Сєрова В.Н.
«Полімерні оптичні матеріали»
З великого числа органічних стекол в оптиці найчастіше застосовуються термопласти - ПММА, ПС, сополімери ММА зі стиролом (МС), стиролу з акрилонитрилом (САН), ПК, а також термореактопласти - полідіетіленгліколь-біс-алілкарбонату (ПДЕГБАК) і полідіаллілтерефталат (ПДАТФ) . Це основні оптичні (спів) полімери. Використання даних (з) полімерів в якості оптичних середовищ зумовлено як найбільш сприятливим комплексом їх властивостей, так і економічними міркуваннями.
У табл. 1 представлені оптичні властивості названих (з) полімерів. а в табл. 2 - показники, що характеризують їх фізико-механічні та експлуатаційні властивості поряд з відповідними показниками оптичного силікатного скла К-8: щільність (# 961;), руйнівне напруження при розтягуванні і стисненні (# 963; і # 963; с), модуль пружності при розтягуванні (Е # 961;), показник плинності розплаву (ПТР), ударна в'язкість і інші. Як видно з порівняння, оптичні полімери помітно поступаються силікатній склу по твердості, перевагами ж їх є низька щільність (в 2-3 рази менша, ніж у скла К-8) і ударна в'язкість, істотно (в 9-40 разів) перевищує ударну в'язкість названого оптичного скла.
Таблиця 1. Оптичні властивості органічних стекол
Для отримання оптичних виробів також використовуються ПА, ПЕТФ, П-4-МП-1, полісульфони (ПБФ), епоксидні смоли, деякі марки фторопластов, поліфтор (мет) акрилати інші (спів) полімери, властивості яких розглянуті далі. Поряд з названими (спів) полімерами оптичного призначення в останні роки створюються нові функціональні матеріали, досить широко затребувані в світі сучасної техніки.
Таблиця 2. Фізико-механічні та експлуатаційні властивості оптичних матеріалів
ПММА: комплекс властивостей
Провідна роль серед оптичних (спів) полімерів належить ПММА [-СН2 -С (СН3) СООСН3 -] n і співполімерів ММА. ПММА - продукт радикальної полімеризації ММА - аморфний полімер лінійної структури, що відноситься до термопластів. При кімнатній температурі термопласти, як відомо, знаходяться в твердому стані, а при нагріванні розм'якшуються - переходять у в'язкотекучий (пластичне) стан, в якому їх можна піддавати формоутворення, тверднуть при охолодженні, зберігаючи здатність знову переходити в в'язкотекучий стан.
За здатністю пропускати УФ-промені ПММА перевершує звичайне силікатне скло, кілька поступаючись кварцового скла. Так, якщо кварцове скло пропускає 100% УФ-променів, то ПММА - не менше 73,5%, тоді як силікатне скло - всього до 40%.
ММА відноситься до числа найбільш хімічно чистих продуктів, що випускаються в промисловому масштабі. Звичайний ПММА поглинає випромінювання в області довжин хвиль менше 300 нм. При використанні полімеру, отриманого в атмосфері азоту, поглинання зміщується до 260 нм. Повідомляється про спеціально очищеному ПММА, який поглинає УФ-промені менш # 955; = 250 нм і пропускає майже всі випромінювання понад # 955; = 285 нм. Оскільки найкоротші сонячні промені мають довжину хвилі X ≈ 290 нм, такий полімер є абсолютно нечувствітелним до дії сонячної радіації.
Серед всіх прозорих полімерів ПММА відрізняється унікальною атмосфе-ростойкостью, а також стійкістю до УФ-випромінювання. ПММА пропускає великий відсоток радарного випромінювання, що визначає його застосування при виробництві радарної апаратури. Крім того, він здатний поглинати механічні та звукові коливання.
ПММА характеризується високою жорсткістю (міцність при розтягуванні - до 80 МПа), більшою, ніж у інших аморфних прозорих полімерів (див. Табл. 2), в тому числі метакрилових. Це видно з зіставлення даних, представлених в таблиці 3, які відображають вплив етерифікування груп на щільність, міцність і теплостійкість ряду метакрилових полімерів.
Таблиця 3. Вплив етерифікування груп на властивості метакрилових полімерів
З даних табл. 3 видно, що ПММА відрізняється від інших гомополімерів метакрилатів вищими міцністю при розтягуванні і теплостійкість. Хороший комплекс фізико-механічних властивостей ПММА зберігається в діапазоні температур від -50 до 80 ° С.
За ударної в'язкості ПММА значно перевершує силікатне скло, оптичний ПС, дещо гірше ударостійкого ПС і поступається за цим показником сополімери САН і ПК (табл. 2). Судячи з даних табл. 4, ПММА інертний по відношенню до багатьох хімічних реагентів: до лугу, водних розчинів неорганічних солей, слабких кислот, спиртів, воді, масел і жирів, в тому числі, до автомобільного палива.
Таблиця 4. Хімічна стійкість ПММА
* Умовні позначення: С - стійок, Н - не стійкий, Р - розчиняється.
Впливають на нього розбавлені Фтористоводнева і ціанистоводнева кислоти, концентровані сірчана, азотна і хромова кислоти, а також спирти. Розчинниками ПММА є хлоровані вуглеводні (дихлоретан, хлороформ), альдегіди, кетони і складні ефіри.
У промисловому масштабі ПММА й сополімери ММА випускаються у вигляді листового матеріалу, гранул, бісеру. Виробником ПММА і інших метакрилових (спів) полімерів вУкаіни є ВАТ «Дзержинське оргскло» ( «ДОС»), де випускається наступний асортимент товарної продукції, яка відповідає світовому рівню якості: блочне (лите) органічне скло авіаційне і конструкційну марок СО-95, СО- 120, АТ-120 і технічне марок ТОСП, Тосно, ТОСП-У, ТОСП-Н; екструзійне органічне скло марки Acryma; гранульований матеріал марок Дакр (51, 61, 71, 81); суспензійний бісер марки ЛСОМ. Розробка нових марок органічних стекол на основі ММА поряд з їх малотоннажним виробництвом здійснюється в ФГУП «НДІ Полімерів» (Дзержинськ Нижегородської обл.).
Таблиця 5. Характерні особливості горіння деяких прозорих полімерів
Листовий ПММА (органічне скло)
Листовий ПММА є прозорі листи з ідеально глянсовою поверхнею по обидва боки. Існують різні терміни для його позначення: «органічне скло» або «оргскло» (тому що за зовнішнім виглядом і за застосування воно схоже на звичайне силікатне скло, але отримано з продуктів органічної хімії); «Акрил», або «акрилове скло» (тому що виготовляється з похідних АК); «Плексиглас», або «плекс» - від німецького слова «Plexiglas», що означає «пластичне, гнучке скло» (тому що вперше виробництво листового ПММА під даною назвою було організовано відділенням німецької фірми Рем і Хаас в США в 1930-1931 рр.). «Органічне скло» і «оргскло» - це українські терміни.
В даний час в Європі, Америці та Азії відомо багато виробників оргскла, що випускають цей матеріал під різними торговими марками: Plexiglas (Rhom, Німеччина), Perspex (ICI, Англія), Moden Glas (ICI, Таїланд), Altuglas (Атоглас, Франція- Голландія), Deglas (Дегусса, Німеччина), Сlarex (Японія), Vikuglass (Через Раїль), Akrylon (ПХЗ, Словаччина).
ВУкаіни на підприємстві «ДОС» реалізуються дві технології отримання листового оргскла - блокова (вУкаіни утвердився термін «ливарна») і екструзионная, що дозволяють випускати продукцію європейського рівня якості. Відповідно до першої названої технологією лите оргскло отримують методом блочної полімеризації (полімеризації в масі) ММА при помірних температурах у присутності ініціаторів. Реакцію здійснюють в формах, складених із аркушів силікатного скла, сталі або алюмінію, поміщаючи між ними еластичні прокладки, товщина яких визначає товщину аркуша. Щоб уникнути дефектів в аркуші, що викликаються значною (
23%) усадкою реакційної маси, процес, як правило, проводять у такий спосіб: отримують т.зв. форполімер (сиропообразную рідина з необхідними добавками), який потім заливають у форми і полимеризуют до отримання твердого листового матеріалу, який обрізається за стандартними розмірами. Так виготовляють полімер, що володіє високими значеннями ММ (
1-3 млн.), Що визначає механічні, теплостійкі і термопластичні властивості оргскла. Застосування спеціальних силікатних стекол з високим ступенем чистоти обробки поверхні підвищує оптичні та експлуатаційні характеристики оргскла. Діапазон товщини оргскла становить 1-36 мм.
Скло органічне листове (ГОСТ 10667-90, ТУ 6-01-1185-79), призначене для скління літаків і вертольотів, а також як конструкційний матеріал для машино-, судно-, приладобудування та інших галузей промисловості, отримують марок СО-95 , СО-120 і АТ-120. СО-95 являє собою блоковий ПММА, пластифікований добавкою ДБФ, СО-120 - непластифікований ПММА, стабілізований добавкою ФС, АТ-120 - авіаційне орієнтоване органічне скло, отримане методом плоского розтягування скла органічного листового марки СО-120. Цифри 95 і 120 вказують значення температури розм'якшення оргскла.
У табл. 6 представлені значення показника заломлення, а також коефіцієнта пропускання # 964; в УФ, видимої та ближньої І К областях спектра основних марок прозорого безбарвного органічного скла марок СО-95 і СО-120. Їх інтегральне світлопропускання становить 90-92%.
У табл. 7 наведені порівняльні значення фізико-механічних і експлуатаційних показників органічного скла марок СО-95, СО-120 і АТ-120 таких, як # 961 ;, Тс, а. руйнівне напруження при згині (# 963; і), «серебростойкость» (тобто стійкість до поверхневого розтріскування по ДБФ), світлостійкість (характеризується зниженням інтегрального світлопропускання після опромінення УФ-світлом ртутної лампи ПРК-2 протягом 50 год) і ін .
Таблиця 6. Оптичні властивості органічних стекол на основі ММА
Для виготовлення оптичних виробів рекомендується використовувати органічне скло марки СО-120.
Таблиця 7. Фізико-механічні та експлуатаційні показники органічних стекол на основі ММА
У ФГУП «НДІ Полімерів» розроблено і випускається блочне органічне скло для авіаційної техніки з підвищеною теплостійкістю, термостабильностью і атмосферостійкістю марок СО-120С, ВОС-1 і ВОС-2, що має Т відповідно 120 ° С, 133 ° С і 145 ° С, забарвлене органічне скло для 12 марок світлофільтрів, а блокової полімеризації ММА у присутності ПВХ - мутне самозатухаючим оргскло для світлотехнічних виробів.
У екструзійне методі розплав полімеру виходить під тиском з так званої щілинний головки екструдера у вигляді листів і проходить через кілька валків, що мають між собою точно задану відстань, яке визначає товщину одержуваного листового матеріалу. Поверхня валків має спеціальний шар з високим ступенем чистоти обробки, що дозволяє отримувати листи з високими оптичними та експлуатаційними характеристиками. Охолодження листового матеріалу відбувається поступово і рівномірно, щоб виключити виникнення у виробі внутрішніх напружень. У розплав полімеру можна додавати стабілізатори, барвники та інші добавки, що поліпшують експлуатаційні характеристики матеріалу. Як безперервний процес, екструзія вимагає великої кількості сировини, тому вигідна лише для великих партій. Через особливості виробництва товщина екструзійного скла обмежена діапазоном від 1,5 до 24 мм, але довжина його листів більше, ніж можлива довжина листів литого (блочного) оргскла.
За фізико-механічними характеристиками лите і екструзійне органічне скло мало відрізняються один від одного - обидва види мають досить високі значення міцності при розриві, ударостойкости, теплостійкості і вологостійкості. Разом з тим лите оргскло володіє більш високою якістю поверхні і оптичної прозорості, більше ударотривкий та термостійкий, має кращу хімічну стійкість, краще полірується. Крім цього, лите оргскло в порівнянні з екструзійних оргстеклом має такі особливості: більш високі температури і більш широкий температурний діапазон при термоформування
приблизно 150-190 ° С (замість 150-170 ° С у екструзійного скла); характеризується ізотропної реакцією на нагрівання при усадки в 2% (замість 6% у екструзійного скла) в усі напрямки, тоді як екструзія призводить до усадки різного ступеня залежно від товщини оргскла і напрямки екструзії; менше вплив концентраторів напружень; менше здатність до склеювання. Екструзійне оргскло при підвищеній температурі володіє більшою пластичністю, що обумовлює більш точне відтворення форми при складній формуванні.
ПММА у вигляді органічного скла можна переробляти вакуум і пневмоформованием, штампуванням, обробляти механічно: різати, свердлити, полірувати, фрезерувати, гравірувати (в тому числі здійснювати лазерне гравіювання), а також, склеювати, зварювати, фарбувати. Переробку ПММА в вироби істотно ускладнює його мала плинність в розм'якшеному стані.
Редакція оплачує на договірній основі
технічні статті, маркетингові звіти, рецептури, огляди ринку
і іншу галузеву інформацію та права не її розміщення
Повне або часткове використання будь-яких матеріалів, розміщених на Plastinfo.ru,
в ЗМІ, друкованих виданнях, маркетингових звітах, дозволяється тільки за умови посилання
на «Plastinfo.ru» і в деяких випадках вимагає письмового дозволу ТОВ Пластінфо