تحديات زجاج السيارات في التصنيع وإعادة التدوير

السلامة هي أحد احتياجات التصميم العديدة للزجاج للسيارات. يجب أن يكون الزجاج واضحا بصريا لتزويد السائقين والركاب برؤية غير مشوهة لما يحيط بهم، ولكنه يحتاج أيضا إلى نقل الضوء بشكل انتقائي لمساعدة السائقين على الرؤية بوضوح دون التحديق وللحفاظ على برودة المقصورة في الأيام الحارة والمشمسة. في المقال التالي سوف نتحدث عن تحديات زجاج السيارات في التصنيع وإعادة التدوير

المخاطر التي يمنعها زجاج السيارات.

يجب أن يكون زجاج السيارة قوياً لمقاومة الرياح عالية السرعة والتأثيرات من الأحجار الصغيرة أثناء القيادة على الطرق السريعة. يجب أن يكون الزجاج الأمامي وفتحات السقف، على وجه الخصوص، متيناً هيكلياً لدعم هيكل الكابينة ومنع السقف من الالتواء وإيذاء الركاب أثناء الانقلاب. وإذا انكسر الزجاج، فيجب أن تبقى القطع في إطار النافذة أو تنكسر إلى قطع صغيرة مستديرة وليست شظايا كبيرة خشنة يمكن أن تقطع أو تشوه أو تقتل الركاب. يجب أيضاً أن يكون الزجاج خفيفا قدر الإمكان لزيادة كفاءة الوقود إلى أقصى حد، ويجب أن يتحكم في الصوتيات من أجل راحة المقصورة، ويجب أن يوفر ألوانا مختلفة من أجل الجماليات والخصوصية.

يتطلب تصميم الزجاج لتوفير كل هذه الوظائف بتكلفة معقولة تحقيق التوازن الصحيح بين خصائص الزجاج، كما يقول تيبوت هيتز، مدير البحث والتطوير في شركة زجاج متعددة الجنسيات في سان جوبان سيكوريت ومقرها باريس. لتحقيق هذا المزيج المخصص من الخصائص، يقوم علماء ومهندسو الزجاج بضبط تكوين المادة وتخصيص خصائصها بشكل أكبر من خلال التقسية، والتقوية الكيميائية، والتصفيح، والطلاء، وغيرها من الإجراءات.

نتيجة لذلك، فإن تصنيع زجاج السيارات معقد. إنها صناعة تنمو أيضا. في جميع أنحاء العالم، حيث أنتج المصنعون ما يقرب من 90 مليون سيارة ركاب ومركبة تجارية في المتوسط سنويا في السنوات العشر الماضية، وفقا للمنظمة الدولية لمصنعي السيارات. يتوقع مراقبو الصناعة أن هذا الرقم سوف ينمو بشكل مطرد في العقد المقبل. كما هو الحال، فإن سوق زجاج السيارات العالمي سينمو أيضا، حيث سيتضاعف تقريبا من حوالي 15.5 مليار دولار في عام 2021 إلى 31.1 مليار دولار في عام 2028، وفقا لشركة Fortune Business Insights، وهي شركة لتحليل السوق. يدفع حجم السوق القائمين بإعادة التدوير إلى ابتكار طرق مبتكرة لاستعادة نفايات زجاج السيارات وتحويلها إلى منتجات قيمة، وبالتالي تقليل البصمة البيئية لهذه الصناعة.

تمثل خطوات التصنيع المختلفة التي تصمم زجاج السيارات وتزودها بمجموعة فريدة من الخصائص تحديات إعادة التدوير الخاصة، ولكن تلك التي تعمل الصناعة على التغلب عليها.

تكوين الزجاج.

مثل الزجاج المستخدم في صناعة الزجاجات والجرار ونوافذ المباني العادية، يُعرف الزجاج الموجود في السيارات والشاحنات والحافلات بزجاج الصودا والجير. إنه النوع الأكثر شيوعا ويمثل ما يقرب من 90٪ من جميع الزجاج المصنّع. تشمل المكونات الرئيسية للمادة الرمل كمصدر وفير للسيليكا وكربونات الصوديوم (رماد الصودا) وكربونات الكالسيوم (الحجر الجيري). لتشكيل الزجاج، يمزج المصنعون المكونات الخام ويطعمونها في فرن يسخن الخليط فوق 1500 درجة مئوية، مكونا مادة منصهرة تتشكل في زجاجات أو منتجات أخرى عندما تبرد.

لا يبدو كل زجاج الصودا والجير متشابها. يقوم صانعو الزجاج عموما بتخصيص المستحضر للتحكم في اللون، والذي يختلف حسب التطبيق. على سبيل المثال، بالنسبة لبعض المنازل وشاشات العرض الفنية، قد يختار المصممون زجاجا لامعا عديم اللون مصنوعا من مواد بدء عالية النقاء.

بالنسبة لتطبيقات السيارات، قد تشتمل مكونات زجاج الصودا والجير أيضا على أكسيد الحديد، وهو عامل صبغ يضفي لونا أخضر على الزجاج. يوضح هيتز أن الصبغة تقلل من انتقال الضوء إلى المقصورة. هذا التخفيض يسهل على السائق رؤية الطريق بوضوح في ضوء الشمس القوي. يساعد اللون أيضا في الحفاظ على برودة الداخل من خلال حجب الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء (IR)، كما يقول. تؤدي المقصورة الأكثر برودة إلى انخفاض الطلب على تكييف الهواء، مما يقلل من استهلاك الوقود ويقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الداخل السيارات التي تعمل بالغاز والديزل وتوسع نطاق القيادة في السيارات الكهربائية.

تلعب المركبات غير العضوية الأخرى دورا مشابها في التحكم في انتقال الضوء، لكنها تنقل ألوانا خفيفة أخرى. يوفر الكوبالت، على سبيل المثال، صبغة زرقاء رمادية محايدة. وغالبا ما يستخدم صانعو الزجاج مزيجا من المركبات التي تحتوي على الحديد والمنغنيز والسيلينيوم لإنتاج ما تسميه الصناعة زجاج الخصوصية. بالإضافة إلى قطع اختراق الضوء والحرارة والمظهر الأنيق، فإن هذا الزجاج الداكن، والذي يوجد عادة في النوافذ الخلفية للسيارات الرياضية متعددة الأغراض (SUVs) والعديد من السيارات الفاخرة، يوفر لركاب المقعد الخلفي بعض الخصوصية ويمنع السرقة من خلال الحفاظ على محتويات السيارة خارج عن النظر.

يعتبر طلاء الزجاج الأمامي وفتحات السقف بأفلام معدنية طريقة فعالة للغاية ولكنها أكثر تعقيدا للتحكم في الضوء والحرارة في المقصورة، كما يقول إريك روجرز من AGC، وهو خبير تقني في الملكية الفكرية للشركة. في هذا الإجراء، غالبا ما يقوم صانعو الزجاج بترسيب طبقة أو أكثر من طبقات الفضة النانومترية مفصولة بطبقات من أكاسيد المعادن مثل أكسيد القصدير أو ثاني أكسيد التيتانيوم. يقول روجرز إن رقة المداخن تسمح لهذا الهيكل المصمم بصريا بعكس الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء بقوة، وبالتالي تقليل تدفئة المقصورة دون تلوين الفضة الزجاجية، مما يضحي بالرؤية.

زجاج مقسى للسلامة.

يمكن أن يكون الزجاج المكسور قاتلاً، خاصةً أثناء الاصطدامات عالية السرعة، عندما يمكن للزجاج أن يتطاير في المقصورة أو يمكن أن يتعرض الأشخاص إلى نافذة مكسورة. لهذا السبب، تصنع شركات صناعة السيارات سياراتها بنوعين من زجاج الأمان. عادة ما تكون النوافذ الجانبية والخلفية مصنوعة من الزجاج المعالج حرارياً أو الزجاج المقسى. يتم تصنيع الزجاج الأمامي عالميا من الزجاج الرقائقي.

يقوم المصنعون بإعداد الزجاج المقسى، والذي استخدم على نطاق واسع في السيارات منذ الخمسينيات من القرن الماضي، عن طريق تسخين الزجاج إلى أكثر من 600 درجة مئوية، ثم إخماده بسرعة عن طريق تفجيره لبضع ثوانٍ فقط بهواء بارد عالي الضغط ، كما يقول مايكل ريتشاردسون، متخصص تقني في زجاج السيارات في جنرال موتورز. تجعل المعالجة الزجاج أقوى أربع مرات من زجاج النوافذ العادي الملدن (التبريد البطيء). إذا انكسر، فإن التقسية تترك الزجاج عرضة للكسر إلى العديد من القطع الصغيرة المستديرة ذات الحواف الحادة قليلة نسبيا. تقل احتمالية تسبب هذه الشظايا في قطع الركاب من القطع الكبيرة الخشنة التي تتكون عادةً عند كسر زجاج النوافذ المعتاد.

يبرد الهواء البارد الجزيئات بسرعة على السطح، ويثبتها في مكانها في حالة من الضغط العالي، مما يقوي السطح، كما يقول توماس كليري، خبير زجاج السيارات في Corning. في الوقت نفسه، تكون الجزيئات الموجودة في القلب الساخن أبطأ في التبريد وتستمر في الاهتزاز بحرية حتى يحدث ذلك. يقول كليري: "يؤدي ذلك إلى اختلاف في الكثافة يؤدي إلى لعبة شد الحبل بين الجزيئات الموجودة في القلب وعلى السطح". نتيجة لهذا التوتر الداخلي، عندما ينكسر الزجاج المقسى، فإنه ينفجر بسرعة إلى قطع صغيرة، ويطلق تلك الطاقة المكبوتة.