玻璃的物理特性有哪些（航空玻璃的特性）

航空玻璃是指飞机驾驶员、领航员前面的风挡玻璃，飞机机尾炮塔上的防弹玻璃和航测飞机照相舱窗玻璃等。航空玻璃是由无机硅酸盐玻璃与有机透明材料复合而成，是飞机上重要的光学结构件。根据各种飞机的技术要求，它必须具有多种功能。一是作为飞机的结构件，必须具有足够的强度，以承受飞机座舱压力、气动载荷、机体结构载荷等；二是作为透明观察窗，必须具有良好的光学性能；三是必须具有使用可靠性和长的使用寿命。此外，有些飞机的玻璃，还要求具有防弹、抗鸟撞的安全性以及防冰去霜、隐身等功能。

可以看出航空玻璃是一种要求非常高的特殊玻璃材料，其中航空有机玻璃更是全世界航空玻璃材料的主力。

航空有机玻璃 以甲基丙烯酸甲酯为主要原料，加入少量助剂，在引发剂作用下，经本体聚合制得的透明板材。航空有机玻璃是指用于飞机座舱盖、风挡、机舱、舷窗等部位的一种有机透明结构材料；它是以甲基丙烯酸甲酯为主体，用本体聚合方法制得的板状产品，经成型加工制成透明件后，安装到飞机上。

1、航空有机玻璃的发展历程

飞机风挡在20世纪20年代用平板退火玻璃，30年代用曲面复合玻璃，中间胶层为纤维素酯类，40年代用热淬火玻璃，中间胶层用聚乙烯醇缩丁醛，50年代以后采用有机玻璃或钢化玻璃-多层塑料复合结构风挡。

飞机座舱盖最早使用硝酸纤维素、醋酸纤维素一类塑料作透明材料，这类塑料容易发黄，而且不耐磨。浇注PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）板材由于密度小，具有优良的光学透明性、耐候性、较高的物理机械性能、易于加工成型等特点，1937年装在飞机风挡上。40年代初开始用于制造飞机座舱盖。最初使用增塑的PMMA，如美国Rohm&Haas公司生产的Plexiglas I，这类有机玻璃一般用于亚音速飞机。

（亚音速飞机）

由于作战的需要，军用战斗机逐渐向高空、高速、多用途、短距离垂直起降方向发展。作为飞机风挡、座舱盖的大面积透明结构材料的有机玻璃，裸露于大气中，且位于飞机飞行时产生气动热的前缘，其性能也要与之相适应。超音速飞机一般在15000～20000m的大气对流层飞行，座舱盖所用的透明材料，必须承受相应的温度。

随着超音速飞机的出现(例如F-102，MG-21)，研制出了未增塑的PMMA，如美国的PlexiglasⅡ，前苏联的CT-1。为了制造马赫数(M)超过2的高速飞机座舱盖，美国Rohm&Haas公司研制出了改性丙烯酸透明塑料Plexiglas-55，它属于MMA（甲基丙烯酸甲酯）和其他化合物共聚的微交联聚合物，可以应用在M=2．3以下的飞机上。这种材料含有亲水性共聚组分，吸水性较大。此后德国、美国等又研制了一种低吸湿性的交联有机玻璃，如Plexiglas GS 249、Poly84等。为适应高速飞机的需要，前苏联研制了MMA与其他化合物共聚的耐热有机玻璃2．55及含有热稳定剂的T2-55。随着飞机飞行速度的进一步提高(例如米格25、29等，M=2.8～3.0)，前苏联又研制了耐热性更高的CO-180、CO-200有机玻璃。而美国则研制了聚碳酸酯(PC)，这种材料具有较高的工作温度、较好的冲击韧性。

（聚碳酸酯PC）

第二次世界大战后，为了解决飞机透明件的银纹问题，提高风挡的抗鸟撞能力及防止座舱盖的突然爆破，由美国国家航空咨询委员会(NACA)发起研制定向有机玻璃，苏联也于1951年起开展有机玻璃拉伸定向方面的研究工作。定向有机玻璃，即将有机玻璃加热到玻璃化温度以上，然后进行拉伸或压缩，使杂乱无章的大分子沿拉伸方向有序排列，从而提高了有机玻璃的韧性，在防止裂纹扩展和银纹的产生方面都有很大的改进，因而逐渐代替了非定向有机玻璃，并被世界各国普遍采用。

2、有机玻璃与普通玻璃的区别

有机玻璃跟普通玻璃看来像是一家人，事实上它们是完全不相同的两家。普通玻璃的结构是硅酸盐，但有机玻璃的“父母”却是丙酮、甲醇、硫酸以及氰化氢。

有机玻璃性格一般比普通玻璃倔强得多。它的密度尽管比普通玻璃小一半，但不像玻璃那样容易破碎。它的透明度十分好，晶莹剔透，并且具有很好的热塑性，把它加热，就能任意把它塑成玻璃棒、玻璃管或玻璃板，正由于它有惹人喜爱的外貌以及性格，所以它的用途很广。

喷气式飞机在云端高速飞行时，经常会遇到剧烈的振动以及温度的突变和气流的压力等特别情况，这对飞机座舱的窗玻璃就是严峻的考验。而可以经受这种考验的是有机玻璃。假如是战斗机，在追击敌人时，有机玻璃被子弹打中，它也不会整块破裂，而只穿一小孔，这样就不会再发生类似玻璃碎片伤人的事故。

普通玻璃的厚度超过15厘米，就会变成翠绿一片，并且隔着玻璃没法看清东西。有机玻璃隔着1米厚，还可以清晰地看清对面的东西。因为它的透光性能相当好，再加上紫外线也可以穿透，所以常用来制造光学仪器。

有机玻璃另外有一个令人惊异的性能，一条弯曲的有机玻璃棒，只要弯度小于48度，光线就可以沿着它，像水通过水管一样投射过来。光线可以走弯路，多么有趣!利用这个绝技，它就变成了制造外科传光玻璃仪器的珍品。因此，医生在手术室动手术的时候，就不用担心看不清楚了。

有机玻璃既轻巧，又坚韧，化学性又相当稳定，受热而且有可塑性，因此它的用途十分广泛。

假如在有机玻璃的原料中适当加一些染料，就能根据人们的需要制成红的、绿的以及紫的……五光十色的彩色有机玻璃了。

一个冷知识：飞机上的窗户为什么是椭圆形的？

為了使飛機適合在更高的高度飛行，航空公司也做出不少設計上的更改。像是機艙必須加壓，以便乘客能夠在高空上呼吸。再來，飛機都是圓柱形的，以承受額外增加的內部壓力。

一个正方形的窗户会在墙上弄出4个90°的凹槽，也就创造了4个脆弱的部分。从工程的角度来说，那些尖锐的角（或者叫巧克力凹槽）叫做应力集中点。在飞机坠毁事件中，窗户角的点因应力集中，会比其余部分承受约两到三倍的压力，因此很容易断裂。

假如你是飞机设计者，你会怎么改造它？仔细观察的话，可以看到现在每一扇飞机窗户都是圆角的。曲线将压力分散到曲线上的每一点上，而不是像直角那样将压力集中到一点。

当然，近年来随着科技的发展，从上世纪航空科技萌芽阶段的单板材料到现在的航空复合材料，航空玻璃材料也在不断更新换代，不管材料如何变化，安全问题一直是新型材料必须过的一道坎，在各种对于新型材料的安全考核中，抗冲击性实验必不可少，因为它如果不能保障有可能会带来严重的后果。

现今塑料已经成为一类不可或缺的材料，被广泛用于电子、汽车、建筑、装饰等行业。特别是在国家提倡“以塑代钢、以塑代木”以建设节约型、环保型社会之后，就对其提出了更加广泛和苛刻的要求。而单一的聚合物材料往往难以满足要求，这就需要继续开发合成新型聚合物材料或对现有聚合物进行改性。其中，共混改性是一种非常有效、相对简单的途径，越来越引起人们的兴趣和重视。

以 α– 磷酸锆 (α–ZrP) 为刚性研磨介质，超高分子量聚乙烯 (PE–UHMW) 为抗冲改性剂，聚碳酸酯 (PC) 作为基体材料，通过母粒法 ( 两步熔融共混法 ) 制备了高抗冲高模量复合材料。研究了 PE–UHMW 添加量及几种无机填料对复合材料力学性能及微观结构的影响。结果表明，当 PE–UHMW 含量为 8 份、α–ZrP 含量为 2 份时，复合材料的冲击强度、弯曲弹性模量达到最大值。α–ZrP 的加入还使复合材料的其它力学性能得到了一定程度改善。经扫描电子显微镜分析明，α–ZrP 的加入起到了助分散的作用，促进了 PE–UHMW 在基体树脂中的均匀散，所以冲击性能得到进一步提高。