Polimetil metakrilat (PMMA, akrilik)

Polimetil metakrilat (PMMA, akrilik)

Temel çıkarımlar

• PMMA, yaygın termoplastikler arasında en berrak olandır — yaklaşık %92 ışık geçirgenliği, polikarbonattan daha iyi hava koşullarına dayanım, çok daha düşük darbe mukavemeti.
• Döküm, ekstrüzyon ve enjeksiyon kaliteleri moleküler ağırlık ve artık gerilim bakımından farklıdır; bu nedenle lazerle işleme, kesme ve yapıştırmada farklı davranırlar.
• CO2 lazerler PMMA'yı buzlandırır, gravürler ve alevle parlatır; şeffaf kalitelerde fiber lazerler için katkı maddesi veya pigment gerekir.
• Tasarım aşamasında önlenmesi gereken kusur çözücü çatlamasıdır. Parçaya herhangi bir çözücü veya yapıştırıcı temas etmeden önce tavlayın, ardından referans çözücüyle doğrulayın.

Polimetil metakrilat (PMMA, akrilik)

Akrilik olarak ve Plexiglas, Lucite gibi ticari adlarla satılan polimetil metakrilat (PMMA), metil metakrilatın serbest radikal polimerizasyonuyla üretilen, amorf ve su gibi berrak bir termoplastiktir; yaklaşık %92 ışık geçirgenliğini üstün dış mekan dayanımı, yüksek yüzey sertliği ve düşük darbe mukavemetiyle birleştirir. Berraklığın güneş ışığına dayanması gereken her yerde mercek, ışık kılavuzu, otomotiv lambası, tabela, ekran ve tıbbi cihaz gövdesi olarak kullanılır.

İkincil işleme hattına üç biçim gelir ve her biri farklı davranır. Cam plakalar arasında 1.000.000 g/mol'ün üzerine polimerleştirilen döküm levha, en iyi çatlama direncine ve en temiz lazer tepkisine sahiptir. Moleküler ağırlığı yaklaşık 100.000–150.000 g/mol olan ekstrüzyon levha daha ucuzdur ve daha dar kalınlık toleransı sağlar, ancak kalıptan kaynaklanan yönlenme gerilimi taşır. Enjeksiyon kaliteleri (MFR 2–25 g/10 dk) mercek ve gövdeleri doldurur; darbe modifiyeli kaliteler çekirdek-kabuk kauçuk parçacıkları ekleyerek çentikli darbe mukavemetini berraklıktan bir miktar ödün vererek üç ila beş kat artırır.

İşlemeyi belirleyen özellikler

Lazerle markalama ve kesme

PMMA, 10,6 µm radyasyonu güçlü biçimde soğurur ve kömürleşmek yerine depolimerize olur: yaklaşık 300 °C'nin üzerinde zincir monomer buharına ayrışır; bu yüzden CO2 lazer neredeyse hiç karbon kalıntısı bırakmadan gravürler. Döküm levha parlak beyaz bir buzlanma verir; ekstrüzyon ve enjeksiyon malzemesi yeniden akar ve daha az kontrastla, daha berrak bir iz bırakır. Buharı emin; MMA yanıcıdır.

Şeffaf kaliteler 1064 nm'yi neredeyse tamamen geçirir; bu yüzden fiber lazer için lazer markalama katkı maddesi (genellikle mika veya kalay oksit pigmentinin %0,1–1'i) veya pigmentli ya da dolgulu bir kalite gerekir. UV (355 nm) kaynakları stabilize edilmiş ve pigmentli kaliteleri az ısıyla ince biçimde markalar, ancak stabilize edilmemiş şeffaf malzemeden büyük ölçüde geçip gider; bu yüzden önce deneme yapın. Lazer markalama tablosu farklı yolları karşılaştırır.

Kesme de aynı kimyaya dayanır: CO2 ışını döküm levhada parlak, alevle parlatılmış bir kenar, ekstrüzyon levhada ise hafif bir erime çıkıntısı bırakır. Her iki kenar da artık çekme gerilimi taşır ve tavlanmamış lazer kesim kenarının yapıştırılması, akrilik imalatında çatlamanın en yaygın kaynağıdır (bkz. lazer kesme ve gravür karşılaştırması). Gerilimli bir parça markanın çevresinde de çatlayabilir; önce tavlayın ve daha düşük ışınım şiddeti kullanın.

Yapıştırma, baskı ve kaplama

38–41 dyne/cm değeriyle PMMA çoğu mürekkep, yapıştırıcı ve kaplamayı ıslatır; bu yüzden yüzey enerjisi nadiren sınırlayıcı olur ve korona veya plazma işlemi yalnızca su bazlı mürekkepler ile bazı sert kaplama astarları için gerekir. Asıl sınır çevresel gerilimli çatlamadır: alkoller, ketonlar, esterler, aromatikler, amonyak bazlı cam temizleyiciler ve göç eden plastikleştiriciler gerilimli akriliği çatlatır. Etanoldeki kritik gerilim havadaki 35 MPa'ya karşılık yaklaşık 5–10 MPa'dır; tavlanmamış bir parça bu düzeyi rutin olarak taşır.

İşe yarayan sıra şudur: tavlayın, deterjan ve su veya nafta ile temizleyin, ardından yapıştırın. Uyumlu sistemler: çözücü yapıştırıcılar (ince bağlantılar için metilen klorür, boşluk doldurma için iki bileşenli MMA yapıştırıcıları), optik montajlar için UV ile kürlenen akrilikler ve farklı altlık malzemeler için epoksiler veya poliüretanlar. Siyanoakrilatlar beyazlaşır ve çatlatır. Serigrafi, tampon ve mürekkep püskürtmeli baskıda çözücü ve UV ile kürlenen mürekkepler doğrudan kullanılır; baskının altındaki çatlama yapışma değil gerilim sorunudur.

Kaplamasız levha 100 Taber çevriminde (ASTM D1044) %20–30 buğulanma kazanır; bu yüzden mercek ve camlara bunu %2–5'in altında tutan 3–10 µm'lik siloksan veya UV ile kürlenen akrilik-üretan sert kaplama uygulanır. Isıyla kürlenen kaplamalar önceden kurutulmuş parçalar ve HDT'nin altında bir program gerektirir; astar, kürleme ve test için bkz. polikarbonat ve akrilik için sert kaplamalar.

Kaynak

PMMA amorftur ve uzak alanda kaynaklanır, ancak kırılgandır; bu yüzden yüksek genlikte ultrasonik kaynak onu çatlatır: 20 kHz genliği 30–50 µm civarında tutun veya 30–40 kHz'e geçin, ince kesitlerde enerji yönlendirici kullanın. Şeffaf PMMA 808–1064 nm'yi geçirir; bu nedenle lazer kaynağı için alt parçada yakın kızılötesi emici (koyu gövdede karbon karası, şeffaf-şeffaf bağlantılarda az görünür bir boya veya kaplama) ya da PMMA'nın kendiliğinden soğurduğu 1,5–2 µm'lik bir kaynak gerekir. Siyah PC veya PC/ABS gövde üzerindeki şeffaf PMMA mercek, otomotiv lambası bağlantısıdır; polikarbonat ve PMMA, PMMA'nın ışığı geçirmesi ve pencerenin daha düşük Tg değerine saygı göstermesi koşuluyla iyi eşleşir.

PMMA ikincil işlemlerinde sorun giderme

PMMA parçalarının belirtilmesi ve doğrulanması

• Tavlama. Yapıştırılacak, çözücüyle temizlenecek, lazerle kesilecek veya sert kaplanacak her parça için belirtin: ekstrüzyon ve enjeksiyon parçalar için 80 °C (dökümde 90 °C'ye kadar), mm başına yaklaşık 1 saat ve en az 2 saat, saatte en fazla 15–20 °C ile 40 °C'nin altına soğutma. Hızlı soğutma gerilimi yeniden oluşturur.
• Artık gerilim. Referans çözücü testi belirtin: genellikle 15 dk etanol (etil asetat karışımları daha serttir), ardından eğik ışıkta çatlakları inceleyin. Başarılı/başarısız eşiğini, bilinen gerinimli eğilmiş şerit numunelerle (ISO 22088-3, ASTM F791) kalibre edin; böylece eşik bir görüş değil, bir gerilim değeri olur. Çapraz polarizörler (ASTM D4093), kalıpta oluşan çift kırılımı hasar vermeden tarar.
• Optik. Geçirgenlik ve buğulanma için ASTM D1003, sararma indeksi için ASTM E313 ve sert kaplamalı parçalarda nem çevrimi sonrası Taber buğulanma değişimi ile çapraz kesik yapışma testi (ASTM D3359). Darbe modifiyeli kalitelerde hava koşullarına maruziyet sonrası sararma sınırı gerekir; rengi bozan PMMA değil, modifiyedir.

İlgili terimler ve okumalar

• Polikarbonat
• Akrilik lazer markalama
• Plastiklerde şeffaf-şeffaf lazer kaynağı
• Plastik lazer markalama
• Yapıştırma ve birleştirme
• Endüstriyel kaplamalar

Bunu üretimde uygulamak

The Sabreen Group, akrilik bileşenlerin lazer markalama, kesme, yapıştırma, kaplama ve kaynağı konusunda bağımsız mühendislik desteği sunar. Bir proses belirliyor, bir malzemeyi nitelendiriyor veya bir üretim sorununu gideriyorsanız mühendislik hizmetleri ekibimiz yardımcı olabilir. Uygulamanızı görüşmek için bizimle iletişime geçin.

Sık sorulan sorular

Fiber lazer şeffaf akriliği markalayabilir mi?

Tek başına hayır. Su gibi berrak PMMA, 1064 nm'yi serbestçe geçirir; ışın içinden geçer ve hiçbir şey olmaz. Bileşimin yaklaşık %0,1–1 oranında lazer markalama katkı maddesi taşıması, kalitenin pigmentli veya dolgulu olması ya da işin PMMA'nın güçlü biçimde soğurduğu bir CO2 lazere taşınması gerekir.

Akrilik çözücü ile yapıştırıldıktan sonra neden çatlar?

Çünkü yapıştırıcı, genellikle lazerle kesilmiş veya kalıplanmış bir kenarda, artık çekme gerilimiyle karşılaşmıştır. PMMA havada çatlamadan önce yaklaşık 35 MPa'ya dayanır; etanolde veya yapıştırıcı çözücüsünde eşik 5–10 MPa'ya düşer ve tavlanmamış bir parça bunu rutin olarak aşar. 80 °C'de tavlayın, yavaş soğutun, ardından yapıştırın.

Lazer işleri için döküm mü ekstrüzyon akrilik mi belirtmeliyim?

Gravür ve en iyi alevle parlatılmış kenar için döküm: çok yüksek moleküler ağırlığı temiz buharlaşır ve parlak beyaz bir buzlanma bırakır. Ekstrüzyon daha ucuzdur ve daha dar kalınlık toleransı sağlar, ancak daha az kontrastla ve daha berrak gravürlenir, ayrıca yönlenme gerilimi taşır; çözücüyle temas edecekse kesimden sonra tavlayın.

PMMA, baskı veya yapıştırma öncesinde plazma ya da korona ön işlemi gerektirir mi?

Nadiren. 38–41 dyne/cm değeriyle, kalıptan çıktığı haliyle çoğu çözücü ve UV ile kürlenen mürekkebi, yapıştırıcıyı ve bağlayıcıyı ıslatır; bu yüzden ön işlem su bazlı mürekkepler ve birkaç sert kaplama astarı için ayrılmıştır. Temizlik aktivasyondan daha önemlidir ve gerilimli bir parçada temizleyici alkol veya keton olmamalıdır; deterjan ve su ya da nafta güvenlidir.

---