مقدمه
پلی لاکتیک اسید (PLA)، به عنوان یک پلاستیک زیست تخریب پذیر، در سال های اخیر به طور گسترده در زمینه بسته بندی یکبار مصرف استفاده شده است. به دست آمده از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت و باگاس نیشکر، زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری بسیار خوبی از خود نشان می دهد و طی چند ماه در شرایط کمپوست صنعتی به دی اکسید کربن و آب تجزیه می شود. با این حال، عملکرد دمای پایین یک محدودیت کلیدی برای برنامه های PLA است. دمای انتقال شیشه ای آن (Tg) معمولاً 55{7}}65 درجه است (مقدار معمولی حدود 60 درجه). در زیر این دما، تحرک زنجیره مولکولی به شدت کاهش مییابد و ماده سختتر و شکنندهتر میشود، به خصوص در نزدیکی Tg، که به طور قابلتوجهی بر عملکرد آن در دمای پایین تأثیر میگذارد.
تحقیقات فعلی در مورد عملکرد دمای پایین{0}PLA عمدتاً بر اصلاح مواد و تجزیه و تحلیل نظری متمرکز است. داده ها نشان می دهد که PLA خالص در دماهای پایین با کاهش قابل توجه خواص مکانیکی مستعد شکنندگی است. در زیر 60 درجه، مقاومت خمشی و ضربه به شدت کاهش می یابد و زیر 80- درجه، مقاومت خمشی حتی به صفر می رسد، در حالی که مدول الاستیک به طور قابل توجهی کاهش می یابد. با این حال، داده های آزمایشی خاص برای PLA یکبار مصرف معمولیلیوان های پلاستیکی شفافدر دماهای پایین معمولا استفاده می شود (-20 درجه) هنوز وجود ندارد. این مطالعه آزمایش و تحلیل عملی را در این زمینه انجام می دهد.
I. مشخصات مواد و نمونه های آزمایشی
1.1 ویژگی های اساسی مواد PLA
PLA یک پلیمر نیمه کریستالی با ساختار مولکولی منحصر به فرد و خواص فیزیکی است. با توجه به ادبیات، پلی{2}}L-اسید لاکتیک دارای بلورینگی تقریباً 37٪، Tg تقریباً 65 درجه، نقطه ذوب 180 درجه، مدول کششی 3-4 GPa، و مدول خمشی 4{12}}5 GPa است. این ویژگی ها عملکرد آن را در دمای پایین تعیین می کند: در دمای اتاق، در حالت شیشه ای، با نقطه ذوب 150-160 درجه است، اما دمای استفاده طولانی مدت نباید از 80 درجه تجاوز کند، در غیر این صورت مستعد نرم شدن و تخریب است. در دماهای پایین، حرکت زنجیره مولکولی محدود می شود، شکنندگی قابل توجهی از خود نشان می دهد، شکننده می شود و به راحتی زیر صفر درجه شکسته می شود.
1.2 مشخصات و ویژگی های لیوان های پلاستیکی شفاف PLA یکبار مصرف استاندارد
تحقیقات بازار نشان می دهد که مشخصات معمولی PLA یکبار مصرف استانداردلیوان های پلاستیکی شفافبه شرح زیر می باشند:
| ظرفیت (oz/ml) | قطر بالا (میلی متر) | قطر پایین (میلی متر) | ارتفاع (میلی متر) | وزن (گرم) | استفاده کنید |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 اونس (150 میلی لیتر) | 74 | 45 | 69 | 4.8 | نوشیدنی های سرد |
| 6 اونس (180 میلی لیتر) | 74 | 45 | 80 | 4.8 | نوشیدنی های سرد |
| 8 اونس (240 میلی لیتر) | 78 | 45 | 86 | 5.2 | نوشیدنی های سرد |
| 12 اونس (360 میلی لیتر) | 89 | 57 | 108 | 8.5-9.3 | نوشیدنی های سرد |
| 16 اونس (480 میلی لیتر) | 89 | 57 | - | 10 | نوشیدنی های سرد |
این مطالعه یک فنجان شفاف 12 اونس (360 میلی لیتر) PLA را به عنوان نمونه آزمایش انتخاب کرد. وزن آن 8.5-9.3 گرم است، با استفاده از قالبگیری تزریقی تولید میشود، و دارای دیوارههای نازکی است که مطابق با ویژگیهای طراحی کاهش هزینه-و صرفهجویی در مواد لیوانهای شفاف پلاستیکی یکبار مصرف است.
1.3 مقایسه عملکرد با مواد پلاستیکی سنتی
| نوع مواد | محدوده دما | ویژگیهای عملکرد دمای پایین- | مقاومت کششی (MPa) | کشیدگی در زمان شکست (%) | مدول خمشی (GPa) |
|---|---|---|---|---|---|
| PLA | 45-50 درجه | در دمای پایین شکننده است | 48-145 | 2.5-100 | 3.7-3.8 |
| PET | -40 درجه تا 60-70 درجه | در دمای پایین Tg≈70 درجه شکننده می شود | 57 | - | - |
| PP | -40 درجه تا 100 درجه | در دماهای پایین چقرمگی خوبی را حفظ می کند | 41-100 | 3.0-80 | - |
| CPET | -40 درجه تا 220 درجه | عملکرد عالی در دمای بالا و پایین{0}} | - | - | - |
همانطور که از جدول مشاهده می شود، مقاومت دمایی PLA به طور قابل توجهی کمتر از پلاستیک های سنتی است: اگرچه PET در دماهای پایین نیز شکننده می شود، عملکرد آن در -20 درجه نسبتاً بهتر است. PP دارای وسیع ترین محدوده دما، با عملکرد پایدار از -40 درجه تا 100 درجه است. CPET بهترین عملکرد در دمای بالا و پایین را دارد. از نظر خواص مکانیکی، PLA دارای طیف وسیعی از استحکام کششی است، اما ازدیاد طول آن در هنگام شکست کمتر از PP است، که نشان دهنده چقرمگی نسبتاً ناکافی است.
II. طراحی روش تست
2.1 استانداردهای تست استاندارد
این مطالعه کاملاً از استانداردهای بین المللی پیروی می کند و عمدتاً به موارد زیر اشاره می کند:
- ASTM D746-20 "روش تست استاندارد برای دمای شکنندگی پلاستیک ها و الاستومرها بر اثر ضربه": روشی را برای تعیین دمای شکست ترد پلاستیک ها در شرایط ضربه خاص مشخص می کند و دمایی را که در آن احتمال شکست 50 درصد نمونه ها وجود دارد، تعریف می کند.
- ISO 974:2000 «پلاستیک - تعیین دمای شکنندگی ضربهای»: برای پلاستیکهایی که در دمای اتاق صلب نیستند، از تکنیکهای آماری برای تعیین کمیت دمای شکست شکننده استفاده میشود.
- ASTM D618 "روش استاندارد برای تهویه پلاستیک برای آزمایش": روش ها و شرایط تهویه پلاستیک ها را قبل از آزمایش مشخص می کند و از قابلیت اطمینان و مقایسه نتایج اطمینان می دهد.
-
2.2 پیش تصفیه نمونه و تهویه محیطی
طبق استاندارد ASTM D618، نمونههای آزمایشی قبل از آزمایش دمای پایین نیاز به پیش تصفیه استاندارد دارند:
- نمونه تمیز کردن:سطح نمونه را با یک شوینده ملایم و آب دیونیزه تمیز کنید تا لکه های روغن، گرد و غبار و سایر آلودگی ها پاک شود. پس از تمیز کردن، سطح را با یک پارچه تمیز و نرم خشک کنید تا از خشک و تمیز بودن آن اطمینان حاصل کنید.
- تهویه:نمونه ها را در محیط آزمایشگاهی استاندارد در دمای 2±23 درجه و رطوبت نسبی 5±50 درصد به مدت حداقل 48 ساعت قرار دهید تا از رسیدن نمونه ها به حالت اولیه پایدار مطمئن شوید.
- اندازه گیری اولیه:بعد از عملیات پیش تصفیه، ابعاد کلیدی مانند قطر دهانه فنجان، قطر کف فنجان، ارتفاع و ضخامت دیواره را با استفاده از ابزارهای دقیقی مانند میکرومتر و کولیس اندازه گیری کنید و داده های اولیه را ثبت کنید.
2.3 تجهیزات تست و کنترل محیطی
تجهیزات اصلی مورد استفاده در این مطالعه به شرح زیر است:
- فریزر کم-درجه حرارت پایین: یک فریزر حرفه ای -در دمای پایین 20 درجه با دقت کنترل دما 0.5± درجه و یکنواختی 2.0± درجه.
- سیستم مانیتورینگ دما: سنسورهای دمای PT100 (دقت ± 0.1 درجه) برای نظارت بر دمای نمونه در زمان واقعی استفاده می شود.
- ابزارهای اندازهگیری: میکرومترهای{0}دقیق بالا (دقت 0.01 میلیمتر)، کولیسهای ورنیه (دقت 0.02 میلیمتر) و ترازوی الکترونیکی (دقت 0.01 گرم).
- تجهیزات بازرسی نوری: میکروسکوپ دیجیتال با وضوح بالا- و تداخل سنج نور سفید برای مشاهده ترک های سطحی.
2.4 تنظیمات پارامتر تست
بر اساس الزامات استاندارد و نیازهای واقعی برنامه، پارامترهای تست به شرح زیر تنظیم می شوند:
| شرایط تست | تنظیم پارامتر | اظهارات |
|---|---|---|
| دمای تست | -20±1 درجه | دمای انجماد هدف |
| زمان آزمون کوتاه مدت- | 1 ساعت، 2 ساعت | دو نقطه زمانی |
| زمان تست بلند مدت- | 24 ساعت، 48 ساعت، 72 ساعت | سه نقطه زمانی |
| تعداد نمونه | 10 نمونه موازی در هر گروه | اطمینان آماری را تضمین می کند |
| زمان تعادل دما | حداقل 1 ساعت | پایداری دمای نمونه را تضمین می کند |
2.5 طراحی روش آزمون
این آزمایش به صورت دسته ای انجام می شود و در هر نقطه زمانی 10 نمونه موازی آزمایش می شود. مراحل مشخص به شرح زیر است:
آماده سازی نمونه: نمونه های از قبل تیمار شده به طور تصادفی به 5 گروه (10 نمونه در هر گروه) تقسیم می شوند. یک گروه به عنوان گروه کنترل (نه منجمد) و از چهار گروه باقی مانده به ترتیب برای تست انجماد 1 ساعته، 2 ساعته، 24 ساعته و 72 ساعته استفاده می شود.
ارزیابی اولیه عملکرد: نمونههای گروه کنترل تحت بازرسی بصری، اندازهگیری ابعاد، اندازهگیری وزن و تست سختی قرار میگیرند تا دادههای پایه را ایجاد کنند.
تست انجماد: نمونه های آزمایشی در فریزر 20- درجه قرار می گیرند. پس از حداقل 1 ساعت انتظار برای اطمینان از تعادل دما، نمونهها در زمانهای از پیش تعیینشده برداشته میشوند و عملکرد آنها بلافاصله ارزیابی میشود تا از برگشت دما بر نتایج جلوگیری شود.
ارزیابی عملکرد: این شامل بازرسی بصری (ترکها، تغییر شکل)، اندازهگیری ابعاد (تغییر در ابعاد کلیدی)، اندازهگیری وزن، آزمایش سختی و تشخیص ترک (مشاهده میکروسکوپی طول، عمق و توزیع ترک) است.
تجزیه و تحلیل داده ها: تجزیه و تحلیل آماری بر روی داده های آزمون انجام می شود و پارامترهایی مانند میانگین و انحراف معیار برای ارزیابی قابلیت اطمینان نتایج محاسبه می شود.
III. استانداردهای ارزیابی عملکرد
3.1 استانداردهای ارزیابی شکنندگی
3.1.1 استانداردهای طبقه بندی طول ترک
| سطح ترک | محدوده طول | شدت | معیارهای قضاوت |
|---|---|---|---|
| کرک جزئی | کمتر یا مساوی 2 میلی متر | خفیف | بر عملکرد تأثیر نمی گذارد |
| کرک کوتاه | 2-5 میلی متر | متوسط | بر زیبایی شناسی تأثیر می گذارد اما بر عملکرد تأثیر نمی گذارد |
| کرک متوسط | 5-10 میلی متر | شدید | بر عملکرد تأثیر می گذارد |
| ترک بلند | >10 میلی متر | فوق العاده شدید | منجر به شکست ساختاری می شود |
3.1.2 ارزیابی تراکم ترک
تراکم ترک=طول کل ترک / سطح نمونه. چگالی انشعاب ترک و مشخصات توزیع نیز بر اساس استاندارد GB/T13298-2015 ثبت و ارزیابی می شود.
3.1.3 ارزیابی دمای شکنندگی
طبق استانداردهای ASTM D746 و ISO 974، دمای شکنندگی به دمایی اطلاق میشود که در آن 50 درصد نمونهها تحت شرایط ضربه خاص دچار شکستگی شکننده میشوند. اگرچه این مطالعه روی 20- درجه تمرکز دارد، آزمایشهای بیشتری برای تعیین محدوده دمایی شکنندگی فنجانهای شفاف پلاستیکی PLA انجام شد..
3.2 استانداردهای ارزیابی تغییر شکل
3.2.1 نرخ تغییر ابعاد خطی
نرخ تغییر خطی (%)=(بعد بعد از درمان - بعد اولیه) / بعد اولیه × 100%. اندازه گیری های کلیدی شامل تغییرات در قطر دهانه فنجان، قطر کف فنجان، ارتفاع و ضخامت دیواره است.
3.2.2 ضریب تغییر شکل شکل
Warpage: انحراف صافی دهانه فنجان و پایین آن را اندازه گیری کنید. حداکثر انحراف مجاز 0.5 میلی متر است، با خطای صافی صفحه مرجع<0.05 mm.
انحراف گردی: تغییر گردی فنجان را در ارتفاعات مختلف با استفاده از ابزار اندازه گیری گردی اندازه گیری کنید.
انحراف عمود: تغییر عمود بین محور فنجان و سطح زیرین را اندازه گیری کنید.
3.2.3 میزان تغییر صدا
نرخ تغییر حجم (%)=(حجم پس از درمان - حجم اولیه) / حجم اولیه × 100%. حجم با روش پر کردن آب، با استفاده از یک سیلندر اندازه گیری دقیق برای اندازه گیری حجم آب پر شده اندازه گیری می شود..
3.2.4 تغییر یکنواختی ضخامت دیوار
ضخامت دیواره دهانه فنجان، وسط بدنه فنجان و پایین (4 جهت در هر مکان) را با استفاده از میکرومتر اندازه گیری کنید. انحراف معیار و ضریب تغییرات را برای ارزیابی تغییر یکنواختی محاسبه کنید.
3.3 نمرات ارزیابی عملکرد جامع
| درجه | سطح شکنندگی | سطح تغییر شکل | توصیه استفاده |
|---|---|---|---|
| عالی | بدون ترک | تغییر شکل<1% | مناسب برای استفاده معمولی |
| خوب | ترک های خفیف (<2mm) | تغییر شکل 1-3٪ | با احتیاط استفاده کنید |
| منصفانه | ترک های کوتاه (2-5 میلی متر) | تغییر شکل 3-5٪ | برای استفاده طولانی مدت توصیه نمی شود |
| بیچاره | Medium-long cracks (>5 میلی متر) | Deformation >5% | نامناسب برای استفاده |
| خیلی ضعیف | ترک خوردگی شدید | تغییر شکل شدید | شکست کامل |
IV. نتایج آزمون و تجزیه و تحلیل
4.1-نتایج آزمون انجماد کوتاه مدت (1-2 ساعت)
آزمایشهای کوتاهمدت- نشان داد که فنجانهای شفاف پلاستیکی PLA شکنندگی قابلتوجهی-در دمای 20- درجه از خود نشان دادند. داده های خاص به شرح زیر است:
| زمان تست | شماره نمونه | وضعیت ترک خوردگی | حداکثر طول ترک (میلی متر) | میانگین تراکم ترک (mm/cm²) | تغییر قطر دهان فنجان (%) | تغییر قد (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 ساعت | 1-5 | ترک های خفیف | 1.2-1.6 | 0.15-0.20 | -0.6 تا -0.9 | -0.3 تا -0.6 |
| میانگین 1 ساعت | - | ترک های خفیف | 1.4±0.1 | 0.17±0.02 | -0.76±0.1 | -0.46±0.1 |
| 2 ساعت | 6-10 | ترک های کوتاه/ترک های خفیف | 1.8-2.4 | 0.22-0.30 | -1.0 تا -1.3 | -0.6 تا -0.9 |
| میانگین 2 ساعت | - | ترک های کوتاه | 2.2±0.2 | 0.28±0.03 | -1.16±0.1 | -0.76±0.1 |
پس از 1 ساعت انجماد، ترک های جزئی در تمام نمونه ها ظاهر شد. این ترکها بیشتر در امتداد لبه فنجان، در نواحی تمرکز تنش بدنه فنجان و در محل اتصال دیواره پایین و کناری، با توزیع نسبتاً پراکنده توزیع شدهاند. پس از 2 ساعت انجماد، ترک ها بدتر شدند و ترک های کوتاه در 4 نمونه از 5 نمونه ظاهر شد. میانگین طول و چگالی ترک به طور قابل توجهی افزایش یافته است، که نشان می دهد زمان انجماد طولانی مدت شکستگی شکننده را تشدید می کند.
از نظر تغییر شکل، پس از 1 ساعت، میانگین قطر دهانه فنجان به میزان -0.1±0.76% و ارتفاع 0.1±0.46-% منقبض شد. پس از 2 ساعت، انقباض حتی بیشتر بود، با قطر دهانه فنجان 0.1±1.16- درصد و ارتفاع 0.1±0.76- درصد منقبض شد. تغییر شکل با ویژگی های انقباض حرارتی در دمای پایین PLA مطابقت دارد.
4.2 نتایج آزمون انجماد طولانی مدت{{1} (24 ساعت یا بیشتر)
آزمایشهای طولانیمدت-وضعیت بیشتر فنجانهای شفاف پلاستیکی PLA با آسیب ساختاری شدید را نشان داد. داده ها به شرح زیر است:
| زمان تست | شماره نمونه | وضعیت ترک | حداکثر طول ترک (میلی متر) | میانگین تراکم ترک (mm/cm²) | تغییر قطر دهان فنجان (%) | تغییر قد (%) | تغییر وزن (گرم) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 24 ساعت | 11-15 | ترک های متوسط/طولانی | 6.5-12.5 | 0.79-1.52 | -2.1 تا -2.5 | -1.6 تا -2.0 | -0.2 تا -0.3 |
| 48 ساعت | 16-20 | ترک های طولانی / ترک های شدید | 14.6-25.2 | 1.78-3.04 | -2.9 تا -3.3 | -2.3 تا -2.7 | -0.3 تا -0.5 |
| 72 ساعت | 21-25 | ترک خوردگی شدید | 28.7-32.5 | 3.52-3.98 | -3.5 تا -3.8 | -2.9 تا -3.2 | -0.5 تا -0.6 |
4.3 تجزیه و تحلیل ویژگی های توزیع دما و خنک کننده
زمان تعادل دما: 30-40 دقیقه طول می کشد تا نمونه از دمای اتاق (23 درجه) به 20- درجه خنک شود و حداقل 1 ساعت طول می کشد تا به تعادل دما برسد که مربوط به ضخامت دیواره نمونه، حجم و ظرفیت خنک کننده فریزر است.
یکنواختی توزیع دما: در یک محیط 20- درجه، اختلاف دما بین قسمت های مختلف نمونه در 0.5 ± درجه است و دمای دهانه فنجان، بدنه و پایین آن مطابق با الزامات آزمایش است.
ویژگی های انقباض حرارتی: هنگامی که فنجان PLA از دمای اتاق به -20 درجه خنک می شود، نرخ انقباض خطی تقریباً 0.3-0.5٪ است. این انقباض باعث ایجاد تنش داخلی در دیواره فنجان می شود که یکی از دلایل مهم تشکیل ترک است.
4.4 تجزیه و تحلیل مقایسه ای با مواد پلاستیکی سنتی
برای روشن شدن کاستیهای فنجانهای شفاف پلاستیکی PLA در دماهای پایین، آنها آزمایش شدند و با لیوانهای شفاف پلاستیکی PET و PP در دمای 20- درجه مقایسه شدند. نتایج به شرح زیر است:
| نوع مواد | زمان تست | وضعیت ترک خوردگی | حداکثر طول ترک (میلی متر) | میانگین تراکم ترک (mm/cm²) | تغییر قطر دهان فنجان (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| PLA | 2 ساعت | ترک های کوتاه | 2.2±0.2 | 0.28±0.03 | -1.16±0.1 |
| PET | 2 ساعت | بدون ترک | 0 | 0 | -0.3±0.05 |
| PP | 2 ساعت | بدون ترک | 0 | 0 | -0.2±0.03 |
می توان مشاهده کرد که عملکرد دمای پایین{0}PET و PP به طور قابل توجهی بهتر از PLA است: PET بعد از 2 ساعت انجماد هیچ ترکی را نشان نداد و بعد از 24 ساعت فقط ترک های جزئی را نشان داد. PP در طول آزمایش هیچ ترک نشان نداد و انقباض ابعادی آن نیز کوچکترین بود. این تفاوت عملکرد از ویژگیهای مواد ناشی میشود-PET دارای Tg تقریباً 70 درجه است و PP دارای Tg تقریباً 10- درجه تا 0 درجه است و چقرمگی را در 20- درجه حفظ میکند. در حالی که PLA دارای Tg تقریباً 60 درجه است، بسیار بالاتر از دمای آزمایش، که شکنندگی شیشه ای معمولی را نشان می دهد.
4.5 تجزیه و تحلیل مکانیسم شکست
بر اساس مشاهدات میکروسکوپی، شکست PLAلیوان های پلاستیکی شفافدر -20 درجه از ترکیبی از عوامل متعدد ناشی می شود:
شکستگی شکننده در دمای پایین: در 20- درجه، حرکت زنجیرههای مولکولی PLA محدود میشود که منجر به از دست دادن چقرمگی میشود و آنها را مستعد شکستگی شکننده تحت فشار داخلی یا خارجی میکند.
غلظت تنش حرارتی: PLA دارای ضریب انبساط حرارتی پایینی است که باعث ایجاد تنش حرارتی در هنگام خنک شدن می شود. ترک ها در نواحی تمرکز تنش مانند لبه فنجان، بدنه و محل اتصال بین پایین و دیوار ایجاد و منتشر می شوند.
تغییرات کریستالینیتی: دماهای پایین طولانی مدت ممکن است باعث تبلور سرد در PLA شود و شکنندگی مواد را بیشتر افزایش دهد.
اثر آرامسازی استرس: در دماهای پایین، نرخ آرامسازی تنش PLA کاهش مییابد و آزاد شدن تنش داخلی را دشوار میکند و انتشار ترک را تسریع میکند.
V. بحث و پیشنهادات
5.1 کاربرد عملی اهمیت نتایج آزمون
آزمایشها نشان میدهند که لیوانهای شفاف پلاستیکی شفاف یکبار مصرف معمولی دارای محدودیتهای قابل توجهی در -20 درجه هستند: ترکهای قابل مشاهده پس از انجماد کوتاه مدت (1-2 ساعت) ظاهر میشوند و انجماد طولانی مدت (24 ساعت یا بیشتر) منجر به فروپاشی ساختاری میشود. این بدان معنی است که فنجان های شفاف پلاستیکی PLA برای نگهداری طولانی مدت در دمای -20 درجه مناسب نیستند. اگر استفاده در دمای پایین ضروری است، توصیه می شود مواد PET یا PP را در اولویت قرار دهید. اگر باید از PLA استفاده شود، اقداماتی مانند افزایش ضخامت دیوار و افزودن آستین های محافظ برای کاهش آسیب باید انجام شود.
5.2 عوامل کلیدی مؤثر بر نتایج آزمون
عوامل مادی: Tg، توزیع وزن مولکولی، کریستالیته، و محتوای نرم کننده PLA همگی بر عملکرد دمای پایین آن تأثیر میگذارند. افزودن نرم کننده هایی مانند دیوکتیل آدیپات (DOA) و دی بوتیل سبکات (DBS) می تواند چقرمگی را بهبود بخشد.
عوامل طراحی سازه: ضخامت دیواره و طراحی نواحی تمرکز تنش فنجان بر مقاومت ترک تأثیر می گذارد. افزایش ضخامت دیوار می تواند عملکرد را بهبود بخشد، اما هزینه ها را افزایش می دهد.
عوامل محیطی و فرآیندی: نرخ انجماد و نوسانات دما می تواند پیری مواد را تسریع کند. فرآیندهای تولید، مانند پارامترهای قالب گیری تزریقی و سرعت خنک کننده، بر کیفیت اولیه محصول تأثیر می گذارد.
اصلاح مواد: Tg PLA را از طریق کوپلیمریزاسیون/ترکیب کاهش دهید، نرمکنندههای{0}در دمای پایین اضافه کنید، و بلورینگی را با عوامل هستهزا کنترل کنید.
بهینه سازی ساختاری: قطعات کلیدی مانند لبه و پایین فنجان را ضخیم کنید، طراحی را برای کاهش تمرکز تنش بهینه کنید و ساختار کامپوزیت PLA/PE را اتخاذ کنید.
استفاده و استانداردها: از ذخیره-طولانی فنجان های پلاستیکی شفاف PLA در دمای -20 درجه اجتناب کنید، سرعت تغییر دما را کنترل کنید. ایجاد استانداردهای عملکرد برنامه کاربردی در دمای پایین PLA و دستورالعملهای استفاده را ترویج میکند.
5.3 پیشنهادات بهبود
اصلاح مواد:Tg PLA را از طریق کوپلیمریزاسیون/ترکیب کاهش دهید، نرمکنندههای{0}در دمای پایین اضافه کنید، و بلورینگی را با عوامل هستهزا کنترل کنید.
بهینه سازی ساختاری:قطعات کلیدی مانند لبه و زیر فنجان را ضخیم کنید و طراحی را برای کاهش تمرکز استرس بهینه کنید.
استفاده و استانداردها:از ذخیرهسازی طولانیمدت فنجانهای شفاف پلاستیکی PLA در دمای -20 درجه اجتناب کنید و سرعت تغییر دما را کنترل کنید.
5.4 محدودیت ها و چشم انداز تحقیق
- این مطالعه فقط فنجان های شفاف پلاستیکی 12oz PLA را در یک دمای منفرد -20 درجه و در عرض 72 ساعت آزمایش کرد و سایر مشخصات، دما و رطوبت را پوشش نداد. تحقیقات آینده نیاز به گسترش دامنه آزمایش، توسعه مواد PLA اصلاحشده با دمای پایین-، بهبود سیستم ارزیابی، و ترویج کاربرد منطقی PLA در بستهبندیهای با دمای پایین دارد.
-
VI. خلاصه
این مطالعه به طور سیستماتیک دوام انجماد فنجان های شفاف پلاستیکی شفاف PLA یکبار مصرف معمولی را در دمای 20- درجه از طریق آزمایش استاندارد شده با یافته های کلیدی زیر ارزیابی کرد:
عملکرد شکست شکننده: انجماد کوتاه مدت- (1-2 ساعت) منجر به ترکهای خفیف تا کوتاه شد، در حالی که انجماد طولانیمدت (72 ساعت) به طول متوسط ترک 30.5 میلیمتر منجر شد که منجر به شکست کامل سازه شد.
عملکرد تغییر شکل: یخ زدگی باعث جمع شدن فنجان های شفاف پلاستیکی با حداکثر انقباض -3.7٪ در قطر لبه فنجان و -3.1٪ در ارتفاع شد. تغییر شکل با گذشت زمان تشدید شد.
مقایسه مواد: عملکرد دمای پایین{0}PLA بسیار پایینتر از PET و PP است که یکپارچگی خوبی را در طول دوره آزمایش حفظ کردند.
مکانیسم شکست: شکنندگی پایین{0}درجه حرارت، غلظت تنش حرارتی، تغییرات در بلورینگی، و آرامش استرس به طور مشترک منجر به شکست PLA شد.
توصیههای استفاده: لیوانهای شفاف پلاستیکی شفاف معمولی PLA برای استفاده طولانیمدت در دمای -20 درجه مناسب نیستند. استفاده کوتاه مدت نیاز به احتیاط دارد. مواد سازگار با دمای پایین مانند PET و PP را در اولویت قرار دهید.
