Polimetilmetacrilato (PMMA, acrílico)

Polimetilmetacrilato (PMMA, acrílico)

Puntos clave

• El PMMA es el termoplástico común más transparente: cerca de 92 % de transmisión de luz y mejor resistencia a la intemperie que el policarbonato, pero con una resistencia al impacto mucho menor.
• Los grados colados, extruidos y de moldeo difieren en peso molecular y esfuerzo residual, por lo que se marcan, cortan y pegan de forma distinta.
• Los láseres de CO2 lo escarchan, lo graban y pulen el borde a la flama; los láseres de fibra requieren un aditivo o pigmento en los grados transparentes.
• El agrietamiento por solventes es el defecto contra el cual hay que diseñar. Recueza la pieza antes de que cualquier solvente o cemento la toque y verifique con un solvente de referencia.

Polimetilmetacrilato (PMMA, acrílico)

El polimetilmetacrilato (PMMA), comercializado como acrílico y con nombres comerciales como Plexiglas y Lucite, es un termoplástico amorfo, transparente como el agua, obtenido por polimerización por radicales libres del metacrilato de metilo. Combina cerca de 92 % de transmisión de luz con excelente resistencia a la intemperie, alta dureza superficial y baja resistencia al impacto. Se emplea en lentes, guías de luz, luces automotrices, señalización, pantallas y carcasas médicas donde la claridad debe resistir la luz solar.

Tres formas llegan a la línea de procesamiento secundario y se comportan de manera diferente. La lámina colada, polimerizada entre placas de vidrio hasta más de 1,000,000 g/mol, ofrece la mejor resistencia al agrietamiento y la respuesta láser más limpia. La lámina extruida, de unos 100,000–150,000 g/mol, cuesta menos y mantiene una tolerancia de espesor más estrecha, pero conserva el esfuerzo de orientación del dado. Los grados de moldeo (MFR 2–25 g/10 min) se usan en lentes y carcasas; los grados modificados al impacto añaden partículas de hule núcleo-coraza que elevan de tres a cinco veces el impacto con muesca, con cierta pérdida de claridad.

Propiedades que rigen el procesamiento

Marcado y corte láser

El PMMA absorbe con fuerza la radiación de 10.6 µm y se despolimeriza en lugar de carbonizarse: por encima de unos 300 °C la cadena se descompone en vapor de monómero, de modo que un láser de CO2 graba con casi nada de residuo de carbono. La lámina colada produce un escarchado blanco brillante; el material extruido y moldeado refluye y marca más transparente, con menos contraste. Extraiga el vapor; el MMA es inflamable.

Los grados transparentes transmiten 1064 nm casi por completo, por lo que un láser de fibra necesita un aditivo para marcado láser (normalmente 0.1–1 % de un pigmento de mica u óxido de estaño) o un grado pigmentado o con carga. Las fuentes UV (355 nm) marcan con finura los grados estabilizados y pigmentados con poco calor, pero en gran parte atraviesan el material transparente sin estabilizar, así que haga primero una prueba. La tabla de marcado láser compara las vías.

El corte sigue la misma química: un haz de CO2 deja un borde brillante pulido a la flama en la lámina colada y una ligera cresta de fusión en la extruida. Ambos bordes conservan esfuerzo residual de tensión, y cementar un borde cortado con láser sin recocer es la fuente más común de agrietamiento en la fabricación con acrílico (véase corte láser frente a grabado). Una pieza con esfuerzos también puede agrietarse alrededor de una marca; recuézala primero y use una irradiancia menor.

Pegado, impresión y recubrimiento

Con 38–41 dyne/cm, el PMMA humecta la mayoría de las tintas, adhesivos y recubrimientos, por lo que la energía superficial rara vez es limitante; el tratamiento corona o por plasma se reserva para tintas base agua y algunos imprimantes de recubrimientos duros. El límite es el agrietamiento por esfuerzo ambiental: los alcoholes, cetonas, ésteres, aromáticos, limpiavidrios con amoniaco y los plastificantes migratorios agrietan el acrílico sometido a esfuerzo. El esfuerzo crítico en etanol es de unos 5–10 MPa frente a 35 MPa en aire, un nivel que una pieza sin recocer suele soportar de manera rutinaria.

La secuencia que funciona es recocer, limpiar con detergente y agua o con nafta, y después pegar. Sistemas compatibles: cementos solventes (cloruro de metileno para uniones delgadas, cementos MMA de dos componentes para rellenar holguras), acrílicos de curado UV para ensambles ópticos, y epóxicos o poliuretanos para sustratos distintos. Los cianoacrilatos producen veladuras y agrietamiento. La serigrafía, la tampografía y la impresión por inyección de tinta aceptan directamente tintas solventes y de curado UV; el agrietamiento bajo una impresión es esfuerzo, no adhesión.

La lámina sin recubrir gana 20–30 % de opacidad (haze) en 100 ciclos Taber (ASTM D1044), por lo que los lentes y acristalamientos reciben un recubrimiento duro (hardcoat) de siloxano o de acrilato-uretano de curado UV de 3–10 µm que lo mantiene por debajo de 2–5 %. Los recubrimientos de curado térmico requieren piezas presecas y un programa por debajo del HDT; consulte los recubrimientos duros para policarbonato y acrílico para imprimantes, curado y pruebas.

Soldadura

El PMMA es amorfo y se suelda en campo lejano, pero es frágil, por lo que la soldadura ultrasónica lo agrieta con amplitud alta: mantenga la amplitud a 20 kHz cerca de 30–50 µm o pase a 30–40 kHz, con un director de energía en secciones delgadas. El PMMA transparente transmite 808–1064 nm, así que la soldadura láser requiere un absorbedor de infrarrojo cercano en la parte inferior (negro de humo en una carcasa oscura; un tinte o recubrimiento de baja visibilidad para uniones transparente con transparente) o una fuente de 1.5–2 µm que el PMMA absorba de forma intrínseca. El lente de PMMA transparente sobre una carcasa negra de PC o PC/ABS es la unión típica de las luces automotrices; el policarbonato y el PMMA se combinan bien siempre que el PMMA transmita y la ventana respete su Tg más baja.

Solución de problemas en operaciones secundarias del PMMA

Cómo especificar y verificar piezas de PMMA

• Recocido. Especifíquelo para toda pieza que vaya a cementarse, limpiarse con solventes, cortarse con láser o recibir un recubrimiento duro: 80 °C para piezas extruidas y moldeadas (hasta 90 °C para colado), cerca de 1 h por mm con un mínimo de 2 h, enfriando a no más de 15–20 °C por hora hasta menos de 40 °C. El enfriamiento rápido reintroduce el esfuerzo.
• Esfuerzo residual. Especifique una prueba con solvente de referencia: lo habitual es etanol durante 15 min (las mezclas de acetato de etilo son más agresivas), y luego inspeccione las microgrietas con luz rasante. Calibre el criterio de aprobación con probetas de tira doblada a deformación conocida (ISO 22088-3, ASTM F791) para que el umbral sea un valor de esfuerzo y no una opinión. Los polarizadores cruzados (ASTM D4093) permiten detectar sin dañar la birrefringencia de moldeo.
• Óptica. Transmitancia y opacidad (haze) según ASTM D1003, índice de amarillamiento según ASTM E313 y, para piezas con recubrimiento duro, el cambio de haze Taber más la adhesión por corte cruzado (ASTM D3359) tras ciclos de humedad. Los grados modificados al impacto requieren un límite de amarillamiento tras la exposición a la intemperie; el que se decolora es el modificador, no el PMMA.

Términos relacionados y lecturas

• Policarbonato
• Marcado láser de acrílico
• Soldadura láser transparente con transparente de plásticos
• Marcado láser de plásticos
• Pegado y ensamblaje
• Recubrimientos industriales

Aplicación en producción

The Sabreen Group ofrece apoyo de ingeniería independiente para el marcado láser, el corte, el pegado, el recubrimiento y la soldadura de componentes de acrílico. Si usted está especificando un proceso, calificando un material o resolviendo un problema de producción, nuestro equipo de servicios de ingeniería puede ayudarle. Contáctenos para analizar su aplicación.

Preguntas frecuentes

¿Puede un láser de fibra marcar acrílico transparente?

No por sí solo. El PMMA transparente como el agua transmite libremente 1064 nm, por lo que el haz lo atraviesa y no ocurre nada. El compuesto debe llevar un aditivo para marcado láser en aproximadamente 0.1–1 %, o el grado debe estar pigmentado o con carga, o el trabajo debe pasar a un láser de CO2, que el PMMA absorbe con fuerza.

¿Por qué se agrieta el acrílico después de cementarlo con solvente?

Porque el cemento encontró esfuerzo residual de tensión, normalmente en un borde cortado con láser o moldeado. En aire, el PMMA tolera unos 35 MPa antes de agrietarse; en etanol o en un solvente de cemento el umbral baja a 5–10 MPa, que una pieza sin recocer supera de manera rutinaria. Recueza a 80 °C, enfríe lentamente y después cemente.

¿Debo especificar acrílico colado o extruido para trabajo láser?

Colado para grabado y para el mejor borde pulido a la flama: su peso molecular muy alto se vaporiza limpiamente y deja un escarchado blanco brillante. El extruido es más barato y mantiene una tolerancia de espesor más estrecha, pero graba más transparente y con menos contraste, y conserva esfuerzo de orientación; recuézalo después del corte si va a estar en contacto con solventes.

¿Necesita el PMMA pretratamiento por plasma o corona antes de imprimir o pegar?

Rara vez. Con 38–41 dyne/cm humecta tal como sale del molde la mayoría de las tintas solventes y de curado UV, cementos y adhesivos, por lo que el pretratamiento se reserva para tintas base agua y algunos imprimantes de recubrimientos duros. La limpieza importa más que la activación, y el limpiador no debe ser un alcohol ni una cetona sobre una pieza con esfuerzos; el detergente con agua o la nafta son seguros.

---