Все эти качества повлияли на быстрое развитие технологий в области производства органических стекол и широкое их применение.

С 30-х годов области применения органических стекол (полиметилметакрилат ПММА), значительно расширились. Возможности этих материалов повлекли за собой развитие таких сфер как производство формовочного оборудования, различных крепежных профильных систем и т.д.

Области применения:

2. Акриловое стекло.

Акриловое стекло - прозрачная или полупрозрачная (бесцветная или окрашенная) термопластичная производная акриловых смол. Основным компонентом в его составе является ПММА, в чистой форме состоящий из трех химических элементов- углерода, водорода и кислорода. Полиметилметакрилат производится путем ступенчатой полимеризации и поликонденсации мономера метилметакрилата. В процессе полимеризации молекулы мономера связываются в "гигантскую" молекулу полимера, представляющую собой пластмассу. Молекула ПММА представляет собой полимерную цепочку, которая может быть линейной, разветвленной, а также организованной в трехмерную сеть.

В группе полимеров полиметилметакрилат относится к термопластам. Термопласты характеризуются тем, что при комнатной температуре мягки или твердо-пластичны и состоят из линейных или разветвленных макромолекул. При нагревании термопласты размягчаются до текучести, а после охлаждения снова затвердевают. Полимеры этой группы плавки, пластично деформируемы и растворимы. Аморфные термопласты характеризуются полностью нерегулярным строением цепочки (структура ватного тампона). Частично кристаллический термопласт, помимо аморфных, имеет кристаллизованные области, в которых линейные молекулы расположены параллельно.

2.1 Качества - преимущества и недостатки.

Свойства акрилового стекла делают его универсальным материалом, возможности которого выходят далеко за рамки общепринятых областей применения. Отсутствие собственной окраски и прозрачность предоставляют возможность обеспечить высокую светопроницаемость (только 8 % падающего света отражается, а 92 % материалом пропускаются). Следует отметить, что силикатное стекло пропускает меньше света. В случаях, когда высокая светопроницаемость нежелательна, можно использовать белый или окрашенный материал.

Отсутствие оптических искажений предоставляет возможность применять органические стекла при изготовлении контактных линз и остеклении воздушного транспорта. Кроме того, акриловое стекло отличается высокой устойчивостью к старению и действию атмосферных факторов. Его механические и оптические свойства не изменяются заметным образом при многолетних атмосферных воздействиях. ПММА устойчив к ультрафиолету и не требует специальной защиты. Акриловое стекло можно обрабатывать резанием, а также производить горячую формовку.

При обработке акрилового стекла необходимо учитывать следующие особенности:

Экструдированное акриловое стекло имеет ограничения по толщине (min 2 мм., max 10 мм.). Экструдированный материал выпускается шириной 1500-2050 мм. и длиной 3050 мм

3. Обработка резанием.

Для обработки акрилового стекла подходит обыкновенное оборудование для обработки дерева и металлов. Все же следует обратить внимание на то, что для получения чистых поверхностей среза оборудование должно быть высокоскоростным и безвибрационным. Все машины, прежде всего шлифовальные станки и циркулярные пилы, должны быть оснащены вытяжной вентиляцией для отвода стружки и газа.

ПММА легко обрабатываются инструментами из высококачественной быстрорежущей стали или армированными твердыми сплавами, в особых случаях можно использовать алмазный инструмент. Режущие поверхности инструментов должны быть всегда остро заточены. Уже незначительно изношенные инструменты приводят к нечистым поверхностям среза и могут вызывать повреждения заготовки или самого инструмента вследствие перегрева, обусловленного повышенным трением. Инструменты, которые ранее уже применялись для обработки дерева или металла, для органических стекол могут использоваться только после специальной заточки

Поскольку пластмассы по сравнению с металлами имеют незначительную теплопроводность и устойчивость формы, применение систем охлаждения особенно важно. При отсутствии охлаждения возникает опасность перегрева, размягчения и деформации материала у поверхности среза. Кроме того, из-за недостаточного отвода тепла возникают напряжения в краевых зонах, которые в неблагоприятных условиях ведут к повреждению заготовок.

Вода, растворимые масла, парафин или воздушная струя подходят в качестве охлаждающих средств. Стандартные смазочно-охлаждающие жидкости для металлов не должны использоваться, т.к. они могут содержать растворители, агрессивные по отношению к ПММА.

Все поверхности листов защищены полиэтиленовой пленкой, которая должна сохраняться в течение всей обработки и удаляться в кратчайшие сроки после монтажа готового изделия. Если по какой-либо причине сохранение пленки невозможно или она отсутствует, следует в качестве вспомогательного средства использовать ткань или фетровые прокладки во избежание непреднамеренного царапанья.

Разметка, например отверстий, кромки разреза или контуров, должна по возможности делаться на защитной пленке. Если пленка уже удалена, разметка производится специальным карандашом прямо на поверхности листа. Другие средства разметки могут использоваться только при уверенности, что с помощью последующей обработки следы этих инструментов будут удалены. В противном случае листы с сохранившимся надрезом под нагрузкой сломаются.

3.1 Пиление и надрезание.

Акриловое стекло и чаще всего пилят циркулярной или ленточной пилами. Применение лобзиков и ручных пил всякого рода также возможно.

Циркулярная пила. Для резки ПММА подходят циркулярные пилы с дисками исключительно с неразведеными зубьями. Применение лезвий из твердого сплава, с высоким числом зубьев дает значительно более высокий результат, чем использование лезвий из высокопроизводительной быстрорежущей стали. Из опыта известно, что обработка будет еще более чистой, если использовать прямозубое лезвие из твердого сплава, углы каждого или каждого второго зуба которого затачиваются попеременно. Попеременная вогнутая заточка зубьев лезвий из быстрорежущей стали на деле доказала свои преимущества. Для подачи должна применяться средняя установка. Это значит, что подача устанавливается так, чтобы у краев разреза не происходило отщепление материала. Слишком медленная подача может привести к высокому трению и к излишнему нагреванию кромок разреза.

Ленточная пила. Ленточная пила имеет лезвия со слегка разведенными зубьями. Это ведет к неровным кромкам разреза, что как правило требует последующей дополнительной обработки. Ширина ленты лезвия может быть от 3 до 13 мм. Количество зубьев должно быть 3-8 на каждый сантиметр длины ленты. Скорость резания может варьироваться от 1000 до 3000 м./мин.

Остроконечная пила. Для дополнительной обработки пластмасс и вырезания выемок и пазов хорошо себя зарекомендовала остроконечная пила. Кромки разреза получаются все же относительно грубыми и нуждаются в дополнительной обработке. Рекомендуется высокая скорость резания и средняя скорость подачи.

Ручная пила. Акриловое стекло можно также обрабатывать мелкозубой ручной пилой, например ножовкой, а также лучковой и лобзиком. При тщательной, аккуратной работе возможно достичь хороших результатов.

Надрезание. На листах из ПММА можно делать надрезы глубиной до 3 мм. Лист многократно надрезается подрезателем вдоль линейки или криволинейного шаблона по не слишком малому радиусу, а затем ломается. Прямые отрезки можно легко сломать на краю стола. Излом должен быть соответствующим образом обработан, например циклей

3.2 Сверление.

Для акрилового стекла можно применять спиральное сверло с углом при вершине 60-90° (в отличии от обычного 120°). Передний угол должен затачиваться в пределах от 4° до 90°. Только в этом случае сверло даст необходимый результат, и можно будет избежать выламываний около отверстий при выходе сверла из листа. Задний угол должен быть величиной минимум 3°.

Чтобы получить гладкую поверхность края отверстия, необходима оптимальная комбинация скорости резания и подачи. В этом случае образуется равномерная сплошная стружка. При слишком высокой скорости вращения и/или слишком быстрой подаче образуется нерегулярная стружка, и отверстие будет не чистым. При низкой скорости вращения и/или незначительной подаче наступает перегрев, влекущий за собой разрушение материала и плавление стружки.

Охлаждение при сверлении особенно важно. При толщине материала от 5 мм. необходимо пользоваться сверлильной или совместимой с ПММА смазочно-охлаждающей эмульсией. В случае толстостенного материала при сверлении глубоких отверстий, когда подача регулируется вручную, рекомендуется время от времени поднимать сверло из отверстия во избежание перегрева.

Если сверлится тонкий лист, необходимо подложить твердую гладкую прокладку, чтобы избежать выламывания нижнего края отверстия. Сверло должно вводиться медленно и осторожно. После входа в материал скорость подачи может быть постепенно увеличена и незадолго до пробивания нижнего края снова уменьшена.

Для работы с обрабатываемыми или встроенными деталями с помощью ручной дрели можно применить специальное сверло. Употребляемые специальные сверла и зенкерный инструмент:

Этот многосторонний зенкерный инструмент рекомендуется для зачистки, расточки и зенковки.

При применении любых специальных сверел следует обращать внимание на безупречное качество их острия. Во всех случаях (кроме фрезерного сверла) используются более низкие скорости вращения, чем при использовании спиральный сверел. В случае применения фрезерного сверла, напротив, скорости вращения часто превышают 10 000 об./мин. Для получения чистых поверхностей среза полезно закрепить с нижней стороны материала тонкую твердую пластину. Прорезать круглое отверстие до 60 мм. в диаметре можно круглой пилой. Оба инструмента допустимо использовать с ручной дрелью. Центр круглого отверстия обычно предварительно сверлится центровым сверлом для стабильности процесса прорезания круглого отверстия.

3.3 Нарезание резьбы.

Для всех видов пластиков при нарезании резьбы существует опасность разлома вследствие наличия надреза. Поэтому этот способ закрепления должен выбираться только тогда, когда никакая другая альтернатива невозможна.

Для нарезки внутренней и внешней резьбы для всех материалов подойдут стандартные метчик и плашка. Из-за чувствительности материалов к надрезу, резьбы должны быть не с острыми краями. Для акрилового стекла должны применяться совместимые эмульсии и масло дня смазки и охлаждения режущего инструмента при последующем привинчивании следует обращать внимание на то, чтобы винты не имели масляной пленки.

Отверстия должны быть незначительно больше, чем для стали. Во многих случаях полезно усилить внутреннюю резьбу с помощью резьбовой вставки из металла.

3.4 Фрезерование.

С помощью фрезерного оборудования можно обработать края распила, сделать закругления и создать криволинейные поверхности, а также снять кромку с формованной детали. Кроме того, фрезерованием можно удалить фланцы. При фрезеровании, в противоположность пилению, нет опасности выламывания нижнего края разреза, что уменьшает затраты на дополнительную обработку.

Для ПММА можно применять стандартные фрезерные станки по возможности с более высокой скоростью резания. В качестве инструментов обычно применяются многолезвийные цилиндрические фрезы, а также крупнозубые двухлезвийные или даже вэезные концевые фрезы, качественно удаляющие стружку.

В обычном случае при фрезеровании акриловое стекло не нужно охлаждать. При применении многолезвийного инструмента большого диаметра охлаждение полезно, а при применении цилиндрических фрез - необходимо. Можно применять совместимые с акриловым стеклом эмульсии или масло для смазки и охлаждения режущего инструмента.

3.5 Токарная обработка

Акриловое стекло можно обрабатывать на токарном станке подобно очень твердому дереву. Применяются также обыкновенные металлообрабатывающие токарные станки. Здесь скорости резания также очень высоки. Как ориентировочное значение действует следующее; скорость резания в десять раз выше, чем для стали. Для безупречного результата резания заточка резца имеет решающее значение. Особое внимание должно быть уделено переднему углу. Подобно тому, как при соблюдении условий сверления образуется непрерывная стружка, в процессе токарной обработки это также является определяющим фактором качества осуществляемого процесса. На это оказывают влияние скорость подачи, резания и заточка инструмента.

Токарные резцы с поверхностью из твердого сплава хорошо подходят для грубой черновой обработки; глубина резания должна быть не более 6 мм. Для последующей чистовой обработки обычно используются инструменты из быстрорежущей стали.

Резцы должны быть с радиусом вершины не менее 0,5 мм. При еще больших радиусах вершины, т.е. при круглозаточенных резцах, одновременно высокой скорости резания и незначительной подаче, а также минимальной глубине резания, обработанная начисто поверхность может без промежуточного процесса шлифования непосредственно подвергаться полировке. Для охлаждения в данном случае также может применяться совместимая с акриловым стеклом сверлильная эмульсия.

3.6 Шлифование.  

С помощью шлифования и последующей полировки можно из шершавых и матовых кромок разреза получить высокоглянцевую прозрачную поверхность. Шлифование может осуществляться как вручную стандартной шлифовальной бумагой и покрытым шлифовальным блоком, так и машинным способом. Для машинного шлифования подходит вращающийся тарельчатый шлифовальный круг, качающийся шлифовальный или ленточно-шлифовальный станки. Сильного и длительного надавливания при шлифовании следует избегать, т.к. возникающее от трения тепло вызывает напряжения и повреждения поверхности. Поэтому шлифование всегда должно осуществляться влажным способом. В зависимости от глубины следов обработки или царапин на поверхности заготовки соответствующим образом выбирается грануляция шлифовального средства: чем глубже след обработки, тем грубее грануляция. Шлифование всегда должно осуществляться в несколько этапов с все более тонкой грануляцией. Рекомендуется способ в три ступени:

При этом следует следить, чтобы при каждой стадии были полностью устранены следы предыдущей. Когда последний процесс шлифования устранит все следы предшествующего, можно приступать к полированию.

3.7 Полировка.

Полировка - последняя ступень обработки для получения высокоглянцевой прозрачной поверхности. Кромки разреза отполировать легко, но полирования больших поверхностей следует избегать, т.к. идеально выполнить эту операцию очень трудно, и чаще всего следы окончательной обработки остаются заметными. Обычно для полировки применяются мази и пасты. Непосредственно после обработки следы полировальных средств необходимо тщательно удалить, споласкивая водой.

Машинная полировка может осуществляться тремя методами:

4. Обработка давлением.

Помимо описанного в предшествующих главах метода обработки резанием с применением соответствующих инструментов, акриловому стеклу можно придавать сложные формы методом горячей формовки. Под горячей формовкой понимается ручное или машинное пластическое деформирование материала после того, как он с помощью внешнего нагревания доведен до эластично-пластичного состояния. Внутри определенных температурных границ акриловое стекло может находиться в различных состояниях:

При обработке давлением следует учитывать, что экструдированное и литое акриловые стекла в пределах определенных интервалов температур при деформации ведут себя по-разному. Причиной этого является различный молекулярный вес литого йэкструдированного материала.

В термоэластичной области термопласты находятся в резиноподобном состоянии и могут подвергаться горячей формовке. Общий процесс горячей формовки делится на три стадии: нагревание, обработка давлением, охлаждение. После обработки нужно устранять напряжения в материале с помощью томления.

4.1 Нагревание.

   На практике для нагревания заготовки используются два метода - инфракрасное излучение и воздушная конвекция. Во избежание изменений в материале или деформаций обрабатываемой детали следует осуществлять допустимое для материала нагревание быстро и равномерно.

4.1.1 Нагревание с помощью инфракрасного излучения.

Нагревание акрилового стекла таким способом имеет то преимущество, что за единицу времени передается большее количество тепла, и энергия проникает прямо внутрь материала. Вследствие этого гарантируется быстрое и равномерное нагревание. Время нагревания зависит от:

Для нагревания заготовок из акрилового стекла чаще всего используют конвекционную печь. Большие детали лучше нагревать в горизонтальной печи во избежание коробления, растягивания или выпадения из зажимов. Для предотвращения приклеивания материала можно использовать жестяную прокладку с покрытием из политетрафторэтилена. Для заготовок малых размеров предпочтительна вертикальная печь. В ней можно нагревать детали в висячем положении, вследствие чего обеспечивается равномерный прогрев и (помимо точек закрепления) отсутствие отпечатков. В этих печах небольшие детали также могут закрепляться на вдвижных решетках, покрытых тканью. Нагрев материала производится в горизонтальном положении.

При нагревании следует учитывать потерю тепла при перемещении заготовки от печи к прессу или вакуумному оборудованию. В связи с этим листы должны нагреваться при температуре чуть выше оптимальной температуры формования.

4.1.3 Другие способы нагревания.

Для изгибания обрабатываемой детали подходит локальное линейное нагревание. Предпочтительны такие нагревательные устройства, которые обеспечивают локальный линейный нагрев с обеих сторон листа, а не с одной. Для этой операции могут использоваться нагревательные стойки (скамьи), снабженные в качестве источников тепла нагревательными элементами - проволокой, нагревательными или кварцевыми стержнями. Следует избегать нагревания акрилового стекла контактным теплом, например, с помощью нагревательных пластин или ножа (при линейном нагревании). В этом случае не обеспечивается равномерное распределение тепла, и существует опасность нанесения ущерба качеству поверхности и ее прозрачности.

Также не нашли применения на практике такие способы, как высокочастотное нагревание, нагревание открытым пламенем и в горячих жидкостях. Устройства с применением направленного горячего воздуха применимы только для определенных задач - исправление поверхности обрабатываемой детали и изгибание труб.

4.2 Температуры обработки давлением.

Средние температуры формовки для экструдированного акрилового стекла зависят от нагревательного устройства, сорта материала и его толщины. С учетом этих факторов величины температур колеблются от 150° до 180° С. Литое акриловое стекло имеет температуру формовки примерно на 20° С выше экструдированного. При выборе температуры необходимо всегда учитывать соотношение преимуществ и недостатков различных интервалов температур. При низких температурах материал имеет относительно высокое напряжение при формовании и устойчивую тенденцию к возвращению к первоначальной форме. При этом может снижаться качество поверхности обрабатываемой детали. При высоких температурах, напротив, стремление вернуться к первоначальной форме невелико, но есть опасность повреждения поверхности.

4.3 Условия процесса обработки давлением.

Выбор условий таких, как скорость обработки, степень деформации (растяжения) и усилия деформации, зависит от внешней формы заготовки и качеств, которые должна иметь деталь после обработки давлением.

Скорость обработки связана с тем, с какой скоростью материал в термоэластичной области может быть растянут или вытянут. При слишком высокой скорости обработки существует опасность разрыва материала при превышении границы прочности. Кроме того, это может привести к неравномерности по толщине. С другой стороны, следует избегать слишком медленной обработки для предотвращения нежелательного охлаждения в течение рабочего цикла, разрыва материала и лишнего расхода энергии. Скорость обработки давлением зависит от характера материала, его толщины и применяемого метода. Степень деформации - величина, характеризующая изменение формы заготовки при горячей формовке. При обычных процессах формовки это изменение приводит к увеличению поверхности при соответствующем сокращении толщины материала. Степень деформации определяется как отношение средней толщины материала до и после формовки, или как увеличение площади поверхности. При обработке давлением следует обращать внимание на то, чтобы степень деформации по всей готовой детали по возможности была бы неизменной и, таким образом, соблюдалось бы равномерное распределение толщины.

Усилия деформации зависят от:

4.4 Методы обработки давлением.

Существует большое количество методов обработки давлением. Выбор метода зависит от:

Методы обработки давлением:

4.4.1 Пластическая деформация с преобладанием растягивающих усилий.

В этом методе обработки необходимые силы прикладываются с помощью давления штампа, газа, жидкости или с помощью вакуума. Обработка давлением жидкости используется исключительно редко. Характерно сокращение толщины материала при увеличении поверхности. Нагретое акриловое стекло подвергается формовке с применением оснастки или без нее. Материал у краев жестко закрепляется во избежание выскальзывания. Формовка осуществляется только в свободно лежащей, незакрепленной части листа. В зависимости от формы готовой детали этот фактор приводит к частичному сокращению толщины материала или по всей поверхности.

Механическая вытяжка с применением штампа годится только тогда, когда изготавливается суживающаяся деталь без ступенчатых элементов. При наличии ступенчатых элементов материал вытягивается только на внешних краях штампа и не принимает нужную форму. Пневматический метод (вакуум или сжатый воздух), напротив, подходит для сложных форм и для изготовления деталей с вырезами с тыльной стороны.

4.4.2 Пластическая деформация с преобладанием растягивающих и сжимающих усилий.

В этом разделе обобщаются различные способы глубокой вытяжки. При этом методе нагретая заготовка с помощью штампа или позитивного инструмента подвергается пластической деформации. В противоположность до сих пор описанным методам, лист акрилового стекла закрепляется не жестко, а в пружинящей зажимной рамке. Поэтому материал может в течение цикла формовки проскальзывать, что обеспечивает готовой детали равномерную толщину по всей поверхности.

4.5 Охлаждение.

Формованная деталь должна охлаждаться до стабильности формы в зафиксированном состоянии. Охлаждение до комнатной температуры должно осуществляться равномерно, чтобы напряжения охлаждения остались небольшими.

4.6 Выдержка.

В результате местного нагревания могут возникнуть внутренние напряжения, приводящие позднее при применении к трещинам вследствие внутренних напряжений. Эти внутренние напряжения значительно сокращаются с помощью тепловой обработки при 60-80° С. Время выдержки в зависимости от толщины стенок детали составляет 1-3 часа.

5. Соединение.

В этом процессе две или несколько заготовок (листы, блоки, стержни и трубы) могут соединяться друг с другом разными способами. Различают два вида соединений:

Неразъемными соединениями являются: склеивание, сварка и клепка. Разъемные соединения - зажимное и винтовое.

Какой способ соединения в каждом отдельном случае применять, зависит от существующих требований.

5.1 Склеивание.

Чаще всего применяется такой способ соединения, как склеивание. По причине физических и химических свойств акрилового стекла возникающие при склеивании этого материала с самим собой или с другими материалами соединения часто имеют очень высокую прочность. Одновременно с этим качеством соединения являются оптически привлекательными. Есть возможность с помощью бесшовного невидимого склеивания изготавливать строительные детали, произведенные из одной отливки. Качество склеивания главным образом определяется опытом работающего. Поэтому при применении новых способов склеивания желательно произвести несколько предварительных проб.

5.1.1 Клеевые системы.

 Для склеивания акрилового стекла с различными материалами разработаны специальные клеи. Они разделяются по механизмам реакции на две группы:

Химически схватывающие клеи коренным образом отличаются от физически схватывающих. Затвердевание клея осуществляется за счет химической реакции отверждения различных компонентов клея. Реакция отверждения начинается за счет смешивания компонентов, подведения тепла или с помощью контакта с добавленными активаторами, отвердителями или с 'влагой из воздуха. В таких типах клеев нет растворителя. Прочность соединения основывается на силах адгезии между клеем и акриловым стеклом. Так как реакционный клей заполняет соединение, он хорошо подходит для склеивания поверхностей.

Полимеризационные клеи базируются на полиметилметакрилате и метилметакрилате и выпускаются в одно- и многокомпонентном исполнении. Клеевые соединения в этом случае занимают большой объем, и несмотря на усадку в течение реакции отверждения всегда присутствует заполненный клеем клеевой шов.

Клеи на основе полимеризации отличаются высокой прочностью, прозрачностью и устойчивостью к метеорологическим условиям. Клеи на основе ступенчатой полимеризации базируются на мономере полиуретана. Этот двухкомпонентный клей, имеющий специальную формулу, свободен от растворителей и, вследствие этого, отличается высокой прозрачностью, легкостью смешивания и экологической чистотой. Он пригоден для склеивания акрилового стекла с другими материалами. Как и клей на основе полимеризации этот тип клея дает хорошую прочность клеевого шва при высокой устойчивости к атмосферным воздействиям.

Физически схватывающий клей с химической точки зрения уже готов для применения, он не нуждается в смешивании. Затвердевание клея осуществляется физически за счет испарения растворителя. Прочность клеевого соединения определяется в основном адгезией между клеем и акриловым стеклом, а также силами когезии внутри самого клея. Физически схватывающий клей, клей на основе растворителей или склеивающий лак имеет смысл использовать только при тонкой, плоской и короткой зоне склеивания. Склеиваемая поверхность должна гарантировать достаточное испарение растворителя.

Клеи на основе растворителей в основном состоят из растворителей, которые воздействуют на склеиваемые поверхности. После операции склеивания происходит улетучивание растворителей и осуществляется процесс диффузии. Таким способом происходит отверждение клеевого соединения. Прочность склеивания незначительна по сравнению с химически схватывающими клеями.

Склеивающие лаки можно определить как сгущенный клей на основе растворителей с добавлением полимеров. В данном случае испарение растворителей происходит медленнее, чем при применении клеев на основе растворителей, что дает возможность увеличить продолжительность обработки. Склеивающий лак следует применять только в тех случаях, когда не требуется высокая устойчивость к действию химических реагентов и атмосферных воздействий.

5.1.2 Реакция материалов на склеивание.

Литое, экструдированное акриловое стекло демонстрируют различное поведение при склеивании. Поэтому при выборе клея необходимо учитывать свойства имеющегося материала.

Для склеивания литого высокомолекулярного акрилового стекла преимущественно используется клей на основе полимеризации. В этом случае можно получить высокопрочные (до 75% собственной прочности акрилового стекла) и оптически безупречные соединения, пригодные также для применения на открытом воздухе. Растворители в чистом виде очень плохо растворяют поверхности литого акрилового стекла по причине его высокомолекулярности, поэтому применимы условно. В данном случае лучше подходит склеивающий лак, из которого растворитель испаряется медленнее, чем чистый растворитель. Таким образом, он дольше остается в клеевом соединении и удлиняется время растворения. Соединяемые детали из литого акрилового стекла имеют незначительную склонность к трещинообразованию вследствие внутреннего напряжения по причине почти полного отсутствия собственных напряжений, обусловленных процессом изготовления. В связи с этим томление соединяемых деталей (за исключением труб) перед склеиванием обычно не требуется.

Для склеивания экструдированного низкомолекулярного акрилового стекла можно применять клеи на основе полимеризации и на основе растворителей. При применении клеев на основе полимеризации деталь должна быть свободной от напряжений, чтобы исключить образование трещин вследствие естественных для этого материала внутренних напряжений, обусловленных процессом производства. В некоторых случаях перед склеиванием требуется томление при 60-80° С для сокращения собственных напряжений соединяемой детали, возникших в результате предварительных технологических операций пиления, фрезерования, полировки или глубокой вытяжки. Существуют специальные растворители и склеивающие лаки, при применении которых (из-за особой рецептуры) не требуется осуществлять процесс томления перед склеиванием. Эти клеи также можно применять на открытом воздухе.

Помимо определяемых молекулярным весом свойств акрилового стекла, существенных для склеивания, необходимо обращать внимание наследующее:

При применении клеев на основе чистых растворителей следует считаться с легкими нарушениями прозрачности и с увеличением хрупкости клеевого соединения. Чтобы избежать этих эффектов рекомендуется применять свободные от растворителей клеи ступенчатой полимеризации. Их вязко-эластичные свойства соответствуют аналогичным свойствам поликарбоната и позволяют избежать охрупчивания.

Для всех типов акрилового стекла рекомендуется зачищать поверхность перед операцией склеивания, чтобы увеличить прочность склеиваемой зоны. Эта предварительная обработка имеет особое значение для механически нагруженных деталей (производство емкостей и оборудования).

5.1.3 Операции склеивания.

Процесс склеивания состоит обычно из следующих рабочих операций:

5.1.4 Конструктивные меры.

В зависимости от нагрузки клеевые соединения могут разрушаться. Однако при применении соответствующих мер, а также, при достаточно большой поверхности склеивания они могут выдерживать очень большие нагрузки. Появления нагрузок на расслаивание или на разрыв следует по возможности избегать. Это можно осуществить с помощью простых конструктивных мер, которыми являются соединения на скос и элементы жесткости в области передачи сил между отдельными соединяемыми деталями.

5.1.5 Техника склеивания.

Используемая техника склеивания зависит от различных механизмов реакции существующих типов клеев. Клей на основе растворителей.

Склеиваемые края соединяемых деталей должны быть по возможности непродолжительными, тонкими и плоскими. В качестве предварительной операции их необходимо гладко отполировать или отфрезеровать. С помощью окончательного шлифования, обработки циклей или многократного протирания клеем можно дополнительно улучшить поверхность. В результате этих действий в будущем уменьшается вероятность появления пузырьков. После смачивания поверхности склеивания, фиксации соединяемых деталей и прохождения времени растворения (ок. 30 сек.) нужно приложить давление к поверхности склеивания не менее 100 г./см2.

Для нанесения клея существуют два метода:

1. Метод погружения.

Этот метод распространен в наибольшей степени. Одна из соединяемых деталей погружается поверхностью склеивания в клей. Время погружения следует выбрать таким, чтобы достичь размягчения поверхности. Во избежание нежелательного размягчения других краев их следует заранее оклеить. При этом необходимо использовать нерастворимую клейкую ленту из сложного полиэфира или целлюлозы. В качестве сосуда для погружения подходит плоская ванночка или простые плоские листы стекла, заранее смоченные клеем.

2. Капиллярный метод.

Перед смачиванием соединяемые детали соединяются в желаемом положении. Далее клей наносится тонкой канюлей (полыми трубочкой или иглой) вдоль всех краев поверхности склеивания. Вследствие капиллярного эффекта клей самостоятельно просачивается в клеевое соединение. Этот метод предоставляет большие возможности соединять большие детали по сравнению с методом погружения. Чтобы облегчить попадание клея в клеевое соединение, можно использовать проволоку диаметром 0,3 мм.

Клеящий лак.

Клеящий лак наносится тюбиком, шприцем или канюлей; можно использовать метод погружения. Капиллярный метод в данном случае не применим.

Наносимое количество должно быть таким, чтобы после соединения деталей по обе стороны клеевого соединения немного клея вышло наружу. Последующее соединение и приложение нагрузки осуществляются как в уже описанном методе погружения.

Клеи на основе растворителей и склеивающий лак малопригодны для склеивания значительных поверхностей.

Полимеризационный клей.

В отличие от клея на основе растворителей и склеивающего лака при склеивании данный тип клея наносится таким образом, чтобы поверх клеевого соединения образовался клеевой валик. Это требование обусловлено усадкой в момент отверждения. Клеевое соединение осуществляется таким образом, чтобы возможная коррозия и внешняя среда имели наименьшую поверхность контакта с клеем. Ширина клеевого шва выбирается между 0,2 - 0,5 мм. Фиксация зависит от метода склеивания:

В течение отверждения соединяемые детали не должны быть под нагрузкой. С помощью склеивания полиэфирной или самоклеящейся алюминиевой лентами можно избежать попадания клея на другие участки детали.

Клеи ступенчатой полимеризации.

Процесс склеивания при помощи материалов, полученных путем ступенчатой полимеризации, подобен склеиванию полимеризационными клеями. Поскольку клей ступенчатой полимеризации не содержит растворителей, существует необходимость 8 основательной очистке поверхностей перед склеиванием.

Клейкие ленты.

Клейкие ленты значительно ускоряют процесс и являются экономически выгодной альтернативой клеям. Клеящие ленты находят широкое применение преимущественно на закрытых участках или невидимых местах. При склеивании поверхностей расстояние между отдельными полосами клейкой ленты должно быть не более 300 мм. Очищенная от пыли, сухая и обезжиренная поверхность обеспечивает необходимую прочность склеивания.

5.1.6 Советы по технике безопасности при работе с клеями.

Клей и содержащийся в нем растворитель причисляют к так называемым "опасным рабочим материалам". При их применении существует значительная пожаро- и взрывоопасность, а также возможно нанесение ущерба здоровью человека при непосредственном контакте в процессе работы. Поэтому должны приниматься меры, обеспечивающие защиту людей, предприятия и окружающей среды. При работе с клеями всегда должны учитываться действующие инструкции по технике безопасности и охране труда. Следует руководствоваться "Положением об опасных веществах", а также неукоснительно следовать рекомендациям по безопасности, данным производителем.

Большинство клеев огнеопасны. Их пары при соединении с воздухом могут образовывать взрывоопасные смеси. Защитные меры:

Частый контакт с кожей и постоянное вдыхание паров растворителя могут вызвать аллергические реакции и нанести ущерб здоровью. Защитные меры:

Растворитель разрушает естественную жировую защиту кожи. Защитные меры:

Содержащиеся в клеях отвердители могут вести к химическим ожогам в случае непосредственного контакта со слизистой оболочкой глаза. Попавший в глаз клей отверждается с выделением тепла, которое может привести к поражению роговицы. Защитные меры:

Первая помощь: При попадании брызг клея в глаза следует их немедленно промыть проточной водой в течение 10-15 мин. Затем срочно обратиться к врачу.

5.1.7 Уничтожение отходов.

Отходы клея считаются специфическим мусором и не могут выбрасываться бесконтрольно. В соответствии с существующим земельным законодательством они должны отвозиться в разрешенное для сожжения или хранения мест или к специальному уничтожающему устройству. Во многих случаях упаковка может возвращаться производителю. Если жидкие продукты пролиты или произошла утечка, они должны быть собраны с помощью поглощающих материалов - песка, кизельгура и т.п., сложены в отдельных, соответствующим образом маркированных емкостях и, в соответствии с предписаниями, уничтожены.

5.2 Сварка.

Сварка пластмассовых деталей осуществляется в термопластичном состоянии материала, поэтому сваривать можно только те пластмассы, которые в этом состоянии обладают достаточно высокой жескостью. К таким материалам принадлежит большинство аморфных и частично-кристаллических термопластов, поскольку они имеют достаточно высокий молекулярный вес. К ним относятся в частности экструдированное акриловое стекло и поликарбонат. Литое акриловое стекло, напротив, условно пригодно для сварки при использовании специальных добавок, поскольку при нагревании термопластичное состояние достигается в недостаточной степени. Дополнительное повышение температуры приводит не к желаемому размягчению, а вызывает разрушение и образование пузырьков вследствие испарения метилметакрилата.

Для достижения наилучших результатов сварки следует ответственно подходить к выбору оптимальных температуры нагревания, давления и времени нагревания свариваемого материала. При длительном воздействии температуры сварки существует опасность термического повреждения. Необходимо принимать во внимание усадку термопластичных материалов при охлаждении, которая проявляется в значительно большей степени, чем у металлов. Во избежание остаточных после сварки напряжений при охлаждении следует не допускать ограничения усадки. Это значит, что принудительное охлаждение водой или воздушной струей недопустимо.

Правила для осуществления сварочных работ, не влекущих за собой нежелательных внутренних напряжений:

После сварочного процесса обязательно томление, в особенности для акрилового стекла.

5.2.1 Этапы сварочного процесса.

Принципиально процесс сварки можно разделить на следующие операции:

5.2.2 Методы сварки.

Нагревание свариваемых деталей может осуществляться с помощью теплопередачи, конвекции, излучения и за счет внешнего и внутреннего трения. Из этого вытекают многочисленные методы сварки. Для акрилового стекла представляют интерес методы сварки горячим газом, сварки с использованием нагревательного элемента, ультразвуковой и фрикционной сварки (ротационной, вибрационной и линейной).

Сварка горячим газом.

Сварка горячим газом производится вручную и поэтому требует большого опыта и сноровки. Передача тепла осуществляется нагретым газом, причем используется сухой и свободный от масел воздух. Устройства с газовым нагревом после появления электрических и электронно-регулируемых устройств потеряли всякое значение. В некоторых случаях применяют электрические устройства с встроенным вентилятором.

При веерной сварке горячим газом осуществляется ручная подача сварочного аппарата и сварочной проволоки. Скошенный конец сварочной проволоки держат у начала сварного соединения и вместе с основным материалом нагревают. Сопло при этом ведут веерообразными движениями в направлении шва, так что горячий воздушный поток достигает основного материала и сварочной проволоки. Осуществляя по возможности вертикальное давление, сварочную проволоку размещают в направлении сварного шва. При этом она нагревается только в нижней изогнутой части.

Следует обращать внимание на:

При оптимальной сварке перед сварочной проволокой образуется головная волна, а с двух сторон от ввариваемой проволоки - сварочная кромка.

Сварка горячим газом с протяжкой.

При сварке горячим газом с протяжкой (этот процесс также называется скоростной сваркой) основной материал и сварочная проволока перед соприкосновением предварительно подогреваются. При больших швах преимущественно применяются профильные стержни в зависимости от профиля шва (например, трехгранные стержни при V-образных швах). Сварочная проволока нагревается в мундштуке устройства и клювообразным устройством у нижнего края отверстия вдавливается в сварное соединение. С помощью движения сопла вперед сварочная проволока, как правило, автоматически подтягивается. В данном случае сварочную проволоку следует подталкивать вручную, чтобы избежать вытягивания вследствие трения в сопле. Скорость сварки примерно в 3-4 раза выше, чем при веерной сварке горячим газом. Давление, необходимое для сварки, можно прикладывать равномернее и с большей легкостью. Поэтому сварка горячим газом с протяжкой предпочтительнее веерной. В труднодоступных местах она все же не всегда применима.

Обе соединяемые детали нагреваются у поверхностей стыка с помощью нагревательного элемента и свариваются с применением силы. При всех способах сварки с применением нагревательного элемента распределение приложенных сил во времени примерно одинаково. Вначале прикладывается некоторое давление, затем поверхности стыка прижимаются к нагревательному элементу. При низком давлении разогрева обе детали в сварочной области нагреваются до размягчения. Следующая фаза служит для удаления нагревательного элемента. Чтобы изменение температуры по возможности было меньше, обе свариваемые детали быстро подводятся одна к другой, при этом применяется давление соединения до образования валика на месте сварного шва. В течение времени охлаждения давление соединения сохраняется неизменным. Сварка заканчивается тогда, когда заготовка достигает температуры окружающей среды.

Ультразвуковая сварка.

Соединяемые поверхности перемещаются раскачивающими движениями посредством ультразвука. При этом механические колебания ведут к внутреннему нагреванию и пограничному трению на соединяемой поверхности, вследствие чего вся деталь нагревается. Затем поверхности соединяются под давлением. Фрикционная сварка

При фрикционной сварке нагревание для размягчения деталей производится с помощью трения. а) Ротационная сварка

Необходимой предпосылкой для применения этого метода является осесиметричность хотя бы одной из двух соединяемых деталей, т.е. соединяемая поверхность должна быть круговой, конической или другой соответствующей формы. Осесимметричная соединяемая деталь приводится во вращательное движение, а вторая деталь в этот момент фиксируется. Когда находящаяся в режиме свободного хода соединяемая деталь по возможности высоким давлением прижимается к неподвижной детали, вследствие торможения возникает тепло трения, что создает возможность осуществить быстрое сварное соединение. Если образовавшийся на месте сварного шва валик будет подвергаться последующей обработке, следует учесть, что эта операция может привести к снижению прочности на разрыв.

Вибрационная и линейная сварка.

Вместо производимого при ротационной сварке непрерывного вращательного движения при вибрационной и линейной сварке необходимое нагревание производится за счет взаимно противоположного углового или линейного движения. При этой операции обе соединяемые детали одновременно прижимаются друг к другу. Вследствие этого возникает тепло, ведущее к размягчению, достаточному для создания сварного соединения. В конце процесса сварки соединяемые детали закрепляются в необходимом конечном положении.

5.3 Винтовое соединение.

Винтовое соединение, как способ разъемного соединения, широко применяется на сегодняшний день в обработке пластмассы. Для этой цели используются как винты из полимерных материалов, так и металлические. Выбор материала винта зависит от механических, химических и термических требований к соединению. В то время, как пластмассовые винты легки и звукоизолирующи (и во многих случаях в меньшей степени подвержены коррозии), металлические винтовые соединения могут выдерживать большие нагрузки. Кроме того, они не дают ослабления напряжения и переносят высокие продолжительные температуры. Решающее значение при применении металлических винтов имеет их незначительное тепловое расширение и сжатие. Это особенно важно для винтовых соединений, которые должны сохранять высокую прочность крепления. В противоположность этому, различное тепловое расширение акрилового стекла и поликарбоната снижает зажимающую силу при понижении температуры и соответственно повышает ее с увеличением температуры. Компенсировать это можно применением прокладок из совместимого материала - полиэтилена или политетрафторэтилена.

Конфигурация винта также зависит от конкретного применения. Помимо обыкновенных винтов с шестигранной головкой и гайкой, используются установочные штифты, резьбовые пробки, винты с шлицевой головкой и т.д. Саморежущие винты непригодны, поскольку в акриловом стекле или поликарбонате они делают разрез, не допускающий движения закрепляемого материала. Они все же могут применяться в случае, когда резьба делается в лежащей ниже конструкции (например из металла), и имеются достаточно большие сквозные отверстия в пластиковом листе. При сквозном привинчивании пластиков необходимо еще более, чем в случае применения металлов, уделять внимание освобождению от напряжений при установке. Правильно закрепив деталь, можно предотвратить повышение продольных и поперечных изгибных напряжений. Для этого винты не должны слишком сильно затягиваться, и силы в пластиковых деталях должны распределяться на большой площади. Принимать во внимание необходимо также относительно высокий коэффициент теплового расширения акрилового стекла и поликарбоната, а также возможность разбухания материала под воздействием высокой влажности. Установленные при температуре 10 С листы при низких температурах могут уменьшиться на величину до 2,5 мм./м. Для расширения вследствие повышенной температуры и влажности должен быть предусмотрен зазор, обеспечивающий свободное движение листа в месте крепления: 5 мм/м длины.