פולימתיל מתקרילאט (PMMA, אקריליק)

פולימתיל מתקרילאט (PMMA, אקריליק)

נקודות עיקריות

• PMMA הוא התרמופלסטיק הצלול הנפוץ ביותר — כ-92% מעבר אור, עמידות בפני בליית מזג אוויר טובה מפוליקרבונט וחוזק פגיעה נמוך בהרבה.
• דרגות יצוק, שחול ויציקה בהזרקה נבדלות במשקל מולקולרי ובמאמץ שיורי, ולכן הן מגיבות באופן שונה לסימון בלייזר, לחיתוך ולהדבקה.
• לייזר CO2 יוצר כפור, חורט ומלטש בלהבה; לייזר סיבי דורש תוסף או פיגמנט בדרגות שקופות.
• סדיקת ממס היא הליקוי שיש לתכנן נגדו. בצעו חישול לפני שממס או דבק נוגעים בחלק, ואמתו באמצעות ממס ייחוס.

פולימתיל מתקרילאט (PMMA, אקריליק)

פולימתיל מתקרילאט (PMMA), הנמכר כאקריליק ובשמות מסחריים כגון Plexiglas ו-Lucite, הוא תרמופלסטיק אמורפי צלול כמים המיוצר בפילמור רדיקלי חופשי של מתיל מתקרילאט. הוא משלב כ-92% מעבר אור עם עמידות מצוינת בבליית חוץ, קשיות פני שטח גבוהה וחוזק פגיעה נמוך. הוא משמש לעדשות, מוליכי אור, פנסי רכב, שילוט, תצוגות וגופי מכשור רפואי בכל מקום שבו הצלילות צריכה לשרוד אור שמש.

שלוש צורות מגיעות לקו העיבוד המשני והן מתנהגות בצורה שונה. יריעה יצוקה, המפולמרת בין לוחות זכוכית עד מעל 1,000,000 g/mol, מציגה את העמידות הטובה ביותר בפני סדיקה ואת התגובה הנקייה ביותר ללייזר. יריעה משוחלת, בסביבות 100,000–150,000 g/mol, זולה יותר ומחזיקה סבילות עובי הדוקה יותר, אך נושאת מאמץ כיווניות מהתבנית. דרגות יציקה (MFR 2–25 g/10 min) ממלאות עדשות וגופים; דרגות משופרות חוזק פגיעה מוסיפות חלקיקי גומי מסוג ליבה-קליפה המעלים פי שלושה עד חמישה את חוזק הפגיעה עם חריץ, במחיר מסוים של צלילות.

תכונות השולטות בעיבוד

סימון וחיתוך בלייזר

PMMA סופג בעוצמה קרינה של 10.6 µm ומתפרק לדה-פולימר ולא נשרף לפחם: מעל כ-300°C השרשרת מתפרקת לאדי מונומר, ולכן לייזר CO2 חורט כמעט ללא שאריות פחמן. יריעה יצוקה נותנת כפור לבן ובהיר; חומר משוחל או מוזרק נמס מחדש ומסומן צלול יותר, בניגודיות נמוכה יותר. שאבו את האדים; MMA דליק.

דרגות שקופות מעבירות 1064 nm כמעט לחלוטין, ולכן לייזר סיבי דורש תוסף לסימון בלייזר (בדרך כלל 0.1–1% פיגמנט על בסיס נציץ או תחמוצת בדיל) או דרגה מפוגמנטת או מלאה. מקורות UV (355 nm) מסמנים דרגות מיוצבות ומפוגמנטות בעדינות ובחום מועט, אך ברובם עוברים דרך חומר שקוף שאינו מיוצב, ולכן יש לערוך ניסוי תחילה. טבלת סימון בלייזר משווה בין הדרכים.

החיתוך פועל לפי אותה כימיה: קרן CO2 משאירה בקצה היריעה היצוקה שפה מבריקה ומולטשת בלהבה, ובמשוחלת רכס התכה קל. בשני הקצוות יש מאמץ מתיחה שיורי, והדבקה של קצה חתוך בלייזר שלא עבר חישול היא המקור השכיח ביותר לסדיקה בעיבוד אקריליק (ראו חיתוך בלייזר לעומת חריטה). חלק מאומץ עלול גם להיסדק סביב סימון; בצעו חישול תחילה והשתמשו בהארה נמוכה יותר.

הדבקה, הדפסה וציפוי

ב-38–41 dyne/cm, PMMA מורטב על ידי רוב הדיו, הדבקים והציפויים, ולכן אנרגיית פני השטח כמעט אינה מגבילה; קורונה או פלזמה שמורות לדיו על בסיס מים ולכמה פריימרים של ציפוי קשיח. המגבלה היא סדיקה עקב מאמץ סביבתי: אלכוהולים, קטונים, אסטרים, ארומטים, מנקי זכוכית על בסיס אמוניה ופלסטיסייזרים נודדים כולם גורמים לסדיקה של אקריליק מאומץ. המאמץ הקריטי באתנול הוא כ-5–10 MPa לעומת 35 MPa באוויר, רמה שחלק שלא עבר חישול נושא כדבר שבשגרה.

הרצף שעובד הוא חישול, ניקוי בדטרגנט ומים או בנפתא, ואז הדבקה. מערכות תואמות: דבקי ממס (מתילן כלוריד לחיבורים דקים, דבקי MMA דו-רכיביים למילוי מרווחים), אקרילטים מתקשי UV להרכבות אופטיות, ואפוקסים או פוליאורתנים למצעים שונים. ציאנואקרילטים יוצרים הלבנה וסדיקה. הדפסת משי, טמפון והזרקת דיו מקבלות ישירות דיו ממס ודיו מתקשה UV; סדיקה מתחת להדפס היא מאמץ ולא הידבקות.

יריעה לא מצופה מפתחת 20–30% עכירות ב-100 מחזורי Taber (ASTM D1044), ולכן עדשות וזיגוג מקבלים ציפוי קשיח סילוקסאני או אקריל-אורתני מתקשה UV בעובי 3–10 µm, המחזיק אותה מתחת ל-2–5%. ציפויים מתקשי חום דורשים חלקים מיובשים מראש ולוח זמנים מתחת ל-HDT; ראו ציפויים קשיחים לפוליקרבונט ולאקריליק לפריימרים, ריפוי ובדיקות.

ריתוך

PMMA אמורפי ומתרתך בשדה רחוק אך שביר, ולכן ריתוך אולטרסוני סודק אותו באמפליטודה גבוהה: שמרו על אמפליטודה של 20 kHz בסביבות 30–50 µm או עברו ל-30–40 kHz, עם מכוון אנרגיה בחתכים דקים. PMMA שקוף מעביר 808–1064 nm, ולכן ריתוך בלייזר דורש בולע קרוב-אינפרא-אדום בחלק התחתון (פחם שחור בגוף כהה, צבען או ציפוי בעל נראות נמוכה לחיבורים שקוף-לשקוף) או מקור של 1.5–2 µm ש-PMMA בולע מטבעו. עדשת PMMA שקופה על גוף שחור מ-PC או PC/ABS היא חיבור פנס הרכב; פוליקרבונט ו-PMMA מתאימים היטב זה לזה, ובלבד ש-PMMA מעביר והחלון מכבד את ה-Tg הנמוך יותר שלו.

איתור ופתרון תקלות בפעולות משניות ב-PMMA

הגדרה ואימות של חלקי PMMA

• חישול. ציינו אותו לכל חלק שיודבק, ינוקה בממס, ייחתך בלייזר או יצופה בציפוי קשיח: 80°C לחלקים משוחלים ומוזרקים (עד 90°C ליצוקים), כשעה לכל מ"מ עם מינימום של שעתיים, וקירור שלא יעלה על 15–20°C לשעה עד מתחת ל-40°C. קירור מהיר מחזיר את המאמץ.
• מאמץ שיורי. ציינו בדיקת ממס ייחוס: אתנול למשך 15 דקות הוא הנהוג (תערובות אתיל אצטט חריפות יותר), ואז בדקו סדקים באור מלוכסן. כיילו עובר/נכשל מול פסי כיפוף בעיוות ידוע (ISO 22088-3, ASTM F791) כדי שהסף יהיה ערך מאמץ ולא דעה. מקטבים צולבים (ASTM D4093) מסננים דו-שבירה שנוצרה ביציקה ללא נזק.
• אופטיקה. מעבר אור ועכירות לפי ASTM D1003, מדד צהבהבות לפי ASTM E313 ובחלקים בעלי ציפוי קשיח — שינוי העכירות ב-Taber בתוספת הידבקות בחיתוך צולב (ASTM D3359) לאחר מחזורי לחות. דרגות משופרות חוזק פגיעה דורשות גבול צהבהבות לאחר בליית מזג אוויר; החומר המשפר, לא ה-PMMA, הוא שמשנה צבע.

מונחים וקריאה קשורים

• פוליקרבונט
• סימון בלייזר באקריליק
• ריתוך בלייזר שקוף-לשקוף של פלסטיק
• סימון בלייזר בפלסטיק
• הדבקה וחיבור בדבקים
• ציפויים תעשייתיים

יישום בייצור

The Sabreen Group מספקת תמיכה הנדסית עצמאית לסימון בלייזר, חיתוך, הדבקה, ציפוי וריתוך של רכיבי אקריליק. אם אתם מגדירים תהליך, מסמיכים חומר או מאתרים ופותרים תקלת ייצור, צוות שירותי ההנדסה שלנו ישמח לסייע. צרו קשר כדי לדון ביישום שלכם.

שאלות נפוצות

האם לייזר סיבי יכול לסמן אקריליק שקוף?

לא בכוחות עצמו. PMMA צלול כמים מעביר 1064 nm בחופשיות, ולכן הקרן עוברת דרכו ושום דבר לא קורה. התרכובת חייבת לכלול תוסף סימון בלייזר בשיעור של כ-0.1–1%, או שהדרגה צריכה להיות מפוגמנטת או מלאה, או שהעבודה עוברת ללייזר CO2, ש-PMMA בולע בעוצמה.

מדוע אקריליק נסדק לאחר הדבקה בממס?

משום שהדבק פגש מאמץ מתיחה שיורי, בדרך כלל בקצה שנחתך בלייזר או נוצר ביציקה. באוויר PMMA סובל כ-35 MPa לפני סדיקה; באתנול או בממס של דבק הסף יורד ל-5–10 MPa, ערך שחלק שלא עבר חישול חורג ממנו כדבר שבשגרה. בצעו חישול ב-80°C, קררו לאט, ורק אז הדביקו.

האם לציין אקריליק יצוק או משוחל לעבודת לייזר?

יצוק לחריטה ולשפה המולטשת בלהבה האיכותית ביותר: משקלו המולקולרי הגבוה מאוד מתאדה בנקיות ומשאיר כפור לבן ובהיר. משוחל זול יותר ומחזיק סבילות עובי הדוקה יותר, אך נחרט צלול יותר בניגודיות נמוכה יותר ונושא מאמץ כיווניות; בצעו בו חישול לאחר החיתוך אם הוא יבוא במגע עם ממס.

האם PMMA זקוק לטיפול מקדים בפלזמה או בקורונה לפני הדפסה או הדבקה?

לעיתים רחוקות. ב-38–41 dyne/cm הוא מורטב כפי שהוא מיציקה על ידי רוב דיו הממס והדיו מתקשה UV, דבקי ממס ודבקים אחרים, ולכן טיפול מקדים שמור לדיו על בסיס מים ולמספר פריימרים של ציפוי קשיח. לניקוי יש חשיבות רבה יותר מלהפעלה, והמנקה אינו יכול להיות אלכוהול או קטון על חלק מאומץ; דטרגנט ומים או נפתא בטוחים.

---