Как повысить прочность деталей из PLA, отлитых под давлением?

Как поставщик литьевого формования PLA, я своими глазами стал свидетелем растущего спроса на высокопроизводительные детали из PLA, отлитые под давлением. Полимолочная кислота (PLA) — популярный биоразлагаемый термопласт, полученный из возобновляемых ресурсов, таких как кукурузный крахмал или сахарный тростник. Он имеет ряд преимуществ, в том числе хорошую жесткость, прозрачность и простоту обработки. Однако одним из основных ограничений PLA является его относительно низкая ударная вязкость, которая может привести к хрупкому разрушению под нагрузкой. В этом сообщении блога я поделюсь некоторыми эффективными стратегиями повышения прочности деталей из PLA, отлитых под давлением.

1. Смешивание с эластомерами

Одним из наиболее распространенных методов повышения прочности PLA является его смешивание с эластомерами. Эластомеры представляют собой полимеры с высокой эластичностью и могут поглощать энергию при деформации, тем самым предотвращая распространение трещин в матрице PLA.

• Выбор эластомеров:

  • Термопластичные эластомеры (TPE) часто являются хорошим выбором для смешивания с PLA. Например, широко изучены стирол-бутадиен-стирол (СБС) и стирол-этилен-бутилен-стирол (СЭБС). Эти ТПЭ могут образовывать дисперсную фазу внутри матрицы PLA, действуя как концентраторы напряжений и способствуя рассеиванию энергии.
  • Другой вариант – натуральный каучук (НК). NR обладает превосходной эластичностью и может улучшить ударопрочность PLA. Однако совместимость между NR и PLA относительно плохая, поэтому для обеспечения однородной смеси обычно требуется добавка, улучшающая совместимость.

• Процесс смешивания:

  • Процесс смешивания имеет решающее значение для достижения хорошей дисперсии эластомера в матрице PLA. Двухшнековая экструзия является широко используемым методом. Во время экструзии PLA и эластомер плавятся и смешиваются под действием высоких сил сдвига. Температуру, скорость шнека и скорость подачи необходимо тщательно контролировать, чтобы обеспечить однородность смеси.
  • После экструзии смешанный материал можно гранулировать и затем использовать для литья под давлением. Параметры литья под давлением, такие как температура расплава, давление впрыска и скорость охлаждения, также необходимо оптимизировать для получения деталей с хорошими механическими свойствами.

2. Добавление наполнителей

Наполнители также могут играть важную роль в повышении прочности деталей из PLA, отлитых под давлением. Существует два основных типа наполнителей: неорганические наполнители и органические наполнители.

• Неорганические наполнители:

  • Неорганические наполнители наноразмера, такие как наноглина, нанокремнезем и углеродные нанотрубки, продемонстрировали большой потенциал в повышении прочности PLA. Эти наполнители могут укрепить матрицу PLA и улучшить ее механические свойства. Например, наноглина может отслаиваться и диспергироваться в матрице PLA, образуя сетчатую структуру, способную эффективно противостоять распространению трещин.
  • Стеклянные волокна — еще один распространенный неорганический наполнитель. Они могут значительно улучшить жесткость и прочность PLA. Однако добавление стеклянных волокон также может снизить пластичность материала. Следовательно, необходимо достичь надлежащего баланса между количеством стекловолокна и других добавок.

• Органические наполнители:

  • Натуральные волокна, такие как древесные волокна, льняные волокна и волокна конопли, являются привлекательными органическими наполнителями для PLA. Они возобновляемы, биоразлагаемы и могут улучшить прочность PLA. Натуральные волокна могут действовать как агенты передачи напряжения, равномерно распределяя напряжение в матрице PLA.
  • Однако совместимость натуральных волокон и PLA часто является проблемой. Обработка поверхности натуральных волокон, такая как обработка щелочью или силановым связующим, может улучшить их совместимость с PLA и улучшить механические свойства композита.

3. Оптимизация параметров литья под давлением

Сам процесс литья под давлением может оказать существенное влияние на прочность деталей из PLA. Оптимизируя параметры литья под давлением, мы можем улучшить молекулярную ориентацию, кристалличность и морфологию деталей из PLA, тем самым повысив их прочность.

• Температура плавления:
  • Температура расплава влияет на вязкость расплава PLA. Более высокая температура расплава может снизить вязкость, облегчая течение расплава в полость формы. Однако если температура расплава слишком высока, это может вызвать термическую деградацию PLA, что приведет к снижению механических свойств. Следовательно, соответствующую температуру плавления необходимо выбирать в зависимости от марки PLA и сложности детали.
• Давление и скорость впрыска:
  • Давление и скорость впрыска определяют схему заполнения и упаковку расплава PLA в полости формы. Более высокое давление и скорость впрыска могут обеспечить полное заполнение формы и уменьшить образование пустот и линий сварки. Однако чрезмерное давление и скорость впрыска могут вызвать высокое напряжение сдвига, что может привести к ориентации молекул и снижению ударной вязкости. Следовательно, необходимо найти баланс между заполнением формы и минимизацией негативных последствий напряжения сдвига.
• Скорость охлаждения:
  • Скорость охлаждения влияет на кристалличность деталей из PLA. Медленная скорость охлаждения может способствовать образованию более крупных кристаллов, что может повысить жесткость, но снизить ударную вязкость деталей. С другой стороны, высокая скорость охлаждения может привести к более аморфной структуре, что может повысить ударную вязкость. Однако очень высокая скорость охлаждения также может вызвать внутренние напряжения в деталях. Следовательно, необходимо определить оптимальную скорость охлаждения для достижения хорошего баланса между кристалличностью и ударной вязкостью.

4. Химическая модификация

Химическую модификацию PLA также можно использовать для повышения его прочности. Существует несколько способов химической модификации PLA, таких как сополимеризация, сшивание и функционализация.

• Сополимеризация:
  • Сополимеризация PLA с другими мономерами может привести к появлению новых функциональных групп или сегментов в цепи PLA, что может улучшить ее гибкость и прочность. Например, сополимеризация PLA с поли(ε-капролактоном) (PCL) может привести к получению блок-сополимера с улучшенной ударной вязкостью. Сегменты PCL могут действовать как мягкие сегменты, повышая гибкость сополимера.
• Перекрестные ссылки:
  • Сшивка может образовывать трехмерную сетчатую структуру в матрице PLA, что может улучшить механические свойства, включая ударную вязкость. Сшивание может быть достигнуто с использованием сшивающих агентов, таких как пероксиды или радиация. Однако чрезмерное сшивание может сделать материал слишком жестким и снизить его пластичность. Поэтому степень перекрестных связей необходимо тщательно контролировать.
• Функционализация:
  • Функционализация цепи PLA реакционноспособными группами может улучшить ее совместимость с другими полимерами или добавками. Например, прививка малеинового ангидрида к цепи PLA может повысить его реакционную способность и улучшить совместимость с эластомерами или наполнителями.

5. Пост-лечение

Процессы последующей обработки также можно использовать для повышения прочности деталей из PLA, отлитых под давлением.

• Отжиг:
  • Отжиг — это процесс термообработки, который позволяет снять внутренние напряжения и улучшить кристалличность деталей из PLA. Отжигая детали при температуре ниже точки плавления PLA в течение определенного периода времени, молекулярные цепи могут перестроиться и сформировать более стабильные кристаллы. Это может улучшить механические свойства, включая ударную вязкость.
• Обработка поверхности:
  • Обработка поверхности, такая как нанесение покрытия или плазменная обработка, может улучшить свойства поверхности деталей из PLA. Прочное покрытие может выполнять роль защитного слоя, предотвращая зарождение и распространение трещин на поверхности деталей. Плазменная обработка может изменить химический состав поверхности PLA, улучшая его адгезию к другим материалам или повышая его устойчивость к факторам окружающей среды.

В заключение, повышение прочности деталей из PLA, отлитых под давлением, требует комплексного подхода, который сочетает в себе выбор материала, оптимизацию обработки и последующую обработку. Как поставщик литьевого формования PLA, мы стремимся поставлять высококачественные детали из PLA с превосходной прочностью. Если вы заинтересованы в нашемСлужба пластиковых инъекций,Литье ПВХ под давлениемилиАБС-пластик для литья под давлениемуслуги, пожалуйста, свяжитесь с нами для дальнейшего обсуждения и переговоров о закупках.

Ссылки

• Аурас Р., Харт Б. и Селке С. (2004). Обзор полилактидов как упаковочных материалов. Макромолекулярная биология, 4(9), 835–864.
• Аверус Л. и Полле Э. (2012). Биоразлагаемые многофазные системы на основе пластифицированного крахмала: обзор. Журнал материаловедения, 47 (8), 3233–3248.
• Чжан X. и Томас С. (2011). Биоразлагаемые полимеры и их слоистые силикатные нанокомпозиты: в экологизации мира материалов XXI века. Прогресс в науке о полимерах, 36 (12), 1760–1831.