تأثير HPMC على مدافع الطباعة ثلاثية الأبعاد

1.1تأثير HPMC على قابلية طباعة الهاون ثلاثية الأبعاد

1.1.1تأثير HPMC على قابلية البثق من مدافع الملاط ثلاثي الأبعاد

تم السماح للمجموعة الفارغة M-H0 بدون HPMC ومجموعات الاختبار التي تحتوي على محتوى HPMC بنسبة 0.05 ٪ ، 0.10 ٪ ، 0.20 ٪ ، و 0.30 ٪ للوقوف لفترات زمنية مختلفة ، ثم تم اختبار السيولة. يمكن ملاحظة أن دمج HPMC سوف يقلل بشكل كبير من سيولة الهاون ؛ عندما يتم زيادة محتوى HPMC تدريجياً من 0 ٪ إلى 0.30 ٪ ، تنخفض السيولة الأولية لقذائف الهاون من 243 مم إلى 206 و 191 و 167 و 160 مم على التوالي. HPMC هو بوليمر جزيئي مرتفع. يمكن تشابكها مع بعضها البعض لتشكيل بنية شبكة ، ويمكن زيادة تماسك ملاط ​​الأسمنت عن طريق تغليف مكونات مثل Ca (OH) 2. مجهري ، يتم تحسين تماسك الملاط. مع امتداد وقت الوقوف ، تزداد درجة ترطيب هاون. زادت ، فقدت السيولة مع مرور الوقت. انخفضت سيولة المجموعة الفارغة M-H0 دون HPMC بسرعة. في المجموعة التجريبية مع 0.05 ٪ ، 0.10 ٪ ، 0.20 ٪ و 0.30 ٪ HPMC ، انخفضت درجة الانخفاض في السيولة مع مرور الوقت ، وسيولة الهاون بعد الوقوف لمدة 60 دقيقة 180 ، 177 ، 164 ، و 155 ملم ، على التوالي . السيولة 87.3 ٪ ، 92.7 ٪ ، 98.2 ٪ ، 96.8 ٪. يمكن أن يؤدي دمج HPMC إلى تحسين قدرة الاحتفاظ بسيولة الملاط بشكل كبير ، والذي يرجع إلى مزيج من جزيئات HPMC وجزيئات الماء ؛ من ناحية أخرى ، يمكن أن تشكل HPMC فيلمًا مشابهًا له بنية شبكة ويلتف الأسمنت ، مما يقلل بشكل فعال من تطهير الماء في الملاط وله أداء معين في الماء. تجدر الإشارة إلى أنه عندما يكون محتوى HPMC 0.20 ٪ ، فإن قدرة الاحتفاظ بسيولة الملاط تصل إلى أعلى مستوى.

تبلغ سيولة مدافع الطباعة ثلاثية الأبعاد مختلطة بكميات مختلفة من HPMC 160 ~ 206 مم. بسبب معلمات الطابعة المختلفة ، تختلف النطاقات الموصى بها من السيولة التي حصل عليها باحثون مختلفين ، مثل 150 ~ 190 مم ، 160 ~ 170 مم. من الشكل 3 ، يمكن رؤيته بشكل حدسي ، يمكن ملاحظة أن سيولة مدافع الملاط ثلاثي الأبعاد المخلوط مع HPMC هي في الغالب ضمن النطاق الموصى به ، خاصةً عندما يكون محتوى HPMC 0.20 ٪ ، فإن سيولة الهاون في غضون 60 دقيقة النطاق الموصى به ، الذي يفي بالسيولة المناسبة وقابلية المكدس. لذلك ، على الرغم من انخفاض سيولة الهاون مع كمية مناسبة من HPMC ، مما يؤدي إلى انخفاض في قابلية البثق ، إلا أنه لا يزال لديه قابلية جيدة ، وهو ضمن النطاق الموصى به.

1.1.2تأثير HPMC على قابلية تكديس قذائف الهاون ثلاثية الأبعاد

في حالة عدم استخدام قالب ، يعتمد حجم معدل الاحتفاظ بالشكل تحت الوزن الذاتي على إجهاد العائد للمادة ، والذي يرتبط بالتماسك الداخلي بين الملاط والتجميع. ويرد الاحتفاظ على شكل مدافع الهاون الطباعة ثلاثية الأبعاد مع محتويات HPMC مختلفة. معدل التغيير مع وقت الوقوف. بعد إضافة HPMC ، يتم تحسين معدل الاحتفاظ بالشكل في الملاط ، خاصة في المرحلة الأولية والوقوف لمدة 20 دقيقة. ومع ذلك ، مع امتداد وقت الوقوف ، فإن تأثير تحسين HPMC على معدل الاحتفاظ بالشكل قد أضعف تدريجياً ، والذي كان يرجع بشكل أساسي إلى معدل الاحتفاظ بشكل كبير. بعد الوقوف لمدة 60 دقيقة ، يمكن فقط 0.20 ٪ و 0.30 ٪ HPMC تحسين معدل الاحتفاظ شكل الملاط.

يظهر الشكل 5 نتائج اختبار مقاومة الاختراق في مدافع الطباعة ثلاثية الأبعاد مع محتويات HPMC مختلفة الملاط أثناء عملية ترطيب الأسمنت. تطورت تدريجيا إلى صلبة صلبة. في أول 80 دقيقة ، زاد دمج HPMC من مقاومة الاختراق ، ومع زيادة محتوى HPMC ، زادت مقاومة الاختراق. كلما زادت مقاومة الاختراق ، تشوه المادة بسبب الحمل المطبق ، كلما زادت مقاومة HPMC ، مما يشير إلى أن HPMC يمكن أن يحسن قابلية الهاون المبكرة للطباعة ثلاثية الأبعاد. نظرًا لأن روابط الهيدروكسيل والأثير على سلسلة البوليمرات من HPMC يتم دمجها بسهولة مع الماء من خلال روابط الهيدروجين ، مما يؤدي إلى الحد التدريجي للمياه الحرة والاتصال بين الجزيئات ، تزداد قوة الاحتكاك ، وبالتالي تصبح مقاومة الاختراق المبكر أكبر. بعد الوقوف لمدة 80 دقيقة ، بسبب ترطيب الأسمنت ، زادت مقاومة تغلغل المجموعة الفارغة دون HPMC بسرعة ، في حين أن مقاومة الاختراق لمجموعة الاختبار مع HPMC لم تتغير المعدل بشكل كبير حتى حوالي 160 دقيقة من الوقوف. وفقًا لـ Chen et al. ، يرجع هذا بشكل أساسي إلى أن HPMC يشكل فيلمًا وقائيًا حول جزيئات الأسمنت ، مما يطيل وقت الإعداد ؛ Pourchez et al. تخمين أن هذا يرجع بشكل أساسي إلى منتجات تدهور الأثير البسيطة للألياف (مثل الكربوكسيل) أو مجموعات الميثوكسيل يمكن أن تؤخر ترطيب الأسمنت عن طريق تأخير تكوين CA (OH) 2. تجدر الإشارة إلى أنه من أجل منع تطور مقاومة الاختراق من التأثر بتبخر الماء على سطح العينة ، تم تنفيذ هذه التجربة في ظل نفس درجة الحرارة والرطوبة. على العموم ، يمكن لـ HPMC تحسين قابلية تكديس الملاط ثلاثي الأبعاد للطباعة في المرحلة الأولية ، وتأخير التخثر ، وإطالة الوقت القابل للطباعة لقذائف هاون الطباعة ثلاثية الأبعاد.

كيان الملاط ثلاثي الأبعاد للطباعة (طوله 200 مم × عرض 20 مم × طبقة 8 مم): كانت المجموعة الفارغة بدون HPMC مشوهة بشدة ، وانهارت ومشاكل النزيف عند طباعة الطبقة السابعة ؛ MORTAR M-H0.20 GROUP لديها قابلية جيدة. بعد طباعة 13 طبقة ، يكون عرض الحافة العلوية 16.58 مم ، وعرض الحافة السفلية 19.65 مم ، ونسبة من أعلى إلى أسفل (نسبة عرض الحافة العلوية إلى عرض الحافة السفلية) هي 0.84. الانحراف الأبعاد صغير. لذلك ، تم التحقق من ذلك من خلال طباعة أن دمج HPMC يمكن أن يحسن بشكل كبير من قابلية طباعة الملاط. السيولة الملاطية لها قابلية البثق والقدرة على المكدس عند 160 ~ 170 مم ؛ معدل الاحتفاظ بالشكل أقل من 70 ٪ مشوه بشكل خطير ولا يمكن تلبية متطلبات الطباعة.

1.2تأثير HPMC على الخواص الريولوجية لمدافع الهاون الطباعة ثلاثية الأبعاد

يتم إعطاء اللزوجة الظاهرة لللب النقي تحت محتوى HPMC مختلف: مع زيادة معدل القص ، تنخفض اللزوجة الظاهرة لللب النقي ، وتكون ظاهرة تخفيف القص تحت محتوى HPMC عالي. إنه أكثر وضوحًا. السلسلة الجزيئية HPMC مضطربة وتظهر لزوجة أعلى بمعدل القص المنخفض ؛ ولكن بمعدل القص العالي ، تتحرك جزيئات HPMC بالتوازي والمنظم على طول اتجاه القص ، مما يجعل الجزيئات أسهل في الانزلاق ، وبالتالي فإن اللزوجة الظاهرة للطيور منخفضة نسبيًا. عندما يكون معدل القص أكبر من 5.0 S-1 ، تكون اللزوجة الظاهرة لـ P-H0 في المجموعة الفارغة مستقرة بشكل أساسي خلال 5 Pa s ؛ بينما تزداد اللزوجة الظاهرة للطيور بعد إضافة HPMC ، ويتم خلطها مع HPMC. تزيد إضافة HPMC من الاحتكاك الداخلي بين جزيئات الأسمنت ، مما يزيد من اللزوجة الظاهرة للعجينة ، والأداء العياني هو أن قابلية البثق في هاون الطباعة ثلاثية الأبعاد تتناقص.

تم تسجيل العلاقة بين إجهاد القص ومعدل القص في الملاط النقي في الاختبار الريولوجي ، واستخدم نموذج Bingham لتناسب النتائج. تظهر النتائج في الشكل 8 والجدول 3. عندما كان محتوى HPMC 0.30 ٪ ، كان معدل القص أثناء الاختبار أكبر من 32.5 عندما تتجاوز لزوجة الملاط نطاق الأداة في S-1 ، البيانات المقابلة لا يمكن جمع النقاط. بشكل عام ، يتم استخدام المساحة المحاطة بمنحنيات الصعود والسقوط في المرحلة المستقرة (10.0 ~ 50.0 S-1) لتوصيف thixotropy من الملاط [21 ، 33]. يشير Thixotropy إلى الخاصية أن الملاط تتمتع سيولة كبيرة بموجب إجراء قص القوة الخارجية ، ويمكنه العودة إلى حالتها الأصلية بعد إلغاء إجراء القص. يعد Thixotropy المناسب مهمًا جدًا لطباعة الملاط. يمكن أن نرى من الشكل 8 أن المنطقة thixotropic للمجموعة الفارغة بدون HPMC كانت فقط 116.55 Pa/s ؛ بعد إضافة 0.10 ٪ من HPMC ، زادت منطقة الشبكية من العجينة الصافية بشكل كبير إلى 1 800.38 Pa/s ؛ مع زيادة ، انخفضت منطقة العجينة من العجينة ، لكنها كانت لا تزال أعلى 10 مرات من المجموعة الفارغة. من منظور thixotropy ، قام دمج HPMC بتحسين قابلية طباعة الملاط بشكل كبير.

من أجل أن يحافظ الملاط على شكله بعد البثق وتحمل حمولة الطبقة المقدمة اللاحقة ، يحتاج الملاط إلى إجهاد العائد أعلى. يمكن ملاحظة من الجدول 3 أن إجهاد العائد τ0 من الملاط الصافي قد تحسن بشكل كبير بعد إضافة HPMC ، وهو مشابه لـ HPMC. يرتبط محتوى HPMC بشكل إيجابي ؛ عندما يكون محتوى HPMC 0.10 ٪ ، 0.20 ٪ ، و 0.30 ٪ ، يزداد إجهاد العائد من المعجون الصافي إلى 8.6 و 23.7 و 31.8 أضعاف المجموعة الفارغة ، على التوالي ؛ تزداد اللزوجة البلاستيكية μ أيضًا مع زيادة محتوى HPMC. تتطلب الطباعة ثلاثية الأبعاد ألا تكون اللزوجة البلاستيكية لقذائف الهاون صغيرة جدًا ، وإلا فإن التشوه بعد البثق سيكون كبيرًا ؛ في الوقت نفسه ، يجب الحفاظ على لزوجة بلاستيكية مناسبة لضمان اتساق بثق المواد. باختصار ، من وجهة نظر الريولوجيا ، فإن دمج HPMC له تأثير إيجابي على تحسين قابلية تكديس الملاط ثلاثي الأبعاد. بعد دمج HPMC ، لا يزال المعجون النقي يتوافق مع نموذج Bingham Rheological ، ولا يقل خير Fit R2 عن 0.99.

1.3تأثير HPMC على الخواص الميكانيكية لقذائف الهاون ثلاثية الأبعاد

28 د قوة الضغط وقوة الانثناء من الملاط ثلاثي الأبعاد للطباعة. مع زيادة محتوى HPMC ، انخفضت قوة ضغط 28 D الانتقائية للطباعة ثلاثية الأبعاد ؛ عندما بلغ محتوى HPMC 0.30 ٪ ، فإن قوة الضغط 28 D وقوة الانثناء هي 30.3 و 7.3 ميجا باسكال ، على التوالي. أظهرت الدراسات أن HPMC له تأثير معين في الهواء ، وإذا كان محتواه مرتفعًا جدًا ، فإن المسامية الداخلية لقذائف الهاون ستزداد بشكل كبير ؛ تزداد مقاومة الانتشار ومن الصعب تصريفها. لذلك ، قد تكون زيادة المسامية هي سبب انخفاض قوة مدافع الطباعة ثلاثية الأبعاد الناجمة عن HPMC.

تؤدي عملية صب التصفيح الفريدة للطباعة ثلاثية الأبعاد إلى وجود مناطق ضعيفة في الهيكل والخصائص الميكانيكية بين الطبقات المجاورة ، وقوة الترابط بين الطبقات لها تأثير كبير على القوة الكلية للمكون المطبوع. بالنسبة لعينات الملاط ثلاثية الأبعاد المخلوطة مع 0.20 ٪ HPMC M-H0.20 تم قطع ، وتم اختبار قوة الرابطة البينية بواسطة طريقة تقسيم الطبقة البينية. كانت قوة الرابطة بين الأجزاء الثلاثة أعلى من 1.3 ميجا باسكال ؛ وعندما كان عدد الطبقات منخفضًا ، كانت قوة الرابطة البينية أعلى قليلاً. قد يكون السبب هو أنه ، من ناحية ، فإن خطورة الطبقة العليا تجعل الطبقات السفلية ترتبط بشكل أكثر كثافة ؛ من ناحية أخرى ، قد يكون لسطح الملاط رطوبة أكبر عند طباعة الطبقة السفلية ، في حين أن الرطوبة السطحية لقذائف هاون بسبب التبخر والترطيب عند طباعة الطبقة العليا ، وبالتالي فإن الترابط بين الطبقات السفلية أقوى.

1.4تأثير HPMC على micromorphology من مدافع الملاط ثلاثي الأبعاد

تُظهر صور SEM لعينات M-H0 و M-H0.20 في عمر 3 أيام أن المسام السطحية لعينات M-H0.20 تزداد بشكل كبير بعد إضافة 0.20 ٪ HPMC ، وحجم المسام أكبر من حجم المسام من المجموعة الفارغة. هذا من ناحية ، فذلك لأن HPMC له تأثير يدور حول الهواء ، والذي يقدم مسامًا موحدة وذات فقيرة ؛ من ناحية أخرى ، قد يكون إضافة HPMC يزيد من لزوجة الملاط ، مما يزيد من مقاومة تصريف الهواء داخل الملاط. قد تكون الزيادة هي السبب الرئيسي لانخفاض الخواص الميكانيكية لقذائف الهاون. لتلخيص ، من أجل ضمان قوة مدافع الملاط ثلاثي الأبعاد ، يجب ألا يكون محتوى HPMC كبيرًا جدًا (≤ 0.20 ٪).

ختاماً

(1) Hydroxypropyl methylcellulose HPMC يحسن من قابلية طباعة الملاط. مع زيادة محتوى HPMC ، تنخفض قابلية البثق في الملاط ولكن لا يزال لديه قابلية للبثق جيدة ، ويتم تحسين قابلية المكدس ، ومستحضر الوقت لفترة طويلة. تم التحقق من ذلك من خلال طباعة أن تشوه الطبقة السفلية من الملاط يتم تقليله بعد إضافة HPMC ، ونسبة العطح العلوي هي 0.84 عندما يكون محتوى HPMC 0.20 ٪.

(2) HPMC يحسن الخصائص الريولوجية لقذائف هاون الطباعة ثلاثية الأبعاد. مع زيادة محتوى HPMC ، فإن اللزوجة الظاهرة والضغط واللزوجة البلاستيكية لزيادة الملاط. يزداد Thixotropy أولاً ثم يتناقص ، ويتم الحصول على قابلية الطباعة. تحسين. من منظور الريولوجيا ، يمكن إضافة HPMC أيضًا تحسين قابلية طباعة الملاط. بعد إضافة HPMC ، لا يزال الملاط يتوافق مع نموذج Bingham Rheologic ، و Governess of Fit R2≥0.99.

(3) بعد إضافة HPMC ، زيادة البنية المجهرية ومسام المواد. يوصى بعدم أن يتجاوز محتوى HPMC 0.20 ٪ ، وإلا سيكون له تأثير كبير على الخواص الميكانيكية لقذائف الهاون. تختلف قوة الترابط بين الطبقات المختلفة من مدافع الملاط ثلاثية الأبعاد قليلاً ، وعدد الطبقات عندما يكون أقل ، تكون قوة الرابطة بين طبقات الملاط أعلى.