Plexisklo - popis plexiskla

Polymethylmetakrylát (PMMA) - PLEXISKLO

Historie

Pro své optické vlastnosti podobné vlastnostem skla bývají akryláty nazývané také organická nebo akrylátová skla. Odtud pochází i nejstarší obchodní název tvrdých a čirých desek a bloků vyráběných od roku 1933 z methylesterů kyseliny methakrylové firmou Röhm a Haas v Darmstadtu, který se rozšířil po celém světě. Česká verze "plexisklo" je dnes běžně užívána plastikářskou veřejností pro označení akrylátů, nejčastěji polymethylmetakrylátu (PMMA). Tento materiál bývá často zkracován na pmma a vyrábí se z něj barevná i čirá plexiskla.

Přednosti

Přednosti polymethylmetakrylátu jsou následující:

• vysoká tvrdost, tuhost a pevnost
• homopolymery jsou křehké, kopolymery houževnaté
• vysoká kvalita povrchu: vysoký lesk, odolnost proti poškrábání, možnost leštění
• výborné optické vlastnosti, především vysoká průzračnost – kopolymery jsou mírně nažloutlé
• vysoká tepelná odolnost
• dobré elektrické a dielektrické vlastnosti
• odolnost proti slabým kyselinám a louhům, nepolárním rozpouštědlům, tukům, olejům a vodě
• vysoká odolnost proti povětrnostnímu stárnutí
• lze jej dobře zpracovávat i následně mechanicky opracovávat

Nevýhody

K nevýhodám patří:

• náchylnost k prasknutí při nárazu
• hořlavost

Kopolymery

Polymethylmetakrylát je křehký materiál. Směšováním nebo roubovací polymerací s polybutadiénem nebo jinými elastomery lze tuto vlastnost potlačit a vyrobit houževnaté materiály. Bohužel tím se ztrácí kvalitní optické vlastnosti a takový PMMA se stává mléčně zakaleným.

Zabudováním akrylonitrilu k PMMA kopolymerací se zvýší odolnost proti rozpouštědlům. Převýší-li obsah akrylonitrilu 50 %, zlepší se především houževnatost. Produkty z čirého plexiskla mají nažloutlou barvu způsobenou vznikem cyklických struktur.

Výroba

Plexisklo se vyrábí blokovou polymerací methylmetakrylátu (lité plexisklo), nebo extruzí methylmetakrylátu (extrudované plexisklo). Oba způsoby vedou k čirým materiálům. Bloková polymerace slouží především pro výrobu bloků a desek, případně polotovarů jiných tvarů. Použijeme-li rotační formy, můžeme vyrábět také trubky. Blokovou polymerací se dosahuje vysokých hodnot polymeračního stupně. Tím se zlepšují mechanické vlastnosti desek a zejména kvalita jejich povrchu. Extrudované plexisklové desky mají oproti litým plexisklovým deskám lepší tloušťkovou toleranci a jsou méně finančně náročné.

Provedení

Polymethylmetakrylát se pro další termoplastické zpracování dodává jako granulát. V přírodním provedení je čirý, kopolymery a modifikované typy jsou zakalené. Lze jej barvit na krásné průhledné odstíny nebo krycí barvy. Polotovary se dodávají převážně jako desky, případně bloky, k dostání jsou také trubky, tyče nebo různé profily.

Modul pružnosti

Materiál PMMA vyniká především vysokou tuhostí. Jeho modul pružnosti v tahu leží mezi 2300 až 3300 MPa. Vlivem zvyšování teploty ztrácí PMMA tuhost obdobně jako ostatní termoplasty. To znamená, že modul pružnosti se vzrůstající teplotou klesá. Ukazuje se, že pokles tuhosti se vzrůstající teplotou je tím pomalejší, čím je molární hmotnost vyšší.

Další mechanické vlastnosti

Se vzrůstající teplotou pevnost PMMA klesá obdobně jako u ostatních termoplastů. Rázová a vrubová houževnatost není ve srovnání s ostatními termoplasty nijak veliká. Obdobně jako u polystyrénu nezávisí prakticky na teplotě, to znamená, že i při vyšších teplotách si PMMA uchovává svůj křehký charakter. To vyplývá i z jeho malé tažnosti, která činí jen 2-4 %. Chování PMMA při dynamické únavě je patrné z Wöhlerovy křivky závislosti pevnosti v ohybu na počtu cyklů.

Tepelné vlastnosti

Teplota skelného přechodu PMMA činí 106 °C, pro odlévané polotovary až 115 °C. Teplota měknutí podle Vicata B se pohybuje závislosti na hodnotě střední molární hmotnosti od 84 do 111 °C. Z toho vyplývá, že PMMA patří mezi termoplasty s dobrou teplotní odolností. Výrobky lze dlouhodobě trvale používat až do teplot 70 °C.

Optické vlastnosti

PMMA vyniká optickými vlastnostmi. Je bezbarvý, čirý a viditelné světlo téměř nepohlcuje. Jeho propustnost pro světlo činí 92 % a index lomu je 1,491. Má nejvyšší propustnost světla ze všech plastů. Propustnost lze zachovat i při vybarvení PMMA transparentními barvivy. Rovněž povrchový lesk je vynikající. Desky z PMMA pohlcují ultrafialové světlo. Stačí deska o tloušťce 2 mm, aby došlo k pohlcení veškerého UV záření. Pro své optické vlastnosti podobné vlastnostem skla bývají akryláty nazývané také organická nebo akrylátová skla. Odtud pochází i nejstarší obchodní název tvrdých a průhledných desek a bloků vyráběných od roku 1933 z methylesterů kyseliny methakrylové firmou Röhm a Haas v Darmstadtu, který se rozšířil po celém světě.

Elektrické vlastnosti

PMMA je dobrý elektroizolant při nízkých frekvencích. Při vysokých frekvencích leží jeho izolační schopnosti pod hodnotami polyethylenu a polystyrenu. Ztrátový faktor i povrchový odpor se při běžném používání nemění. Proto se PMMA s výhodou používá pro výrobu dílů v elektroprůmyslu. Na druhou stranu se na površích dílů vyrobených z PMMA vytváří povrchový náboj, takže často je nutné použít antistatických přísad.

Chemická odolnost

PMMA odolává slabým kyselinám a louhům, roztokům solí, alifatickým uhlovodíkům, nepolárním rozpouštědlům, tukům, olejům, vodě, detergentům. Je napadán silnými kyselinami a louhy, benzenem, polárními rozpouštědly, ketony, estery, éthery, aromatickými a chlorovanými uhlovodíky. Je náchylný ke korozi za napětí. To snižuje jeho použitelnost při zvýšených teplotách nebo při dlouhodobém styku s rozpouštědly.

Povětrnostní odolnost

Odolává povětrnosti i vlivům ultrafialového záření. Účinek vnějších vlivů nezanechává stopy žloutnutí ani ztrátu povrchového lesku za žádných klimatických podmínek. Nicméně pro dlouhodobé vnější použití se doporučuje provést UV stabilizaci. Vodu pohlcuje jen velmi málo.

Hořlavost

PMMA je snadno zápalný. Hoří svítivým plamenem i po oddálení zdroje plamene. Plyny uvolňované při hoření mají typický nasládlý zápach. Podle UL 94 je klasifikován jako třída HB. Teplota samovznícení leží mezi 400-465 °C.

Potravinářská nezávadnost

PMMA je fyziologicky nezávadný. Lze jej používat pro výrobky přicházející do styku s potravinami nebo pitnou vodou.

Tepelné tvarování

Desky z PMMA lze snadno tepelně tvarovat. Obvyklou procedurou je ohýbání plexiskla. Tvarovací teploty jsou v závislosti na molární hmotnosti mezi 150 až 180 °C, výjimečně mohou u vysokomolárních typů dosáhnout až 200 °C.

Obrábění

Třískové obrábění lze u PMMA snadno provádět. Jedná se o řezání, frézování, broušení, vrtání i leštění. Rychlost obrábění je zapotřebí volit tak, aby nedocházelo k natavování materiálu. Pro řezání lze s výhodou použít například paprsek laseru.

Povrchová úprava

Lakování a potisk lze provádět i bez předchozí povrchové úpravy. Trvanlivost potisku je tak velká, že lze následně provádět i tepelné tvarování. Výrobky lze také pokovovat, a to jak lakováním, tak vakuovým napařováním.

Lepení plexiskla

Polotovary a výrobky z PMMA lze s výhodou lepit, protože se jedná o polární, snadno rozpustný plast. K lepení se používají lepidla rozpouštědlová, reaktivní, tavná i vteřinová. Nejvhodnější je použití rozpouštědlových lepidel s malým množstvím rozpuštěného PMMA, asi v množství 10-15 %. Takto upravená rozpouštědlová lepidla se nazývají lepicí laky. Jejich výhodou je to, že nezanechávají stopy po lepení. Vrstva lepidla na plexisklo má vysokou průhlednost a slepované místo není po lepení prakticky viditelné. Velmi dobrá jsou lepidla na bázi acetonu a chloroformu. Je však třeba mít na zřeteli, že se jedná o vysoce hořlavé kapaliny, proto je při tom nezbytné zachovávat důsledně bezpečnostní opatření.

Lepení plexiskla s jinými plasty

PMMA lze slepovat i s jinými plasty. Bez větších problémů lze PMMA slepit s krystalickým i houževnatým polystyrenem, polykarbonáty, deriváty celulózy, terpolymery ABS či kopolymery SAN. Používají se k tomu vhodná rozpouštědla a lepicí laky. Ostatní plasty se s PMMA slepují za pomoci reaktivních nebo tavných lepidel. Na trhu je dnes dostatek vhodných lepidel. Důležitým předpokladem vytvoření pevných spojů je, aby slepované plochy byly dokonale čisté, zbavené prachu a jiných nečistot. Jako čisticích prostředků lze použít buď vodu s přídavkem saponátů, nebo alkoholy. Při lepení PMMA se používá také samotný monomer, methylmethakrylát, který vytvoří pevný lepený spoj následnou polymerací aktivovanou chemickými iniciátory nebo ozářením ultrafialovým světlem.

Použití

PMMA nalézá uplatnění všude tam, kde se využijí jeho přednosti, zejména optické, tedy vysoká průhlednost. Vyrábějí se z něj různé průhledné kryty, kryty svítilen, displejů. Značné rozšíření uplatnění nalezl v automobilovém průmyslu při výrobě krytů světel, štítů, tachometrů atd.. V optice nalezl uplatnění jako surovina pro výrobu čoček do přístrojů i brýlí. Ve spotřebním průmyslu jsou to vázy, misky, bižuterní výrobky, reklamní předměty, reklamní stojánky.Významné místo zaujímá ve světelné reklamně, a to jak pro venkovní, tak pro vnitřní použití, a výstavnictví. Další uplatnění PMMA nachází jako akrylátového sanitárního zboží. Tepelným tvarováním desek se vyrábějí moderní vany, umyvadla, sprchové kouty atd.