بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA، الأكريليك)

بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA، الأكريليك)

أبرز النقاط

• PMMA هو أصفى لدائن حرارية شائعة — نفاذية ضوء نحو 92%، ومقاومة للعوامل الجوية أفضل من البولي كربونات، لكن مقاومته للصدمات أقل بكثير.
• تختلف درجات الصب والبثق والقولبة في الوزن الجزيئي والإجهاد المتبقي، ولذلك تختلف في الوسم بالليزر والقطع واللصق.
• ليزر CO2 يُكسب السطح مظهراً مصقولاً معتماً ويحفر ويصقل الحواف باللهب؛ أما ليزر الألياف فيحتاج إلى إضافة أو صبغة في الدرجات الشفافة.
• التشقق بالمذيبات هو العيب الذي ينبغي التصميم لتفاديه. نفّذوا التخمير قبل أن يلامس أي مذيب أو إسمنت القطعة، ثم تحققوا باستخدام مذيب مرجعي.

بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA، الأكريليك)

بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA)، ويُباع باسم الأكريليك وتحت أسماء تجارية مثل Plexiglas وLucite، لدن حراري غير متبلور صافٍ كالماء يُنتج بالبلمرة الجذرية الحرة لميثيل ميثاكريلات، ويجمع بين نفاذية ضوء تبلغ نحو 92% ومقاومة ممتازة للعوامل الجوية وصلادة سطح عالية ومقاومة منخفضة للصدمات. ويُستخدم في العدسات وموجهات الضوء ومصابيح السيارات واللافتات وشاشات العرض والأغلفة الطبية حيث يجب أن تصمد الشفافية أمام ضوء الشمس.

تصل ثلاثة أشكال إلى خط المعالجة الثانوية وتتصرف بشكل مختلف. اللوح المصبوب، المبلمر بين لوحين زجاجيين إلى أكثر من 1,000,000 g/mol، يتميز بأفضل مقاومة للتشقق الشعري وأنظف استجابة لليزر. واللوح المبثوق، بنحو 100,000–150,000 g/mol، أقل كلفة وأدق في تفاوت السماكة لكنه يحمل إجهاد اتجاه ناتجاً عن القالب. أما درجات القولبة (MFR 2–25 g/10 min) فتملأ العدسات والأغلفة؛ وتضيف الدرجات المعدَّلة للصدمات جسيمات مطاط من نوع لب-قشرة ترفع مقاومة الصدمة المشقوقة بمقدار ثلاثة إلى خمسة أضعاف على حساب بعض الشفافية.

الخصائص التي تحكم المعالجة

الوسم والقطع بالليزر

يمتص PMMA إشعاع 10.6 µm بقوة ويتحلل بالبلمرة العكسية بدلاً من أن يتفحّم: فعند نحو 300°C تتفكك السلسلة إلى بخار المونومر، ولذلك يقوم ليزر CO2 بـالحفر دون بقايا كربونية تقريباً. يعطي اللوح المصبوب مظهراً أبيض لامعاً معتماً؛ أما المادة المبثوقة والمقولبة فتعيد الانصهار ويكون وسمها أصفى وأقل تبايناً. استخرجوا البخار؛ فـ MMA قابل للاشتعال.

تنقل الدرجات الشفافة 1064 nm بالكامل تقريباً، لذلك يحتاج ليزر الألياف إلى إضافة وسم بالليزر (عادةً 0.1–1% من صبغة ميكا أو أكسيد القصدير) أو إلى درجة ملوّنة أو محشوة. وتوسم مصادر UV (355 nm) الدرجات المثبَّتة والملوّنة بدقة وحرارة قليلة، لكنها تنفذ في معظمها عبر المادة الشفافة غير المثبَّتة، فأجروا تجربة أولاً. ويقارن مخطط الوسم بالليزر بين هذه المسارات.

يتبع القطع الكيمياء نفسها: يترك شعاع CO2 حافة لامعة مصقولة باللهب على اللوح المصبوب وحافة ببروز انصهار طفيف على المبثوق. وتحمل الحافتان إجهاد شد متبقياً، ولصق حافة مقطوعة بالليزر غير مخمَّرة هو أكثر مصادر التشقق شيوعاً في تصنيع الأكريليك (انظروا القطع بالليزر مقابل النقش). وقد تتشقق القطعة المجهَدة حول الوسم أيضاً؛ لذا نفّذوا التخمير أولاً واستخدموا إشعاعاً أقل.

اللصق والطباعة والطلاء

عند 38–41 dyne/cm يبلل PMMA معظم الأحبار والمواد اللاصقة والطلاءات، لذا نادراً ما تكون طاقة السطح عاملاً محدِّداً؛ وتُحجز معالجة الكورونا أو البلازما للأحبار المائية وبعض طبقات الأساس لطلاء الصلادة. أما الحد الفعلي فهو التشقق بالإجهاد البيئي: فالكحولات والكيتونات والإسترات والمركبات العطرية ومنظفات الزجاج المعتمدة على الأمونيا والملدِّنات المهاجرة كلها تُحدث تشققاً في الأكريليك المجهَد. والإجهاد الحرج في الإيثانول نحو 5–10 MPa مقابل 35 MPa في الهواء، وهو مستوى تحمله القطعة غير المخمَّرة بصورة معتادة.

التسلسل الناجح هو: التخمير، ثم التنظيف بالمنظف والماء أو النفتا، ثم اللصق. والأنظمة المتوافقة: إسمنتات المذيبات (كلوريد الميثيلين للوصلات الرقيقة، وإسمنتات MMA ثنائية المكونات لملء الفجوات)، والأكريليك المعالج بـ UV للتجميعات البصرية، والإيبوكسي أو البولي يوريثان للركائز المختلفة. أما السيانو أكريلات فتُحدث تبيضاً وتشققاً. وتقبل الطباعة الحريرية والطباعة بالبطانة والطباعة النفاثة أحبار المذيبات وأحبار المعالجة بـ UV مباشرة؛ والتشقق تحت الطباعة سببه الإجهاد لا الالتصاق.

يكتسب اللوح غير المطلي عتامة بنسبة 20–30% خلال 100 دورة Taber (ASTM D1044)، لذا تُطلى العدسات والزجاج بطبقة صلادة من السيلوكسان أو الأكريليك-يوريثان المعالج بـ UV بسماكة 3–10 µm تُبقي العتامة دون 2–5%. وتحتاج الطلاءات المعالجة حرارياً إلى قطع مجففة مسبقاً وجدول معالجة دون HDT؛ انظروا طلاءات الصلادة للبولي كربونات والأكريليك لمعرفة طبقات الأساس والمعالجة والاختبار.

اللحام

PMMA غير متبلور ويُلحم في المجال البعيد لكنه هش، ولذلك يتشقق عند اللحام فوق الصوتي بسعة عالية: أبقوا سعة 20 kHz قرب 30–50 µm أو انتقلوا إلى 30–40 kHz، مع موجّه طاقة في المقاطع الرقيقة. وينقل PMMA الشفاف الأطوال الموجية 808–1064 nm، لذا يحتاج اللحام بالليزر إلى ماص للأشعة تحت الحمراء القريبة في الجزء السفلي (كربون أسود في الغلاف الداكن، أو صبغة أو طلاء قليل الظهور للوصلات الشفافة مع الشفافة) أو إلى مصدر 1.5–2 µm يمتصه PMMA بطبيعته. وعدسة PMMA الشفافة على غلاف أسود من PC أو PC/ABS هي وصلة مصابيح السيارات؛ ويقترن البولي كربونات مع PMMA جيداً شريطة أن ينقل PMMA الطاقة وأن تراعي نافذة اللحام انخفاض Tg لديه.

استكشاف أعطال العمليات الثانوية لـ PMMA وإصلاحها

تحديد قطع PMMA والتحقق منها

• التخمير. حدّدوه لكل قطعة ستُلصق بالإسمنت أو تُنظَّف بالمذيبات أو تُقطع بالليزر أو تُطلى بطبقة صلادة: 80°C للقطع المبثوقة والمقولبة (حتى 90°C للمصبوبة)، بمعدل ساعة واحدة تقريباً لكل mm وبحد أدنى ساعتين، مع تبريد لا يزيد على 15–20°C في الساعة حتى ما دون 40°C. فالتبريد السريع يعيد الإجهاد.
• الإجهاد المتبقي. حدّدوا اختبار مذيب مرجعي: الإيثانول لمدة 15 دقيقة هو المعتاد (ومزائج أسيتات الإيثيل أشد قسوة)، ثم افحصوا التشققات تحت ضوء مائل. عايروا معيار النجاح والفشل على شرائح اختبار منحنية بانفعال معروف (ISO 22088-3، ASTM F791) كي يكون الحد قيمة إجهاد لا رأياً. وتتيح المستقطبات المتعامدة (ASTM D4093) فحص الانكسار المزدوج المتكوّن أثناء القولبة دون إتلاف.
• البصريات. النفاذية والعتامة وفق ASTM D1003، ومؤشر الاصفرار وفق ASTM E313، وللقطع المطلية بطبقة صلادة تغير عتامة Taber مع الالتصاق بالتخطيط المتقاطع (ASTM D3359) بعد دورات الرطوبة. وتحتاج الدرجات المعدَّلة للصدمات إلى حد للاصفرار بعد التعرض للعوامل الجوية؛ فالمعدِّل لا PMMA هو الذي يتغير لونه.

مصطلحات ومراجع ذات صلة

• البولي كربونات
• الوسم بالليزر على الأكريليك
• اللحام بالليزر للبلاستيك الشفاف مع الشفاف
• وسم البلاستيك بالليزر
• اللصق والتجميع
• الطلاءات الصناعية

تطبيق ذلك في الإنتاج

تقدّم The Sabreen Group دعماً هندسياً مستقلاً في الوسم بالليزر والقطع واللصق والطلاء واللحام لمكونات الأكريليك. وإذا كنتم تحددون عملية أو تؤهلون مادة أو تعالجون مشكلة في الإنتاج، فيمكن لفريق الخدمات الهندسية لدينا مساعدتكم. اتصلوا بنا لمناقشة تطبيقكم.

الأسئلة الشائعة

هل يستطيع ليزر الألياف وسم الأكريليك الشفاف؟

ليس بمفرده. فـ PMMA الصافي كالماء ينقل 1064 nm بحرية، فيعبر الشعاع المادة دون أي أثر. يجب أن يحتوي المركّب على إضافة وسم بالليزر بنسبة 0.1–1% تقريباً، أو أن تكون الدرجة ملوّنة أو محشوة، أو ينتقل العمل إلى ليزر CO2 الذي يمتصه PMMA بقوة.

لماذا يتشقق الأكريليك بعد اللصق بإسمنت المذيبات؟

لأن الإسمنت صادف إجهاد شد متبقياً، وعادةً عند حافة مقطوعة بالليزر أو مقولبة. يتحمل PMMA في الهواء نحو 35 MPa قبل التشقق؛ أما في الإيثانول أو مذيب الإسمنت فينخفض الحد إلى 5–10 MPa، وهو ما تتجاوزه القطعة غير المخمَّرة بصورة معتادة. نفّذوا التخمير عند 80°C، وبرّدوا ببطء، ثم الصقوا بالإسمنت.

هل أحدد أكريليك مصبوباً أم مبثوقاً للعمل بالليزر؟

المصبوب للنقش وللحصول على أفضل حافة مصقولة باللهب: فوزنه الجزيئي العالي جداً يتبخر بنظافة ويترك مظهراً أبيض لامعاً معتماً. أما المبثوق فأرخص وأدق في تفاوت السماكة، لكن نقشه أصفى وأقل تبايناً ويحمل إجهاد اتجاه؛ فخمّروه بعد القطع إذا كان سيتعرض للمذيبات.

هل يحتاج PMMA إلى معالجة أولية بالبلازما أو الكورونا قبل الطباعة أو اللصق؟

نادراً. فعند 38–41 dyne/cm يبلل معظم أحبار المذيبات والأحبار المعالجة بـ UV والإسمنتات والمواد اللاصقة كما هو مقولب، ولذلك تقتصر المعالجة الأولية على الأحبار المائية وقلة من طبقات الأساس لطلاء الصلادة. فالتنظيف أهم من التنشيط، ويجب ألا يكون المنظف كحولاً أو كيتوناً على قطعة مجهَدة؛ أما المنظف مع الماء أو النفتا فآمنان.

---