PMMA

浅谈有机玻璃的性质及应用

摘要：研究了有机玻璃相关的性质，尤其是力学和光学性质。有机玻璃在生产中的用途。有机玻璃的制备和改性问题受到关注。

关键字：有机玻璃；光学性能；力学性能；

Abstract：Related to the nature of the PMMA, particularly in the mechanical and optical properties. The use of PMMA in production is widely. Production PMMA and modified problems are .researched.

Key words：PMMA; Optical properties；Mechanical Properties

光学塑料是具有一定光学性能，能满足光学设计要求的，可以制成光学元件的非晶态的聚合物。有机玻璃是光学塑料中的其中一种。有机玻璃是以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物统称丙烯酸类树酯，相应的塑料统称聚丙烯酸类塑料，其中以聚甲基丙烯酯甲酯应用最广泛。聚甲基丙烯酸甲酯缩写代号为PMMA，俗称有机玻璃，是迄今为止合成透明材料中质最优异的。

有机玻璃的性质：

1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。

2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0.60%的紫外线,但有机玻璃却能透过73%。

.3重量轻有机玻璃的密度为1.18kg/dm3,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%。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。

有机玻璃的光学性能和力学性能是有机玻璃的最重要的性能，也是目前研究最多和应用最多的两个方面。

一.有机玻璃的力学性能

有机玻璃的力学性能试验是利用有机玻璃圆柱体试件和标准板料试件在常温下和冻结温度下进行压缩实验和拉伸实验,测出常温和冻结温度下的材料弹性模量、泊松比、屈服极限等试验表明,在常温下,有机玻璃是典型脆性材料,而在冻结温度下有机玻璃的拉伸实验表明:有机玻璃在冻结温度下有很好的塑性,可以用冻结温度下有机玻璃来模拟热钢的塑性成形过程

二.光塑性理论的研究

常温下的条纹与应力应变的关系在常温下有机玻璃通常以不同伸缩和可伸缩两分子键的纤维网络存在,而且不可伸缩的卷曲状分子链在材料中互相连成的三维空间网络被可伸缩的卷曲状分子链所填满.在常温下,试件达到屈服极限之前,这两种纤维网络都处在刚硬的玻璃态,所作用的荷载由这两种纤维网络共同承担.所以,在比例极限内,材料是弹性的 .当试件超过屈服极限后,可伸缩的卷曲状分子键改变构象,并沿外力作用方向被拉直,于是试件得以变形,这时荷载主要是由不可伸缩的卷曲状分子链纤维网络承担.此时,即使卸去荷载,可伸缩的卷曲状分子链网络由于已被拉直而不能恢复,并约束着已经变形了的不可压缩的卷曲状分子链纤维网络.即不可伸缩的纤维网络的变形被固结在材料中,产生了“形状永久塑性变形”.常温时有机玻璃在自然状态下,呈现光学各向同性,光线入射时只产生一束折射光线,并遵守折射定律.但当它受荷载作用时,将呈现出光学各向异性性质,模型将产生双折射;如果在弹性范围内加载时,光学干涉现象产生的条纹与弹性应变成比例;当卸载后,模型中的弹性应变恢复,相应的双折射效应消失.在塑性加工一类的光塑性实验中,按要求给有机玻璃施加一定的载荷,产生相当大的变形以后卸载,这时保留在成形件中的变形场产生双折射效应,可以观测到等差线和等倾线,它们的特征由成形件内各点的主应变大小

和方向所决定。○1

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）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0.19W/CM.K 和1464J/Kg.K 。

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