聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，壓克力）
重點摘要
- PMMA 是最常見的高透明熱塑性塑膠——透光率約 92%，耐候性優於聚碳酸酯，但衝擊強度遠低於聚碳酸酯。
- 澆鑄、擠出與射出成型等級的分子量與殘留應力各不相同，因此在雷射加工、切割與黏接時表現也不同。
- CO2 雷射可使其霧化、雕刻並進行火焰拋光；光纖雷射則需要在透明等級中加入添加劑或顏料。
- 溶劑龜裂是設計時必須防範的缺陷。在任何溶劑或黏合劑接觸零件之前先行退火，再以標準溶劑驗證。
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，壓克力）
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）以壓克力之名販售，亦有 Plexiglas、Lucite 等商品名，是由甲基丙烯酸甲酯經自由基聚合製成的非晶態、水晶般透明的熱塑性塑膠，兼具約 92% 的透光率、優異的戶外耐候性、高表面硬度與較低的衝擊強度。凡是需要在日照下維持透明度的場合，如透鏡、導光件、汽車燈具、招牌、顯示器與醫療設備外殼，皆可見其應用。
進入二次加工產線的有三種形式，其表現各不相同。澆鑄板在玻璃板之間聚合，分子量超過 1,000,000 g/mol，抗龜裂性最佳，雷射反應也最乾淨。擠出板的分子量約 100,000–150,000 g/mol，成本較低且厚度公差更嚴，但帶有來自模頭的配向應力。射出成型等級（MFR 2–25 g/10 min）用於透鏡與外殼；耐衝擊改質等級則加入核殼結構橡膠粒子，使缺口衝擊強度提高三至五倍，但透明度會略受影響。
影響加工的特性
雷射打標與切割
PMMA 強烈吸收 10.6 µm 的輻射，並且是解聚而非碳化：高於約 300°C 時，分子鏈會分解為單體蒸氣，因此 CO2 雷射雕刻幾乎不留碳殘渣。澆鑄板可產生明亮的白色霧面；擠出與射出成型材料則會回流，標記較為透明、對比度較低。請將蒸氣抽離，因為 MMA 具可燃性。
透明等級幾乎完全穿透 1064 nm，因此光纖雷射需要雷射打標添加劑（通常為 0.1–1% 的雲母或氧化錫顏料），或使用已著色或填充的等級。UV（355 nm）光源能以極少熱量精細標記經穩定化處理及著色的等級，但大致會穿透未穩定化的透明材料，因此請先試作。雷射打標對照表比較了各種途徑。
切割的化學原理相同：CO2 光束在澆鑄板上留下光亮的火焰拋光邊緣，在擠出板上則留下輕微的熔融隆起。兩種邊緣都帶有殘留拉伸應力，而對未退火的雷射切割邊緣進行溶劑黏合，是壓克力加工中最常見的龜裂來源（請參閱雷射切割與雕刻的比較）。受應力的零件也可能在標記周圍產生龜裂；請先退火並使用較低的照射強度。
黏接、列印與塗裝
PMMA 的表面能為 38–41 dyne/cm，能潤濕大多數油墨、黏著劑與塗料，因此表面能很少成為限制；電暈或電漿僅用於水性油墨及部分硬塗層底漆。真正的限制是環境應力開裂：醇類、酮類、酯類、芳香烴、含氨的玻璃清潔劑以及遷移的塑化劑，都會使受應力的壓克力產生龜裂。在乙醇中的臨界應力約為 5–10 MPa，而在空氣中為 35 MPa，未退火的零件通常就帶有這種程度的應力。
有效的順序是：退火、以清潔劑加水或石油腦清潔，然後黏接。相容的系統包括：溶劑黏合劑（薄接合用二氯甲烷，填補間隙用雙組分 MMA 黏合劑）、光學組件用的 UV 固化壓克力，以及異質基材用的環氧樹脂或聚胺酯。氰基丙烯酸酯會白化並造成龜裂。網版、移印與噴墨列印可直接使用溶劑型與 UV 固化油墨；列印處下方出現龜裂是應力所致，而非附著力問題。
未塗佈的板材在 100 次 Taber 循環（ASTM D1044）內霧度會增加 20–30%，因此透鏡與玻璃替代件會塗上 3–10 µm 的矽氧烷或 UV 固化壓克力聚胺酯硬塗層，將霧度控制在 2–5% 以下。熱固化塗層需要預先乾燥的零件，且溫度須低於熱變形溫度（HDT）；底漆、固化與測試請參閱聚碳酸酯與壓克力的硬塗層。
焊接
PMMA 屬非晶態，可進行遠場焊接，但性脆，因此高振幅的超音波焊接會使其破裂：20 kHz 的振幅應維持在約 30–50 µm，或改用 30–40 kHz，薄壁處並加上能量導向器。透明 PMMA 可穿透 808–1064 nm，因此雷射焊接需要在下層零件中加入近紅外線吸收劑（深色外殼用碳黑，透明對透明接合用低可見度染料或塗層），或使用 PMMA 本身即可吸收的 1.5–2 µm 光源。黑色 PC 或 PC/ABS 外殼搭配透明 PMMA 透鏡，是汽車燈具的典型接合；聚碳酸酯與 PMMA 可良好搭配，前提是 PMMA 能透光，且視窗考量了其較低的 Tg。
PMMA 二次加工的疑難排解
PMMA 零件的規格制定與驗證
- 退火。凡是要進行黏合、溶劑清潔、雷射切割或硬塗層的零件都應指定退火：擠出與射出成型零件為 80°C（澆鑄件最高 90°C），每公厘約 1 小時、最少 2 小時，冷卻速率不超過每小時 15–20°C，直到低於 40°C。過快的冷卻會重新引入應力。
- 殘留應力。指定標準溶劑試驗：通常以乙醇浸泡 15 分鐘（乙酸乙酯混合液更為嚴苛），然後在斜射光下檢查有無龜裂。以已知應變的彎曲試片（ISO 22088-3、ASTM F791）校準合格／不合格判定，使門檻成為應力值，而非主觀意見。交叉偏光片（ASTM D4093）可無損篩檢射出成型造成的雙折射。
- 光學性能。依 ASTM D1003 量測透光率與霧度，依 ASTM E313 量測黃色指數；對於有硬塗層的零件，則在濕度循環後量測 Taber 霧度變化與劃格附著力（ASTM D3359）。耐衝擊改質等級需訂定耐候後的黃變限值；變色的是改質劑，而非 PMMA。
相關術語與延伸閱讀
實際應用於生產
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常見問題
光纖雷射能標記透明壓克力嗎？
單靠光纖雷射不行。水晶般透明的 PMMA 對 1064 nm 完全透明，光束直接穿過而毫無作用。配方必須含有約 0.1–1% 的雷射打標添加劑，或使用已著色或填充的等級，或改用 PMMA 強烈吸收的 CO2 雷射。
為什麼壓克力在溶劑黏合後會龜裂？
因為黏合劑接觸到了殘留的拉伸應力，通常出現在雷射切割或射出成型的邊緣。在空氣中，PMMA 約可承受 35 MPa 才會龜裂；在乙醇或黏合劑溶劑中，門檻降至 5–10 MPa，而未退火的零件通常會超過此值。請先以 80°C 退火、緩慢冷卻，然後再黏合。
雷射加工應指定澆鑄還是擠出壓克力？
雕刻與最佳火焰拋光邊緣請選澆鑄：其極高的分子量能乾淨地汽化，留下明亮的白色霧面。擠出板較便宜且厚度公差更嚴，但雕刻後較透明、對比度較低，並帶有配向應力；若會接觸溶劑，切割後應予退火。
PMMA 在列印或黏接前需要電漿或電暈前處理嗎？
很少需要。38–41 dyne/cm 的表面能使其在成型後即可潤濕大多數溶劑型與 UV 固化油墨、黏合劑及黏著劑，因此前處理僅用於水性油墨及少數硬塗層底漆。清潔比活化更重要，且對受應力的零件，清潔劑不得使用醇類或酮類；清潔劑加水或石油腦才是安全的。
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