基本介紹
發展歷程,分類,特性,光學性能,耐熱性,表面質量,力學性能,耐老化性能,特殊要求,
發展歷程
飛機風擋在20世紀20年代用平板退火玻璃，30年代用曲面複合玻璃，中間膠層為纖維素酯類，40年代用熱淬火玻璃，中間膠層用聚乙烯醇縮丁醛，50年代以後採用有機玻璃或鋼化玻璃-多層塑膠複合結構風擋。
飛機座艙蓋最早使用硝酸纖維素、醋酸纖維素一類塑膠作透明材料，這類塑膠容易發黃，而且不耐磨。澆注PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）板材由於密度小，具有優良的光學透明性、耐候性、較高的物理機械性能、易於加工成型等特點，1937年裝在飛機風擋上。40年代初開始用於製造飛機座艙蓋。最初使用增塑的PMMA，如美國Rohm&Haas公司生產的Plexiglas I，這類有機玻璃一般用於亞音速飛機。
由於作戰的需要，軍用戰鬥機逐漸向高空、高速、多用途、短距離垂直起降方向發展。作為飛機風擋、座艙蓋的大面積透明結構材料的有機玻璃，裸露於大氣中，且位於飛機飛行時產生氣動熱的前緣，其性能也要與之相適應。超音速飛機一般在15000～20000m的大氣對流層飛行，座艙蓋所用的透明材料，必須承受相應的溫度。
隨著超音速飛機的出現(例如F-102，MG-21)，研製出了未增塑的PMMA，如美國的PlexiglasⅡ，前蘇聯的CT-1。為了製造馬赫數(M)超過2的高速飛機座艙蓋，美國Rohm&Haas公司研製出了改性丙烯酸透明塑膠Plexiglas-55，它屬於MMA（甲基丙烯酸甲酯）和其他化合物共聚的微交聯聚合物，可以套用在M=2．3以下的飛機上。這種材料含有親水性共聚組分，吸水性較大。此後德國、美國等又研製了一種低吸濕性的交聯有機玻璃，如Plexiglas GS 249、Poly84等。為適應高速飛機的需要，前蘇聯研製了MMA與其他化合物共聚的耐熱有機玻璃2．55及含有熱穩定劑的T2-55。隨著飛機飛行速度的進一步提高(例如米格25、29等，M=2.8～3.0)，前蘇聯又研製了耐熱性更高的CO-180、CO-200有機玻璃。而美國則研製了聚碳酸酯(PC)，這種材料具有較高的工作溫度、較好的衝擊韌性。
第二次世界大戰後，為了解決飛機透明件的銀紋問題，提高風擋的抗鳥撞能力及防止座艙蓋的突然爆破，由美國國家航空諮詢委員會(NACA)發起研製定向有機玻璃，蘇聯也於1951年起開展有機玻璃拉伸定向方面的研究工作。定向有機玻璃，即將有機玻璃加熱到玻璃化溫度以上，然後進行拉伸或壓縮，使雜亂無章的大分子沿拉伸方向有序排列，從而提高了有機玻璃的韌性，在防止裂紋擴展和銀紋的產生方面都有很大的改進，因而逐漸代替了非定向有機玻璃，並被世界各國普遍採用。
分類
按有機玻璃的耐熱級別分為通用、耐熱和改性種。通用級是含增塑劑的聚甲基丙烯酸甲酯板。耐熱級是加有紫外線吸收劑（耐光劑）的聚甲基丙烯酸甲酯板，熱變形溫度比通用級約高15℃。改性級是甲基丙烯酸甲酯與少量交聯劑和其他組分進行交聯，或甲基丙烯酸甲酯與極性單體共聚合製成的板材。
國產的通用級有機玻璃仍用於飛機透明件，美、歐各國只作一般用途，原有的軍用規範（MIL-P-6886）也已作廢。耐熱級有機玻璃及其拉伸定向板材是國內廣泛使用的透明塑膠，美、歐各國不生產該級別的拉伸板材，澆注板只用作層合透明塑膠板的面層，不用作結構材料。俄羅斯有相應級別的拉伸板材。輕度交聯的有機玻璃耐熱性和抗銀紋性比耐熱級好，其定向板材是美國和歐洲各國飛機透明件現用的主要結構材料。國產共聚改性的澆注和定向有機玻璃的耐熱性較高，但抗老化性能較差，只作特定用途。國產輕度交聯定向有機玻璃是近年新研製的品種，其耐熱性和耐久性均優於國產其他牌號的有機玻璃，各項性能與國外同類產品水平相當。
按板材的表面質量把航空有機玻璃分為拋光級、專用級和通用級三種。拋光級板材的表面和光學質量好，厚度公差小，用於製造表面和光學質量要求高的風擋和大尺寸飛機座艙蓋。專用級板材的表面和光學質量較高，用於製造一般飛機座艙蓋和風擋。通用級的板材表面和光學質量稍低，用於一般航空透明件。
特性
具有優良的光學、強度、耐熱、耐老化、耐紫外線性能，特別是光學畸變及角位移很小。其抗壓、抗衝擊及抗彎強度均高於普通有機玻璃。特別是定向板，其抗衝擊強度是普通有機玻璃板的二倍以上，還具有很高的抗銀紋性及抗裂紋擴展性。用作飛機坐艙蓋、可防止空中突然爆破。用於製造飛機風擋玻璃，也可用作汽車、輪船、軍艦的安全玻璃及實驗室安全爆破玻璃。
有機玻璃是透明聚丙烯酸酯塑膠板的別稱，由甲基丙烯酸甲酯( MMA)單體或甲基丙烯酸甲酯和其他改性劑經本體聚合成的板材。飛機用有機玻璃的質量要求比工業用有機玻璃高得多，在生產工藝和設備、技術要求、檢驗手段等方面與丁．業用有機玻璃有很大差別，主要表現如下。
光學性能
必須嚴格控制有機玻璃的光學畸變（如折光、波紋消失角及角偏差。這就要求嚴格的生產工藝質量控制。澆注有機玻璃模型用的矽酸鹽玻璃表面不能有玻筋、氣泡等缺陷，因此一般都用經拋光的矽酸鹽玻璃或高質量的浮法玻璃。同時對灌漿、聚合工藝、烘房、聚合車結構，物料輸送管路和聚合釜的清理等有嚴格要求。波紋消失角、角偏差等作為光學性能驗收的重要技術指標有相應的檢驗方法。
耐熱性
為滿足飛機高速飛行的需要，研製不同耐熱等級的航空有機玻璃，保證有機玻璃在高溫下仍具有較高的力學性能，須制定高溫拉伸強度、單面受熱扣伸強度等指標。對定向有機玻璃還需制定熱鬆弛指標進行控制。
表面質量
影響有機玻璃表面質量的主要因素是灰塵和單體中的低沸點物，須嚴格控制雜質和其他點狀缺陷的數量。為避免澆注有機玻璃的模型中進入灰塵，保證模型的潔淨度，航空有機玻璃模型要在具有除塵裝置的淨化間中製備，矽酸鹽模板需用二次蒸餾水或無離子水進行洗滌，制模過程中用過濾乾燥的壓縮空氣吹風。為減少單體中低沸點物的含量，避免機械雜質進入漿液，規定生產航空有機玻璃的單體純度應大於99.9%，製漿灌漿過程中需加強過濾。檢驗過程除加強目視檢查外，還須將澆注板材放人150℃的烘箱中檢查加熱後是否出現耐熱點（旋光點）等缺陷。
力學性能
拉伸強度、衝擊強度、彎曲強度、彈性模量等指標都高於工業有機玻璃。其中定向有機玻璃的衝擊強度高於普通有機玻璃的2倍以上。斷裂韌度是考核定向有機玻璃抗裂紋擴展能力的特有性能指標。
耐老化性能
有機玻璃和其他高分子材料一樣，長期日光照射下容易發生老化，因此航空有機玻璃中一般都加入紫外光吸收劑。有機玻璃除化學老化外，還容易吸濕發生物理老化，同樣會造成力學性能的下降。因此在共聚改性過程中，應避免加入帶極性基團的組分，儘量降低吸濕造成的物理老化的風險，延長有機玻璃的使用壽命。
特殊要求
針對航空有機玻璃這種結構材料，在新品種投入使用以前需進行疲勞、靜力、製件可成形性、邊緣連線等一系列套用性能的考核和檢驗，以確保裝機的可靠性。疲勞、靜力強度試驗可以隨飛機地面試驗進行模擬，其餘試驗可以通過元件級試件進行考核。
綜上所述，航空透明件要求材料既要有足夠的剛度又要有很高的韌性，還能經受紫外光照射、雨水沖蝕、溫度交變等惡劣環境。與此同時，還必須保證嚴格的光學性能，具有良好的成形加丁性，研究、生產同時兼備這樣全面的性能的丙烯酸酯類材料，技術難度是相當大的。
