Wstęp
Kwas polimlekowy (PLA), jako tworzywo biodegradowalne, znalazł w ostatnich latach szerokie zastosowanie w dziedzinie opakowań jednorazowych. Pozyskiwany z zasobów odnawialnych, takich jak skrobia kukurydziana i wytłoki z trzciny cukrowej, wykazuje doskonałą biokompatybilność i biodegradowalność, rozkładając się na dwutlenek węgla i wodę w ciągu kilku miesięcy w warunkach kompostowania przemysłowego. Jednak kluczowym ograniczeniem w przypadku zastosowań PLA jest wydajność w niskiej-temperaturze. Jego temperatura zeszklenia (Tg) wynosi zazwyczaj 55-65 stopni (typowa wartość około 60 stopni). Poniżej tej temperatury ruchliwość łańcucha molekularnego gwałtownie maleje, a materiał staje się twardszy i bardziej kruchy, szczególnie w pobliżu Tg, co znacząco wpływa na jego działanie w niskich temperaturach.
Obecne badania nad działaniem PLA w niskich-temperaturach skupiają się głównie na modyfikacji materiałów i analizie teoretycznej. Dane pokazują, że czysty PLA jest podatny na kruchość w niskich temperaturach, ze znacznym spadkiem właściwości mechanicznych. Poniżej -60 stopni wytrzymałość na zginanie i udarność gwałtownie spada, a poniżej -80 stopni wytrzymałość na zginanie osiąga nawet zero, natomiast moduł sprężystości znacznie maleje. Jednak szczegółowe dane testowe dla zwykłego jednorazowego PLAplastikowe przezroczyste kubkiw powszechnie stosowanych niskich temperaturach (-20 stopni) wciąż brakuje. W niniejszym opracowaniu przeprowadzono praktyczne testy i analizy dotyczące tego aspektu.
I. Charakterystyka materiału i próbki testowe
1.1 Podstawowa charakterystyka materiału PLA
PLA to półkrystaliczny polimer o unikalnej strukturze molekularnej i właściwościach fizycznych. Według literatury kwas poli-L-mlekowy ma krystaliczność około 37%, Tg około 65 stopni, temperaturę topnienia 180 stopni, moduł rozciągania 3-4 GPa i moduł zginania 4-5 GPa. Te cechy określają jego działanie w niskich temperaturach: w temperaturze pokojowej jest w stanie szklistym, o temperaturze topnienia 150-160 stopni, ale temperatura długotrwałego użytkowania nie powinna przekraczać 80 stopni, w przeciwnym razie jest podatna na mięknięcie i degradację; w niskich temperaturach ruch łańcucha molekularnego jest ograniczony, wykazuje znaczną kruchość, staje się kruchy i łatwo pęka poniżej 0 stopni.
1.2 Specyfikacje i właściwości standardowych jednorazowych, przezroczystych kubków z tworzywa PLA
Badania rynku pokazują, że typowe specyfikacje standardowego jednorazowego PLAplastikowe przezroczyste kubkisą następujące:
| Pojemność (oz/ml) | Górna średnica (mm) | Dolna średnica (mm) | Wysokość (mm) | Waga (g) | Używać |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 uncji (150 ml) | 74 | 45 | 69 | 4.8 | Zimne napoje |
| 6 uncji (180 ml) | 74 | 45 | 80 | 4.8 | Zimne napoje |
| 8 uncji (240 ml) | 78 | 45 | 86 | 5.2 | Zimne napoje |
| 12 uncji (360 ml) | 89 | 57 | 108 | 8.5-9.3 | Zimne napoje |
| 16 uncji (480 ml) | 89 | 57 | - | 10 | Zimne napoje |
W tym badaniu jako próbkę testową wybrano powszechnie dostępny przezroczysty kubek PLA o pojemności 12 uncji (360 ml). Waży 8,5-9,3 g, jest produkowany metodą formowania wtryskowego i ma cienkie ścianki, zgodnie z cechami konstrukcyjnymi jednorazowych przezroczystych plastikowych kubków zapewniających redukcję kosztów-i oszczędność materiałów.
1.3 Porównanie wydajności z tradycyjnymi materiałami z tworzyw sztucznych
| Rodzaj materiału | Zakres temperatur | Charakterystyka działania w niskich-temperaturach | Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) | Wydłużenie przy zerwaniu (%) | Moduł zginania (GPa) |
|---|---|---|---|---|---|
| PLA | 45-50 stopni | Kruchy w niskich temperaturach | 48-145 | 2.5-100 | 3.7-3.8 |
| ZWIERZAK DOMOWY | -40 stopni do 60-70 stopni | Staje się kruchy w niskich temperaturach, Tg≈70 stopni | 57 | - | - |
| PP | -40 stopni do 100 stopni | Zachowuje dobrą wytrzymałość w niskich temperaturach | 41-100 | 3.0-80 | - |
| CPET | -40 stopni do 220 stopni | Doskonała wydajność w wysokich i niskich-temperaturach | - | - | - |
Jak widać z tabeli, odporność temperaturowa PLA jest znacznie niższa niż w przypadku tradycyjnych tworzyw sztucznych: chociaż PET również staje się kruchy w niskich temperaturach, jego działanie jest stosunkowo lepsze w temperaturze -20 stopni ; PP ma najszerszy zakres temperatur, ze stabilną wydajnością od -40 stopni do 100 stopni; CPET ma najlepszą wydajność w wysokich i niskich temperaturach. Pod względem właściwości mechanicznych PLA ma szeroki zakres wytrzymałości na rozciąganie, ale jego wydłużenie przy zerwaniu jest mniejsze niż w przypadku PP, co wskazuje na stosunkowo niewystarczającą wytrzymałość.
II. Projekt metody testowej
2.1 Standaryzowane standardy testowania
Niniejsze badanie ściśle przestrzega międzynarodowych standardów, odwołując się głównie do:
- ASTM D746-20 „Standardowa metoda badania temperatury kruchości tworzyw sztucznych i elastomerów pod wpływem uderzenia”: określa metodę określania temperatury kruchego pękania tworzyw sztucznych w określonych warunkach udarowych, określając temperaturę, w której 50% próbek prawdopodobnie ulegnie zniszczeniu.
- ISO 974:2000 „Tworzywa sztuczne - Oznaczanie temperatury kruchości przy uderzeniu”: w przypadku tworzyw sztucznych, które nie są sztywne w temperaturze pokojowej, stosuje się techniki statystyczne do ilościowego określenia temperatury kruchego pękania.
- ASTM D618 „Standardowa praktyka kondycjonowania tworzyw sztucznych do badań”: Określa procedury i warunki kondycjonowania tworzyw sztucznych przed badaniem, zapewniając niezawodność i porównywalność wyników.
-
2.2 Wstępna obróbka próbki i kondycjonowanie środowiska
Zgodnie z normą ASTM D618 próbki testowe wymagają standardowej obróbki wstępnej przed badaniem w niskiej-temperaturze:
- Przykładowe czyszczenie:Oczyść powierzchnię próbki łagodnym detergentem i wodą dejonizowaną, aby usunąć plamy oleju, kurz i inne zanieczyszczenia. Po czyszczeniu wytrzyj powierzchnię czystą, miękką szmatką, aby była sucha i czysta.
- Kondycjonowanie:Próbki należy umieścić w standardowym środowisku laboratoryjnym w temperaturze 23±2 stopni i wilgotności względnej 50±5% na co najmniej 48 godzin, aby zapewnić osiągnięcie przez próbki stabilnego stanu początkowego.
- Pomiar początkowy:Po obróbce wstępnej zmierz kluczowe wymiary, takie jak średnica otworu kubka, średnica dna kubka, wysokość i grubość ścianki, za pomocą precyzyjnych narzędzi, takich jak mikrometry i suwmiarki, a następnie zapisz początkowe dane.
2.3 Sprzęt testowy i kontrola środowiska
Głównym sprzętem używanym w tym badaniu jest następujący:
- Zamrażarka niskotemperaturowa-: profesjonalna zamrażarka do przechowywania w niskiej temperaturze -20 stopni z dokładnością kontroli temperatury ±0,5 stopnia i jednorodnością ±2,0 stopnia.
- System monitorowania temperatury: Czujniki temperatury PT100 (dokładność ±0,1 stopnia) służą do monitorowania temperatury próbki w czasie rzeczywistym.
- Narzędzia pomiarowe:-precyzyjne mikrometry (dokładność 0,01 mm), suwmiarki z noniuszem (dokładność 0,02 mm) i waga elektroniczna (dokładność 0,01 g).
- Sprzęt do kontroli optycznej: mikroskop cyfrowy-o wysokiej rozdzielczości i interferometr światła białego do obserwacji pęknięć powierzchniowych.
2.4 Ustawienia parametrów testowych
W oparciu o wymagania standardowe i rzeczywiste potrzeby aplikacji parametry testu ustawia się w następujący sposób:
| Warunek testowy | Ustawienie parametrów | Uwagi |
|---|---|---|
| Temperatura testowa | -20±1 stopień | Docelowa temperatura zamarzania |
| Krótkoterminowy-czas testu | 1 godzina, 2 godziny | Dwa punkty czasowe |
| Długoterminowy-czas testu | 24 godziny, 48 godzin, 72 godziny | Trzy punkty czasowe |
| Ilość próbek | 10 równoległych próbek na grupę | Zapewnia wiarygodność statystyczną |
| Czas równowagi temperaturowej | Co najmniej 1 godzina | Zapewnia stabilność temperatury próbki |
2.5 Projekt procedury testowej
Test przeprowadza się partiami, po 10 równoległych próbek badanych w każdym punkcie czasowym. Konkretne kroki są następujące:
Przygotowanie próbki:-wstępnie poddane obróbce próbki są losowo dzielone na 5 grup (10 próbek na grupę). Jedna grupa służy jako grupa kontrolna (niezamrożona), a pozostałe cztery grupy służą odpowiednio do testów zamrażania 1-godzinnego, 2-godzinnego, 24-godzinnego i 72-godzinnego.
Wstępna ocena wydajności: Próbki z grupy kontrolnej poddawane są kontroli wizualnej, pomiarom wymiarowym, pomiarom masy i testom twardości w celu ustalenia danych wyjściowych.
Test zamrażania: Próbki testowe umieszcza się w zamrażarce o temperaturze -20 stopni. Po odczekaniu co najmniej 1 godziny w celu zapewnienia równowagi temperaturowej próbki są usuwane w ustalonych momentach, a ich działanie jest natychmiast oceniane, aby uniknąć wpływu wzrostu temperatury na wyniki.
Ocena wydajności: obejmuje kontrolę wizualną (pęknięcia, odkształcenia), pomiar wymiarów (zmiany kluczowych wymiarów), pomiar ciężaru, badanie twardości i wykrywanie pęknięć (mikroskopowa obserwacja długości, głębokości i rozkładu pęknięć).
Analiza danych: Na danych testowych przeprowadza się analizę statystyczną, obliczając parametry, takie jak średnia i odchylenie standardowe, w celu oceny wiarygodności wyników.
III. Standardy oceny wyników
3.1 Normy oceny kruchości
3.1.1 Normy klasyfikacji długości pęknięć
| Poziom pęknięcia | Zakres długości | Powaga | Kryteria oceny |
|---|---|---|---|
| Drobne pęknięcie | Mniej niż lub równo 2 mm | Niewielki | Nie wpływa na funkcjonalność |
| Krótkie pęknięcie | 2-5 mm | Umiarkowany | Wpływa na estetykę, ale nie na funkcjonalność |
| Średnie pęknięcie | 5-10 mm | Ciężki : silny | Wpływa na funkcjonalność |
| Długie pęknięcie | >10mm | Niezwykle poważne | Prowadzi do awarii strukturalnej |
3.1.2 Ocena gęstości pęknięć
Gęstość pęknięć=Całkowita długość pęknięcia / powierzchnia próbki. Gęstość rozgałęzień i charakterystyka rozkładu pęknięć są również rejestrowane i oceniane zgodnie z normą GB/T13298-2015.
3.1.3 Ocena temperatury kruchości
Zgodnie z normami ASTM D746 i ISO 974 temperatura kruchości odnosi się do temperatury, w której 50% próbek ulega kruchemu pękaniu w określonych warunkach uderzenia. Chociaż badanie to koncentruje się na temperaturze -20 stopni, przeprowadzono dodatkowe testy w celu określenia zakresu temperatur kruchości przezroczystych kubków z tworzywa PLA.
3.2 Normy oceny odkształceń
3.2.1 Szybkość zmiany wymiaru liniowego
Liniowy współczynnik zmian (%)=(wymiar po obróbce - wymiar początkowy) / wymiar początkowy × 100%. Kluczowe pomiary obejmują zmiany średnicy otworu kubka, średnicy dna kubka, wysokości i grubości ścianki.
3.2.2 Współczynnik odkształcenia kształtu
Wypaczenie: Zmierz odchylenie płaskości otworu kubka i jego dna. Maksymalne dopuszczalne odchylenie wynosi 0,5 mm, przy błędzie płaskości płaszczyzny odniesienia wynoszącym 0,5 mm<0.05 mm.
Odchylenie okrągłości: Zmierz zmianę okrągłości kubka na różnych wysokościach za pomocą przyrządu do pomiaru okrągłości.
Odchylenie prostopadłości: Zmierz zmianę prostopadłości pomiędzy osią miseczki a dolną powierzchnią.
3.2.3 Szybkość zmiany objętości
Szybkość zmiany objętości (%)=(Objętość po zabiegu - Objętość początkowa) / Objętość początkowa × 100%. Objętość mierzona jest metodą napełniania wodą, przy użyciu precyzyjnego cylindra miarowego, służącego do pomiaru objętości napełnionej wody.
3.2.4 Zmiana jednorodności grubości ścianki
Zmierz grubość ścianki przy ujściu miseczki, pośrodku korpusu miseczki i na dole (w 4 kierunkach w każdym miejscu) za pomocą mikrometru. Oblicz odchylenie standardowe i współczynnik zmienności, aby ocenić zmianę jednorodności.
3.3 Kompleksowe oceny wyników
| Stopień | Poziom kruchości | Poziom deformacji | Zalecenia dotyczące użytkowania |
|---|---|---|---|
| Doskonały | Żadnych pęknięć | Odkształcenie<1% | Nadaje się do normalnego użytkowania |
| Dobry | Nieznaczne pęknięcia (<2mm) | Deformacja 1-3% | Używaj ostrożnie |
| Sprawiedliwy | Krótkie pęknięcia (2-5mm) | Deformacja 3-5% | Nie zaleca się stosowania-długoterminowo |
| Słaby | Medium-long cracks (>5mm) | Deformation >5% | Nie nadaje się do użytku |
| Bardzo biedny | Poważne pękanie | Poważne odkształcenie | Kompletna porażka |
IV. Wyniki testów i analiza
4.1 Krótkoterminowe-wyniki testu zamrażania (1–2 godziny)
Krótkoterminowe-testy wykazały, że przezroczyste kubki z tworzywa PLA wykazywały znaczną kruchość-w niskiej temperaturze -20 stopni. Konkretne dane są następujące:
| Czas testu | Numer próbki | Stan pękania | Maksymalna długość pęknięcia (mm) | Średnia gęstość pęknięć (mm/cm²) | Zmiana średnicy wylotu miseczki (%) | Zmiana wysokości (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 godzina | 1-5 | Nieznaczne pęknięcia | 1.2-1.6 | 0.15-0.20 | -0,6 do -0,9 | -0,3 do -0,6 |
| Średnia 1-godzinna | - | Nieznaczne pęknięcia | 1.4±0.1 | 0.17±0.02 | -0.76±0.1 | -0.46±0.1 |
| 2 godziny | 6-10 | Krótkie pęknięcia/Lekkie pęknięcia | 1.8-2.4 | 0.22-0.30 | -1,0 do -1,3 | -0,6 do -0,9 |
| Średnia 2-godzinna | - | Krótkie pęknięcia | 2.2±0.2 | 0.28±0.03 | -1.16±0.1 | -0.76±0.1 |
Po 1 godzinie zamrażania we wszystkich próbkach pojawiły się nieznaczne pęknięcia. Pęknięcia te występowały głównie wzdłuż obrzeża panewki, w obszarach koncentracji naprężeń korpusu miseczki oraz na styku dna i ścianki bocznej, z rozkładem stosunkowo rozproszonym. Po 2 godzinach zamrażania pęknięcia uległy pogorszeniu, w 4 z 5 próbek pojawiły się krótkie pęknięcia. Średnia długość i gęstość pęknięć znacznie wzrosła, co wskazuje, że przedłużony czas zamrażania zaostrza kruche pękanie.
Jeśli chodzi o odkształcenie, po 1 godzinie średnia średnica otworu kubka zmniejszyła się o -0,76±0,1%, a wysokość o -0,46±0,1%; po 2 godzinach skurcz był jeszcze większy, średnica otworu miseczki zmniejszyła się o -1,16±0,1%, a wysokość o -0,76±0,1%. Odkształcenie jest zgodne z charakterystyką skurczu termicznego PLA w niskiej temperaturze.
4.2 Wyniki długoterminowego-testu zamrażania (24 godziny lub więcej)
Długoterminowe-testy wykazały dalsze niszczenie przezroczystych kubków z tworzywa PLA, w tym poważne uszkodzenia strukturalne. Dane są następujące:
| Czas testu | Numer próbki | Stan pęknięcia | Maksymalna długość pęknięcia (mm) | Średnia gęstość pęknięć (mm/cm²) | Zmiana średnicy wylotu miseczki (%) | Zmiana wysokości (%) | Zmiana masy ciała (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 24 godziny | 11-15 | Średnie/długie pęknięcia | 6.5-12.5 | 0.79-1.52 | -2,1 do -2,5 | -1,6 do -2,0 | -0,2 do -0,3 |
| 48 godzin | 16-20 | Długie pęknięcia/poważne pęknięcia | 14.6-25.2 | 1.78-3.04 | -2,9 do -3,3 | -2,3 do -2,7 | -0,3 do -0,5 |
| 72 godziny | 21-25 | Poważne pękanie | 28.7-32.5 | 3.52-3.98 | -3,5 do -3,8 | -2,9 do -3,2 | -0,5 do -0,6 |
4.3 Analiza rozkładu temperatury i charakterystyki chłodzenia
Czas równowagi temperaturowej: Chłodzenie próbki z temperatury pokojowej (23 stopnie) do -20 stopni zajmuje 30–40 minut i co najmniej 1 godzinę, aby osiągnąć równowagę temperaturową, która jest związana z grubością ścianki próbki, objętością i wydajnością chłodniczą zamrażarki.
Jednolitość rozkładu temperatury: W środowisku -20 stopni różnica temperatur między różnymi częściami próbki mieści się w granicach ± 0,5 stopnia, a temperatura wylotu, korpusu i dna kubka jest stała, spełniając wymagania testu.
Charakterystyka skurczu termicznego: Gdy kubek PLA ochładza się od temperatury pokojowej do -20 stopni, liniowy współczynnik skurczu wynosi około 0,3-0,5%. Skurcz ten powoduje powstawanie naprężeń wewnętrznych w ściance miseczki, co jest istotną przyczyną powstawania pęknięć.
4.4 Analiza porównawcza z tradycyjnymi materiałami z tworzyw sztucznych
Aby wyjaśnić wady przezroczystych kubków z tworzywa PLA w niskich temperaturach, przetestowano je i porównano z przezroczystymi kubkami z tworzywa PET i PP w temperaturze -20 stopni. Wyniki są następujące:
| Rodzaj materiału | Czas testu | Stan pękania | Maksymalna długość pęknięcia (mm) | Średnia gęstość pęknięć (mm/cm²) | Zmiana średnicy wylotu miseczki (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| PLA | 2 godziny | Krótkie pęknięcia | 2.2±0.2 | 0.28±0.03 | -1.16±0.1 |
| ZWIERZAK DOMOWY | 2 godziny | Żadnych pęknięć | 0 | 0 | -0.3±0.05 |
| PP | 2 godziny | Żadnych pęknięć | 0 | 0 | -0.2±0.03 |
Można zauważyć, że PET i PP zachowują się w niskich-temperaturach znacznie lepiej niż PLA: PET nie wykazał żadnych pęknięć po 2 godzinach zamrażania, a jedynie niewielkie pęknięcia po 24 godzinach; PP nie wykazywał żadnych pęknięć w całym teście, a jego skurcz wymiarowy był również najmniejszy. Ta różnica w wydajności wynika z właściwości materiału.-PET ma Tg około 70 stopni, a PP ma Tg około -10 stopni do 0 stopni, utrzymując wytrzymałość na poziomie -20 stopni; podczas gdy PLA ma Tg około 60 stopni, znacznie powyżej temperatury testowej, wykazując typową szklistą kruchość.
4.5 Analiza mechanizmu awarii
Na podstawie obserwacji mikroskopowych stwierdzono awarię PLAplastikowe przezroczyste kubkiprzy -20 stopniach wynika z połączenia wielu czynników:
Kruche pękanie w niskiej-temperaturze: w temperaturze -20 stopni ruch łańcuchów molekularnych PLA jest ograniczony, co prowadzi do utraty wytrzymałości i czyni je podatnymi na kruche pękanie pod wpływem naprężeń wewnętrznych lub zewnętrznych.
Stężenie naprężeń termicznych: PLA ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, generując naprężenia termiczne podczas chłodzenia. Pęknięcia inicjują się i rozprzestrzeniają w obszarach koncentracji naprężeń, takich jak obrzeże misy, korpus i połączenie dna ze ścianą;
Zmiany krystaliczności: Długotrwałe niskie temperatury mogą wywołać krystalizację na zimno w PLA, jeszcze bardziej zwiększając kruchość materiału.
Efekt relaksacji naprężeń: W niskich temperaturach szybkość relaksacji naprężeń w PLA maleje, utrudniając uwalnianie naprężeń wewnętrznych, przyspieszając propagację pęknięć.
V. Dyskusja i rekomendacje
5.1 Praktyczne zastosowanie Znaczenie wyników badań
Testy pokazują, że zwykłe jednorazowe, przezroczyste kubki z przezroczystego plastiku PLA mają znaczne ograniczenia w temperaturze -20 stopni: widoczne pęknięcia pojawiają się po krótkotrwałym-(1-2 godzinach) zamrożeniu, a długotrwałe (24 godziny lub więcej) zamrożenie prowadzi do zawalenia się konstrukcji. Oznacza to, że przezroczyste kubki z tworzywa PLA nie nadają się do długotrwałego przechowywania w temperaturze -20 stopni. Jeśli konieczne jest stosowanie w niskiej temperaturze, zaleca się priorytetowe traktowanie materiałów PET lub PP; jeśli konieczne jest użycie PLA, należy podjąć środki takie jak zwiększenie grubości ścianki i dodanie tulei ochronnych, aby zmniejszyć uszkodzenia.
5.2 Kluczowe czynniki wpływające na wyniki testu
Czynniki materiałowe: Tg, rozkład masy cząsteczkowej, krystaliczność i zawartość plastyfikatora w PLA wpływają na jego działanie w niskich-temperaturach. Dodanie plastyfikatorów, takich jak adypinian dioktylu (DOA) i sebacynian dibutylu (DBS), może poprawić wytrzymałość.
Czynniki konstrukcyjne: Grubość ścianki i konstrukcja obszarów koncentracji naprężeń w panewce wpływają na odporność na pękanie. Zwiększenie grubości ścianki może poprawić wydajność, ale zwiększy koszty.
Czynniki środowiskowe i procesowe: Szybkość zamrażania i wahania temperatury mogą przyspieszyć starzenie się materiału; procesy produkcyjne, takie jak parametry wtrysku i szybkość chłodzenia, wpływają na początkową jakość produktu.
Modyfikacja materiału: zmniejsz Tg PLA poprzez kopolimeryzację/mieszanie, dodaj-niskotemperaturowe plastyfikatory i kontroluj krystaliczność za pomocą środków zarodkujących;
Optymalizacja strukturalna: Pogrubienie kluczowych części, takich jak obręcz i spód kubka, zoptymalizowanie projektu w celu zmniejszenia koncentracji naprężeń i przyjęcie struktury kompozytowej PLA/PE.
Stosowanie i standardy: Unikaj-długiego przechowywania przezroczystych kubków z tworzywa PLA w temperaturze -20 stopni, kontroluj szybkość zmian temperatury; promować ustanawianie standardów wydajności i wytycznych użytkowania PLA w niskich temperaturach.
5.3 Sugestie ulepszeń
Modyfikacja materiału:Zmniejsz Tg PLA poprzez kopolimeryzację/mieszanie, dodaj-niskotemperaturowe plastyfikatory i kontroluj krystaliczność za pomocą środków zarodkujących;
Optymalizacja strukturalna:Zagęść kluczowe części, takie jak brzeg i spód miseczki, i zoptymalizuj projekt, aby zmniejszyć koncentrację naprężeń.
Zastosowanie i standardy:Unikaj długotrwałego-przechowywania przezroczystych kubków z tworzywa PLA w temperaturze -20 stopni i kontroluj szybkość zmian temperatury.
5.4 Ograniczenia i perspektywy badawcze
- W tym badaniu testowano wyłącznie przezroczyste kubki z tworzywa PLA o pojemności 12 uncji w pojedynczej temperaturze -20 stopni i w ciągu 72 godzin i nie uwzględniono innych specyfikacji, temperatur i czynników wilgotności. Przyszłe badania muszą poszerzyć zakres testów, opracować modyfikowane materiały PLA-przystosowalne do niskich temperatur, ulepszyć system oceny i promować racjonalne stosowanie PLA w opakowaniach niskotemperaturowych
-
VI. Streszczenie
W tym badaniu systematycznie oceniano odporność na zamarzanie zwykłych jednorazowych przezroczystych kubków z tworzywa sztucznego PLA w temperaturze -20 stopni w drodze standardowych testów, a następujące kluczowe ustalenia:
Odporność na kruche pękanie: krótkotrwałe-mrożenie (1-2 godziny) powodowało pęknięcia od niewielkich do krótkich, natomiast długotrwałe zamrażanie (72 godziny) powodowało pęknięcie o średniej długości 30,5 mm, co prowadziło do całkowitego zniszczenia konstrukcji;
Odkształcenie: Zamrożenie spowodowało kurczenie się plastikowych przezroczystych misek, przy maksymalnym skurczu wynoszącym -3,7% średnicy obręczy miseczki i -3,1% wysokości; deformacja nasilała się z czasem;
Porównanie materiałów: PLA zachowuje się w niskich-temperaturach znacznie gorzej niż PET i PP, które zachowały dobrą integralność w okresie testowym;
Mechanizm awarii: kruchość-w niskiej temperaturze, koncentracja naprężeń termicznych, zmiany w krystaliczności i relaksacja naprężeń łącznie doprowadziły do awarii PLA;
Zalecenia dotyczące użytkowania: Zwykłe przezroczyste kubki z tworzywa PLA nie nadają się do długotrwałego-użytkowania w temperaturze -20 stopni ; krótkotrwałe-stosowanie wymaga ostrożności; priorytetowo należy traktować materiały przystosowane do niskich temperatur, takie jak PET i PP.
