Czy proces starzenia się PLA można zamrozić?

PLA to od wielu lat najpopularniejsze tworzywo wykorzystywane w druku 3D. Oprócz oczywistych przewag nad innymi filamentami w postaci znikomego skurczu, czy braku wydzielania szkodliwego odoru podczas drukowania 3D ma jednak kilka wad. Najbardziej znanymi jest niska odporność temperaturowa (PLA staje się plastyczne już w temperaturze 60°C) i łamliwość, jednakże materiał ma też inną, często pomijaną wadę – fizyczne starzenie się kwasu polimlekowego (PLA) to zjawisko, które z czasem zmienia właściwości tego materiału.

Proces starzenia jest w dużym stopniu zależny od zmiennych otoczenia, takich jak temperatura i wilgotność. W przypadku PLA starzenie jest zauważalne nawet w temperaturze pokojowej, a proces ten jest powszechnie nazywany starzeniem naturalnym. Naukowcy z Universidad Politécnica de Madrid w Hiszpanii przeprowadzili badania, w trakcie których starali się sprawdzić, czy proces starzenia się i degradacji PLA można powstrzymać poprzez jego… mrożenie?

Zatrzymanie procesu starzenia poprzez zamrożenie filamentu lub gotowych wydruków 3D może być pomocne w zachowaniu właściwości PLA i ustabilizowaniu ich w dowolnym momencie podczas przechowywania, dopóki nie będzie wymagany do testów. W badaniu przeprowadzonym przez hiszpańskich naukowców przeanalizowano cztery różne metody zatrzymania starzenia – wszystkie oparte na zamrażaniu i rozmrażaniu próbek PLA.

Określono temperaturę i wpływ pary wodnej z otoczenia podczas procesu zamrażania i rozmrażania za pomocą desykantu i woreczków strunowych. Próbki wydruków z PLA zostały wydrukowane w temperaturze 190°C i miały średnice od 400 do 550 µm, a następnie zostały zamrożone w temperaturze -24°C w obecności lub bez środka osuszającego.

Wpływ procesów na starzenie i integralność mechaniczną PLA został zbadany pod kątem właściwości termicznych, mechanicznych i fraktograficznych. W rezultacie proces przeciwstarzeniowy został zdefiniowany, aby skutecznie zatrzymać naturalne starzenie się PLA na czas nieokreślony. Proces mrożenia materiału nie wpływa na właściwości mechaniczne ani integralność strukturalną PLA.

Zgodnie z przedstawionymi wynikami możliwe jest zatrzymanie starzenia PLA poprzez zamrażanie w temperaturze -24°C lub niższej przez okres do dziewięciu miesięcy bez jego uszkodzenia. Dodatkowo można go bezpiecznie przechowywać bez osuszacza wewnątrz torebek strunowych, co upraszcza proces, dzięki czemu procedura przeciwstarzeniowa jest tania, prosta i skuteczna.

Główne wnioski badania są następujące:

• starzenie zostało całkowicie zatrzymane przez zamrożenie PLA w temperaturze -24°C
• w zamarzniętym PLA nie wystąpiły żadne uszkodzenia mechaniczne
• obecność lub brak osuszacza podczas procesu zamrażania lub rozmrażania nie wprowadza mierzalnych zmian w stanie końcowym, właściwościach i zachowaniu PLA
• można bezpiecznie zamrozić PLA w temperaturze -24°C wewnątrz woreczków strunowych PET bez środka osuszającego, który zatrzymałby starzenie.

Źródło: www.mdpi.com

Natural Ageing of PLA Filaments, Can It Be Frozen?
Jaime Orellana-Barrasa, Ana Ferrández-Montero, Begoña Ferrari, José Ygnacio Pastor
Centro de Investigación en Materiales Estructurales (CIME), Universidad Politécnica de Madrid
Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC), Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain