ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ ОБРАЗЦОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИЛАКТИДА, ПОЛУЧЕННЫХ ПРЕССОВАНИЕМ, ЛИТЬЁМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ И МОДЕЛИРОВАНИЕМ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО НАПРАВЛЕНИЯ

Автор: Елена Евгеньевна Масталыгина

Соавторы: Алексанова Е.А., Прокопович К.В., Кузьмин А.М.

Организация: Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, ИБХФ РАН

Образцы, полученные горячим прессованием с последующей закалкой и методом 3D-принтинга с охлаждением воздухом, характеризовались большим относительным удлинением при разрыве (4-4,5%), чем образцы, полученные методом литья (2,7%). При этом модуль упругости для отлитых образцов был наибольшим по сравнению с другими образцами (2925 МПа), что говорит о зависимости параметра скорее от скорости кристаллизации ПЛА при охлаждении из расплава, чем от метода получения. Прочность при разрыве была максимальной для образца, полученного методом горячего прессования под давлением (82 МПа), что говорит о наименьшей дефектности материала. Прочность при растяжении образца, напечатанного с помощью 3D-принтера, в большей степени зависела от межслоевой адгезии слоёв печати. Прочность отлитых образцов составляла 64 МПа. Снижение параметра по сравнению с прессованными образцами, по-видимому, это связано с трудностями литья материалов на основе ПЛА в виду его узкого температурного диапазона переработки.

Материалы на основе полилактида (ПЛА) востребованы во многих сферах применения. Интерес к этому полимеру обусловлен его способностью к биоутилизации в условиях промышленного компоста, биосовместимостью и биорезорбируемостью, а также относительно высокими технологическими и механическими свойствами по сравнению с другими биоразлагаемыми пластиками [1]. ПЛА возможно перерабатывать с применением ряда типовых для термопластичных полимеров технологий: горячего прессования, литья под давлением, 3D-печати и др. Метод получения конечного изделия оказывает значительное влияние на структуру материалов и их деформационно-прочностные свойства [2].

Объектом исследования являлся полилактид (полимолочная кислота) марки 4043D Nature Works (США). Были проанализированы закономерности поведения образцов на основе ПЛА при деформации растяжения, полученных тремя разными способами. Прессование осуществлялось на гидравлическом прессе РПА-12 «Биолент» при (180±5)°С и давлении 4,9 МПа с последующей закалкой в воде и вырубкой с помощью пневматического вырубного пресса GT-7016-AR Gotech. Литьё под давлением осуществлялось на литьевой машине Babyplast 6/10VP при (180±5)°С (усилие смыкания полуформ – 5 МПа; давление впрыска – 60 МПа; давление подпрессовки – 43 МПа; скорость впрыска – 11,6 мл/с). 3D-печать методом послойного направления нити осуществлялась на 3D-принтере Creality Ender 3 при (220±5)°C (высота слоя – 0,2 мм, температура стола – 60°C). Испытания на растяжение проводили на универсальной испытательной машине GT-AI-7000 М Gotech при скорости движения зажимов – 2,5 мм/мин в соответствии с ГОСТ 11262 (тип образца 1А, лопатка) в 5-ти кратной повторности.

Образцы, полученные горячим прессованием с последующей закалкой и методом 3D-принтинга с охлаждением воздухом, характеризовались большим относительным удлинением при разрыве (4-4,5%), чем образцы, полученные методом литья (2,7%). При этом модуль упругости для отлитых образцов был наибольшим по сравнению с другими образцами (2925 МПа), что говорит о зависимости параметра скорее от скорости кристаллизации ПЛА при охлаждении из расплава, чем от метода получения. Прочность при разрыве была максимальной для образца, полученного методом горячего прессования под давлением (82 МПа), что говорит о наименьшей дефектности материала. Прочность при растяжении образца, напечатанного с помощью 3D-принтера, в большей степени зависела от межслоевой адгезии слоёв печати. Прочность отлитых образцов составляла 64 МПа. Снижение параметра по сравнению с прессованными образцами, по-видимому, это связано с трудностями литья материалов на основе ПЛА в виду его узкого температурного диапазона переработки.

Масталыгина Е.Е. выражает благодарность финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации (МК-3573.2022.1.3).

l. Vayshbeyn L.I., Mastalygina E.E., Olkhov A.A., Podzorova, M.V. Poly(lactic acid)-Based Blends: A Comprehensive Review // Appl. Sci. 2023. 13. 5148.

2. Mejia E., Cherupurakal N., Mourad A.-H.I., Al Hassanieh S., Rabia M. Effect of Processing Techniques on the Microstructure and Mechanical Performance of High-Density Polyethylene // Polymers. 2021. 13. 3346.