航空有机玻璃银纹分析及预防处置

姜英杰 刘百新

摘   要：飞机座舱风挡等航空有机玻璃表面容易出现银纹现象，银纹的出现直接影响有机玻璃的使用性能。在较大的外力作用下，银纹甚至会进一步发展成为裂缝，最后使材料发生断裂而破坏。航空有机玻璃银纹现象是常见不可避免却又不能忽视的问题，本文从分析其基本概念入手，研究其产生银纹的机理、原因、条件及其本质特征，进而提出预防措施及处置方法。

关键词：有机玻璃  银纹  预防处置

中图分类号：TQ171                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（c）-0022-02

根据外场维护使用经验表明，飞机座舱风挡等航空有机玻璃表面容易出现银纹现象，不仅使光学透明度变差，还会降低材料的度，使材料的机械性能迅速变差，甚至因局部应力集中而造成座舱罩突然爆裂等恶性事故。因此，广大航空从业人员必须对航空有机玻璃银纹有正确的认知和有效的预防处置。

1  何谓银纹

1.1 银纹产生的机理

银纹是在一定条件下，瞬时产生的玻璃表面出现的可见的极细微裂纹，银纹由定向排列的分子链段和空穴构成。由于无定形玻璃态聚合物的一些内在因素，如分子量分布、分子链的支化、剩余引发剂、表面缺陷等，在张应力作用下造成局部应力集中，银纹体内的聚合物分子链高度取向，形成垂直张力方向的小裂纹。银纹体内聚合物的折光指数不同于相邻正常聚合物的折光指数，所以在一定角度看上去显示出闪光的特征。

1.2 银纹产生的原因

1.2.1 张应力

有机玻璃板材在加工生产过程中难免有气泡、杂质等缺陷，在张应力作用下，这些微弱地方会出现应力集中而产生局部的塑性形变和取向，因此在材料表面或内部垂直于应力方向上出现微细凹槽;加之有机玻璃自身材质脆性大、对应力集中敏感，如果有机玻璃存在较高的残余应力和应力集中，就容易产生银纹或裂纹。

1.2.2 溶剂或其蒸汽

有机玻璃吸水是形成银纹的一个重要因素。有机玻璃在湿热条件下易与水亲合，吸水后使材料塑性增加、氢键破坏，降低了材料的临界裂纹应力，同时有机玻璃吸水和未吸水的材料间的湿度梯度也会诱发应力。飞机在高湿度下经高速低空飞行，使表面失去水分，随后再升到高空时表面迅速冷却。冷而干的外表面收缩，但被暖而湿的里层材料束缚，其结果导致了张应力增大和潜在银纹的扩展。有试验表明，抗银纹性随含水量的增加而降低，吸水率增加1%，抗银纹性降低8MPa。

有机玻璃可溶解于二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、乙酸乙酯、二氯乙烷中，不耐碱、乙 醇、异丙醇、清漆稀释剂等，接触这些化学品后产生溶胀并容易出现银纹、裂纹。

在应力-溶剂的联合作用下，当所受到的应力大于材料出现银纹的最小应力，即临界应力值时，材料就产生银纹。在溶剂存在下，由于材料吸收溶 剂的不一致性，助长了应力增大。

1.2.3 光照

玻璃老化由表层开始，向阳面的表层分子量在老化过程中下降较快，背阳面的分子量下降相对较慢。无论是向阳面还是背阳面，随着深度的增加分子量保持率增加。 这是因为向阳面直接接受太阳光的照射，而背光面只受到透射光和散射光。玻璃内部受到表面层的屏蔽作用，随着深度的增加受光照、水汽、氧化等的影响程度也小。

大气老化过程中，由于受紫外线、空气、雨 水、温度的作用，有机玻璃分子链断裂，分子量减小、应力-溶剂银纹性能降低（见表1）。

2  银纹的本质特征

银纹在外观上很象一般的裂纹，但研究发现其本质存在很大不同。拉伸载荷作用下产生的银纹，当去掉载荷后银纹可以长时间存在。当加热到软化温度以上，或者在垂直于银纹方向加以很大的压缩载荷，银纹就可以变得看不见，试件似乎是完全恢复正常，不过重新加载时，银纹又会重现。由此看来，银纹并不是真正的破坏裂纹：银纹的产生和增长是与垂直于拉伸方向的高分子链的分离有关，并且在产生银纹的部位，高分子链在载荷作用下，被迫产生高弹性变形，沿受力方向排列起来，这些高分子链使银纹缓慢发展。当加热到有机玻璃软化温度以上时，高弹性变形的高分子链力图缩短恢复原状，于是就将银纹拉紧闭合，试件就恢复到未产生银纹以前一样的透明。

由此可知，银纹和破坏裂纹具有以下本质差异：

第一，银纹在试件剖面上可以累积到一定的尺寸而不立即引起试件的断裂;而缓慢发展的裂纹却不必太大就会被发现处理而中止。

第二，银纹在试件升温时，有康复现象;而一般破坏裂纹却不具有这种性质。

第三，在固定的拉伸载荷作用下，银纹一直是以恒速发展，而裂纹在这种条件下的发展却是加速的。

银纹的发展速度取决于有机玻璃试件的平均应力，裂纹的发展速度决定于裂纹尖峰处的应力。所以，我们既不应当把有机玻璃的银纹和破坏裂纹混为一谈，也不应当把它们之间的差别看得过于绝对化。

3  银纹的预防及处置

（1）及时掌握银纹的深度参数，不要超过容限规定;目测有怀疑时，应该使用YL型舱盖玻璃银纹深度测定仪准确测量，防止疏忽遗漏。

（2）加强生产加工原材料的源头控制、严格掌控生产规程符合行业标准，确保出厂质量达标;采取安全防护措施，防止运输、安装时接触有机溶剂。

（3）控制安装应力，安装时必须采用定力扳手 ， 控制紧固力均匀以减小装配应力。装配后应进行退火处理，以消除残余应力。

（4）加工、安装和使用过程中严禁使用酒精、丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂擦拭有机玻璃表面。

（5）飞机喷漆时，必须在有机玻璃上糊好保护纸，防止油漆中的有机溶剂浸蚀有机玻璃。

（6）在飞机上工作时禁止工作灯、电烙铁等接近有机玻璃，以免局部过热而产生应力。

（7）用抛光膏打磨有机玻璃后，必须清洗干净，防止残留腐蚀。

4  结语

实践证明，有机玻璃构件在使用的头一年到两年时间内，银纹出现和发展较快，3年以后趋于稳定，没有明显增加趋势。因此，银纹的出现虽然降低了材料的强度和光学性能，但不会发展成为灾难性的事故。当然，如果银纹已发展到裂纹状态，特别是尖端很锐的裂纹，在低应力作用下（即使在疲劳极限以下）就可以扩展为不可逆的危险裂纹。使用维护人员要根据使用环境、玻璃牌号以及机型，认真分析研判产生的原因、限定使用条件，并观察裂纹的发展状况，确定处理意见。当裂纹较大时，要停飞进行分析鉴定，危及飞行安全时，要及时更换。

参考文献

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[2] 时少峰.飞机用有机玻璃银纹产生原因分析[J].玻璃，2011（2）：96-97.

[3] 張开.高分子物理学[M].北京：化学工业出版社， 1981156.