Obróbka Akrylu (plexi)
Twardość akrylu zawiera się pomiędzy drewnem i stalą. Można ją porównać do mosiądzu lub stopów lekkich. Akryl daje się obrabiać mechanicznie (ciąć, toczyć, wiercić) przy użyciu narzędzi do drewna jak i do metalu. 
Chłodzenie podczas obróbki mechanicznej. Nadmierna szybkość obróbki mechanicznej powoduje miejscowe przegrzanie, a więc powstawanie naprężeń wewnętrznych, które powinny być następnie zredukowane poprzez wyżarzanie odprężające (relaksację). W przeciwnym razie, wcześniej lub później, naprężenia te spowodują pęknięcia na powierzchni, które będą powiększać pod wpływem czynników chemicznych (na przykład podczas klejenia lub malowania). Jednakże należy przestrzegać ogólnych zasad postępowania i nie przegrzewać materiału podczas obróbki mechanicznej, tj.;
• chłodzić wodą zawierającą 2% oleju chłodzącego, sprężonym powietrzem lub rozpyloną wodą skierowaną bezpośrednio na narzędzie tnące.
• usuwać wióry i opiłki z miejsca obróbki.
• narzędzia do obróbki muszą być ostre.
Akryl wytłaczany (ekstrudowany) jest bardziej wrażliwy na przegrzewanie i dlatego narzędzia tnące muszą być zawsze ostre, a chłodzenie efektywne.
Cięcie
Akryl może być cięty bardzo prostymi narzędziami jak piłka do metalu (nie zaleca się docięcia płyt wytłaczanych) lub wyszukanymi jak laser. Do prostych cięć zazwyczaj używa się pił tarczowych, a pił taśmowych lub frezów do innego rodzaju obróbki kształtowej.
Cięcie ręczne
Piłka ręczna z ostrzami do stopów metali lekkich może być używana w przypadku małych ilości. Jednakże nie zaleca się tej metody, gdyż uzyskuje się krawędzie złej jakości. Cienkie płyty akrylowe (< 3mm) mogą być cięte przy pomocy nożyka do laminatów. Należy wykonać głęboką rysę w płycie wzdłuż linii prostej, a następnie przełamać ją odpowiednio naciskając.
Piły elektryczne - Piła taśmowa
Ten typ piły pozwala na cięcie krzywizn. Ale głównie służy do wycinania półfabrykatów, do formowania i do przycinania nadmiaru materiału części uformowanych. Ponadto piłą taśmową można ciąć grube bloki. Do operacji cięcia mogą być używane wszystkie piły taśmowe do obróbki drewna, przy zastosowaniu prędkości cięcia w zakresie 4-6m/min.
Piła tarczowa z ostrzami z węglików spiekanych. Tego typu piły nie wymagają częstego ostrzenia, ale krawędzie obrabiane nie są tak dobrej jakości jak po obróbce piłami ze stali szybkotnącej. Ustawienie zębów. Podział: 1 ząb/cm
Piła tarczowa ze stali szybkotnącej.
Ten typ piły pozwala na pewne, dokładne cięcie. Krawędź cięcia jest matowa, ale do wykończenia powierzchni wystarczy proste polerowanie papierem ściernym. Zaleca się stosowanie stacjonarnej piły stołowej z zamocowanym stołem i z ruchomą tarczą tnącą. Krawędź tnąca powinna być zaokrąglona, a zęby zeszlifowane pod kątem 45o przy
wierzchołku. Zęby piły nie są rozwarte, ale powierzchnia boczna zębów (pow. przyłożenia) musi mieć odchylenie o ok. 0,2% na każdej stronie. Podział: 2 do 5 zębów/cm, w zależności od rodzaju ciętego materiału. Zalecane jest chłodzenie wodą lub chłodziwem.
Zalecana prędkość obrotowa piły w zależności od średnicy.
Średnica piły (mm) x Obroty (obr./min)
150 6400
200 4800
250 3800
300 3200
350 2800
400 2400
Cięcie laserowe
Proces ten jest korzystny z wielu względów:
- dokładne odwzorowanie kształtów,
- minimalizacja odpadów,
- doskonała jakość krawędzi cięcia; często uzyskuje się powierzchnie nie
wymagające polerowania.
Jednakże wskutek działania wysokiej temperatury postają duze naprężenia wewnętrzne, które
powinny być zlikwidowane w procesie relaksacji przed kontaktem z rozpuszczalnikami.
Kleje / Spawanie
KLEJENIE
Klejenie jest rodzajem wiązania pomiędzy sobą części z PMMA. Mamy tu do czynienia zdwoma rodzajami łączenia. Jest to klejenie roztworem PMMA w rozpuszczalniku (którego większość odparowuje podczas tego procesu) lub polimeryzacja PMMA Ten drugi proces, przebiegający w graniczących ze sobą strefach jest podobny do zgrzewania. W obu przypadkach pierwsza faza polega na zmiękczeniu powierzchni, sklejanych bądź za pomocą rozpuszczalników, znajdujących się w klejach, bądź środków rozpuszczających w monomerze.
W związku z tym, przed jakimkolwiek łączeniem zaleca się poddanie materiału relaksacji w celu likwidacji wewnętrznych naprężeń, pozostałych po operacji formowania lub obróbce mechanicznej. Zaleca się również, aby klej wysychał i tężał w temperaturze pokojowej. W celu uzyskania lepszej jakości połączenia należy dodatkowo wygrzewać połączone uprzednio części w temperaturze około 60oC przez okres 2 do 5 godzin.
ZGRZEWANIE I SPAWANIE
Zgrzewanie polega na odpowiednim umieszczeniu dwóch łączonych części „na styk” i następnie zmiękczeniu strefy styku. Zmiękczenie może być przeprowadzone wieloma
metodami jak na przykład: gorącym gazem, metodą indukcyjną, radiacyjną, ultradźwiękami, itp. Ta technika może być stosowana tylko do akrylu wytłaczanego.
Inna metoda polega na użyciu wypełniacza w postaci pręta z PMMA i następnie rozpuszczeniu materiału. Tą metodą można spawać akryl wylewany. Jednakże ta metoda łączenia powoduje powstawanie wysokich naprężeń wewnętrznych i dlatego po jej przeprowadzeniu zaleca się relaksację. Wytrzymałość zgrzanego połączenia zawiera się w granicach 10 do 40% wytrzymałości rodzimego materiału.
Termoformowanie
TERMOFORMOWANIE
Termoformowanie składa się z trzech etapów: nagrzewanie, formowanie i schładzanie. Po nagrzaniu do odpowiedniej temperatury akryl staje się miękki i elastyczny. Wówczas może być formowany na niemal dowolny kształt przy użyciu odpowiedniego oprzyrządowania. Po schłodzeniu materiał odzyskuje swoją sztywność, ale pozostaje w stanie uformowanym. Elementy z akrylu wylewanego, który nie uzyskał pożądanego kształtu może być ponownie nagrzany i skorygowany zgodnie z wymaganiami. Jest to niemożliwe w przypadku akrylu wytłaczanego. Przed podgrzewaniem należy zerwać folię zabezpieczającą z akrylu wylewanego, gdyż wskutek działania wyższej temperatury klej bardziej wiąże i w konsekwencji zdjęcie folii zabezpieczającej będzie trudne. Nie dotyczy to akrylu wytłaczanego.
WSTĘPNE SUSZENIE PŁYT AKRYLOWYCH
Akryl wytłaczany powinien być wysuszony, aby wyeliminować wilgoć z płyt. Robi się to przez wygrzewanie w zakresie temperatur 75 ÷ 80 oC w piecu z cyrkulacją powietrza przez okres 1 ÷ 2 godziny na każdy milimetr grubości.
NAGRZEWANIE
Piec z cyrkulacją gorącego powietrza. Jest to jedyna akceptowalna metoda, jeśli własności optyczne wykończonych elementów są ważne, oraz w przypadku płyt o grubości większej od 5 – 6 mm. W piecu temperatura może być dokładnie kontrolowana i wylewana płyta akrylowa może być przetrzymywana w tej temperaturze podczas oczekiwania na formowanie. Nie zaleca się przetrzymywania w piecu płyty wytłaczanej. Nagrzewanie promieniami podczerwonymi. Temperatura i czas nagrzewania zależy od rodzaju akrylu i metody nagrzewania.
Ta metoda nagrzewania posiada wiele zalet:
- inercja termiczna niska i w konsekwencji krótki czas nagrzewania.
- głowica nagrzewająca może być dowolnie przesuwana.
- możliwość szybkiego nagrzewania płyt do 5 mm grubości (średnio 1 min/mm grubości)
- instalacja relatywnie nie jest kosztowna dla małych i średnich elementów.
Wady:
- w danej chwili tylko 1 płyta może być nagrzewana.
- mała precyzja kontrolowanej temperatury.
- płyty o grubości powyżej 5 mm muszą być nagrzewane dwustonnie; jednocześnie z dwóch stron lub przez obrót płyty.
- czas nagrzewania
FORMOWANIE – PARAMETRY NAGRZEWANIA PŁYTY WYLEWANY / WYTŁACZANY
- Temperatura minimalna (oC) 130 140
- Temperatura maksymalna (oC) 200 180
- Zalecany zakres (oC) 165 do 190 160 do 175
CZAS NAGRZEWANIA
- Piec (min/mm) 3 do 4 2,5 do 3
- Panele na promienie podczerwone
- 1 panel 2,2 W/cm2 (s/mm) 42 do 52 38 do 45
- 2 panele 3,5 W/cm2 (s/mm) 24 do 32 22 do 27
Różnice w zależności od temperatury
Podczas nagrzewania po raz pierwszy płyt akrylowych, skurcz i jego tolerancja są uzależnione od naprężeń początkowych. Skurcz akrylu wylewanego osiąga 2% i jest jednakowy w obydwu kierunkach. Dla akrylu wytłaczanego skurcz zawiera się w granicach 3 ÷ 6% (zależnie od grubości płyty) w kierunku ekstruzji i 1 ÷ 2% poprzecznie. Specjalne właściwości jakie posiada akryl wylewany oznaczają, że wytrzymuje on różnice temperatur od 10 do 15oC przy podgrzewaniu jednej płyty i nie spowoduje to żadnego uszczerbku jakości w wyrobie końcowym. Nie odnosi się to do akrylu wytłaczanego, który musi być podgrzewany bardzo równomiernie. Wszelkie różnice przekraczające 5oC mogą pozostawić poważne naprężenia wewnętrzne. Jeśli płyta wytłaczana nie jest zamocowana, na obrzeżach może ulec zniekształceniom podczas nagrzewania, zgodnie z różnicami pomiędzy skurczem w kierunku ekstruzji i poprzecznym. Akryl wytłaczany ma tendencje do przylegania do metalowych powierzchni w piecu poziomym. Powierzchnie podparcia muszą być w związku z tym zabezpieczone poprzez powłoki silikonowe bądź fluorowane i dostarczane przez specjalistyczne firmy.
Płyta wytłaczana ma ponadto tendencje do zwisania, rozciągania lub nawet rozrywania. Piec pionowy jest zdecydowanie bardziej polecany.
Czas formowania zależy od typu wyrobu, temperatury i stopnia skomplikowania części formowanej. Najważniejszym czynnikiem, który ma wpływ na jakość wyrobu , jest czas jaki upływa od wyjęcia nagrzanej płyty z pieca (lub wyłączenia nagrzewania podczerwienią) do zakończenia formowania. Poniżej przedstawiono diagramy maksymalnego czasu formowania w zależności od temperatury dla płyt wylewanych i wytłaczanych. Te diagramy pokazują obszary gdzie jest to niebezpieczne lub nawet niemożliwe. W tych przypadkach powstaje siatka mikropęknięć wskutek dużych naprężeń w materiale z powodu zastosowania nieodpowiednich warunków temperaturowych. Aby sprawdzić to zjawisko w laboratorium należy zanurzyć testowany obszar o największym wydłużeniu, w 95%-wym spirytusie na 10 minut. Testowane części popękają, jeśli w
materiale pozostały naprężenia przekraczające dopuszczalne wartości. Różnice w zależności od termoformowania. Akryl wylewany nawet rozgrzany do temperatury 190oC wymaga użycia dużej siły do formowania. Jednakże ta siła musi być stosowana stopniowo, gdyż nagłe zmiany naprężenia mogłyby spowodować uszkodzenie. Natomiast akryl wytłaczany daje się formować przy pomocy małych sił. Ponadto łatwiej uzyskuje się dokładne odwzorowanie szczegółów i ostrych krawędzi.
Matryce i formy mogą być produkowane z wielu materiałów takich jak: drewno, gips, aluminium, stal, wzmocniony poliester lub żywice epoksydowe (z lub bez materiału
wypełniającego). Aby zminimalizować naprężenia formowania należy podgrzać matryce i klemy mocujące do około 80oC dla akrylu wylewanego i do około 70oC dla akrylu
wytłaczanego.
- Typy termoformowania
- Proste formowanie powierzchni rozwijalnych
- Formowanie kształtów nierozwijalnych
- Formowanie podciśnieniowe
- Formowanie swobodne przy pomocy nadciśnienia
- Nieswobodne formowanie próżniowe
- Wydmuchiwanie w formie wklęsłej
- Tłoczenie
- Tłoczenie z zastosowaniem stempla i matrycy
- Kombinacja metod formowania próżniowo-ciśnieniowego z tłoczeniem
POLEROWANIE I PRZYGOTOWANIE KOŃCOWE
W celu usunięcia wszelkich śladów palców należy przed pakowaniem zastosować zmywacz ze środkiem antystatycznym. Jednakże, jeśli części przypadkowo posiadają rysy, muszą być najpierw polerowane przy pomocy płynów polerskich, miękką szmatką lub maszynowo.
Wiercenie
WIERCENIE
Akryl może być wiercony zarówno przy pomocy wiertarek stołowych jak i przenośnych. Wiertła mogą być wykonane ze stali szybkotnącej, super szybkotnącej lub z ostrzami z
węglików spiekanych. Mogą to być również wiertła kształtowe, stożkowe. Zaleca się zeszlifowanie krawędzi wiertła specjalnie do akrylu. Podczas obróbki wiertło należy często wyjmować w celu usunięcia wiórów i w ten sposób zminimalizować niepożądane nagrzewanie materiału. W przypadku zastosowania wiertła z ostrzami z węglików spiekanych zaleca się obfite smarowanie, aby otrzymać dobrej jakości powierzchnie boczne otworu.
Wiercenie rurowe W przypadku wiercenia dużych otworów radzi się stosowanie wierteł rurowych lub ostrzy frezarskich.
Wiercenie trepanacyjne. Otwory o bardzo dużych średnicach mogą być wytaczane przy pomocy nastawnego wytaczadła. W ten sposób można rozcinać płytę na dwie części.
TOCZENIE
Akryl można toczyć w ten sam sposób jak stopy metali lekkich przy użyciu standardowych narzędzi, tj. możliwie dużych obrotach i z małym posuwem.
FREZOWANIE
Frezowanie może odbywać się na maszynach przenośnych lub stacjonarnych z pionowym ustawieniem wrzeciona. Należy stosować frez z jedną lub kilkoma krawędziami skrawającymi. Frez powinien być wykonany ze stali szybkotnącej lub bardziej zalecany z ostrzami z węglików spiekanych.
Zalecane obroty: 15.000 ÷ 25.000 obr./min
A ponadto zaleca się stosowanie chłodzenia.
Po frezowaniu często należy wykańczać krawędzie przy pomocy polerowania. Gładką powierzchnię można uzyskać bezpośrednio z frezowania gdy zastosuje się narzędzie z
ostrzami diamentowymi zamontowane na obrabiarce stacjonarnej.
Obróbka rowków lub otworów
Można stosować piłę tarczową, frez palcowy lub dowolną frezarkę z szeroką gamą frezów.
GRAWEROWANIE
Najczęstszą formą grawerowania jest frezowanie narzędziem o małej średnicy (2 do 6mm) i zamontowanym na pantografie.
Ponadto grawerowanie można przeprowadzać laserem z ograniczoną głębokością wiązki penetrującej.
Polerowanie
PIASKOWANIE
Piaskowanie przeprowadza się w celu wyrównania powierzchni obrabianej lub w celu usunięcia defektów powierzchni takich jak rysy. Do tego celu używany jest karborudowy
papier zarówno w przypadku piaskowania ręcznego, tarczowego jak i na taśmówce. Zalecana prędkość przy tego typu obróbce na maszynie wynosi 10 m/s. Podczas obróbki należy stosować chłodzenie wodą, aby ograniczyć nagrzewanie się materiału.
POLEROWANIE
Po piaskowaniu materiał może być polerowany ręcznie lub maszynowo, aby przywrócić mu naturalny połysk powierzchni.
Polerowanie ręczne
Wykonywać przy pomocy zamszu lub filcu. Gdy są duże wymagania co do powierzchni, można używać specjalnych płynów polerskich.
Polerowanie maszynowe
W przypadku obróbki frezami z ostrzami diamentowymi otrzymuje się krawędzie wykończone. Jednakże w wielu przypadkach poleruje się krawędzie filcem lub głowicą pokrytą bawełną czy flanelą z użyciem płynu polerskiego. Płaskie powierzchnie poleruje przy pomocy przenośnej tarczy polerskiej pokrytej filcem lub wełną zmoczoną w płynie polerskim. Po polerowaniu zaleca się przetarcie powierzchni szmatką z płynem czyszczącym o własnościach antystatycznych.
Polerowanie ogniowe
W tej specyficznej technice obróbki krawędzie akrylu są narażone na działanie wysokiej temperatury pochodzącej od otwartego ognia. Płomień należy przesuwać tak szybko, aby krawędzie tylko uległy roztopieniu, a nie zapaliły się. Po schłodzeniu roztopione krawędzie stają się gładkie. Jeśli po obróbce mechanicznej pozostały jakieś nierówności, wskutek działania płomienia uzyskuje się powierzchnię gładką z połyskiem. Jeśli polerowanie ogniowe nie daje oczekiwanych rezultatów, należy wcześniej krawędzie poddać piaskowaniu. Polerowanie ogniowe jest bardzo wydajną metodą, ale wymaga zachowania pewnych środków ostrożności. Powierzchnie, które mają być polerowane tą techniką muszą być zupełnie czyste i pozbawione zanieczyszczeń. W szczególności nie należy dotykać powierzchni palcami. Wreszcie metoda ta powoduje powstawanie dużych naprężeń w materiale i przed malowaniem lub sitodrukiem należy poddać go wygrzewaniu relaksacyjnemu. Taki materiał nie powinien być poddawany gięciu, gdyż powierzchnie polerowane ogniowo są narażone na powstawanie siatki drobnych pęknięć na powierzchni nawet po wyżarzaniu relaksacyjnym. Polerowanie ogniowe nie jest zalecane dla akrylu wytłaczanego.
Montaż
MONTAŻ
Akryl jest często montowany w sztywnych ramach w postaci płaskiej płyty, wygiętej na zimno lub uformowanej na gorąco. Niezależnie od tego czy jest zamontowany w sztywnej ramie czy podparty na sztywno, należy przestrzegać pewnych podstawowych środków ostrożności, aby zapobiec niepożądanym uszkodzeniom lub deformacjom po dłuższym czasie użytkowania. Nie stosować z nieodpowiednimi materiałami Akryl nie może być łączony z nieodpowiednimi tworzywami sztucznymi takimi jak kształtowniki z PCV lub uszczelki silikonowe zawierające kwas octowy lub acetaty.
INSTALACJA W RAMIE
Współczynnik rozszerzalności cieplnej akrylu jest około 10 razy większy od metalu używanego zwykle na ramy. W konsekwencji płyta musi być cięta na wymiar tak, aby pozostawić wystarczającą przestrzeń na rozszerzanie. Należy to przewidzieć na długości i szerokości płyty oraz odpowiednio powiększyć średnice otworów. Pomiędzy akrylem i metalową ramą często stosuje się uszczelki z kauczuku butylowego lub polichloroprenowego. W takich przypadkach płyta musi mieć możliwość łatwego ślizgania się z uwzględnieniem jej tolerancji. Płyta musi być wystarczająco gruba, aby zachowała sztywność mimo działania siły wiatru i zmiennej temperatury.
