3डी प्रिंटिंग मोर्टार पर एचपीएमसी का प्रभाव

1.13डी प्रिंटिंग मोर्टार की मुद्रण क्षमता पर एचपीएमसी का प्रभाव

1.1.13डी प्रिंटिंग मोर्टार की एक्सट्रुडेबिलिटी पर एचपीएमसी का प्रभाव

एचपीएमसी के बिना रिक्त समूह एम-एच0 और 0.05%, 0.10%, 0.20% और 0.30% की एचपीएमसी सामग्री वाले परीक्षण समूहों को अलग-अलग समय के लिए खड़े रहने की अनुमति दी गई थी, और फिर तरलता का परीक्षण किया गया था। यह देखा जा सकता है कि एचपीएमसी के समावेश से मोर्टार की तरलता में काफी कमी आएगी; जब एचपीएमसी की सामग्री धीरे-धीरे 0% से 0.30% तक बढ़ जाती है, तो मोर्टार की प्रारंभिक तरलता क्रमशः 243 मिमी से घटकर 206, 191, 167 और 160 मिमी हो जाती है। एचपीएमसी एक उच्च आणविक बहुलक है। एक नेटवर्क संरचना बनाने के लिए उन्हें एक-दूसरे के साथ उलझाया जा सकता है, और सीए (ओएच) 2 जैसे घटकों को एनकैप्सुलेट करके सीमेंट घोल की एकजुटता को बढ़ाया जा सकता है। मैक्रोस्कोपिक रूप से, मोर्टार की एकजुटता में सुधार होता है। खड़े रहने के समय के विस्तार के साथ, मोर्टार की जलयोजन की डिग्री बढ़ जाती है। वृद्धि हुई, समय के साथ तरलता ख़त्म हो गई। एचपीएमसी के बिना रिक्त समूह एम-एच0 की तरलता तेजी से घट गई। 0.05%, 0.10%, 0.20% और 0.30% एचपीएमसी वाले प्रायोगिक समूह में, समय के साथ तरलता में कमी की डिग्री कम हो गई, और 60 मिनट तक खड़े रहने के बाद मोर्टार की तरलता क्रमशः 180, 177, 164 और 155 मिमी थी। . तरलता 87.3%, 92.7%, 98.2%, 96.8% है। एचपीएमसी के समावेश से मोर्टार तरलता की अवधारण क्षमता में काफी सुधार हो सकता है, जो एचपीएमसी और पानी के अणुओं के संयोजन के कारण होता है; दूसरी ओर, एचपीएमसी एक समान फिल्म बना सकता है, इसमें एक नेटवर्क संरचना होती है और सीमेंट को लपेटता है, जो मोर्टार में पानी के अस्थिरता को प्रभावी ढंग से कम करता है और एक निश्चित जल प्रतिधारण प्रदर्शन करता है। यह ध्यान देने योग्य है कि जब एचपीएमसी की सामग्री 0.20% होती है, तो मोर्टार तरलता की अवधारण क्षमता उच्चतम स्तर तक पहुंच जाती है।

एचपीएमसी की विभिन्न मात्राओं के साथ मिश्रित 3डी प्रिंटिंग मोर्टार की तरलता 160~206 मिमी है। विभिन्न प्रिंटर मापदंडों के कारण, विभिन्न शोधकर्ताओं द्वारा प्राप्त तरलता की अनुशंसित सीमाएँ भिन्न होती हैं, जैसे 150~190 मिमी, 160~170 मिमी। चित्र 3 से, इसे सहज रूप से देखा जा सकता है। यह देखा जा सकता है कि एचपीएमसी के साथ मिश्रित 3डी प्रिंटिंग मोर्टार की तरलता ज्यादातर अनुशंसित सीमा के भीतर है, खासकर जब एचपीएमसी सामग्री 0.20% है, तो 60 मिनट के भीतर मोर्टार की तरलता भीतर होती है। अनुशंसित सीमा, जो उचित तरलता और स्टैकेबिलिटी को संतुष्ट करती है। इसलिए, हालांकि एचपीएमसी की उचित मात्रा के साथ मोर्टार की तरलता कम हो जाती है, जिससे एक्सट्रूडेबिलिटी में कमी आती है, फिर भी इसमें अच्छी एक्सट्रूडेबिलिटी होती है, जो अनुशंसित सीमा के भीतर है।

1.1.23डी प्रिंटिंग मोर्टार की स्टैकेबिलिटी पर एचपीएमसी का प्रभाव

टेम्पलेट का उपयोग न करने की स्थिति में, स्व-भार के तहत आकार प्रतिधारण दर का आकार सामग्री के उपज तनाव पर निर्भर करता है, जो घोल और समुच्चय के बीच आंतरिक सामंजस्य से संबंधित है। विभिन्न एचपीएमसी सामग्रियों के साथ 3डी प्रिंटिंग मोर्टार का आकार प्रतिधारण दिया गया है। स्थिर समय के साथ परिवर्तन की दर. एचपीएमसी जोड़ने के बाद, मोर्टार की आकार प्रतिधारण दर में सुधार होता है, खासकर प्रारंभिक चरण में और 20 मिनट तक खड़े रहने पर। हालाँकि, खड़े रहने के समय के विस्तार के साथ, मोर्टार की आकार प्रतिधारण दर पर एचपीएमसी का सुधार प्रभाव धीरे-धीरे कमजोर हो गया, जो मुख्य रूप से प्रतिधारण दर में उल्लेखनीय वृद्धि के कारण था। 60 मिनट तक खड़े रहने के बाद, केवल 0.20% और 0.30% एचपीएमसी मोर्टार की आकार प्रतिधारण दर में सुधार कर सकता है।

विभिन्न एचपीएमसी सामग्रियों के साथ 3डी प्रिंटिंग मोर्टार के प्रवेश प्रतिरोध परीक्षण के परिणाम चित्र 5 में दिखाए गए हैं। चित्र 5 से यह देखा जा सकता है कि प्रवेश प्रतिरोध आम तौर पर खड़े समय के विस्तार के साथ बढ़ता है, जो मुख्य रूप से प्रवाह के कारण होता है सीमेंट जलयोजन प्रक्रिया के दौरान घोल। यह धीरे-धीरे एक कठोर ठोस में विकसित हुआ; पहले 80 मिनट में, एचपीएमसी के समावेश ने प्रवेश प्रतिरोध में वृद्धि की, और एचपीएमसी की सामग्री में वृद्धि के साथ, प्रवेश प्रतिरोध में वृद्धि हुई। प्रवेश प्रतिरोध जितना अधिक होगा, लागू भार के कारण सामग्री का विरूपण एचपीएमसी का प्रतिरोध उतना ही अधिक होगा, जो इंगित करता है कि एचपीएमसी 3डी प्रिंटिंग मोर्टार की प्रारंभिक स्टैकेबिलिटी में सुधार कर सकता है। चूंकि एचपीएमसी की पॉलिमर श्रृंखला पर हाइड्रॉक्सिल और ईथर बांड हाइड्रोजन बांड के माध्यम से पानी के साथ आसानी से जुड़ जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप मुक्त पानी की क्रमिक कमी होती है और कणों के बीच संबंध बढ़ता है, घर्षण बल बढ़ता है, इसलिए प्रारंभिक प्रवेश प्रतिरोध बड़ा हो जाता है। 80 मिनट तक खड़े रहने के बाद, सीमेंट के जलयोजन के कारण, एचपीएमसी के बिना रिक्त समूह का प्रवेश प्रतिरोध तेजी से बढ़ गया, जबकि एचपीएमसी के साथ परीक्षण समूह का प्रवेश प्रतिरोध बढ़ गया। खड़े होने के लगभग 160 मिनट तक दर में महत्वपूर्ण बदलाव नहीं हुआ। चेन एट अल के अनुसार, इसका मुख्य कारण यह है कि एचपीएमसी सीमेंट कणों के चारों ओर एक सुरक्षात्मक फिल्म बनाता है, जो सेटिंग समय को बढ़ाता है; पौर्चेज़ एट अल. अनुमान लगाया गया है कि यह मुख्य रूप से फाइबर के कारण होता है। सरल ईथर क्षरण उत्पाद (जैसे कार्बोक्सिलेट्स) या मेथॉक्सिल समूह सीए (ओएच) 2 के गठन को धीमा करके सीमेंट हाइड्रेशन में देरी कर सकते हैं। यह ध्यान देने योग्य है कि, नमूने की सतह पर पानी के वाष्पीकरण से प्रवेश प्रतिरोध के विकास को प्रभावित होने से रोकने के लिए, यह प्रयोग समान तापमान और आर्द्रता स्थितियों के तहत किया गया था। कुल मिलाकर, एचपीएमसी प्रारंभिक चरण में 3डी प्रिंटिंग मोर्टार की स्टैकेबिलिटी में प्रभावी ढंग से सुधार कर सकता है, जमावट में देरी कर सकता है और 3डी प्रिंटिंग मोर्टार के प्रिंट करने योग्य समय को बढ़ा सकता है।

3डी प्रिंटिंग मोर्टार इकाई (लंबाई 200 मिमी × चौड़ाई 20 मिमी × परत मोटाई 8 मिमी): एचपीएमसी के बिना रिक्त समूह गंभीर रूप से विकृत हो गया था, ढह गया था और सातवीं परत को प्रिंट करते समय रक्तस्राव की समस्या थी; M-H0.20 समूह मोर्टार में अच्छी स्टैकेबिलिटी है। 13 परतों को मुद्रित करने के बाद, शीर्ष किनारे की चौड़ाई 16.58 मिमी है, निचले किनारे की चौड़ाई 19.65 मिमी है, और ऊपर से नीचे का अनुपात (ऊपरी किनारे की चौड़ाई और निचले किनारे की चौड़ाई का अनुपात) 0.84 है। आयामी विचलन छोटा है. इसलिए, मुद्रण द्वारा यह सत्यापित किया गया है कि एचपीएमसी के निगमन से मोर्टार की मुद्रण क्षमता में काफी सुधार हो सकता है। मोर्टार तरलता में 160~170 मिमी पर अच्छी एक्सट्रुडेबिलिटी और स्टैकेबिलिटी है; आकार प्रतिधारण दर 70% से कम है, गंभीर रूप से विकृत है और मुद्रण आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है।

1.23डी प्रिंटिंग मोर्टार के रियोलॉजिकल गुणों पर एचपीएमसी का प्रभाव

विभिन्न एचपीएमसी सामग्री के तहत शुद्ध लुगदी की स्पष्ट चिपचिपाहट दी गई है: कतरनी दर में वृद्धि के साथ, शुद्ध लुगदी की स्पष्ट चिपचिपाहट कम हो जाती है, और उच्च एचपीएमसी सामग्री के तहत कतरनी के पतले होने की घटना होती है। यह अधिक स्पष्ट है. एचपीएमसी आणविक श्रृंखला अव्यवस्थित है और कम कतरनी दर पर उच्च चिपचिपाहट दिखाती है; लेकिन उच्च कतरनी दर पर, एचपीएमसी अणु कतरनी दिशा के साथ समानांतर और व्यवस्थित रूप से चलते हैं, जिससे अणुओं को फिसलना आसान हो जाता है, इसलिए तालिका में घोल की स्पष्ट चिपचिपाहट अपेक्षाकृत कम होती है। जब कतरनी दर 5.0 s-1 से अधिक होती है, तो रिक्त समूह में P-H0 की स्पष्ट चिपचिपाहट मूल रूप से 5 Pa s के भीतर स्थिर होती है; जबकि एचपीएमसी मिलाने के बाद घोल की स्पष्ट चिपचिपाहट बढ़ जाती है, और इसे एचपीएमसी के साथ मिलाया जाता है। एचपीएमसी के जुड़ने से सीमेंट कणों के बीच आंतरिक घर्षण बढ़ जाता है, जिससे पेस्ट की स्पष्ट चिपचिपाहट बढ़ जाती है, और मैक्रोस्कोपिक प्रदर्शन यह है कि 3डी प्रिंटिंग मोर्टार की एक्सट्रूडेबिलिटी कम हो जाती है।

रियोलॉजिकल परीक्षण में शुद्ध घोल के कतरनी तनाव और कतरनी दर के बीच संबंध दर्ज किया गया था, और परिणामों को फिट करने के लिए बिंघम मॉडल का उपयोग किया गया था। परिणाम चित्र 8 और तालिका 3 में दिखाए गए हैं। जब एचपीएमसी की सामग्री 0.30% थी, तो परीक्षण के दौरान कतरनी दर 32.5 से अधिक थी जब घोल की चिपचिपाहट एस-1 पर उपकरण की सीमा से अधिक हो जाती है, तो संबंधित डेटा अंक एकत्रित नहीं किये जा सकते. आम तौर पर, स्थिर चरण (10.0~50.0 एस-1) में बढ़ते और गिरते वक्रों से घिरे क्षेत्र का उपयोग घोल की थिक्सोट्रॉपी को चिह्नित करने के लिए किया जाता है [21, 33]। थिक्सोट्रॉपी उस संपत्ति को संदर्भित करता है कि बाहरी बल कतरनी की कार्रवाई के तहत घोल में बड़ी तरलता होती है, और कतरनी कार्रवाई रद्द होने के बाद अपनी मूल स्थिति में वापस आ सकती है। मोर्टार की मुद्रण क्षमता के लिए उपयुक्त थिक्सोट्रॉपी बहुत महत्वपूर्ण है। चित्र 8 से देखा जा सकता है कि एचपीएमसी के बिना रिक्त समूह का थिक्सोट्रोपिक क्षेत्र केवल 116.55 Pa/s था; एचपीएमसी का 0.10% जोड़ने के बाद, नेट पेस्ट का थिक्सोट्रोपिक क्षेत्र उल्लेखनीय रूप से बढ़कर 1 800.38 Pa/s हो गया; की वृद्धि के साथ, पेस्ट का थिक्सोट्रोपिक क्षेत्र कम हो गया, लेकिन यह अभी भी रिक्त समूह की तुलना में 10 गुना अधिक था। थिक्सोट्रॉपी के दृष्टिकोण से, एचपीएमसी के निगमन ने मोर्टार की मुद्रण क्षमता में काफी सुधार किया।

मोर्टार को बाहर निकालने के बाद अपना आकार बनाए रखने और बाद में निकाली गई परत के भार को झेलने के लिए, मोर्टार को उच्च उपज तनाव की आवश्यकता होती है। तालिका 3 से देखा जा सकता है कि एचपीएमसी जोड़ने के बाद शुद्ध घोल का उपज तनाव τ0 में काफी सुधार हुआ है, और यह एचपीएमसी के समान है। एचपीएमसी की सामग्री सकारात्मक रूप से सहसंबद्ध है; जब एचपीएमसी की सामग्री 0.10%, 0.20%, और 0.30% होती है, तो नेट पेस्ट का उपज तनाव क्रमशः रिक्त समूह के 8.6, 23.7 और 31.8 गुना तक बढ़ जाता है; एचपीएमसी की सामग्री में वृद्धि के साथ प्लास्टिक की चिपचिपाहट μ भी बढ़ जाती है। 3डी प्रिंटिंग के लिए आवश्यक है कि मोर्टार की प्लास्टिक चिपचिपाहट बहुत छोटी न हो, अन्यथा बाहर निकालने के बाद विरूपण बड़ा होगा; साथ ही, सामग्री बाहर निकालना की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए उपयुक्त प्लास्टिक चिपचिपाहट बनाए रखी जानी चाहिए। संक्षेप में, रियोलॉजी के दृष्टिकोण से, एचपीएमसी के निगमन का 3डी प्रिंटिंग मोर्टार की स्टैकेबिलिटी में सुधार पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है। एचपीएमसी को शामिल करने के बाद, शुद्ध पेस्ट अभी भी बिंघम रियोलॉजिकल मॉडल के अनुरूप है, और फिट आर2 की अच्छाई 0.99 से कम नहीं है।

1.33डी प्रिंटिंग मोर्टार के यांत्रिक गुणों पर एचपीएमसी का प्रभाव

3डी प्रिंटिंग मोर्टार की 28 डी कंप्रेसिव ताकत और फ्लेक्सुरल ताकत। एचपीएमसी सामग्री में वृद्धि के साथ, 3डी प्रिंटिंग मोर्टार की 28डी कंप्रेसिव और फ्लेक्सुरल ताकत कम हो गई; जब एचपीएमसी की सामग्री 0.30% तक पहुंच गई, तो 28 डी संपीड़न शक्ति और लचीली ताकत क्रमशः 30.3 और 7.3 एमपीए हैं। अध्ययनों से पता चला है कि एचपीएमसी में एक निश्चित वायु-प्रवेश प्रभाव होता है, और यदि इसकी सामग्री बहुत अधिक है, तो मोर्टार की आंतरिक सरंध्रता काफी बढ़ जाएगी; प्रसार प्रतिरोध बढ़ जाता है और सभी का निर्वहन करना मुश्किल हो जाता है। इसलिए, सरंध्रता में वृद्धि एचपीएमसी के कारण 3डी प्रिंटिंग मोर्टार की ताकत में कमी का कारण हो सकती है।

3डी प्रिंटिंग की अनूठी लेमिनेशन मोल्डिंग प्रक्रिया आसन्न परतों के बीच संरचना और यांत्रिक गुणों में कमजोर क्षेत्रों के अस्तित्व की ओर ले जाती है, और परतों के बीच की बॉन्डिंग ताकत मुद्रित घटक की समग्र ताकत पर काफी प्रभाव डालती है। 3डी प्रिंटिंग के लिए 0.20% एचपीएमसी एम-एच0.20 के साथ मिश्रित मोर्टार नमूनों को काटा गया, और इंटरलेयर बॉन्ड ताकत का इंटरलेयर स्प्लिटिंग विधि द्वारा परीक्षण किया गया। तीन भागों की इंटरलेयर बॉन्ड ताकत 1.3 एमपीए से अधिक थी; और जब परतों की संख्या कम थी, तो इंटरलेयर बंधन की ताकत थोड़ी अधिक थी। इसका कारण यह हो सकता है कि, एक ओर, ऊपरी परत का गुरुत्वाकर्षण निचली परतों को अधिक मजबूती से जोड़ता है; दूसरी ओर, निचली परत को प्रिंट करते समय मोर्टार की सतह में अधिक नमी हो सकती है, जबकि ऊपरी परत को प्रिंट करते समय वाष्पीकरण और जलयोजन के कारण मोर्टार की सतह की नमी कम हो जाती है, इसलिए निचली परतों के बीच का बंधन मजबूत होता है।

1.43डी प्रिंटिंग मोर्टार की माइक्रोमॉर्फोलॉजी पर एचपीएमसी का प्रभाव

3 दिन की उम्र में एम-एच0 और एम-एच0.20 नमूनों की एसईएम छवियां दर्शाती हैं कि 0.20% एचपीएमसी जोड़ने के बाद एम-एच0.20 नमूनों की सतह के छिद्र काफी बढ़ गए हैं, और छिद्र का आकार उससे बड़ा है रिक्त समूह. एक ओर, इसका कारण यह है कि एचपीएमसी में वायु-प्रवेश प्रभाव होता है, जो एकसमान और बारीक छिद्रों का परिचय देता है; दूसरी ओर, ऐसा हो सकता है कि एचपीएमसी के जुड़ने से घोल की चिपचिपाहट बढ़ जाती है, जिससे घोल के अंदर हवा का निर्वहन प्रतिरोध बढ़ जाता है। यह वृद्धि मोर्टार के यांत्रिक गुणों में कमी का मुख्य कारण हो सकती है। संक्षेप में, 3डी प्रिंटिंग मोर्टार की ताकत सुनिश्चित करने के लिए, एचपीएमसी की सामग्री बहुत बड़ी (≤ 0.20%) नहीं होनी चाहिए।

निष्कर्ष के तौर पर

(1) हाइड्रोक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज एचपीएमसी मोर्टार की मुद्रण क्षमता में सुधार करता है। एचपीएमसी की सामग्री में वृद्धि के साथ, मोर्टार की एक्सट्रुडेबिलिटी कम हो जाती है लेकिन फिर भी अच्छी एक्सट्रूडेबिलिटी होती है, स्टैकेबिलिटी में सुधार होता है, और प्रिंट करने योग्य समय बढ़ जाता है। मुद्रण द्वारा यह सत्यापित किया गया है कि एचपीएमसी जोड़ने के बाद मोर्टार की निचली परत का विरूपण कम हो जाता है, और एचपीएमसी सामग्री 0.20% होने पर शीर्ष-नीचे का अनुपात 0.84 है।

(2) एचपीएमसी 3डी प्रिंटिंग मोर्टार के रियोलॉजिकल गुणों में सुधार करता है। एचपीएमसी सामग्री में वृद्धि के साथ, घोल की स्पष्ट चिपचिपाहट, उपज तनाव और प्लास्टिक चिपचिपाहट बढ़ जाती है; थिक्सोट्रॉपी पहले बढ़ती है और फिर घटती है, और मुद्रण क्षमता प्राप्त होती है। सुधार। रियोलॉजी के दृष्टिकोण से, एचपीएमसी को जोड़ने से मोर्टार की मुद्रण क्षमता में भी सुधार हो सकता है। एचपीएमसी जोड़ने के बाद, घोल अभी भी बिंघम रियोलॉजिकल मॉडल और फिट R2≥0.99 की अच्छाई के अनुरूप है।

(3) एचपीएमसी जोड़ने के बाद, सामग्री की सूक्ष्म संरचना और छिद्र बढ़ जाते हैं। यह अनुशंसा की जाती है कि एचपीएमसी की सामग्री 0.20% से अधिक नहीं होनी चाहिए, अन्यथा मोर्टार के यांत्रिक गुणों पर इसका बहुत प्रभाव पड़ेगा। 3डी प्रिंटिंग मोर्टार की विभिन्न परतों के बीच बंधन शक्ति थोड़ी भिन्न होती है, और परतों की संख्या जब कम होती है, तो मोर्टार परतों के बीच बंधन शक्ति अधिक होती है।