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有机玻璃

补充:0  浏览:9562  发布时间:2011-9-26


  有机玻璃是一种通俗的名称,从这个名称看,你未必能知道它是一种什么样的物质,也无从知道它是由什么元素组成的。这种高分子透明材料的化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯,英文简称PMMA,是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的。
  应用
  有机玻璃应用广泛,不仅在商业、轻工、建筑、化工等方面。而且有机玻璃制作,在广告装潢、沙盘模型上应用十分广泛,如:标牌,广告牌,灯箱的面板和中英字母面板。选材要取决于造型设计,什么样的造型,用什么样的有机玻璃、色彩、品种都要反复测试,使之达到最佳效果。有了好的造型设计,还要靠精心的加工制作,才能成为一件优美的工艺品。




  特点
  表面光滑、色彩艳丽,比重小,强度较大,耐腐蚀,耐湿,耐晒,绝缘性能好,隔声性好。
  形状
  可分管形材、棒形材、板形材三种。
  种类
  可分四种。
  有色透明有机玻璃:俗称彩板。透光柔和,用它制成的灯箱、工艺品,使人感到舒适大方。有色的有机玻璃分:透明有色、半透明有色,不透明有色三种。磁有机玻璃光泽不如珠光有机玻璃鲜艳,质脆、易断、适于制作表盘、盒、医疗器械和人物、动物的造型材料。透明有机玻璃:透明度高,宜制灯具。用它制成的吊灯、玲珑剔透、晶莹澄澈。半透明有机玻璃类似磨砂玻璃,反光柔和,用它制成的工艺品,使人感到舒适大方。无色透明有机吊灯,玲珑剔透,晶莹澄澈。珠光有机玻璃:是在一般有机玻璃加入珠光粉或荧光粉著成。这类有机玻璃色泽鲜艳,表面光洁度高,外形式经模具热压后,即使磨平抛光,仍保持模压花纹,形成独物的艺术效果。用它可制作人物、动物造型,商标、装饰品及宣传展览材料。压花有机玻璃:分透明、半透明无色,质脆,易断,适于制作。




  特性
  ①高度透明性。有机玻璃是目前最优良的高分子透明材料,透光率达到92%,比玻璃的透光度高。称为人造小太阳的太阳灯的灯管是石英做的,这是因为石英能完全透过紫外线。普通玻璃只能透过0.6%的紫外线,但有机玻璃却能透过73%。
  ②机械强度高。有机玻璃的相对分子质量大约为200万,是长链的高分子化合物,而且形成分子的链很柔软,因此,有机玻璃的强度比较高,抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7-18倍。有一种经过加热和拉伸处理过的有机玻璃,其中的分子链段排列得非常有次序,使材料的韧性有显著提高。用钉子钉进这种有机玻璃,即使钉子穿透了,有机玻璃上也不产生裂纹。这种有机玻璃被子弹击穿后同样不会破成碎片。因此,拉伸处理的有机玻璃可用作防弹玻璃,也用作军用飞机上的座舱盖。
  ③重量轻。有机玻璃的密度为1.18kg/cm³,同样大小的材料,其重量只有普通玻璃的一半,金属铝(属于轻金属)的43%。
  ④易于加工。有机玻璃不但能用车床进行切削,钻床进行钻孔,而且能用丙酮、氯仿等粘结成各种形状的器具,也能用吹塑、注射、挤出等塑料成型的方法加工成大到飞机座舱盖,小到假牙和牙托等形形色色的制品。




  用途
  有机玻璃具有以上优良性能,使它的用途极为广泛。除了在飞机上用作座舱盖、风挡和弦窗外,也用作吉普车的风挡和车窗、大型建筑的天窗(可以防破碎)、电视和雷达的屏幕、仪器和设备的防护罩、电讯仪表的外壳、望远镜和照相机上的光学镜片。
  用有机玻璃制造的日用品琳琅满目,如用珠光有机玻璃制成的纽扣,各种玩具、灯具也都因为有了彩色有机玻璃的装饰作用,而显得格外的美观。
  有机玻璃在医学上还有一个绝妙的用处,那就是制造人工角膜。如果人眼的透明角膜长满了不透明的物质,光线就不能进入眼内。这就是全角膜白斑病引起的失明,而且这种病无法用药物治疗。
  于是,医学家设想用人工角膜代替长满白斑的角膜。所谓人工角膜,就是用一种透明的物质做成一个直径只有几毫米的镜柱,然后在人眼的角膜上钻一个小孔,把镜柱固定在角膜上,光线通过镜柱进入眼内,人眼就能重见光明。
  早在1771年,就有眼科医生用光学玻璃做成镜柱,植入角膜,但并未获得成功。后来,用水晶代替光学玻璃,也只用了半年就失效了。在第二次世界大战中,有些飞机失事时,飞机上用有机玻璃做的座舱盖被炸,飞行员的眼睛里嵌入了有机玻璃碎片。经过了许多年以后,虽然这些碎片并未被取出,但也未进一步引起人眼发生炎症或其他不良反应。这件偶然发生的事说明有机玻璃和人体组织有良好的相容性。同时也启发了眼科医生,可以用有机玻璃制造人工角膜,它的透光性好,化学性质稳定,对人体无毒,容易加工成所需形状,能与人眼长期相容。现在,用有机玻璃做的人工角膜已经普遍用于临床。




  制作方法
  粘贴法:将有机玻璃切割成一定形状后,在平面上粘贴而成。
  热压法:将有机玻璃薄板加热后,在模具中中热压型。这种造型法制成的工艺品具有形体丰满,曲线流畅,立体感强的特点,有浮雕的效果。热压模可用木材、油泥塑形,然后用铸铅、石膏材料作阴阳模,有机玻璃加热后即可压成型。
  镶嵌法:将不同色彩的有机玻璃块切割成抽需的几何图形,在底板上镶嵌拼接而成。这种方法要求拼接严密,棱角争明,能收到色彩强烈,但又浑然一体的效果。
  立磨法:将棒形有机玻璃或厚板形有机玻璃粘接后,直接在砂轮上磨制、抛光成型。用此法制作的工艺品与某种雕塑相似,由丰富多彩的表面形状,构成别具一格的艺术形象。
  断磨法:将板形有机玻璃重叠粘贴在一起,然后直接削磨断面成型。此法制成的工艺品能得到色泽多变,浑朴自然的效果。
  热煨法:将有机玻璃加工到一定形状,将有机玻璃加热,直接用手迅速窝制、捏制成型。些法要求事先对构图胸有成竹,动作敏捷,一气呵成。用此法制成的工艺品具有线条奔放,形象简洁等优点。
以上几种方法可交替使用,根据造型设计的艺术要求,定最佳方法。
  有机玻璃与普通玻璃看来像是一家人,事实上它们是完全不相同的两家。普通玻璃的“父亲”是硅酸盐,但有机玻璃的“父母”却是丙酮、甲醇、硫酸以及氰化氢。有机玻璃的真名字叫做聚甲基丙烯酸甲酯。这个名字念起来相当别扭,因为它是人工合成的一种高分子聚合物,因此人们笼统地把它叫做有机玻璃。




  有机玻璃性格一般比普通玻璃倔强得多。它的密度尽管比普通玻璃小一半,但不像玻璃那样容易破碎。它的透明度十分好,晶莹剔透,并且具有很好的热塑性,把它加热,就能任意把它塑成玻璃棒、玻璃管或玻璃板,正由于它有惹人喜爱的外貌以及性格,所以它的用途很广。
  喷气式飞机在云端高速飞行时,经常会遇到剧烈的振动以及温度的突变和气流的压力等特别情况,这对飞机座舱的窗玻璃就是严峻的考验。谁可以经受这种考验呢?有机玻璃。假如是战斗机,在追击敌人时,有机玻璃被子弹打中,它也不会整块破裂,而只穿一小孔,这样就不会再发生类似玻璃碎片伤人的事故。
  普通玻璃的厚度超过15厘米,就会变成翠绿一片,并且隔着玻璃没法看清东西。有机玻璃隔着1米厚,还可以清晰地看清对面的东西。因为它的透光性能相当好,再加上紫外线也可以穿透,所以常用来制造光学仪器。
  有机玻璃另外有一个令人惊异的性能,一条弯曲的有机玻璃棒,只要弯度小于48度,光线就可以沿着它,像水通过水管一样投射过来。光线可以走弯路,多么有趣!利用这个绝技,它就变成了制造外科传光玻璃仪器的珍品。因此,医生在手术室动手术的时候,就不用担心看不清楚了。
  有机玻璃既轻巧,又坚韧,化学性又相当稳定,受热而且有可塑性,因此它的用途十分广泛。
  假如在有机玻璃的原料中适当加一些染料,就能根据人们的需要制成红的、绿的以及紫的……五光十色的彩色有机玻璃了。




  属性
  力学性能
  聚甲基丙烯酸甲酯具有良好的综合力学性能,在通用塑料中居前列,拉伸、弯曲、压缩等强度均高于聚烯烃,也高于聚苯乙烯、聚氯乙烯等,冲击韧性较差,但也稍优于聚苯乙烯。浇注的本体聚合聚甲基丙烯酸甲酯板材(例如航空用有机玻璃板材)拉伸、弯曲、压缩等力学性能更高一些,可以达到聚酰胺、聚碳酸酯等工程塑料的水平。
  一般而言,聚甲基丙烯酸甲酯的拉伸强度可达到50-77MPa水平,弯曲强度可达到90-130MPa,这些性能数据的上限已达到甚至超过某些工程塑料。其断裂伸长率仅2%-3% ,故力学性能特征基本上属于硬而脆的塑料,且具有缺口敏感性,在应力下易开裂,但断裂时断口不像聚苯乙烯和普通无机玻璃那样尖锐参差不齐。40℃ 是一个二级转变温度,相当于侧甲基开始运动的温度,超过40℃ ,该材料的韧性,延展性有所改善。聚甲基丙烯酸甲酯表面硬度低,容易擦伤。
  聚甲基丙烯酸甲酯的强度与应力作用时间有关,随作用时间增加,强度下降。经拉伸取向后的聚甲基丙烯酸甲酯(定向有机玻璃)的力学性能有明显提高,缺口敏感性也得到改善。
  聚甲基丙烯酸甲酯的耐热性并不高,它的玻璃化温度虽然达到104℃,但最高连续使用温度却随工作条件不同在65℃-95℃之间改变,热变形温度约为96℃(1.18MPa),维卡软化点约113℃。可以用单体与甲基丙烯酸丙烯酯或双酯基丙烯酸乙二醇酯共聚的方法提高耐热性。聚甲基丙烯酸甲酯的耐寒性也较差,脆化温度约9.2℃。聚甲基丙烯酸甲酯的热稳定性属于中等,优于聚氯乙烯和聚甲醛,但不及聚烯烃和聚苯乙烯,热分解温度略高于270℃,其流动温度约为160℃,故尚有较宽的熔融加工温度范围。
  聚甲基丙烯酸甲酯的热导率和比热容在塑料中都属于中等水平,分别为0.19W/CM.K和1464J/Kg.K




  电性能
  聚甲基丙烯酸甲酯由于主链侧位含有极性的甲酯基,电性能不及聚烯烃和聚苯乙烯等非极性塑料。甲酯基的极性并不太大,聚甲基丙烯酸甲酯仍具有良好的介电和电绝缘性能。值得指出的是,聚甲基丙烯酸甲酯乃至整个丙烯酸类塑料,都具有优异的抗电弧性,在电弧作用下,表面不会产生碳化的导电通路和电弧径迹现象。20℃是一个二级转变温度,相应于侧甲酯基开始运动的温度,低于20℃,侧甲酯基处于冻结状态,材料的电性能比处于20℃以上时会有所提高。
耐化学试剂及耐溶剂性
  聚甲基丙烯酸甲酯可耐较稀的无机酸,但浓的无机酸可使它侵蚀,可耐碱类,但温热的氢氧化钠、氢氧化钾可使它浸蚀,可耐盐类和油脂类,耐脂肪烃类,不溶于水、甲醇、甘油等,但可吸收醇类溶胀,并产生应力开裂,不耐酮类、氯代烃和芳烃。它的溶解度参数约为18.8(J/CM3)1/2 ,在许多氯代烃和芳烃中可以溶解,如二氯乙烷、三氯乙烯、氯仿、甲苯等,乙酸乙烯和丙酮也可以使它溶解。聚甲基丙烯酸甲酯对臭氧和二氧化硫等气体具有良好的抵抗能力。
耐侯性
  聚甲基丙烯酸甲酯具有优异的耐大气老化性,其试样经4年自然老化试验,重量变化,拉伸强度、透光率略有下降,色泽略有泛黄,抗银纹性下降较明显,冲击强度还略有提高,其它物理性能几乎未变化。
燃烧性
  聚甲基丙烯酸甲酯很容易燃烧,有限氧指数仅17.3。

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