Курсовая работа: Свойства и обработка оргстекла

Курсовая работа: Свойства и обработка оргстекла

«Иркутский Авиационный Техникум»

Пояснительная записка к курсовой работе

на тему

«Оргстекло»

Выполнил

Студент группы ТД-15

Максимовых Алексей

Проверили

Семакина Л. И

Быкова А. А

История возникновения оргстекла

Оргстекло имеет уникальные свойства, отличаясь, в первую очередь, легкостью, пластичностью, исключительной прозрачностью и высокой прочностью. Его появление совершило мощный переворот в строительстве и архитектуре, положило начало возникновению новых сфер применения. Оргстекло было изобретено доктором Отто Ромом и впервые произведено компанией Röhт в Германии в начале 30-х годов ХХ столетия под маркой plexiglas (плексиглас – гибкое стекло). Поэтому данный термин и у нас, и за рубежом долгое время употребляли как синоним нового материала, продемонстрировавшего всему миру уникальные свойства. В том же десятилетии и в России были выпущены первые листы такого пластика. Ему было присвоено не менее логичное название «органическое стекло» или «оргстекло» (в 30-х годах подобное словообразование было популярно). Оно отражало отличие этого материала от идентичных по внешнему виду стекол неорганического происхождения – силикатного, кварцевого и т. д. Во всем мире этот пластик сегодня называют «акриловым стеклом», «акриловым листом» или просто «акрилом», поскольку материал состоит из полиметилметакрилата. Его общепринятые сокращенные обозначения – ПММА (рус.) и РММА (англ.).

Свойства оргстекла

1. ЛЁГКОСТЬ. Плотность оргстекла -1,19 г/куб.см. По сравнению с другими материалами : почти в 2,5 раза легче обычного стекла, на 17% легче компактного ПВХ и на 7% - полиэфирных стекол, поэтому в самонесущих конструкциях не требует дополнительных опор. С поликарбонатом оргстекло имеет равный вес и на 15% тяжелее полистирола).

2. ВЛАГОУСТОЙЧИВОСТЬ. используется для остекления яхт, производства аквариумов.

3. УДАРОПРОЧНОСТЬ. ударная прочность акрилового листа в 5 раз выше, чем у обычного силикатного стекла.

4. СТОЙКОСТЬ К АТМОСФЕРНЫМ ФАКТОРАМ. 40-градусные морозы оргстеклу "не страшны" - оно способно работать в широком диапазоне температур, не размягчаясь и не деформируясь при высоких температурах, и не трескаясь и не коробясь при низких, устойчиво к неблагоприятным погодным факторам. Акриловое стекло отличается высокой устойчивостью к старению. Его механические и оптические свойства не изменяются заметным образом при многолетних атмосферных воздействиях.

5. ОРГАНИЧЕСКОЕ СТЕКЛО ПРОПУСКАЕТ 90 % УФ- ЛУЧЕЙ, при этом обладает хорошей светостойкостью и превосходным уровнем устойчивости к действию ультрафиолетовых лучей, не требуя специальной защиты.Это объясняется тем, что по своей химической природе оргстекло прозрачно для УФ-излучения. Поэтому ультрафиолет не задерживается в массе полимера и не действует разрушающе на его внутреннее строение (УФ-лучи не вызывают его пожелтения и деградации и материал не теряет своих механических свойств в течении 10 лет и более).

6. СВЕТОПРОНИЦАЕМОСТЬ. Отсутствие собственной окраски и прозрачность предоставляют возможность обеспечить высокую светопроницаемость. Последняя у акриловых листов такая же, как и у стекла светопропускание составляет до 93% видимого света (только 8 % падающего света отражается) - это больше, чем у любого другого полимерного материала и не изменяется с течением времени, сохраняя свой оригинальный цвет. Светопропускание "матового" оргстекла может находиться в пределах от 20% (т.е.быть практически "глухим") до 75% (полупрозрачным). Листы со светопропусканием 50-75% используются, например, для производства светильников. Оптимальный вариант светопропускания для рекламных изделий с внутренней подсветкой - 25-30%.

7. АКРИЛОВОЕ СТЕКЛО УСТОЙЧИВО К ДЕЙСТВИЮ РАЗЛИЧНЫХ ГАЗОВ, присутствующих в городском воздухе и воздухе морских побережий. Оно также устойчиво к воздействию сырости, бактерий и микроорганизмов, обладает высокой химической стойкостью к воздействию неорганических веществ, солей и их растворов. С другой стороны, такие органические вещества как хлоропроизводные углеводородов, кетоны и эфиры являются растворителями для акрилового стекла.

8. ОРГСТЕКЛО - ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИЙСЯ МАТЕРИАЛ, но при горении оно не так опасно, как другие горючие пластики, т.к. не выделяет никаких ядовитых газов. Температура воспламенения - 460-635 С.

9. АКРИЛ - ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ МАТЕРИАЛ, не продуцирует никаких токсических веществ и абсолютно безопасно. Оно может использоваться на улице и в помещениях, в т.ч. в детских и лечебных учреждениях. Оргстекло может быть полностью использовано повторно после его переработки.

10. АКРИЛОВОЕ СТЕКЛО ЛЕГКО В ОБРАБОТКЕ. Резке, сверлении, склеивании, его можно гнуть и формовать, полировать и фрезеровать, окрашивать и гравировать (в том числе осуществлять лазерную гравировку), оно имеет отличное сцепление со всеми видами самоклеящихся виниловых плёнок.

11. АКРИЛОВОЕ СТЕКЛО ЛЕГКО ГНЁТСЯ "ХОЛОДНЫМ СПОСОБОМ" (без нагрева).

12. ОРГСТЕКЛО - ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ, т.е. оно имеет способность размягчаться при нагреве и сохранять при охлаждении ту форму, которую ему придали. Литьевое акриловое стекло великолепно формуется, что позволяет изготавливать из него объёмные изделия различного назначения, в том числе эксклюзивную барельефную и полнообъёмную световую рекламную продукцию.

13. ТЕМПЕРАТУРА РАЗМЯГЧЕНИЯ. акрилового стекла (в зависимости от производителя и марки) находится в пределах 90 - 110 С, максимальная температура его применения соответствует 80 -100С.

14. ХОРОШИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Молекулярная структура органического стекла такова, что препятстсвует проникновению электрически заряженных частиц в его волокна. Отсюда низкая электропровность акрила, позволяющая использовать его при производстве самой широкой номенклатуры продукции.

Возможные цвета оргстекла:

прозрачный;

прозрачный с эффектом зелёной кромки (обыкновенного кварцевого стекла);

белый (для световых коробов);

тонированный (частично прозрачный);

жёлтый;

красный;

зелёный;

синий;

оранжевый;

фиалетовый;

зеркальный;

флюорисцентный.

Фактура поверхности:

структурированное

«Satine»

«MASTERCARRE»

«призма» («соты»)

Способы производства

Акриловый пластик производят двумя методами:

1. Литьевым

2. Экструзионным

Если речь идет о цветном, флуо или флуолюкс, тонированном, с поверхностью под металл или зеркальном пластике, то это литой пластик. Прозрачный или молочный может быть как литым, так и экструдированным. Возникает вполне закономерный вопрос: в чем разница между этими пластиками? Вопрос достаточно важный, и, зная ответ, Вы застрахуете себя от дефектов в готовом изделии. Физические свойства этих акриловых листов отличаются незначительно. Оба имеют превосходную устойчивость к старению. В течение 10 лет взаимодействия с внешней средой, плиты любой толщины сохраняют свои характеристики практически без изменений. Более значительные различия связаны с термическими и химическими свойствами, а также с особенностями обработки обоих материалов. Основное различие в характеристиках заложено в способе изготовления.

Литое оргстекло (литой акрил)

Для литого оргстекла исходным материалом является жидкий мономер метилметакрилата. На первом этапе производства в мономер добавляются различные добавки для окрашивания листов или придания им специальных свойств, отвердители и другие компоненты. После этого, холодную растворённую массу акрила заливают между двумя специальными силикатными стёклами, помещают в рамку, производят термообработку в воде и затем воздухом. В результате полимеризации получается твёрдый листовой материал, который обрезается по стандартным размерам.

Литое оргстекло (литой акрил) отличается от экструзионного оргстекла (экструзионного акрила) прежде всего молекулярными связями. В литом оргстекле они более прочны.

Вследствие особенностей производства, ассортимент литого акрила гораздо шире и производится он практически в неограниченном диапазоне толщин, в то время как экструзионный — от 1,5 до 24 мм. Литое оргстекло более ударопрочно (имеет «сшитую» молекулярную структуру), имеет лучшую химическую стойкость, лучше экструзионного полируется и надежнее при формовке (меньше реагирует на неравномерность прогрева, меньше усадка, меньшее влияние концентраторов напряжений).

Кроме этого, для литого оргстекла имеются следующие особенности по сравнению с экструзионным оргстеклом:

длина листов меньше, чем возможная длина экструзионных листов,

меньшая способность к склеиванию,

более высокие температуры и более широкий диапазон температур при термоформовке (примерно 160—190°С вместо 150—170°С у экструзионного),

большее усилие при формовке,

меньшая усадка при нагреве (2% вместо 6% у экструзионного),

возможна переформовка изделий.

Экструдированное оргстекло изготавливают непрерывным методом на экструзионных линиях. Экструзионная линия состоит из нескольких технологических узлов.

Исходный материал - гранулы, которые уже являются практическим готовым ПММА (полиметилметакрилат), а экструзия - это всего лишь придание формы листа некоторому количеству гранул.

Гранулы полиметилметакрилата через дозаторный бункер поступают в экструдер, который представляет собой обогреваемый цилиндр определенного диаметра - от величины диаметра зависит производительность экструдера. Внутри цилиндра находится спиралевидный червеобразный шнек, который перемещает расплавленную под действием тепла массу полимерного материала к передней части экструдера при этом перемешивая и гомогенизируя расплав с необходимыми добавками.

По мере продвижения расплава в различные части экструдера могут быть добавлены (если это необходимо) различные добавки к полимеру: красители, наполнители, различные стабилизаторы, в том числе, добавки, улучшающие эксплуатационные характеристики листового материала и другие необходимые в каждом конкретном случае компоненты. По достижении расплавленной массы акрила передней части экструдера она поступает в формообразующую щелевидный "головку", величина зазора в которой определяет конечную ширину и толщину готового листа (этим способом, кстати, изготавливаются "бесконечные" профили, трубы и листы (как компактные, так и многоперегородчатые)). После выхода из "головки" материал проходит через несколько валков, имеющих между собой точно заданное расстояние, которое и определяет конечную толщину получаемого листового материала. Поверхность валков имеет специальный слой с высокой степенью чистоты обработки, что позволяет получать листы с высокими оптическими и эксплуатационными характеристиками. Далее материал охлаждается, причем это происходит постепенно и равномерно, что исключает возникновение внутренних напряжений в изделии. Затем по мере продвижения по линии лист покрывается с двух сторон предохранительной плёнкой, автоматически режется по заданному размеру и тут же складируется. Следует отметить, что экструзия - процесс непрерывный, требующий большого количества сырья, и выгоден только для больших партий.

Для литого оргстекла исходным материалом является жидкий мономер метилметакрилата. На первом этапе производства в мономер добавляются различные добавки для окрашивания листов или придания им специальных свойств, отвердители и другие компоненты. После этого холодную растворённую массу акрила заливают между двумя специальными силикатными стёклами, помещают в рамку, рассчитанную на партию из 20 листов, производят термообработку в воде и затем воздухом. В результате полимеризации получается твёрдый листовой материал, который обрезается по стандартным размерам.

Вследствие этих особенностей производства, ассортимент литых акрилов гораздо шире и производится он практически в неограниченном диапазоне толщины, в то время как экструдированный - от 1,5 до 24 мм (для него характерна стабильность толщины листов, допуск которой не превышает 5%, в то время как разнотолщинность листов литьевого оргстекла может достигать 30%). Литьевое оргстекло более ударопрочно (имеет "сшитую" молекулярную структуру), лучше экструзионного полируется и великолепно формуется.

В результате литья получается пластик, внутренняя структура которого имеет длинные молекулярные связи и, выражаясь образно, похожа на спагетти. У пластика, полученного путем экструзии, цепи короткие и внутренняя структура выглядит как мелко порезанная вермишель. Если помнить об их разной внутренней структуре, то легко понять различия в их характеристиках и почему они ведут себя по-разному. Таким образом, выбор литьевого или экструзионного оргстекла зависит от того, для производства каких именно изделий Вы планируете его использовать. Обработка акриловых пластин осуществляется при помощи станков, предназначенных для обработки древесины или механических станков (режущих, фрезерных, токарных, сверлильных). За основу обычно берут плотность алюминия или его нежестких сплавов.

Длина листов, производимых экструзионным способом, не ограничена технологическим процессом, т.е. можно получить листы длиной 4, 6, 12 м, но из-за возникающих проблем транспортировки таких листов, стандартный размер экструзионного оргстекла на рынке пластиков все же не превышает 2050 Х 3050 мм.

Каждая из технологий имеет свои преимущества и недостатки. Если говорить о температурных режимах обработки и эксплуатации, то за счет отсутствия в литых стёклах внутренних напряжений, неизбежно возникающих в экструзионных стёклах ( в процессе производства последних в них "застывают" остаточные механические напряжения, которые могут сказаться позже, уже во время эксплуатации, внезапными (без видимой причины) трещинами), литые стёкла гораздо лучше обрабатываются, в особенности при температуре. Это касается, прежде всего, таких способов обработки, как термогибка и вакуумная термоформовка. Те из изготовителей рекламы, кто уже освоил такие интересные технологии, как вакуум-формовка прекрасно знают, что применение экструзионных стёкол даёт значительный процент брака из-за растрескивания заготовок при нагревании и охлаждении.

К сожалению, пока ещё далеко не все сайнмейкеры владеют технологиями термоформовки и замечательные температурные преимущества литых стёкол с высоким качеством сформованных деталей форм без нарушений оптических свойств для них остаются невостребованными.

В настоящее время, подавляющее большинство акриловых стёкол в рекламном производстве используется в световых коробах. Для этого применения вопрос температурной прочности и стабильности материала не столь принципиален. Зато принципиален вопрос идеально ровных краев листа и стабильно-точной толщины по всему размеру листа. А это как раз две слабые стороны литых акрилов: особенности технологии литья не позволяют достичь высокой степени точности толщины по всему размеру листа, в особенности по краям. Как правило, литые стёкла отличаются несколько неровным, слегка оплывшим краем (вследствие своего метода производства). По краям листа толщина может быть слегка меньше, чем в центре. Конечно, разброс толщины по краям составляет максимум 10%, но в некоторых случаях это может быть важно.

Края литьевого листа не имеют четкого 90-градусного торца вследствие все тех же особенностей технологии, и в некоторых случаях это требует подрезки края.

Экструзионные листы лишены этих особенностей: край листа - это чёткий прямоугольный торец, идеально ровный по толщине во всех точках листа, а толщина листа идеально стабильна - разброс максимум 1-2%. Эти преимущества, в сочетании с более низкой ценой экструзионных стёкол по сравнению с литьевыми, , неизменно привлекают большую часть сайнмейкеров. В настоящий момент экструзионные стёкла получили более широкое хождение на рынке наружной рекламы нежели литьевые, поскольку чаще всего здесь листовой акрил используется в качестве световой плоскости короба или объёмной буквы - то есть в тех применениях, где преимущества литьевых стёкол не столь очевидны, тогда как их недостатки (и главный из них - малый размер листа) сказываются отрицательно.

Способы обработки

Общие замечания

PLEXIGLAS GS изготавливается литьем, в то время как PLEXIGLAS ХТ методом экструзии. Механическая обработка обоих типов материала производится практически одинаковыми методами. Это также относится к материалам PLEXIGLAS для специальных приложений, таких как SOUNDSTOP (для прозрачного звукового барьера), или со специальными поверхностями. Поверхность может быть устойчивой к абразивным воздействиям, текстурированной, металлизированной, или покрытой, например, покрытие HEATSTOP (отражает солнечное тепло), SATINICE (с сатиновой поверхностью) и NODROP (рассеивает воду и препятствует образованию капель).

Отличия в обработке указанных разновидностей материала указаны в соответствующих секциях. Мы надеемся, что данная брошюра поможет вам достичь оптимальных результатов. Если у вас возникнут вопросы, связанные с представленной здесь информацией, или в связи с практической деятельностью, осуществляемой в соответствии с этой информацией, пожалуйста, обращайтесь в офис компании Факториал. Мы, в свою очередь, будем признательны за любые предложения, основывающиеся на вашем опыте в данной области.

Геометрические формы

PLEXIGLAS GS производится в форме цельных плоских листов, блоков, труб и прутков с гладкой или сатиновой (PLEXIGLAS SATINICE) поверхностями.

PLEXIGLAS XT изготавливается как обычный или ударопрочный (PLEXIGLAS RESIST®) акрил с гладкой, текстурированной или матовой (PLEXIGLAS SATINICE) поверхностями в виде цельных плоских листов, волнистых листов, многостенных листов, труб, прутков, зеркальных листов, а также в виде пленок (EUROPLEX®).

Цветные листы имеют равномерную окраску по всему объему.

Независимо от того в стандартном или специальном формате выпущен материал, все листы уложены на паллеты и снабжены рекомендациями в отношении правильного хранения и транспортировки внутри предприятия. Так, компания Roehm отмечает на паллетах с волнистыми или сотовыми листами точки, куда следует вставлять лапы автопогрузчика. Вообще говоря, оргстекло лучше всего хранить в помещениях. Все наши листы защищены полиэтиленовой пленкой, утилизация которой не представляет трудностей.

Изменения размеров и внутреннее напряжение

Механическая обработка влияет на общее поведение пластмассовых деталей. Таким образом, напряжение, возникающее внутри обрабатываемых областей детали, может вызывать проблемы при последующих этапах работы, таких как, например, склеивание. Это внутреннее напряжение - такое же, как в формованных деталях - должно быть ослаблено путем отжига в специальных печах.

Термоформование обычно вызывает усадку материала в результате действия нагрева. Усадка по длине и ширине может отличаться в зависимости от модификации применяемого материала, и должна учитываться при порезке заготовок по размеру. Если механическая обработка производилась только на одной поверхности листа, то может наблюдаться незначительная деформация заготовки. Эта деформация может быть устранена последующим отжигом. В случае более сложных форм деформацию можно в целом предотвратить, если материал перед механической обработкой подвергнуть отжигу при температуре выше температуры размягчения материала. Как и большинство других пластмасс, наши полуфабрикаты также имеют высокий коэффициент теплового расширения. Его величина составляет для PLEXIGLAS GS и XT 0.07 мм/м*К. Влажность также оказывает влияние на стабильность размеров, но в меньшей степени, чем нагрев. Пример: техническая деталь из PLEXIGLAS GS длиной 1,000 мм при температуре от 10 до 30 С демонстрирует удлинение 1.4 мм (20 К * 0.07 мм/м * К * 1 м). Следовательно: всегда проверяйте размеры одинаковых деталей при одинаковых температурах окружающей среды и одинаковых температурах материала.

Страницы: 1, 2