122 дня под УФ-лучами: сравнительное тестирование 3D-печатных изделий из пластиков ABS и ASA

в 4:45, , рубрики: 3D-печать, 3d-принтер, ABS, asa, bestfilament, diy или сделай сам, будущее здесь

Буквально на днях закончилось сравнительное тестирование пластиков на устойчивость к ультрафиолетовому излучению длительностью в 122 дня.
В тесте принимали участие два вида схожих пластика – белый ABS и белый ASA.
Если пластик ABS всем известен, то пластик ASA появился в продаже не так давно, и позиционируется как защищенный от ультрафиолетового излучения.
Нам было интересно узнать, на сколько более устойчив ASA к УФ чем ABS.

Введение. Цели, задачи и средства тестирования:
деградация полимеров ABS и ASA под воздействием УФ-излучения.

Тестирование проводилось бактерицидной лампой T8 HNS мощностью 30 Вт фирмы OSRAM (Ledvance). Данная лампа излучает ультрафиолет самого жесткого «C» диапазона.
В природе это излучение задерживается атмосферой.
Данная лампа была выбрана для ускоренного проведения теста.
Многие полимеры, используемые в товарах широкого потребления, деградируют под действием УФ-света. Проблема проявляется в исчезновении цвета, потускнении поверхности, растрескивании, а иногда и полном разрушении самого изделия. Скорость разрушения возрастает с ростом времени воздействия и интенсивности солнечного света. Описанный эффект известен как УФ-старение и является одной из разновидностей старения полимеров.
К чувствительным полимерам относятся термопластики, такие как полипропилен, полиэтилен, полиметилметакрилат (органическое стекло), а также специальные волокна, например, арамидное волокно. Поглощение УФ приводит к разрушению полимерной цепи и потере прочности в ряде точек структуры.
Электромагнитный спектр УФ излучения может быть по-разному поделен на подгруппы. Стандарт ISO по определению солнечного излучения (ISO-DIS-21348) даёт следующие определения:
image
Ближний УФ диапазон часто называют «чёрным светом», так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов спектр переходит в область видимого излучения вследствие явления фотолюминесценции. Но при относительно высоких яркостях, например, от диодов, глаз замечает фиолетовый свет, если излучение захватывает границу видимого света 400 нм.
Для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный» (VUV), в виду того, что волны этого диапазона сильно поглощаются атмосферой Земли.

Подготовка эксперимента.

Для теста из обоих пластиков были распечатаны трубки диаметром 30 и длиной 50 мм. По 7 трубок каждого вида пластика. Использовали пластик ASA и ABS белого цвета одного производителя (BestFilament). Печатались в один заход соплом 0,5 мм с толщиной слоя 0,2 мм. Толщина стенки модели 0,5 мм. Все трубки были пронумерованы от I до VII. Первые шесть тестовых образцов были одеты на лампу, а образцы с цифрой VII мы оставили в качестве эталона для сравнительного анализа. Образцы непрерывно облучались УФ «C» диапазона различное количество времени, то есть мы примерно каждые 20 дней снимали одну пару трубок. Все снятые образцы хранились в пластиковом ZIP пакете в темном месте до окончания теста.
image
Фото всех образцов в пакете и на HNS лампе.

Ход облучения полимеров.

Итак, мы начали тестирование. На фото видно, что УФ просвечивается через ABS.
Это значит, что деградация данного пластика должна произойти по всему объему.
ASA, напротив, стойко сдерживал жесткое излучение.
image
Первую пару мы сняли через 18 дней (432 часа) воздействия УФ. Сразу стало заметно, что метка на пластике ABS выгорела, а на ASA внешне никаких изменений не было. Внутренняя поверхность трубок пожелтела и стала матовой. Визуально ABS пожелтел больше, даже снаружи. Образцы попахивают цветочной пыльцой и жженым сахаром.

image
Вторую пару мы сняли через 36 дней (864 часов) воздействия УФ. По сравнению с первой парой значительных изменений не замечено.

image
Третью пару сняли через 57 дней (1368 часов) воздействия УФ. ABS стал немного прозрачнее. ASA без изменений по сравнению с первым снятием.

image
Четвертую пару сняли через 75 дней (1800 часов) воздействия УФ. ABS стал еще более желтым. Такое ощущение, что он выцветает. Также, изменения стали происходить и с бумагой, которая закрывала края лампы. Бумага стала хрустеть.

image
Пятую пару сняли через 97 дней (2328 часов) воздействия УФ. Сильных отличий от предыдущего образца не видно.
image
image
image

Шестую пару решили подержать подольше. В итоге она провисела 122 дня (почти 3000 часов) под непрерывным жестким УФ… Для сравнения сделали несколько фото, повесив эталон с образцами VI. Свечение у эталонов более прозрачное.
Жаль, что камера не передает эти оттенки. За это время в бумажной упаковке появились дыры от ультрафиолета.

Тестирование подготовленных образцов.

Пришло время проводить механические тесты.
Да, все давили и рвали на специальном оборудовании. Для этого использовали два стенда.
Первый стенд динамометр SHIMPO FGV-10XY определяет максимальную силу давления, действующую на предмет. Второй стенд Regmed PU-2 определял максимальное усилие на разрыв, величину деформации до разрыва.
image

Сначала мы давили трубки, уложив их в ложемент похожей формы. После этого из образцов делались полоски шириной 5 мм, и рвались на втором стенде. Все результаты засняты на видео и сведены в таблицу.
image

Видео тестов: часть 1

По полученным данным построили диаграммы.
image
image
image

Итоги сравнительного тестирования полимеров ABS и ASA.

Тестирование показало, что пластик ASA довольно спокойно переносит длительное воздействие жесткого УФ излучения без серьезных потерь физических свойств. За 122 дня непрерывного облучения произошло небольшое падение эластичности образца с возрастанием прочностной характеристики на разрыв.
Что касается пластика ABS, то он резко снизил эластичность практически в начале теста. Под действием жесткого УФ излучения произошла деградация структуры материала, и пластик стал хрупким. Протестировать образец, провисевший 122 дня в УФ, не получилось. Он ломался при попытке зажать кольцо в установке.
Итоги и выводы тестирования.
Использование именно жесткой версии излучения С-диапазона позволило ускорить процесс и получить результаты более оперативно.
Стоит сделать допущение, что под воздействием солнечного света процессы протекают схожим образом, только для деградации пластика требуется больше времени, поскольку УФ «C» диапазона поглощается атмосферой, а в обыденной жизни встречается только в установках обеззараживания воды или в медицинских учреждениях в приборах антибактериальной обработки воздуха.
Очевидно, что оба эти пластика можно использовать в повседневной печати. Но если вы задумаете печать деталей для использования под воздействием солнечного цвета (вывески, детали машин) лучше использовать ASA.
Тем более, если планируете запустить свой спутник, или подарить знакомому доктору плафон для лампы кварцевания кабинета.

Тестирование провел: Силин Роман г. Смоленск

Автор: 3dgeek

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля