Что такое полимерное стекло
Оргстекло
Что из себя представляет оргстекло
Оргстекло – это бытовое название листовых материалов, напоминающих по виду и некоторым свойствам оконное стекло, и состоящее из прозрачных полимеров: полиакрилатов, поликарбонатов, полистиролов, различных сополимеров. Чаще всего так называют полиметилметакрилат (ПММА), который представляет из себя полимер, элементарным звеном которого служит метилметакрилат. В дальнейшем мы будем рассматривать под названием «оргстекло» в основном именно ПММА. Ниже приведена химическая формула полиметилметакрилата:
Обычно ПММА – это прозрачный полимер, который довольно легко поддается переработке в изделия всеми основными промышленными методами. Из-за своей высокой прозрачности он и получил второе название «органическое стекло».
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.
Органическое стекло любого типа можно вторично перерабатывать без особых ограничений, как любой стандартный термопластичный материал.
Основные свойства оргстекла
ПММА, как и любой полимер, обладает высокой молекулярной массой, она для этого полимера достигает 2 млн атомных единиц. Температура размягчения ПММА чуть выше 120 градусов Цельсия, а температура плавления порядка 160 градусов, что во многом обусловливает его хорошую перерабатываемость.
По физическим характеристикам оргстекло обладает очень хорошей прозрачностью, высокой проницаемостью не только для лучей видимой части спектра, но и для ультрафиолета. Органическое стекло имеет хорошие диэлектрические и физико-механические данные и обладает высокой атмосферостойкостью. Также этот материал достаточно химически стоек: устойчив к неконцентрированным кислотам и щелочам, спиртам и жирам, а также к гидролизу и минеральным маслам. Оргстекло, насколько это известно современной науке, безвредно для живых организмов и в то же время стойко к биологическому разрушению. Полиметилметакрилат перерабатывается экструзией с последующим термоформованием (вакуумным или пневмоформованием), штамповкой, литьем под давлением на термопластавтоматах. Также оргстекло легко обрабатывается механически, склеивается и сваривается.
Рассмотрим особенности материала более подробно.
Широко известно, что органическое стекло является легковоспламеняющимся, однако оно менее опасно, чем другие полимеры, подверженные открытому горению. В процессе горения ПММА выделяет минимум вредных продуктов окисления. Температура его воспламенения составляет 260°С.
Оргстекло, в отличие от некоторых полимеров имеет высокую морозостойкость. Диапазон рабочих температур ПММА довольно широк и находится в промежутке между минус 40°С и +80°С.
Оргстекло обладает малой теплопроводность, около 0,2—0,3 Вт/(м·К), что гораздо ниже теплопроводности обычного силикатного стекла от 0,7 до 13,5 Вт/(м·К), что дает органическому материалу большое преимущество при применении в энергоэффективных объектах.
Оргстекло обладает высокой стойкостью к старению. Т.к. светопропускание этого материала больше, чем у любого крупнотоннажного полимера и равно примерно 92% от проходящего через него видимого света. Органическое стекло не нуждается в дополнительной защите ультрафиолетового излучения. Физико-механические свойства ПММА, и его светопропускание очень медленно изменяется со временем, несмотря на действие УФ-лучей и воздействий атмосферных явлений. Однако для окрашенного оргстекла возможно изменение цвета материала в зависимости от его производителя и определенного цвета, но это, как правило, происходит по истечении большого срока и при эксплуатации вне помещений.
При этом оргстекло достаточно склонно к поверхностным повреждениям, оно довольно легко царапается. Это обусловливает применение специальных защитных пленок из полимеров на поверхности стекла.
Химические и экологические характеристики
Оргстекло является достаточно экологичным материалом. Оно не выделяет вредных химических соединений не только при горении, но и при обычном многолетнем применении и считается абсолютно безопасным материалом. Его использование разрешено как вне помещений, так и внутри них, в том числе в лечебных и детских заведениях. Как упоминалось ранее, отходы органического стекла не токсичны и могут полностью быть переработаны вторично.
ПММА известен своей высокой стойкостью к воде, а также к различным химическим соединениям, например к щелочам, растворам солей. Из распространенных химикатов на оргстекло существенно влияют концентрированные серная, хромовая и азотная кислота и некоторые растворы сильных кислот: цианистоводородные (синильная кислота) и фтористоводородные (плавиковая кислота).
Кроме того, органическое стекло можно растворить в некоторых сильных растворителях: дихлорэтане и других хлорированных углеводородах, сложных эфирах, альдегидах и кетонах. Также на него могут воздействовать низкомолекулярные спирты, в том числе этиловый спирт. Однако, реакция при этом медленная. Так при недолгом воздействии на оргстекло разбавленного до 10 процентов этилового спирта видимых изменений не происходит.
Применение оргстекла
Органическое стекло применяется достаточно широко. Высокая транспарентность в сочетании с хорошими механическими характеристиками открыла этому материалу дорогу к использованию в области транспорта: авиационной технике, автомобильной отрасли и т.п. Широко применяется ПММА в светотехнической индустрии, как листовой материал, прошедший полировку, так и гранулы для литья под давлением или экструзии рассеивателей светильников.
Рис.2. Фара мотоцикла
Кроме того, оргстекло используют в архитектуре и строительной индустрии, изготовлении товаров для дома, приборостроении и т.д. Широко применяется в сельском хозяйстве как материал для остекления оранжерей и теплиц. Оргстекло – хороший конструкционный материал для применения в строительстве, например для производства окон и дверей, веранд и для отделочных работ и некоторых изделий. В приборостроении оргстекло используют в качестве компонентов инструментов и приборов. В медицине оно применяется также в области инструментов, изготовлении контактных линз и в протезировании. В области оптики из этого чудесного материала выпускают линзы и призмы. Также из оргстекла можно делать компоненты микроэлектроники, игры и игрушки для детей, средства индивидуальной защиты (очки, маски), трубы и трубки для пищевой индустрии, разнообразные изделия для спортивного снаряжения и многое другое.
Незаменимо органическое стекло для уличного применения, им покрывают рекламные щиты, вывески, световые короба и прочие наружные носители информации и рекламы. Повсеместно мы видим этот материал при оформлении и наполнении витрин, в витражах, защитном остеклении, дизайнерских изделиях, сантехнике, музыкальных инструментах, торговых материалах, например ценникодержателях, POS-материалах, аквариумах, сувенирах и т.д.
Также в материалах последних поколений, особенно в авиа- и вертолетостроении, оргстекло активно применяется в составе многослойных композитных материалов, в том числе в комбинации с неорганическими стеклами.
История оргстекла
Этому материалу уже почти 100 лет. Оргстекло, которое в то время получило название «плексиглаз» (марка Plexiglas существует и сегодня) было получено в 1928 году немецким специалистом Отто Рёмом. Товарное производство материала началось в 1933 году там же в Германии, а первые известные продукты, для получения которых было применено оргстекло, датированы 1936 годом.
Рис.3. Кабина самолета середины 20 века
Такой материал, как прозрачный прочный полимер пришелся очень вовремя. В 20-30-е годы 20 века многие страны совершили скачок в развитии самолетостроения, особенно военного, в целом страны милитаризировались. В эти годы появились первые самолеты с закрытой кабиной, для изготовления которой отлично подошел новый полимер. Оргстекло было безопасным, то есть не разбивалось с образованием осколков, оптически прозрачным, химически стойким, в том числе к бензину, маслам и смазкам, водостойким. Всё это определило быстрый рост потребления материала.
40-е годы прошли под знаком развития применения оргстекла в авиастроении и не только. В годы ВОВ из него изготавливались кабины и другие части военных самолетов, детали подводных лодок и другие элементы, требующие прозрачности, легкости и прочности. С началом использования других, более продвинутых и менее горючих материалов, в том числе композитов, применение оргстекла в военной отрасли отошло на второй план.
В послевоенные годы органическое стекло получило широчайшее распространение во всех описанных выше областях. В настоящее время ПММА применяется гораздо скоромнее других крупнотоннажных полимеров, но в качестве прозрачного пластика он по-прежнему очень популярен. Однако во многом этот полимер потеснили другие транспарентные пластики, в том числе с лучшими свойствами или более дешевые, например поликарбонат, некоторые марки ПВХ и особенно полистирол и его сополимеры. Последние обладают огромным разнообразием характеристик при невысокой цене.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий
Использование органического стекла
Полиметилметакрилат (ПММА) или органическое стекло – полимерный, термопластичный материал, полностью состоящий из синтетических смол. Научное название менее популярно в сравнении с торговыми марками, под которыми продажа оргстекла осуществляется в мире: плексиглас, акрилайт, лимакрил, плекс. Термины стали нарицательными, в России более распространено «акриловое стекло».
Изобретен ПММА был в 1928 году в Германии, где представлен под названием Plexiglas. Промышленное производство начато через 5 лет компанией R?hm and Haas Company. Объемы производства интенсивно росли, так как материал с отличными прочностными показателями, высоким уровнем прозрачности появился как раз вовремя.
В период между двумя мировыми войнами наблюдалось стремительное развитие авиации. Промышленность строила быстрые самолеты, впервые кабины пилотов стали закрытыми, в них появились фонари. Для остекления требовались легкие, прозрачные и безопасные материалы, которые в отличие от силикатного стекла не могли бы травмировать пилотов при авариях.
Таким материалом и стало стекло органическое с характерными для него иными свойствами:
Безопасные для летчиков безосколочные панели прижились в европейской авиации. Советские ученые пришли к созданию полимера в 1936 году, когда первые образцы представили инженеры НИИ Пластмасс.
Границы использования органического стекла
Стекло органическое листовое вытеснило силикатное из гражданского, военного самолетостроения, но стать абсолютной заменой термостойкому остеклению не смогло. В чистом виде оно не используется для летательных аппаратов, применяющихся на больших высот, в космическом кораблестроении. Здесь необходимы более термостойкие композиты.
Кроме того, сам термин «органическое» не всегда корректно трактуется, так как наряду с ПММА химическая промышленность предлагает и другие соединения «органики»: полистирол, поликарбонат. Все они в разных областях нередко именуются стеклами, хотя по сути таковыми не являются. Их свойства ограничены и нередко с традиционным силикатным стеклом не сопоставимы, и при множестве преимуществ, например, легкости, ударопрочности высокую огнеупорность они никогда не смогут продемонстрировать в силу полимерной природы.
Стекло органическое вместо силикатного
Как правило, вопрос, где можно купить оргстекло, предусматривает его использование как альтернативу силикатному аналогу. И сравнивать ПММА принято именно с ним:
Светопропускание силикатного стекла выше, составляет 99% против 93% у органического. Но таких показателей не демонстрирует более ни один прозрачный пластик. Также оргстекло не устойчиво к ацетону, бензолу, спиртам.
Виды оргстекла
Различия определяются техникой производства, при этом состав материала всегда идентичен. Используются технологии:
При идентичности химического состава свойства оргстекла, полученного разными способами, различаются. Посредством изменения молекулярной структуры компонентов при литье производитель может добиться высокой ударопрочности, теплостойкости, светорассеивания или других характеристик готового листа. Стойкость к УФ обеспечивается нанесением дополнительного слоя или внедрением специальных веществ – светофильтров.
Экструзионный полимер (exstrusion) получают путем продавливания расплавленной массы граннулята через щелевую головку. Материал резко охлаждают и режут согласно требуемым параметрам.
Литьевые листы (cast, в международной практике более распространен термин «блочные») производят, заливая расплав полимера между двумя ровными жесткими пластинами. Здесь вещество остается до полного отвердения.
Чем экструзионное оргстекло отличается от литого
Экструзия более распространена при производстве листового ПММА, так как готовый материал получает больше практичных характеристик. К сожалению, экструдер не может дать весь перечень толщин листов, востребованных промышленностью, зато обеспечивает любые параметры длины.
Материал демонстрирует меньше погрешностей, например, разница по толщине составляет +/- 5%, тогда как листовой может давать погрешность до 30%. Обладает высокой чувствительностью к концентрации напряжений, хорошо склеивается и требует меньше усилий при формовке.
При этом литое стекло органическое превосходит экструзионное в:
Эти различия позволяют выбирать соответствующий тип материала по сфере применения, взвешенно решать, где купить оргстекло определенного вида.
Особенности, свойства органического стекла
Главное преимущество ПЭТ листового – исключительная светопропускаемость, она составляет 92%, что превосходит показатели иных прозрачных пластиков. Важно, что на солнце, с течением времени панели не мутнеют и этот показатель не меняется.
Другие преимущества ПЭТ листового:
Эти преимущества позволяют применять оргстекло не только в авиационном, машинном строении. Ввиду малого веса можно создавать конструкции остекления с меньшим количеством опор, формируя иллюзию открытого пространства. А стойкость к воде, химическим веществам, экологичность делают его оптимальным выбором для производства аквариумов, остекления яхт, катеров. Работать с панелями столь же просто, как с деревом, формируя элементы произвольной конфигурации, детально прорисовывая форму, содержание.
Одновременно следует учитывать недостатки стекла органического, ограничивающие его применение. Так панели подвержены повреждению поверхности в силу мягкости. А при термической и вакуумной формовке на местах сгибов создаются участки повышенного напряжения. Со временем это приводит к образованию микротрещин. Материал воспламеняется при температуре 260оС и хоть горение его безопасно, для объектов с риском возгораний он не подходит.
Хранение, транспортировка, обработка
Транспортировка листовых панелей осуществляется грузовым транспортом: автомобильным, железнодорожным. Погрузку выполняют в крытые контейнеры, без дополнительных условий по защите. Нормы допускают транспортировать листы и открытым способом, но при установке тентовых или иных навесных конструкций с водонепроницаемыми свойствами.
Хранение осуществляют в закрытых помещениях с постоянным уровнем влажности воздуха (до 65%), температуре воздуха в диапазоне 5-35оС. Листы допускается укладывать один на другой, но для исключения механических повреждений рекомендуется прокладывать между ними бумагу. Несмотря на стойкость к химическим реагентам совместная перевозка, хранение с реактивами не допускаются.
Материал может подвергаться многим способам обработки:
Обилие способов обработки позволяют задействовать оргстекло во многих сферах производства, хозяйства, строительстве, рекламе.
Применение органического стекла
Первым потребителем ПММА стало авиационное строение, самолеты и вертолеты предыдущих поколений оснащали светопрозрачными панелями из этого материала. По мере развития техник обработки полимера, применения штамповки, пневмоформования, вакуумного формования сфера его применения расширилась, и во многих случаях оргстекло заменило традиционное силикатное.
Например, при производстве рекламной продукции, предметов интерьера, элементов отделки помещений, аквариумов. В большинстве случаев панели или созданные из них объекты прозрачны, с эффектами тонирования или декорирования поверхности, внешне выглядят, как стеклянные. Такая замена, на первый взгляд, не оправдана, так как натуральный композит дешевле полимерного, однако в конечном счете экономия при использовании полимера становится очевидной. Оно менее трудоемко в обработке, дешевле в транспортировке, неприхотливо в хранении.
Кроме очевидных областей, где востребован ПММА, есть и менее известные, но от того не менее важные. Это производство:
Наиболее интересно применение полиметилметакрилата в медицине, создание из него имплантов глазного хрусталика. Полимер дал толчок к развитию гидрогелевых воздухопроницаемых линз, и до сих пор применяется в качестве оптических линз очков.
Широко используется при производстве осветительных приборов, из него делают рассеиватели, плафоны, лицевые экраны, светопрозрачные и тонированные перегородки. Недорогие, легкие панели задействованы в рекламе (прозрачные короба, объемные изделия, светящиеся буквы), производстве оборудования для торговли (остекление витрин, стеллажей), сантехники.
Строительство в полной мере оценило достоинство полимерного материала. Легкие панели требуют меньше опорных конструкций, пропускают до 93% солнечного света, что позволяет использовать их для сплошного остекления проемов, переходов, террас, перегородок, куполов. По аналогичному принципу осуществляют остекление транспортных средств (катеров, яхт, поездов, самолетов).
Прозрачный и тонированный ПММА
При решении вопроса, где купить оргстекло в СПб, требуется определиться с его назначением и выбрать соответствующий тип. Свойства и назначения определяются прозрачностью, матовостью, рифлением.
Так прозрачные панели бесцветные толщиной 3 мм пропускают 93% солнечных лучей. Их поверхность абсолютно гладкая, глянцевая, блестящая с двух сторон. Не искажает изображение, потому служит полной альтернативой силикатному стеклу при остеклении:
Тонированное пропускает меньше света, но также не создает оптических искажений, прозрачно. В зависимости от количества тонирующего элемента формируется насыщенность цвета, однако светонепроницаемые листы производители не предлагают, лишь с легким полутоном дымчатого, коричневого, голубого и других оттенков.
Возможностей применения листов множество, они чаще, чем прозрачные, используются в рекламе (наружной, интерьерной). Их выбирают для остекления транспорта, установки перегородок, легких декоративных ограждений, атриумов и навесов, оранжерей, теплиц. В дизайне интерьеров яркие панели большой толщины служат ступенями лестниц, полами, стендами, столешницами, полками. С их помощью оформляют студии на ТВ, концертные залы, детские учреждения.
Оргстекло рифленое прозрачное
Когда речь идет о рифлении, подразумевается стекло органическое с выпуклым рисунком. Он формируется на одной стороне, вторая сохраняется гладкой. Такая конструкция обладает светорассеивающим эффектом, преломляет световые лучи, благодаря чему предметы, расположенные за перегородками, остаются видимыми, но приобретают размытые очертания.
Существует несколько разновидностей рифления:
Это, так называемая, массовая серия, стандартный набор декоративных эффектов, предлагаемых производителями. Есть и редкие, эксклюзивные варианты, например, под кожу, с имитацией вельвета, миниатюрными пирамидками. Для листов с рифлением характерны прозрачность, интересный вид, размытие изображения, светопреломление, что востребовано в дизайне интерьеров, особенно ванных комнат, бассейнов, душевых.
Термопластичные панели не боятся влаги и декоративны, уместны в помещениях с высоким уровнем влаги и контактом с водой как перегородки душевых кабин, раздевалок, шторки ванн. Также используются как подвесные потолочные конструкции с внутренним освещением, рассеиватели светильников, вставки межкомнатных дверей.
ПММА матовый белый, цветной
Светопропускание белых матовых листов составляет 20-70%, чем меньше показатель, тем непрозрачнее материал. Поверхность гладкая, при свете насыщенно блестит, рассеивает равномерно, эффективно скрывает расположенные с обратной стороны объекты. Если же установить светильник за такой перегородкой, создается «световой экран».
Аналогично работают цветные тонированные панели разной степени светопропускания. Палитра цветов разнообразна, тон может быть любым, но производители отдают предпочтение нескольким популярным оттенкам. Используют тонированное матовое оргстекло для устройства светильников, навесных светопропускающих потолочных элементов. Толстые листы достаточно прочные, чтобы служить напольными покрытиями, подиумами. Тонкие применяют в качестве основы рекламных вывесок, наносят на них светоотражающие и светящиеся элементы, шелкографию.
Оригинально выглядят конструкции с внутренней подсветкой, изготавливаемые из матового цветного оргстекла: световые короба, декоративные крупные буквы.
Наличие рифления снижает светопропускание и создает эффект светорассеивания, свет проходит неравномерно через традиционные рельефные узоры. Предметы за перегородками без дополнительного освещения скрываются целиком. Сфера применения оргстекла ограничена: декоративные интерьерные объекты, рассеиватели светильников.
Оргстекло: виды, применение, свойства и характеристики
Органическое стекло или полиметилметакрилат – виниловый полимер, полученный синтезом метилметакрилата, представляет собой прозрачный термопластичный материал. Оргстекло имеет множество названий, наиболее популярные – акрил, поликарбонат, плексиглас и другие.
Материал был изобретен в начале XX века Отто Ромом, что стало настоящим переворотом в химии. Благодаря этому открытию появились не только новые технологии, но и новые сферы производства. Сегодня материал используется очень широко в машиностроении, строительстве и медицине. Он стал незаменимым в архитектуре и дизайне, трудно представить себе производство мебели, часов, приборов без использования оргстекла.
Содержание:
Технические характеристики органического стекла
Органическое стекло – это экологичный и безопасный материал. Он приблизительно вдвое легче обычного стекла.
Оргстеклу можно придавать самые разные формы, не нарушая при этом оптические свойства материала. Органическое стекло имеет следующие технические характеристики:
Оргстекло – материал, который легко поддается обработке – распилу, фрезеровке, шлифовке. В сочетании с высокой термопластичностью это открывает широкие возможности для его использования. Материал не только обладает превосходными свойствами, но и долго сохраняет их в процессе эксплуатации, поэтому он и получил такое широкое распространение.
Отличительные особенности оргстекла
Оргстекло обладает рядом достоинств, которые с успехом используются в самых разных областях производства. Основными из них являются:
Органическое стекло помимо достоинств имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это слабая устойчивость к механическим повреждениям и горючесть.
Кроме того, оно требует специального ухода, например, для обработки нельзя использовать спирт и ацетон. Но несмотря на некоторые «неудобства», органическое стекло прочно вошло в нашу жизнь и захватывает все новые и новые области.
Виды органического стекла
В настоящее время производители выпускают несколько видов оргстекла с различными характеристиками:
От вида оргстекла зависит и сфера его применения. Так, прозрачные стекла используются в строительстве, машиностроении, медицине, а матовые рифленые цветные стекла используются для дизайна мебели и предметов интерьера.
Сфера применения оргстекла
Машиностроение. Органическое стекло применяется в авиа- и автомобилестроении, используется во многих приборах и станках. Также его используют при строительстве малых и больших судов для остекления и создания внутренних перегородок.
Строительство и архитектура. Пластиковые стекла широко применяются в строительстве и архитектуре. Из них изготавливают заборы, навесы, перегородки, различные элементы конструкции как снаружи, так и внутри зданий и сооружений.
Мебель и предметы интерьера. Благодаря отличным потребительским свойствам, материал так полюбился дизайнерам. Его используют при производстве мебели, светильников, аквариумов, из него получаются очень красивые витражи. Пользуется большой популярностью и сантехника из оргстекла.
Реклама. Органическое стекло используется для изготовления торгового и выставочного оборудования, наружных рекламных конструкций, офисных табличек и указателей. Кроме того, его применяют для производства сувенирной продукции, стендов, номерков и бирок.
Медицина. В медицине из органического стекла производят контактные линзы и защитные очки. Материал применяется при изготовлении оптоволокна, которое используется в медицинских инструментах для проведения эндоскопических операций.
Органическое стекло прочно вошло в нашу жизнь. Его буквально можно встретить на каждом шагу – дома, в офисе, в магазине, на улице. Сфера применения этого материала очень широка, и, по всей вероятности, в ближайшей перспективе он не сдаст свои позиции, наоборот, появятся новые изделия из оргстекла и оригинальные варианты его применения.