航空有機玻璃銀紋分析及預防處置

姜英杰 劉百新

摘? ?要：飛機座艙風擋等航空有機玻璃表面容易出現銀紋現象，銀紋的出現直接影響有機玻璃的使用性能。在較大的外力作用下，銀紋甚至會進一步發展成為裂縫，最后使材料發生斷裂而破壞。航空有機玻璃銀紋現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，研究其產生銀紋的機理、原因、條件及其本質特征，進而提出預防措施及處置方法。

關鍵詞：有機玻璃? 銀紋? 預防處置

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

根據外場維護使用經驗表明，飛機座艙風擋等航空有機玻璃表面容易出現銀紋現象，不僅使光學透明度變差，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，廣大航空從業人員必須對航空有機玻璃銀紋有正確的認知和有效的預防處置。

1? 何謂銀紋

1.1 銀紋產生的機理

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

1.2 銀紋產生的原因

1.2.1 張應力

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

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應力。飛機在高濕度下經高速低空飛行，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，其結果導致了張應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，接觸這些化學品后產生溶脹并容易出現銀紋、裂紋。

在應力-溶劑的聯合作用下，當所受到的應力大于材料出現銀紋的最小應力，即臨界應力值時，材料就產生銀紋。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、應力-溶劑銀紋性能降低（見表1）。

2? 銀紋的本質特征

銀紋在外觀上很象一般的裂紋，但研究發現其本質存在很大不同。拉伸載荷作用下產生的銀紋，當去掉載荷后銀紋可以長時間存在。當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正常，不過重新加載時，銀紋又會重現。由此看來，銀紋并不是真正的破壞裂紋：銀紋的產生和增長是與垂直于拉伸方向的高分子鏈的分離有關，并且在產生銀紋的部位，高分子鏈在載荷作用下，被迫產生高彈性變形，沿受力方向排列起來，這些高分子鏈使銀紋緩慢發展。當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原狀，于是就將銀紋拉緊閉合，試件就恢復到未產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;而緩慢發展的裂紋卻不必太大就會被發現處理而中止。

第二，銀紋在試件升溫時，有康復現象;而一般破壞裂紋卻不具有這種性質。

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

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

3? 銀紋的預防及處置

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

（2）加強生產加工原材料的源頭控制、嚴格掌控生產規程符合行業標準，確保出廠質量達標;采取安全防護措施，防止運輸、安裝時接觸有機溶劑。

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

（4）加工、安裝和使用過程中嚴禁使用酒精、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，以免局部過熱而產生應力。

（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? 結語

實踐證明，有機玻璃構件在使用的頭一年到兩年時間內，銀紋出現和發展較快，3年以后趨于穩定，沒有明顯增加趨勢。因此，銀紋的出現雖然降低了材料的強度和光學性能，但不會發展成為災難性的事故。當然，如果銀紋已發展到裂紋狀態，特別是尖端很銳的裂紋，在低應力作用下（即使在疲勞極限以下）就可以擴展為不可逆的危險裂紋。使用維護人員要根據使用環境、玻璃牌號以及機型，認真分析研判產生的原因、限定使用條件，并觀察裂紋的發展狀況，確定處理意見。當裂紋較大時，要停飛進行分析鑒定，危及飛行安全時，要及時更換。

參考文獻

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