PMMA是高度透明、無毒、無謂的無定型熱塑性塑料,其最大的特點是具有優異的光學性能,俗稱有機玻璃。

目錄
1. 塑膠金字塔
2. 射出成形用的PMMA有哪些特性?
3. PMMA有哪些工藝特性?
4. 射出成型PMMA透明部品時,成型過程中應注意那些問題?
5. 透明PMMA應如何進行填充改性?
☆ 案例討論

1. 塑膠金字塔
塑膠按照使用途徑的不同能夠分為通用塑膠、工程塑料以及特種塑膠,工程塑料又包括通用工程塑料和特種工程塑料。通用塑膠即常見的聚乙烯、聚丙烯、ABS 等,技術相對成熟、使用十分廣泛。工程塑料具備相應的力學性能,主要在對塑膠要求更為苛刻的領域應用,用於替代金屬材料。特種塑膠是根據電子電工、航空航太、軍工等領域的要求而發展起來的一類綜合性能優異的結構型耐熱熱塑性工程塑料和耐熱聚合物。

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2. 射出成形用的PMMA有哪些特性?
(1) 光學性能
PMMA有均一的折射率(1.49),透光率達92%,比無機硅(矽)酸鹽玻璃高,其透明性是常用塑料中最好的。PMMA可透過大部分紫外線和部分紅外線,透過光波波長極限為2600nm。PMMA透光率高的原因在於它是無定型聚合物,質地均勻,其內部分子排列方式不會影響進入內部的光線在各部分通過時的速度,光線能夠以同樣速度前進,而不會使光線四面分散、互相干擾。
(2) 力學性能
PMMA具有較高的拉伸強度和彈性模量,具有一定脆性,衝擊強度為12~14Kj/m^2,在較高衝擊的作用下會破裂。PMMA的表面硬度不足,易於被硬物擦傷、擦毛玵失去光澤,不過,細微的刮痕可用拋光膏打磨除去。PMMA的彎曲強度和壓縮強度在Tg以下受溫度影響較少,低溫時基本保持不變,但在接近Tg時有明顯下降。
(3) 熱性能
PMMA屬於易燃材料,點燃離火候不能自熄,並且在伴有腐爛水果、蔬菜的氣味。PMMA的Tg為150℃,維卡軟化點為100~102℃,碎化溫度在-60℃以下。通常,PMMA可在-60~65℃範圍內長期使用,短時間使用溫度不宜超過105℃。PMMA的比熱容(圖2-1)比大多數熱塑性塑料低,這有利於它快速受熱塑化;起導熱率為(圖2-2),是熱的不良導體,在型材的按次加工中應注意防止局部過熱而造成材料損傷;它的線性膨脹係數約為金屬的10倍,並且隨溫度的變化而變化,從-50℃至50℃,其值從(圖2-3)
(4) 化學性能
PMMA耐水溶性鹽、弱鹼和某些稀酸。但不耐氧化性酸和強鹼,如氫氰酸、鉻酸、王水、溶硫酸和硝酸等均能使其受到侵蝕。同時,介質的濃度和溫度對其化學穩定性也有很大影響,一般來說,濃度增大,溫度升高,其穩定性下降。PMMA不耐短鏈的烷烴、醇、酮等、二甲基甲酰胺等。部品接觸有機溶劑時會產生銀紋,甚至開裂現象。
(5) 耐候性能
PMMA耐候性較好,在室外大氣條件下使用,其拉伸情度和透光率下降不明顯,而且重量基本保持不變,無裂紋、翹曲、起泡等現象。但外觀色澤泛黃。
(6) 電性能
PMMA具有較高的表面電阻率,一般大於10^16Ω,而且在一定的範圍內不受氣候和溫度影響。同時,它還具有良好的奈電弧性,具有減弧能力,但由於PMMA分子鏈上帶有極性的酯基,其介電常數較高,介電常數(60Hz)約為3.7。

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3. PMMA有哪些工藝特性?
PMMA的工藝特性有以下幾方面。
(1) PMMA的吸濕性較小,吸水率一般為0.3~0.4%,但由於分子結構中酯基的存在,在高溫下,水分的存在極易引起PMMA發生水解,因此,PMMA成型加工前必須進行乾燥,使水分含量降低到0.02%以下。否則,部品易出現起泡、斑紋、銀紋等現象。PMMA乾燥時,一般可用鼓風循環乾燥或遠紅外線乾燥等方法,乾燥溫度通常為80~95℃,乾燥時間視料層厚度而定,一般為4~10h。
(2) PMMA開始流動的溫物約為160℃,開始分解的溫度高於270℃,具有較寬的加工溫度區間。PMMA的成型加工溫度一般為180!250℃。
(3) PMMA在成型加工的溫度範圍內熔體的黏度較高,具有較明顯的非牛頓流體特性,熔體黏度隨剪切率增大會明顯下降,熔體黏度對溫度的變化也很敏感。因此,對於PMMA的成型加工,提高成型壓力和溫度都可以明顯降低熔體黏度,取得較好的流動性。對於一般地設初部件,射出壓力通常為80~140MPa,而形狀複雜的部品,射出壓力可為110~200MPa。
(4) PMMA大分子鏈具有一定剛性,熔體黏度較高,冷卻速率又較快,部品容易產生內應力,成型時對工藝條件控制較嚴格,城型模具溫度一般不低於40℃,通常為60~80℃。對力學性能和尺寸精度要求較高的部件,成型後還需要進行熱處理。部品熱處理一般在75~85℃的溫度下,保溫3~4h後緩慢冷卻至室溫。
(5) PMMA是無定形聚合物,收縮率及其變化範圍都較小,一般為0.5%~0.8%,有利於成型出尺寸精度較高的塑件。


4. 射出成型PMMA透明部品時,成型過程中應注意那些問題?
PMMA透明部品由於光率要求高,必須做到部品無斑紋、氣孔、泛白、霧暈、黑點、變色、光澤不佳等缺陷,因此在整個射出過程中,對原料、設備、模具,甚至部品的設計都要嚴格控制。應注意以下幾方面的問題。
(1) 由於在物料中含有任何一點雜質,都可能影響產品的透明度,因此在儲存、運輸、加料過程中必須注意密封,保證物料的乾淨。特別是物料中如含有水分,在高溫下會引起PMMA水解,所以成型前一定要乾燥好,並且射出機必須採要乾燥料桶。PMMA在乾燥過程中,應注意輸入的空氣應經過濾、除濕。
(2) 為防止原料汙染和在螺桿及附件凹陷處存有殘料或雜質,特別是熱穩定性差的樹酯存在,因此,在使用前,聽基後應採用螺桿清洗劑或PE、PS等樹酯起乾淨各部件,使其不得黏有雜質。若生產過程中需臨時停機,為防使ˇ原料在高溫下停留時間長,引起降解,應將乾燥機溫度和料管溫度降低,一般料管溫度需降至160℃以下。
(3) PMMA射出成型時,可採用螺桿式射出機或柱塞式射出機,一般應選用較深的螺槽,噴嘴孔直徑應較大。若對部品的強度要求較高,則宜選用較大長徑比的螺桿,以利於低溫塑化。
射出PMMA的螺桿注意要點如下:

  • 1. 選取長徑比為20~22的漸變型螺桿,根據其部品成型的精度要求一般L1=40%L,L2=40%L。
  • 2. 壓縮比ε一般選取2.3~2.6。
  • 3. 針對其有一定親水性,故在螺桿的前端採用混煉環結構。
  • 4. 其他參數一般可按通用螺杆設計,與料管間隙不可太小。

(4) PMMA部品的模具設計時,部品壁厚應盡量均勻一致,過渡部分應逐步圓滑過渡,房始有尖角,模具表面應光潔,粗糙度低(最好低於0.8um)。豎交道的直徑應配合內錐度,最佳的錐度式5°~7°,若要射出壁厚4mm以上的部件,錐度應為7°,主流道直徑達8~10mm,澆口的整體長度不超過50mm。澆口流道盡可能寬大、粗短,而且根據收縮冷凝過程設置澆口位置,必要時應加冷料井;對於壁厚小於4mm的部品,流道直徑應為6~8mm,對於壁厚大於4mm的部品,流道直徑應為8~12mm。PMMA部品模具的脫模角度一般為30`~1°。模具還應設有排氣孔或排氣槽,以及時排出空氣和熔體的氣味。
(5) PMMA射出成形時,為避免部品產生較大的內應力,宜用多級射出(多段射出)。
(6) 為防止表面質量惡化,一般射出時盡量少用脫模劑;當用回收料時,不得大於20%。


5. 透明PMMA應如何進行填充改性?
透明PMMA的填充對填充劑要求十分嚴格,一般應滿足以下幾方面的要求。
(1) 填充劑的折射率應與PMMA的折射率盡可能相接近,一般兩者的折射率越接近,對PMMA原有透明性影響越小,部品的透光率也越高。PMMA的折射率為1.429,填充劑的折射率可參考(圖3)所示。從圖中可以看出,透明PMMA首選填充劑應是硅(矽)藻土、石英、玻璃微珠及硫酸鈣等。
(2) 填充劑應微片狀結構,長徑比要較大,粒度盡可能小,而且顆粒大小應均勻。
(3) 填充劑純度要高,雜質含量應低。填充劑的用量不能太大。

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案例討論
案例討論01

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案例討論02

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案例討論03

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案例討論04

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案例討論05

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