中航工業(yè)西安飛機分公司制造工程部工藝研究所 成書民 任國輝 牛博雅

有機玻璃舷窗是飛機機身客艙的重要組成部分。MA60飛機機身客艙沿兩側(cè)各分布玻璃舷窗20個。舷窗為雙層中空有機玻璃，外廓尺寸為385mm×285mm；外形呈雙曲面形，與機身理論外形基本一致。玻璃舷窗厚度有兩種規(guī)格，有機玻璃材料分別為YB-2（2號航空有機玻璃）、MDYB-3（3號航空定向有機玻璃）。

航空有機玻璃舷窗具有很多種結(jié)構(gòu)，原來曾經(jīng)使用過圓形有機玻璃舷窗結(jié)構(gòu)，由于圓形有機玻璃不具備開闊的視野，沒有很好的乘客體驗，因此后來逐漸被長方形有機玻璃舷窗所替代。

航空有機玻璃存在一種銀紋現(xiàn)象。所謂銀紋，是指高聚物材料在存儲或使用過程中于材料表面或內(nèi)部出現(xiàn)許多肉眼可見的微細凹槽，稱之為“類裂紋”。這種現(xiàn)象在透明塑料如聚苯乙烯、有機玻璃、聚碳酸酯中尤為明顯。當光線以某個入射角入射到已出現(xiàn)“類裂紋”的透明塑料中時，每一個“類裂紋”都像一面微小的鏡子強烈地反射光線，看上去銀光閃閃，因此稱為“銀紋”。

1 國內(nèi)航空有機玻璃舷窗裝配結(jié)構(gòu)分析

國內(nèi)飛機的玻璃舷窗多采用雙層中空有機玻璃結(jié)構(gòu)。MA60飛機玻璃舷窗為4個較大圓弧過渡的長方形，兩層玻璃之間沿四周夾一層橡膠墊圈，用密封膠粘接；玻璃外輪廓套一槽形截面的密封圈（如圖1所示），并用密封膠膠接，然后整體安裝于機身窗框上，要求實現(xiàn)客艙密封，不允許漏氣。這種結(jié)構(gòu)存在一定的缺點，一是使用了密封膠，存在有機溶劑的腐蝕，容易產(chǎn)生玻璃銀紋；二是兩層玻璃被膠接為一體，當飛行過程中客艙內(nèi)外壓力、溫度發(fā)生變化時，玻璃無法產(chǎn)生微量伸縮，應力無法釋放，也容易引發(fā)銀紋。

新舟飛機觀察窗有機玻璃多數(shù)采用MDYB-3（3號航空定向有機玻璃）材料，少數(shù)采用YB-2（2號航空有機玻璃）材料，其中MDYB-3材料具有較高的強度。

觀察窗玻璃組裝過程中使用XY502膠粘劑將內(nèi)外兩層有機玻璃和密封膠圈膠接。XY502是一種雙組分橡膠液，系丁腈混煉膠和適量的酚醛樹脂溶于有機溶劑中的一種溶液。使用時，甲組分用乙酸乙酯稀釋，乙組分用乙醇稀釋，甲、乙組分以4.5∶1～2的質(zhì)量比混合后使用。有機玻璃與密封圈膠接后，固化時間為48～72h。

2 航空有機玻璃溶劑銀紋誘發(fā)試驗

采用本公司生產(chǎn)現(xiàn)場使用的4mm厚的外層有機玻璃和3mm厚的內(nèi)層有機玻璃制作試驗件，參照HB6657《航空有機玻璃銀紋試驗方法》進行銀紋試驗。試驗之前，采用4mm厚的外層有機玻璃進行了不同溶劑的涂抹探索試驗。

試驗1：銀紋試驗件初始加載時表面未涂任何溶劑，加載至52.59MPa時（已到試驗可加載的最大載荷），仍不出現(xiàn)銀紋（這表明有機玻璃抗銀紋能力較強）；在該應力狀態(tài)下表面涂乙醇（95%濃度）溶液后出現(xiàn)大量較細密的銀紋。

試驗2：銀紋試驗件初始加載時表面未涂任何溶劑，加載至20MPa時，未出現(xiàn)銀紋；在該應力狀態(tài)下表面涂甲乙組分混合溶液，繼續(xù)加載并至34MPa時，出現(xiàn)大量銀紋。

試驗3：銀紋試驗件表面未涂任何溶劑，加載至19MPa時，未出現(xiàn)銀紋；表面涂XY502膠甲組分溶液后，出現(xiàn)較多銀紋，在20MPa時的銀紋數(shù)量多而密。

試驗4：銀紋試驗件表面涂XY502膠乙組分，加載至30MPa時，出現(xiàn)微量銀紋，銀紋形貌如圖2所示。

由試驗結(jié)果可知，溶劑使有機玻璃產(chǎn)生銀紋由強到弱的順序是：

甲組分＞甲乙組分混合溶液＞乙醇（95%濃度）溶液＞乙組分。

圖1 MA60飛機玻璃密封圈局部圖Fig.1 Local map of MA60 plane glass sealing ring

圖2 銀紋形貌Fig.2 Morphology of the craze

有機玻璃溶劑銀紋誘發(fā)試驗說明本公司使用的溶劑膠粘劑對有機玻璃結(jié)構(gòu)可能具有溶劑銀紋的影響，也說明了現(xiàn)有有機玻璃組裝結(jié)構(gòu)使用溶劑膠粘劑的不合理性。

3 國外先進航空有機玻璃裝配結(jié)構(gòu)分析

國外較先進的舷窗結(jié)構(gòu)同樣采用雙層中空玻璃，但兩層玻璃安裝時，直接采用一種截面大致為E型的密封圈固定（如圖3、4所示），不使用任何密封膠。密封圈材料為硅橡膠，耐老化性、彈性較好，安裝方便。該結(jié)構(gòu)一方面排除了溶劑腐蝕的可能性，另一方面，當飛行過程中客艙內(nèi)外壓力、溫度發(fā)生變化時，玻璃可以產(chǎn)生微量伸縮，降低了應力造成的影響。

E型密封圈可以代替原來的密封圈及位于兩層玻璃之間的墊圈。密封圈設計時，除滿足結(jié)構(gòu)功能要求外，還必須考慮其成形工藝性及裝配工藝性。因此，對于橡膠模制品零件，在保證零件的強度要求的前提下，盡可能使其壁薄一些，以減輕零件重量，降低膠料消耗。對于橡膠模制品零件斷面的各個部分，厚度力求均勻一致，各個部分的相互交界處盡量成圓弧過渡形式，這樣既有利于模壓時膠料的流動，又能使制品零件的使用壽命得到延長。改進后的密封圈裝配時，免除了膠接工序，可直接裝配，不僅消除了溶劑對玻璃的不利影響，還可提高裝配效率。由于裝配時不再使用密封膠，且在密封圈配合面上還分布了9條高度為1mm、角度為60°的環(huán)形膠梗，更好地保證了其具有良好的密封性。

圖3 E型密封膠圈結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of sealing rubber ring of E type

4 結(jié)論

先進有機玻璃組裝結(jié)構(gòu)可以有效避免在組裝時使用溶劑膠粘劑，避免溶劑對有機玻璃產(chǎn)生的銀紋影響，增加良好的乘客體驗，避免眩光現(xiàn)象的出現(xiàn)。通過對有機玻璃先進組裝結(jié)構(gòu)的分析以及探索新舟系列飛機有機玻璃銀紋產(chǎn)生的相關(guān)原因，還對有機玻璃組裝結(jié)構(gòu)及E型膠圈的生產(chǎn)制造過程進行了更多研究，希望能夠完善和改進有機玻璃結(jié)構(gòu)的組裝生產(chǎn)工藝，并提高生產(chǎn)質(zhì)量、節(jié)約飛機維護成本、提高企業(yè)經(jīng)濟效益。