Органи́ческое стекло́ (оргстекло́), или полиметилметакрилат (ПММА) — акриловая смола , синтетический виниловый полимер метилметакрилата , термопластичный прозрачный пластик , известный под коммерческими названиями Plexiglas , Plazcril , Deglas , Acrylite , Lucite , Perspex , Setacryl , Vikuglas, Evoglas, плексиглас , акрима , новаттро , плексима , лимакрил , плазкрил , акрилекс , акрилайт , акрипласт, акриловое стекло , акрил , метаплекс, викуглас, эвоглас и многими другими.

Может подвергаться окрашиванию и тонированию .

История

Материал под маркой Plexiglas создан в 1928 году , запатентован в 1933 году ( нем. ) . С 1933 года началось его промышленное производство фирмой ( Дармштадт ) , 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 .

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 (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 .

Состав

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: ${\displaystyle {\ce {[-CH2C(CH3)(COOCH3)-]_n}}}$
• Температура плавления: 160 °C
• Плотность: 1,19 г/см³
• 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 ; оргстекла несколько ниже (92—93 % против 99 % у лучших сортов силикатного стекла);
• ПММА неустойчив к действию низших спиртов , ацетона и бензола .

Технические характеристики

Показатели	Литьевое оргстекло	Экструзионное без УФ защиты	Экструзионное с УФ защитой
Предел прочности при растяжении, МПа (при 23 °C)	70		70
Модуль упругости при растяжении, МПа	3000		3500
Относительное удлинение при растяжении % (при 23 °C)	4		5
Температура размягчения, °C	95	100	105
Ударная вязкость, кДж/м² (не менее) толщина листа 2,5—4 мм	9	9	12
Ударная вязкость, кДж/м² (не менее) толщина листа 5—24 мм	13
Максимальная температура эксплуатации, °С	80	80	80
Температура формования, °С	150—170	150—155	150—155
Плотность, г/см³	1,19	1,19	1,19
Коэффициент светопропускания, %	92	92	92

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 (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

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

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 неорганические стёкла — кварцевое стекло и стекло на основе диоксида германия . Неорганические стекла несмотря на дешевизну материала дороже пластиковых из-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 стёкла (например, в контактных линзах ) в офтальмологии. В конце 1990-х годов были созданы , которые благодаря сочетанию гидрофильных свойств и высокой кислородопроницаемости могут непрерывно использоваться в течение 30 суток без удаления из глаза . 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 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 ( ) .

Используется в качестве материала для изготовления имитаций янтаря .

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

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

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

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 транспортированием 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.

См. также

• Поликарбонат

Примечания

Литература

• от 10 декабря 2021 на Wayback Machine
• Матушевская А. Натуральные и искусственные смолы – некоторые аспекты структуры и свойств : [ англ. ] = Natural and artificial resins – chosen aspects of structure and properties : [пер. с рус. ] // : [ англ. ] = Amber and its imitations : [пер. с рус. ] : сборник / отв. ред. З. В. Костяшова, редколлегия: З. В. Костяшова, Т. Ю. Суворова, А. Р. Манукян. — Калининград : , Калининградский областной музей янтаря , 2013. — 113 с. — Материалы международной научно-практической конференции 27 июня 2013 года. — ISBN 978-5-903920-26-6 .
• Вагнер-Высецкая Э. Имитация янтаря глазами химика : [ англ. ] = Amber imitations through the eyes of a chemist : [пер. с рус. ] // : [ англ. ] = Amber and its imitations : [пер. с рус. ] : сборник / отв. ред. З. В. Костяшова, редколлегия: З. В. Костяшова, Т. Ю. Суворова, А. Р. Манукян. — Калининград : , Калининградский областной музей янтаря , 2013. — 113 с. — Материалы международной научно-практической конференции 27 июня 2013 года. — ISBN 978-5-903920-26-6 .