Прочность оргстекла на растяжение
Оргстекло является полимером метилметакрилата C5H8O2, и представляет собой термопластичную смолу, отвержденную в виде порошка или гранул, и выпускаемую в форме листов и блоков различной толщины и размеров. Органическое стекло имеет множество наименований: акриловое стекло, акрил, плексиглас, полиметилметакрилат, акрилайт, метаплекс и т. д.
Листы этого полимера могут производиться в различной цветовой гамме (синий, красный, зеленый и др. цвета) с разной степенью светопропускания. Стекла высокой чистоты имеют коэффициент светопропускания около 93…95%. Применение специальных добавок позволяет регулировать механические, оптические и тепловые характеристики этого материала в необходимом диапазоне.
Производство листов и блоков
Согласно ГОСТ 17622-72 техническое оргстекло производится двух марок: ТОСП и ТОСН. Первая марка представляет собой пластифицированный полимер метилового эфира метакриловой кислоты, а вторая — непластифицированный. Производство изделий осуществляется методом экструзии через калиброванное сопло, либо литьем под давлением в металлические или стеклянные формы с последующей полимеризацией. Процесс экструзии проводят при температуре сырья 200…220°С. Литье под давлением — при 190…235°С, сжатие в процессе достигает 100…120 МПа.
Оргстекло в основном выпускают в форме листов и блоков прямоугольной формы. Распространенные размеры листов составляют 1250х1150, 1600х1400, 2050х3050 мм. Толщина листа может изменяться от 1 до 28 мм. Толщина блоков значительно больше — она изменяется в пределах от 28 до 200 мм. Габаритные размеры блоков, отлитых в стеклянных формах, могут достигать 600х900 мм. Для отливок блоков органического стекла, выполненных в металлические формы, допустимы существенно большие линейные размеры.
На поверхности листа не допускается наличие:
- посторонних включений размером более 3 мм;
- внутренних воздушных пузырей диаметром более 1 мм;
- грубых царапин и сколов;
- поверхностных наплывов и трещин;
- сколов, щербин и зазубрин длиной более 4 мм с торца листа.
Основные технические характеристики
Основные технические характеристики оргстекла, полученного экструзией или литьем, практически не отличаются. Однако, использование дополнительных компонентов в составе сырья позволяет регулировать некоторые свойства готовой продукции. Например, стекло, полученное способом литья, имеет повышенную прочность и прекрасно формуется.
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Плотность оргстекла, кг/м3 | 1100…1200 |
| Температура эксплуатации, °С | -60…100 |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К) | 0,19…0,3 |
| Коэффициент линейного расширения, К-1 | 7·10-5…9·10-5 |
| Удельная теплота сгорания, МДж/кг | 27,7 |
| Температура размягчения по Вика, °С | 90…133 |
| Теплостойкость по Мартенсу, °С | 88…95 |
| Морозостойкость, °С | -50 |
| Линейная усадка, % | 3,5…5 |
| Ударная вязкость, кДж/м2 | 7,8…13 |
| Прочность на разрыв, МПа | 61,7…70 |
| Прочность на растяжение, МПа | 40 |
| Прочность на сжатие, МПа | 70 |
| Прочность на изгиб, МПа | 140 |
| Модуль упругости при растяжении, МПа | 2870 |
| Твердость по Бринеллю, МПа | 170…180 |
| Коэффициент светопропускания, % | более 88 |
| Удельное электрическое сопротивление, Ом·см | 1015 |
| Электрическая прочность, МВ·м | 27 |
Органическое стекло, в зависимости от марки, имеет диапазон плотности от 1100 до 1200 кг/м3 и рабочую температуру от минус 60 до 100 градусов Цельсия. Этот материал, как и другие полимеры, не проводит электрический ток, обладает низкой теплопроводностью и может быть отнесен к теплоизоляции.
Преимущества и недостатки
Основным преимуществом органического стекла над обычным силикатным является его низкая плотность и легкость в обработке. Оргстекло значительно (более чем в 2 раза) легче своего силикатного аналога. Кроме того, этот полимер не окисляется на воздухе, обладает высокой устойчивостью к воздействию влаги, не мутнеет со временем, является прекрасным звукоотражающим материалом, имеет низкую теплопроводность.
Оргстекло легко гнется при нагревании и сохраняет полученную форму после охлаждения, что позволяет изготовлять из него строительные и декоративные конструкции практически любой конфигурации. Особенно легко формуется литьевое органическое стекло, что позволяет использовать его для изготовления объемных конструкций довольно сложной формы.
Благодаря хорошей морозостойкости этот полимер успешно применяется в конструкциях с температурой эксплуатации до минус 60°С. При нагревании выдерживает температуру до 100°С без снижения своих механических характеристик. При обычных температурах органическое стекло не выделяет токсичных веществ, является полностью безопасным для человека, обладает устойчивостью к воздействию микроорганизмов, не привлекает грызунов и насекомых.
К недостаткам оргстекла относятся:
- является легковоспламеняющимся материалом;
- взаимодействует со спиртами (этанол, метанол);
- склонен к сколам;
- чувствителен к царапинам;
- склонен к появлению трещин в местах сгиба.
Область применения и особенности обработки
Органическое стекло широко применяется, как альтернатива обычным силикатным стеклам. В отличие от них, этот полимер значительно легче и не поглощает рентгеновские и ультрафиолетовые лучи. На основе оргстекла создают композитные материалы, применяемые в качестве ветровых стекол летательных аппаратов и обтекателей глубоководной техники.
Кроме того, этот материал широко используют в таких областях, как:
- строительство и транспорт;
- реклама и дизайн;
- торгово-выставочное оборудование:
- 3D макетирование;
- офтальмология и протезирование;
- осветительная техника и приборостроение;
- сантехника и шумоизоляция.
Органическое стекло прекрасно обрабатывается точением, сверлением, фрезеровкой, полировкой, шлифовкой, гибкой и лазерной резкой. При механической обработке в местах соприкосновения с режущим инструментом не образуется внутренних напряжений, однако возможно замутнение, которое легко исчезает при полировке.
При обработке лазером (с соблюдением норм техпроцесса) кромка получается ровной, без наплывов и сколов, но из-за воздействия высокой температуры происходит накопление внутренних напряжений, что не позволяет производить склеивание по линии реза.
Источники:
- ГОСТ 10667-90 Стекло органическое листовое. Технические условия.
- ГОСТ 17622-72 Стекло органическое техническое. Технические условия.
- Сайт https://polikarbonat-online.ru/
- Кацнельсон М. Ю., Балаев Г. А. Пластические массы: свойства и применение. Справочник.
Источник
Органическое стекло или полиметилметакрилат – виниловый полимер, полученный синтезом метилметакрилата, представляет собой прозрачный термопластичный материал. Оргстекло имеет множество названий, наиболее популярные – акрил, поликарбонат, плексиглас и другие.
Материал был изобретен в начале XX века Отто Ромом, что стало настоящим переворотом в химии. Благодаря этому открытию появились не только новые технологии, но и новые сферы производства. Сегодня материал используется очень широко в машиностроении, строительстве и медицине. Он стал незаменимым в архитектуре и дизайне, трудно представить себе производство мебели, часов, приборов без использования оргстекла.
Отличительные особенности оргстекла
Оргстекло обладает рядом достоинств, которые с успехом используются в самых разных областях производства. Основными из них являются:
- прочность – в отличие от обычного стекла акрил очень трудно разбить, поэтому многие в прошлом стеклянные вещи теперь производят из оргстекла;
- легкая обработка – это свойство широко применяется в дизайне, из оргстекла можно создавать самые невероятные формы, что и с успехом используется в производстве мебели и предметов интерьера;
- небольшой вес облегчает транспортировку и монтаж изделий из акрила, это свойство используется при создании рекламных конструкций, сантехники, мебели;
- высокая степень прозрачности в сочетании с разными цветами дает оригинальный эффект, который также используют дизайнеры;
- влагоустойчивость и стойкость ко многим химическим веществам позволяют использовать материал для производства кухонной мебели.
Органическое стекло помимо достоинств имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это слабая устойчивость к механическим повреждениям и горючесть.
Кроме того, оно требует специального ухода, например, для обработки нельзя использовать спирт и ацетон. Но несмотря на некоторые «неудобства», органическое стекло прочно вошло в нашу жизнь и захватывает все новые и новые области.
Технические характеристики органического стекла
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/м3 | 1100…1200 |
| Температура эксплуатации, °С | -60…100 |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К) | 0,19…0,3 |
| Коэффициент линейного расширения, К-1 | 7·10-5…9·10-5 |
| Удельная теплота сгорания, МДж/кг | 27,7 |
| Температура размягчения по Вика, °С | 90…133 |
| Теплостойкость по Мартенсу, °С | 88…95 |
| Морозостойкость, °С | -50 |
| Линейная усадка, % | 3,5…5 |
| Ударная вязкость, кДж/м2 | 7,8…13 |
| Прочность на разрыв, МПа | 61,7…70 |
| Прочность на растяжение, МПа | 40 |
| Прочность на сжатие, МПа | 70 |
| Прочность на изгиб, МПа | 140 |
| Модуль упругости при растяжении, МПа | 2870 |
| Твердость по Бринеллю, МПа | 170…180 |
| Коэффициент светопропускания, % | более 88 |
| Удельное электрическое сопротивление, Ом·см | 1015 |
| Электрическая прочность, МВ·м | 27 |
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
Следует указать на ряд преимуществ плексигласа. Среди них:
- способность оргстекла пропускать свет, которая не меняется со временем, составляет 92%;
- экологичность, возможность утилизации и вторичной переработки;
- легко механически обрабатывается;
- оно инертно к воздействию воды и различных бактерий. Поэтому материал используют для производства аквариумов, остекления яхт;
- легкость оргстекла дает возможность эксплуатировать его без возведения громоздких каркасов и опор, придавая конструкции прозрачность;
- оргстекло хорошо выдерживает ударные нагрузки. В сравнении с обычным стеклом, этот показатель выше в пять раз;
- используя технологии нагрева, материалу можно придавать различные формы без ущерба для оптических свойств;
- органическое стекло можно эксплуатировать при низких температурах, оно устойчиво к химическим воздействиям,коррозии;
- может использоваться как электроизоляционный материал;
- пропускает до 70% УФ-лучей, не желтея и не теряя при этом прозрачности.
Недостатки
Данный материал:
- легко воспламеняется (при температуре 260 °C);
- склонен к повреждениям поверхностного слоя (твердость 180 — 190 Н/мм²);
- склонен к образованию микротрещин, которые появляются из-за внутренней напряженности в местах сгиба, при вакуумо- и термоформировании.
Стекло органическое вступает во взаимодействие с разведенными плавиковой и цианистой кислотами, а также концентрированными кислотами: серной, азотной, хромовой. Растворителями органического стекла являются хлорированные углеводороды (трихлорметан, дихлорэтан, хлорметан), альдегиды, кетоны, эстеры. Кроме того, на материал оказывают воздействие спирты: бутанол, этанол, метанол, пропанол. При этом непродолжительное взаимодействие 10% этилового спирта с оргстеклом допускается.
Виды оргстекла
Экструзия (выдавливание) и литье — способы изготовления органического стекла. По способу изготовления конечный продукт называют литым либо экструзионным. Метод производства влияет на особенности пластика, вводит ряд ограничений по его использованию.
По внешнему виду оргстекло классифицируют на:
- прозрачное;
- матовое;
- цветное.
Купить оргстекло можно в виде готового изделия, либо полуфабриката. На рынке представлены:
- листы;
- стержни;
- трубы;
- блоки;
- другие изделия.
Для определения способа изготовления следует ознакомиться с маркировкой готового материала:
- ХТ – экструзионное;
- GS – литьевое.
Экструзионное
Экструзионное оргстекло из полиметилметакрилата (ПММА) отличают слабые межмолекулярные связи (низкомолекулярное). Из-за этого его используют для изделий с простыми формами. Экструзионное оргстекло изготавливают методом непрерывного выдавливания расплавленной массы, состоящее из гранул ПММА, сквозь щелевую формообразующую «головку» экструдера. Затем охлаждают, режут на части, согласно заданным размерам. Изготовление экструзионного оргстекла осуществляют на экструдерных линиях. Процесс изготовления — непрерывный.
Экструзионное оргстекло отечественного производства маркируется: СЭП, ACRYMA.
Литьевое
Блочный или литой прозрачный термопласт характерен более прочными межмолекулярными связями (высокомолекулярное). Это позволяет получать продукцию с улучшенными, в сравнении с экструзионным, показателями. Литое оргстекло имеет гладкую поверхность, высокую прозрачность, стойкость к удару, устойчивость к возникновению трещин. Его можно полировать, формовать. Литое органическое стекло термоустойчиво. Допускается возможность вторичной переформовки изделий. Также литое оргстекло характеризуется более высокой химической устойчивостью, высокой стабильностью толщины.
Метод изготовления литого оргстекла — заливка жидкого мономера ММА между 2-мя плоскостями из стекла с последующей полимеризацией, затвердением. При производстве блочного оргстекла разнотолщинность достигает 30%, а усадка в процессе нагрева ― 2%.
Литьевое оргстекло отечественного производства маркируется: ТОСП, ТОСП-Н, ТОСП-У, ТОСН.
Листовое
Производится листовое органическое стекло в соответствии с требованиями ГОСТ 10667-90.
Листовое светотехническое стекло производится по ГОСТ 9784-75. Для придания требуемых технических характеристик при производстве в состав вводят поливинилхлорид или полистирол (для придания светорассеяния различной степени).
Размеры листов: толщина 0,8-30 мм, длина – 100-1600 мм, ширина 100-1400 мм. Можно купить и другие размеры.
Встречается на рынке полимеров матовое оргстекло, или двойной сатин. Посредством дополнительной механической обработки материал приобретает шероховатую, матовую поверхность. Также данный эффект можно получить благодаря введению в состав специальных добавок. Светопропускная способность матового листа – от 20 до 70 %, тогда как обычного листового – до 92%.
Область применения листового органического стекла очень обширна: рекламные вывески, перегородки, декоративные элементы и многое другое.
Стержни из оргстекла (прутки)
Полимерный круглый либо квадратный пруток, изготовленный по ГОСТ 17622-72 и другим тех. условиям. Поставляется пластик: матовым, прозрачным, окрашенным.
Технические характеристики данной продукции соответствуют марке плексигласа, из которого изделие произведено.
Для квадратных стержней диаметр описанной окружности от 10 до 40 мм. Круглые стержни поставляются с диаметром от 2 до 100 мм. Стандартная длина прутка – 2 метра. По согласованию с заказчиком, размеры могут меняться.
Применяются стержни из оргстекла в разных областях: реализация дизайнерских решений, предметы декора, мебельная промышленность, изготовление некоторого оборудования и т.п.
Технология производства
Оргстекло производится путем экструзии или литья. Его свойства меняются в зависимости от того как оно было сделано. Стекло разделяют на литое и экструзионное.
Технология изготовления экструзионного материала подразумевает выдавливание расплавленной массы под давлением. В результате она уплотняется и застывает. Для изготовления литого стекла масса заливается в форму. В качестве ее верхнего и нижнего заграждения служат 2 листа силикатного стекла. После затвердевания массы форма разбирается и образованный лист извлекается.
Применяемая технология производства напрямую влияет на качество получаемой продукции. К примеру, изделия сделанные путем пропускания через экструдер имеют разбежность всего до 5% по заданной толщине. В то же время, литое оргстекло может быть тоньше или толще на 30%. Материал, полученный путем экструзии, лучше склеивается. Уровень его усадки при нагреве доходит до 6%. Литое органическое стекло обладает большей химической устойчивостью и ударопрочностью. Температура его плавления как минимум на 20°С выше. Уровень усадки литого материала доходит до 2%.
Медицинские технологии используют оргстекло
Органическое стекло обладает хорошей степенью совместимости с тканями человека и используется при изготовлении жестких внутриглазных линз. Акриловые линзы имплантируют в глаза, когда оригинальная линза удалена в результате лечения лечении катаракты. Контактные линзы, а также линзы для очков также используют оргстекло.
Из-за вышеупомянутой биосовместимости с человеческим организмом, полиметилметакрилат является широко используемым материалом в современной стоматологии. Особенно широко распространен материал при изготовлении искусственных протезов, зубов и ортодонтических приборов.
Склейка оргстекла
Процесс склеивания элементов из органического стекла сопровождается рядом трудностей. Дело в том, что материал может иметь различный химический состав. Под тем, что обычно подразумевается под оргстеклом, может приниматься акрил, полипропилен, полистирол или поликарбонат. Это разные по химическому составу материалы, поэтому для одних определенный тип клея подходит, а для других является бесполезным.
Для склейки оргстекла могут применяться:
- Специализированные реакционные клеи.
- Растворители.
- Контактные клеи.
Реакционный клей является самым удобным при работе. Он позволяет создать прозрачный шов, эффективно скрепляющий элементы между собой. Уровень токсичности клея самый низкий в сравнении с растворителями или контактными составами.
Более дешевым решением является использования растворителей. Применение таких материалов позволяют получать качественное склеивание, но процесс затвердевания соединения происходит дольше. В небольшое количество растворителя добавляется стружка оргстекла, с которым приходится работать. В результате она растворяется, что позволяет получить клейкую массу. Раствор применяется для скрепления. Также можно просто наносить растворитель на детали, которые нужно соединить. Они сжимаются между собой, растворяются по краям и свариваются в монолитную конструкцию.
Самое слабое соединение дает контактный клей. Это могут быть «супер клеи», эпоксидная смола. Использование таких компонентов дает очень слабый результат. Детали распадаются даже при слабом механическом давлении.
Продукция из оргстекла
Оргстекло – ценится универсальностью во всем мире. Оно может быть изготовлено с множеством различных функциональных свойств, обеспечивая высокую светопроницаемость, рассеивание света, скрининг зрения, отражение тепла, теплоизоляцию, отражение звука и т. д.
Неплохое противостояние атмосферным явлениям, прозрачная структура и определенная прочность гарантируют длительный срок эксплуатации оргстекла во многих продуктах. Поэтому оргстекло это идеальный материал для всех проектов на открытом воздухе.
Продукция из оргстекла имеет весомую долю элегантности, характеризуется блеском и предлагается в насыщенной цветовой палитре. С этими атрибутами она обращает внимание на все внутренние элементы декорации и дизайнерские объекты.
Продукция из оргстекла обладает 30-летней гарантией. Прозрачные твердые листы, многослойные листы, гофрированные листы, блоки, трубы или другие элементы, не будут иметь пожелтение и сохраняют высокий уровень пропускания света в течение 30 лет, при условии приобретения высококачественного продукта.
Оргстекло на страже будущего
Среднегодовое увеличение темпов потребления акриловых пластиков составляет около 10%. Прогнозируется будущий ежегодный темп роста около 5%. Несмотря на то, что акриловые пластики являются одним из самых старых пластиковых материалов, используемых сегодня, они по-прежнему обладают такими же преимуществами оптической прозрачности и устойчивости к наружной среде, что делает их прекрасным материалом для многих сфер применения.
Источник