航空有機玻璃銀紋分析及預(yù)防處置

姜英杰 劉百新

摘? ?要：飛機座艙風(fēng)擋等航空有機玻璃表面容易出現(xiàn)銀紋現(xiàn)象，銀紋的出現(xiàn)直接影響有機玻璃的使用性能。在較大的外力作用下，銀紋甚至?xí)M(jìn)一步發(fā)展成為裂縫，最后使材料發(fā)生斷裂而破壞。航空有機玻璃銀紋現(xiàn)象是常見不可避免卻又不能忽視的問題，本文從分析其基本概念入手，研究其產(chǎn)生銀紋的機理、原因、條件及其本質(zhì)特征，進(jìn)而提出預(yù)防措施及處置方法。

關(guān)鍵詞：有機玻璃? 銀紋? 預(yù)防處置

中圖分類號：TQ171? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（c）-0022-02

根據(jù)外場維護(hù)使用經(jīng)驗表明，飛機座艙風(fēng)擋等航空有機玻璃表面容易出現(xiàn)銀紋現(xiàn)象，不僅使光學(xué)透明度變差，還會降低材料的度，使材料的機械性能迅速變差，甚至因局部應(yīng)力集中而造成座艙罩突然爆裂等惡性事故。因此，廣大航空從業(yè)人員必須對航空有機玻璃銀紋有正確的認(rèn)知和有效的預(yù)防處置。

1? 何謂銀紋

1.1 銀紋產(chǎn)生的機理

銀紋是在一定條件下，瞬時產(chǎn)生的玻璃表面出現(xiàn)的可見的極細(xì)微裂紋，銀紋由定向排列的分子鏈段和空穴構(gòu)成。由于無定形玻璃態(tài)聚合物的一些內(nèi)在因素，如分子量分布、分子鏈的支化、剩余引發(fā)劑、表面缺陷等，在張應(yīng)力作用下造成局部應(yīng)力集中，銀紋體內(nèi)的聚合物分子鏈高度取向，形成垂直張力方向的小裂紋。銀紋體內(nèi)聚合物的折光指數(shù)不同于相鄰正常聚合物的折光指數(shù)，所以在一定角度看上去顯示出閃光的特征。

1.2 銀紋產(chǎn)生的原因

1.2.1 張應(yīng)力

有機玻璃板材在加工生產(chǎn)過程中難免有氣泡、雜質(zhì)等缺陷，在張應(yīng)力作用下，這些微弱地方會出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的塑性形變和取向，因此在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)微細(xì)凹槽;加之有機玻璃自身材質(zhì)脆性大、對應(yīng)力集中敏感，如果有機玻璃存在較高的殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中，就容易產(chǎn)生銀紋或裂紋。

1.2.2 溶劑或其蒸汽

有機玻璃吸水是形成銀紋的一個重要因素。有機玻璃在濕熱條件下易與水親合，吸水后使材料塑性增加、氫鍵破壞，降低了材料的臨界裂紋應(yīng)力，同時有機玻璃吸水和未吸水的材料間的濕度梯度也會誘發(fā)應(yīng)力。飛機在高濕度下經(jīng)高速低空飛行，使表面失去水分，隨后再升到高空時表面迅速冷卻。冷而干的外表面收縮，但被暖而濕的里層材料束縛，其結(jié)果導(dǎo)致了張應(yīng)力增大和潛在銀紋的擴展。有試驗表明，抗銀紋性隨含水量的增加而降低，吸水率增加1%，抗銀紋性降低8MPa。

有機玻璃可溶解于二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、丙酮、乙酸乙酯、二氯乙烷中，不耐堿、乙 醇、異丙醇、清漆稀釋劑等，接觸這些化學(xué)品后產(chǎn)生溶脹并容易出現(xiàn)銀紋、裂紋。

在應(yīng)力-溶劑的聯(lián)合作用下，當(dāng)所受到的應(yīng)力大于材料出現(xiàn)銀紋的最小應(yīng)力，即臨界應(yīng)力值時，材料就產(chǎn)生銀紋。在溶劑存在下，由于材料吸收溶 劑的不一致性，助長了應(yīng)力增大。

1.2.3 光照

玻璃老化由表層開始，向陽面的表層分子量在老化過程中下降較快，背陽面的分子量下降相對較慢。無論是向陽面還是背陽面，隨著深度的增加分子量保持率增加。 這是因為向陽面直接接受太陽光的照射，而背光面只受到透射光和散射光。玻璃內(nèi)部受到表面層的屏蔽作用，隨著深度的增加受光照、水汽、氧化等的影響程度也小。

大氣老化過程中，由于受紫外線、空氣、雨 水、溫度的作用，有機玻璃分子鏈斷裂，分子量減小、應(yīng)力-溶劑銀紋性能降低（見表1）。

2? 銀紋的本質(zhì)特征

銀紋在外觀上很象一般的裂紋，但研究發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)存在很大不同。拉伸載荷作用下產(chǎn)生的銀紋，當(dāng)去掉載荷后銀紋可以長時間存在。當(dāng)加熱到軟化溫度以上，或者在垂直于銀紋方向加以很大的壓縮載荷，銀紋就可以變得看不見，試件似乎是完全恢復(fù)正常，不過重新加載時，銀紋又會重現(xiàn)。由此看來，銀紋并不是真正的破壞裂紋：銀紋的產(chǎn)生和增長是與垂直于拉伸方向的高分子鏈的分離有關(guān)，并且在產(chǎn)生銀紋的部位，高分子鏈在載荷作用下，被迫產(chǎn)生高彈性變形，沿受力方向排列起來，這些高分子鏈?zhǔn)广y紋緩慢發(fā)展。當(dāng)加熱到有機玻璃軟化溫度以上時，高彈性變形的高分子鏈力圖縮短恢復(fù)原狀，于是就將銀紋拉緊閉合，試件就恢復(fù)到未產(chǎn)生銀紋以前一樣的透明。

由此可知，銀紋和破壞裂紋具有以下本質(zhì)差異：

第一，銀紋在試件剖面上可以累積到一定的尺寸而不立即引起試件的斷裂;而緩慢發(fā)展的裂紋卻不必太大就會被發(fā)現(xiàn)處理而中止。

第二，銀紋在試件升溫時，有康復(fù)現(xiàn)象;而一般破壞裂紋卻不具有這種性質(zhì)。

第三，在固定的拉伸載荷作用下，銀紋一直是以恒速發(fā)展，而裂紋在這種條件下的發(fā)展卻是加速的。

銀紋的發(fā)展速度取決于有機玻璃試件的平均應(yīng)力，裂紋的發(fā)展速度決定于裂紋尖峰處的應(yīng)力。所以，我們既不應(yīng)當(dāng)把有機玻璃的銀紋和破壞裂紋混為一談，也不應(yīng)當(dāng)把它們之間的差別看得過于絕對化。

3? 銀紋的預(yù)防及處置

（1）及時掌握銀紋的深度參數(shù)，不要超過容限規(guī)定;目測有懷疑時，應(yīng)該使用YL型艙蓋玻璃銀紋深度測定儀準(zhǔn)確測量，防止疏忽遺漏。

（2）加強生產(chǎn)加工原材料的源頭控制、嚴(yán)格掌控生產(chǎn)規(guī)程符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保出廠質(zhì)量達(dá)標(biāo);采取安全防護(hù)措施，防止運輸、安裝時接觸有機溶劑。

（3）控制安裝應(yīng)力，安裝時必須采用定力扳手 ， 控制緊固力均勻以減小裝配應(yīng)力。裝配后應(yīng)進(jìn)行退火處理，以消除殘余應(yīng)力。

（4）加工、安裝和使用過程中嚴(yán)禁使用酒精、丙酮、乙酸乙酯等有機溶劑擦拭有機玻璃表面。

（5）飛機噴漆時，必須在有機玻璃上糊好保護(hù)紙，防止油漆中的有機溶劑浸蝕有機玻璃。

（6）在飛機上工作時禁止工作燈、電烙鐵等接近有機玻璃，以免局部過熱而產(chǎn)生應(yīng)力。

（7）用拋光膏打磨有機玻璃后，必須清洗干凈，防止殘留腐蝕。

4? 結(jié)語

實踐證明，有機玻璃構(gòu)件在使用的頭一年到兩年時間內(nèi)，銀紋出現(xiàn)和發(fā)展較快，3年以后趨于穩(wěn)定，沒有明顯增加趨勢。因此，銀紋的出現(xiàn)雖然降低了材料的強度和光學(xué)性能，但不會發(fā)展成為災(zāi)難性的事故。當(dāng)然，如果銀紋已發(fā)展到裂紋狀態(tài)，特別是尖端很銳的裂紋，在低應(yīng)力作用下（即使在疲勞極限以下）就可以擴展為不可逆的危險裂紋。使用維護(hù)人員要根據(jù)使用環(huán)境、玻璃牌號以及機型，認(rèn)真分析研判產(chǎn)生的原因、限定使用條件，并觀察裂紋的發(fā)展?fàn)顩r，確定處理意見。當(dāng)裂紋較大時，要停飛進(jìn)行分析鑒定，危及飛行安全時，要及時更換。

參考文獻(xiàn)

[1] 李長云.空軍航空機務(wù)系統(tǒng)教材：飛機機體修理[Z].中國人民解放軍空軍裝備部.

[2] 時少峰.飛機用有機玻璃銀紋產(chǎn)生原因分析[J].玻璃，2011（2）：96-97.

[3] 張開.高分子物理學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1981156.