Акриловое стекло и поликарбонат — что это такое?

Акриловое стекло характеризуют такие качества как:

• незначительная масса
• высокая прозрачность
• механическая обработка осуществляется с такой же легкостью как и обработка дерева
• возможность придавать этому материалу разнообразные формы термическими способами без нарушений
• оптических свойств и с прекрасным воспроизведением деталей форм

Все эти качества повлияли на быстрое развитие технологий в области производства органических стекол и широкое их применение.

Подобно акриловому стеклу поликарбонат представляет собой прозрачный материал, обладающий существенно более высокими вязкостью и эластичностью, а вследствие этого — высочайшей ударопрочностью. С точки зрения механических свойств поликарбонату нет равных среди аналогичных материалов.

Сходства и различия этих двух материалов удовлетворяют многообразные области применения:

Архитектура и строительство
Формованные обшивки, остекление (оконное и кровельное), различного рода защитные ограждения и навесы.

Садовое строительство
Остекление парников, теплиц, оранжерей, внутренних двориков и зимних садов.

Интерьер
Лестничные конструкции, парапеты, подоконники, перегородки, парила, полки, витрины, аквариумы  и т.п.

Освещение и световая реклама
Покрытия осветительных приборов, световые короба и буквы.

Медицина и лабораторное оборудование

Санитарное оборудование
Душевые кабины, ванны и т.д.

Моделирование

Технические детали
Защитные кожухи для оборудования, остекление иллюминаторов самолетов, наземных и водных транспортных средств.

Прозрачная или полупрозрачная (бесцветная или окрашенная) термопластичная производная акриловых смол. Основным компонентом в его составе является ПММА, в чистой форме состоящий из трех химических элементов — углерода, водорода и кислорода. Полиметилметакрилат производится путем ступенчатой полимеризации и поликонденсации мономера метилметакрилата. В процессе полимеризации молекулы мономера связываются в «гигантскую» молекулу полимера, представляющую собой пластмассу. Молекула ПММА представляет собой полимерную цепочку, которая может быть линейной, разветвленной, а также организованной в трехмерную сеть (рис. 1).

Рис. 1 Расположение молекул полимера.

В группе полимеров полиметилметакрилат относится к термопластам. Термопласты характеризуются тем, что при комнатной температуре мягки или твердопластичны и состоят из линейных или разветвленных макромолекул. При нагревании термопласты размягчаются до текучести, а после охлаждения снова затвердевают. Полимеры этой группы плавки, пластично деформируемы и растворимы. Аморфные термопласты характеризуются полностью нерегулярным строением цепочки (структура ватного тампона). Частично кристаллический термопласт помимо аморфных имеет кристаллизованные области, в которых линейные молекулы расположены параллельно.

Линейный полиэфир угольной кислоты. Этот материал необычен сочетанием высокой термостойкости, высокой ударной вязкости и прозрачности. Его свойства мало изменяются с ростом температуры. Низкотемпературные свойства также превосходны. Стойкость к возникновению раздира и его распространению очень высока. Этот материал также обладает высокой прочностью при продавливании.

ПК стоек к разбавленным кислотам, но не стоек к щелочам и основаниям. Стоек к алифатическим углеводородам, спиртам, моющим средствам, маслам и жирам, растворим в хлорированных углеводородах (метиленхлорид), частично растворим в ароматических углеводородах, кетонах и сложных эфирах. Эти вещества при повышении температуры действуют как трещинообразователи. Поликарбонат высоко проницаем для газа и водяного пара. Выдающимся свойством поликарбоната является его размерная стабильность. Даже при высоких температурах этот материал дает минимальную усадку. Также следует при применении ПК учитывать его неустойчивость к воздействию ультрафиолета. Не имеющий специальной защиты материал склонен к желтению и, вследствие этого, нарушению оптических свойств.

Качества — преимущества и недостатки

Свойства акрилового стекла делают его универсальным материалом, возможности которого выходят далеко за рамки общепринятых областей применения. Отсутствие собственной окраски и прозрачность предоставляют возможность обеспечить высокую светопроницаемость (только 8 % падающего света отражается, а 92 % материалом пропускаются). Следует отметить, что силикатное стекло пропускает меньше света. В случаях, когда высокая, светопроницаемость нежелательна, можно использовать белый или окрашенный материал.

Отсутствие оптических искажений предоставляет возможность применять органические стекла при изготовлении контактных линз и остеклении воздушного транспорта. В этих случаях главным образом применяется поликарбонат по причине его высокой прочности на разрыв и дополнительной устойчивости к образованию осколков. Кроме того, акриловое стекло отличается высокой устойчивостью к старению и действию атмосферных факторов. Его механические и оптические свойства не изменяются заметным образом при многолетних атмосферных воздействиях. ПММА устойчив к ультрафиолету и не требует специальной защиты. ПК же при продолжительном воздействии ультрафиолетовых лучей имеет тенденцию к желтению, поэтому возникает необходимость наносить на одну из сторон листового материала специальное защитное лаковое покрытие, что осуществляется в момент производства соэкструзией. Именно эта сторона с предохраняющим от ультрафиолета покрытием должна подвергаться воздействию нежелательного фактора, а не противоположная.

Акриловое стекло можно обрабатывать резанием, а также производить горячую формовку.

При обработке акрилового стекла необходимо учитывать следующие особенности:
свойственный термопластам достаточно высокий коэффициент линейного теплового
расширения;
паро- и газопроницаемость (возможность поглощения водяного пара из окружающей среды и его выпаривание при снижении относительной влажности);
чувствительность к механическим повреждениям (возникновение царапин);
восприимчивость к тепловому излучению.

С точки зрения экологии органические стекла абсолютно безопасны.

Методы производства

Продукты из акрилового стекла разделяются на две основные группы в зависимости от метода производства — литья и экструзии. Способ, которым произведен продукт, существенно влияет на поведение материала в процессе эксплуатации.

Изготовлением литьем

В этом случае в качестве форм используются скрепленные между собой листы стекла необходимого размера. ПММА заливается между пластинами и отверждается в процессе полимеризации. Благодаря тому, что поверхность стекла гладкая и не имеет пор, а также из-за различий в коэффициентах линейного теплового расширения двух материалов, готовый лист из ПММА легко отделяется, и стеклянную форму можно снова использовать. Продукты с полостями могут быть получены в процессе центробежного литья. В этом случае жидкий ПММА заливается во вращающиеся трубы, распределяется с помощью центробежной силы вдоль стенок и отверждается на поверхности формы.

Изготовление экструзией

Поскольку вышеописанный процесс очень трудоемок и длителен, был предложен непрерывный процесс экструзии, являющийся выгодной по цене альтернативой. Полимер в гранулированном состоянии загружается в экструдер, где нагревается до вязко-жидкого состояния, а затем выдавливается через экструзионную головку. От величины зазора в ней зависит конечная толщина готового изделия. Этим способом изготавливаются «бесконечные» профили, трубы и листы (как компактные, так и многоперегородчатые).

Продукты, произведенные различными способами, различаются по механическим свойствам, размерной стабильности при перепадах температур, устойчивости к трещинообразованию вследствие внутреннего напряжения, а также по качеству поверхности. Поверхность экструдированного акрилового стекла может отличаться от литьевого обусловленными экструзией нарушениями. Таким образом, литое органическое стекло имеет более высокое качество. По этой причине все санитарное оборудование по стандарту CEN изготавливается из литого материала.

Поставляемые формы

Как уже было упомянуто выше, изделия из акрилового стекла могут быть изготовлены двумя способами, которые выбираются в зависимости от желаемого конечного продукта. Компактные листы ПММА производятся как литьем, так и экструзией. В то время как экструдированное акриловое стекло имеет ограничения по толщине (мин. 2 мм, макс. 20 мм), литой материал может производиться как малых толщин (1 мм), так и достаточно массивным. Экструдированный материал выпускается шириной 2 м и длиной 3 м. С различными стандартными размерами литого акрилового стекла можно ознакомиться в каталогах производителей.

Трубы из ПММА имеются как в экструдированном, так и в литом (центробежное литье) исполнении. Минимальный наружный диаметр экструдированных труб — 5 мм при толщине стенок — от 1 мм, тогда как литые трубы изготавливаются диаметром только от 25 мм с толщиной стенок — от 2 мм.