ভূমিকা
পলিল্যাকটিক অ্যাসিড (পিএলএ), একটি বায়োডিগ্রেডেবল প্লাস্টিক হিসাবে, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে নিষ্পত্তিযোগ্য প্যাকেজিংয়ের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। ভুট্টা স্টার্চ এবং আখের ব্যাগাসের মতো পুনর্নবীকরণযোগ্য সংস্থান থেকে প্রাপ্ত, এটি শিল্প কম্পোস্টিং অবস্থার অধীনে কয়েক মাসের মধ্যে কার্বন ডাই অক্সাইড এবং জলে পচনশীল জৈব সামঞ্জস্যতা এবং জৈব-অবচনযোগ্যতা প্রদর্শন করে। যাইহোক, নিম্ন-তাপমাত্রা কর্মক্ষমতা PLA অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি মূল সীমাবদ্ধতা। এর কাচের স্থানান্তর তাপমাত্রা (Tg) সাধারণত 55-65 ডিগ্রি (সাধারণত মান প্রায় 60 ডিগ্রি)। এই তাপমাত্রার নিচে, আণবিক শৃঙ্খলের গতিশীলতা তীব্রভাবে হ্রাস পায় এবং উপাদানটি শক্ত এবং আরও ভঙ্গুর হয়ে যায়, বিশেষ করে Tg এর কাছে, উল্লেখযোগ্যভাবে এর নিম্ন-তাপমাত্রার কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করে।
PLA নিম্ন তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার উপর বর্তমান গবেষণা প্রধানত উপাদান পরিবর্তন এবং তাত্ত্বিক বিশ্লেষণের উপর ফোকাস করে। ডেটা দেখায় যে খাঁটি পিএলএ কম তাপমাত্রায় যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যে উল্লেখযোগ্য হ্রাস সহ ক্ষয়ক্ষতির প্রবণ। -60 ডিগ্রির নীচে, নমন শক্তি এবং প্রভাব শক্তি তীব্রভাবে হ্রাস পায় এবং -80 ডিগ্রির নীচে, নমন শক্তি এমনকি শূন্যে পৌঁছে যায়, যখন ইলাস্টিক মডুলাস উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। যাইহোক, সাধারণ নিষ্পত্তিযোগ্য পিএলএর জন্য নির্দিষ্ট পরীক্ষার ডেটাপ্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপসাধারণত ব্যবহৃত নিম্ন তাপমাত্রায় (-20 ডিগ্রি) এখনও অভাব রয়েছে। এই অধ্যয়নটি এই দিকটির উপর ব্যবহারিক পরীক্ষা এবং বিশ্লেষণ পরিচালনা করে।
I. উপাদানের বৈশিষ্ট্য এবং পরীক্ষার নমুনা
1.1 PLA উপাদানের মৌলিক বৈশিষ্ট্য
PLA একটি অনন্য আণবিক গঠন এবং ভৌত বৈশিষ্ট্য সহ একটি আধা-স্ফটিক পলিমার। সাহিত্য অনুসারে, পলি-L-ল্যাকটিক অ্যাসিডের স্ফটিকত্ব প্রায় 37%, একটি Tg প্রায় 65 ডিগ্রি, একটি গলনাঙ্ক 180 ডিগ্রি, একটি প্রসার্য মডুলাস 3-4 GPa, এবং একটি নমন মডুলাস {4}GPa}{12}৷ এই বৈশিষ্ট্যগুলি এর নিম্ন-তাপমাত্রার কার্যকারিতা নির্ধারণ করে: ঘরের তাপমাত্রায়, এটি একটি গ্লাসযুক্ত অবস্থায় থাকে, যার গলনাঙ্ক 150-160 ডিগ্রি থাকে, তবে দীর্ঘমেয়াদী ব্যবহারের তাপমাত্রা 80 ডিগ্রির বেশি হওয়া উচিত নয়, অন্যথায় এটি নরম এবং অবনতির ঝুঁকিপূর্ণ; নিম্ন তাপমাত্রায়, আণবিক শৃঙ্খল চলাচল সীমাবদ্ধ, উল্লেখযোগ্য ভঙ্গুরতা প্রদর্শন করে, ভঙ্গুর হয়ে যায় এবং সহজেই 0 ডিগ্রির নিচে ভেঙে যায়।
1.2 স্পেসিফিকেশন এবং স্ট্যান্ডার্ড ডিসপোজেবল পিএলএ প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপের বৈশিষ্ট্য
বাজার গবেষণা দেখায় যে স্ট্যান্ডার্ড ডিসপোজেবল PLA এর সাধারণ বৈশিষ্ট্যপ্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপনিম্নরূপ:
| ক্ষমতা (oz/ml) | উপরের ব্যাস (মিমি) | নীচের ব্যাস (মিমি) | উচ্চতা (মিমি) | ওজন (গ্রাম) | ব্যবহার করুন |
|---|---|---|---|---|---|
| 5oz (150ml) | 74 | 45 | 69 | 4.8 | ঠান্ডা পানীয় |
| 6oz (180ml) | 74 | 45 | 80 | 4.8 | ঠান্ডা পানীয় |
| 8oz (240ml) | 78 | 45 | 86 | 5.2 | ঠান্ডা পানীয় |
| 12oz (360ml) | 89 | 57 | 108 | 8.5-9.3 | ঠান্ডা পানীয় |
| 16oz (480ml) | 89 | 57 | - | 10 | ঠান্ডা পানীয় |
এই গবেষণাটি পরীক্ষার নমুনা হিসাবে একটি সাধারণভাবে উপলব্ধ 12oz (360ml) PLA স্বচ্ছ কাপ নির্বাচন করেছে। এটির ওজন 8.5-9.3g, ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ ব্যবহার করে তৈরি করা হয়, এবং এর পাতলা দেয়াল রয়েছে, যা খরচ কমানো-ডিসপোজেবল প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপের উপাদান-সাশ্রয়ী নকশা বৈশিষ্ট্যের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।
1.3 ঐতিহ্যগত প্লাস্টিক উপকরণ সঙ্গে কর্মক্ষমতা তুলনা
| উপাদানের ধরন | তাপমাত্রা পরিসীমা | নিম্ন-তাপমাত্রা কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্য | প্রসার্য শক্তি (MPa) | বিরতিতে দীর্ঘতা (%) | ফ্লেক্সারাল মডুলাস (GPa) |
|---|---|---|---|---|---|
| পিএলএ | 45-50 ডিগ্রী | কম তাপমাত্রায় ভঙ্গুর | 48-145 | 2.5-100 | 3.7-3.8 |
| পিইটি | -40 ডিগ্রি থেকে 60-70 ডিগ্রি | কম তাপমাত্রা, Tg≈70 ডিগ্রিতে ভঙ্গুর হয়ে যায় | 57 | - | - |
| পিপি | -40 ডিগ্রি থেকে 100 ডিগ্রি | কম তাপমাত্রায় ভাল দৃঢ়তা বজায় রাখে | 41-100 | 3.0-80 | - |
| সিপিইটি | -40 ডিগ্রী থেকে 220 ডিগ্রী | চমৎকার উচ্চ এবং নিম্ন-তাপমাত্রার কার্যক্ষমতা | - | - | - |
সারণি থেকে দেখা যায়, PLA-এর তাপমাত্রা প্রতিরোধ ক্ষমতা ঐতিহ্যবাহী প্লাস্টিকের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম: যদিও PET কম তাপমাত্রায় ভঙ্গুর হয়ে যায়, তবে এর কর্মক্ষমতা -20 ডিগ্রিতে তুলনামূলকভাবে ভালো হয়; -40 ডিগ্রি থেকে 100 ডিগ্রি পর্যন্ত স্থিতিশীল কর্মক্ষমতা সহ পিপি-র বিস্তৃত তাপমাত্রা পরিসীমা রয়েছে; CPET-এর সেরা উচ্চ এবং নিম্ন-তাপমাত্রার পারফরম্যান্স রয়েছে। যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের পরিপ্রেক্ষিতে, PLA এর প্রসার্য শক্তির বিস্তৃত পরিসর রয়েছে, তবে বিরতির সময় এর প্রসারণ PP-এর তুলনায় কম, যা তুলনামূলকভাবে অপর্যাপ্ত শক্ততা নির্দেশ করে।
২. পরীক্ষা পদ্ধতি ডিজাইন
2.1 স্ট্যান্ডার্ডাইজড টেস্টিং স্ট্যান্ডার্ড
এই গবেষণাটি কঠোরভাবে আন্তর্জাতিক মান অনুসরণ করে, প্রধানত উল্লেখ করে:
- ASTM D746-20 "প্রভাব দ্বারা প্লাস্টিক এবং ইলাস্টোমারের ভঙ্গুরতা তাপমাত্রার জন্য স্ট্যান্ডার্ড টেস্ট পদ্ধতি": নির্দিষ্ট প্রভাবের পরিস্থিতিতে প্লাস্টিকের ভঙ্গুর ফ্র্যাকচার তাপমাত্রা নির্ধারণের জন্য একটি পদ্ধতি নির্দিষ্ট করে, যে তাপমাত্রায় 50% নমুনা ব্যর্থ হওয়ার সম্ভাবনা রয়েছে তা নির্ধারণ করে।
- ISO 974:2000 "প্লাস্টিক - প্রভাবের ভঙ্গুরতা তাপমাত্রার নির্ণয়": যে প্লাস্টিকগুলি ঘরের তাপমাত্রায় অনমনীয় নয়, পরিসংখ্যানগত কৌশলগুলি ভঙ্গুর ফ্র্যাকচার তাপমাত্রা পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়।
- ASTM D618 "পরীক্ষার জন্য প্লাস্টিকের কন্ডিশনার জন্য স্ট্যান্ডার্ড প্র্যাকটিস": পরীক্ষার আগে প্লাস্টিকের কন্ডিশনিং পদ্ধতি এবং শর্তাবলী নির্দিষ্ট করে, ফলাফলের নির্ভরযোগ্যতা এবং তুলনাযোগ্যতা নিশ্চিত করে।
-
2.2 নমুনা প্রিট্রিটমেন্ট এবং এনভায়রনমেন্টাল কন্ডিশনিং
ASTM D618 মান অনুযায়ী, কম তাপমাত্রা পরীক্ষা করার আগে পরীক্ষার নমুনাগুলির জন্য মানসম্মত প্রিট্রিটমেন্ট প্রয়োজন:
- নমুনা পরিষ্কার:তেলের দাগ, ধুলো এবং অন্যান্য দূষক অপসারণের জন্য একটি হালকা ডিটারজেন্ট এবং ডিওনাইজড জল দিয়ে নমুনা পৃষ্ঠ পরিষ্কার করুন। পরিষ্কার করার পরে, এটি শুষ্ক এবং পরিষ্কার নিশ্চিত করতে একটি পরিষ্কার, নরম কাপড় দিয়ে পৃষ্ঠটি শুকিয়ে নিন।
- কন্ডিশনিং:নমুনাগুলিকে 23±2 ডিগ্রি তাপমাত্রা এবং 50±5% আপেক্ষিক আর্দ্রতায় কমপক্ষে 48 ঘন্টার জন্য একটি আদর্শ পরীক্ষাগার পরিবেশে রাখুন যাতে নমুনাগুলি একটি স্থিতিশীল প্রাথমিক অবস্থায় পৌঁছে যায়।
- প্রাথমিক পরিমাপ:প্রিট্রিটমেন্টের পরে, মাইক্রোমিটার এবং ক্যালিপারের মতো নির্ভুল সরঞ্জামগুলি ব্যবহার করে মূল মাত্রাগুলি যেমন কাপ খোলার ব্যাস, কাপের নীচের ব্যাস, উচ্চতা এবং প্রাচীরের পুরুত্ব পরিমাপ করুন এবং প্রাথমিক ডেটা রেকর্ড করুন।
2.3 পরীক্ষার সরঞ্জাম এবং পরিবেশগত নিয়ন্ত্রণ
এই গবেষণায় ব্যবহৃত প্রধান সরঞ্জামগুলি নিম্নরূপ:
- নিম্ন-তাপমাত্রা ফ্রিজার: একটি পেশাদার -20 ডিগ্রি নিম্ন-তাপমাত্রার স্টোরেজ ফ্রিজার যার তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের নির্ভুলতা ±0.5 ডিগ্রি এবং ±2.0 ডিগ্রির অভিন্নতা।
- তাপমাত্রা মনিটরিং সিস্টেম: PT100 তাপমাত্রা সেন্সর (নির্ভুলতা ±0.1 ডিগ্রী) বাস্তব সময়ে নমুনা তাপমাত্রা নিরীক্ষণ করতে ব্যবহৃত হয়।
- পরিমাপের সরঞ্জাম: উচ্চ-নির্ভুলতা মাইক্রোমিটার (নির্ভুলতা 0.01 মিমি), ভার্নিয়ার ক্যালিপার (সঠিকতা 0.02 মিমি), এবং একটি ইলেকট্রনিক ব্যালেন্স (নির্ভুলতা 0.01 গ্রাম)।
- অপটিক্যাল পরিদর্শন সরঞ্জাম: উচ্চ-রেজোলিউশন ডিজিটাল মাইক্রোস্কোপ এবং পৃষ্ঠ ফাটল পর্যবেক্ষণের জন্য সাদা আলো ইন্টারফেরোমিটার।
2.4 টেস্ট প্যারামিটার সেটিংস
স্ট্যান্ডার্ড প্রয়োজনীয়তা এবং প্রকৃত প্রয়োগের প্রয়োজনীয়তার উপর ভিত্তি করে, পরীক্ষার পরামিতিগুলি নিম্নরূপ সেট করা হয়েছে:
| পরীক্ষার শর্ত | প্যারামিটার সেটিং | মন্তব্য |
|---|---|---|
| পরীক্ষা তাপমাত্রা | -20±1 ডিগ্রী | লক্ষ্য হিমাঙ্ক তাপমাত্রা |
| স্বল্পমেয়াদী পরীক্ষার সময়- | 1 ঘন্টা, 2 ঘন্টা | দুই সময় পয়েন্ট |
| দীর্ঘ-মেয়াদী পরীক্ষার সময় | 24 ঘন্টা, 48 ঘন্টা, 72 ঘন্টা | তিনবার পয়েন্ট |
| নমুনা পরিমাণ | প্রতি গ্রুপে 10টি সমান্তরাল নমুনা | পরিসংখ্যানগত নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করে |
| তাপমাত্রার ভারসাম্যের সময় | কমপক্ষে 1 ঘন্টা | নমুনা তাপমাত্রা স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করে |
2.5 পরীক্ষা পদ্ধতি ডিজাইন
পরীক্ষাটি ব্যাচগুলিতে পরিচালিত হয়, প্রতিটি সময় পয়েন্টে 10টি সমান্তরাল নমুনা পরীক্ষা করা হয়। নির্দিষ্ট পদক্ষেপ নিম্নরূপ:
নমুনা প্রস্তুতি: প্রাক-চিকিত্সা করা নমুনাগুলি এলোমেলোভাবে 5টি গ্রুপে বিভক্ত (প্রতি গ্রুপে 10টি নমুনা)। একটি গ্রুপ নিয়ন্ত্রণ গ্রুপ হিসাবে কাজ করে (হিমায়িত নয়), এবং বাকি চারটি গ্রুপ যথাক্রমে 1-ঘন্টা, 2-ঘণ্টা, 24-ঘন্টা এবং 72-ঘন্টা হিমায়িত পরীক্ষার জন্য ব্যবহৃত হয়।
প্রাথমিক কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন: নিয়ন্ত্রণ গোষ্ঠীর নমুনাগুলি ভিজ্যুয়াল পরিদর্শন, মাত্রিক পরিমাপ, ওজন পরিমাপ এবং বেসলাইন ডেটা স্থাপনের জন্য কঠোরতা পরীক্ষার মধ্য দিয়ে যায়।
হিমায়িত পরীক্ষা: পরীক্ষার নমুনাগুলি -20 ডিগ্রি ফ্রিজারে রাখা হয়। তাপমাত্রার ভারসাম্য নিশ্চিত করার জন্য কমপক্ষে 1 ঘন্টা অপেক্ষা করার পরে, পূর্বনির্ধারিত সময়ে নমুনাগুলি সরানো হয়, এবং ফলাফলগুলিকে প্রভাবিত করে তাপমাত্রার রিবাউন্ড এড়াতে তাদের কর্মক্ষমতা অবিলম্বে মূল্যায়ন করা হয়।
কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন: এর মধ্যে রয়েছে চাক্ষুষ পরিদর্শন (ফাটল, বিকৃতি), মাত্রিক পরিমাপ (মূল মাত্রার পরিবর্তন), ওজন পরিমাপ, কঠোরতা পরীক্ষা, এবং ফাটল সনাক্তকরণ (ফাটলের দৈর্ঘ্য, গভীরতা এবং বিতরণের মাইক্রোস্কোপিক পর্যবেক্ষণ)।
ডেটা বিশ্লেষণ: পরিসংখ্যানগত বিশ্লেষণ পরীক্ষার ডেটার উপর সঞ্চালিত হয়, ফলাফলের নির্ভরযোগ্যতা মূল্যায়ন করার জন্য গড় এবং মানক বিচ্যুতির মতো পরামিতিগুলি গণনা করে।
III. কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন মান
3.1 ভঙ্গুরতা মূল্যায়ন মান
3.1.1 ক্র্যাক লেন্থ ক্লাসিফিকেশন স্ট্যান্ডার্ড
| ক্র্যাক লেভেল | দৈর্ঘ্য পরিসীমা | তীব্রতা | বিচারের মানদণ্ড |
|---|---|---|---|
| মাইনর ক্র্যাক | 2 মিমি এর কম বা সমান | সামান্য | কার্যকারিতা প্রভাবিত করে না |
| শর্ট ক্র্যাক | 2-5 মিমি | পরিমিত | নান্দনিকতা প্রভাবিত করে কিন্তু কার্যকারিতা নয় |
| মাঝারি ফাটল | 5-10 মিমি | গুরুতর | কার্যকারিতা প্রভাবিত করে |
| লং ক্র্যাক | >10 মিমি | অত্যন্ত গুরুতর | কাঠামোগত ব্যর্থতার দিকে নিয়ে যায় |
3.1.2 ক্র্যাক ঘনত্ব মূল্যায়ন
ক্র্যাক ঘনত্ব=মোট ফাটল দৈর্ঘ্য / নমুনা পৃষ্ঠ এলাকা। ক্র্যাক ব্রাঞ্চিং ডেনসিটি এবং ডিস্ট্রিবিউশন বৈশিষ্ট্যগুলিও GB/T13298-2015 মান অনুযায়ী রেকর্ড করা এবং মূল্যায়ন করা হয়।
3.1.3 ভঙ্গুরতা তাপমাত্রা মূল্যায়ন
ASTM D746 এবং ISO 974 মান অনুসারে, ভঙ্গুরতা তাপমাত্রা সেই তাপমাত্রাকে বোঝায় যেখানে 50% নমুনা নির্দিষ্ট প্রভাবের পরিস্থিতিতে ভঙ্গুর ফ্র্যাকচারের মধ্য দিয়ে যায়। যদিও এই গবেষণাটি -20 ডিগ্রির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, পিএলএ প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপের ভঙ্গুরতা তাপমাত্রা পরিসীমা নির্ধারণের জন্য অতিরিক্ত পরীক্ষা করা হয়েছিল.
3.2 বিকৃতি মূল্যায়ন মান
3.2.1 রৈখিক মাত্রা পরিবর্তনের হার
রৈখিক পরিবর্তনের হার (%)=(চিকিৎসার পরে মাত্রা - প্রাথমিক মাত্রা) / প্রাথমিক মাত্রা × 100%। মূল পরিমাপের মধ্যে রয়েছে কাপের মুখের ব্যাস, কাপের নীচের ব্যাস, উচ্চতা এবং দেয়ালের বেধের পরিবর্তন।
3.2.2 আকৃতির বিকৃতি সহগ
ওয়ারপেজ: কাপের মুখ এবং নীচের সমতলতা বিচ্যুতি পরিমাপ করুন। সর্বাধিক অনুমোদিত বিচ্যুতি হল 0.5 মিমি, যার রেফারেন্স সমতল সমতলতা ত্রুটি রয়েছে<0.05 mm.
বৃত্তাকার বিচ্যুতি: একটি বৃত্তাকার পরিমাপ যন্ত্র ব্যবহার করে বিভিন্ন উচ্চতায় কাপের গোলাকার পরিবর্তন পরিমাপ করুন।
লম্বতার বিচ্যুতি: কাপ অক্ষ এবং নীচের পৃষ্ঠের মধ্যে লম্বতার পরিবর্তন পরিমাপ করুন।
3.2.3 ভলিউম পরিবর্তনের হার
ভলিউম পরিবর্তনের হার (%)=(চিকিৎসার পরে ভলিউম - প্রাথমিক ভলিউম) / প্রাথমিক ভলিউম × 100%। ভলিউম জল ভরাট পদ্ধতি দ্বারা পরিমাপ করা হয়, একটি নির্ভুল পরিমাপক সিলিন্ডার ব্যবহার করে ভরা জলের আয়তন পরিমাপ করা হয়.
3.2.4 প্রাচীর বেধ অভিন্নতা পরিবর্তন
একটি মাইক্রোমিটার ব্যবহার করে কাপের মুখ, কাপের বডির মাঝখানে এবং নীচে (প্রতিটি অবস্থানে 4টি দিক) দেয়ালের বেধ পরিমাপ করুন। অভিন্নতা পরিবর্তনের মূল্যায়ন করার জন্য মানক বিচ্যুতি এবং প্রকরণের সহগ গণনা করুন.
3.3 ব্যাপক কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন গ্রেড
| গ্রেড | ভঙ্গুরতা স্তর | বিকৃতি স্তর | ব্যবহারের সুপারিশ |
|---|---|---|---|
| চমৎকার | কোনো ফাটল নেই | বিকৃতি<1% | স্বাভাবিক ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত |
| ভাল | সামান্য ফাটল (<2mm) | বিকৃতি 1-3% | সতর্কতার সাথে ব্যবহার করুন |
| মেলা | ছোট ফাটল (2-5 মিমি) | বিকৃতি 3-5% | দীর্ঘ-মেয়াদী ব্যবহারের জন্য সুপারিশ করা হয় না |
| দরিদ্র | Medium-long cracks (>5 মিমি) | Deformation >5% | ব্যবহারের জন্য অনুপযুক্ত |
| খুবই দরিদ্র | মারাত্মক ফাটল | মারাত্মক বিকৃতি | সম্পূর্ণ ব্যর্থতা |
IV পরীক্ষার ফলাফল এবং বিশ্লেষণ
4.1 সংক্ষিপ্ত-মেয়াদী ফ্রিজিং পরীক্ষার ফলাফল (1-2 ঘন্টা)
স্বল্পমেয়াদী পরীক্ষাগুলি দেখায় যে PLA প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপগুলি -20 ডিগ্রিতে উল্লেখযোগ্য কম-তাপমাত্রার ভঙ্গুরতা প্রদর্শন করে। নির্দিষ্ট তথ্য নিম্নরূপ:
| পরীক্ষার সময় | নমুনা নম্বর | ক্র্যাকিং কন্ডিশন | সর্বোচ্চ ফাটল দৈর্ঘ্য (মিমি) | গড় ফাটল ঘনত্ব (মিমি/সেমি²) | কাপ মুখের ব্যাস পরিবর্তন (%) | উচ্চতা পরিবর্তন (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 ঘন্টা | 1-5 | সামান্য ফাটল | 1.2-1.6 | 0.15-0.20 | -0.6 থেকে -0.9 | -0.3 থেকে -0.6 |
| 1-ঘন্টা গড় | - | সামান্য ফাটল | 1.4±0.1 | 0.17±0.02 | -0.76±0.1 | -0.46±0.1 |
| 2 ঘন্টা | 6-10 | ছোট ফাটল/হালকা ফাটল | 1.8-2.4 | 0.22-0.30 | -1.0 থেকে -1.3 | -0.6 থেকে -0.9 |
| 2-ঘন্টা গড় | - | ছোট ফাটল | 2.2±0.2 | 0.28±0.03 | -1.16±0.1 | -0.76±0.1 |
1 ঘন্টা জমা করার পরে, সমস্ত নমুনায় সামান্য ফাটল দেখা দিয়েছে। এই ফাটলগুলি বেশিরভাগই কাপের রিম বরাবর বিতরণ করা হয়েছিল, কাপের শরীরের চাপের ঘনত্বের অঞ্চলে এবং নীচে এবং পাশের দেয়ালের সংযোগস্থলে, তুলনামূলকভাবে বিক্ষিপ্ত বিতরণের সাথে। 2 ঘন্টা হিমায়িত করার পরে, ফাটলগুলি আরও খারাপ হয়, 5টির মধ্যে 4টি নমুনায় ছোট ফাটল দেখা দেয়। গড় ফাটলের দৈর্ঘ্য এবং ঘনত্ব উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে, যা ইঙ্গিত করে যে দীর্ঘায়িত হিমাঙ্কের সময় ভঙ্গুর ফ্র্যাকচারকে আরও বাড়িয়ে তোলে।
বিকৃতির ক্ষেত্রে, 1 ঘন্টা পরে, কাপ খোলার গড় ব্যাস -0.76±0.1% এবং উচ্চতা -0.46±0.1% দ্বারা সংকুচিত হয়; 2 ঘন্টা পরে, সংকোচন আরও বেশি উল্লেখযোগ্য ছিল, কাপ খোলার ব্যাস -1.16±0.1% এবং উচ্চতা -0.76±0.1% দ্বারা সংকুচিত হয়েছে। বিকৃতিটি পিএলএর নিম্ন-তাপমাত্রার তাপীয় সংকোচনের বৈশিষ্ট্যের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।
4.2 দীর্ঘ-মেয়াদী ফ্রিজিং পরীক্ষার ফলাফল (24 ঘন্টা বা তার বেশি)
দীর্ঘ-পরীক্ষায় গুরুতর কাঠামোগত ক্ষতি সহ PLA প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপগুলির আরও অবনতি দেখা গেছে। তথ্য নিম্নরূপ:
| পরীক্ষার সময় | নমুনা নম্বর | ক্র্যাক কন্ডিশন | সর্বোচ্চ ফাটল দৈর্ঘ্য (মিমি) | গড় ফাটল ঘনত্ব (মিমি/সেমি²) | কাপ মুখের ব্যাস পরিবর্তন (%) | উচ্চতা পরিবর্তন (%) | ওজন পরিবর্তন (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 24 ঘন্টা | 11-15 | মাঝারি/লং ফাটল | 6.5-12.5 | 0.79-1.52 | -2.1 থেকে -2.5 | -1.6 থেকে -2.0 | -0.2 থেকে -0.3 |
| 48 ঘন্টা | 16-20 | দীর্ঘ ফাটল / গুরুতর ক্র্যাকিং | 14.6-25.2 | 1.78-3.04 | -2.9 থেকে -3.3 | -2.3 থেকে -2.7 | -0.3 থেকে -0.5 |
| 72 ঘন্টা | 21-25 | গুরুতর ক্র্যাকিং | 28.7-32.5 | 3.52-3.98 | -3.5 থেকে -3.8 | -2.9 থেকে -3.2 | -0.5 থেকে -0.6 |
4.3 তাপমাত্রা বিতরণ এবং শীতল বৈশিষ্ট্য বিশ্লেষণ
তাপমাত্রার ভারসাম্যের সময়: নমুনাটি ঘরের তাপমাত্রা (23 ডিগ্রি) থেকে -20 ডিগ্রি পর্যন্ত ঠান্ডা হতে 30-40 মিনিট সময় লাগে এবং তাপমাত্রার ভারসাম্যে পৌঁছাতে কমপক্ষে 1 ঘন্টা লাগে, যা নমুনা প্রাচীরের বেধ, আয়তন এবং ফ্রিজারের শীতল ক্ষমতার সাথে সম্পর্কিত।
তাপমাত্রা বন্টন অভিন্নতা: একটি -20 ডিগ্রী পরিবেশে, নমুনার বিভিন্ন অংশের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য ±0.5 ডিগ্রীর মধ্যে এবং কাপের মুখ, শরীর এবং নীচের তাপমাত্রা সামঞ্জস্যপূর্ণ, পরীক্ষার প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে।
তাপীয় সংকোচনের বৈশিষ্ট্য: যখন PLA কাপ ঘরের তাপমাত্রা থেকে -20 ডিগ্রিতে ঠান্ডা হয়, তখন রৈখিক সংকোচনের হার প্রায় 0.3-0.5% হয়। এই সংকোচন কাপ প্রাচীরের মধ্যে অভ্যন্তরীণ চাপ তৈরি করে, যা ফাটল গঠনের একটি উল্লেখযোগ্য কারণ।
4.4 ঐতিহ্যগত প্লাস্টিক সামগ্রীর সাথে তুলনামূলক বিশ্লেষণ
কম তাপমাত্রায় পিএলএ প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপগুলির ত্রুটিগুলি স্পষ্ট করার জন্য, সেগুলি পরীক্ষা করা হয়েছিল এবং -20 ডিগ্রিতে পিইটি এবং পিপি প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপের সাথে তুলনা করা হয়েছিল। ফলাফল নিম্নরূপ:
| উপাদানের ধরন | পরীক্ষার সময় | ক্র্যাকিং কন্ডিশন | সর্বোচ্চ ফাটল দৈর্ঘ্য (মিমি) | গড় ফাটল ঘনত্ব (মিমি/সেমি²) | কাপ মুখের ব্যাস পরিবর্তন (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| পিএলএ | 2 ঘন্টা | ছোট ফাটল | 2.2±0.2 | 0.28±0.03 | -1.16±0.1 |
| পিইটি | 2 ঘন্টা | কোনো ফাটল নেই | 0 | 0 | -0.3±0.05 |
| পিপি | 2 ঘন্টা | কোনো ফাটল নেই | 0 | 0 | -0.2±0.03 |
এটা দেখা যায় যে PET এবং PP-এর নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা PLA-এর তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে ভালো: PET 2 ঘন্টা হিমাঙ্কের পরে কোন ফাটল দেখায়নি, এবং 24 ঘন্টা পরে শুধুমাত্র ছোটখাটো ফাটল দেখায়; PP পুরো পরীক্ষা জুড়ে কোন ফাটল দেখায়নি, এবং এর মাত্রিক সংকোচনও ছিল সবচেয়ে ছোট। এই পারফরম্যান্সের পার্থক্য বস্তুগত বৈশিষ্ট্য থেকে উদ্ভূত হয়-PET-এর একটি Tg প্রায় 70 ডিগ্রী, এবং PP-এর প্রায় -10 ডিগ্রী থেকে 0 ডিগ্রী, -20 ডিগ্রীতে শক্ততা বজায় রাখা হয়; যখন PLA-এর একটি Tg প্রায় 60 ডিগ্রী, পরীক্ষার তাপমাত্রার থেকে অনেক উপরে, সাধারণ কাঁচের ভঙ্গুরতা প্রদর্শন করে।
4.5 ব্যর্থতা প্রক্রিয়া বিশ্লেষণ
মাইক্রোস্কোপিক পর্যবেক্ষণের উপর ভিত্তি করে, PLA এর ব্যর্থতাপ্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপ-20 ডিগ্রিতে একাধিক কারণের সংমিশ্রণ থেকে উদ্ভূত হয়:
নিম্ন-তাপমাত্রা ভঙ্গুর ফ্র্যাকচার: -20 ডিগ্রীতে, পিএলএ আণবিক চেইনের গতিবিধি সীমাবদ্ধ থাকে, যার ফলে দৃঢ়তা হ্রাস পায়, যা অভ্যন্তরীণ বা বাহ্যিক চাপের অধীনে ভঙ্গুর ফ্র্যাকচারের জন্য সংবেদনশীল করে তোলে।
তাপীয় চাপ ঘনত্ব: পিএলএ-তে তাপ সম্প্রসারণের একটি কম গুণাঙ্ক রয়েছে, যা শীতল হওয়ার সময় তাপীয় চাপ তৈরি করে। ফাটলগুলি স্ট্রেস ঘনত্বের জায়গায় শুরু করে এবং প্রচার করে যেমন কাপের রিম, বডি, এবং নীচে এবং প্রাচীরের মধ্যে জয়েন্ট;
স্ফটিকত্বের পরিবর্তন: দীর্ঘায়িত নিম্ন তাপমাত্রা পিএলএ-তে ঠান্ডা স্ফটিককরণকে প্ররোচিত করতে পারে, উপাদানটির ভঙ্গুরতা আরও বাড়িয়ে দেয়।
স্ট্রেস শিথিলকরণ প্রভাব: কম তাপমাত্রায়, PLA-এর স্ট্রেস শিথিলকরণের হার হ্রাস পায়, যা অভ্যন্তরীণ স্ট্রেস নির্গত করা কঠিন করে তোলে, ফাটল বিস্তারকে ত্বরান্বিত করে।
V. আলোচনা এবং সুপারিশ
5.1 পরীক্ষার ফলাফলের ব্যবহারিক প্রয়োগের তাত্পর্য
পরীক্ষাগুলি দেখায় যে সাধারণ নিষ্পত্তিযোগ্য স্বচ্ছ PLA প্লাস্টিকের ক্লিয়ার কাপগুলির -20 ডিগ্রিতে উল্লেখযোগ্য সীমাবদ্ধতা রয়েছে: স্বল্পমেয়াদী (1-2 ঘন্টা) হিমাঙ্কের পরে দৃশ্যমান ফাটল দেখা দেয় এবং দীর্ঘায়িত (24 ঘন্টা বা তার বেশি) জমাট বাঁধার ফলে কাঠামোগত পতন ঘটে। এর মানে হল যে PLA প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপগুলি -20 ডিগ্রিতে দীর্ঘমেয়াদী স্টোরেজের জন্য উপযুক্ত নয়। নিম্ন-তাপমাত্রার ব্যবহার প্রয়োজন হলে, পিইটি বা পিপি উপকরণগুলিকে অগ্রাধিকার দেওয়ার পরামর্শ দেওয়া হয়; যদি PLA ব্যবহার করতে হয়, তাহলে ক্ষতি কমাতে দেয়ালের বেধ বাড়ানো এবং প্রতিরক্ষামূলক হাতা যুক্ত করার মতো ব্যবস্থা নেওয়া উচিত।
5.2 পরীক্ষার ফলাফলগুলিকে প্রভাবিত করার মূল কারণগুলি৷
বস্তুগত কারণগুলি: PLA-এর Tg, আণবিক ওজন বন্টন, স্ফটিকতা, এবং প্লাস্টিকাইজার বিষয়বস্তু সবই এর নিম্ন তাপমাত্রার কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করে। প্লাস্টিকাইজার যেমন ডায়োকটাইল এডিপেট (ডিওএ) এবং ডিবুটাইল সেবাকেট (ডিবিএস) যোগ করা শক্ততা উন্নত করতে পারে।
স্ট্রাকচারাল ডিজাইন ফ্যাক্টর: কাপের স্ট্রেস কনসেন্ট্রেশন এলাকার দেয়ালের বেধ এবং নকশা ফাটল প্রতিরোধকে প্রভাবিত করে। প্রাচীরের বেধ বৃদ্ধি কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পারে, কিন্তু এটি খরচ বৃদ্ধি করবে।
পরিবেশগত এবং প্রক্রিয়াগত কারণ: হিমাঙ্কের হার এবং তাপমাত্রার ওঠানামা উপাদানের বার্ধক্যকে ত্বরান্বিত করতে পারে; উত্পাদন প্রক্রিয়া, যেমন ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ পরামিতি এবং শীতল হার, পণ্যের প্রাথমিক গুণমানকে প্রভাবিত করে।
উপাদান পরিবর্তন: কপোলিমারাইজেশন/ব্লেন্ডিংয়ের মাধ্যমে PLA-এর Tg হ্রাস করুন, কম-তাপমাত্রার প্লাস্টিকাইজার যোগ করুন, এবং নিউক্লিয়েটিং এজেন্টগুলির সাহায্যে স্ফটিকতা নিয়ন্ত্রণ করুন;
স্ট্রাকচারাল অপ্টিমাইজেশান: কাপের রিম এবং নীচের মতো মূল অংশগুলিকে ঘন করুন, চাপের ঘনত্ব কমাতে ডিজাইনটিকে অপ্টিমাইজ করুন এবং একটি PLA/PE যৌগিক কাঠামো গ্রহণ করুন।
ব্যবহার এবং মান: -20 ডিগ্রিতে PLA প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপের দীর্ঘ-মেয়াদী স্টোরেজ এড়িয়ে চলুন, তাপমাত্রা পরিবর্তনের হার নিয়ন্ত্রণ করুন; PLA নিম্ন-তাপমাত্রা প্রয়োগের কর্মক্ষমতা মান এবং ব্যবহারের নির্দেশিকা প্রতিষ্ঠার প্রচার.
5.3 উন্নতির পরামর্শ
উপাদান পরিবর্তন:কপোলিমারাইজেশন/ব্লেন্ডিংয়ের মাধ্যমে PLA-এর Tg হ্রাস করুন, কম-তাপমাত্রার প্লাস্টিকাইজার যোগ করুন, এবং নিউক্লিয়েটিং এজেন্টগুলির সাহায্যে স্ফটিকতা নিয়ন্ত্রণ করুন;
কাঠামোগত অপ্টিমাইজেশান:কাপের রিম এবং নীচের মতো মূল অংশগুলিকে ঘন করুন এবং চাপের ঘনত্ব কমাতে ডিজাইনটিকে অপ্টিমাইজ করুন।
ব্যবহার এবং মান:-20 ডিগ্রীতে PLA প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপের দীর্ঘ-মেয়াদী স্টোরেজ এড়িয়ে চলুন এবং তাপমাত্রা পরিবর্তনের হার নিয়ন্ত্রণ করুন।
5.4 গবেষণার সীমাবদ্ধতা এবং আউটলুক
- এই গবেষণায় শুধুমাত্র 12oz পিএলএ প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপ -20 ডিগ্রি এবং 72 ঘন্টার মধ্যে একক তাপমাত্রায় পরীক্ষা করা হয়েছে, এবং অন্যান্য নির্দিষ্টকরণ, তাপমাত্রা এবং আর্দ্রতার কারণগুলিকে কভার করেনি৷ ভবিষ্যত গবেষণার জন্য পরীক্ষার সুযোগ প্রসারিত করতে হবে, কম-তাপমাত্রা অভিযোজনযোগ্য পরিবর্তিত পিএলএ উপকরণ তৈরি করতে হবে, মূল্যায়ন পদ্ধতির উন্নতি করতে হবে, এবং নিম্ন-তাপমাত্রার প্যাকেজিংয়ে পিএলএর যৌক্তিক প্রয়োগের প্রচার করতে হবে
-
VI. সারাংশ
এই অধ্যয়নটি পদ্ধতিগতভাবে সাধারণ নিষ্পত্তিযোগ্য স্বচ্ছ পিএলএ প্লাস্টিকের ক্লিয়ার কাপের স্থায়িত্বকে মানসম্মত পরীক্ষার মাধ্যমে -20 ডিগ্রিতে মূল্যায়ন করেছে, নিম্নলিখিত মূল ফলাফলগুলি সহ:
ভঙ্গুর ফ্র্যাকচার পারফরম্যান্স: স্বল্পমেয়াদী হিমায়িত (1-2 ঘন্টা) সামান্য থেকে ছোট ফাটল সৃষ্টি করে, যখন দীর্ঘমেয়াদী হিমায়িত (72 ঘন্টা) এর ফলে গড় ফাটল দৈর্ঘ্য 30.5 মিমি হয়, যা সম্পূর্ণ কাঠামোগত ব্যর্থতার দিকে পরিচালিত করে;
ডিফর্মেশন পারফরম্যান্স: হিমায়িত হওয়ার ফলে প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপগুলি সঙ্কুচিত হয়, কাপ রিমের ব্যাস -3.7% এবং উচ্চতায় -3.1% সর্বাধিক সংকোচন হয়; সময়ের সাথে সাথে বিকৃতি তীব্র হয়;
উপাদানের তুলনা: PLA-এর নিম্ন-তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা PET এবং PP-এর তুলনায় অনেক নিকৃষ্ট, যা পরীক্ষার সময়কালে ভাল অখণ্ডতা বজায় রাখে;
ব্যর্থতা প্রক্রিয়া: নিম্ন-তাপমাত্রার ভঙ্গুরতা, তাপীয় চাপের ঘনত্ব, স্ফটিকের পরিবর্তন, এবং চাপ শিথিলকরণ যৌথভাবে PLA ব্যর্থতার দিকে পরিচালিত করে;
ব্যবহারের সুপারিশ: সাধারণ স্বচ্ছ PLA প্লাস্টিকের পরিষ্কার কাপগুলি দীর্ঘ- -20 ডিগ্রিতে ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত নয়; স্বল্পমেয়াদী ব্যবহারের জন্য সতর্কতা প্রয়োজন; নিম্ন-তাপমাত্রা অভিযোজিত উপকরণ যেমন PET এবং PP অগ্রাধিকার দিন।
