Оргстекло: прозрачное, прочное, безопасное

Слово «оргстекло» в настоящее время знакомо всем и объединяет в себе техническое название прочных и прозрачных полимерных материалов. К числу полимеров, используемых для производства органического стекла, относятся поли(мет)акрилаты, поликарбонаты, полистирол и др. 

Оргстекло применяют во многих сферах деятельности: им остекляют современные транспортные сооружения и автобусные остановки, из него делают рекламные конструкции, аквариумы, линзы (для очков и контактные) и даже искусственные хрусталики глаз.

Но, пожалуй, самым сложным и ответственным является производство конструкционного остекления для авиационной техники. Именно в этих изделиях применяется оптический конструкционный полимер – полиметилметакрилат, который является главным синонимом термина «оргстекло». 

Производством конструкционного полиметилметакрилата, используемого для остекления авиакабин, сегодня занимаются в городе трудовой доблести Дзержинске в НИИ полимеров – организации в составе Ростеха. Разбираемся, как удалось получить такой успешный материал и по какой технологии его сегодня производят на предприятии Госкорпорации.
 

Плексиглас выходит на арену

Органическое стекло, также известное как акриловое стекло или полиметилметакрилат (ПММА), представляет собой прозрачный термопластичный материал, который часто используется в качестве легкого и небьющегося заменителя обычного, силикатного стекла. Появилось оргстекло в начале XX века, и история его связана с развитием химической промышленности и полимерной химии. 

Отто Рем

В 1928 году немецкий химик и изобретатель Отто Рем впервые синтезировал полиметилметакрилат – термопластичный прозрачный пластик. Помогла ему в этом случайность: солнечный свет попал на бутылку с образцом мономерного метилметакрилата, благодаря чему запустилась реакция полимеризации. Бутылку разорвало на мелкие осколки, но на этих осколках остался новый прозрачный и твердый материал! И уже в 1933 году компания Röhm & Haas, основанная Ремом и Отто Хаасом, начала коммерческое производство материала, известного сегодня в мире как плексиглас (гибкое стекло). Этот прозрачный полимер превосходил по своим качествам все существовавшие на тот момент виды стекла. 

В период между мировыми войнами XX века оргстекло нашло широкое применение в технике, особенно в авиации. Оно использовалось для изготовления фонарей кабин пилота и иллюминаторов самолетов, так как обладало высокой прочностью, устойчивостью к воздействию ультрафиолетовых лучей и авиационных жидкостей, не теряя при этом прозрачности. Кроме того, оргстекло легко поддавалось обработке.
 

Органическое стекло в СССР

Промышленное производство плексигласа в Советском Союзе началось в 1938 году на ленинградском опытно-производственном заводе К-4. В России материал назвали органическим стеклом, чтобы отличать его от похожих неорганических материалов. В ходе Великой Отечественной войны проводились масштабные работы по созданию прозрачной брони из оргстекла для военной авиации. Бронестекло, производство которого было налажено на заводе «Рулон» в Дзержинске, в том или ином виде применялось на всей военной авиации тех лет.

В 1949 году при этом дзержинском заводе организуется небольшая лаборатория №10 (филиал московского ГосНИИОХТ), одной из задач которой стало усовершенствование органического стекла для авиации. Второй филиал ГосНИИОХТ был создан в Дзержинске при химическом предприятии «Заводстрой» в 1951 году для курирования первого в стране производства ПВХ, пущенного на этом заводе в 1944 году. В 1954 году филиалы объединяют в один. 

Д.х.н. В.Р. Лихтеров собирает установку для получения компонента теплостойкого органического стекла

Объединенный филиал ГосНИИОХТ был первопроходцем в получении различных марок органического стекла. Достаточно сказать, что именно специалисты дзержинского филиала создали все марки авиационного органического стекла, выпускавшиеся в СССР и выпускающиеся в России. 

В 1957 году в стенах филиала начинается работа по созданию теплостойких органических стекол, способных работать в конструкциях сверхзвуковых самолетов при температурах 180-200 °С. Позднее за это уникальное достижение, не имевшее на тот момент мировых аналогов, ряд специалистов филиала получат Госпремию СССР. Позже филиал ГосНИИОХТ в Дзержинске будет преобразован в Научно-исследовательский институт химии и технологии полимеров, который и сегодня занимается производством органического стекла для авиации и других областей применения. Предприятие входит в состав холдинга в отрасли химической промышленности Госкорпорации Ростех с головной организацией ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина.
 

Как производят оргстекло в Ростехе

Производство оргстекла заключается в полимеризации мономера − метилметакрилата (ММА), в результате чего образуется полимер − полиметилметакрилат. 

Существует два основных метода производства оргстекла: литьевой (блочный) и экструзионный. При блочном методе мономер заливается в специальные реакционные формы, где он полимеризуется (затвердевает), превращаясь в плоские листы, или блоки, полиметилметакрилата. Экструзионное листовое оргстекло получают непрерывным способом – термической переработкой суспензионного (бисерного) полиметилметакрилата в экструзионных машинах, в которых под давлением происходит выдавливание расплавленной массы полимера через плоскую фильеру с последующим охлаждением полученного листового профиля и раскройкой его на листы. 

В НИИ полимеров производят литьевое (или блочное) оргстекло. Смесь метилметакрилата с необходимыми функциональными добавками (инициаторы, стабилизаторы, регуляторы и др.) заливают в специальную форму из двух листов идеально отполированного закаленного силикатного стекла. Герметизация формы осуществляется с помощью эластичного профиля (трубки), геометрия которого определяет толщину будущего изделия. 

Далее форма погружается в специальный полимеризационный термостат (ванну), в которой в качестве рабочей жидкости выступает вода. Процесс полимеризации ведут контролируемо при температурах 20-40 °С до практически полного исчерпания мономера. 

Следующий этап – термообработка до 100-120 °С в воздушном термостате (печи). Формы остужают, разбирают, и лист оргстекла готов! После обработки и контроля качества изделие отправляется заказчику.

Органические стекла НИИ полимеров используются при производстве деталей остекления кабин пилота, а также цветных и бесцветных светофильтров аэронавигационных огней. В частности, сегодня предприятие Ростеха выпускает боковое остекление кабины импортозамещенного авиалайнера «Суперджет», представляющее собой триплекс из органических стекол.