聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，亚克力）
要点速览
- PMMA 是最常见的高透明热塑性塑料——透光率约 92%，耐候性优于聚碳酸酯，但冲击强度低得多。
- 浇铸、挤出和注塑牌号的分子量与残余应力各不相同，因此其激光加工、切割和粘接表现也不同。
- CO2 激光器可使其磨砂、雕刻和火焰抛光；透明牌号用光纤激光器则需要添加剂或颜料。
- 溶剂银纹是设计时必须防范的缺陷。在任何溶剂或粘接剂接触零件之前应先退火，然后用参比溶剂进行验证。
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，亚克力）
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）以亚克力以及 Plexiglas、Lucite 等商品名销售，是由甲基丙烯酸甲酯经自由基聚合而成的非晶态、水晶般透明的热塑性塑料，兼具约 92% 的透光率、出色的户外耐候性、较高的表面硬度和较低的冲击强度。凡是需要透明度经得起日晒的场合，如透镜、导光件、汽车灯具、标牌、显示屏和医疗器械外壳，都会用到它。
进入二次加工产线的有三种形态，其表现各不相同。浇铸板在玻璃板之间聚合，分子量超过 1,000,000 g/mol，抗银纹性最好，激光响应也最干净。挤出板分子量约为 100,000–150,000 g/mol，成本较低、厚度公差更严，但带有来自模头的取向应力。注塑牌号（MFR 2–25 g/10 min）用于填充透镜和外壳；抗冲改性牌号添加了核壳结构橡胶粒子，可使缺口冲击强度提高三至五倍，但会在一定程度上牺牲透明度。
影响加工的性能
激光打标与切割
PMMA 对 10.6 µm 辐射吸收强烈，发生解聚而非碳化：在约 300°C 以上，分子链解链生成单体蒸气，因此 CO2 激光雕刻几乎不留碳残渣。浇铸板可得到明亮的白色磨砂效果；挤出和注塑材料会回流，标记更透明、对比度更低。必须抽走蒸气，因为 MMA 易燃。
透明牌号对 1064 nm 几乎完全透过，因此光纤激光器需要激光打标添加剂（通常为 0.1–1% 的云母或氧化锡类颜料），或采用着色或填充牌号。UV（355 nm）光源可以在几乎不产生热量的情况下对稳定化和着色牌号精细打标，但对未稳定化的透明材料基本是直接穿透，因此应先试验。激光打标对照表对比了各种途径。
切割遵循同样的化学原理：CO2 光束在浇铸板上留下光亮的火焰抛光边缘，在挤出板上则留下轻微的熔融凸脊。两种边缘都带有残余拉应力，对未退火的激光切割边缘进行粘接，是亚克力加工中银纹最常见的来源（参见激光切割与雕刻的比较）。受应力的零件也可能在标记周围产生银纹；应先退火并采用较低的辐照度。
粘接、印刷与涂层
PMMA 的表面能为 38–41 dyne/cm，大多数油墨、胶粘剂和涂层都能润湿，因此表面能很少成为限制因素；电晕或等离子体处理仅用于水性油墨和某些硬涂层底漆。真正的限制是环境应力开裂：醇类、酮类、酯类、芳烃、含氨玻璃清洁剂以及迁移出的增塑剂都会使受应力的亚克力产生银纹。在乙醇中的临界应力约为 5–10 MPa，而在空气中为 35 MPa，未退火的零件通常就带有这一水平的应力。
行之有效的顺序是：退火，用洗涤剂加水或石脑油清洁，然后粘接。可用的体系包括：溶剂胶粘剂（薄接缝用二氯甲烷，填隙用双组分 MMA 胶粘剂）、光学组件用 UV 固化丙烯酸酯，以及异种基材用环氧树脂或聚氨酯。氰基丙烯酸酯会发白并引起银纹。丝网、移印和喷墨印刷可直接使用溶剂型和 UV 固化油墨；印刷层下出现银纹是应力所致，而非附着力问题。
未涂层的板材在 100 次 Taber 循环（ASTM D1044）后雾度会增加 20–30%，因此透镜和玻璃面板需涂覆 3–10 µm 的硅氧烷或 UV 固化丙烯酸-聚氨酯硬涂层，将雾度控制在 2–5% 以下。热固化涂层需要零件预先干燥，且固化温度须低于 HDT；底漆、固化和测试请参见聚碳酸酯和亚克力的硬涂层。
焊接
PMMA 为非晶态，可进行远场焊接，但质脆，因此高振幅超声波焊接会使其开裂：20 kHz 时应将振幅保持在约 30–50 µm，或改用 30–40 kHz，并在薄壁处设置能量导向筋。透明 PMMA 可透过 808–1064 nm，因此激光焊接需要在下部零件中加入近红外吸收剂（深色外壳用炭黑，透明对透明接头用低可见度染料或涂层），或采用 PMMA 本身可吸收的 1.5–2 µm 光源。黑色 PC 或 PC/ABS 外壳配透明 PMMA 透镜是汽车灯具的典型接头；聚碳酸酯与 PMMA 搭配良好，前提是 PMMA 能透光，且焊接窗口考虑到其较低的 Tg。
PMMA 二次加工的故障排查
PMMA 零件的规范与验证
- 退火。凡是需要粘接、溶剂清洗、激光切割或硬涂层的零件都应指定退火：挤出和注塑零件 80°C（浇铸件可达 90°C），每毫米约 1 小时且最少 2 小时，以不超过每小时 15–20°C 的速率冷却至 40°C 以下。快速冷却会重新引入应力。
- 残余应力。应指定参比溶剂测试：通常用乙醇浸 15 分钟（乙酸乙酯混合物更苛刻），然后在斜射光下检查银纹。以已知应变的弯曲试条（ISO 22088-3、ASTM F791）校准合格/不合格判据，使阈值成为应力数值而非主观判断。正交偏振片（ASTM D4093）可无损筛查注塑成型带来的双折射。
- 光学性能。透光率和雾度按 ASTM D1003，黄色指数按 ASTM E313；对于硬涂层零件，还需在湿热循环后测试 Taber 雾度变化和划格附着力（ASTM D3359）。抗冲改性牌号需规定耐候后的黄变限值；变色的是改性剂，而不是 PMMA。
相关术语与延伸阅读
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常见问题
光纤激光器能在透明亚克力上打标吗？
单靠光纤激光器不行。水晶般透明的 PMMA 对 1064 nm 完全透过，光束直接穿过而无任何作用。材料中必须含有约 0.1–1% 的激光打标添加剂，或者采用着色或填充牌号，或者改用 PMMA 吸收强烈的 CO2 激光器。
为什么亚克力在溶剂粘接后会出现银纹？
因为粘接剂接触到了残余拉应力，通常位于激光切割或注塑成型的边缘。在空气中，PMMA 在约 35 MPa 以内不会产生银纹；在乙醇或粘接剂溶剂中，这一阈值降至 5–10 MPa，而未退火的零件通常会超过它。应在 80°C 下退火，缓慢冷却，然后再粘接。
激光加工应指定浇铸亚克力还是挤出亚克力？
雕刻和追求最佳火焰抛光边缘时选浇铸：其极高的分子量可干净地汽化，留下明亮的白色磨砂效果。挤出亚克力更便宜、厚度公差更严，但雕刻后更透明、对比度更低，并带有取向应力；若要接触溶剂，切割后应进行退火。
PMMA 在印刷或粘接前需要等离子体或电晕预处理吗？
很少需要。其表面能为 38–41 dyne/cm，注塑后即可润湿大多数溶剂型和 UV 固化油墨、粘接剂及胶粘剂，因此预处理仅用于水性油墨和少数硬涂层底漆。清洁比活化更重要，而且在受应力的零件上，清洁剂不能是醇类或酮类；洗涤剂加水或石脑油是安全的。
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