Il polimetilmetacrilato, il cui codice abbreviato nella produzione di PMMA per stampaggio a iniezione è comunemente noto come Plexiglas, presenta un’eccellente trasmissione luminosa: lascia passare oltre il 92% della luce solare e fino al 73.5% dei raggi ultravioletti.
Elevata resistenza meccanica, certa resistenza al calore e al freddo, resistenza alla corrosione, buone proprietà isolanti, stabilità dimensionale, facile da modellare, consistenza fragile, facile da sciogliere in solventi organici, la durezza superficiale non è sufficiente, facile da strofinare i capelli, può essere utilizzato per parti strutturali trasparenti che richiedono una certa resistenza, come tazze di olio, luci, parti di strumenti, lenti ottiche, regali decorativi e così via.
Tipi di materiali PMMA
Il plexiglass può essere suddiviso in quattro tipi in base al suo aspetto.
Il plexiglas incolore e trasparente è il materiale più comune e più utilizzato.
1. Plexiglass trasparente colorato: comunemente noto come lastra colorata. La trasmissione della luce è morbida e le scatole luminose e gli oggetti di artigianato realizzati con questo materiale fanno sentire le persone a proprio agio e generose.
2. Il plexiglas colorato si suddivide in tre tipi: colorato trasparente, colorato traslucido e colorato opaco. Il plexiglas magnetico non è brillante quanto quello perlescente, è fragile e si rompe facilmente; è adatto alla realizzazione di quadranti, scatole, apparecchiature medicali e materiali per modellare persone e animali.
Plexiglas trasparente: elevata trasparenza, adatto alla produzione mediante stampaggio a iniezione del PMMA di lampade e lanterne. I lampadari realizzati con questo materiale sono raffinati e cristallini.
Il plexiglass traslucido è simile al vetro smerigliato, con un riflesso morbido, e l’artigianato realizzato con esso fa sentire le persone a proprio agio e generose.
3. Plexiglass perlescente: si ottiene aggiungendo al plexiglass generale polvere perlescente o polvere fluorescente.
Questo tipo di Plexiglas presenta colore, lucentezza e finitura superficiale elevati; la forma esterna, pressata a caldo dallo stampo a iniezione, mantiene il motivo stampato anche dopo la levigatura e la lucidatura, creando un effetto artistico unico.
Può essere utilizzato per realizzare personaggi, modelli di animali, marchi, decorazioni e materiali promozionali ed espositivi.
4. Plexiglass goffrato: suddiviso in trasparente, traslucido, incolore, fragile, facile da rompere, utilizzato per porte e finestre interne e altre decorazioni, con le caratteristiche di forma trasparente ma non trasparente, solitamente utilizzato in pareti divisorie interne o in porte e finestre che separano gli interni.
Caratteristiche principali del materiale PMMA
Il polimetilmetacrilato, comunemente noto come plexiglas e abbreviato in PMMA, presenta i vantaggi dell’elevata trasparenza, del prezzo contenuto e della facilità di lavorazione ed è spesso utilizzato come alternativa al vetro.
Il plexiglass è un importante materiale termoplastico sviluppato in precedenza, dotato di trasparenza, stabilità e resistenza agli agenti atmosferici, facile da tingere, facile da lavorare, di bell’aspetto e con un’ampia gamma di applicazioni nel settore delle costruzioni.
Alta trasparenza
Il plexiglass è il miglior materiale polimerico trasparente, con un tasso di trasmissione della luce di 92%, superiore a quello del vetro.
La lampada della lampada solare chiamata piccolo sole artificiale è fatta di quarzo, perché il quarzo può trasmettere completamente la luce ultravioletta. Il vetro ordinario può trasmettere solo 0,6% di luce ultravioletta, ma il plexiglass può trasmettere 73%.
Elevata resistenza meccanica
La massa molecolare relativa del plexiglass è di circa 2 milioni, si tratta di un composto polimerico a catena lunga e la catena che forma la molecola è molto morbida, pertanto la forza del plexiglass è relativamente elevata e la resistenza allo stiramento e all’impatto è 7-18 volte superiore a quella del vetro ordinario.
Il plexiglas viene sottoposto a un trattamento di riscaldamento e stiramento, in cui i segmenti della catena molecolare si dispongono in modo molto ordinato, in modo da aumentare notevolmente la tenacità del materiale.
Con un chiodo in questo plexiglass, anche se il chiodo è penetrato, il plexiglass non produce crepe. Questo tipo di plexiglass non si rompe in pezzi nemmeno dopo essere stato trapassato da un proiettile.
Pertanto, il trattamento di stiramento del plexiglas può essere utilizzato come vetro antiproiettile, ma anche come copertura della cabina di pilotaggio degli aerei militari.
Peso ridotto
La densità del plexiglass è di 1,18 g/cm3; a parità di dimensioni del materiale, il suo peso è solo la metà del vetro ordinario, l’alluminio metallico (un metallo leggero) 43%.
Facile da elaborare
Il Plexiglas può essere tagliato al tornio, forato con un trapano e incollato con acetone, cloroformio e altri solventi per realizzare apparecchi di varie forme; inoltre, mediante soffiaggio, iniezione, estrusione e altri metodi di produzione mediante stampaggio della plastica, può essere trasformato in prodotti variopinti, da grandi coperture per abitacoli di aeromobili a piccole protesi dentarie e apparecchi ortodontici.
Proprietà fisiche dei materiali PMMA
Il polimetilmetacrilato ha buone proprietà meccaniche complessive ed è all’avanguardia tra le materie plastiche per uso generale. Le resistenze alla trazione, alla flessione e alla compressione sono superiori a quelle delle poliolefine, ma anche a quelle del polistirene e del cloruro di polivinile, ecc. La resistenza agli urti è più scarsa, ma anche leggermente migliore di quella del polistirene.
Le proprietà meccaniche, come la trazione, la flessione e la compressione, sono più elevate per le lastre di polimetilmetacrilato polimerizzato colato (ad esempio, le lastre di plexiglass per l’aviazione), che possono raggiungere il livello dei tecnopolimeri come la poliammide e il policarbonato.
In generale, la resistenza alla trazione del polimetilmetacrilato può raggiungere il livello di 50-77MPa, la resistenza alla flessione può raggiungere i 90-130MPa, il limite superiore di questi dati prestazionali ha raggiunto o addirittura superato alcuni tecnopolimeri.
L’allungamento a rottura è di soli 2%-3%, per cui le sue proprietà meccaniche sono fondamentalmente di plastica dura e fragile, con sensibilità all’intaglio, facile da incrinare sotto sforzo, ma la frattura non è così netta e irregolare come quella del polistirene e del vetro inorganico ordinario.
40℃ è una temperatura di transizione secondaria, che equivale alla temperatura alla quale il gruppo metilico laterale inizia a muoversi; oltre i 40℃, la tenacità e la duttilità del materiale migliorano. La durezza superficiale del polimetilmetacrilato è bassa e si graffia facilmente.
La resistenza del polimetilmetacrilato è correlata al tempo di azione della tensione e diminuisce con l’aumentare del tempo di azione. Le proprietà meccaniche del polimetilmetacrilato (plexiglass orientato) dopo l’orientamento a trazione sono notevolmente migliorate, così come la sensibilità all’intaglio.
La resistenza al calore del polimetilmetacrilato non è elevata e, sebbene la sua temperatura di transizione vetrosa raggiunga i 104°C, la temperatura massima di utilizzo continuo varia tra i 65°C e i 95°C con diverse condizioni di lavoro, la temperatura di deformazione termica è di circa 96°C (1,18 MPa) e il punto di rammollimento Vicat è di circa 113°C.
La resistenza al calore può essere migliorata mediante copolimerizzazione del monomero con metacrilato di acrilato o bis-estere di glicole.
Anche la resistenza al freddo del polimetilmetacrilato è scarsa, con una temperatura di infragilimento di circa 9,2°C.
La stabilità termica del polimetilmetacrilato è media, migliore di quella del cloruro di polivinile e della poliformaldeide, ma inferiore a quella della poliolefina e del polistirene; la temperatura di decomposizione termica è leggermente superiore a 270 ℃, la sua temperatura di scorrimento è di circa 160 ℃, per cui esiste ancora un’ampia gamma di temperature di lavorazione della fusione.
La conduttività termica e la capacità termica specifica del polimetilmetacrilato sono medie nella plastica, rispettivamente 0,19W/CM.K e 1464J/Kg.K.
Proprietà chimiche dei materiali PMMA
Resistenza ai reagenti chimici e ai solventi
Il PMMA è resistente agli acidi inorganici diluiti, ma gli acidi inorganici concentrati possono causarne l’erosione, resistente agli alcali, ma l’idrossido di sodio e l’idrossido di potassio caldi possono causarne la lisciviazione, resistente ai sali e ai grassi, resistente agli idrocarburi alifatici, insolubile in acqua, metanolo, glicerolo, ecc. ma può assorbire il rigonfiamento dell’alcool e produrre cricche da stress, non resistente a chetoni, idrocarburi clorurati e idrocarburi aromatici.
Il suo parametro di solubilità è di circa 18,8(J/CM3)1/2 e può essere disciolto in molti idrocarburi clorurati e aromatici, come dicloroetano, tricloroetilene, cloroformio, toluene, ecc. Anche l’acetato di vinile e l’acetone possono scioglierlo.
Il polimetilmetacrilato ha una buona resistenza a gas come l’ozono e il biossido di zolfo.
Resistenza agli agenti atmosferici
Il polimetilmetacrilato ha un’eccellente resistenza all’invecchiamento atmosferico. I suoi campioni sono stati sottoposti a test di invecchiamento naturale per 4 anni, con variazione di peso, leggera diminuzione della resistenza alla trazione e della trasmissione della luce, leggero ingiallimento del colore, diminuzione più evidente della resistenza alle strisce d’argento e leggero aumento della resistenza agli urti, e quasi nessuna variazione delle altre proprietà fisiche.
Infiammabilità
Il polimetilmetacrilato è molto facile da bruciare e l’indice di ossigeno finale è solo 17,3.
Processo di stampaggio a iniezione del PMMA
Trattamento della plastica
Il PMMA presenta un certo assorbimento d’acqua, con un tasso che raggiunge lo 0,3-0,4%; per lo stampaggio a iniezione deve essere inferiore allo 0,1%, generalmente allo 0,04%.
La presenza di acqua fa apparire sulla massa fusa bolle, linee d’aria, riduzione della trasparenza, ecc. Quindi deve essere asciugato.
La temperatura di essiccazione è di 80-90°C e il tempo di essiccazione è di 3 ore o più.
Il materiale riciclato può essere utilizzato 100% in alcuni casi, la quantità effettiva dipende dai requisiti di qualità, di solito può essere superiore a 30%, il materiale riciclato deve evitare l’inquinamento altrimenti influisce sulla trasparenza e sulla natura del prodotto finito.
Selezione della macchina per lo stampaggio a iniezione
Il PMMA non impone requisiti particolari alla pressa a iniezione. A causa dell’elevata viscosità del fuso, sono tuttavia necessarie scanalature della vite più profonde e fori dell’ugello di diametro maggiore.
Se il prodotto richiede elevata resistenza, si deve utilizzare una vite con rapporto d’aspetto maggiore per la plastificazione a bassa temperatura. Inoltre, lo stampaggio a iniezione del PMMA deve usare una tramoggia essiccante per conservare il materiale.
Progettazione di stampi e cancelli
La temperatura dello stampo può essere di 60℃-80℃, il diametro del canale di flusso principale deve corrispondere alla conicità interna, l’angolo migliore è di 5°-7°.
Se si desidera iniettare prodotti di 4 mm o più, l’angolo dovrebbe essere di 7°, il diametro del canale di flusso principale dovrebbe essere di 8-10 mm, la lunghezza complessiva della porta non dovrebbe superare i 50 mm, per i prodotti con spessore della parete inferiore a 4 mm, il diametro del canale di flusso dovrebbe essere di 6-8 mm.
Per i prodotti con spessore della parete superiore a 4 mm, il diametro della guida deve essere di 8-12 mm. Per le porte a forma di bordo, di ventaglio e di pendente, la profondità dovrebbe essere di 0,7-0,9t (t è lo spessore della parete del prodotto) e il diametro delle porte a forma di ago dovrebbe essere di 0,8-2 mm; per i prodotti a bassa viscosità si dovrebbe utilizzare una dimensione inferiore.
I fori di sfiato comuni sono profondi da 0,05 a 0,07 mm e larghi 6 mm. La pendenza di sformatura è compresa tra 30′-1° e 35′-1°30°.
Temperatura di fusione
Può essere misurato con il metodo dell’iniezione d’aria: da 210℃ a 270℃, a seconda delle informazioni fornite dal fornitore.
Temperatura di iniezione
Disponibile per l’iniezione rapida, ma per evitare elevate sollecitazioni interne, si consiglia di utilizzare l’iniezione in più fasi, ad esempio lenta-veloce-lenta, ecc. Quando si iniettano pezzi spessi, si utilizza una velocità lenta.
Tempo di conservazione
Se la temperatura è di 260℃, il tempo di ritenzione non deve superare i 10 minuti al massimo; se la temperatura è di 270℃, il tempo di ritenzione non deve superare gli 8 minuti.
Quali sono le condizioni di processo per lo stampaggio a iniezione del PMMA?
Prestazioni del processo di stampaggio del PMMA
1. Il PMMA contiene metile laterale polare, c’è un assorbimento di umidità più evidente, il tasso di assorbimento dell’umidità è generalmente 0,3%- 0,4%, quindi lo stampaggio deve essere asciugato prima, condizioni di asciugatura per 80 ~ 85 ℃, 4 ~ 5h.
2. La viscosità della fusione del PMMA è elevata, la velocità di raffreddamento è più rapida, le parti in plastica sono facili da produrre stress interno, dopo lo stampaggio deve essere post-trattato.
3. Il PMMA è un materiale amorfo; il tasso di ritiro dello stampaggio a iniezione e il relativo intervallo di variazione sono ridotti, generalmente 0.5%-0.8%, perciò la precisione del prodotto è elevata.
4. A causa della scarsa fluidità della massa fusa di PMMA, per facilitare il riempimento della massa fusa è necessario utilizzare porte di grandi dimensioni.
5. Il PMMA fuso ha evidenti caratteristiche di fluido non newtoniano, la viscosità del fuso aumenta con la velocità di taglio e diminuisce significativamente, la viscosità del fuso è sensibile alle variazioni di temperatura.
6. Per ridurre la viscosità della massa fusa di PMMA, è possibile aumentare la pressione di stampaggio e la temperatura del materiale per ottenere una migliore fluidità.
7. Il PMMA presenta un ampio intervallo di temperature di lavorazione per lo stampaggio a iniezione: la temperatura di inizio flusso è 160 ℃ e quella di decomposizione 270 ℃.
8. Per facilitare il flusso della massa fusa di PMMA, la sezione trasversale della porta dello stampo deve essere corta e spessa, evitando di utilizzare una porta di sezione larga e sottile.
Le principali condizioni di stampaggio a iniezione del PMMA
Temperatura del barile
La stabilità termica del PMMA nello stampaggio a iniezione è media e la temperatura di decomposizione termica è leggermente superiore a 270 °C. In genere, nelle presse a iniezione a vite la temperatura del cilindro è controllata tra 180 e 230 °C, mentre nelle presse a pistone è circa 20 °C più alta. La temperatura dell’ugello è circa 20 °C inferiore a quella del cilindro.
Temperatura dello stampo
Poiché il fuso di PMMA si raffredda rapidamente, nei pezzi in plastica si generano facilmente tensioni interne; pertanto, il controllo della temperatura dello stampo a iniezione è rigoroso e in genere viene mantenuta a 40~80℃.
Pressione di iniezione
Poiché il fuso di PMMA presenta elevata viscosità e scarsa fluidità, la pressione di stampaggio a iniezione deve essere alta; la pressione di iniezione viene generalmente mantenuta a 80-120MPa e quella di mantenimento a 40-60MPa.
Processo e precauzioni per lo stampaggio a iniezione di plastica PMMA
Essiccazione della plastica PMMA
Il PMMA presenta un certo assorbimento d’acqua, che raggiunge lo 0.3-0.4%; per lo stampaggio a iniezione del PMMA l’umidità deve essere inferiore allo 0.1%, generalmente pari allo 0.04%.
La presenza di acqua fa apparire bolle, linee d’aria, diminuzione della trasparenza, ecc. È quindi necessario essiccare il prodotto. La temperatura di essiccazione è di 80-90°C e il tempo di essiccazione è di 3 ore o più.
Il materiale riciclato può essere utilizzato 100% in alcuni casi, la quantità effettiva dipende dai requisiti di qualità, di solito può essere superiore a 30%, il materiale riciclato per evitare l’inquinamento altrimenti influenzerà la trasparenza e la natura del prodotto finito.
Selezione della macchina per lo stampaggio a iniezione di plastica PMMA
Il PMMA non impone requisiti particolari alla pressa a iniezione. A causa dell’elevata viscosità del fuso, richiede scanalature della vite più profonde e fori dell’ugello di iniezione di diametro maggiore.
Se i requisiti di resistenza del prodotto sono elevati, è necessario utilizzare una vite con rapporto lunghezza/diametro maggiore per attuare la plastificazione a bassa temperatura. Inoltre, nello stampaggio a iniezione del PMMA è necessario utilizzare una tramoggia essiccante per conservare il materiale.
Progettazione di stampi e cancelli
La temperatura degli stampi a iniezione può essere di 60℃-80℃; il diametro del canale di colata principale deve corrispondere alla conicità interna e l’angolo ottimale è compreso tra 5° e 7°. Per iniettare prodotti di almeno 4mm, l’angolo deve essere di 7°.
Il diametro del canale principale deve essere compreso tra 8 e 10 mm e la lunghezza complessiva del punto di iniezione non deve superare 50 mm. Per prodotti in plastica stampata con spessore delle pareti inferiore a 4 mm, il diametro del canale deve essere di 6–8 mm.
Il diametro della guida dovrebbe essere di 8-12 mm. La profondità del bordo, del ventaglio e del cancello pendente dovrebbe essere compresa tra 0,7 e 0,9t (t è lo spessore della parete del prodotto), mentre il diametro del cancello a forma di ago dovrebbe essere compreso tra 0,8 e 2 mm; per le basse viscosità si dovrebbe scegliere una dimensione inferiore.
I fori di sfiato comuni sono profondi 0,05 e larghi 6 mm, con una pendenza di rilascio di 30′-1° parte della cavità compresa tra 35′-1°30°.
Temperatura di fusione della plastica PMMA
Può essere misurata con il metodo dell’iniezione in aria: da 210℃ a 270℃, in base alle informazioni fornite dal produttore. Arretrare il gruppo di iniezione in modo che l’ugello della pressa a iniezione si allontani dalla boccola del canale principale, quindi plastificare e iniettare manualmente; questa è l’iniezione in aria.
Velocità e tempo di permanenza dell’iniezione di plastica PMMA
Adatto alla produzione con stampaggio a iniezione rapido; tuttavia, per evitare un elevato livello di tensioni interne, è consigliabile adottare un’iniezione multistadio, per esempio lenta-rapida-lenta, e una velocità ridotta quando si stampano componenti spessi.
Nota: se la temperatura è di 260℃, il tempo di ritenzione non deve superare i 10 minuti al massimo; se la temperatura è di 270℃, il tempo di ritenzione non deve superare gli 8 minuti.
Vantaggi e svantaggi del materiale PMMA
L’acrilico, noto anche come PMMA o vantaggi del plexiglas, è il miglior nuovo materiale per la produzione di sanitari dopo la ceramica, rispetto ai tradizionali materiali ceramici, l’acrilico, oltre all’impareggiabile alta luminosità, presenta i seguenti vantaggi.
I vantaggi del materiale PMMA
1. Estetica del plexiglass: effetto specchio, squisita fattura, assenza di grinze e di cuciture;
2. L’effetto visivo del plexiglass: vari colori, forte impatto visivo.
3. Trasmissione della luce del plexiglass: il tasso di trasmissione della luce può raggiungere 96%, eccellente tasso di trasmissione della luce, luce morbida.
4. Resistenza agli urti del plexiglass: più di 200 volte rispetto ai normali prodotti in vetro, quasi nessun rischio di rottura;
5. La durata del plexiglass: il prodotto ha un’ottima protezione per la sorgente luminosa incorporata, prolungando la vita dei prodotti della sorgente luminosa;
6. Resistenza agli agenti atmosferici del plexiglass: Può mantenere il colore per lungo tempo e la buona qualità della lastra può essere utilizzata per 6-13 anni;
7. Il plexiglass è resistente alla fiamma: non si brucia spontaneamente ed è autoestinguente;
8. Risparmio energetico del plexiglass: ottima trasmissione della luce, riduzione relativa della sorgente luminosa, risparmio di elettricità, riduzione dei costi di utilizzo;
9. Ragionevolezza del plexiglass: design ragionevole e impermeabile e resistente all’umidità, struttura aperta, facile da pulire e mantenere, ecc.
Gli svantaggi del materiale PMMA
A causa della difficoltà di produzione dell’acrilico e del suo costo elevato, esistono sul mercato molti sostituti di bassa qualità e a basso costo.
Questi sostituti sono noti anche come “acrilici”, infatti, è il normale pannello organico o composito noto anche come pannello sandwich.
La tavola organica ordinaria con il materiale organico ordinario di vetro fessurato più la colata di pigmento e diventa, la durezza della superficie è bassa, facile da sbiadire, con una levigatura fine l’effetto di lucidatura è scarso.
I pannelli compositi hanno solo uno strato molto sottile di superficie acrilica, il centro è in plastica ABS, l’uso di espansione e contrazione termica è facile alla delaminazione.
Vero o falso acrilico, può essere identificato dalla sezione trasversale della lastra della sottile differenza di colore e dell’effetto di lucidatura.
Campi di applicazione del materiale PMMA
Il plexiglass è ampiamente utilizzato, non solo nel commercio, nell’industria leggera, nell’edilizia, nell’industria chimica e così via. Nella produzione di plexiglass, nella decorazione pubblicitaria, il modello a sabbia è molto utilizzato, come ad esempio: insegne, cartelloni pubblicitari, pannelli luminosi e pannelli di lettere cinesi e inglesi.
La selezione dei materiali dipende dal progetto di modellazione, dal tipo di modellazione, dal tipo di plexiglass, dal colore, dalla varietà, e deve essere ripetutamente testata per ottenere l’effetto migliore. Con un buon progetto di modellazione, ma anche con un’accurata lavorazione e produzione, al fine di diventare un bel mestiere.
1. Applicazioni architettoniche: finestre, porte e finestre insonorizzate, coperture per luci, cabine telefoniche, ecc.
2. Applicazione pubblicitaria: light box, cartello, segnaletica, espositore, ecc.
3. Applicazioni nel settore dei trasporti: treni, automobili e altre porte e finestre di veicoli, ecc.
4. Applicazioni mediche: incubatrici per bambini, vari strumenti medico chirurgici Prodotti civili: servizi igienici, artigianato, cosmetici, staffe, acquari, ecc.
5. Applicazioni industriali: piastre e coperture per strumenti, ecc.
6. Applicazioni per l’illuminazione: lampade fluorescenti, lampadari, paralumi per lampioni, ecc.
7. Applicazioni domestiche: piatti per la frutta, scatole per i fazzoletti di carta, dipinti artistici in acrilico e altri prodotti di uso quotidiano per la casa.
Sintesi
Questo articolo presenta i tipi di tecnopolimero PMMA, le loro proprietà e il processo di stampaggio a iniezione personalizzato, la scelta delle attrezzature, la modellazione del prodotto e le considerazioni sulla progettazione dello stampo nella produzione reale, oltre alle soluzioni ai difetti comuni.
Nella scelta effettiva del PMMA e nella produzione di prodotti stampati a iniezione, si consiglia di affidarsi a un produttore esperto di stampi a iniezione e a un fornitore di prodotti stampati a iniezione, che possano raccomandare un PMMA idoneo in base all’uso, ai requisiti funzionali, all’aspetto e ad altri fattori, garantendo la corretta realizzazione del progetto.
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