Органическое стекло

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Оптические материалы
Очки из оптического оргстекла
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[править]

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[править]

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[1].
  • Оргстекло бывает дух типов — литьевое и экструзионное.

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

Получение оргстекла[править]

Способ литья[править]

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.[2]

Экструзионный способ[править]

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[править]

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:

Применение в медицине[править]

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. [3].
    • 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[править]

См. также[править]

Ссылки[править]

  1. Karl Anders und Hans Eichelbaum Wörterbuch des Flugwesens. Verlag von Quelle and Meyer. Leipzig, 1937, S. 266-267
  2. http://www.helvkzn.ru/tech_1-kzn.html
  3. http://www.nsc.ru/HBC/hbc.phtml?15+320+1