PLA filament is not equal to PLA filament: Experimental studies of the influence of the type of pigment on the mechanical and thermal properties of poly(lactic acid) products

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8.

Fig. 9.

Fig. 10.

Fig. 11.

Fig. 12.

Summary of the data produced from DSC testing of first heating scan for the PLA filaments considered including heat capacity (Cp) at temperature of glass transition, glass transition temperature (Tg), cold crystallisation temperature (Tc), enthalpy of cold crystallisation (ΔHc), melting temperature (Tm), enthalpy of melting (ΔHm) and degree of crystallinity (X)

	I heating
	J/(g*K) ΔCp	°C Tg	°C Tc	J/g ΔHc	°C Tm1	°C Tm2	J/g ΔHm	% X
natural	1,463	63,4	106,4	29,24	162,5	153,9	43,34	13,2
white	0,884	61,8	98,2	24,55	160,6	149,6	40,98	15,4
silver	0,930	65,2	103,1	25,91	152,8		35,95	9,5
iron gray	0,555	64,0	101,8	24,33	153,0		38,10	13,0
black	0,752	64,6	101,4	18,31	155,0	148,0	36,20	16,8
green leaf	1,622	64,6	106,0	28,63	152,5		35,25	6,2
yellow	1,461	65,5	103,4	19,98	151,8		39,67	18,5
orange	1,425	65,7	100,2	21,74	153,7		34,39	11,9
red	1,327	64,8	101,3	27,88	155,2	148,3	32,67	4,5
magenta	1,149	66,2	95,0	21,60	161,9		38,88	16,2
sky blue	0,933	66,1	96,0	28,05	162,8		38,99	10,3
dark blue	0,995	64,3	97,1	30,12	162,8		40,17	9,4

Table of R2 coefficients between the parameters determined in the DSC test and the mechanical properties of the tested materials

	bending modulus [MPa]	flexural strength [MPa]	compress. modulus [MPa]	compress. strength [MPa]	impact strength [kJ/m2]	Vicat softening temp. [C]
X [%]	0,20	0,01	0,01	0,02	0,02	0,07
Tg	0,15	0,04	0,16	0,38	0,00	0,27
Tc (I)	0,08	0,01	0,00	0,00	0,00	0,04
Tc (II)	0,03	0,00	0,30	0,04	0,03	0,02
Tm1 (I)	0,01	0,08	0,07	0,06	0,02	0,00
Tm1 (II)	0,09	0,04	0,17	0,04	0,03	0,02
Cp	0,00	0,17	0,11	0,01	0,01	0,02
Hc (I)	0,10	0,03	0,08	0,00	0,01	0,11
Hm (I)	0,07	0,14	0,06	0,07	0,11	0,00
Hc (II)	0,00	0,00	0,01	0,03	0,01	0,11
Hm (II)	0,11	0,01	0,03	0,02	0,00	0,20

Parameters for printing test samples set on the HBOT 3D F300 printer

parameter	size
Working table temperature [°C]	60
Nozzle temperature [°C]	235
Nozzle diameter [mm]	0,60
Layer height [mm]	0,30
Sample filling degree [%]	100
Filling type	rectangular
Printing direction	horizontal
Print speed [mm/s]	50

Table of R2 coefficients between the parameters determined in the DSC study

	X [%]	Tg	Tc (I)	Tc (II)	Tm1 (I)	Tm1 (II)	Cp	Hc (I)	Hm (I)	Hc (II)	Hm (II)
X [%]	1,00
Tg	0,00	1,00
Tc (I)	0,03	0,06	1,00
Tc (II)	0,36	0,16	0,11	1,00
Tm1 (I)	0,01	0,03	0,33	0,00	1,00
Tm1 (II)	0,00	0,02	0,14	0,19	0,71	1,00
Cp	0,06	0,04	0,19	0,06	0,02	0,00	1,00
Hc (I)	0,57	0,06	0,01	0,45	0,16	0,21	0,03	1,00
Hm (I)	0,28	0,17	0,01	0,00	0,41	0,25	0,01	0,02	1,00
Hc (II)	0,00	0,02	0,41	0,04	0,14	0,00	0,15	0,03	0,04	1,00
Hm (II)	0,08	0,01	0,19	0,41	0,01	0,16	0,20	0,05	0,02	0,66	1,00

Determined wma and wra parameters for the tested materials

	Δcp	X	wma	wra
	[J/gK]	-	-	-
natural	1,463	0,13	0,73	0,14
white	0,884	0,16	0,44	0,40
silver	0,930	0,09	0,47	0,44
iron gray	0,555	0,13	0,28	0,59
black	0,752	0,16	0,38	0,46
green leaf	1,622	0,06	0,81	0,13
yellow	1,461	0,19	0,73	0,08
orange	1,425	0,12	0,71	0,17
red	1,327	0,05	0,66	0,29
magenta	1,149	0,17	0,57	0,26
sky blue	0,933	0,10	0,47	0,43
dark blue	0,995	0,09	0,50	0,41

Summary of the data produced from DSC testing of second heating scan for the PLA filaments considered including cold crystallisation temperature (Tc), enthalpy of cold crystallisation (ΔHc), melting temperature (Tm) and enthalpy of melting (ΔHm)

	II heating
	°C Tc	J/g ΔHc	°C Tm1*	°C Tm2**	J/g ΔHm
natural	131,4	3,575	158,6		3,564
white	124,3	44,900	155,7	159,2	42,360
silver	126,3	15,340	152,9		16,430
iron gray	124,3	25,780	152,2		25,130
black	102,7	17,240	150,4	153,9	42,500
green leaf	126,6	14,210	152,6		13,570
yellow	105,9	20,850	149,2		38,360
orange	122,2	33,090	152,1		28,490
red	127,7	13,560	153,8		13,140
magenta	116,5	12,110	159,4		7,293
sky blue	113,1	47,870	155,2	161,3	46,310
dark blue	118,4	52,560	155,5	160,9	45,020