塑料工艺之有机玻璃(论文).doc

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有机玻璃---PMMA

一、有机玻璃的概念

有机玻璃：

PMMA是以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物统称丙烯酸类树酯，相应的塑料统称聚丙烯酸类塑料，其中以聚甲基丙烯酯甲酯应用最广泛。

聚甲基丙烯酸甲酯缩写代号为PMMA，俗称有机玻璃，有极好的透光性能，可透过92%以上的太阳光，紫外线达73.5%；机械强度较高，有一定的耐热耐寒性，耐腐蚀，绝缘性能良好，尺寸稳定，易于成型，质地较脆，易溶于有机溶剂，表面硬度不够，容易擦毛，可作要求有一定强度的透明结构件，如油杯、车灯、仪表零件，光学镜片，装饰礼品等等。

在里面加入一些添加剂可以对其性能有所提高，如耐热、耐摩擦等。

是迄今为止合成透明材料中性质最优异的。

目前该材料广泛的应用于广告灯箱，铭牌等方面的制作。

二、有机玻璃的诞生和发展

1872年丙烯酸的聚合性始被发现；

1880年甲基丙烯酸的聚合性为人知晓；

1901年丙烯聚丙酸脂的合成法研究完成；

1927年，德国罗姆－哈斯公司的化学家在两块玻璃板之间将丙烯酸酯加热，丙烯酸酯发生聚合反应，生成了粘性的橡胶状夹层，可用作防破碎的安全玻璃。

当他们用同样的方法使甲基丙烯酸甲酯聚合时，得到了透明度极其好，其他性能也良好的有机玻璃板，它就是聚甲基丙烯酸甲酯。

1931年，罗姆－哈斯公司建厂生产聚甲基丙烯酸甲酯，首先在飞机工业得到应用，取代了赛璐珞塑料，用作飞机座舱罩和挡风玻璃。

1937年甲基酸脂工业制造开发成功，由此进入规模性制造。

二战期间因压克力具有优异的强韧性及透光性，首先，被应用于飞机的挡风玻璃，坦克司机驾驶室的视野镜。

1948年世界第一只压克力浴缸的诞生，意味着压克力的应用进入了新的里程碑。

三、PMMA的结构

聚甲基丙烯酸是含70%~75%间同立构的线性热塑性高聚物。

因为它不具有完全的规整结构，而且有庞大的侧基，因此是无定形的。

如果采用配位聚合也可以得到全同产构或间同立构聚甲基丙烯酸甲酯。

将PMMA在Tg以上进行双向拉伸，形成高度有序的取向态结构，可提高制品的冲击强度、抗应力开裂性能，并能消除银纹，得到定向有机玻璃产品，其性能有很大的改善，包括拉伸强度、弯曲强度、抗银纹性、抗裂纹扩展性、模量和断裂伸长率等。

单体：

甲基丙烯酸甲酯（MMA）CH2=C（CH3）CO2CH3

四、PMMA的性能

特点:

表面光滑、色彩艳丽，比重小，强度较大，耐腐蚀，耐湿，耐晒，绝缘性能好，隔声性好。

形状:

可分管形材、棒形材、板形材三种。

1.光学性能

PMMA最大的特点是具有优异的光学性能，这也是其俗称“有机玻璃”的由来。

PMMA折射率1.49，透光率92%。

无机硅酸盐玻璃，折射率1.5左右，透光率80%。

主要是因为它是无定形聚合物，质地均匀，其内部分子排列方式不会影响进入内部的光线在各个部分通过时的速度，光线能够以同样的速度前进，不会四面分散，互相干扰。

2.力学性能

（1）较高的拉伸强度和弹性模量，冲击强度是无机玻璃的7~18倍，韧性高于PS，但比ABS低得多，具有一定的脆性，在较高冲击能的作用下会破裂。

（2）表面硬度不足，易被硬物擦伤、擦毛而失去光泽。

（3）弯曲强度和压缩强度在Tg下受温度影响较小；而拉伸强度和冲击强度对温度较敏感。

（4）可通过与极性组分共聚，加入交联剂使其形成网状结构，经拉伸形成丁香结构等手段来提高其力学性能。

3.热性能

（1）属于易燃材料，点燃离火后不能自熄，火焰呈浅蓝色，下端为白色。

燃烧时伴有腐烂水果、蔬菜的气味。

（2）Tg为105℃，软化点为100~102℃，催化温度在-60℃以下。

PMMA可在-60~65℃范围内长期使用，短时使用温度不宜超过105℃。

（3）比热容比大多数热塑性塑料低，有利于它快速受热塑化。

4.化学性能

（1）耐化学腐蚀性

耐水溶性盐、弱碱和某些稀酸，但不耐氧化性酸和强碱。

同时，介质的浓度越大，温度越高，其稳定性越低。

在有机化合物中，PMMA对长链烷烃、简单的醚类、油脂较为稳定，不耐短链的烷烃、醇、酮等。

（2）耐候性

与其他树脂相比，具有优良的耐候性。

老化主要是紫外线的作用。

在室外大气条件下，性能仅稍有下降。

5.电性能

尽管PMMA的大分子链与PE相似，但电性能却比PE差得多，主要是由于PMMA分子链上带有极性的酯基。

但由于酯基的极性并不太大，因此其仍具有良好的介电和电绝缘性能。

6.成型加工性能

就熔融成型而言，性能特点如下：

（1）酯基的存在使PMMA易于吸湿，因而物料在成型加工前必须进行干燥，使水分含量降低到0.02％一下。

（循环鼓风干燥或红外线干燥。

）

（2）成型加工温度范围较窄，一般为180~250℃。

（3）熔体黏度较高，对温度的敏感性大。

（4）大分子链具有一定刚性，为减小制品内应力，成型模具温度一般不低于40℃。

7.有机玻璃的特性：

①高度透明性。

有机玻璃是目前最优良的高分子透明材料，透光率达到92%，比玻璃的透光度高。

称为人造小太阳的太阳灯的灯管是石英做的，这是因为石英能完全透过紫外线。

普通玻璃只能透过0.6%的紫外线，但有机玻璃却能透过73%。

②机械强度高。

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。

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，拉伸处理的有机玻璃可用作防弹玻璃，也用作军用飞机上的座舱盖。

③重量轻。

有机玻璃的密度为1.18g/cm³，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%。

④易于加工。

有机玻璃不但能用车床进行切削，钻床进行钻孔，而且能用丙酮、氯仿等粘结成各种形状的器具，也能用吹塑、注射、挤出等塑料成型的方法加工成大到飞机座舱盖，小到假牙和牙托等形形色色的制品。

8.PMMA的工艺特点

PMMA的加工要求较严格，它对水分和温度很敏感，加工前要充分干燥，其熔体粘度较大，需在较高温度（215～240℃）和压力下成型，模温在65～80℃较好。

PMMA热稳定性不太好，受高温或在较高温度下停留时间过长都会造成降解。

螺杆转速不宜过大（60rpm左右即可），较厚的PMMA制件内易出现“空洞”现象，需用大浇口和“高料温、高模温、慢速”注射的条件来加工的。

PMMA的加工条件

干燥温度（℃）

80～85

干燥时间约（hr）

2～3

模具温度（℃）

65～80

残料量（mm）

2～6

熔胶温度（℃）

215～240

背压（MPa）

13～28（要高）

注射压力（MPa）

100～170

锁模力约（ton/in2）

4

注射速度

低速

回料转速（rpm）

60～80

螺杆类别

标准螺杆（如需较大射压可改用小螺杆）

停机处理

需用PP料清洗

碎料翻用（%）

0

9有机玻璃的优点：

一、有机玻璃的美观性：

呈镜面效果，工艺精美，无褶皱，无接缝；

二、有机玻璃的视觉效果：

色彩多种多样、视觉冲击力很强；　

三、有机玻璃的透光性：

透光率可达到96%，透光率极佳、光线比较柔和；

四、有机玻璃的耐冲击性：

是普通玻璃产品的200倍以上，几乎没有任何断裂的危险；

五、有机玻璃的耐久性：

产品对内置光源有很良好的保护，延长光源产品使用的寿命；

六、有机玻璃的耐侯性：

可保长久不退色，质量好的板材使用年限长达6-13年之久；

七、有机玻璃的耐燃性：

不会有自燃并具自熄性；

八、有机玻璃的节能性：

透光性非常好，相对减少光源，省电，降低使用的成本；

九、有机玻璃的合理性：

合理性的设计和防雨防潮，开启式的结构，便于清洁维修等。

10.对环境的适应性能

一、有机玻璃是由聚甲基丙烯酸甲酚制成，聚甲基丙烯酸甲酚含有极性侧甲基，具有较强吸湿性能，吸水率一般在亚克力板材必须保持干燥，干燥需要的条件是78℃-80℃下干燥5-6h。

二、.有机玻璃是一种无形的聚合物，它的收缩范围都在减小，一般都是在0.45%-0.9，所以对于亚克力生产时候的成型精度提供了很好的条件，一般情况下成型都是很精确的。

三、由聚甲基丙烯酸甲酚对周围温度的适应范围不具有普通流体性，而是具有非牛顿流体性，因此在温度高的情况下，有机玻璃的溶粘性将会降低，这是有机玻璃对温度非常敏感的表现。

四、有机玻璃在流动的过程中的温度一般都在150℃左右，但是当有机玻璃开始分解的时候，温度却是高于270℃，所以说在温度的变化方面还是很灵活的，不会受到温度的影响而生产，耐高温是有机玻璃的特性。

五、有机玻璃还具有很好的切割性能，可以在量好尺寸的清况下通过激光切割进行加工，简单质量高，这个特点是玻璃都不具备的，.因此亚克力可以承受高温低温各种环境，消费者在生产过程中根本不用担心温度的问题。

五、有机玻璃的分类

（1）有色透明有机玻璃：

俗称彩板。

透光柔和，用它制成的灯箱、工艺品，使人感到舒适大方。

有色的有机玻璃分透明有色、半透明有色，不透明有色三种。

磁有机玻璃光泽不如珠光有机玻璃鲜艳，质脆、易断、适于制作表盘、盒、医疗器械和人物、动物的造型材料。

透明有机玻璃：

透明度高，宜制灯具。

用它制成的吊灯、玲珑剔透、晶莹澄澈。

半透明有机玻璃：

类似磨砂玻璃，反光柔和，用它制成的工艺品，使人感到舒适大方。

无色透明：

有机吊灯，玲珑剔透，晶莹澄澈。

（2）珠光有机动性玻璃：

是在一般有机玻璃加入珠光粉或荧光粉著成。

这类有机玻璃色泽鲜艳，表面光洁度高，外形式经模具热压后，即使磨平抛光，仍保持模压花纹，形成独（3）物的艺术效果。

用它可制作人物、动物造型，商标、装饰品及宣传展览材料。

压花有机玻璃：

分透明、半透明无色，质脆，易断，适于制作。

六、PMMA的应用

有机玻璃具有以上优良性能，使它的用途极为广泛。

除了在飞机上用作座舱盖、风挡和弦窗外，也用作吉普车的风挡和车窗、大型建筑的天窗（可以防破碎）、电视和雷达的屏幕、仪器和设备的防护罩、电讯仪表的外壳、望远镜和照相机上的光学镜片。

用有机玻璃制造的日用品琳琅满目，如用珠光有机玻璃制成的纽扣，各种玩具、灯具也都因为有了彩色有机玻璃的装饰作用，而显得格外的美观。

有机玻璃在医学上还有一个绝妙的用处，那就是制造人工角膜。

如果人眼的透明角膜长满了不透明的物质，光线就不能进入眼内。

这就是全角膜白斑病引起的失明，而且这种病无法用药物治疗。

于是，医学家设想用人工角膜代替长满白斑的角膜。

所谓人工角膜，就是用一种透明的物质做成一个直径只有几毫米的镜柱，然后在人眼的角膜上钻一个小孔，把镜柱固定在角膜上，光线通过镜柱进入眼内，人眼就能重见光明。

早在1771年，就有眼科医生用光学玻璃做成镜柱，植入角膜，但并未获得成功。

后来，用水晶代替光学玻璃，也只用了半年就失效了。

在第二次世界大战中，有些飞机失事时，飞机上用有机玻璃做的座舱盖被炸，飞行员的眼睛里嵌入了有机玻璃碎片。

经过了许多年以后，虽然这些碎片并未被取出，但也未进一步引起人眼发生炎症或其他不良反应。

这件偶然发生的事说明有机玻璃和人体组织有良好的相容性。

同时也启发了眼科医生，可以用有机玻璃制造人工角膜，它的透光性好，化学性质稳定，对人体无毒，容易加工成所需形状，能与人眼长期相容。

现在，用有机玻璃做的人工角膜已经普遍用于临床。

1.建筑应用:

橱窗、隔音门窗、采光罩、电话亭等

2.广告应用:

灯箱、招牌、指示牌、展架等

3.交通应用:

火车、汽车等车辆门窗等

4.医学应用:

婴儿保育箱、各种手术医疗器具民用品：

卫浴设施