有机玻璃是一种高分子透明材料,它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。
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1.18g/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。
热塑性塑料
聚甲基丙烯酸甲酯通常称做有机玻璃,英文缩写PMMA,具有高透明度,低价格,易于机械加工等优点,是平常经常使用的玻璃替代材料。
有机玻璃是开发较早的一种重要热塑性塑料, 具有透明性、稳定性和耐候性,易染色、易加工,外观优美,在建筑业中有着广泛的应用。
在建筑方面,有机玻璃主要应用于采光体、屋顶、棚顶、楼梯和室内墙壁护板等方面。近年来,有机玻璃在高速公路和高级道路的照明灯罩和汽车灯具方面的应用也相当快。随着大城市饭店、宾馆和高级住宅的兴建,采光体发展迅速,采用有机玻璃挤出板制成的采光体具有整体结构强度高、自重轻、透光率高和安全性能好等特点,与无机玻璃采光装置相比,具有很大的优越性。
在卫生洁具方面,有机玻璃可制作浴缸、洗脸盆、化妆台等产品。由于有机玻璃浴缸具有外观豪华、有深度感、容易清洗、强度高、质量轻和使用舒适等特点,近年来得到了广泛的应用。
目前,美国和日本已在法律中作出强制性规定,中小学和幼儿园建筑必须采用有机玻璃。随着我国法律的不断完善,预计在不久的将来也会作出相应的规定。同时,我国各地加快了城市建设步伐,采用有机玻璃制作的街头标志、广告灯箱和电话亭等也将大量出现,因而有机玻璃发展空间很大,市场前景十分广阔!
与普通玻璃的不同
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。
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,极限氧指数仅17.3。