Polimetilmetacrilato (PMMA, acrílico)

Polimetilmetacrilato (PMMA, acrílico)

Principais conclusões

• O PMMA é o termoplástico comum mais transparente — cerca de 92% de transmissão de luz, melhor resistência às intempéries que o policarbonato e resistência ao impacto muito menor.
• Os graus fundido (cast), extrudado e de moldagem diferem em massa molar e tensão residual, por isso respondem de forma distinta ao laser, ao corte e à colagem.
• Lasers de CO2 geram marcação fosca, gravam e polem a chama o PMMA; lasers de fibra exigem aditivo ou pigmento nos graus transparentes.
• O fissuramento por solvente (crazing) é o defeito a evitar no projeto. Faça o recozimento antes que qualquer solvente ou cimento toque a peça e depois verifique com um solvente de referência.

Polimetilmetacrilato (PMMA, acrílico)

O polimetilmetacrilato (PMMA), vendido como acrílico e sob nomes comerciais como Plexiglas e Lucite, é um termoplástico amorfo, cristalino como a água, obtido por polimerização radicalar do metacrilato de metila. Combina cerca de 92% de transmissão de luz com excelente resistência às intempéries, alta dureza superficial e baixa resistência ao impacto. É usado em lentes, guias de luz, faróis automotivos, sinalização, displays e carcaças médicas, sempre que a transparência precisa sobreviver à luz solar.

Três formas chegam à linha de processamento secundário e se comportam de maneira diferente. A chapa fundida (cast), polimerizada entre placas de vidro até acima de 1.000.000 g/mol, tem a melhor resistência ao fissuramento e a resposta mais limpa ao laser. A chapa extrudada, com cerca de 100.000–150.000 g/mol, custa menos e mantém tolerância de espessura mais estreita, mas traz tensão de orientação da matriz. Os graus de moldagem (MFR 2–25 g/10 min) preenchem lentes e carcaças; os graus modificados para impacto adicionam partículas de borracha núcleo-casca que elevam o impacto com entalhe de três a cinco vezes, com alguma perda de transparência.

Propriedades que governam o processamento

Marcação e corte a laser

O PMMA absorve fortemente a radiação de 10,6 µm e se despolimeriza em vez de carbonizar: acima de cerca de 300°C a cadeia se desfaz em vapor de monômero, de modo que um laser de CO2 grava quase sem resíduo de carbono. A chapa fundida produz uma marcação fosca branca brilhante; o material extrudado e o moldado refluem e marcam mais transparente, com menos contraste. Faça a exaustão do vapor; o MMA é inflamável.

Os graus transparentes transmitem quase totalmente 1064 nm, de modo que um laser de fibra precisa de um aditivo para marcação a laser (tipicamente 0,1–1% de um pigmento de mica ou óxido de estanho) ou de um grau pigmentado ou com carga. Fontes UV (355 nm) marcam com finura os graus estabilizados e pigmentados, com pouco calor, mas atravessam em grande parte o material transparente não estabilizado; por isso, faça um ensaio antes. A tabela de marcação a laser compara as opções.

O corte segue a mesma química: um feixe de CO2 deixa uma borda brilhante, polida a chama, na chapa fundida e uma leve crista de material fundido na extrudada. Ambas as bordas carregam tensão residual de tração, e colar com cimento uma borda cortada a laser sem recozimento é a fonte mais comum de fissuramento na fabricação de acrílico (veja corte a laser versus gravação). Uma peça tensionada também pode fissurar ao redor de uma marcação; faça o recozimento antes e use irradiância menor.

Colagem, impressão e revestimento

Com 38–41 dyne/cm, o PMMA é molhado pela maioria das tintas, adesivos e revestimentos, portanto a energia de superfície raramente é o fator limitante; corona ou plasma ficam reservados a tintas à base de água e a alguns primers de hardcoat. O limite é o fissuramento por tensão ambiental: álcoois, cetonas, ésteres, aromáticos, limpa-vidros à base de amônia e plastificantes migratórios fissuram o acrílico tensionado. A tensão crítica em etanol é de aproximadamente 5–10 MPa, contra 35 MPa no ar, nível que uma peça sem recozimento carrega rotineiramente.

A sequência que funciona é recozer, limpar com detergente e água ou nafta e só então colar. Sistemas compatíveis: cimentos solventes (cloreto de metileno para juntas finas, cimentos de MMA bicomponentes para preencher folgas), acrílicos de cura UV para conjuntos ópticos e epóxis ou poliuretanos para substratos diferentes. Cianoacrilatos esbranquiçam e fissuram. A serigrafia, a tampografia e a impressão a jato de tinta aceitam diretamente tintas solventes e de cura UV; o fissuramento sob uma impressão é tensão, não adesão.

Uma chapa sem revestimento ganha 20–30% de névoa (haze) em 100 ciclos Taber (ASTM D1044); por isso lentes e vidraças recebem um hardcoat de siloxano ou de acrílico-uretano de cura UV de 3–10 µm, que a mantém abaixo de 2–5%. Os revestimentos de cura térmica exigem peças pré-secas e um ciclo abaixo da HDT; veja hardcoats para policarbonato e acrílico para primers, cura e ensaios.

Soldagem

O PMMA é amorfo e solda no campo distante, mas é frágil, de modo que a soldagem ultrassônica o trinca com amplitude alta: mantenha a amplitude de 20 kHz perto de 30–50 µm ou passe para 30–40 kHz, com diretor de energia em seções finas. O PMMA transparente transmite 808–1064 nm, então a soldagem a laser exige um absorvedor no infravermelho próximo na peça inferior (negro de fumo em uma carcaça escura, um corante ou revestimento de baixa visibilidade em juntas transparente com transparente) ou uma fonte de 1,5–2 µm que o PMMA absorve intrinsecamente. A lente de PMMA transparente sobre uma carcaça preta de PC ou PC/ABS é a junta típica de faróis automotivos; o policarbonato e o PMMA combinam bem, desde que o PMMA transmita e a janela respeite sua Tg mais baixa.

Solução de problemas em operações secundárias de PMMA

Especificação e verificação de peças em PMMA

• Recozimento. Especifique-o para toda peça que será colada com cimento, limpa com solvente, cortada a laser ou revestida com hardcoat: 80°C para peças extrudadas e moldadas (até 90°C para fundidas), cerca de 1 h por mm com mínimo de 2 h, resfriando no máximo 15–20°C por hora até abaixo de 40°C. O resfriamento rápido reintroduz a tensão.
• Tensão residual. Especifique um ensaio com solvente de referência: etanol por 15 min é o usual (misturas com acetato de etila são mais agressivas), depois inspecione as fissuras sob luz rasante. Calibre o aprovado/reprovado com corpos de prova de tira dobrada em deformação conhecida (ISO 22088-3, ASTM F791), para que o limite seja um valor de tensão e não uma opinião. Polarizadores cruzados (ASTM D4093) triam a birrefringência de moldagem sem danificar a peça.
• Óptica. Transmitância e névoa conforme ASTM D1003, índice de amarelecimento conforme ASTM E313 e, para peças com hardcoat, variação de névoa Taber mais adesão por quadriculado (ASTM D3359) após ciclagem de umidade. Os graus modificados para impacto exigem um limite de amarelecimento após exposição às intempéries; quem muda de cor é o modificador, não o PMMA.

Termos relacionados e leitura complementar

• Policarbonato
• Marcação a laser de acrílico
• Soldagem a laser de plásticos transparente com transparente
• Marcação a laser de plásticos
• Colagem e união
• Revestimentos industriais

Aplicação na produção

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Perguntas frequentes

Um laser de fibra consegue marcar acrílico transparente?

Sozinho, não. O PMMA cristalino transmite 1064 nm livremente, então o feixe atravessa e nada acontece. O composto precisa conter um aditivo para marcação a laser a cerca de 0,1–1%, ou o grau precisa ser pigmentado ou com carga, ou o trabalho passa para um laser de CO2, que o PMMA absorve fortemente.

Por que o acrílico fissura após a colagem com cimento solvente?

Porque o cimento encontrou tensão residual de tração, geralmente em uma borda cortada a laser ou moldada. No ar, o PMMA tolera cerca de 35 MPa antes de fissurar; em etanol ou em solvente de cimento, o limite cai para 5–10 MPa, valor que uma peça sem recozimento excede rotineiramente. Faça o recozimento a 80°C, resfrie lentamente e só então cole.

Devo especificar acrílico fundido ou extrudado para trabalho com laser?

Fundido para gravação e para a melhor borda polida a chama: sua massa molar muito alta vaporiza de forma limpa e deixa uma marcação fosca branca brilhante. O extrudado é mais barato e mantém tolerância de espessura mais estreita, mas grava mais transparente, com menos contraste, e carrega tensão de orientação; recoza-o após o corte se ele for ter contato com solvente.

O PMMA precisa de pré-tratamento por plasma ou corona antes da impressão ou da colagem?

Raramente. Com 38–41 dyne/cm, ele é molhado como moldado pela maioria das tintas solventes e de cura UV, cimentos e adesivos, de modo que o pré-tratamento fica reservado a tintas à base de água e a alguns primers de hardcoat. A limpeza importa mais que a ativação, e o produto de limpeza não pode ser álcool nem cetona em peça tensionada; detergente e água ou nafta são seguros.

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