Органи́ческое стекло́ (оргстекло́), или полиметилметакрилат (ПММА) — синтетический полимер метилметакрилата, термопластичный прозрачный пластик, продаваемый под торговыми марками плексиглас, новаттро, плексима, лимакрил, перспекс, плазкрил, акрилекс, акрилайт, акрипласт и др., также известный под названием акриловое стекло, акрил,плекс.
Материал под маркой Plexiglas создан
в 1928 году, с 1933 года началось его промышленное
производство фирмой «Röhm and Haas» (Дармштадт),сейчас
название компании "Evonik Industries AG".
Появление органического стекла (в то
время «плексиглас») в период между двумя
мировыми войнами было востребовано бурным
развитием авиации, непрерывным ростом
скоростей полёта всех типов самолётов
и появлением машин с закрытой кабиной
пилота (экипажа). Необходимым элементом
таких конструкций является фонарь кабины
пилота. Для применения в авиации того
времени органическое стекло обладало
удачным сочетанием необходимых свойств:
оптическая прозрачность, безосколочность,
то есть безопасность для лётчика, водостойкость,
нечувствительность к действию авиационного
бензина и масел[1]. В годы Второй мировой
войны органическое стекло широко
применялось в конструкциях фонаря кабины,
турелей оборонительного вооружения тяжёлых
самолетов, элементов остекления перископов
подводных лодок.
Тем не менее полимеры только
частично способны заменять термостойкие стёкла повышенной прочности — в большинстве
случаев они употребимы только в виде композитов. Развитие авиации подразумевает
полёты в верхних слоях атмосферы и гиперзвуковые
скорости, высокие температуры и давление,
когда органическое стекло вообще неприменимо.
Примером тому могут служить летательные
аппараты, сочетающие в себе качества
космических кораблей и самолётов — «Спейс Шаттл» и «Буран».
Существуют органические альтернативы
акриловому стеклу — прозрачные поликарбонат, поливинилхлорид и полистирол.
В СССР отечественный
плексиглас-оргстекло был синтезирован
в 1936 году в НИИ Пластмасс. В наши дни теплостойкие фторакрилатные
органические стекла используются в качестве
лёгких и надёжных деталей остекления
высокоскоростных самолетов ОКБ «МиГ» в сочетании с высокопрочными
конструкциями из алюминиевых, титановых сплавов и сталей, — работоспособны при
температурах эксплуатации от +230 до +250 °C.
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 преданная
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.
Существует два типа оргстекла —
литьевое и экструзионное.
Химический состав стандартного
оргстекла у всех производителей одинаков.
Другое дело, когда необходимо получить
материал с разными специфическими свойствами:
ударопрочными (антивандальными), светорассеивающими,
светопропускающими, шумозащитными, УФ-защитными,
теплостойкими и др. Тогда в процессе получения
листового материала может быть изменена
его структура или в него могут быть добавлены
соответствующие компоненты, обеспечивающие
комплекс необходимых характеристик.
Получение оргстекла[править | править исходный текст]
Оргстекло получают двумя способами:
экструзией и литьём. Сам способ производства
накладывает ряд ограничений и определяет
некоторые свойства пластика.
Экструзионное оргстекло —
от англ. exstrusion, от нем. Extrudiert — получают
методом непрерывной экструзии (выдавливания)
расплавленной массы гранулированного
ПММА через щелевую головку с последующим
охлаждением и резкой по заданным размерам.
Блочное (в России утвердился
термин «литьевое» — англ. cast) — получают
методом заливки мономера ММА между двумя
плоскими стёклами с дальнейшей его полимеризацией
до твёрдого состояния.
Особенности экструзионного оргстекла
по сравнению с литым оргстеклом[править | править исходный текст]
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 химическая стойкость,
большая чувствительность к концентрации
напряжений,
лучшая способность к склеиванию,
меньший и более низкий диапазон температур
при термоформовке (примерно +150—170 °C вместо +150—190 °C),
меньшее усилие при формовке,
большая усадка при нагреве (6 % вместо 2 % у литого акрила).
Основные преимущества оргстекла
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 создает 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
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
Недостатки оргстекла
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)
Стойкость к химическим воздействиям[править | править исходный текст]
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.
Хранение и транспортировка
Стекло органическое экструзионное транспортируют
автомобильным и железнодорожным транспортом
в крытых транспортных средствах в соответствии
с Правилами перевозки грузов, действующими
на данном виде транспорта.
Допускается транспортировать оргстекло
в открытых транспортных средствах, покрытым
водонепроницаемым материалом.
Стекло органическое экструзионное должно храниться в закрытых складах при температуре от +5 до +35 °C при относительной влажности
воздуха не выше 65 %.
При хранении и транспортировке сложенные
вместе листы оргстекла лучше переложить
листами бумаги, чтобы не допустить механических
повреждений.
Не допускается транспортирование и
хранение стекла органического экструзионного с химическими продуктами.
Способы обработки[править | править исходный текст]
Сверление, нарезание резьбы,
резьбовое соединение, фрезерование и обработка по заданному профилю,
обработка на токарном станке, обработка
резанием, пемзование, шлифование, полирование,
формование, вакуумное формование, штамповка,
втягивание, вдувание, сгибание, нагревание,
охлаждение, отжиг, стыкование, склеивание,
сварка, окрашивание и металлизация.
Применение
Как уже отмечено, самолёты
и вертолёты, относящиеся к предыдущему
поколению, остекляют однослойными или
многослойными (композитными) материалами
на основе органических и силикатных стекол.
Изделия из оргстекла получают
вакуумным формованием, пневмоформованием
и штамповкой. Используется также метод
холодного формования. Многие области
применения этих полимеров пересекаются
со стеклом, но оргстекло значительно
проще обрабатывается и формуется, а также
обладает меньшим весом. Это определяет
его преимущество для изготовления различных
деталей интерьера, указателей, рекламной
продукции и аквариумов. Обычно для связи используется трудоёмкое оптическое
стекло. В этом волокне сердцевина делается
из кварцево-германатного стекла. Хотя
материал стеклянных волокон дешевле
пластиковых, их себестоимость выше из-за
специальной обработки и технологии изделий.
В отдельных, менее ответственных случаях
широкое применение для связи имеет пластиковое
волокно.
Из необычных областей применения
оргстекла следует отметить:
Изготовление клея-растворителя для самого себя путём получения
мономера (метилметакрилата) перегонкой;
В сантехнике (акриловые ванны), в торговом оборудовании.
ПММА нашёл широкое применение
в офтальмологии: из него уже несколько десятилетий
изготавливаются жёсткие газонепроницаемыеконтактные линзы и жёсткие интраокулярные линзы (ИОЛ), которых в настоящее время
имплантируется в мире до нескольких миллионов
штук в год. Интраокулярные (то есть внутриглазные)
линзы известны под названием искусственного хрусталика, и ими заменяют капсулу, помутневшую
в результате возрастных изменений и других
причин, приводящих к катаракте.