Příprava a analýza vzorků pro studium degradace materiálu pomocí aditivních metod

Vojtěch VÁŇA

Bakalářská práce

Preparation and analysis of samples for the study of material degradation using additive methods

Anotace:

Tato studie pojednává o vlivu fyzikálních faktorů (expozice UVA a UVB záření, působení vysoké a nízké teploty, vlhkosti) na degradaci 3D FFF výtisků z PLA. 3D výtisky byly těmto faktorům vystaveny v jednoduchém weatherometeru a jejich vliv byl stu-dován dohromady i samostatně tak, aby přibližně simuloval vystavení přírodním povětrnostním podmínkám v mírném klimatickém pásmu po dobu jednoho roku. Degradace materiálu byla následně vyhodnocena na základě studia morfologie povrchu a lomových ploch pomocí SEM a na základě posouzení změn mechanických vlastností. Paradoxně vzorky vystavené všem faktorům současně vykazovaly o 27 % vyšší mez pevnosti v tahu a o 13 % vyšší modul pružnosti v tahu oproti nulovým vzorkům. Tažnost se však snížila o 22 % a na povrchu ošetřených vzorků byla pozorována eroze polymerní hmoty na rozhraních mezi jednotlivými vrstvami. Obdobný nárůst meze pevnosti v tahu (o 30 %) vykazovaly vzorky vystavené pouze vyšším teplotám, pravděpodobně v důsledku dlouhodobého žíhání materiálu. Naopak vzorky vystavené působení nízkých teplot, vlhkosti a UV záření vykazovaly pokles meze pevnosti v tahu o 12 % a 9 %, respektive o 10 %. Zdá se tedy, že zatímco samostatné působení zvýšené teploty může v první fázi degradačního procesu zlepšovat mechanické vlastnosti PLA v důsledku lepšího prolepení sousedních vrstev, působení nízkých teplot, vlhkosti a UV záření působí opačně. Synergické působení všech faktorů současně pak zjevně ve-de k postupnému rozrušování povrchu a fragmentizaci polymerní hmoty počínající na rozhraních mezi jednotlivými vrstvami 3D výtisku.

Abstract:

This study addresses the influence of physical factors (UVA and UVB radiation expo-sure, high and low-temperature exposure, and humidity) on the degradation of PLA 3D FFF prints. The 3D prints were exposed to these factors in a simple weatherometer. Their influence was studied together and individually to simulate exposure to natural weather conditions in temperate climate for one year. The degradation of the material was then evaluated by examining the surface and the fracture surfaces morphology using SEM and by assessing the changes in the mechanical properties. Paradoxically, the specimens exposed to all the factors simultaneously exhibited a 27% higher ultimate tensile strength and 13% higher tensile modulus (Young's modulus) compared to the null specimens. On the other hand, ductility decreased by 22%, and erosion of the polymeric material at the interfaces between individual layers was observed on the surface of the treated samples. The samples exposed to higher temperatures alone also showed a similar increase in tensile strength (by 30%), perhaps due to prolonged annealing of the material. Conversely, samples exposed to low temperatures, moisture, and UV radiation demonstrated a decrease in tensile strength of 12%, 9% and 10%, respectively. Thus, it appears that while the separate influence of elevated temperature can improve the mechanical properties of PLA in the first stage of the degradation process due to better bonding of adjacent layers, the combined influence of low temperature, humidity and UV radiation has the opposite effect. The synergistic action of all factors simultaneously evidently leads to gradual surface disruption and fragmentation of the polymeric material starting at the interfaces between the layers of the 3D print.

Klíčová slova

Weatherometer, PLA, FFF 3D tisk, UV stabilita, hydrolytická degradace

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 4. 7. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Mgr. Pavel Černý, Ph.D.

JIHOČESKÁ UNIVERZITA V ČESKÝCH BUDĚJOVICÍCH

Pedagogická fakulta

Bakalářský studijní program / obor:
Oborové studium se zaměřením na vzdělávání na 2. stupni základní školy / TchVs-TVs