璃层采用8~ 12mm电控智能调光夹层玻璃,缓冲层采用0.76~2.28mmPVB胶片,PC板采用2~6mm。本结构的智能调光防弹防砸玻璃具有厚度薄、功能全的特点,能够防54式手枪射击,防砸B级要求。遇到袭击时,调光玻璃自动断电呈不透明状态,使得袭击者失去目标,有效的防护银行内业务人员。整体厚度20 ~ 25mm,最薄为20mm。因PC板在最里层,受到射击或打砸时不会产生玻璃飞溅,因此可不贴防飞溅膜。
结构二:承力层采用8~ 12mm化学强化玻璃,缓冲层采用0.76 ~ 2.28mmPVB胶片,第二层玻璃采用4~8mm浮法玻璃,第二缓冲层采用0.76~2.28mmPVB胶片,调光玻璃层采用8~12mm电控智能调光夹层玻璃,第三缓冲层采用0.76 ~ 2.28mmPVB胶片,PC板采用2~6mm。本结构的智能调光防弹防砸玻璃具有厚度适中、防弹级别高、防砸性能好等特点,能够防79式手枪射击,达到F79B级防弹效果, 防砸C级要求。遇到袭击时,调光玻璃自动断电呈不透明状态,使得袭击者失去目标,有效的防护银行内业务人员。整体厚度在30~45mm。最薄为30mm。因PC板在最里层,受到射击或打砸时不会产生玻璃飞溅,因此可不贴防飞溅膜。
结构三:承力层采用8 ~ 12mm化学强化玻璃,缓冲层采用0.76~ 2.28mmPVB胶片,第二层采用2~6mmPC板,第二缓冲层采用0.76 ~ 2.28mmPVB胶片,调光玻璃层采用8~ 12mm电控智能调光夹层玻璃,防飞溅膜采用0.1~0.2mm铁甲防飞溅膜。本结构的智能调光防弹防砸玻璃具有厚度薄、高的防弹级别、,防砸级别等特点,达到F79B级防弹功能、防砸C级要求,而且遇到袭击时,可以马上关掉,保护内部从业人员。
3智能调光防弹防砸玻璃制造工艺针对银行营业场所对于透明板材既要防弹,又.要防砸,并且表面耐划伤的特点及要求,根据目前国内外现有的材料,利用现有技术和现有材料的性能复合,本研究开发出一种具备调光功能、防弹功能、防砸功能、防划伤功能、防飞溅功能的特种复合玻璃制品。本文针对结构三举例探讨制造工艺。结构三中,承力层采用8mm化学强化玻璃,缓冲层采用1.52mmPVB胶片,第二层采用5mmPC板,第二缓冲层采用1.52mmPVB胶片,调光玻璃层采用10mm电控智能调光夹层玻璃,防飞溅膜采用0.1mm铁甲防飞溅膜,整体厚度26mm。
 

3.1
预处理加工工艺
玻璃原片的切割是采用切割机按照程序切割完成。对于切割好的玻璃,再经双边磨边机磨边。磨边.后的玻璃清洗时,最好采用35~60C的温水,以利于完全清除玻璃表面污渍、磨屑等物质,再用红外辐射加热烘干。
3.2
超强钢化处理
银行营业场所要求玻璃具有良好的防弹性能、防砸性能,对外层玻璃进行特种强化处理是非常有必要的。外层玻璃作为承力层,首先承受冲击而破裂,一般采用厚度大、强度高的玻璃,能破抵御外来尖锐物体撞击、敲击。提高强度方法有超强物理钢化、酸抛光消除微裂纹、化学离子交换等。处理前要加强玻璃
边部的处理,必须保证磨边质量,若出现爆边或裂痕将可能导致在超强钢化处理时玻璃破裂,影响玻璃性能。考虑到既有子弹高速连续冲击又有尖锐物体低速连续冲击,不能采用物理钢化玻璃,宜采用化学离子交换处理,使玻璃表面产生很高的压缩应力,一般可以达到300MPa以上,有足够的强度来承受外载荷。
3.3调光玻璃加工 处理
调光玻璃加工是非常关键的--步,调光玻璃是两层玻璃中间夹着一层高分子聚合物液晶膜(俗称调光膜),使用特殊工艺胶合成型的。-般来说,有一步真空成型法、高压釜加工、水浴法三种加工方法。建议采用一步真空成型法,采用层压机,通过对温度的精确控制,实现调光玻璃的--次成型。夹层调光玻璃是将调光薄膜置于两层钢化玻璃之间,调光膜与玻璃之间可以采用聚乙烯醇缩丁醛或者EVA,经过压制后得到的夹层玻璃。
3.4智 能调光防弹防砸玻璃加工工艺
将8mm化学强化玻璃、1.52mmPVB胶片、5mmPC .板、1.52mmPVB胶片、10mm电控智能调光夹层玻璃逐层叠放在一-起,采用真空袋抽工艺,平放进人温控炉控温加热抽真空,使得玻璃与胶片初步粘合在一起。经过初步处理的半成品进人高压釜,考虑到智能电控调光玻璃中的液晶膜在生产过程中的耐温性与
耐压性,调光玻璃的主要夹层材料导电薄膜会因收缩率大造成的导电镀层断裂或电阻率加大,高压釜温度要适当调低,建议采用专门的工艺制度,边抽真空边高压的方式进行加工,提高- -次成品率。
3.5
防飞溅工艺处理
为防止银行营业场所受到外来物体正面撞击或者枪弹袭击时,会造成玻璃的破碎、碎片飞溅伤人,玻璃结构必须具有很高的抗穿透性能和防飞溅性能,可通过贴0.1~0.2mm防.飞溅膜等杜绝玻璃破碎后背面飞溅的产生。
4前景与 展望
本研究的智能调光防弹防砸特种玻璃具有透过率高,表面硬度高、耐划伤,集透光功能、防砸功能、防弹功能、智能调光功能于一体,尤其适用于银行营业场所、珠宝店、文物展览馆等对于安防玻璃要求高的场所,可以有效的保障人民群众的生命安全、财产安全。2015年6月1日,随着国安行标《银行营业场
所安全防范要求》的实施,智能调光防弹防砸特种玻璃将迎来刚性需求,市场前景广阔。
参考文献
[1]中商产业研究院数据, http://www .askci.com
[2]中国公共安全行业标准,GA 38-2015《银行营业场所安全防范要求》
[3]中国公共安全行业标准,GA844-2009《防砸复合玻璃通用技术要求》
[4]中国公共安全行业标准,GA 165-1997《防弹复合玻璃》
[5]辛崇飞.电控智能调光夹层玻璃的工艺研究与应用前景,
2008年中国玻璃行业年会暨技术研讨会论文集[C].北京:北京科学技术出版社,2008,295~299

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