органічне скло

Цей термін має також інші значення див. Скло (значення).

Органічне скло (оргскло), або поліметилметакрилат (ПММА) - акрилова смола [1]. синтетичний вініловий полімер метилметакрилату. термопластичний прозорий пластик. відомий під назвами Plexiglas. Deglas. Acrylite. Lucite. Perspex. плексиглас. Акріма. КАРБОГЛАСС. новаттро. плексіма. лімакріл. плазкріл. акрілекс. акрилайт. акріпласт, акрилове скло. акрил. метаплекс і багатьма іншими. Може піддаватися фарбуванню і тонування [2].

Матеріал під маркою Plexiglas створений в 1928 році. запатентований в 1933 році Отто Ремом (нім. Otto Röhm) [2]. З 1933 року почалося його промислове виробництво фірмою Röhm and Haas (Дармштадт) [3]. перші продажі готових виробів відносяться 1936 году [2].

Поява органічного скла (в той час - «плексигласу») в період між двома світовими війнами була затребувана бурхливим розвитком авіації, безперервним зростанням швидкостей польоту всіх типів літаків і появою машин із закритою кабіною пілота (екіпажу). Необхідною елементом таких конструкцій є ліхтар кабіни пілота. Для застосування в авіації того часу органічне скло мало вдалим поєднанням необхідних властивостей: оптична прозорість, безосколочність, тобто безпеку для льотчика, водостійкість, нечутливість до дії авіабензину і мастильних масел [4].

У роки Другої світової війни органічне скло широко застосовувалося в конструкціях ліхтаря кабіни, турелей оборонного озброєння важких літаків, елементів скління перископів підводних човнів. Однак, з огляду на дуже легкої займистості, при першій же можливості в авіації перейшли до інших прозорим матеріалами.

Проте полімери тільки частково здатні замінювати термостійкі скла підвищеної міцності - в сучасній авіації в багатьох випадках вони можуть бути застосовані тільки у вигляді композитів. Розвиток сучасної авіації на увазі польоти у верхніх шарах атмосфери і гіперзвукові швидкості, високі температури і тиск, де органічне скло застосовується зовсім. Прикладами можуть служити літальні апарати, що поєднують в собі якості космічних кораблів і літаків: «Спейс Шаттл» і «Буран».

Існують органічні альтернативи акриловому склу - прозорі полікарбонат. полівінілхлорид і полістирол.

Історія в СРСР

В СРСР вітчизняний плексиглас - оргскло був синтезований в 1936 році в НДІ пластмас. В наші дні теплостійкі фторакрілатние органічні скла використовуються в якості легких і надійних деталей скління високошвидкісних літаків ОКБ «МіГ» в поєднанні з високоміцними конструкціями з алюмінієвих, титанових сплавів і сталей, - працездатні при температурах експлуатації від -60 до +250 ° C. [5]

Органічне скло повністю складається з термопластичної смоли. Хімічний склад стандартного оргскла у всіх виробників однаковий. Інша справа, коли необхідно отримати матеріал з різними специфічними властивостями: удароміцними (антивандальними), светорассеивающими, світлопропускаючих, шумозахисні, УФ-захисний, теплостійкими і ін. Тоді в процесі отримання листового матеріалу може бути змінена його структура або в нього можуть бути додані відповідні компоненти , що забезпечують комплекс необхідних характеристик.

Формула: [-CH2C (CH3) (COOCH3) -] n
Температура плавлення: 160 ° C
Щільність: 1,18 г / см³
Назва ІЮПАК: Poly (methyl 2-methylpropenoate)
Температура кипіння: 200 ° C

Ці органічні матеріали тільки формально іменуються склом і відносяться до абсолютно іншого класу речовин, про що говорить сама їх назва і чим в основному визначаються обмеження властивостей і, як наслідок, можливостей застосування, непорівнянних із склом за багатьма параметрами. Органічні скла здатні наблизитися за властивостями до більшості видів неорганічних стекол тільки в композитних матеріалах. проте вогнетривкими вони бути не можуть. Стійкість до агресивних середовищ органічних стекол також визначається значно вужчим діапазоном.

Тим не менш, цей матеріал, коли його властивості дають очевидні переваги (виключаючи спеціальні види стекол), використовується як альтернатива силікатній склу. Відмінності у властивостях цих двох матеріалів наступні:

ПММА легше: його щільність (1190 кг / м³) приблизно в два рази менше щільності звичайного скла;
ПММА м'якший ніж звичайне скло і чутливий до подряпин (цей недолік виправляється нанесенням стійких до подряпин покриттів);
ПММА може бути легко деформований при температурах вище +100 ° C; при охолодженні приданная форма зберігається;
ПММА легко піддається механічній обробці звичайним металорізальних інструментом;
ПММА краще, ніж неспеціальні, розроблені з цією метою види стекол, пропускає ультрафіолетове і рентгенівське випромінювання, відображаючи при цьому інфрачервоне; світлопропускання оргскла трохи нижче (92-93% проти 99% у кращих сортів силікатної);
ПММА нестійкий до дії спиртів. ацетону і бензолу.

Переваги і недоліки

основні переваги

мала теплопровідність (0,2-0,3 Вт / (м · К)) в порівнянні з неорганічними стеклами (0,7-13,5 Вт / (м · К));
висока світлопроникність - 92%, яка не змінюється з плином часу, зберігаючи свій оригінальний колір;
опірність удару в 5 разів більше, ніж у скла;
при однаковій товщині оргскло важить майже в 2,5 рази менше, ніж скло, тому конструкція не вимагає додаткових опор, що створює ілюзію відкритого простору;
стійко до дії вологи, бактерій і мікроорганізмів, тому може використовуватися для скління яхт, виробництва акваріумів;
екологічно чисте, при горінні не виділяє ніяких отруйних газів;
можливість надавати різноманітні форми за допомогою термоформування, без порушення оптичних властивостей, з прекрасною деталізацією;
механічна обробка здійснюється майже з такою ж легкістю, як і обробка дерева;
стійкість у зовнішньому середовищі, морозостійкість;
пропускає 73% ультрафіолетового проміння, при цьому УФ-промені не викликають пожовтіння і деградації акрилового скла;
стійкість в хімічних середовищах;
електроізоляційні властивості;
підлягає утилізації.

недоліки

при піролізі виділяє шкідливий мономер - метилметакрилат;
схильність до поверхневих пошкоджень (твердість 180-190 Н / мм²);
технологічні труднощі при термо-і вакуумформования виробів - поява внутрішньої напруги в місцях згину при формуванні, що веде до подальшого появи мікротріщин;
легкозаймистий матеріал (температура займання +260 ° C).

Особливості екструзійного оргскла в порівнянні з литим оргстеклом

ряд можливих товщин листів менше, що визначається можливістю екструдера,
можлива довжина листів більше,
разнотолщинность листів в партії менше (допуск по товщині 5% замість 30% у литого акрилу),
менша ударостійкість,
менша хімічна стійкість,
велика чутливість до концентрації напружень,
найкраща здатність до склеювання,
менший і більш низький діапазон температур при термоформовке (приблизно від +150 до +170 ° C замість від +150 до +190 ° C),
менше зусилля при формуванні,
велика усадка при нагріванні (6% замість 2% у литого акрилу).

Стійкість до хімічних впливів

На оргскло впливають розбавлені Фтористоводнева і ціанистоводнева кислоти, а також концентровані сірчана, азотна і хромова кислоти. Розчинниками оргскла є хлоровані вуглеводні (дихлоретан, хлороформ, метилен хлористий), альдегіди, кетони і складні ефіри. На оргскло також впливають спирти: метиловий, бутиловий, етиловий, пропіловий. При нетривалому впливі 10% етилового спирту взаємодію з оргстеклом відсутня.

Існує два типи оргскла - лите і екструзійне.

Оргскло отримують двома способами: екструзією і литтям. Сам спосіб виробництва накладає ряд обмежень і визначає деякі властивості пластика.

Екструзійне оргскло (англ. Exstrusion. Нім. Extrudiert) отримують методом безперервної екструзії (видавлювання) розплавленої маси гранульованого ПММА через щілинну головку з наступним охолодженням і різкою по заданих розмірах.

Блочне (англ. Cast. В російській мові утвердилися також терміни «литьевое», «лите») отримують методом заливки мономеру ММА між двома плоскими стеклами з подальшою його полімеризацією до твердого стану.

способи обробки

Свердління, нарізування різьблення, різьбове з'єднання, фрезерування і обробка за заданим профілем, обробка на токарному верстаті, обробка різанням, пемзованіе, шліфування, полірування, формування, вакуумне формування, штампування, втягування, вдування, згинання, нагрівання, охолодження, отжиг, стикування, склеювання, зварювання, фарбування і металізація.

У зв'язку зі стрімким розвитком лазерної техніки в останні роки, широку популярність отримав лазерний метод обробки ПММА. CO2-лазери ідеально підходять для цього завдання, оскільки довжина хвилі лазерного випромінювання цього типу лазера (9,4 - 10,6 мкм) припадає на пік поглинання ПММА. Зріз, отриманий методом лазерної дії виходить гладким, без слідів продуктів горіння. При лазерного різання прозорого ПММА не спостерігається зміни кольору на зрізі. Кольоровий ПММА може міняти відтінок на зрізі в рідкісних випадках.

Окуляри з оргскла

Як уже відзначено, літаки і вертольоти, що належать до попереднього покоління, склять одношаровими або багатошаровими (композитними) матеріалами на основі органічних і силікатних стекол.

З незвичайних областей застосування оргскла слід зазначити:

ПММА знайшов широке застосування в офтальмології. з нього вже кілька десятиліть виготовляються жорсткі газонепроникні контактні лінзи і жорсткі інтраокулярних лінз (ІОЛ), яких в даний час імплантується в світі до декількох мільйонів штук на рік. Інтраокулярні (тобто внутріочні) лінзи відомі під назвою штучного кришталика. і ними замінюють капсулу, помутнілу в результаті вікових змін і інших причин, що призводять до катаракті.

ПММА широко використовується в мікро- і наноелектроніки. Зокрема, ПММА знайшов застосування в якості позитивного електронного резисту в електронно-променевої літографії. Розчин ПММА наносять на кремнієву пластину або іншу підкладку за допомогою центрифуги. в результаті чого утворюється тонка плівка, після чого сфокусованим електронним променем. наприклад, в растровому електронному мікроскопі (РЕМ) створюється необхідний малюнок. У тих місцях плівки ПММА, куди потрапили електрони. відбувається розрив міжмолекулярних зв'язків, в результаті чого в плівці утворюється приховане зображення. За допомогою виявляє розчинника засвічені ділянки видаляються. Крім електронного пучка малюнок можна сформувати шляхом опромінення ПММА ультрафіолетом і рентгенівським випромінюванням. Перевага ПММА в порівнянні з іншими резисти полягає в тому, що з його допомогою вдається отримувати малюнки з лініями нанометровій ширини. Гладка поверхня ПММА може бути легко наноструктурованих шляхом обробки в кисневої високочастотної плазмі [7]. а наноструктурована поверхню ПММА може бути легко згладжена шляхом опромінення вакуумним ультрафіолетом (СУФ). [7]

Використовується в якості матеріалу для виготовлення імітацій балтійського бурштину [2].

прозоре оргскло

Безбарвний кристально прозорий лист зі светопропусканием 92-93% (при товщині 3 мм), з ідеально гладкою поверхнею, що відрізняється сильним блиском з обох сторін. Максимальна прозорість, відсутність спотворень зображення. Застосування: скління будівель і споруд (зовнішнє і внутрішнє), вітрини, прозорий захист приладів і механізмів.

Прозоре кольорове оргскло

Рівномірно забарвлене в масі прозоре оргскло. Найбільш популярні тоновані листи сірих (димчасте), блакитних і коричневих (бронза) відтінків. Взагалі листи можуть бути пофарбовані в абсолютно будь-який колір, мати багато варіанти відтінків різного ступеня насиченості, залишаючись при цьому прозорими, що не спотворюють зображення. Максимальна прозорість, відсутність спотворень зображення.

Прозоре рифлене оргскло

Прозоре безбарвне і кольорове оргскло з опуклим малюнком на одній стороні аркуша, інша сторона гладка. Ефекти светорассеивания за рахунок світлопереломлювання при значному пропущенні видимого світла. За такими стеклами предмети і зображення набувають розмиті обриси. Класичні види рифлення: «колотий лід», дрібне і велике рифлення «призматичне», «бджолині стільники», «дрібні хвилі», «крапля». Ексклюзивні види рифлення: «струмок», «укол шпильки», «квадрати», «піраміди», «вельвет», «шкіра». Прозорість, світлозаломлення, часткове приховування зображення за листом, особлива декоративність.

Застосування: скління душових кабін, шторки ванн, скління міжкімнатних дверей, заповнення перегородок, меблі, елементи дизайну, розсіювачі світильників, підвісні стелі з внутрішньою підсвіткою, декоративні конструкції інтер'єру.

Матове біле оргскло

Світлорозсіювальний лист білого кольору зі світло пропусканням від 20 (зовні непрозорий) до 70% (напівпрозорий) з гладкою, що відрізняється сильним блиском з обох сторін поверхнею. Рівномірний светорассеивание, повне приховування зображення за листом (при підсвічуванні утворюється світловий екран).

Кольорове матове оргскло

Світлорозсіювальний лист певного кольору (із зазначенням кольору по RAL. Pantone або каталогу виробника) з різним ступенем світлопропускання, ідеально глянсовою поверхнею. Рівномірний светорассеивание, повне приховування зображення за листом (при підсвічуванні утворюється світловий екран).

Рифлене матове біле і кольорове оргскло

Біле (або кольорове) оргскло з різним ступенем світлопропускання, рифленням, нанесеним з одного боку аркуша, інша сторона гладка. Нерівномірний светорассеивание, повне приховування зображення за склом. Має найобмеженіші сфери застосування: розсіювачі світильників для люмінесцентних ламп, декоративні елементи інтер'єру з внутрішньою підсвіткою.

спортивний туризм

Довгі і вузькі обрізки оргскла (30-50 × 5-9 см) відволожується, легко підпалюються і дають яскраве, стійке на вітрі полум'я, завдяки цьому різане оргскло нерідко застосовується в спортивному туризмі. в туристичних походах для розведення багать і, в темний час доби, для місцевого освітлення.

Музичні інструменти

Оргскло (акрил) застосовується у виробництві барабанів (DW Design Acryl ShellSet, Tama Mirage). Барабанні установки, зроблені з оргскла, дуже ефектно виглядають на сцені під час шоу. Проте акрилові барабани програють по звуку дерев'яним (в силу резонансних якостей) і в студійній роботі, як правило, не використовуються.

Зберігання та транспортування

Органічне скло транспортують автомобільним і залізничним транспортом в критих транспортних засобах відповідно до Правил перевезення вантажів, що діють на даному виді транспорту.
Допускається транспортувати оргскло в відкритих транспортних засобах, покритим водонепроникним матеріалом [8].
Органічне скло повинне зберігатися в закритих складах при температурі від +5 до +35 ° C при відносній вологості повітря не вище 65% [8].
Не допускається транспортування і зберігання скла органічного екструзійного з хімічними продуктами [8].
При зберіганні і транспортуванні складені разом листи оргскла краще перекласти аркушами паперу, щоб не допустити механічних пошкоджень.