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聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),简称PMMA),又称做压克力、亚克力(英文Acrylic)或有机玻璃、Lucite(商品名称),在台湾称做压加力,在香港多称做阿加力胶,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。
PMMA用途:
PMMA具有质轻、价廉,易于成型等优点。溶于有机溶剂如苯甲醚等,可以形成良好的薄膜和良好的介电性能,可以作为有机场效应管的介质层。
它的成型方法有浇铸,射出成型,机械加工、热成型等。尤其是射出成型,可以大批量生产,制程简单,成本低。因此,它的应用日趋广泛,它广泛用于仪器仪表零件、汽车车灯、光学镜片、透明管道。
有机玻璃压克力(亚克力)在建筑业中的应用在建筑方面,有机玻璃压克力(亚克力)主要应用于建筑采光体、透明屋顶、棚顶、电话亭、楼梯和房间墙壁护板等方面;卫生洁具方面有浴缸、洗脸盆、化妆台等产品。在高速公路及高等级道路照明灯罩及汽车灯具方面的应用发展也相当快。其中,建筑采光体、浴缸、街头广告灯箱和电话亭等方面的市场增长较快,今后的发展空间较大,市场前景十分广阔。
随着各大城市饭店、宾馆及高级住宅的兴建,中国建筑采光体发展迅速,用有机玻璃压克力(亚克力)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、安全性能高等特殊优点,与无机玻璃采光照置相比较,具有很大的优越性。
美国和日本已在法律中作出强制性规定,中小学及幼儿园建筑用玻璃必须采用有机玻璃压克力 (亚克力)。随着中国法律法规的不断完善,预计在不久的将来,中国法律也会规定中小学及幼儿园建筑玻璃也必须采用有机玻璃压克力(亚克力)。同时,中国各地加快了城市建设步伐,街头标志、广告灯箱和电话亭等大量出现,其中所用材料中有相当一部分是有机玻璃压克力材料。
PMMA光学板在汽车HUD防尘罩上的应用
抬头显示HUD起源与战斗机,主要是将车速、仪表、导航等重要行车信息投影到挡风玻璃上,避免因驾驶时低头而带来的行车危险。
PMMA原料的特性:
- 无色透明,透光率达90%---92%,韧性强,比硅玻璃大10倍以上。
- 光学性、绝缘性、加工性及耐候性佳。
- 溶解于四氯化碳、苯、甲苯二氯乙烷、和丙酮等有机溶剂。
- 具有较高透明度和光亮度,耐热性好,并有坚韧,质硬,刚性特点,热变形温度80℃,弯曲强度110Mpa。
- 密度1.14-1.20g/cc,变形温度76--116℃,成型收缩率0.2-0.8%。
- 线膨胀系数0.00005-0.00009/℃,热变形温度68--69℃(74--107℃)
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常用的塑料备选项有PC,PS,PMMA等。它们之间究竟谁的透明度呢?
一块塑料板的透明度由以下几个因素决定:①材质(分子结构);②光学杂质含量;③表面粗糙度;④样板厚度。
①材质(分子结构):材料的透明度与其分子结构密切相关。化学结构在光照下会发生原子/分子间的相互反应而吸收可见光。主要的光吸收形式有两种:电子跃迁和振动跃迁。按照乌尔巴克(Urbach)定律,αe是表征电子跃迁的吸收系数。大部分含苯环的聚合物在光照下具有明显的电子跃迁, αe值较高;当含有双键的结构中,由含氮或苯基定型而发生π→π*跃迁时,就会有明显跃迁, αe值较高。在500nm波长下,PS的αe是98dB/km,PMMA在可见光范围内没有吸光的分子结构, 它的αe<1dB/km。因此从分子结构角度,PMMA的透明性会明显优于PC、PS、ABS等塑料。
②光学杂质含量:光学杂质有两种:第一种是本身材料在制备过程中引入的折射率与基体材料不一致的杂质,在光透过材料时,会发生明显的吸收和散射,导致材料透明度下降;第二种是材料本身发生结晶,结晶区与非晶区的折射率不同,也被认为是光学杂质,会有明显的散射,导致材料的透明度下降。PMMA是无定形的材料,更重要的是其聚合过程可以做到有效地杂质去除,因此其比PC具有更为纯净的树脂体系。
③表面粗糙度:一块塑料板的透明度与表面粗糙度有关,粗糙的表面会使光产生明显的表面散射,导致透明性下降,如图为同一副画表面覆盖上了光滑玻璃和表面磨砂的玻璃之后的对比。简直是古典派与印象派的区别!
④样板的厚度:光线在透过样板时,会和样板中的吸光化学结构和光学杂质发生作用,因此材料的厚度越厚,透明性越差。根据朗伯特定律,光沿着入射方向的剩余强度随厚度的变化符合指数衰减规律。
因为后两个因素和材料本身无关,毫无疑问PMMA的确是最为透明的塑料!