Свойства
- Формула: n
- Температура плавления: 160 °C
- Плотность: 1,19 г/см³
- Название ИЮПАК: Poly(methyl 2-methylpropenoate)
Эти органические материалы только формально именуются стеклом и относятся к совершенно иному классу веществ, о чём говорит само их название и чем в основном определяются ограничения свойств и, как следствие, возможностей применения, несопоставимых со стеклом по многим параметрам. Органические стёкла способны приблизиться по свойствам к большинству видов неорганических стёкол только в композитных материалах, однако огнеупорными они быть не могут. Стойкость к агрессивным средам органических стёкол также определяется значительно более узким диапазоном.
Тем не менее, этот материал, когда его свойства дают очевидные преимущества (исключая специальные виды стёкол), используется как альтернатива силикатному стеклу. Различия в свойствах этих двух материалов следующие:
- ПММА легче: его плотность (1190 кг/м³) приблизительно в два раза меньше плотности обычного стекла;
- ПММА более мягок, чем обычное стекло, и чувствителен к царапинам (этот недостаток исправляется нанесением стойких к царапинам покрытий);
- ПММА может быть легко деформирован при температурах выше +100 °C; при охлаждении приданная форма сохраняется;
- ПММА легко поддаётся механической обработке обычным металлорежущим инструментом;
- ПММА лучше, чем неспециальные, разработанные с этой целью виды стёкол, пропускает ультрафиолетовое и рентгеновское излучения, отражая при этом инфракрасное; светопропускание оргстекла несколько ниже (92—93 % против 99 % у лучших сортов силикатного);
- ПММА неустойчив к действию спиртов, ацетона и бензола.
Преимущества и недостатки
- Основные преимущества
- малая теплопроводность (0,2—0,3 Вт/(м·К)) по сравнению с неорганическими стеклами (0,7—13,5 Вт/(м·К));
- высокая светопропускаемость — 92 %, которая не изменяется с течением времени, сохраняя свой оригинальный цвет;
- сопротивляемость удару в 5 раз больше, чем у стекла;
- при одинаковой толщине оргстекло весит почти в 2,5 раза меньше, чем стекло, поэтому конструкция не требует дополнительных опор, что создаёт иллюзию открытого пространства;
- устойчиво к действию влаги, бактерий и микроорганизмов, поэтому может использоваться для остекления яхт, производства аквариумов;
- экологически чистое, при горении не выделяет никаких ядовитых газов;
- возможность придавать разнообразные формы при помощи термоформования без нарушения оптических свойств с прекрасной деталировкой;
- механическая обработка осуществляется почти с такой же лёгкостью, как и обработка дерева;
- устойчивость во внешней среде, морозостойкость;
- пропускает 73 % ультрафиолетовых лучей, при этом УФ-лучи не вызывают пожелтения и деградации акрилового стекла;
- устойчивость в химических средах;
- электроизоляционные свойства;
- подлежит утилизации.
- Недостатки
- при пиролизе выделяет вредный мономер — метилметакрилат;
- склонность к поверхностным повреждениям (твёрдость 180—190 Н/мм²);
- технологические трудности при термо- и вакуумформовании изделий — появление внутренних напряжений в местах сгиба при формовке, что ведёт к последующему появлению микротрещин;
- легковоспламеняющийся материал (температура воспламенения +260 °C).
Особенности экструзионного оргстекла по сравнению с литым оргстеклом
- ряд возможных толщин листов меньше, что определяется возможностью экструдера,
- возможная длина листов больше,
- разнотолщинность листов в партии меньше (допуск по толщине 5 % вместо 30 % у литого акрила),
- меньшая ударостойкость,
- меньшая химическая стойкость,
- большая чувствительность к концентрации напряжений,
- лучшая способность к склеиванию,
- меньший и более низкий диапазон температур при термоформовке (примерно от +150 до +170 °C вместо от +150 до +190 °C),
- меньшее усилие при формовке,
- большая усадка при нагреве (6 % вместо 2 % у литого акрила).
Стойкость к химическим воздействиям
На оргстекло воздействуют разбавленные фтористоводородные и цианистоводородные кислоты, а также концентрированные серная, азотная и хромовая кислоты. Растворителями оргстекла являются хлорированные углеводороды (дихлорэтан, хлороформ, метилен хлористый), альдегиды, кетоны и сложные эфиры. На оргстекло также воздействуют спирты: метиловый, бутиловый, этиловый, пропиловый. При непродолжительном воздействии 10 % этилового спирта взаимодействие с оргстеклом отсутствует.
Свойства оргстекла
- Легкость. Плотность оргстекла — 1,19 г/см3. По сравнению с другими материалами оргстекло почти в 2,5 раза легче обычного стекла, на 17% легче компактного ПВХ и на 7% — полиэфирных стекол, поэтому при строительстве самонесущих конструкций не требуется применение дополнительных опор. Оргстекло имеет равный вес с поликарбонатом и на 15% тяжелее полистирола.
- Влагоустойчивость. Используется для остекления яхт, производства аквариумов.
- Ударопрочность. Ударная прочность акрилового листа в 5 раз выше, чем у обычного силикатного стекла.
- Стойкость к атмосферным явлениям. 40-градусные морозы оргстеклу не страшны — оно способно работать в широком диапазоне температур, не размягчаясь и не деформируясь при высоких температурах, и не трескаясь и не коробясь при низких, устойчиво к неблагоприятным погодным явлениям. Акриловое стекло отличается высокой устойчивостью к старению. Его механические и оптические свойства не изменяются заметным образом при многолетних атмосферных воздействиях.
- Органическое стекло пропускает 90% ультрафиолетовых лучей, при этом обладает хорошей светостойкостью и превосходным уровнем устойчивости к действию ультрафиолетовых лучей, не требуя специальной защиты. Это объясняется тем, что по своей химической природе оргстекло прозрачно для ультрафиолетового излучения. Поэтому ультрафиолет не задерживается в массе полимера и не действует разрушающе на его внутреннее строение (ультрафиолетовые лучи не вызывают его пожелтения и деградации, и материал не теряет своих механических свойств в течение 10 и более лет).
- Светопроницаемость. Отсутствие собственной окраски и прозрачность предоставляют возможность обеспечить высокую светопроницаемость. Светопроницаемость у акриловых листов такая же, как и у стекла. Светопропускание составляет до 93% видимого света (только 8 % падающего света отражается) — это больше, чем у любого другого полимерного материала. Окраска оргстекла не изменяется с течением времени, сохраняет свой оригинальный цвет. Светопропускание «матового» оргстекла может находиться в пределах от 20% (т. е. быть практически «глухим») до 75% (полупрозрачным). Листы со светопропусканием 50—75% используются, например, для производства светильников. Оптимальный вариант светопропускания для рекламных изделий с внутренней подсветкой — 25—30%.
- Акриловое стекло устойчиво к действию различных газов, присутствующих в городском воздухе и воздухе морских побережий. Оно также устойчиво к воздействию сырости, бактерий и микроорганизмов, обладает высокой химической стойкостью к воздействию неорганических веществ, солей и их растворов. С другой стороны, такие органические вещества, как хлоропроизводные углеводородов, кетоны и эфиры являются растворителями для акрилового стекла.
- Оргстекло — легковоспламеняющийся материал, но при горении оно не так опасно, как другие горючие пластики, т. к. не выделяет никаких ядовитых газов. Температура воспламенения — 460—635 °С.
- Акрил — экологически чистый материал, не продуцирует никаких токсических веществ и абсолютно безопасен. Он может использоваться на улице и в помещениях, в том числе в детских и лечебных учреждениях. Оргстекло может быть полностью использовано повторно после его переработки.
- Акриловое стекло легко в обработке. Его можно резать, сверлить, склеивать, гнуть и формовать, полировать и фрезеровать, окрашивать и гравировать (в том числе осуществлять лазерную гравировку), оно имеет отличное сцепление со всеми видами самоклеящихся виниловых пленок.
- Акриловое стекло легко гнется «холодным способом» (без нагрева).
- Оргстекло — термопластичный материал, т. е. оно имеет способность размягчаться при нагреве и сохранять при охлаждении ту форму, которую ему придали. Литьевое акриловое стекло великолепно формуется, что позволяет изготавливать из него объемные изделия различного назначения, в том числе эксклюзивную барельефную и полнообъемную световую рекламную продукцию.
- Температура размягчения акрилового стекла (в зависимости от производителя и марки) находится в пределах 90—110 °С, максимальная температура его применения соответствует 80—100 °С.
- 10-летняя гарантия на сохранение всех свойств оргстекла, без изменения его оптических, физико-механических и эксплуатационных характеристик.
- Хорошие диэлектрические свойства. Молекулярная структура органического стекла такова, что препятствует проникновению электрически заряженных частиц в его волокна. Отсюда низкая электропроводность акрила, позволяющая использовать его при производстве самой широкой номенклатуры продукции.
Способы обработки
С органическим стеклом очень легко работать. Менять его форму, вырезать простые и сложные элементы можно различными способами. Широко применяются несколько методов.
Сверление
С этой целью используются сверла из быстрорежущей стали для легких металлов. В процессе проведения работ нельзя забывать об охлаждении. Выполняет оно с помощью сжатого воздуха или смазочных жидкостей. Необходимо делать перерывы для своевременного удаления стружки.
Фрезерование
Используются фрезы небольшого диаметра. Также необходимы охлаждение и удаление стружки. После этой операции возможно выполнение и других: гравирования, полировки.
Резка
Бывает 2-х видов:
- Пилами. Применяются ленточные и дисковые инструменты. Недостаток – неаккуратный срез. Работа с дисковой пилой предпочтительней и дает более качественный результат, но она требует профессиональных навыков и строгого соблюдения техники безопасности.
- Лазером. Безотходный, современный метод, обеспечивающий точность среза до 0,005 мм. Лазерная резка осуществляется на больших скоростях. При этом режущий инструмент со стеклом не соприкасается.
Применение специального оборудования дает возможность изготавливать изделия любой сложности по стандартным или индивидуальным эскизам.
Формование
Определенная марка оргстекла требует специального диапазона температур. Предварительно рекомендуется материал просушить в сушильных камерах.
Склеивание
Перед этим требуется отжиг (температура – 65-80°С), после которого проводится естественное охлаждение. Это необходимо, чтобы снять внутренние напряжения. Для получения бесцветных швов часто используется клей СММ, в составе которого преобладает полиметилметакрилат.
Сварка
Применяется при изготовлении нестандартных изделий, моделей с утолщением, для крепления насадок. Для литьевого стекла нужны более высокие температуры. Сварку могут проводить различными способами: индукция, вибрация, ультразвуковая пайка, горячий газ. После выполнения операции требуется термическая обработка готовой детали.
Шлифование
Шероховатые поверхности или листы с дефектами шлифуются мелкокорундовой предварительно смоченной наждачной бумагой. После такой операции материал обрабатывается специальными средствами (например, полировочными пастами).
Холодное сгибание
Акрил легко меняет форму, если его нагреть. Но обработке поддается ПММА и в холодном виде
Важно следить за радиусом изгиба. Он должен превышать в 230 раз толщину листа
Гравировка
Процедура проводится на пантографах при помощи рыхлителей и фрез небольшого диаметра (до 6 мм) или на лазерных станках.
Размеры и применение
Область применения оргстекла зависит от толщины листа. Ниже приведены показатели толщины панели и способы ее использования:
| 1,5 мм | Рекламные подставки, буклетницы, визитницы, держатели ценников. Любые изделия, которые имеют размер стороны не более 0,2 м. Тонкое оргстекло хорошо формируется под нагревом. |
| 2 мм | Вставляется в смотровые окна и используется как защитное покрытие для картин и фотографий. Также является основой для рекламных подставок. |
| 3 мм | Защитные окна, экраны. Самостоятельные конструкции с размером стороны не более 0,6 м. Панели молочного цвета используются для изготовления вывесок с подсветкой и лайтбоксов. Полностью прозрачный материал подходит в качестве альтернативы автомобильному стеклу (кроме лобового) и застекления небольших окон в помещениях. Идеальный вариант для потолочной конструкции на основе каркаса типа «Армстронг». |
| 4 мм | Панели любого цвета применяются для оформления указателей и вывесок. Подходит для изготовления подставок, а также самостоятельных конструкций со стороной не более 0,8 м. Тоже подходит для замены автостекол. При поломке лобового стекла на мотоцикле можно использовать оргстекло. Может применяться для изготовления небольших полок, а также застекления окон. |
| 5 мм | Фактически универсальный подвид оргстекла, имеющий широкие возможности. Эти панели можно применить для реализации конструкций со стороной не более 1 м. Дизайнерский замысел любой сложности может быть реализован с помощью панелей такой толщины. Ею можно заменить лобовое стекло трактора, комбайна или плавательного средства. Защитные стекла витрин тоже могут выполняться из 5-миллиметрового органического стекла. |
| 6 мм | Используется для остекления рабочих цехов, складов и других помещений на производстве. Из него изготавливаются экраны различных устройств, а также забрала шлемов и защитные очки. Им остекляются самолеты, делаются смотровые окна и корпуса приборов. |
| 8 мм | Основное направление использования – изготовление акриллайтов. Также применяется для изготовления букв, логотипов и табличек для входов. С его помощью остекляются летательные средства и вагоны поездов. |
| 10 мм | Наградные изделия, акриллайты, различная мебель. Стенды для презентаций, стойки любой сложности. Часто применяется для реализации интерьера со встроенными аквариумами. Баскетбольные щиты и защитные экраны повышенной прочности для приборов. |
| 12 мм | Лестницы, ступени, сцены, мебель, перегородки и аквариумы. |
| 20 мм | Защитные экраны на стадионах, павильоны для бассейнов, навесы, элементы интерьера с большой нагрузкой. |
Смотрите так же: основные технические характеристики оргстекла.
Оргстекло делает производство многих повседневных изделий более экологичным, а использование этих изделий – безопасным для окружающих.
Виды цветного оргстекла
Цветное оргстекло выпускается в нескольких видах:
- прозрачное гладкое;
- прозрачное рифленое;
- матовое гладкое;
- матовое рифленое.
Каждое из этих видов обладает своими особенностями и имеет свои собственные области применения.
Прозрачное гладкое оргстекло
Это листовой материал, поверхность которого идеально ровная и отличается сильным блеском. При взгляде сквозь него изображение предметов не искажается, а контуры остаются четкими. В зависимости от цветовых характеристик стекла возможно подавление того или иного цвета изображения.
Оргстекло цветное прозрачное применяется в качестве остекления транспортных средств, ограждающих конструкций атриумов, теплиц, оранжерей. Из него изготавливают детали мебели и интерьеров, элементы торгового и выставочного оборудования, детали стендов, рекламных и декоративных конструкций. Прозрачное цветное органическое стекло используется для оформления концертов, шоу и выпуска сувенирной продукции.
Одно из важных направлений использования цветного гладкого оргстекла – оптика. Материал широко применяется для изготовления многих видов солнцезащитных и тактических очков. Используемый для этих целей цветовой диапазон плексигласа огромен.
Прозрачное рифленое органическое стекло
Отличительной особенностью этого вида оргстекла является наличие рисунка выпуклой формы на одной из его сторон, тогда как другая сторона остается гладкой. Из-за наличия рифленого узора возникает эффект преломления света. Рифление может быть крупным и мелким, а его форма – весьма разнообразной. Если смотреть на предмет сквозь рифленое стекло, изображение будет искаженным, а его контур – размытым.
Рифленое оргстекло часто встречается в конструкциях душевых кабин и в дизайне ванных комнат. Его применяют для заполнения межкомнатных дверей и устройства перегородок. Рифленое оргстекло отлично сочетается с подсветкой, что делает возможным его применение в декоративных элементах интерьера.
Матовое гладкое цветное оргстекло
Этот вид оргстекла представляет собой матовые светорассеивающие листы с глянцевой поверхностью различных цветов. Матовое стекло полностью скрывает изображение, но при подсветке с обратной стороны может быть виден силуэт.
Используется во многих видах световой аппаратуры: в качестве абажуров настольных ламп и торшеров, панелей светящихся подвесных конструкций, лайтбоксов, объемных надписей, указателей и витрин. Матовое оргстекло с подсветкой является отличным основанием для печати и аппликации с использованием самоклеящейся пленки.
Рифленое матовое оргстекло
Этот тип стекла, соответственно, представляет собой цветные матовые листы, одна сторона которых гладкая, а другая имеет рифление. Такой тип стекла встречается реже, и сфера его применения ограничена декоративными функциями.
Производство стекла триплекс
Изготовление стёкол триплекс происходит по двум технологиям: плёночной и заливной. Причем толщина изделия может составлять от 6 до 40 мм. Стёкла свыше 13 мм относятся к категории пуленепробиваемых. Их используют в витринах и бронированном автотранспорте
Пленочный триплекс
В основе прочности плёночного триплекса – полимерная плёнка. При создании триплекса этого типа её прокладывают между двумя стёклами. Далее с помощью горячего пресса нагревают «прослойку» и полимер прочно вплавляется в стекло.
Такое стекло обладает хорошей способностью пропускать свет, поэтому используется для остекления жилых, коммерческих и офисных помещений
Заливной триплекс
Заливной триплекс производят путём склеивания слоёв стекла жидким полимером. После нанесения с помощью ультрафиолета полимер застывает. Такое стекло еще более прочное, чем плёночное. Его применяют в строительстве при изготовлении стеклянных потолков бассейнов, полов и лестниц.
Многослойное стекло применяют при остеклении офисов, квартир и домов благодаря хорошей тепло- и звукоизоляции
Как работать с материалом?
Органическое стекло довольно легко обрабатывается, его можно без труда почистить, разрезать и затонировать. Резку этого полимера можно осуществлять при помощи ножовки по металлу. Однако в этом случае можно потратить много сил и получить в результате низкокачественные швы. Оптимальным вариантом для резки оргстекла считается использование резака, который имеет вид пилы с одним зубцом. Помимо этого, порезать этот термопластик можно с использованием циркулярной пилы или методом циклевки с использованием стеклянного осколка.
Использование оргстекла невозможно без его полировки. До того как приступить к процедуре, необходимо подготовить поверхность, для этого при помощи мелкой наждачной бумаги нужно отшлифовать все неровности. Специалисты советуют использовать при работе воду. Ручную полировку осуществляют при помощи отрезка фланели или куска шерстяной материи, которые предварительно смазываются пастой для полировки. Окончание работы проводят той же тканью, но в намасленном виде. Для того чтобы быстрее закончить полировку, можно воспользоваться полировочным кругом.
Формовка органического стекла возможна при температуре от 110 до 135 градусов выше нуля. В таких условиях полимер становится пластичным и хорошо гнется. Когда температура ниже, термопластик становится хрупким и теряет свои качественные характеристики.
Чтобы выполнить формовку оргстекла, необходимо воспользоваться фанерной матрицей или деревянным пуансоном. Процедуру стоит проводить на полу, в компании напарника. Когда произойдет разогрев материала, его стоит вынуть из духового шкафа и уложить на матрицу. Через 10 минут готовое изделие можно вынимать из формы.
Для склеивания оргстекла используют дихлорэтан в чистом или растворенном со стружкой виде. Для проведения процедуры две поверхности смазывают веществом и плотно придавливают, выводя воздушные пузырьки. Место склеивания должно схватиться за пару минут.
Для равномерного окрашивания термопластика рекомендуется заблаговременно отполировать поверхность, удалив сколы и царапины. Следующим шагом будет приготовление красящего раствора, в котором должны содержаться спирт и красящее вещество. Изделие из органического стекла стоит подержать в подогретом красящем растворе, после чего перенести его в емкость с холодной водой. После охлаждения органическое стекло необходимо насухо вытереть мягкой бумагой или тканью. По окончании процедуры окрашивания рекомендуется отполировать полимерное изделие.
О том, как быстро и аккуратно разрезать оргстекло, смотрите в следующем видео.
Производство ПММА
На современных нефтехимических предприятиях полиметилметакрилат синтезируют путем полимеризации по свободно-радикальному механизму. Реакцию проводят в блоке или суспензии, иногда в эмульсии или растворе. Выпускают оргстекло обычно в форме гранул для дальнейшей переработки или листов.
Рассмотрим подробнее технологический процесс получения ПММА. Химическая реакция проводится в формах, состоящих из стальных, алюминиевых листов или слоев силикатного стекла. Прокладки из эластичного материала, от расстояния между которыми зависит толщина будущего листа органического стекла, устанавливают в указанные формы. На этом подготовительные операции завершаются.
Первой технологической операцией в ходе синтеза является получение форполимера – сиропообразной жидкости с высокой степенью вязкости. После получения форполимер помещают в форму, которую располагают в камере с нагретой водой или оборотным теплым воздухом. Процесс ведется через форполимер для недопущения появления дефектов из-за высокой усадки при полимеризации метилметакрилата, которая достигает 23 процентов. Добавки, необходимые для придания материалу необходимых свойств, например красители, замутнители, пластификаторы, стабилизаторы и т.д. диспергируют в форполимере перед полимеризацией. После окончания процесса синтеза листы оргстекла вынимают из форм и проводят их финишную обработку, которая заключается в удалении облоя и при необходимости шлифовке и полировке.
Кроме описанного выше литьевого метода органическое стекло также изготавливают методом экструзии. Существует ряд отличий между получаемым экструзионным оргстеклом и литьевым. Экструзионный акрил характеризуется менее прочными молекулярными связями, тогда как в литом акриле они более прочные. Прочные связи между молекулами придают литьевому оргстеклу более высокие физико-механические, тепловые и химические характеристики. Также особенности производства материала влияют на дальнейшее его поведение при обработке и переработке в изделия.
Полиметилметакрилат производят в различных уголках мира под различными торговыми марками. В зависимости от фирмы и страны производителя ПММА пожет иметь следующие названия: плексиглас, люсайт, плексигум , диакон, ведрил, акрима, карбогласс, новаттро, плексима, лимакрил, плазкрил, акрилекс, акрилайт, акрипласт, акрил, метаплекс и др. Возвращаясь к методам получения оргстекла заметим, что экструзия – крупнотоннажный процесс, который потребляет большого объем полимерного сырья, и применяется только на больших производствах. С этим связан тот факт, что количество цветов и ассортимент свойств марок экструзионного материала обычно гораздо скромнее, чем предлагается на рынке литьевого акрила.
Органическое стекло любого типа можно вторично перерабатывать без особых ограничений, как любой стандартный термопластичный материал.
Характеристики полимерных листов
Поликарбонат также является продуктом органической химии, не столько вытесняя оргстекло, сколько дополняя его на рынке. Главная особенность – высокая прочность, что позволило ему найти применение во всех сферах нашей жизни.
На рынке встречаются две разновидности поликарбоната:
- монолитный поликарбонат;
- сотовый поликарбонат.
По своей конструкции монолитный вариант ближе к оргстеклу, поэтому сравнивать эти материалы лучше вместе:
- Монолит примерно в 8 раз прочнее и в 3 раза легче.
- Хорошо сопротивляется огню. Под воздействием открытого пламени материал не горит, а плавится, образуя быстро расширяющиеся отверстия. В результате поверхность начинает «удаляться» от источника возгорания. Никаких вредных веществ для людей при оплавлении не выделяется.
- Не теряет своих свойств в диапазоне температур от -45 до +130 °C.
- Поверхность сложно поцарапать, зато листы хорошо гнутся, будучи холодными.
- Прозрачность у обоих материалов почти одинаковая.
Монолитный поликарбонат гораздо легче и прочнее оргстекла
Однако имеются у монолитного поликарбоната и минусы. Материал в несколько раз дороже органического стекла. К тому же он плохо поглощает ультрафиолет, приходится применять дополнительное защитное покрытие.
Сферы использования
Специалисты отдают предпочтение поликарбонату в ситуациях, когда на первом месте оказывается повышенная устойчивость к механическому воздействию и прочность. Из него делают:
- оптические приборы;
- медицинские небьющиеся сосуды и кухонную посуду;
- антивандальное покрытие для витрин и рекламных щитов;
- кровли изогнутой формы для навесов, павильонов, а также стены;
- лобовые стекла для транспорта;
- пуленепробиваемые экраны и ограды.
Будучи весьма хрупким, но дешевым оргстекло стоит использовать при производстве деталей декоративного плана, для построек, которым не придется испытывать высоких ударных нагрузок. В свою очередь поликарбонат по прочности намного превосходит оргстекло, потому и находит применение там, где приходится противостоять не только неблагоприятным атмосферным воздействиям, но и хулиганам.
