Органическое стекло

Очки из оптического оргстекла

Световод

Кабина самолёта из специального оргстекла

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

Собирательное название ряда органических полимеров, первоначально такое название имел только полиметилметакрилат. Прозрачный, твёрдый, умереннохрупкий, аморфный материал, полиметилметакрилат (ПММА) относятся к термопластам, которые состоят из макромолекул с линейной или разветвленной структурой. При комнатной температуре термопласты находятся в аморфном твердо-вязком состоянии. При умеренном нагревании они размягчаются до состояния текучести (расплава) и снова отверждаются при охлаждении (обратимость). Термопласты как стёкла можно расплавлять, подвергать пластическому формообразованию, но дополнительно и растворять.

История

Материал создан в 1928 году под маркой Plexiglas. Появление органического стекла было вызвано бурным развитием авиации, ростом скоростей полёта самолётов и появлением машин с закрытой кабиной пилота (экипажа).

Свойства органического стекла

Таблица физико-химических свойств оргстекла
Свойства	Един. измер.	Значение
Плотность	г/куб.см	1,19
Твердость по Роквеллу	—	103
Молярная масса ПММА	г/моль	2.000.000
Светопропуск.	%	92
Коэфф. преломлен.	—	1,492
Предел прочн. при растяжении	МПа	75
Удлинение при разрыве	%	4,5
Модуль изгиба	МПа	2300
Модуль растяжен.	МПа	3300
Сопротивл. изгибу	МПа	125
Ударная вязкость по Шарпи без надреза	кДж/кв.м	12
Коэфф. линейного терм. расшир.(<80 °С)	10-5 х К-1	7
Метод сохранения формы в тепле А/В °С 100	°С	100
Темпер. размягчен. по Викату VST/D 120	°С	110
Темпер. разложения	°С	>280
Макс. темпер. применения	°С	80 (L)-90(S)
Спец. тепло, LIN	Дж/г К	1,47
Удельн. теплопровдн.	Вт/м К	0,19

Материал часто используется как альтернатива силикатному стеклу.

• Устойчиво к внешним воздействиям (влага, холод и т. д.);
• Более мягкое, чем обычное стекло и чувствителено к царапинам (этот недостаток исправляется нанесением стойких к царапинам покрытий);
• Лёгкая механическая обрабатываемость обычным металлорежущим инструментом;
• Легко режется лазером и удобно для гравировки;
• Хорошая прозрачность и пропускает ультрафиолетовое и рентгеновское излучения, отражая при этом инфракрасные лучи; светопропускание оргстекла несколько меньшее (92—93 % против 99 % у лучших сортов силикатного стекла);
• Низкая устойчивость к действию спиртов, ацетона и бензола;
• Оргстекло это оптический материал;
• Безосколочный материал ( безопасен и применяется во всех видах транспорта (особенно в самолётостроении);
• Легко формуемый при нагревании;
• Водостойкий материал;
• Нейтрален к лучам света, метео-условиям, действию авиационного бензина и маселам.
• Оргстекло бывает дух типов — литьевое и экструзионное.

Существуют органические альтернативы акриловому стеклу — прозрачные вещества: поликарбонат, поливинилхлорид и полистирол.

Получение оргстекла

Способ литья

Оргстекло получают методом заливки мономера (с необходимыми добавками: отвердителями, красителями и другими компонентами) между двумя специальными силикатными стеклами и дальнейшей полимеризацией до получения твёрдого листового материала, который после отывания обрезается по стандартным размерам. Точное выполнение технологических параметров процесса даёт возможность получить полимер с высокой средней молекулярной массой (более 1000000), что определяет физические качества: твёрдость, аморфность, прозрачность, дисперсность, изотропность, оптические, термопластичные свойства оргстекла и др. Применение специальных силикатных стекол с высокой степенью чистоты обработки поверхности повышает оптические и эксплуатационные характеристики наиболее применяемого оргстекла — литьевого Акрилона.

Экструзионный способ

Оргстекло методом экструзии изготавливают непрерывным методом на экструзионных линиях. Экструзионная линия состоит из нескольких операционных узлов. Гранулы готового полимера ПММА через дозаторный бункер поступают в экструдер. Он представляет с обогреваемый цилиндр заданного диаметра, от величины которого зависит производительность экструдера. Внутри цилиндра находится червеобразный шнек в виде спирали. Он перемещает расплавленную под действием тепла массу ПММА к передней части экструдера одновременно перемешивая и гомогенизируя расплав с необходимыми наполнителем. По пути продвижения расплава в различные части экструдера могут быть добавлены (если это необходимо) различные добавки к полимеру: красители, наполнители, различные стабилизаторы, в том числе, добавки, улучшающие эксплуатационные характеристики листового материала и другие необходимые компоненты. При достижении расплава передней части экструдера он поступает в щелевую головку - размернная щель, которая форимрует ширину и толщину листа. Далее, после выхода из «головки» материал проходит через несколько валков, имеющих между собой точно заданное расстояние, которое и определяет конечную толщину получаемого листового материала. Поверхность валков имеет специальный слой с высокой чистотой обработки, что позволяет получать листы с высокими оптическими и механическими, эксплуатационными характеристиками. Затем материал охлаждается и это происходит с постоянныи инградиентом падения температуры равномерно, что исключает возникновение внутренних напряжений в изделии. По мере продвижения по линии непрерывный лист покрывается с двух сторон предохранительной плёнкой, автоматически кроится по заданному размеру и сразу складируется. Это непрерывный процесс и происходит автоматически.

Стандартные размеры листов Акрилона:

• 2050х3050 мм,
• 2050х1500 мм при толщине от 1,8 мм до 10 мм.

Химическая устойчивось и применение

В отличие от неорганического (минерального) стекла (Неорганическое стекло) органическое стекло (оргстекло) характеризуется более высокой устойчивостью к агрессивным средам (щелоччным и кислотным растворам и др.), маслам, бензину и др., обладая при этом высокими оптическими свойствами как(прозрачность, достаточно высокая дисперсия, изотропия и др.). В этой связи оргстекло находит широкое применение во всех областях деятельности человека:

• Наука;
• Приборостроение (Оптические устройства);
• Производство;
• Медицина;
• Строительство и т.д. и т.п.

Применение в медицине

Линзы контактные

Рис.1 Схема работы протезированного глаза с отрофией сетчатки

Бронхоскоп Видео

Благодаря высокой химической устойчивости и широкого диапазона получаемых физических характеристик (твёрдость, изотропность, прозрачность, диспесность, температурная стойкость и т.д.) оргстекло — незаменимый материаал в медицине:

• Оргстекло (например) нашло широкое применение в офтальмологии:
  • Изготавливаются и широко применяются жёсткие интраокулярные линзы (ИОЛ), которые в настоящее время имплантируется в мире в миллионах штук в год.
  • Благодаря возможности изменения в нужном диапазоне таких качеств как в первую очередь пластичность, гидрофильность, кислородопроницпемость позволили заменить жёсткие стёкла неорганические на элластичные, необходимые для контактных линз. Например, контактные линзы: работа учёных в течении более 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. .
  • Бурное развитие нанотехнологий и технологий создания новых органических биоматериалов с использованием их пластичности, высокой химической устойчивости, термостойкости и др. в последнее время привело к созданию биопротеза — биофотосенсора , вживляемого в сетчатку глаза. Что слепым частично восстанавливает зрение. (См. Бионический глаз) и т.д.
• Применение оптического оргстекла в медицине находит место при использовании оптоволокна, которое применяется в современных мединструментах, позволяющие производить многие внутриполостные хирургические операци без скальпеля, наблюдая при этом на экране монитора. Например, зандирование бронхов при помощи видеозондов , инструменты видеозондирования и лечения желудочно-кишечного тракта, искусственный хрусталик при лечении катаракты и т.д.

Методы обработки

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

См. также

• Стекло
• Расплавы
• Плавление
• Метилметакрилат‎
• Полимер
• Оптические материалы
• Оптическое стекло
• Оптические устройства
• Неорганическое стекло
• Бионический глаз
• Линза
• Контактные линзы
• Оптическое волокно (версия Миг)
• Волноводная оптика

Ссылки

• Свойства органического стекла
• Применение акрилового стекла