Кое-что об органическом стекле

А теперь несколько слов о процессе полировки. Включив станок, к вращающемуся войлочному кругу подносится карандаш из пасты. Достаточно только легкого касания, и внешняя поверхность круга покроется тонким слоем пасты. Кроме войлочного круга я применяю тонкие, ворсистые круги из бархата, фетра, фланели, байки. Они гибкие и эластичные, что позволяет им изгибаться и проникать в углубления деталей, недоступных войлочному кругу. Но иногда встречаются участки, недоступные ни для каких полировальных кругов. Это отверстия, вырезы, пазы, окна, кривые изгибы. Для полирования таких участков я использую цилиндрические стержни из мягких пород дерева, вставляя их в патрон дрели. Пасту наношу прямо на дерево или сначала стержень оклеиваю бархатом или байкой.

Блеск и прозрачность в недоступных местах достигается также с помощью нагретого металлического стержня, шарика или пластины, а также под действием пламени нехитрой горелки, о которой я писал в одной из номеров альманаха. Имея в виду, что почти все термопласты (то есть пластмассы, способные многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении) имеют невысокую температуру плавления, необходимо остерегаться нагрева оргстекла в результате трения, сопровождающего процессы механической шлифовки и полировки изделий. Здесь излишние усилия не требуются: деталь к абразивному кругу подводят без чрезмерных усилий, нежно, едва касаясь круга, работу ведут с перерывами, иногда даже охлаждая детали в воде.

И чем меньше частота вращения круга, тем больше шансов у изделия избежать теплового "ожога", который происходит при локальном нагреве поверхности детали выше температуры размягчения пластмассы, в результате чего абразивный круг, выражаясь понятнее, сдирает в этом месте "кожу" с детали, образуя каверну, которую не всегда можно ликвидировать. А если уж "ожог" случился, то придется его "лечить". Неглубокую каверну придется "вывести" шкуркой или осколком стекла, после чего отполировать это место вновь. Глубокую каверну иногда удается ликвидировать, нанеся на поврежденное место несколько слоев клея, восстановив тем самым содранный слой.

Термообработка

Поскольку оргстекло является термопластом (существуют еще реактопласты, которые при переработке в изделие отверждаются и при повторных нагревах размягчению не поддаются), то с помощью нагрева листы из него можно согнуть в "бараний рог" в переносном и прямом смысле. Нагретое оргстекло становится мягким, вязким, текучим. Чтобы согнуть лист этого пластика на определенный угол и с заданным радиусом загиба в вершине угла, необходимо разогреть лишь ту часть листа, которая будет подвергнута изгибу. После размягчения лист сгибают на соответствующей оправке-матрице. Такие оправки делают из металла, дерева, пластиков, бумаги, эбонита и т.д. Но я всегда пытаюсь найти готовые оправки, для которых годятся самые различные предметы: бутылки, карандаши, линейки, стержни, трубки и т.п. Важно, чтобы все предметы-оправки имели гладкую поверхность. Правда, это требование не столь необходимо при гнутье листов с глухой окраской, сквозь которую не будут просматриваться следы дефектов поверхности оправки (вмятины, трещины и др.), отпечатавшиеся на пластике. Перед изгибом лист не желательно разогревать полностью, так как разогретые части листа по обе стороны изгиба обязательно и невосполнимо потеряют свою идеальную плоскую поверхность. Лист покоробится, поверхность скукожится и примет вид волны. Чтобы избежать всего этого, нужно придать пламени горелки такую форму, чтобы обеспечить нагрев листа только в месте сгиба. С этой целью "широкий" факел кухонной конфорки я загоняю в щель необходимой ширины, для чего использую два листа кровельной стали. Листы укладываю на плиту, устанавливая с их помощью нужную ширину "х" щели. На рис. 1,а показан момент разогрева листа, где боковые стрелки говорят о том, что для равномерности прогрева изгибаемого участка лист над щелью следует слегка перемещать то в одну, то в другую сторону. Нагревают участок с обеих сторон. Расстояние "у" от листа до пламени горелки определяют опытным путем, так как одинаковое на вид оргстекло может иметь не одинаковый химический состав и характеризоваться разными механическими и химическими свойствами. Из-за того, что пластик плохой проводник тепла, прогревание листа на всю его толщину идет достаточно медленно. Но не следует торопить нагрев, приближая лист к пламени, так как в результате оргстекло может вскипеть, потечь и загореться. Время прогрева участка обычно продолжают до тех пор, пока свободно висящий конец листа не "клюнет", то есть не начнет самопроизвольно опускаться под собственной тяжестью. И все же лучше не доводить нагрев до "клева", а периодически, пытаясь рукой согнуть свободный конец листа, контролировать момент наступления нужного размягчения пластмассы. Ни в коем случае не перегревайте пластик, так как в этом случае материал теряет упругость, а текучесть его увеличивается, поэтому в месте изгиба может произойти утоньшение листа, а сам лист способен прилипнуть к оправке. В лучшем же случае на поверхности листа отпечатаются все дефекты поверхности оправки. На рис. 1, б показан момент изгиба листа на оправке, в качестве которой использован карандаш.

Рис. 1. Так изгибают лист оргстекла: а - нагрев места; б - изгиб на оправке; 1 и 3 - стальные листы; 2 - лист оргстекла; 4 - оправка-карандаш

Из рис. 2 понятно, как осуществить локальный круглый разогрев участка листа для изготовления, например, часового стекла. Для чего потом разогретый участок укладывают на матрицу и пуансоном выдавливают линзу соответствующего профиля. Для получения факела нужной формы служит жестянка с круглым отверстием. Форму отверстия делают и квадратной, если такая конфигурация часового стекла. После затвердения полученного стекла все лишнее вокруг него удаляют и подгоняют его по месту. Подробно "часовую" тему развивать здесь я не буду, но на всякий случай замечу, что зазоры по периметру между пуансоном и матрицей должны быть не меньше толщины листа заготовки.

Рис. 2. Нагрев локального участка листа оргстекла: 1 - лист оргстекла; 2 - стальной лист с круглым отверстием

Итак, при прожигании, изгибе, штамповке приходится нагревать оргстекло или другой термопласт. И я хочу еще раз предупредить мастеров-любителей, что термическая обработка пластмасс на кухне в обществе щей и компотов нежелательна. Термопласты даже при незначительном нагреве выделяют вредные ядовитые газы, весьма опасные для здоровья. Так, горение оргстекла сопровождается выделением вообще-то ароматного дыма. Но аромат этот коварен и лучше его не нюхать, для чего при работе не нужно перегревать термопласт. В летнее время лучше работать при открытом окне, а еще лучше, если оборудовать рабочее место принудительной вентиляцией.

Чтобы лучше познакомиться с правилами работы с термопластами, я советую читателям, решившим заниматься поделками из оргстекла, внимательно прочитать в альманахе статьи Е. Игнатова "Разберемся с пластмассами" (№5 за 1997 г.) и "Бомба замедленного действия" (№3 за 1998 г.). В них достаточно подробно и понятно рассказывается о возможных вредных проявлениях термопластов при работе с ними.

Соединение деталей

Способ соединения деталей изделий из оргстекла определяется тем, какие детали предстоят крепить, в каком месте требуется осуществить соединение и какой вид крепления наиболее целесообразен в данном случае. В основном, детали из оргстекла склеивают, хотя применяют и другие виды соединений (винты, заклепки). Преимущество клеевого соединения в художественном изделии из прозрачного оргстекла заключается в том, что в этом случае отсутствуют крепящие элементы, не всегда украшающие внешний вид изделия. Кроме того, по прочности клеевые соединения не уступают самому оргстеклу.

По принципу действия различают два типа клея. К первому типу относят клеи, не растворяющие материал склеиваемых деталей. Впитываясь в поры и шероховатости поверхностей соединяемых деталей, клей образует промежуточный слой, который, высыхая, и осуществляет сцепление поверхностей. Отсюда, чем больше пористость и шероховатость склеиваемых поверхностей, тем крепче сцепление. В данном случае прочность соединения не определяется прочностью материала деталей, а обычно зависит только от прочности клея. Так вот, клеями такого типа соединять детали из оргстекла все равно, что ставить мертвому припарки. Поверхность оргстекла не имеет пор, сколы его гладки, поэтому частицам клея просто не за что "зацепиться".

Ко второму типу относятся клеи, которые растворяют материал склеиваемых деталей, в результате молекулы материала, взаимно диффундируя из одной детали в другую, образуют монолитный шов. Здесь детали склеиваются в результате сцепления молекул. Шов в данном случае получается незаметным, а по мере испарения растворителя соединение приобретает прочность материала склеенных деталей. Я не ошибусь, если назову это клеевое соединение холодной сваркой.

Растворителями оргстекла являются дихлорэтан, ледяная уксусная кислота, метиловый (древесный) спирт, муравьиная кислота и некоторые другие жидкости. Наилучшими растворителями-клеями для оргстекла, с которыми я соприкасался, считаю дихлорэтан и безводную ледяную кислоту. Ледяной уксусную кислоту высокой концентрации химики называют, видимо, по той причине, что при низкой, даже плюсовой температуре, в жидкости начинают вырастать красивые ледяные кристаллы, что я сам наблюдал не раз.

Применение дихлорэтана или ледяной кислоты в качестве клея имеет свои плюсы и минусы. Так, дихлорэтан способен быстро растворять оргстекло, что значительно сокращает процесс склеивания. Однако он так быстро испаряется, что не всегда успевает растворить пластик. Но основной недостаток этого химиката в том, что его перевели в компанию "ОВ" (отравляющих веществ), и из распространенного еще недавно растворителя для мойки деталей машин и чистки одежды, он превратился в дорогой дефицит.

Ледяная кислота испаряется сравнительно медленно, что позволяет ей растворять оргстекло на достаточную глубину. Поэтому ею удобно склеивать детали с большой площадью соприкосновения. Ледяная кислота ядовита, но к "ОВ" не относится (по-моему!). Я даже ем с ней пельмени, разбавляя водой до концентрации 3...6%. В продажу она поступает в виде уксусной эссенции крепостью 30...70%.

Склеивать оргстекло можно и чистыми растворителями, но, чтобы замедлить их испарение, лучше из растворителей сделать клей, добавив в них стружку или порошок оргстекла. Для получения порошка достаточно приложить к вращающемуся кругу наждачного камня обрезок оргстекла, предварительно подстелив под наждак газету. Обычно на 100 г растворителя достаточно 3...5 г порошка. Но здесь возможны варианты. Например, если клей в стык деталей подавать пипеткой, то делают его пожиже, чтобы клею было легче заполнить промежуток между деталями. В других случаях клей требуется погуще, особенно если детали клеят методом накладки, а также в случаях, когда не достигнуто плотное сопряжение деталей. Я привык делать клей "на глазок". В пузырек с растворителем кладу щепотку крупинок оргстекла и встряхиваю пузырек, пока в дихлорэтане (ледяной кислоте) не растворится последняя крупинка. На это уходит 20...30 минут (время зависит от размеров крупинок). Если раствор получился жидковатым, добавляю в него крупинки, если густоватым - растворитель.

Когда не удается достать ледяную кислоту, то и пищевая 70%-ная уксусная эссенция сойдет. Клеить ею можно, но соблюдая определенную технологию. Не пытайтесь в эссенции растворять стружки оргстекла, ничего не выйдет. Стружки не растворятся, а только набухнут. Не растворяются они потому, что в эссенции содержится около 30% воды, с которой оргстекло не реагирует. От капли воды нечаянно попавшей в раствор ледяной кислоты с оргстеклом, клей моментально свертывается. А чтобы клеить пищевой уксусной эссенцией, следует обеспечить точную подгонку сопрягаемых деталей, чтобы исключить вероятность образования пустот в шве при склейке, так как из этих пустот невозможно будет удалить воду, оставшуюся после высыхания шва. Понятно, чем меньше поперечное сечение шва, тем легче подгонять детали и тем меньше вероятность образования пустот.

Процесс склеивания уксусной эссенцией происходит следующим образом. После сборки и закрепления в нужном положении сопрягаемых деталей в шов пипеткой подается уксусная эссенция, которая смачивает поверхности шва. Чем точнее подгонка деталей, тем лучше эти поверхности смачиваются. Уксусная пищевая эссенция не растворяет оргстекло, а только размягчает его поверхностный слой, в результате чего начинается взаимная диффузия молекул, а вода начинает испаряться. По мере испарения воды уксусная эссенция подается в шов еще 2...3 раза. Через сутки шов набирает достаточную прочность. Здесь хочется задать вопрос читателям: "А как удалить воду из уксусной эссенции и превратить ее в ледяную кислоту с наивысшей крепостью?". Может с помощью самогонного аппарата? Химики и алхимики, поделитесь секретом! О других растворителях я не могу ничего рассказать, так как за неимением оных я с ними не работал.

Рис. 3. Так приклеивают боковые стенки ящика: 1 - вспомогательная планка; 2 - угольник; 3 – пипетка

А теперь рассмотрим приемы склейки изделий из оргстекла. Чаще всего эти изделия являются конструкциями ящичного или коробочного типа, в которых много торцевых соединений. Тонкие листы оргстекла без дополнительного крепления весьма трудно удержать в вертикальном положении при склейке. Поэтому приходится с помощью различных ухищрений обеспечивать им необходимое положение, а также пригружать их, добиваясь плотной стыковки склеиваемых деталей. На рис. 3 даны приемы крепления и склейки изделия ящичного типа. Так, чтобы дно ящика не ерзало по столу (верстаку), оно фиксируется грузом, в качестве которого подойдет любой предмет, подсказанный вашей фантазией. Лишь бы он имел при малых габаритах хороший вес. Это могут быть гири, утюги, чашки с компотом (см. рис. 3), молотки, кирпичи и т.д. Чтобы удержать боковую стенку в вертикальном положении и придавить ее ко дну, на нее кладут вспомогательную планку, а на планку - груз (например, ту же чашку с компотом). В качестве второй опоры для планки подойдет любой предмет, подходящий по высоте. В данном случае я воспользовался книгами. Для вспомогательной планки легко подобрать подходящие обрезки ДВП, фанеры, досок, оргстекла и других материалов. Ширина планки не обязательно должна соответствовать длине листа оргстекла. Лишь бы на планке уместился груз. С помощью угольника обеспечивают вертикальность стенки. Закончив установку деталей, пипеткой подаем в стык между деталями клей. 30...40 минут достаточно, чтобы клеевой шов схватился. Теперь принимаемся за вторую боковую стенку (рис. 3, б). Здесь роль вспомогательной книжной опоры выполняет приклеенная первая боковая стенка ящика. Положение второй стенки выверяют угольником, после чего стык заполняют клеем.

Рис. 4. Боковые стенки прижимают к торцевым, надев на ящик резиновые кольца

После достаточного набора прочности клеевых швов "по месту" вырезают и подгоняют торцевые стенки (рис. 4). Установив стенки в нужном положении, на ящик надевают кольца из резины (поближе к торцам ящика). Клей закапывают сверху в вертикальные стыки, причем по мере стекания его ко дну ящик поворачивают, чтобы клей проник и в донный шов. Слегка временно деформируя (перекашивая) стенки ящика, добиваются полного заполнения клеем шва по всему его периметру. Оставшиеся пустоты ослабляют прочность шва и портят изделия особенно, если оно из прозрачного оргстекла.

Если требуется наклеить на заготовку (подложку) из оргстекла "украшающую" деталь, то поступают следующим образом. Накладываемую деталь смазывают снизу клеем, после чего пинцетом укладывают в нужное место (рис. 5). Кончиком пинцета положение детали слегка подправляют (если это необходимо) и осторожно прижимают к заготовке, чтобы выдавить из-под детали излишки клея и пузырьки воздуха. Для качественного выполнения подобной работы желательны крепкие руки и хороший глазомер. Если это не так, то подобным методом наклейки лучше не заниматься. Ведь поставленная не на место деталь, которую потом еще придется передвигать в нужное место, оставит клеевой след на поверхности подложки, который уже ничем не удалить. Наиболее надежный способ наклейки узких деталей показан на рис. 6. Приклеиваемую деталь устанавливают на положенное ей место, прижимают скобой, после чего пипеткой под деталь вводят клей. Если приклеиваемая деталь достаточно длинная, устанавливают несколько скоб. Но способ этот не всегда возможен. На том же рис. 6 есть деталь - рюмка (чаша), которую придется приклеивать, как деталь на рис. 5, так как приклеиваемая поверхность чаши сравнительно большая, и клей самопроизвольно под нее не затечет. Так что чашу эту придется предварительно покрыть слоем клея, а потом наложить на подложку.

Рис. 5. Приклеивание детали с помощью пинцета

На рис. 7, 8 и 9 показаны еще несколько способов крепления деталей при склейке. На рис. 7 дано "тавровое" соединение деталей. Прижим и фиксация детали в вертикальном положении осуществляют с помощью резиновых колец. Я их делаю из автомотокамер, листовой резины или, на худой конец, из резинок для трусов. Число таких колец при установке не ограничено и зависит от их сжимающей способности и длины приклеиваемой детали. После фиксации "вертикальность" детали проверяется угольником. Клей в стык обычно вводят с обеих сторон. Способы сжатия склеиваемых деталей, которые вы видите на рис. 8, в комментариях, я думаю, не нуждаются.

Рис. 6. Фиксация приклеиваемой детали с помощью скобы: 1 - скоба; 2 - пипетка

На рис. 9 показана склейка деталей встык. Особенность этой операции в том, чтобы в месте склеиваемого шва детали не соприкасались основанием, например, столом, на котором лежат детали. В противном случае клей из шва проникает под детали и испортит их нижние стороны. Поэтому под детали подкладывают подложки из какого-либо материала (картона, ДВП, оргстекла), чтобы приподнять место стыка над опорой. Между подложками, понятно, следует предусмотреть 20...30-мил-лиметровый зазор "а" (см. рис. 9).

Рис. 7. Крепление вертикальной стенки с помощью резиновых колец: 1 - резиновое кольцо; 2 – угольник

О других способах крепления деталей при склеивании и более подробно о самом склеивании будет рассказано ниже при описании изготовления из оргстекла конкретных изделий.

Рис. 8. Так сжимают склеиваемые детали

Рис. 9. "Бездефектный" способ склеивания деталей встык

Инструмент

Для обработки оргстекла пригодны практически все виды инструментов "по металлу". Правда, к ним надо добавить еще несколько инструментов и приспособлений, которые придется изготовить самому. Число их невелико и все они просты в изготовлении. На рис. 10, а показана терка большая, которая представляет из себя доску, оклеенную с обеих сторон кусками наждачной шкурки (с одной стороны наклеена мелкая шкурка, с другой - более грубая. Данная терка предназначена для придания "прямолинейности" склеиваемым граням прямоугольных деталей. Здесь обрабатываемую деталь просто трут нужной гранью о поверхность терки. В основном на этой терке "шлифуют" длинномерные детали. Теркой малой (рис. 10, б) удобно доводить до ума мелкие детали. В этом случае деревянный брусок просто обертывают наждачной шкуркой, края которой крепят на боковой узкой грани бруска гвоздиками. Желательно иметь целый набор этих малых терок со шкурками различной зернистости. На рис. 10, в приведена терка цилиндрическая, состоящая из деревянного кругляша, обернутого шкуркой. Она предназначена для обработки стенок отверстий и других криволинейных поверхностей. Для шлифовки и полировки поверхностей с малыми радиусами кривизны я использую своеобразные "боры". Беру отрезок проволоки и один его конец обклеиваю полоской наждачной шкурки (для шлифовки) или кусочком ворсистой ткани (для полировки), другой конец стержня вставляю в патрон дрели или токарного станочка. Полоски шкурки (ткани) приклеиваю клеем "Момент".

Рис. 10. Терки для оргстекла: а - большая; б - малая; в - круглая; 1 - шкурка; 2 - гвоздики

Рис. 11. Резак для оргстекла и дюралюминия (из полотна для ручной ножовки по металлу)

Обязательно понадобится резак для прямолинейной резки листового оргстекла и дюралюминия (рис. 11). Резак выполняют обычно из полотна ножовки по металлу. Тонкие листы материала достаточно "прочертить" резаком по линейке 3...4 раза, после чего они легко разламываются. При резке листов толщиной более 4 мм на листе прорезают канавки с обеих его сторон. Суммарная глубина прореза должна быть не менее 1/3 толщины листа оргстекла. Если сечению режущей части резака придать клиновидную форму, как у лезвия ножа, то им удается резать листы дюралюминия толщиной до 2 мм. (По-моему дюралюминии лучше резать именно резаком для оргстекла. - Примечание редактора.)

Рис. 12. Скоба для фиксации склеиваемых деталей

Для временной фиксации деталей при склейке их необходимо чем-то удержать на положенном им месте подложки. Для этого я применяю скобы (рис. 12). Делаю я их из полосок дюралюминия или латуни толщиной 1...1,5 мм. Чтобы скоба не скользила по оргстеклу и не царапала его, на нижнюю губку скобы наклеиваю полоску ткани.