Органическое стекло

Содержание

Введение

Приложение 1

Список литературы

Введение

Органическое стекло – техническое название прозрачных твердых материалов на основе органические полимеров. К этой группе относятся полиакрилаты, полистирол, полимеры аллиловых соединений, поликарбонаты, сополимеры винилхлорида, сополимеры некоторых эфиров целлюлозы и др. в промышленности под “органическим стеклом” чаще всего понимают листовой материал, получаемый полимеризацией в массе метилметакрилата. Производство этого материала покрывает основные потребности в органическом стекле; выпуск остальных видов невелик

1. Получение

Полиметилметакрилатное органическое стекло получают радикальной полимеризацией метилметакрилата в массе. В зависимости от назначения в состав полимеризационной смеси могут входить пластификаторы, красители, замутнители, стабилизаторы, а также другие акриловые мономеры. Сополимеризация метилметакрилата с другими акриловыми мономерами или стиролом, а также введение термостабилизирующих добавок позволяет получить органическое стекло с термостойкостью до 200 ° С

Полимеризация метилметакрилата сопровождается усадкой реакционной массы (до 23%), что могло бы привести к получению листов с дефектами. Поэтому процесс обычно проводят в два этапа. Вначале получат полимер невысокой молекулярной массы (форполимер). Затем форполимер заливают в форму для получения листа ; дальнейшая полимеризация форполимера сопровождается значительно меньшей усадкой. Аналогичный эффект достигается, если полимеризации подвергают раствор полиметилметакрилата а мономере (сироп-раствор). Применение форполимера или сироп-раствора предотвращает также утечку реакционной массы из недостаточно уплотненных форм. Полимеризацию в один этап осуществляют только в тех случаях, когда необходимо получить полиметилметакрилатное стекло очень высокой оптической прозрачности

Все необходимые ингредиенты органического стекла вводят в форполимер или сироп-раствор. Полученную смесь тщательно перемешивают, вакуумируют для удаления пузырьков газа и фильтруют. Полимеризацию проводят в формах, собранных из двух листов полированного силикатного стекла, стали или алюминия, скрепленных зажимами, с проложенными между ними эластичными прокладками. Толщина эластичных прокладок определяет будущую толщину листа органического стекла. В качестве материала для эластичных прокладок используют различные резины, пластики и др. форму либо оклеивают по краям плотной бумагой, либо по периметру формы укладывают резиновые или поливинилхлоридные трубки. Устройство формы обеспечивает возможность усадки в одном направлении – по толщине формы. Форму заполняют через воронку точно отмеренной порцией полимеризованной смеси, герметически закрывают или заклеивают и помещают в камеры с циркулирующим теплым воздухом или в ванны с теплой водой (в некоторых случаях температура воздуха или воды может быть 18 – 20 ° С)

Полимеризацию проводят в изотермических условиях. Нарушение изотермического режима может привести к перегреву формы, вскипанию мономера, т. е. образованию пузырчатой массы

Если отвод тепла осуществляется неравномерно, то глубина полимеризации в различных частях формы будет различной. Обычно полимеризацию в формах проводят медленно, часто в течение 24 – 48 ч, а в толстых слоях (более 50 мм) – неделями при 20 – 50 ° С до конверсии мономера свыше 90 %. Процесс завершается при температурах, близких к температуре размягчения полиметилметакрилата, т. к. при низких температурах диффузия не прореагировавшего мономера затруднена и поэтому даже за большой период невозможно полное превращение мономера

По окончании полимеризации формы охлаждают до 50 ° C и отделяют силикатное стекло от органического. Ориентацию осуществляют с помощью машин и прессов различной конструкции, равномерно растягивая (обычно на 50 – 70 %) или сжимая заготовки, разогретые до температуры, на 10 – 12 ° С превышающей температуру размягчения. Ориентированные листы охлаждают под давлением

В отдельных случаях листы органического стекла получают методом фотополимеризации. Заполненные формы облучают УФ-светом до образования геля, после чего осуществляют процесс по обычной схеме

Для производства стержней из полиметилметакрилатного органического стекла полимеризационную смесь заливают в горизонтальные вращающиеся алюминиевые трубы, которые затем в вертикальном положении помещают в водяную ванну. Режимы полимеризации те же, что и при получении листового органического стекла. Изделия сложной конфигурации получают литьем под давлением или экструзией гранулированного полиметилметакрилата

При получении литьевого органического полимера метилметакрилата с акрилонитрилом сополимеризацию осуществляют по той же технологии, как и в производстве полиметилметакрилатного стекла. Листы из полистирола, поликарбоната, сополимеров винилхлорида и эфиров целлюлозы получают экструзией, а изделия сложной конфигурации - литьем под давлением гранулированных или порошкообразных полимеров, полученных обычным методами

2. Свойства

Органическое стекло обладает сравнительно невысокой плотностью и малой хрупкостью, что является существенным преимуществом перед силикатным стеклом. Однако температура размягчения органического стекла значительно ниже, чем у силикатного стекла

Полиметилметакрилатное органическое стекло удовлетворительно переносит пребывание на воздухе в условиях 97 %-ной влажности в течение 12 месяцев и старение в атмосферных условиях от 5 до 10 лет и более. Полистирол менее атмосферостоек; при длительном воздействии солнечного света он желтеет и становится хрупким

Среди оптических свойств органического стекла наиболее важны показатель преломления, оптическая прозрачность (светопрозрачность), оптические искажения и фотоупругость

Оптическая прозрачность органического стекла не может превышать 92 % при условии, что рассеяние и поглощение света равны нулю

По оптической прозрачности органические стекла делят на прозрачные в блоке и прозрачные только в пленках (тонких листах). К первой группе относятся полимеры и сополимеры метилметакрилата, полистирол, поликарбонат и др. полимеры, обладающие незначительным поглощением света; ко второй - органические стекла на основе эфиров целлюлозы, винопроз, литые эпоксидные и фенол-формальдегидные стекла

Рассеяние света с поверхности изделий из органического стекла можно свести практически к минимуму при условии, что качество обработки поверхности аналогично качеству обработки полированного силикатного стекла

Не наполненные органические стекла прозрачны для рентгеновского излучения и g - излучения, а в тонких листах – для a - и b - излучения

Под действием механических нагрузок в первоначально изотропном органическом стекле возникает явление фотоупругости. В результате на поверхности напряженного органического стекла возникают радужные эллиптические картины, которые мешают наблюдению через стекло. Наибольшей фотоупругостью обладают эпоксидные, фенол-формальдегидные и термостойкие полиакрилатные стекла; наименьшей – полиметилметакрилатные, полистирольные и поликарбонатные

Оптические искажения предметов, наблюдаемых сквозь органическое стекло, связаны, главным образом, с невозможностью изготовить изделия из этих стекло с истинно плоскопараллельными поверхностями. В результате этого любое изделие из органического стекла является призмой в той или иной мере призмой, обладающей абсолютным (угловым) оптическим искажением

3. Переработка

Листовое органическое стекло перерабатывают вакуумированием, пневмоформованием и штампованием. Заготовку перед формование нагревают до температуры, которую выбирают в интервале между температурами размягчения и деструкции полимера. В случае полиметилметакрилатного органического стекла продолжительность разогрева заготовки t (мин) может быть ориентировочно определена по уравнению

t = 10 + 3 d ,

где d –толщина листа в мм

При формовании изделий из ориентированного органического стекла перед разогревом лист закрепляют в массивной раме, в которой затем осуществляют формование. Используют также метод холодного формования

Листовое органическое стекло можно подвергать всем видам механической обработки специально разработанным для этой цели инструментом. Например, сверление отверстий в листовом полимелилметакрилате следует осуществлять сверлом с углом при вершине 120 ° при низких скоростях резания и подачи инструмента. При отсутствии специального инструмента механическую обработку органического стекла осуществляют с применением инструментов и режимов, обычно используемых для обработки легких сплавов и дерева. Фрезирование производится на высокоскоростных режимах резания. Охлаждение и отвод стружки осуществляется сжатым воздухом. Шлифование граней органического стекла производится на тонких шлифовальных кругах сухим способом. Создаваемое при этом давление не должно вызывать перегрев материала

Органические стекла склеивают клеями и сваривают встык или нахлест

Для крепления листового органического стекла в рамах остекляемых проемов разработаны различные способы. При жестком болтовом креплении органическое стекло прижимают в раме или каркасу при помощи болтов, винтов или заклепок, пропущенных через отверстия в стекле или специальные вырезы (фестоны). Заворачивание болтов можно осуществлять только специальными тарированными гаечными ключами

При жестком безболтовом креплении прижим листа к каркасу или раме осуществляется металлическими накладками, которые крепятся болтами

Этот вид крепления более совершенен, т. к. нет необходимости рассверливать отверстия в листе секла, а возникающие в нем напряжения распределены более равномерно, чем в предыдущем случае

Мягкое безболтовое крепление листового органического стекла не приводит к возникновению напряжений в стекле в момент крепления и не препятствует деформации листа при эксплуатации

4. Применение

Применение полиметилметакрилатного органического стекла чрезвычайно разнообразно: в авиа-, автомобиле- и судостроении – как конструкционный материал; в промышленности и гражданском строительстве – для остекления куполов, окон, веранд и декоративной отделки интерьеров зданий; в сельском хозяйстве – для остекления парников, теплиц и т. п.; в светотехнической промышленности – для изготовления защитных колпаков светильников; в медицинской промышленности - для изготовления интраокулярных линз (глазных хрусталиков) деталей приборов и инструментов, а также протезов; в химическом машиностроении и пищевой промышленности – для изготовления труб; в оптике – в производстве линз и призм; в искусстве – для создания гравюр и скульптур и т. д

Органическое стекло, поглощающее УФ-излучение, применяют в музеях для защиты экспонатов от разрушающего действия коротковолнового излучения

Сополимер метилметакрилата с акрилонитрилом используют для изготовления корпусов приборов, безопасных смотровых куполов, деталей остекления самолетов, вагонов, автобусов и пр., предназначенных для работы под повышенными нагрузками

Основные области применения прозрачного полистирола – изготовление мелких деталей для электро- и радиоприборов, линз для карманных фонарей, светильников, увеличительных стекол и предметов домашнего обихода

Из полидиэтиленгликоль-бис - (аллилкарбоната) изготавливают линзы и стекла для очков. Поликарбонат применяют, прежде всего, там, где требуется высокая ударопрочность и теплостойкость, в частности для изготовления смотровых стекол, сигнальных светильников, защитных экранов, деталей и корпусов приборов и др

Винопроз служит преимущественно для производства листов, прутков, труб. Его используют также для изготовления шкал, чертежных приборов, логарифмических линеек, клише и матриц для типографических работ, для защиты фотосхем, светокопировальных работ, в картографии и для др. целей. Матированный продукт применяют для снятия копий с планов и вычерчивания на нем копий несмываемой тушью

Органическое стекло на основе целлюлозы применяют для изготовления защитных стекол очков, светозащитных оконных стекол и штор, а также для покрытия рекламных щитов. Прозрачные формованные детали используют в производстве магнитофонов, радиоприемников и телевизоров

5. Правила обращения

Стекло запрещается протирать органическими растворителями. Работы, связанные с применением растворителей, необходимо проводить в помещениях, снабженных вентиляцией, обеспечивающей удаление паров растворителей. При окраске изделия с органическим стеклом поверхность органического стекла должна закрываться несколькими слоями защитной бумаги

Во избежание образования в органическом стекле внутренних напряжений при механической обработке необходимо следить за тем, чтобы стекло не разогревалось в местах обработки

При монтажных работах необходимо применять защитные чехлы, предохраняющие стекла от повреждений

6. Техника безопасности

Органическое стекло в обращении безопасно. При длительном действии повышенных температур (свыше 100 ° С) возможно выделение паров метилметакрилата

Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны 10 мг/м 3 . работа с органическим стеклом при температуре выше температуры размягчения должна проводиться в помещениях, снабженных приточно-вытяжной вентиляцией и устройствами с отсасывающей вентиляцией в местах газовыделения

Температура воспламенения органического стекла 260 ° С, температура самовоспламенения 460 ° С. при загорании тушить тонкораспыленной водой, пеной, песком

7. Упаковка, хранение, транспортирование

Листовое органическое стекло оклеивают с двух сторон плотной бумагой или конвертируют в бумагу папирусную или конденсаторную. Законвертированное органическое стекло завертывают в оберточную бумагу и упаковывают в деревянные ящики

Стекло хранят в упаковке изготовителя в закрытых складских помещениях с относительной влажностью воздуха до 65 % при температуре от 5 до 35 ° С

Транспортируют любым видом транспорта в условиях, исключающих попадание влаги и пыли

Не допускается совместное транспортирование и хранение стекла с химическими продуктами

Приложение 1

Список литературы

1. Энциклопедия полимеров. – М.: Советская энциклопедия, 1972.
2. Органические стекла и метакрилатные формовочные полимеры. Каталог. – Черкассы, 1987. – 32 с.