8.5. Пластмассы для остекления летательных аппаратов
Для остекления летательных аппаратов широко применяют органическое стекло (СО), которое обладает высокой светопрозрачностью в больших толщинах, низкой теплопроводностью, высокой пластичностью (легко формируется) и удовлетворительной прочностью. Из органического стекла можно получать детали сложной формы сравнительно простыми технологическими методами. Минимальные оптические искажения достигаются при помощи вакуумного пневмоформирования и литья в стеклянные формы.
Органическое стекло представляет собой продукт сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот. Иногда для улучшения технологических свойств в них вводят пластификаторы, например дибутилфталат.
Для остекления летательных аппаратов применяют органические стекла марок СО-95, СО-120 и Э-2. Из этих стекол изготовляют остекление фонаря, иллюминаторов, обзорные стекла и др. Число указывает температуру размягчения. Различие между стеклами СО-95 и СО-120 состоит в том, что первое пластифицировано дибутилфталатом, а во втором пластификатора нет. Плотность органических стекол составляет 1,18 г/см3.
Физико-химические свойства стекол марок СО-95 и СО-120, соответственно:
Температура размягчения, °С…95 и 120
Ударная вязкость КС, кДж/м2…12 и 12
Временное сопротивление при растяжении σв, МПа…65 и 75
Светопрозрачность, % … 91 и 91
Температура начала деструкции, °С…155 и 180
Диапазон рабочих температур, °С… ± 160 и ±90
Для деталей, работающих при повышенных температурах, разработано теплостойкое стекло марки Э-2 с рабочей температурой до 130 °С и температурой размягчения 190 °С.
Существующие органические стекла являются хрупкими материалами, поэтому (при наличии перепада давления) фонари кабин самолетов с таким остеклением разрушаются по всей площади при их осколочном пробивании.
Повышение механических свойств органических стекол достигается ориентацией молекул в высокоэластичном состоянии путем двухосного растяжения при одновременном нагреве до температуры, превышающей температуру размягчения стекла. Звенья молекул ориентируются вдоль направления действия внешней силы, и материал приобретает более высокую прочность и вязкость, чем с неориентированными молекулами (рис. 8.2). Степень упрочнения зависит от степени ориентации макромолекул, в частности от степени вытяжки. Детали остекления, выполненные из ориентированного органического стекла, имеют более высокую статическую и длительную прочность, менее чувствительны к концентраторам напряжений, более стойки против «серебрения» и сохраняют исходную теплостойкость.
Рис. 8.2. Влияние температуры на временное сопротивление и ударную вязкость ориентированного (1, 3) и неориентированного (2, 4) стекла
В настоящее время для изготовления деталей остекления кабин самолетов применяют органическое стекло марки Э-2, которое может быть ориентированным и неориентированным. Физические свойства ориентированного и неориентированного стекла аналогичны, однако механические свойства первого существенно выше.
Ниже приведены механические свойства ориентированного (числитель) и неориентированного (знаменатель) стекла марки Э-2 при комнатной температуре:
-
σв, МПа
109/83
Е, кПа
3,33/3,38
δ, %
11,5/3,8
КС, кДж/м2
42,3/20,7
Ориентация обеспечивается равномерным растяжением неориентированного стекла в одной плоскости при температуре на 15...30 °С выше температуры его размягчения. Затем стекло охлаждают под нагрузкой. Степень вытяжки при формовании и ориентации не превышает 50 %. Затем проводят термическую обработку деталей при 160 °С в течение 6 ч с последующим медленным охлаждением.
Стекло марки Э-2 успешно применяют для остекления кабин самолетов в интервале температур от –60 до 130 ° С.
Недостатком органических стекол является склонность к «серебрению», которое представляет собой сетку микротрещин, значительно снижающих оптические свойства стекол. Стекло марки Э-2 отличается высокой стойкостью к «серебрению» в процессе эксплуатации.
Органические стекла можно применять до температур 200...250 °С. При более высоких температурах возможно использование теплостойких силикатных стекол, прозрачного ситалла и кварцевого стекла, которое выдерживает нагрев до температур выше 900 °С.
Поскольку при пробивании органических стекол возникает большое число осколков, то для остекления летательных аппаратов используют также безосколочное стекло – триплекс. Триплекс может быть силикатный и органический. Силикатный триплекс получают путем склеивания двух листов из силикатного стекла поливинилбутиральной пленкой, а органический – склеиванием двух листов из.органического стекла с помощью бутварной пленки.
Силикатный триплекс можно применять до 150... 180 °С, он имеет высокую абразивную стойкость и значительную плотность (2,5 г/см3). Силикатному триплексу трудно придать сложную форму, поэтому его используют для изготовления деталей остекления простой формы.
Физико-механические свойства органического триплекса определяются свойствами используемого для его изготовления органического стекла. Преимущество органического триплекса перед органическим стеклом состоит в том, что при больших ударных и статических нагрузках в нем возникает локальный очаг разрушения, а органическое стекло обычно разрушается полностью.