Оргстекло 3х300х300 мм

Из истории

Материал под маркой Plexiglas создан в 1928 году, запатентован в 1933 году Отто Рёмом. С 1933 года началось его промышленное производство фирмой Röhm and Haas, первые продажи готовых изделий относятся к 1936 году.

Появление органического стекла (в то время называемого «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, то есть безопасность для лётчика, водостойкость, нечувствительность к действию авиабензина и смазочных масел[4].

В годы Второй мировой войны органическое стекло широко применялось в конструкциях фонаря кабины, турелей оборонительного вооружения тяжёлых самолётов, элементов остекления перископов подводных лодок. Однако, ввиду очень легкой возгораемости, при первой же возможности в авиации перешли к другим прозрачным материалам.

Тем не менее полимеры только частично способны заменять термостойкие силикатные стёкла повышенной прочности — в современной авиации во многих случаях они применимы только в виде композитов. Развитие современной авиации подразумевает полёты в верхних слоях атмосферы и гиперзвуковые скорости, высокие температуры и давление, где органическое стекло неприменимо вовсе. Примерами 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.

История производства в СССР

В СССР отечественный плексиглас — оргстекло был синтезирован в 1936 году в НИИ пластмасс (Москва). В наши дни теплостойкие фторакрилатные органические стёкла используются в качестве лёгких и надёжных деталей остекления иллюминаторов военных и гражданских летательных аппаратов и эксплуатируются при температурах от −60 до +250 °C[5].

Состав

Молекула метилметакрилата — мономера органического стекла

Органическое стекло является полимером метилметакрилата — сложного эфира метакриловой кислоты и метанола, полимеризованного с раскрытием двойной связи между атомами углерода. Химическое строение стандартного полиметилметакрилового стекла у всех производителей одинаково. Для получения материала с разными заданными свойствами: ударопрочными, светорассеивающими, светопропускающими, шумозащитными, УФ-защитными, теплостойкими и другими, в процессе получения материала может быть изменена его структура или в него могут быть добавлены компоненты, обеспечивающие необходимые характеристики.

Свойства

• Химическая формула:CH2C(CH3)(COOCH3)
• Температура плавления: 160 °C
• Плотность: 1,19 г/см³[6]
• Название по ИЮПАК: поли(метил-2-метилпропеноат)

Эти органические материалы только формально именуются стеклом и относятся к совершенно иному классу веществ, о чём говорит само их название и чем в основном определяются ограничения свойств и, как следствие, возможностей применения, отличающихся от неорганического стекла по многим параметрам. Органические стёкла способны приблизиться по свойствам к большинству видов неорганических стёкол только в композитных материалах, однако огнеупорными они быть не могут. Стойкость к агрессивным средам и органическим растворителям органических стёкол значительно хуже.

Тем не менее, этот материал, 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 около 1190 кг/м³ приблизительно в два раза меньше плотности силикатного стекла;
• ПММА менее прочен, чем обычное стекло и подвержен царапинам (этот недостаток исправляется нанесением стойких к царапинам покрытий);
• ПММА может быть легко деформирован в сложные формы при температурах выше +100 °C; при охлаждении 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, поглощая и отражая при этом инфракрасное излучение; светопропускание оргстекла несколько ниже (92—93 % против 99 % у лучших сортов силикатного стекла);
• ПММА неустойчив к действию низших спиртов, ацетона и бензола.

Технические характеристики

Органическое стекло – это экологичный и безопасный материал. Он приблизительно вдвое легче обычного стекла.

Оргстеклу можно придавать самые разные формы, не нарушая при этом оптические свойства материала. Органическое стекло имеет следующие технические характеристики:

• коэффициент пропускания света – до 93% прозрачное и до 75% матовое стекло;
• плотность – 1,19 г/см3;
• уровень водопоглощения – 0,2%;
• плотность при растяжении – 75 МПа;
• уровень теплоустойчивости – 110 Сº;
• модуль упругости – 3 210 МПа;
• температура эксплуатации – от – 40 до + 90 Сº;
• температура воспламенения – 460 – 635 Сº.

Оргстекло – материал, который легко поддается обработке – распилу, фрезеровке, шлифовке. В сочетании с высокой термопластичностью это открывает широкие возможности для его использования. Материал не только обладает превосходными свойствами, но и долго сохраняет их в процессе эксплуатации, поэтому он и получил такое широкое распространение.

Характеристика Значение

Плотность оргстекла, кг/м31100…1200

Температура эксплуатации, °С-60…100

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)0,19…0,3

Коэффициент линейного расширения, К-17·10-5…9·10-5

Удельная теплота сгорания, МДж/кг27,7

Температура размягчения по Вика, °С90…133

Теплостойкость по Мартенсу, °С88…95

Морозостойкость, °С-50

Линейная усадка, %3,5…5

Ударная вязкость, кДж/м27,8…13

Прочность на разрыв, МПа61,7…70

Прочность на растяжение, МПа40

Прочность на сжатие, МПа70

Прочность на изгиб, МПа140

Модуль упругости при растяжении, МПа2870

Твердость по Бринеллю, МПа170…180

Коэффициент светопропускания, %более 88

Удельное электрическое сопротивление, Ом·см1015

Электрическая прочность, МВ·м27

Марки

Листовое светотехническое оргстекло производят марок:

• СЭ – экструзионное;
• СБ – блочное;
• СЭП – прозрачное, изготовлено методом экструзии;
• СБС – блочное трудносгораемое;
• СБПТ – блочное повышенной теплостойкости.

СЭП – прозрачное, остальные марки – замутненные.

Техническое отечественное оргстекло производится пластифицированное (ТОСП) и непластифицированное (ТОСН).

ТОСП, в свою очередь, может быть предназначено для:

• ТОСП-Н — производства акриловых ванны, поддонов для душа, сантехники и др. (сантехническое);
• ТОСП-У – термо и светостабилизированное.

Согласно ГОСТ 10667-90, листовое оргстекло также маркируется: СО (органическое), затем указывают температуру, при которой полимер размягчается (например, 95, 120, 133) и буквенное обозначение, указывающее на область применения (К – конструкционное, А – авиационное).

Оргстекло ТОСП

Техническое оргстекло отечественного производства, изготавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 17622-72, TУ 2216-271-05757593-2001. Согласно данному стандарту данный материал может выпускаться:

• непрозрачным цветным (основные цвета – синий, красный, желтый, зеленый, оранжевый и белый);
• прозрачным бесцветным;
• прозрачным цветным.

Хорошо поддается механообработке. Пластификаторы, входящие в состав, повышают пластичность, немного уменьшают температуру размягчения полимера.

Согласно ГОСТу технические характеристики ТОСП:

• ударная вязкость органического стекла ТОСП от 8,8 до 13 кДж/м2 (определяется толщиной листа);
• прочность на разрыв – не меньше 61,7 МПа;
• температура размягчения – не меньше 92 ºС;
• плотность при 23ºС – 1180 кг/м3;
• удлинение при разрыве – не меньше 2%;
• линейная усадка – около 3,5%.

Оргстекло ТОСП – наиболее популярное, применяется в самых разных областях: от декора и быта до деталей различного назначения в промышленности.

Органическое стекло ТОСН

По ГОСТ 17622-72 органическое стекло ТОСН (непластифицированное) имеет следующие технические характеристики:

• плотность при 23ºС – 1180 кг/м3;
• удлинение при разрыве – не меньше 3,5%;
• прочность на разрыв – 70 МПа;
• линейная усадка – около 3,5%;
• температура размягчения – не ниже 110 ºС;
• ударная вязкость термопласта – от 8,8 до 15 кДж/м2 (зависит от толщины).

Пластик характеризуется высокой стойкостью к нагрузкам, не поддается обработке формованием. Выдерживает большую температуру эксплуатации, нежели ТОСП (90 против 80 градусов по Цельсию).

Преимущества и недостатки

Основные преимущества

• малая теплопроводность (0,2—0,3 Вт/(м·К)) по сравнению с неорганическими стеклами (0,7—13,5 Вт/(м·К));
• относительно высокая светопропускаемость — 92 %, которая не изменяется с течением времени, сохраняя свой оригинальный цвет;
• ударная прочность в 5 раз больше, чем у стекла;
• при одинаковой толщине оргстекло весит почти в 2,5 раза меньше, чем силикатное стекло, поэтому конструкция не требует усиленных опор, что создаёт иллюзию открытого пространства;
• устойчиво к действию влаги, бактерий и микроорганизмов, поэтому может использоваться для остекления яхт, производства аквариумов;
• экологически чистое, при полном сгорании не образует ядовитые газы;
• обладает возможностью для придания разнообразных форм изделиям при помощи термоформования без нарушения оптических свойств;
• режется почти также легко, как и дерево;
• достаточная устойчивость к воздействиям внешней среды, морозостойкость;
• хорошая прозрачность для ультрафиолетовых лучей, пропускает 73 %, при этом УФ-лучи не вызывают пожелтения и деградации механических свойств акрилового стекла;
• устойчивость в химических средах;
• электроизоляционные свойства;
• подлежит утилизации.

Недостатки

• при пиролизе без горения выделяет вредный мономер — метилметакрилат;
• склонность к поверхностным повреждениям (твёрдость 180—190 Н/мм²);
• технологические трудности при термо- и вакуумформовании изделий — возникновение внутренних напряжений в местах сгиба при формовке, что ведёт к последующему появлению микротрещин;
• легковоспламеняющийся материал (температура воспламенения +260 °C).

Особенности экструзионного оргстекла по сравнению с литым оргстеклом

• ряд возможных толщин листов меньше, что определяется возможностью экструдера,
• возможная длина листов больше,
• разнотолщинность листов в партии меньше (допуск по толщине 5 % вместо 30 % у литого акрила),
• меньшая ударостойкость,
• меньшая химическая стойкость,
• большая чувствительность к концентрации напряжений,
• лучшая способность к склеиванию,
• меньший и более низкий диапазон температур при термоформовке (примерно от +150 до +170 °C вместо от +150 до +190 °C),
• меньшее усилие при формовке,
• большая усадка при нагреве (6 % вместо 2 % у литого акрила).

Стойкость к химическим воздействиям

На оргстекло воздействуют разбавленные фтористоводородная и синильная кислоты, а также концентрированные серная, азотная и хромовая кислоты. Растворителями оргстекла являются хлорированные углеводороды (дихлорэтан, хлороформ, метилен хлористый), альдегиды, кетоны и сложные эфиры. На оргстекло также воздействуют спирты: метиловый, этиловый, пропиловый, бутиловый. 10 %-й раствор этилового спирта при непродолжительном воздействии на оргстекло не действует.

Получение листов из оргстекла[править | править код]

Оргстекло получают двумя способами: экструзией и литьём. Поэтому существует два типа оргстекла — экструзионное и литое.

Сам способ производства накладывает ряд ограничений и определяет некоторые свойства пластика.

Экструзионное оргстекло (англ. exstrusion, нем. Extrudiert) получают методом непрерывной экструзии (выдавливания) расплавленной массы гранулированного ПММА через щелевую головку с последующим охлаждением и резкой по заданным размерам.

Блочное (англ. cast, в русском языке утвердились также термины «литьевое», «литое») получают методом заливки мономера - метилметакрилата между двумя плоскими листами неорганического стёкла и дальнейшей его полимеризацией.

Способы обработки

• Резка оргстекла ножом
• Сколотые осколки оргстекла
• Распил оргстекла циркулярной пилой

Сверление, нарезание резьбы, резьбовое соединение, фрезерование и обработка по заданному профилю, обработка на токарном станке, обработка резанием, пемзование[прояснить], шлифование, полирование, формование, вакуумное формование, штамповка, втягивание, выдувание, сгибание, нагревание, охлаждение, отжиг, стыкование, склеивание, сварка, окрашивание и металлизация. Используется также метод холодного формования.

В последние годы широкую популярность получил лазерный метод резки ПММА. Углекислотные лазеры наиболее пригодны для этого, поскольку длина волны лазерного излучения этого типа лазера (9,4 — 10,6 мкм) приходится на пик поглощения ПММА в инфракрасной области. Срез, полученный лазерной обработкой получается гладким, без обугливания. При лазерной резке бесцветного ПММА не наблюдается изменения цвета на срезе. Цветной ПММА может менять оттенок на срезе в некоторых случаях.

Применение

Урна для бюллетеней

Очки из оргстекла

Жёсткие контактные линзы

Декоративная объёмная фигура в виде полости в массиве бесцветного оргстекла, подсвеченного синим светом

Декоративная подвеска из оргстекла

Информационная табличка, выполненная гравировкой на оргстекле

Иллюминаторы самолётов и вертолётов предыдущего поколения остекляют однослойными или многослойными (композитными) материалами на основе органических и силикатных стёкол (триплекс).

Многие изделия из этих полимеров могут быть заменены изделиями из силикатного стекла, но оргстекло значительно проще обрабатывается и формуется, а также обладает меньшей плотностью. Этим определяется его преимущество для изготовления различных деталей интерьера, указателей, рекламной продукции и аквариумов. Обычно для изготовления оптоволоконной связи используется неорганияеские стёкла - кварцевое стекло и стекло на основе диоксида германия Неорганические стекла несмотря на дешевизну материала дороже пластиковых их-за сложности изготовления и высокой стоимости высокотехнологичного оборудования для их производства. Органические стекла дешевле, но хуже по параметрам прозрачности, поэтому в неответственных применениях в оптических информационных линиях малой длины широкое применение имеет полимерное оптическое волокно.

• 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 уже несколько десятилетий изготавливаются жёсткие газонепроницаемые контактные линзы и жёсткие интраокулярные линзы (ИОЛ), которых в настоящее время имплантируется в мире до нескольких миллионов штук в год. Интраокулярные (то есть внутриглазные) линзы известны под названием искусственного хрусталика и ими заменяют хрусталик глаза, помутневший в результате возрастных изменений и других причин, приводящих к катаракте.

Органические стёкла как биосовместимые материалы. Именно из-за таких качеств, как пластичность, биосовметимость позволило заменить неорганические неорганические стёкла (например, в контактных линзах) в офтальмологии. В конце 1990-х годов были созданы силикон-гидрогелевые линзы, которые благодаря сочетанию гидрофильных свойств и высокой кислородопроницаемости могут непрерывно использоваться в течение 30 суток без удаления из глаза[7]. Но это не акриловые органические стёкла, а полимерный оптический материал со своими характеристиками.

Области применения: осветительная техника (плафоны, перегородки, лицевые экраны, рассеиватели), наружная реклама (лицевые стёкла для коробов, световых букв, формованные объёмные изделия), торговое оборудование (подставки, витрины, ценники), сантехника (оборудование ванных комнат), строительство и архитектура (остекление проёмов, перегородки, купола, танц-пол, объёмные формованные изделия, аквариумы), транспорт (остекление самолётов, катеров, обтекатели), приборостроение (циферблаты, смотровые окна, корпуса, диэлектрические детали, ёмкости).

ПММА используется в микро- и наноэлектронике. В частности, ПММА нашёл применение в качестве позитивного электронного резиста в электронно-лучевой литографии. Раствор ПММА в органическом растворителе наносят на кремниевую пластину или другую подложку. С помощью центрифуги формируют тонкую плёнку, после чего сфокусированным электронным лучом, например, в растровом электронном микроскопе (РЭМ) создаётся требуемый рисунок. В экспонированных местах плёнки ПММА происходит разрыв межмолекулярных связей, в результате в плёнке образуется скрытое изображение. С помощью проявляющего растворителя экспонированные участки смываются. Помимо электронного пучка рисунок в слое ПММА можно сформировать облучением ультрафиолетом и рентгеновским излучением. Преимущество ПММА в сравнении с другими резистами состоит в том, что с его помощью удаётся получать рисунки с нанометровым разрешением. Гладкая поверхность ПММА может быть структурирована путём обработки в кислородной высокочастотной плазме, а структурированная поверхность ПММА может быть сглажена путём облучения вакуумным ультрафиолетом (ВУФ)[8][9][10].

Используется в качестве материала для изготовления имитаций янтаря[2].

Спортивный туризм

Длинные и узкие обрезки оргстекла (30—50 × 5—9 см) не отсыревают, легко поджигаются и дают яркое, устойчивое на ветру пламя, благодаря этому резаное оргстекло нередко применяется в спортивном туризме, в туристических походах для разведения костров и, в тёмное время суток, для местного освещения.

Музыкальные инструменты

Плексигласовая электрогитара

Оргстекло применяется в производстве корпусов барабанов (DW Design Acryl ShellSet, Tama Mirage). Такие барабанные установки очень эффектно смотрятся на сцене. Тем не менее, акриловые барабаны хуже по звучанию чем деревянные (из-за резонансных качеств) и в студийной звукозаписи, как правило, не используются.

Шумоизоляция и отражение звука

Органическое стекло отражает звук в прозрачных шумоизоляционных экранах, в шумоизоляционных барьерах на автомагистралях, мостах, пешеходных переходах, железнодорожных переездах, в поселках, для шумоизоляции зданий и прочее.

Например, нормируется величина звукоизоляции PLEXIGLAS SOUNDSTOP толщиной 12 мм — 32 дБ; толщиной 15 мм — 34 дБ; толщиной 20 мм — 36 дБ; толщиной 25 мм — 38 дБ.

Виды оргстекла и их применение

Прозрачное оргстекло

Бесцветный лист со светопропусканием 92—93 % (при толщине 3 мм), с гладкими поверхностями, отличающийся сильным блеском обеих сторон. Имеет высокую прозрачность, не искажает просвечивающие сцены. Применение: остекление окон зданий и сооружений (наружное и внутреннее), витрины, прозрачные панели и защитные стёкла приборов и механизмов.

Прозрачное цветное оргстекло

Декорация из разноцветного прозрачного оргстекла

Равномерно окрашенное в массе прозрачное оргстекло. Наиболее популярны тонированные листы серых (дымчатое), голубых и коричневых (под бронзу) оттенков. Листы могут быть окрашены в любой цвет с разной степенью насыщенности, оставаясь при этом прозрачными и не искажать изображение.

Применение: остекление транспортных средств, в медицинском оборудовании, в перегородках, в ограждающих конструкциях, купола, навесы, атриумы, фонари, теплицы, оранжереи, солярии, элементы мебели, столешницы, полки, торговое и выставочное оборудование, подставки, держатели, «кармашки» информационных стендов, демонстрационные конструкции, модели, изделия наружной и интерьерной рекламы, сувенирная продукция, номерки, бирки, различные термоформованные изделия, остекление фотографий, картин и стендов, аквариумы, детали интерьера, прозрачные полы, ступени лестниц, перила и так далее. Оформление выставок, шоу, концертов, телестудий.

Прозрачное рифлёное оргстекло

Прозрачное бесцветное и цветное оргстекло с рифлёной поверхностью одной стороны листа, другая сторона обычно гладкая. Обладает светорассеянием за счёт преломления света в разных направлениях сохраняя высокую прозрачность. За такими стёклами предметы и изображения приобретают размытые очертания. Виды рифления имеют самостоятельные названия, классические виды рифления: «колотый лёд», мелкое и крупное рифление «призматическое», «пчелиные соты», «мелкие волны», «капля». Редкие виды рифления: «ручей», «укол булавки», «квадраты», «пирамиды», «вельвет», «кожа». Особенности: прозрачность, светопреломление, частичное сокрытие изображения за листом, декоративность.

Применение: остекление душевых кабин, шторки ванн, остекление межкомнатных дверей, остекление перегородок, мебель, элементы дизайна, рассеиватели светильников, подвесные потолки с внутренней подсветкой, декоративные элементы интерьера.

Матовое белое оргстекло

Декоративные панели из белого и чёрного матового оргстекла

Светорассеивающий лист белого цвета со светопропусканием от 20 (внешне непрозрачный) до 70 % (полупрозрачный) с гладкой и сильным блеском с обеих сторон поверхностью. Равномерное светорассеяние, полное сокрытие изображения за листом (при подсветке с другой стороны образуется световой экран).

Цветное матовое оргстекло

Светорассеивающий лист определённого цвета (с указанием цвета по стандарту RAL, Pantone или каталогу производителя) с различной степенью светопропускания, глянцевой поверхностью. Характеризуется равномерным светорассеянием, полным сокрытием изображения за листом (при подсветке образуется световой экран).

Применение: светорассеиватели осветительных приборов, светящиеся подвесные потолки, подиумы, полы с внутренней подсветкой, торговые и рекламные световые вывески (так называемые лайт-боксы) с нанесением аппликации из самоклеящихся плёнок, фотокаширование, шёлкография, дорожные световые короба, пилоны, указатели общественных учреждений, автостоянок, объёмные буквы, макеты рекламируемой продукции с внутренней подсветкой, миниатюрные световые короба с указанием улиц (номеров домов), использованием технологии печати по пластикам, медицинская техника, приборы и так далее.

Рифлёное матовое белое и цветное оргстекло

Белое (или цветное) оргстекло с разной степенью светопропускания, рифлением, нанесённым с одной стороны листа, другая сторона гладкая. Неравномерное светорассеяние, полное сокрытие изображения за стеклом. Имеет наиболее ограниченные сферы применения: рассеиватели светильников для люминесцентных ламп, декоративные элементы интерьера с внутренней подсветкой.

Хранение и транспортировка

• Органическое стекло транспортируют автомобильным и железнодорожным транспортом в крытых транспортных средствах в соответствии с Правилами перевозки грузов, действующими на данном виде транспорта.
• Допускается транспортировать оргстекло в открытых транспортных средствах, покрытым водонепроницаемым материалом.
• Органическое стекло должно храниться в закрытых складах при температуре от 5 до 35 °C при относительной влажности воздуха не выше 65 %.
• Не допускается транспортирование и хранение стекла органического экструзионного совместно с химическими продуктами.
• При хранении и транспортировке сложенные стопкой листы оргстекла следует переложить листами бумаги, чтобы не допустить механических повреждений.