Polymethyl methacrylate (PMMA), a elwir yn fasnacholacrylig, yn cynrychioli un o ddatblygiadau polymer synthetig mwyaf arwyddocaol yr ugeinfed ganrif. Wedi'i syntheseiddio gyntaf ym 1928 a'i gyflwyno'n fasnachol gan Röhm & Haas AG o dan nod masnach Plexiglas ym 1933, mae'r thermoplastig tryloyw hwn wedi newid manylebau deunydd yn sylfaenol ar draws gweithgynhyrchu, adeiladu, dyfeisiau meddygol, a pheirianneg optegol. Mae'r cyfansoddyn yn cyflawni trawsyriant golau 92%-ffigur sydd mewn gwirionedd yn uwch na'r gwydr silicad safonol-wrth gynnal tua hanner y pwysau a dangos ymwrthedd effaith tua dwy ar bymtheg gwaith yn fwy na'i gymheiriaid gwydr.
Mae deall beth yw acrylig yn gofyn am archwilio ei bensaernïaeth moleciwlaidd. Mae'r deunydd yn deillio o fonomerau methyl methacrylate trwy brosesau polymerization, gan ffurfio cadwyni PMMA estynedig sy'n cynhyrchu tryloywder nodweddiadol a gwerth peirianwyr priodweddau mecanyddol. Mae'r dynodiad cemegol ei hun-poly(methyl 2-methylpropenoate) yn ôl enwau IUPAC-yn adlewyrchu'r strwythur polymerig hwn. Mae gweithwyr proffesiynol y diwydiant yn dod ar draws y deunydd hwn yn aml o dan wahanol enwau masnach: Lucite, Perspex, Acrylite, Plexiglas. Yr un cemeg, brandio gwahanol.
Strwythur Moleciwlaidd a Llwybrau Synthesis
Mae cynhyrchu MMA fel arfer yn dilyn y broses Aseton Cyanohydrin-aseton wedi'i chyfuno â chynnyrch hydrogen cyanid aseton cyanohydrin, sydd wedyn yn adweithio ag asid sylffwrig i gynhyrchu sylffad methacrylamid. Mae prosesu pellach yn cynhyrchu'r monomer methyl methacrylate. Mae dulliau gweithgynhyrchu mwy newydd yn defnyddio stociau porthiant isobutylen neu ethylene, gan leihau'r dwyster petrocemegol sydd wedi nodweddu cynhyrchu PMMA yn hanesyddol.
Mae'r mecanwaith polymerization ei hun yn addysgiadol ar gyfer deall priodweddau acrylig. Mae polymerization radical rhad ac am ddim yn cychwyn pan fydd catalyddion perocsid yn cynhyrchu rhywogaethau adweithiol sy'n sbarduno lluosogi cadwyn. Mae rheoli tymheredd yn ystod yr adwaith ecsothermig hwn yn pennu eglurder optegol terfynol-mae rhuthro'r broses yn cyflwyno swigod, straen mewnol, a niwl. Dysgodd gweithgynhyrchwyr acrylig cast y wers hon dro ar ôl tro yn ystod rhediadau cynhyrchu cynnar.
Cast yn erbyn Allwthiol: Y Rhaniad Gweithgynhyrchu
Dyma lle mae manylebau'n bwysig. Mae cell -cast acrylig yn golygu arllwys surop MMA rhwng platiau gwydr tymherus, selio'r mowld â gasgedi hyblyg, yna halltu'r cynulliad mewn baddonau dŵr rheoledig neu ffyrnau ar dymheredd rhwng 40-80 gradd. Mae'r polymerization graddol yn cynhyrchu taflenni gyda dosbarthiad pwysau moleciwlaidd uwchraddol ac eiddo optegol sy'n gorchymyn prisio premiwm.
Mae acrylig allwthiol yn rhedeg yn rhatach. Mae PMMA wedi'i beledu yn bwydo i mewn i gasgenni wedi'u gwresogi, yn meddalu i gyflwr tawdd, yna'n gorfodi marw ar roliau calendr sy'n pennu trwch terfynol. Mae economeg cynhyrchu parhaus yn ffafrio cymwysiadau cyfaint uchel, er bod y nodweddion mecanyddol yn fesuradwy yn wahanol i ddeunydd cast. Mae'r broses allwthio yn cyflwyno straen cyfeiriadol-mae ffabrigwyr yn sylwi ar hyn wrth lwybro neu dorri â laser yn cynhyrchu rhinweddau ymyl gwahanol yn dibynnu ar gyfeiriadedd torri mewn perthynas â chyfeiriad allwthio.
Mae cryfder tynnol yn adrodd rhan o'r stori. Mae acrylig cast yn cyflawni tua 10,000 psi, wedi'i allwthio ychydig yn llai. Mae ymwrthedd cemegol yn ffafrio deunydd cast-toddyddion, cyfryngau glanhau, adlynion i gyd yn rhyngweithio'n wahanol yn dibynnu ar y dull gweithgynhyrchu. Yn gyffredinol, mae gwneuthurwyr arwyddion sy'n dewis swbstrad ar gyfer arddangosfeydd wedi'u goleuo yn nodi cast pan fydd y gyllideb yn caniatáu. Mae'r toriadau llwybrydd glanach, llai o sensitifrwydd thermol yn ystod y gwneuthuriad, ac eglurder optegol uwch yn cyfiawnhau'r premiwm cost ar brosiectau lle mae ymddangosiad terfynol yn bwysig.
Ond mae gan allwthiol ei le. Yn aml, mae'n well gan gymwysiadau thermoformio y tymheredd meddalu is-tua 195 gradd F yn erbyn trothwy uwch y cast-sy'n symleiddio gweithrediadau ffurfio gwactod. Anaml y bydd angen deunydd gradd cast ar siopau ffrâm sy'n archebu stoc dalennau ar gyfer rhaglenni arddangos sylfaenol.
Nodweddion Optegol a Mecanyddol
Mae'r ffigur trawsyrru golau hwnnw o 92% yn haeddu pwyslais. Mae gwydr arnofio safonol yn trosglwyddo tua 90%, tra bod rhai sbectol optegol arbenigol yn cyrraedd 91%. Yn ei hanfod, mae acrylig yn diflannu pan fydd wedi'i sgleinio'n iawn-mae dylunwyr acwariwm nodweddiadol a gwneuthurwyr arddangos amgueddfeydd yn manteisio'n helaeth arno. Mae mynegai plygiannol y deunydd (1.49) yn cyd-fynd yn agos â gofynion optegol cyffredin heb y pwysau y mae gwydr cosb yn ei osod.
Clociau dwysedd i mewn ar 1.17-1.20 g/cm³, tua hanner cyfansoddiadau gwydr fel arfer yn amrywio o 2.2-2.5 g/cm³. Mae'r fantais pwysau hon yn cyfansoddi ar draws gosodiadau mawr. Mae pensaer sy'n nodi gwydr acrylig ar gyfer to atriwm yn newid cyfrifiadau llwytho strwythurol yn sylfaenol o'i gymharu â dewisiadau gwydr eraill.
Mae perfformiad effaith yn haeddu manyleb ofalus. Mae PMMA yn dangos tua 10-17 gwaith ymwrthedd effaith gwydr, er bod y deunydd yn y pen draw yn hollti dan ddigon o straen-gan fethu'n ddarnau ag ymylon cymharol ddiflas yn hytrach na'r darnau peryglus sy'n nodweddiadol o wydr anelio. Arweiniodd y patrwm ymddygiad hwn at fabwysiadu canopïau awyrennau yn gynnar yn ystod yr Ail Ryfel Byd. Adferodd peilotiaid a anafwyd trwy ddarnio acrylig gryn dipyn yn well na'r rhai a anafwyd gan gydrannau gwydr confensiynol.
Ymddygiad Hindreulio
Mae gwydnwch awyr agored yn gwahaniaethu acrylig o blastigau tryloyw sy'n cystadlu. Mae graddau PMMA wedi'u llunio'n gywir yn cynnal eglurder optegol trwy amlygiad UV estynedig heb y melynu sy'n plagio gosodiadau polycarbonad. Mae astudiaethau diwydiant yn dogfennu cyfraddau diraddio o dan 3% dros berfformiad o ddeng mlynedd o ddatguddiadau awyr agored gan egluro goruchafiaeth y deunydd mewn arwyddion, gwydro tŷ gwydr, a chymwysiadau pensaernïol lle mae hirhoedledd yn cyfiawnhau buddsoddiad materol cychwynnol.
Gweithio Gyda'r Deunydd
Mae ffabrigwyr yn gwerthfawrogi machinability cymharol acrylig. Mae offer gwaith coed safonol yn ymdrin â'r rhan fwyaf o weithrediadau-mae llifiau bwrdd, llwybryddion, gweisg drilio i gyd yn gweithredu'n effeithiol gyda chyfraddau offer a phorthiant priodol. Mae darnau llwybrydd acrylig arbenigol a phwyntiau drilio yn lleihau naddu ymyl. Mae porthiant arafach yn lleihau gwres ffrithiannol a all doddi ac ail-weldio arwynebau wedi'u torri.
Trawsnewidiodd torri laser economeg gwneuthuriad acrylig. Mae'r deunydd yn torri'n lân o dan ynni laser CO2, gan gynhyrchu ymylon caboledig yn uniongyrchol o'r broses dorri. Mae acrylig cast yn ymateb yn arbennig o dda-mae'r fflam-ymddangosiad caboledig yn cystadlu â gorffennu â llaw ar ffracsiwn o'r gost llafur. Symudodd gwneuthurwyr arwyddion a oedd yn defnyddio technoleg laser fodelau busnes cyfan o amgylch y gallu hwn.
Bondio toddyddion yw'r dull uno a ffefrir o hyd. Mae gludyddion sy'n seiliedig ar methylen clorid yn meddalu arwynebau paru, gan ganiatáu rhyng-drylediad cadwyn bolymer sy'n creu uniadau a allai fod yn gryfach na deunydd rhiant. Mae'r dechneg yn gofyn am ffitiadau manwl gywir nid yw bylchau yn llenwi fel cymwysiadau gludiog adeiladu. Mae weldiadau toddyddion a weithredir yn gywir bron yn anweledig, yn fantais sylweddol ar gyfer gwneuthuriad arddangos lle mae gwelededd clymwr yn peryglu bwriad esthetig.
Mae thermoforming yn agor posibiliadau dylunio ychwanegol. Mae cynfasau acrylig wedi'u gwresogi yn gorchuddio mowldiau o dan wactod neu bwysau, gan dybio bod geometregau tri dimensiwn cymhleth yn amhosibl eu cyflawni trwy wneud stoc yn wastad. Mae gweithgynhyrchwyr bathtub, dylunwyr mewnol awyrennau, a chynhyrchwyr arddangos prynu i gyd yn manteisio ar y gallu ffurfio hwn.
Y Cwestiwn Polycarbonad
Mae manylebwyr yn dadlau'n barhaus am ddetholiad acrylig yn erbyn polycarbonad. Nid yw'r gymhariaeth yn syml.
Mae polycarbonad yn ennill ar wrthiant trawiad-yn ddramatig. Lle mae acrylig yn cyflawni cryfder gwydr 10-17 gwaith, mae polycarbonad yn cyrraedd tua 250 gwaith. Mae gwydro gwrth-fwled, tariannau terfysg, manylebau offer amddiffynnol i gyd yn ffafrio polycarbonad am y rheswm hwn. Mae'r deunydd yn plygu yn hytrach na chwalu, gan amsugno egni effaith trwy ddadffurfiad yn hytrach na thorri asgwrn.
Cownteri acrylig gydag ymwrthedd crafu a sefydlogrwydd UV. Mae polycarbonad yn crafu'n hawdd-mae meddalwch yr arwyneb sy'n galluogi amsugno trawiad yn peryglu ymwrthedd crafiadau. Mae gosodiadau polycarbonad awyr agored angen haenau amddiffynnol UV i atal diraddiad melyn sy'n dod i'r amlwg o fewn sawl blwyddyn i amlygiad i'r haul. Mae acrylig yn ymdrin â'r ddwy her yn gynhenid.
Mae'r gost yn ffafrio acrylig. Fel arfer mae polycarbonad yn gorchymyn premiwm o 35% dros raddau acrylig tebyg. Ar gyfer ceisiadau lle mae eglurder optegol a gwrthiant tywydd yn gorbwyso gofynion effaith eithafol, mae'r ddadl economaidd yn cefnogi manyleb acrylig.
Trosglwyddo golau: acrylig ar 92% yn erbyn polycarbonad 88%. Mae'r gwahaniaeth yn ymddangos yn ymylol nes ei archwilio mewn cymwysiadau optegol heriol. Mae angen strwythur amorffaidd acrylig cast ar systemau golau sydd wedi'u polareiddio'n gylchol-sy'n gyffredin mewn-darllenwyr cod bar pen uchel ac offer optegol-. Mae deunyddiau allwthiol yn cyflwyno birfringence sy'n diraddio ansawdd signal optegol yn annerbyniol.
Ble mae Acrylig yn Mynd i'r Gwaith
Mae ystod y cais yn rhychwantu amrywiaeth rhyfeddol. Mae goleuadau modurol yn cynrychioli nifer sylweddol o lensys golau pen, gorchuddion golau golau, cydrannau paneli offeryn i gyd yn nodi graddau PMMA wedi'u optimeiddio ar gyfer perfformiad optegol a gofynion effaith. Disodlodd y deunydd wydr yn y cymwysiadau hyn ddegawdau yn ôl.
Mae adeiladu a phensaernïaeth yn dibynnu'n fawr ar wydr acrylig. Mae ffenestri to, ffenestri, rhwystrau sain, paneli addurnol-y cyfuniad o bwysau ysgafn, ymwrthedd effaith, a hyblygrwydd dylunio yn addas ar gyfer cymwysiadau lle mae cyfyngiadau gwydr yn cyfyngu ar bosibiliadau. Mae casys arddangos amgueddfeydd yn aml yn defnyddio acrylig i amddiffyn arteffactau gwerthfawr tra'n cynnal tryloywder gweledol sy'n ennyn diddordeb ymwelwyr.
Mae cymwysiadau meddygol yn manteisio ar fiogydnawsedd PMMA. Mae lensys mewnocwlaidd yn adfer golwg ar gyfer cleifion cataract. Mae prostheteg ddeintyddol-sylfeini dannedd gosod, dannedd artiffisial-yn dibynnu'n helaeth ar gemeg acrylig. Mae'n anodd ailadrodd cyfuniad y deunydd o briodweddau mecanyddol, prosesadwyedd a goddefgarwch biolegol gyda dewisiadau eraill.
Mae adeiladu acwariwm yn arddangos potensial optegol a strwythurol acrylig. Mae gosodiadau mawr-acwariwm cyhoeddus sy'n arddangos amgylcheddau morol-yn defnyddio paneli acrylig trwchus sy'n gallu gwrthsefyll pwysau hydrostatig sylweddol tra'n cynnal yr eglurder y mae ymwelwyr yn ei ddisgwyl. Mae prif ffenestr wylio Aquarium Bae Monterey yn enghraifft o'r cais hwn, gan ddangos yr hyn y mae systemau acrylig wedi'u peiriannu'n gywir yn ei gyflawni.
Mae gweithgynhyrchu electroneg yn cyflogi PMMA ar draws sgriniau arddangos, gorchuddion amddiffynnol, a chydrannau optegol. Mae'r diwydiant arwyddion-arddangosfeydd wedi'u goleuo, llythyrau sianel, pwynt-prynu gosodiadau-yn defnyddio cyfaint acrylig sylweddol yn flynyddol. Darganfu artistiaid y cyfrwng ddegawdau yn ôl; mae paent acrylig ei hun yn cynnwys PMMA wedi'i hongian mewn emwlsiwn seiliedig ar ddŵr.
Y Stori Tu Ôl i'r Defnydd
Plannodd traethawd hir doethuriaeth 1901 Otto Röhm ar bolymereiddio asid acrylig hadau a oedd yn dwyn ffrwyth ddeng mlynedd ar hugain yn ddiweddarach. I ddechrau, aeth y cemegydd Almaenig ar drywydd cymwysiadau eraill{-prosesu lledr ensymatig, cemeg glanedydd-cyn dychwelyd i gyfansoddion acrylig ar ddiwedd y 1920au. Gan weithio gyda'r cydweithredwr Otto Haas, datblygodd tîm Röhm Luglas am y tro cyntaf, sef gwydr diogelwch wedi'i lamineiddio sy'n cynnwys rhynghaenau acrylig.
Daeth y datblygiad arloesol yn rhannol ar ddamwain. Sampl o fonomer methacrylate methyl storio ger ffenestr haul wedi'i bolymeru'n ddigymell, gan ddinistrio ei gynhwysydd ond gan ddatgelu solet anhyblyg, tryloyw gyda phriodweddau optegol rhyfeddol. Dilynodd arbrofion rheoledig. Erbyn 1933, roedd Röhm wedi cofrestru nod masnach Plexiglas. Enillodd y deunydd anrhydeddau Grand Prix yn Ffair y Byd ym Mharis 1937.
Cafwyd datblygiad cyfochrog ym Mhrydain, lle darganfu cemegwyr yn Imperial Chemical Industries yr un deunydd, gan ei farchnata â Perspex. Cyfrannodd y cemegydd Americanaidd William Conn waith annibynnol. Mae'r lluosogrwydd o ddarganfyddiadau cydamserol yn awgrymu bod ymddangosiad PMMA wedi adlewyrchu datblygiadau ehangach mewn cemeg polymerau yn hytrach nag athrylith ddyfeisgar unigol-er bod Röhm yn haeddu clod sylweddol am ddatblygiad masnachol.
Cyflymodd mabwysiadu'r Ail Ryfel Byd yn ddramatig. Nododd lluoedd y Cynghreiriaid a'r Axis acrylig ar gyfer ffenestri gwydro awyrennau, canopïau, clostiroedd tyredau gwn. Roedd perisgopau llong danfor yn ymgorffori'r deunydd. Roedd y manteision diogelwch amlwg dros wydr yn cadarnhau manylebau milwrol a barhaodd ymhell ar ôl i'r rhyfel ddod i ben. Dilynodd ceisiadau sifil yn gyflym ar ôl y rhyfel, wrth i weithgynhyrchwyr â gallu cynhyrchu yn ystod y rhyfel chwilio am farchnadoedd amser heddwch.
Asesiad Gonest o Gyfyngiadau
Nid oes unrhyw ddeunydd yn addas ar gyfer pob cais. Crafu acrylig yn haws na gwydr-nid oes gan arwyneb y polymer y caledwch y mae silicadau mwynol yn ei gyflawni. Mae haenau sy'n gallu gwrthsefyll crafu yn mynd i'r afael â'r cyfyngiad hwn yn rhannol, er bod arwynebau â chaenen yn treulio yn y pen draw o dan amodau sgraffiniol. Mae amgueddfeydd sy'n arddangos arddangosion sydd wedi'u masnachu'n drwm yn aml yn nodi gwydr am y rheswm hwn er gwaethaf cosbau pwysau.
Mae ehangu thermol yn fwy na gwydr yn sylweddol. Mae'n rhaid i ddylunwyr ddarparu ar gyfer newidiadau dimensiwn ar draws ystodau tymheredd i atal byclo panel neu straen ffrâm. Mae gosodiadau gwydro angen clirio ymyl digonol a deunyddiau gasged priodol.
Mae ymddygiad tân yn haeddu sylw. Mae PMMA yn cynnau tua 460 gradd ac yn llosgi wrth ryddhau carbon deuocsid, carbon monocsid, a chyfansoddion pwysau isel moleciwlaidd amrywiol gan gynnwys fformaldehyd. Mae codau adeiladu yn cyfyngu ar y defnydd o acrylig mewn rhai dosbarthiadau deiliadaeth ac mae angen mesurau amddiffyn tân priodol lle mae manylebau'n caniatáu'r deunydd.
Mae cydnawsedd cemegol yn amrywio. Mae llawer o doddyddion yn ymosod ar PMMA-mae glanhau gyda chyfryngau amhriodol yn achosi chwantau, cymylog, neu wanhau strwythurol. Rhaid i fanylebau wirio ymwrthedd cemegol yn erbyn amodau datguddiad a ragwelir.
Ystyriaethau Cynaladwyedd
Mae gwreiddiau petrocemegol yn codi cwestiynau dilys am gynaliadwyedd. Mae'r llwybr synthesis aseton cyanohydrin yn defnyddio porthiant sy'n deillio o ffosil ac yn creu pryderon amgylcheddol drwy'r gadwyn gynhyrchu. Mae ymateb y diwydiant wedi canolbwyntio ar ddau gyfeiriad: datblygu rhagsylweddion MMA bio- a gwella'r gallu i ailgylchu.
Mae PMMA yn ailgylchu'n effeithiol-gall y polymer gael ei ddadbolymereiddio yn ôl i fonomer MMA trwy brosesu thermol, yna ei ailbolymeru i ddeunydd crai-o ansawdd. Mae'r potensial dolen gaeedig hwn yn gwahaniaethu rhwng acrylig a llawer o bolymerau cystadleuol lle mae ailgylchu'n anochel yn diraddio priodweddau deunyddiau. Mae nifer o weithgynhyrchwyr bellach yn cynnig graddau sy'n ymgorffori cynnwys wedi'i ailgylchu, gan fynd i'r afael â gofynion economi gylchol a nodir fwyfwy gan brynwyr sy'n ymwybodol o'r amgylchedd.
Mae cyflwyniad diweddar Röhm GmbH o PLEXIGLAS proTerra yn enghreifftio cyfeiriad y diwydiant-graddau acrylig a weithgynhyrchwyd yn gynaliadwy gan ddenu sylw'r farchnad gan fanylebwyr gan gydbwyso gofynion perfformiad yn erbyn asesiadau effaith amgylcheddol.
Safbwynt Terfynol
Mae deall beth yw acrylig yn y pen draw yn golygu gwerthfawrogi deunydd a drawsnewidiodd bosibiliadau gweithgynhyrchu ar draws diwydiannau lluosog. Y cwestiwn "beth yw acrylig?" yn gwahodd atebion technegol am gemeg bolymer, ond mae dealltwriaeth ymarferol yn gofyn am gydnabod-nodweddion perfformiad penodol cymhwysiad sy'n pennu penderfyniadau manyleb.
Naw degawd ers cyflwyno masnachol, mae PMMA yn parhau i esblygu. Mae fformwleiddiadau newydd yn mynd i'r afael â gofynion sy'n dod i'r amlwg-gwell graddau effaith, gwell perfformiad tân, dewisiadau amgen sy'n deillio o fio{2}. Mae'r cemeg sylfaenol a archwiliwyd gan Otto Röhm yn ei labordy ar ddechrau'r ugeinfed ganrif yn parhau i fod yn berthnasol, wedi'i fireinio trwy ymchwil a datblygiad parhaus sy'n ymateb i ofynion newidiol y farchnad.
Mae dewis deunydd bob amser yn golygu cyfaddawdu. Mae acrylig yn cynnig eglurder optegol eithriadol, ymwrthedd effaith resymol, gallu tywydd rhagorol, ac amlbwrpasedd gwneuthuriad am gost gymedrol. Gallai ceisiadau sy'n mynnu perfformiad effaith eithafol nodi polycarbonad. Efallai y bydd y rhai sydd angen y gwrthiant crafu mwyaf yn ffafrio gwydr. Ond ar gyfer ystod ryfeddol o gymwysiadau sy'n cydbwyso'r gofynion cystadleuol hyn, mae acrylig yn darparu perfformiad sy'n cyfiawnhau ei fanyleb eang ar draws cymwysiadau diwydiannol, pensaernïol, meddygol a defnyddwyr ledled y byd.