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。
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