Органи́ческое стекло́ (оргстекло́), или полиметилметакрилат (ПММА) — акриловая смола, синтетический термопластичный виниловый полимер метилметакрилата, термопластичный прозрачный пластик, известный под коммерческими названиями Wanjiale, Plexiglas, Plexistek, 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 . В 1933 году началось его промышленное производство фирмой Röhm and Haas (Дармштадт)Современное название компании — Evonik Industries, первые продажи готовых изделий относятся к 1936 году.

Появление органического стекла (в то время называвшегося «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 маселKarl Anders und Hans Eichelbaum Wörterbuch des Flugwesens. Verlag von Quelle and Meyer. Leipzig, 1937, S. 266—267..

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 НИИ пластмасс (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 .

Состав

Органическое стекло является полимером метилметакрилата — сложного эфира метакриловой кислоты и метанола, полимеризованного с раскрытием двойной связи между атомами углерода. Химическое строение стандартного полиметилметакрилата 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: [-CH2C(CH3)(COOCH3)-]_\mathit{n} Температура плавления: Плотность: 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; светопропускание оргстекла несколько ниже против у лучших сортов силикатного стекла); ПММА неустойчив к действию низших спиртов, ацетона и бензола.

Технические характеристики Показатели Литьевое оргстеклоЭкструзионное без УФ защитыЭкструзионное с УФ защитойПредел прочности при растяжении, МПа (при 23 °C)70 70Модуль упругости при растяжении, МПа3000 3500Относительное удлинение при растяжении % (при 23 °C)4 5Температура размягчения, °C95100105Ударная вязкость, кДж/м² (не менее) толщина листа 2,5—4 мм9912Ударная вязкость, кДж/м² (не менее) толщина листа 5—24 мм13 Максимальная температура эксплуатации, °С808080Температура формования, °С150—170150—155150—155Плотность, г/см³1,191,191,19Коэффициент светопропускания, %929292

Преимущества и недостатки Основные преимущества малая теплопроводность по сравнению с неорганическими стёклами относительно высокая светопропускаемость — 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 так же легко, как и дерево; достаточная устойчивость к воздействиям внешней среды, морозостойкость; хорошая прозрачность для ультрафиолетовых лучей, пропускание при этом УФ-лучи не вызывают пожелтения и деградации механических свойств акрилового стекла; устойчивость в химических средах; электроизоляционные свойства; подлежит утилизации.

Недостатки невысокая твёрдость склонность к поверхностным повреждениям, легко царапается; химическая стойкость значительно ниже чем у силикатного стекла; невысокая температурная стойкость, размягчение, деформация, плавление, образование пузырьков; при пиролизе без горения выделяет вредный мономер — метилметакрилат; 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 трудности с формированием больших блоков без оптических дефектов.

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 вместо 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 до вместо от до меньшее усилие при формовке, большая усадка при нагреве вместо 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 хлорированные углеводороды (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. При обработке концентрированной серной кислотой становится непрозрачным, матовым

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 (, ) получают методом непрерывной экструзии (выдавливания) расплавленной массы гранулированного ПММА через щелевую головку с последующим охлаждением и резкой по заданным размерам.

Блочное (, в русском языке утвердились также термины «литьевое», «литое») получают методом заливки мономера — метилметакрилата между двумя плоскими листами неорганического стекла и дальнейшей его полимеризацией.

Способы обработки

Сверление, нарезание резьбы, резьбовое соединение, фрезерование и обработка по заданному профилю, обработка на токарном станке, обработка резанием, обработка пемзой, 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 приходится на максимум 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 стёкла несмотря на дешевизну материала дороже пластиковых из-за сложности изготовления и высокой стоимости высокотехнологичного оборудования для их производства. Органические стёкла 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 как биосовместимый материал нашёл широкое применение в офтальмологии: из него изготавливают 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.