Полиметилметакрилат

Органическое стекло (оргстекло), или полиметилметакрилат (ПММА) — синтетический полимер метилметакрилата, термопластичный прозрачный пластик, продаваемый под торговыми марками плексиглас, лимакрил, перспекс, плазкрил, акрилекс, акрилайт, акрипласт и др., также известный под названием акриловое стекло или акрил.

История

Материал под маркой Plexiglas создан в 1928 году, с 1933 года началось его промышленное производство фирмой «Röhm and Haas Company» (Дармштадт), в настоящее время Röhm GmbH. 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, т. е. — безопасность для лётчика, водостойкость, нечувствительность к действию авиационного бензина и масел ^[1]. В СССР отечественный плексиглас-оргстекло был синтезирован в 1936 году в НИИ Пластмасс. В годы Второй мировой войны органическое стекло широко применялось в конструкциях фонаря кабины, турелей оборонительного вооружения тяжелых самолетов, элементов остекления перископов подводных лодок.

В наши дни теплостойкие фторакрилатные органические стекла используются в качестве легких и надежных деталей остекления высокоскоростных самолетов ОКБ «МиГ» в сочетании с высокопрочными конструкциями из алюминиевых, титановых сплавов и сталей, — работоспособны при температурах эксплуатации 230—250°C. ^[2]

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 темпратуры и давление, когда органическое стекло вобще 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.

Свойства

Эти органические материалы только формально именуются стеклом, и относится к совершенно иному классу веществ, о чём говорит и само название, и чем в основном определяются ограничения свойств, и, как следствие того — возможностей применения несопоставимых со стеклом по многим параметрам; оранические стекла способны приблизиться по свойствам к большинству видов неорганических стёкол только в композитных материалах, однако огнеупорными они уже никогда не будут; стойкось к агрессивным средам органических стёкол также определяется значительно более узким диапазоном.

Тем не менее, материал этот, 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 в воде 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 не устойчив к действию спиртов, ацетона и бензола.

Существует два типа оргстекла — литьевое и экструзионное.

Применение

Очки из оргстекла

Контактные линзы

Как уже отмечено, самолёты и вертолёты, относящиеся к предыдущему поколению, остекляют однослойными или многослойными (композитными) материалами на основе органических и силикатных стекол.

Изделия из оргестекла 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 отвественных 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 делаются жёсткие интраокулярные линзы (ИОЛ), которых в настоящее время имплантируется в мире до нескольких миллионов штук в год.

Оранические стекла как биоматериалы именно из-за таких качеств как пластичность позволили заменить стёкла неорганические. (Например, контактные линзы). Работа учёных в течении более чем 20 лет привела к созданию в конце 90-х годов силикон-гидрогелевых линз, которые благодаря сочетанию гидрофильных свойств и высокой кислородопроницаемости могут непрерывно использоваться в течение 30 дней круглосуточно. ^[3] Тем не менее это не стёкла, но оптический материал со своими характеристиками.

Характеристики

Примерные характеристики акрилового оргстекла

Характеристика	Единица измерения	Значение
Плотность	г/см³	1,19
Светопропускание	%	92
Модуль упругости при растяжении	МПа	3300
Предел прочности при растяжении	МПа	76
Ударная вязкость по Шарпи	кДж/м²	11
Коэффициент линейного теплового расширения	мм/мС	0,065
Температура размягчения	°С	110
Твёрдость по Роквеллу	M	95
Диапазон рабочей температуры	°C	–40…+80

Методы обработки

• Фрезерование и обработка по заданному профилю
• Резка
• Сверление
• Склеивание
• Полирование срезов
• Горячая штамповка
• Нагревание
• Формование

Уход и очистка

Для регулярной чистки оргстекла используется обычная вода, в случае более серьёзного загрязнения можно использовать тёплую воду с мягким моющим средством. Во избежание царапин не следует допускать сухого трения. Окна часто очищают с помощью распылителей высокого давления.

Примечания

1. ↑ Karl Anders und Hans Eichelbaum Wörterbuch des Flugwesens. Verlag von Quelle and Meyer. Leipzig, 1937, S. 266-267
2. ↑ Бейдер Э. Я. и др. Опыт применения фторполимерных материалов в авиационной технике. — Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева, 2008, т. LII, № 3, с. 30-44
3. ↑ Новый материал для контактных линз Санкт-Петербургского филиала Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН — Наука в Сибири № 5 (2491) 4 февраля 2005 года

Ссылки