Конструкционные пластмассы
Практическое применение органических стекол
жүктеу/скачать 12,88 Mb.
|
Кн Архипова Полимеры с комплексом особых свойств (копия)
| 2.2. Практическое применение органических стекол
Физико-химические свойства органических стекол определяют области их практического использования. Наиболее широкую известность они получили в качестве прозрачных конструкционных материалов, выгодно отличающихся от традиционных силикатных стекол. Органические полимеры легче и прочнее, не дают опасных осколков при разрушающих ударах, их свойства можно модифицировать заданным образом. В связи с этим полимерные стекла стали незаменимым материалом в авиа- и автомобилестроении; в строительстве: для остекления куполов, окон, веранд, парников и теплиц; в приборостроении: для изготовления смотровых стекол, электро-, радио- и телеаппаратуры; в производстве предметов широкого потребления: очков и контактных линз, фонарей, светильников, прозрачной посуды и упаковки, а также многого другого. Применение оргстекол в этом направлении подробно описано выше по каждому из полимеров. Значительно меньше известны новые области применения органических стекол, в частности, в гелеоэнергетике. Преобразование солнечного излучения в электрическую и тепловую энергию возможно за счет различных технических устройств. Одним из них являются люминесцентные солнечные концентраторы (ЛСК), известные с начала 80-х годов. Они способны концентрировать и передавать солнечную радиацию на светочувствительную поверхность фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) или на специальный поглотитель. Материалом для таких устройств является светопрозрачный полимер с введенным в него люминесцентным красителем. Солнечный свет, проходя через прозрачную пластину поглощается люминофором и преобразуется в люминесцентное излучение. Та часть люминесцентного излучения, которая попадает в пределы двух критических конусов, ограниченных углом падения φ0(φ0=arc sin n, где n – показатель преломления матрицы), покидает пределы ЛСК (схема). Остальное излучение претерпевает полное внутреннее отражение на поверхностях пластины, достигает ее торцевых граней и может выходить только через одну из них, являющуюся прозрачной (остальные имеют зеркальное покрытие). Для полиметилметакрилата (n=1.45) люминесцентное излучение на выходе составляет 74% от всего излучения. Концентрация светового излучения достигается за счет большой разницы в размере площади, поглощающей свет и пропускающей его. Концентрированная солнечная энергия передается на фотоэлектрический преобразователь, совмещенный с прозрачной торцевой гранью пластины. В качестве материала для прозрачной матрицы ЛСК чаще всего используется полиметилметакрилат. Появление в начале 70-х годов оптических методов передачи и обработки информации потребовало создания волоконных световодов, которые изготавливались сначала из обычного или кварцевого стекла и применялись для передачи световых сигналов на длинные расстояния. Однако, неорганические волокна имеют повышенную хрупкость, слабую радиационную устойчивость и другие технические недостатки. Это стимулировало разработку полимерных органических волоконных световодов, промышленное производство которых, например, в Японии, составило в 1987 г. 6 млн. км. Основные их преимущества перед неорганическими – гибкость и эластичность, способность к многократным изгибам, низкая плотность, радиационная стойкость. Полимерный световод представляет собой длинную нить диаметром 10-10мкм, состоящую из сердцевины и оболочки. Полимерное сырье должно соответствовать как общим требованиям, предъявляемым к оптическим материалам (высокая прозрачность в видимой области спектра, оптимальная механическая прочность и твердость), так и специальным требованиям: способность к волокнообразованию, согласованность технологических характеристик обоих слоев, определенное соотношение коэффициентов преломления полимера – оболочки и полимера-сердцевины (первый должен быть на 2-3% меньше второго). В качестве таких полимеров для оптических волокон первыми были опробованы полистирол (сердцевина) и полиметилметакрилат (оболочка). Сейчас в качестве материала для сердечников чаще используют поликарбонат, а оболочкой служит поли-4-метилпентен-1. Обычно оболочка изготавливается путем напыления мономера с более низким показателем преломления на готовую полимерную сердцевину с последующей полимеризацией оболочки. Используется также полиамиды в оболочке из сополимеров тефлона и некоторые другие полимеры. Еще одним перспективным направлением применения прозрачных полимерных материалов является лазерная техника, основанная на излучении красителями, помещенными в прозрачную полимерную матрицу. Научные эксперименты, выполненные в 80-х годах, показали ряд преимуществ полимерных матриц по сравнению с кристаллами и неорганическими стеклами. К ним относятся более высокая лазерная стойкость поверхности, снижение скорости фотодеструкции красителя, помещенного в полимерную матрицу и др. В настоящее время в качестве прозрачных лазерных сред используют 5-6 полимеров, среди которых выделяются полиметилметакрилат, поликарбонат, полистирол, эпоксиполимеры и полиуретан. Высокий уровень требований к лазерным полимерным элементам накладывает жесткие ограничения на способ их получения. Обычные методы переработки полимеров (литье под давлением, экструзия, прессование, штамповка) мало пригодны в этом случае, поскольку они не обеспечивают высокую оптическую однородность, чистоту материала и отсутствие внутренних напряжений. Для этих целей более предпочтительными являются полимеризация в форме с оптическими поверхностями, распределение раствора полимера по оптической поверхности с последующим испарением растворителя, блочная полимеризация мономерной композиции с дальнейшей специальной механической обработкой поверхности материала. Таким образом, мы видим, что область технического применения полимерных стекол непрерывно расширяется, как и ассортимент оптически прозрачных полимеров. жүктеу/скачать 12,88 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|