L'efecte de HPMC en el morter d'impressió 3D

1.1Influència de l'HPMC en la imprimibilitat dels morters d'impressió 3D

1.1.1L'efecte de HPMC sobre l'extrudabilitat dels morters d'impressió 3D

El grup en blanc M-H0 sense HPMC i els grups de prova amb contingut en HPMC del 0,05%, 0,10%, 0,20% i 0,30% es van deixar reposar durant diferents períodes de temps i després es va provar la fluïdesa. Es pot observar que la incorporació de HPMC reduirà notablement la fluïdesa del morter; quan el contingut de HPMC augmenta gradualment del 0% al 0,30%, la fluïdesa inicial del morter disminueix de 243 mm a 206, 191, 167 i 160 mm, respectivament. HPMC és un polímer d'alt molecular. Es poden enredar entre si per formar una estructura de xarxa, i la cohesió del purí de ciment es pot augmentar encapsulant components com Ca(OH) 2. Macroscòpicament, es millora la cohesió del morter. Amb l'allargament del temps de reposa augmenta el grau d'hidratació del morter. augmentat, la fluïdesa es perd amb el temps. La fluïdesa del grup en blanc M-H0 sense HPMC va disminuir ràpidament. En el grup experimental amb 0,05%, 0,10%, 0,20% i 0,30% HPMC, el grau de disminució de la fluïdesa va disminuir amb el temps i la fluïdesa del morter després de reposar durant 60 min va ser de 180, 177, 164 i 155 mm, respectivament. . La fluïdesa és del 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%. La incorporació d'HPMC pot millorar significativament la capacitat de retenció de la fluïdesa del morter, que es deu a la combinació d'HPMC i molècules d'aigua; d'altra banda, HPMC pot formar una pel·lícula similar Té una estructura de xarxa i embolcalla el ciment, la qual cosa redueix eficaçment la volatilització de l'aigua al morter i té un cert rendiment de retenció d'aigua. Val la pena assenyalar que quan el contingut de HPMC és del 0,20%, la capacitat de retenció de la fluïdesa del morter arriba al nivell més alt.

La fluïdesa del morter d'impressió 3D barrejat amb diferents quantitats de HPMC és de 160 ~ 206 mm. A causa dels diferents paràmetres de la impressora, els intervals de fluïdesa recomanats obtinguts per diferents investigadors són diferents, com ara 150 ~ 190 mm, 160 ~ 170 mm. A la figura 3, es pot veure de manera intuïtiva. Es pot veure que la fluïdesa del morter d'impressió 3D barrejat amb HPMC es troba principalment dins del rang recomanat, especialment quan el contingut d'HPMC és del 0,20%, la fluïdesa del morter en 60 minuts està dins de la gamma recomanada, que satisfà la fluïdesa i apilabilitat adequades. Per tant, encara que es redueix la fluïdesa del morter amb una quantitat adequada de HPMC, la qual cosa comporta una disminució de l'extrudabilitat, encara té una bona extrusió, que es troba dins del rang recomanat.

1.1.2L'efecte de l'HPMC sobre l'apilabilitat dels morters d'impressió 3D

En el cas de no utilitzar una plantilla, la mida de la taxa de retenció de forma sota pes propi depèn de la tensió de fluència del material, que està relacionada amb la cohesió interna entre la purín i l'àrid. Es dóna la retenció de la forma dels morters d'impressió 3D amb diferents continguts de HPMC. La taxa de canvi amb el temps de parada. Després d'afegir HPMC, es millora la taxa de retenció de la forma del morter, especialment en l'etapa inicial i durant 20 min. No obstant això, amb l'ampliació del temps de repòs, l'efecte de millora de HPMC sobre la taxa de retenció de la forma del morter es va debilitar gradualment, degut principalment a La taxa de retenció augmenta significativament. Després de reposar durant 60 minuts, només un 0,20% i un 0,30% d'HPMC poden millorar la taxa de retenció de la forma del morter.

A la figura 5 es mostren els resultats de les proves de resistència a la penetració del morter d'impressió 3D amb diferents continguts d'HPMC. A la figura 5 es pot veure que la resistència a la penetració generalment augmenta amb l'allargament del temps de parada, que es deu principalment al flux del purins durant el procés d'hidratació del ciment. Poc a poc va evolucionar cap a un sòlid rígid; en els primers 80 min, la incorporació de HPMC va augmentar la resistència a la penetració, i amb l'augment del contingut de HPMC, la resistència a la penetració va augmentar. Com més gran és la resistència a la penetració, la deformació del material a causa de la càrrega aplicada, més gran és la resistència d'HPMC, la qual cosa indica que HPMC pot millorar l'apilabilitat primerenca del morter d'impressió 3D. Atès que els enllaços hidroxil i èter de la cadena de polímers de HPMC es combinen fàcilment amb l'aigua mitjançant enllaços d'hidrogen, donant lloc a la reducció gradual de l'aigua lliure i la connexió entre partícules augmenta, la força de fricció augmenta, de manera que la resistència a la penetració primerenca es fa més gran. Després de reposar durant 80 minuts, a causa de la hidratació del ciment, la resistència a la penetració del grup en blanc sense HPMC va augmentar ràpidament, mentre que la resistència a la penetració del grup de prova amb HPMC va augmentar. La velocitat no va canviar significativament fins a uns 160 min de parada. Segons Chen et al., això es deu principalment al fet que HPMC forma una pel·lícula protectora al voltant de les partícules de ciment, que allarga el temps de presa; Pourchez et al. van conjecturar que això es deu principalment a la fibra. Els productes de degradació de l'èter simple (com els carboxilats) o els grups metoxil poden retardar la hidratació del ciment retardant la formació de Ca(OH)2. Val la pena assenyalar que, per evitar que el desenvolupament de la resistència a la penetració es vegi afectat per l'evaporació de l'aigua a la superfície de la mostra, aquest experiment es va dur a terme en les mateixes condicions de temperatura i humitat. En general, HPMC pot millorar eficaçment l'apilabilitat del morter d'impressió 3D en l'etapa inicial, retardar la coagulació i allargar el temps d'impressió del morter d'impressió 3D.

Entitat de morter d'impressió 3D (longitud 200 mm × amplada 20 mm × gruix de capa 8 mm): el grup en blanc sense HPMC es va deformar greument, es va col·lapsar i va tenir problemes de sagnat en imprimir la setena capa; El morter del grup M-H0.20 té una bona apilabilitat. Després d'imprimir 13 capes, l'amplada de la vora superior és de 16,58 mm, l'amplada de la vora inferior és de 19,65 mm i la relació de dalt a baix (la relació entre l'amplada de la vora superior i l'amplada de la vora inferior) és de 0,84. La desviació dimensional és petita. Per tant, s'ha comprovat mitjançant la impressió que la incorporació de HPMC pot millorar notablement la imprimibilitat del morter. La fluïdesa del morter té una bona extrusió i apilabilitat a 160 ~ 170 mm; La taxa de retenció de la forma és inferior al 70% està greument deformada i no pot complir els requisits d'impressió.

1.2Influència de HPMC en les propietats reològiques dels morters d'impressió 3D

Es dóna la viscositat aparent de la polpa pura amb diferents continguts d'HPMC: amb l'augment de la velocitat de cisalla, la viscositat aparent de la polpa pura disminueix i el fenomen d'aprimament de cisalla es troba sota un alt contingut d'HPMC. És més evident. La cadena molecular HPMC està desordenada i mostra una viscositat més alta a baixa velocitat de cisalla; però a una velocitat de cisalla elevada, les molècules d'HPMC es mouen en paral·lel i ordenadament al llarg de la direcció de cisalla, fent que les molècules siguin més fàcils de lliscar, de manera que la taula La viscositat aparent de la purín és relativament baixa. Quan la velocitat de cisalla és superior a 5,0 s-1, la viscositat aparent de P-H0 al grup en blanc és bàsicament estable dins de 5 Pa s; mentre que la viscositat aparent de la suspensió augmenta després d'afegir HPMC i es barreja amb HPMC. L'addició de HPMC augmenta la fricció interna entre les partícules de ciment, la qual cosa augmenta la viscositat aparent de la pasta, i el rendiment macroscòpic és que l'extrudabilitat del morter d'impressió 3D disminueix.

Es va registrar la relació entre l'esforç de cisalla i la velocitat de cisalla del purí pur en la prova reològica i es va utilitzar el model de Bingham per ajustar els resultats. Els resultats es mostren a la figura 8 i a la taula 3. Quan el contingut de HPMC era del 0,30%, la velocitat de cisalla durant la prova va ser superior a 32,5 Quan la viscositat de la purín supera el rang de l'instrument a s-1, les dades corresponents no es poden recollir punts. En general, l'àrea tancada per les corbes ascendents i descendents en l'etapa estable (10,0 ~ 50,0 s-1) s'utilitza per caracteritzar la tixotropia de la purín [21, 33]. La tixotropia es refereix a la propietat que el purín té una gran fluïdesa sota l'acció de la cisalla de la força externa i pot tornar al seu estat original després de cancel·lar l'acció de cisalla. La tixotropia adequada és molt important per a la imprimibilitat del morter. A la figura 8 es pot veure que l'àrea tixotròpica del grup en blanc sense HPMC era només de 116,55 Pa/s; després d'afegir un 0,10% de HPMC, l'àrea tixotròpica de la pasta neta va augmentar significativament fins a 1 800,38 Pa/s; Amb l'augment de , l'àrea tixotròpica de la pasta va disminuir, però encara era 10 vegades superior a la del grup en blanc. Des de la perspectiva de la tixotropia, la incorporació de HPMC va millorar molt la imprimibilitat del morter.

Perquè el morter mantingui la seva forma després de l'extrusió i suporti la càrrega de la capa extrusionada posterior, el morter ha de tenir un límit de fluència més elevat. Es pot veure a la taula 3 que la tensió de fluència τ0 de la purín neta millora significativament després d'afegir HPMC i és similar a l'HPMC. El contingut de HPMC està positivament correlacionat; quan el contingut de HPMC és del 0,10%, 0,20% i 0,30%, la tensió de fluència de la pasta neta augmenta a 8,6, 23,7 i 31,8 vegades la del grup en blanc, respectivament; la viscositat plàstica μ també augmenta amb l'augment del contingut de HPMC. La impressió 3D requereix que la viscositat plàstica del morter no sigui massa petita, en cas contrari, la deformació després de l'extrusió serà gran; al mateix temps, s'ha de mantenir una viscositat plàstica adequada per garantir la consistència de l'extrusió del material. En resum, des del punt de vista de la reologia, la incorporació d'HPMC té un efecte positiu en la millora de l'apilabilitat del morter d'impressió 3D. Després d'incorporar HPMC, la pasta pura encara s'ajusta al model reològic de Bingham i la bondat d'ajust R2 no és inferior a 0,99.

1.3L'efecte de HPMC sobre les propietats mecàniques del morter d'impressió 3D

Resistència a la compressió i resistència a la flexió de 28 d del morter d'impressió 3D. Amb l'augment del contingut d'HPMC, la resistència a la compressió i la flexió de 28 d del morter d'impressió 3D va disminuir; quan el contingut de HPMC va arribar al 0,30%, la resistència a la compressió de 28 d i la resistència a la flexió són de 30,3 i 7,3 MPa, respectivament. Els estudis han demostrat que HPMC té un cert efecte d'entrada d'aire, i si el seu contingut és massa elevat, la porositat interna del morter augmentarà significativament; La resistència a la difusió augmenta i és difícil descarregar-ho tot. Per tant, l'augment de la porositat pot ser el motiu de la disminució de la resistència del morter d'impressió 3D causada per HPMC.

El procés d'emmotllament de laminació únic de la impressió 3D condueix a l'existència d'àrees febles en l'estructura i propietats mecàniques entre les capes adjacents, i la força d'unió entre capes té una gran influència en la resistència global del component imprès. Per a la impressió en 3D es van tallar mostres de morter barrejades amb un 0,20% d'HPMC M-H0.20 i es va provar la força d'unió entre capes mitjançant el mètode de divisió entre capes. La força d'unió entre capes de les tres parts era superior a 1,3 MPa; i quan el nombre de capes era baix, la força d'unió entre capes era lleugerament superior. La raó pot ser que, d'una banda, la gravetat de la capa superior fa que les capes inferiors s'uneixin més densament; d'altra banda, la superfície del morter pot tenir més humitat en imprimir la capa inferior, mentre que la humitat superficial del morter es redueix a causa de l'evaporació i la hidratació en imprimir la capa superior, de manera que la unió entre les capes inferiors és més forta.

1.4Efecte de HPMC en la micromorfologia del morter d'impressió 3D

Les imatges SEM dels exemplars M-H0 i M-H0.20 a 3 dies d'edat mostren que els porus superficials dels exemplars M-H0.20 augmenten significativament després d'afegir un 0,20% d'HPMC i la mida dels porus és més gran que la de el grup en blanc. Això D'una banda, és perquè HPMC té un efecte d'entrada d'aire, que introdueix porus uniformes i fins; d'altra banda, pot ser que l'addició de HPMC augmenti la viscositat del purí, augmentant així la resistència de descàrrega de l'aire dins del purí. L'augment pot ser el principal motiu de la disminució de les propietats mecàniques del morter. En resum, per garantir la resistència del morter d'impressió 3D, el contingut de HPMC no hauria de ser massa gran (≤ 0,20%).

En conclusió

(1) La hidroxipropil metilcel·lulosa HPMC millora la imprimibilitat del morter. Amb l'augment del contingut d'HPMC, l'extrusió del morter disminueix però encara té una bona extrusió, es millora l'apil·labilitat i el temps d'impressió s'allarga. S'ha comprovat mitjançant la impressió que la deformació de la capa inferior del morter es redueix després d'afegir HPMC, i la relació superior-inferior és de 0,84 quan el contingut d'HPMC és del 0,20%.

(2) HPMC millora les propietats reològiques del morter d'impressió 3D. Amb l'augment del contingut d'HPMC, augmenten la viscositat aparent, l'estrès de fluència i la viscositat plàstica del purí; la tixotropia primer augmenta i després disminueix, i s'obté la imprimibilitat. Millora. Des de la perspectiva de la reologia, afegir HPMC també pot millorar la imprimibilitat del morter. Després d'afegir HPMC, el purín encara s'ajusta al model reològic de Bingham i la bondat d'ajust R2≥0,99.

(3) Després d'afegir HPMC, la microestructura i els porus del material augmenten. Es recomana que el contingut de HPMC no superi el 0,20%, en cas contrari, tindrà un gran impacte en les propietats mecàniques del morter. La força d'unió entre les diferents capes del morter d'impressió 3D és lleugerament diferent i el nombre de capes, quan és menor, la força d'unió entre les capes de morter és més alta.