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聚甲基丙烯酸甲酯具有良好的綜合力學性能，在通用塑料中居前列，拉伸、彎曲、壓縮等強度均高于聚烯烴，也高于聚苯乙烯、聚氯乙烯等，沖擊韌性較差，但也稍優于聚苯乙烯。澆注的本體聚合聚甲基丙烯酸甲酯板材（例如航空用有機玻璃板材）拉伸、彎曲、壓縮等力學性能更高一些，可以達到聚酰胺、聚碳酸酯等工程塑料的水平。
一般而言，聚甲基丙烯酸甲酯的拉伸強度可達到50-77MPa水平，彎曲強度可達到90-130MPa，這些性能數據的上限已達到甚至超過某些工程塑料。其斷裂伸長率僅2%-3% ，故力學性能特征基本上屬于硬而脆的塑料，且具有缺口性，在應力下易開裂，但斷裂時斷口不像聚苯乙烯和普通無機玻璃那樣尖銳參差不齊。40℃ 是一個二級轉變溫度，相當于側甲基開始運動的溫度，超過40℃，該材料的韌性，延展性有所改善。聚甲基丙烯酸甲酯表面硬度低，容易擦傷。
聚甲基丙烯酸甲酯的強度與應力作用時間有關，隨作用時間增加，強度下降。經拉伸取向后的聚甲基丙烯酸甲酯（定向有機玻璃）的力學性能有明顯提高，缺口性也得到改善。
聚甲基丙烯酸甲酯的耐熱性并不高，它的玻璃化溫度雖然達到104℃，但連續使用溫度卻隨工作條件不同在65℃-95℃之間改變，熱變形溫度約為96℃（1.18MPa），維卡軟化點約113℃。可以用單體與甲基丙烯酸丙烯酯或雙酯基丙烯酸乙二醇酯共聚的方法提高耐熱性。聚甲基丙烯酸甲酯的耐寒性也較差，脆化溫度約9.2℃。聚甲基丙烯酸甲酯的熱穩定性屬于中等，優于聚氯乙烯和聚甲醛，但不及聚烯烴和聚苯乙烯，熱分解溫度略高于270℃，其流動溫度約為160℃，故尚有較寬的熔融加工溫度范圍。
聚甲基丙烯酸甲酯的熱導率和比熱容在塑料中都屬于中等水平，分別為0.19W/M.K和1464J/Kg.K