Návrh a konstrukce přístroje na simulaci degradace materiálů

Radek SLAVÍK

Bachelor's thesis

Design and construction of an apparatus to simulate material degradation

Abstract:

Bakalářská práce pojednává o navržení, sestrojení a otestování přístroje na simulaci degradace materiálů (PSDM). V PSDM dochází ke generování UV záření, kterému jsou vzorky vystaveny. Vzorky jsou dále vystaveny výkyvům teplot se snahou přiblížit se přírodním klimatickým teplotním výkyvům. Ke generování UV záření se využívá rtuťová výbojka UV black light o výkonu 400 W, která přibližně generuje UVA záření v rozsahu vlnové délky od 350 nm - 400 nm. Dále generují UV záření čtyři žárovky Repti Planet UVB, každá o výkonu 26 W, které přibližně generují UVB záření v rozsahu vlnové délky 290 nm - 350 nm. K simulaci výkyvům teplot je použita konvekční mraznička a chladnička. Dále jsou výkyvům tep-lot vzorky vystaveny i v PSDM a sušárně s nastavitelnou teplotou. Přístroj byl otestován na pilotní sadě vzorků podle 30denního rozvrhu, který přibližně respektoval povětrnostní podmínky. Po expozici vzorků byla u vzorků provedena analýza výsledků porovnáním hmotností a SEM analýzou pomocí elektronového mikroskopu. U porovnání hmotností vzorků, nastal průměrný pokles hmotností vzorků simulovaných v PSDM o 0,14 % oproti původním hmotnostem vzorků. U SEM analýzy byly pozorovány rozdíly ve struktuře vzorků. U referenčního vzorku byly pozorovány tupější hrany struktury materiálu s minimálním poškozením povrchu. Dále se na povrchu nacházelo malé množství morfologických útvarů s tupými hranami. U vzorku exponovaného v PSDM byly pozorovány ostřejší hrany struktury materiálu a výskyt dutin na povrchu. Dále byla pozorována větší degradace povrchu vzorku. Z výsledků analýz se zdá, že odolnost PLA materiálu pro FDM 3D tisk vůči povětrnostním podmínkám a UVA a UVB záření může být výrazně vyšší, než se obecně předpokládá.

Abstract:

The bachelor's thesis deals with the design, construction and testing of a device for simulating material degradation (PSDM). In PSDM, UV radiation is generated, to which the samples are exposed. The samples are also exposed to temperature fluctuations in an attempt to approximate natural climatic temperature variations. A 400 W UV black light mercury discharge lamp is used to generate UV radiation, which approximately generates UVA radiation in the wavelength range of 350 nm - 400 nm. In addition, four Repti Planet UVB lamps, each with a power of 26 W, generate UV radiation, approximately generate UVB radiation in the wavelength range of 290 nm - 350 nm. A convection freezer and a refrigerator are used to simulate temperature fluctuations. Furthermore, the temperature fluctuations are applied to the samples in the PSDM and a dryer with adjustable temperature. The device was tested on a pilot set of samples according to a 30-day schedule that approximately respected the weather conditions. After sample exposure, an analysis of the results was performed by comparing the weights and SEM analysis using an electron microscope. In comparing the weights of the samples, an average decrease of 0,14 % in the weights of the samples simulated in PSDM was observed compared to the original weights of the samples. Differences in the structure of the samples were observed in the SEM analysis. The reference sample showed a duller edge structure of the material with minimal surface damage. Furthermore, there was a small amount of morphological formations with blunt edges on the surface. In the sample exposed to PSDM, sharper edge structures of the material and cavities on the surface were observed. Moreover, greater surface degradation of the sample was observed. The results of the analyses suggest that the resistance of PLA material for FDM 3D printing to weather conditions and UVA and UVB radiation may be significantly higher than generally assumed.

Keywords

Weatherometer, faktory degradace, PLA materiál, UV záření, rtuťová výbojka, xenonová výbojka

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 4. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Pavel Černý, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Education

Bachelor programme / field:
Degree in specific subject teaching at lower secondary schools / TchVs-Zs-SZs