L'effet du HPMC sur le mortier d'impression 3D

1.1Influence du HPMC sur l'imprimabilité des mortiers d'impression 3D

1.1.1L'effet du HPMC sur l'extrudabilité des mortiers d'impression 3D

Le groupe vierge M-H0 sans HPMC et les groupes de test avec une teneur en HPMC de 0,05%, 0,10%, 0,20% et 0,30% ont été autorisés à représenter différentes périodes, puis la fluidité a été testée. On peut voir que l'incorporation de HPMC elle réduira considérablement la fluidité du mortier; Lorsque la teneur en HPMC est progressivement augmentée de 0% à 0,30%, la fluidité initiale du mortier diminue de 243 mm à 206, 191, 167 et 160 mm, respectivement. Le HPMC est un polymère moléculaire élevé. Ils peuvent être enchevêtrés les uns avec les autres pour former une structure de réseau, et la cohésion de la suspension de ciment peut être augmentée en encapsulant des composants tels que Ca (OH) 2. Macroscopiquement, la cohésion du mortier est améliorée. Avec l'extension du temps debout, le degré d'hydratation du mortier augmente. augmenté, la fluidité a perdu avec le temps. La fluidité du groupe vide M-H0 sans HPMC a diminué rapidement. Dans le groupe expérimental avec 0,05%, 0,10%, 0,20% et 0,30% HPMC, le degré de diminution de la fluidité a diminué avec le temps, et la fluidité du mortier après 60 min était de 180, 177, 164 et 155 mm, respectivement . La fluidité est de 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%. L'incorporation de HPMC peut améliorer considérablement la capacité de rétention de la fluidité du mortier, qui est due à la combinaison de HPMC et de molécules d'eau; D'un autre côté, le HPMC peut former un film similaire, il a une structure de réseau et enveloppe le ciment, ce qui réduit efficacement la volatilisation de l'eau dans le mortier et a une certaine performance de rétention d'eau. Il convient de noter que lorsque la teneur en HPMC est de 0,20%, la capacité de rétention de la fluidité du mortier atteint le niveau le plus élevé.

La fluidité du mortier d'impression 3D mélangée à différentes quantités de HPMC est de 160 à 206 mm. En raison des différents paramètres de l'imprimante, les plages de fluidité recommandées obtenues par différents chercheurs sont différentes, telles que 150 ~ 190 mm, 160 ~ 170 mm. À partir de la figure 3, on peut voir intuitivement qu'il peut être constaté que la fluidité du mortier d'impression 3D mélangée à HPMC est principalement dans la plage recommandée, en particulier lorsque la teneur en HPMC est de 0,20%, la fluidité du mortier en 60 minutes est à l'intérieur la plage recommandée, qui satisfait la fluidité et la pilet de la pile appropriées. Par conséquent, bien que la fluidité du mortier avec une quantité appropriée de HPMC soit réduite, ce qui entraîne une diminution de l'extrudiabilité, il a toujours une bonne extrudabilité, qui se trouve dans la plage recommandée.

1.1.2L'effet du HPMC sur la pilenabilité des mortiers d'impression 3D

Dans le cas de ne pas utiliser de modèle, la taille du taux de rétention de forme sous autosuffisance dépend de la limite d'élasticité du matériau, qui est lié à la cohésion interne entre la suspension et l'agrégat. La rétention de forme de mortiers d'impression 3D avec différents teneurs en HPMC est donnée. Le taux de changement avec le temps debout. Après avoir ajouté du HPMC, le taux de rétention de forme du mortier est amélioré, en particulier au stade initial et debout pendant 20 min. Cependant, avec l'extension du temps debout, l'effet d'amélioration du HPMC sur le taux de rétention de forme du mortier s'est progressivement affaibli, ce qui était principalement dû au taux de rétention augmente considérablement. Après 60 min, seulement 0,20% et 0,30% HPMC peuvent améliorer le taux de rétention de forme du mortier.

Les résultats des tests de résistance à la pénétration du mortier d'impression 3D avec différents teneurs en HPMC sont illustrés à la figure 5. On peut voir sur la figure 5 que la résistance à la pénétration augmente généralement avec l'extension du temps debout, ce qui est principalement dû à l'écoulement de la période suspension pendant le processus d'hydratation du ciment. Il a progressivement évolué en un solide rigide; Au cours des 80 premières minutes, l'incorporation de HPMC a augmenté la résistance à la pénétration et avec l'augmentation de la teneur en HPMC, la résistance à la pénétration a augmenté. Plus la résistance à la pénétration est grande, la déformation du matériau en raison de la charge appliquée, plus la résistance de HPMC est grande, ce qui indique que le HPMC peut améliorer la pilenabilité précoce du mortier d'impression 3D. Étant donné que les liaisons hydroxyle et éther sur la chaîne polymère de HPMC sont facilement combinées avec de l'eau par des liaisons hydrogène, entraînant la réduction progressive de l'eau libre et le lien entre les particules augmente, la force de frottement augmente, de sorte que la résistance précoce de la pénétration devient plus grande. Après 80 minutes, en raison de l'hydratation du ciment, la résistance à la pénétration du groupe vierge sans HPMC a augmenté rapidement, tandis que la résistance à la pénétration du groupe d'essai avec HPMC a augmenté, le taux n'a pas changé de manière significative avant environ 160 min de position. Selon Chen et al., C'est principalement parce que HPMC forme un film protecteur autour des particules de ciment, qui prolonge le temps de mise en place; Pourchez et al. conjecturé que cela est principalement dû à des produits de dégradation éther de fibres (comme les carboxylates) ou des groupes de méthoxyle peuvent retarder l'hydratation du ciment en retardant la formation de Ca (OH) 2. Il convient de noter que, afin d'empêcher le développement de la résistance à la pénétration d'être affecté par l'évaporation de l'eau à la surface de l'échantillon, cette expérience a été réalisée dans les mêmes conditions de température et d'humidité. Dans l'ensemble, le HPMC peut améliorer efficacement la pilenabilité du mortier d'impression 3D au stade initial, retarder la coagulation et prolonger le temps imprimable du mortier d'impression 3D.

Entité de mortier d'impression 3D (longueur 200 mm × largeur 20 mm × épaisseur de couche 8 mm): le groupe vide sans HPMC a été gravement déformé, s'est effondré et a eu des problèmes de saignement lors de l'impression de la septième couche; Le mortier de groupe M-H0.20 a une bonne piledabilité. Après imprimer 13 couches, la largeur du bord supérieur est de 16,58 mm, la largeur du bord inférieur est de 19,65 mm et le rapport haut de gamme (le rapport de la largeur du bord supérieur à la largeur du bord inférieur) est de 0,84. La déviation dimensionnelle est petite. Par conséquent, il a été vérifié par l'impression que l'incorporation de HPMC peut améliorer considérablement l'imprimabilité du mortier. La fluidité du mortier a une bonne extrudabilité et une bonne pile à 160 ~ 170 mm; Le taux de rétention de forme est inférieur à 70% est gravement déformé et ne peut pas répondre aux exigences d'impression.

1.2Influence du HPMC sur les propriétés rhéologiques des mortiers d'impression 3D

La viscosité apparente de la pulpe pure sous différentes teneur en HPMC est donnée: avec l'augmentation de la vitesse de cisaillement, la viscosité apparente de la pulpe pure diminue et le phénomène de l'amincissement de cisaillement est sous une teneur élevée en HPMC. C'est plus évident. La chaîne moléculaire HPMC est désordonnée et montre une viscosité plus élevée à un faible taux de cisaillement; Mais à un taux de cisaillement élevé, les molécules de HPMC se déplacent en parallèle et ordonnée le long de la direction de cisaillement, ce qui rend les molécules plus faciles à glisser, de sorte que le tableau la viscosité apparente de la suspension est relativement faible. Lorsque le taux de cisaillement est supérieur à 5,0 S-1, la viscosité apparente de P-H0 dans le groupe vide est essentiellement stable dans les 5 pa s; Bien que la viscosité apparente de la suspension augmente après l'ajout de HPMC, et elle est mélangée avec du HPMC. L'ajout de HPMC augmente le frottement interne entre les particules de ciment, ce qui augmente la viscosité apparente de la pâte, et la performance macroscopique est que l'extrudabilité du mortier d'impression 3D diminue.

La relation entre la contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement de la suspension pure dans le test rhéologique a été enregistrée, et le modèle de Bingham a été utilisé pour s'adapter aux résultats. Les résultats sont présentés sur la figure 8 et le tableau 3. Les points ne peuvent pas être collectés. Généralement, la zone enfermée par les courbes de montée et de descente au stade stable (10,0 ~ 50,0 s-1) est utilisée pour caractériser la thixotropie de la suspension [21, 33]. La thixotropie fait référence à la propriété que la suspension a une grande fluidité sous l'action du cisaillement de la force externe et peut revenir à son état d'origine après l'annulation de l'action de cisaillement. La thixotropie appropriée est très importante pour l'imprimabilité du mortier. On peut voir sur la figure 8 que la zone thixotrope du groupe vierge sans HPMC n'était que de 116,55 PA / s; Après avoir ajouté 0,10% du HPMC, la zone thixotrope de la pâte nette a augmenté de manière significative à 1 800,38 PA / S; Avec l'augmentation de, la zone thixotrope de la pâte a diminué, mais elle était encore 10 fois plus élevée que celle du groupe vide. Du point de vue de la thixotropie, l'incorporation de HPMC a considérablement amélioré l'imprimabilité du mortier.

Pour que le mortier maintienne sa forme après extrusion et résiste à la charge de la couche extrudée suivante, le mortier doit avoir une limite d'élasticité plus élevée. On peut voir dans le tableau 3 que la limite d'élasticité τ0 de la suspension nette est considérablement améliorée après l'ajout de HPMC, et il est similaire à HPMC. Le contenu du HPMC est positivement corrélé; Lorsque la teneur en HPMC est de 0,10%, 0,20% et 0,30%, la limite d'élasticité de la pâte nette augmente à 8,6, 23,7 et 31,8 fois celle du groupe vide, respectivement; La viscosité en plastique μ augmente également avec l'augmentation de la teneur en HPMC. L'impression 3D nécessite que la viscosité en plastique du mortier ne soit pas trop petite, sinon la déformation après extrusion sera grande; Dans le même temps, une viscosité en plastique appropriée doit être maintenue pour assurer la consistance de l'extrusion de matériaux. En résumé, du point de vue de la rhéologie, l'incorporation de HPMC a un effet positif sur l'amélioration de la pilenabilité du mortier d'impression 3D. Après avoir incorporé HPMC, la pâte pure se conforme toujours au modèle rhéologique de Bingham, et la bonté de l'ajustement R2 n'est pas inférieure à 0,99.

1.3L'effet du HPMC sur les propriétés mécaniques du mortier d'impression 3D

28 D Résistance à la compression et résistance à la flexion du mortier d'impression 3D. Avec l'augmentation de la teneur en HPMC, la résistance à la compression et la flexion de 28 jours du mortier d'impression 3D a diminué; Lorsque la teneur en HPMC a atteint 0,30%, la résistance à la compression 28 D et les résistances à la flexion sont respectivement de 30,3 et 7,3 MPa. Des études ont montré que le HPMC a un certain effet d'entraînement de l'air, et si sa teneur est trop élevée, la porosité interne du mortier augmentera considérablement; La résistance à la diffusion augmente et il est difficile de se débarrasser de tous. Par conséquent, l'augmentation de la porosité peut être la raison de la diminution de la force du mortier d'impression 3D causée par le HPMC.

Le processus de moulage de laminage unique de l'impression 3D conduit à l'existence de zones faibles dans la structure et les propriétés mécaniques entre les couches adjacentes, et la résistance à la liaison entre les couches a une grande influence sur la résistance globale du composant imprimé. Pour les échantillons de mortier d'impression 3D mélangés à 0,20% de HPMC M-H0.20, et la résistance de la liaison intercouche a été testée par la méthode de division intercouche. La résistance à la liaison intercouche des trois parties était supérieure à 1,3 MPa; Et lorsque le nombre de couches était faible, la résistance à la liaison intercouche était légèrement plus élevée. La raison peut être que, d'une part, la gravité de la couche supérieure rend les couches inférieures plus densément liées; D'un autre côté, la surface du mortier peut avoir plus d'humidité lors de l'impression de la couche inférieure, tandis que l'humidité de surface du mortier est réduite en raison de l'évaporation et de l'hydratation lors de l'impression de la couche supérieure, de sorte que la liaison entre les couches inférieures est plus forte.

1.4Effet du HPMC sur la micromorphologie du mortier d'impression 3D

Les images SEM des échantillons M-H0 et M-H0.20 à 3 jours montrent que les pores de surface des échantillons M-H0.20 sont considérablement augmentés après avoir ajouté 0,20% de HPMC, et la taille des pores est plus grande que celle de celle de le groupe vide. D'une part, c'est parce que le HPMC a un effet d'entraînement de l'air, qui introduit des pores uniformes et fins; D'un autre côté, il se peut que l'ajout de HPMC augmente la viscosité de la suspension, augmentant ainsi la résistance à l'écoulement de l'air à l'intérieur de la suspension. L'augmentation peut être la principale raison de la diminution des propriétés mécaniques du mortier. Pour résumer, afin d'assurer la force du mortier d'impression 3D, le contenu du HPMC ne doit pas être trop grand (≤ 0,20%).

En conclusion

(1) L'hydroxypropyl méthylcellulose HPMC améliore l'imprimabilité du mortier. Avec l'augmentation de la teneur en HPMC, l'extrudiabilité du mortier diminue mais a toujours une bonne extrudabilité, la pileté est améliorée et l'imprimable Le temps est prolongé. Il a été vérifié par l'impression que la déformation de la couche inférieure du mortier est réduite après l'ajout de HPMC, et le rapport bas à fond est de 0,84 lorsque la teneur en HPMC est de 0,20%.

(2) HPMC améliore les propriétés rhéologiques du mortier d'impression 3D. Avec l'augmentation de la teneur en HPMC, la viscosité apparente, la limite d'élasticité et la viscosité plastique de l'augmentation de la suspension; La thixotropie augmente d'abord puis diminue, et l'imprimabilité est obtenue. Amélioration. Du point de vue de la rhéologie, l'ajout de HPMC peut également améliorer l'imprimabilité du mortier. Après avoir ajouté du HPMC, la suspension se conforme toujours au modèle rhéologique de Bingham et la bonté de l'ajustement R2≥0,99.

(3) Après avoir ajouté du HPMC, la microstructure et les pores du matériau augmentent. Il est recommandé que le contenu de HPMC ne dépasse pas 0,20%, sinon il aura un grand impact sur les propriétés mécaniques du mortier. La résistance à la liaison entre différentes couches du mortier d'impression 3D est légèrement différente et le nombre de couches lorsqu'il est inférieur, la résistance de la liaison entre les couches de mortier est plus élevée.