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聚甲基丙烯酸甲酯的结构?有机玻璃(亚克力)的性能
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2025-1-15 10:01:21
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(1)结构
聚甲基丙烯酸甲酯的分子结构式如下: CH2=CHCOOCH3
PMMA大分子链上的甲基和甲酯基破坏了分子链的空间规整性,使其呈无定形态,难以结晶。大分子链上不对称取代基妨碍了大分子的内旋转,因而分子链具有一定的刚性,其Tg比PE高得多。PMMA大分子结构中没有叔氢原子,具有较好的耐候性,即耐老化性能。如果采用配位聚合也可以得到全同立构或间同立构的聚甲基丙烯酸甲酯。
(2)性能
PMMA无毒无味,密度在1.15~1.19g/m3,是玻璃(2.40~2.80g/m3)的一半,同样大小的材料,其重量只有普通玻璃的一半,金属铝的43%。
①光学性能。PMMA是高度透明的无定形热塑性塑料,具有十分优异的光学性能,透光率可达90%~92%,比玻璃的透光度高,折射率为1.49,雾度不大于2%,可透过大部分紫外线和红外线。石英能完全透过紫外线,但价格高昂,普通玻璃只能透过0.6%的紫外线,但PMMA却能透过73%。在照射紫外光的状况下,与聚碳酸酯相比,PMMA具有更佳的稳定性。PMMA允许小于2800nm波长的红外线通过。
②力学性能。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,如聚苯乙烯、聚氯乙烯等。冲击韧性较差,但也略优于聚苯乙烯。浇铸的本体聚合PMMA板材(如航空用有机玻璃板材)拉伸、弯曲、压缩等力学性能更好一些,可以达到聚酰胺、聚碳酸酯等工程塑料的水平。一般而言,PMMA的拉伸强度可达到50~77 MPa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。其断裂伸长率仅为2%~3%,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PMMA的二级转变温度,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。PMMA表面硬度低,易于划伤,耐磨性较差,抗银纹能力较差。
③热学性能。PMMA的耐热温度不高,它的Tg虽然达到约104 ℃,但最高连续使用温度却随工作条件的不同而不同,只在65~95 ℃改变,热变形温度约为96 ℃(1.18 MPa),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 ℃,故有较宽的熔融加工温度范围。PMMA的氧指数为17.3,属于易燃塑料,点燃离火后不能自熄,火焰呈浅蓝色,燃烧时伴有腐烂水果、蔬菜的气味。
④电学性能。PMMA由于主链侧位含有极性的甲酯基,电性能不如聚烯烃和聚苯乙烯等非极性塑料。由于甲酯基的极性不太大,故PMMA仍具有良好的介电和电绝缘性能,主要用作高频率绝缘材料。PMMA和丙烯酸类塑料,都具有优异的抗电弧性,在电弧作用下,表面不会产生碳化的导电通路和电弧径迹现象。
⑤环境性能。PMMA的耐候性好,长期在户外使用,性能下降很小,并且对臭氧和二氧化硫等气体具有良好的抵抗能力。PMMA可耐较稀的无机酸,但浓的无机酸可使它侵蚀,可耐碱类,但温热的氢氧化钠、氢氧化钾可侵蚀它,可耐盐类和油脂类,耐脂肪烃类,不溶于水、甲醇、甘油等,但可吸收醇类溶胀,并产生应力开裂,不耐酮类、氯代烃和芳烃。在许多氯代烃和芳烃中可以溶解,如二氯乙烷、三氯乙烯、氯仿、甲苯等,乙酸乙烯和丙酮也可以使它溶解。
⑥加工性能。PMMA含有极性侧甲基,具有较明显的吸湿性,吸水率一般在0.3%~0.4%,成型前必须干燥,干燥条件是80~85 ℃下干燥4~5h。PMMA在成型加工的温度范围内具有较明显的非牛顿流体特性,熔融黏度随剪切速率增大会明显下降,熔体黏度对温度的变化很敏感。因此,对于PMMA的成型加工,提高成型压力和温度都可明显降低熔体黏度,取得较好的流动性。PMMA开始流动的温度约160 ℃,开始分解的温度高于270℃,具有较宽的加工温度区间。PMMA熔体黏度较高,冷却速率又较快,制品容易产生内应力,因此成型时对工艺条件控制要求严格,制品成型后也需要进行后处理。PMMA是无定形聚合物,收缩率及其变化范围都较小,一般在0.5%~0.8%,有利于成型出尺寸精度较高的塑件。PMMA切削性能甚好,其型材可很容易地机加工为各种要求的尺寸。
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