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亚克力基础知识简介
 
压克力是从深海石油中提炼的一种副产品。其实,仔细了解压克力这种材质,会发现并没有那么神奇,它也是有机玻璃的一种,常见的透明手机展示架就是由它制作而成的。虽然也是玻璃的一种,但压克力却没有玻璃那么“脆弱”,抗冲击能力比普通玻璃强200倍,几乎不会断裂。它的承重性随厚度的变化而变化,越厚越坚固。记者在采访的过程中就发现一款压克力餐桌透明得极为彻底,一改通常玻璃家具在支撑点上选择不锈钢等承重性较好的材质,从头到脚运用的全是压克力,可见它的承受能力不一般。压克力有坚硬的一面,却也有柔性的特征,它非常适合造型,弯角弧度均能通过技术得到实现。它的保温性能也比玻璃好,不像玻璃“冷酷到底”,但这也导致了它的散热能力比较差。这种材质最怕锐物划伤,但这种划伤也很容易修复,普通的白牙膏擦拭即可。

一、性能

透明度优良,有突出的耐老化性;
它的比重不到普通玻璃的一半,抗碎裂能力却高出几倍;它有良好的绝缘性和机械强度;对酸、碱、盐有较强的耐腐蚀性能;且又易加工;可进行粘接、锯、刨、钻、刻、磨、丝网印刷、喷 砂等手工和机械加工,加热后可弯曲压模成各种亚克力制品。
物理性能
聚甲基丙烯酸甲酯 (Polymethylmethacrylate,简称PMMA,英文Acrylic),又称做压克力或有机玻璃,在香港多称做阿加力胶,它的铸板聚合物的数均分子量一般为2.2×104,相对密度为1.19~1.20,折射率为1.482~1.521,吸湿度在0.5%以下,玻璃化温度为105℃。具有高透明度,低价格,易于机械加工等优点,是平常经常使用的玻璃替代材料。
设计新颖、工艺先进、色调高雅、造型美观。
  1. PMMA的重量轻,密度比玻璃低:PMMA的密度大约在1150-1190 kg/m3,是玻璃(2400-2800 kg/m3)的一半。同样大小的材料,其重量只有普通玻璃的一半,金属铝(属于轻金属)的43%。
  2. PMMA的机械强度较高:有机玻璃的相对分子质量大约为200万,是长链的高分子化合物,而且形成分子的链很柔软,因此,有机玻璃的强度比较高,抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7~18倍。抗拉强度为6~7千克力/毫米2,耐压强度为12~14千克力/毫米2,耐冲击性比聚苯乙烯好;它还有不易破碎的特点。有一种经过加热和拉伸处理过的有机玻璃,其中的分子链段排列得非常有次序,使材料的韧性有显著提高,用钉子钉进这种有机玻璃,即使钉子穿透了,有机玻璃上也不产生裂纹,这种有机玻璃被子弹击穿后同样不会破成碎片。因此,拉伸处理后的有机玻璃可用作防弹玻璃,也用作军用飞机上的座舱盖。
光学性能
    1、可见光:可见光透过率较高 :PMMA是目前最优良的高分子透明材料,可见光透过率达  到92%,比玻璃的透光度高
  1. 紫外光:石英能完全透过紫外线,但价格高昂,普通玻璃只能透过0.6%的紫外线,但PMMA却能透过73%。PMMA不能滤除紫外线(UV)。紫外光会穿透PMMA,部份制造商[2]在PMMA表面进行镀膜,以增加其滤除紫外光的效果和性质。另一方面,在照射紫外光的状况下,与聚碳酸酯相比,PMMA具有更佳的稳定性。
  2. 红外线:PMMA允许小于2800nm波长的红外线通过。更长波长的IR,小于25,000nm时,基本上可被阻挡。存在特殊的有色PMMA,可以让特定波长IR透过,同时阻挡可见光,(应用于远程控制或热感应等)。
化学性能
聚甲基丙烯酸甲酯的单体是甲基丙烯酸甲酯,为无色液体,具有香味,沸点101℃,密度为0.940克/厘米3(25℃)。
工业上是先用丙酮氰醇法或异丁烯催化氧化法制出甲基丙烯酸,然后酯化而得。它容易聚合,需要在5℃以下存放,或加入0.01%左右的对苯二酚阻聚剂来保存。使用前将其蒸馏,把阻聚剂分出。
聚甲基丙烯酸甲酯能溶于自身单体、氯仿、乙酸、乙酸乙酯、丙酮等有机溶剂。由于它能溶于自身单体中,它的本体聚合物非常透明(见本体聚合)。[1] 
特性
采用新型聚脂材料,经热曲成型或平面镶边,金属托底内置光源,极具视觉冲击力。
耐侯性:面板涂覆高浓度紫外线吸收剂,金属底座喷涂进口汽车漆 ,可保长久耐侯,永不褪色,使用年限长达5~8年。
耐久性:产品对内置光源具有良好的保护,延长光源产品使用寿命。
合理性:合理性设计,防雨防潮;开启式结构,便于维修。
耐冲击性:是玻璃产品的200倍,几乎没有断裂的危险。
透光性:高达93%,透光极佳、光线柔和、璀璨夺目。
耐燃性:难燃,离火后能继续燃烧。
美观性:工艺精美,全字体呈镜面效果,底座无褶皱,无接缝,所有铆固件不外露。
节能性:透光性能好,相应减少光源产品,省电,降低使用成本。
二、安全与风险
S24/25Avoid contact with skin and eyes.
避免与皮肤和眼睛接触。
S36 Wear suitable protective clothing.
PMMA
穿戴适当的防护服。
S22 Do not breathe dust.
切勿吸入粉尘。
R20/22 Harmful by inhalation and if swallowed.
吸入及吞食有害
三、工艺特性
          原料的特性:
  1. 无色透明,透光率达90%---92%,韧性强,比硅玻璃大10倍以上。
  2. 光学性、绝缘性、加工性及耐候性佳。
  3. 溶解于四氯化碳、苯、甲苯二氯乙烷、三氯甲烷和丙酮等有机溶剂。
  4. 具有较高透明度和光亮度,耐热性好,并有坚韧,质硬,刚性特点,热变形温度80℃,弯曲强度110Mpa。
  5. 密度1.14—1.20g/cc,变形温度76--116℃,成型收缩率0.2—0.8%。
  6. 线膨胀系数0.00005—0.00009/℃,热变形温度68--69℃(74--107℃) 

    工艺特性
  1. 聚甲基丙烯酸甲酯含有极性侧甲基,具有较明显的吸湿性,吸水率一般在0.3%-0.4%,成型前必须干燥,干燥条件是80℃-85℃下干燥4-5h。
  2. 聚甲基丙烯酸甲酯在成型加工的温度范围内具有效明显的非牛顿流体特性,熔融粘度随剪切速率增大会明显下降,熔体粘度对温度的变化也很敏感。因此,对于聚甲基丙烯酸甲酯的成型加工,提高成型压力和温度都可明显降低熔体粘度,取得较好的流动性。
  3. 聚甲基丙烯酸甲酯开始流动的温度约160℃,开始分解的温度高于270℃,具有较宽的加工温度区间。
  4. 聚甲基丙烯酸甲酯熔体粘度较高,冷却速率又较快,制品容易产生内应力,因此成型时对工艺条件控制要求严格,制品成型后也需要进行后处理。
  5. 聚甲基丙烯酸甲酯是无定形聚合物,收缩率及其变化范围都较小,一般约在0.5%-0.8%,有利于成型出尺寸精度较高的塑件。
  6. 聚甲基丙烯酸甲酯切削性能甚好,其型材可很容易地机加工为各种要求的尺寸。

    工艺条件
干燥处理:PMMA具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的。建议干燥条件为90C、2~4小时。熔化温度:240~270C。模具温度:35~70C。
注射速度:中等
化学和物理特性PMMA具有优良的光学特性及耐气侯变化特性。白光的穿透性高达92%。PMMA制品具有很低的双折射,特别适合制作影碟等。PMMA具有室温蠕变特性。随着负荷加大、时间增长,可导致应力开裂现象。PMMA具有较好的抗冲击特性。
由于PMMA表面硬度不高、易擦毛、抗冲击性能低、成型流动性能差等缺点,PMMA的改性相继出现。如甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、丁二烯的共聚,PMMA与PC的共混等。超级透明PMMA材料主要用于手机保护屏,该产品分为有硬化涂层,没有硬化涂层两种.其特点是透光率极好,没有杂质,静电保护膜,表面硬化厚后硬度可达5-6H以上. 特别推荐用于硬化处理的PMMA材料,国内称为生板。

四、成型重

(1)成品重量,必须在料管容量70%以下成型,如超出需换大一级的机台,因此料硬度高、粘度高、油压马达通常需加大一级驱动转矩才够。
(2)原料在料管内流动的阻力要小,压力损失要少。料管组可电镀0. 03-0. 04mm,增加硬度及光滑可得较小的阻|力。
(3)其流动性不如abs须增高射出压力及速度变化来成型、易发生凹陷及内部气泡处,均为温度难降压力难传达之处。
(4) 熔胶速度可放慢40%-50%左右,以增加熔解热的产生,熔胶表压以70~90kg/cm2之间较恰当,由此可调整料温的高低。
(5) 当有缩水或真空泡发生时,其它条件无法解决时,可加背压,5kg/cm2~20kg/cm2之间来解决,背压如太高反而会造形原料过热及驱动困难。
(6) 如在加热的料管内停留过久,易产生过多的气体,有时会因气体的阻力而使螺杆不易驱动,可利用不断的射出与松退来排除气体。
(7) 肉厚成品如冷却缩短不会变形的话,可利用温水浸泡徐徐冷却,表皮与中心温差不致过大,如此可防缩水真空泡的发生。
(8) 当成品存有残留应力时,接触到溶剂,成品强度会降低为了消除内应力可用热模生产,料温提高,射出压力则可降低,如用压缩成型则内应力几乎不存在。
(9) 如成品已生产许多,为了不因内应力太高而报废,可实施退火处理,如此可缓和外表面的紧张状态,缓和内应力。
(10) 其次料回收,为清洗料管最佳原料,设定240°C左右。
(11) 如在低温成型,料管后段温度高一点,螺杆较不会产生尖锐的异声。[5] 

五、加工工艺

聚甲基丙烯酸甲酯可以采用浇铸、注塑、挤出、热成型等工艺

浇铸成型
浇铸成型用于成型有机玻璃板材、棒材等型材,即用本体聚合方法成型型材。浇铸成型后的制品需要进行后处理,后处理条件是60℃下保温2h, 120℃下保温2h
注塑成型
注塑成型采用悬浮聚合所制得的颗粒料,成型在普通的柱塞式或螺杆式注塑机上进行。表1是聚甲基丙烯酸甲酯注塑成型的典型工艺条件。
工艺参数螺杆式注塑机 柱塞式注塑机
料筒℃温度 后部 180-200 180-200
中部 190-230
前部 180-210 210-240
喷嘴温度℃ 180-210 210-240
模具温度℃ 40-80 40-80
有机玻璃
注射压力MPa 80-120 80-130
保压压力MPa 40-60 40-60
螺杆转速rp.m-1 20-30
注塑制品也需要后处理消除内应力,处理在70-80℃热风循环干燥箱内进行,处理时间视制品厚度,一般均需4h左右。
挤出成型
聚甲基丙烯酸甲酯也可以采用挤出成型,用悬浮聚合生产的颗粒料制备有机玻璃板材、棒材、管材、片材等,但这样制备的型材,特别是板材,由于聚合物分子量小,力学性能、耐热性、耐溶剂性均不及浇注成型的型材,其优点是生产效率高,特别是对于管材和其它用浇注法时模具。难以制造的型材。挤出成型可采用单阶或双阶排气式挤出机,螺杆长径比一般在20-25。表2是挤出成型的典型工艺条件。
工艺参数
片材 棒材
螺杆压缩比 2 2
料筒℃温度 后部 150-180 150-180
中部 170-200 170-200
前部 170-230 170-200
挤出压力MPa 2.8-12.4 0.7-3.4
进料口温度℃ 50-80 50-80
口模温度℃ 180-200 170-190
热成型
热成型是将有机玻璃板材或片材制成各种尺寸形状制品的过程,将裁切成要求尺寸的坯料夹紧在模具框架上,加热使其软化,再加压使其贴紧模具型面,得到与型面相同的形状,经冷却定型后修整边缘即得制品。加压可采用抽真空牵伸或用对带有型面的凸模直接加压的方法。热成型温度可参照表3推荐的温度范围。采用快速真空低牵伸成型制品时,宜采用接近下限温度,成型形状复杂的深度牵伸制品时宜采用接近上限温度,一般情况下采用正常温度。
六、半成品的有机玻璃制作方法
(1)粘贴法:
有机玻璃切割成一定形状后,在平面上粘贴而成。
(2)热压法:
将有机玻璃薄板加热后,在模具中中热压型。这种造型法制成的工艺品具有形体丰满,曲线流畅,立体感强的特点,有浮雕的效果。热压模可用木材、油泥塑形,然后用铸铅、石膏材料作阴阳模,有机玻璃加热后即可压成型。
(3)镶嵌法:
将不同色彩的有机玻璃块切割成抽需的几何图形,在底板上镶嵌拼接而成。这种方法要求拼接严密,棱我争明,能收到色彩强烈,但又浑然一体的效果。
(4)立磨法:
将棒形有机玻璃或厚板形有机玻璃粘接后,直接在砂轮上磨制、抛光成型。用此法制作的工艺品与某种雕塑相似,由丰富多彩的表面形状,构成别具一格的艺术形象。
(5)断磨法:
将板形有机玻璃重叠粘贴在一起,然后直接削磨断面成型。此法制成的工艺品能得到色泽多变,浑朴自然的效果。
(6)热煨法:
将有机玻璃加工到一定形状,将有机玻璃加热,直接用手迅速窝制、捏制成型。些法要求事先对构图有成竹,动作敏捷,一气呵成。用此法制成的工艺品具有线条奔放,形象简洁等优点。
以上几种方法可交替使用,根据造型设计的艺术要求,定最佳方法。

七、应用

聚甲基丙烯酸甲酯作为性能优异的透明材料广泛应用在以下各方面:
1.灯具、照明器材,例如各种家用灯具、荧光灯罩、汽车尾灯、信号灯、路标。
2. 光学玻璃,例如制造各种透镜、反射镜、棱镜、电视机荧屏、菲涅耳透镜、相机透光镜片。
3.制备各种仪器仪表表盘、罩壳、刻度盘。
4.制备光导纤维。
5.商品广告橱窗、广告牌。
6.飞机座舱玻璃、飞机和汽车的防弹玻璃(需带有中间夹层材料)。
7.各种医用、军用、建筑用玻璃。
八、用途
PMMA具有质轻、价廉,易於成型等优点。溶于有机溶剂如苯甲醚等,可以形成良好的薄膜和良好的介电性能,可以作为有机场效应管的介质层。
它的成型方法有浇铸,射出成型,机械加工、热成型等。尤其是射出成型,可以大批量生产,制程简单,成本低。因此,它的应用日趋广泛,它广泛用于仪器仪表零件、汽车车灯、光学镜片、透明管道
在建筑方面,有机玻璃压克力(亚克力)主要应用于建筑采光体、透明屋顶、棚顶、电话亭、楼梯和房间墙壁护板等方面;卫生洁具方面有浴缸、洗脸盆、化妆台等产品。在高速公路及高等级道路照明灯罩及汽车灯具方面的应用发展也相当快。其中,建筑采光体、浴缸、街头广告灯箱和电话亭等方面的市场增长较快,今后的发展空间较大,市场前景十分广阔。随着各大城市饭店、宾馆及高级住宅的兴建,中国建筑采光体发展迅速,用有机玻璃压克力(亚克力)挤出板制成的采光体,具有整体结构强度高、自重轻、透光率高、安全性能高等特殊优点,与无机玻璃采光照置相比较,具有很大的优越性。
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