Органічне скло (оргскло), або поліметилметакрилат (ПММА) - синтетичний полімер метилметакрилату, термопластичний прозорий пластик, який продається під торговими марками плексиглас. лімакріл. перспекс. плазкріл. акрілекс. акрилайт. акріпласт і ін. також відомий під назвою акрилове скло. акрил. плекс.
1. Історія
Матеріал під маркою Plexiglas створений в 1928 році, з 1933 року почалося його промислове виробництво фірмою «Röhm and Haas Company» (Дармштадт), в даний час Röhm GmbH. Поява органічного скла (в той час "плексиглас") 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, т. Е. - безпека для льотчика, водостійкість, нечутливість до дії авіаційного бензину і масел [1]. В СРСР вітчизняний плексиглас-оргскло був синтезований в 1936 році в НДІ Пластмас. У роки Другої світової війни органічне скло широко застосовувалося в конструкціях ліхтаря кабіни, турелей оборонного озброєння важких літаків, елементів скління перископів підводних човнів.
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 230-250 ° C. [2]
Проте, полімери тільки частково здатні замінювати термостійкі скла підвищеної міцності - в більшості випадків вони вживані тільки у вигляді композитів. Розвиток авіації на увазі польоти у верхніх шарах атмосфери і гіперзвукові швидкості, високі температури і тиск, коли органічне скло взагалі не застосовується. Прикладом тому 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.
Органічне скло повністю складається з термопластичної смоли.
3. Властивості
Ці органічні матеріали тільки формально іменуються склом, і відноситься до зовсім іншого класу речовин, про що говорить і сама назва, і чим в основному визначаються обмеження властивостей, і, як наслідок того - можливостей застосування несумісних зі склом по багатьом параметрам; органічні скла здатні наблизитися за властивостями до більшості видів неорганічних стекол тільки в композитних матеріалах, проте вогнетривкими вони вже ніколи не будуть; стійкість до агресивних середовищ органічних стекол також визначається значно вужчим діапазоном.
Проте, матеріал цей, 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 у воді 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 не стійкий до дії спиртів, ацетону і бензолу.
Існує два типи оргскла - литьевое і екструзійне.
Оргскло (акрилове скло, поліметилметакрилат (ПММА)) - продукт полімеризації метилметакрилату.
Хімічний склад стандартного оргскла у всіх виробників однаковий. Інша справа, коли необхідно отримати матеріал з різними специфічними властивостями: удароміцними (антивандальними), светорассеивающими, світлопропускаючих, шумозахисні, УФ-захисними, 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.
Оргскло отримують двома способами: екструзією і литтям. Сам спосіб виробництва накладає ряд обмежень і визначає деякі властивості пластика. Екструзійне оргскло - від англ. exstrusion, від нього. Extrudiert - отримують методом безперервної екструзії розплавленої маси гранульованого ПММА через щілинну головку з наступним охолодженням і різкою по заданих розмірах. Блочне (в Росії утвердився термін «литьевое» - від англ. Cast) - отримують методом заливки мономеру ММА між двома плоскими стеклами з подальшою його полімеризацією до твердого стану.
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 150-170 ° C замість 150-190 ° C),
- менше зусилля при формуванні,
- велика усадка при нагріванні (6% замість 2% у литого акрилу).
Основні переваги оргскла:
- 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 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
- 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 (t займання 260 град.)
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.
Зберігання та транспортування оргскла 1. Скло органічне екструзійне транспортують автомобільним і залізничним транспортом в критих транспортних засобах відповідно до Правил перевезення вантажів, що діють на даному виді транспорту. 2. Допускається транспортувати оргскло в відкритих транспортних засобах, покритим водонепроникним матеріалом. 3. Скло органічне екструзійне повинно зберігатися в закритих складах при температурі від 5 до 35 ° C при відносній вологості повітря не вище 65%. 4. При зберіганні і транспортуванні складені разом листи оргскла краще перекласти аркушами паперу, щоб не допустити механічних пошкоджень. 5. Не допускається транспортування і зберігання скла органічного екструзійного з хімічними продуктами.
Способи обробки свердління, нарізування різьблення, різьбове з'єднання, фрезерування, обробка на токарному верстаті, обробка різанням, пемзованіе, шліфування, полірування, формування, втягування, вдування, згинання, охолодження, отжиг, стикування, склеювання, зварювання, фарбування і металізація.
4. Застосування
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:
- Виготовлення клею-розчинника для самого себе шляхом отримання мономера (метилметакрилату) перегонкою;
- У сантехніці (акрилові ванни), в торговому обладнанні.
ПММА знайшов широке застосування в офтальмології: з нього робляться жорсткі інтраокулярних лінз (ІОЛ), яких в даний час імплантується в світі до декількох мільйонів штук на рік.
Ораніческіе скла як біоматеріали саме через таких якостей як пластичність дозволили замінити скла неорганічні. (Наприклад, контактні лінзи). Робота вчених протягом більш ніж 20 років привела до створення в кінці 90-х років силікон-гідрогелевих лінз, які завдяки поєднанню гідрофільних властивостей і високою кислородопроницаемости можуть безперервно використовуватися протягом 30 днів цілодобово. [3] Проте це не скла, але оптичний матеріал зі своїми характеристиками.
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 [4]. а наноструктурована поверхню ПММА може бути легко згладжена шляхом опромінення вакуумним ультрафіолетом (СУФ). [4]
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 Скління будівель і споруд (зовнішнє і внутрішнє), вітрини Прозора 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 светорассеі-вання 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 светорассеивающими 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 светорассеивающими 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.
5. Методи обробки
- Фрезерування та зачищення за заданим профілем
- різка
- свердління
- точіння
- склеювання
- полірування зрізів
- Гаряче штампування
- нагрівання
- вакуумне формування
- шліфування
6. Догляд та очищення
Для регулярного чищення оргскла використовується звичайна вода, в разі більш серйозного забруднення можна використовувати теплу воду з м'яким миючим засобом. Щоб уникнути подряпин не слід допускати сухого тертя. Вікна часто очищають за допомогою розпилювачів високого тиску.