1.1A HPMC hatása a 3D nyomtatóhabarcsok nyomtathatóságára
1.1.1A HPMC hatása a 3D nyomtatóhabarcsok extrudálhatóságára
A HPMC nélküli M-H0 vakcsoportot és a 0,05%, 0,10%, 0,20% és 0,30% HPMC-tartalmú tesztcsoportokat különböző ideig állni hagytuk, majd a folyékonyságot vizsgáltuk. Látható, hogy a HPMC beépítése jelentősen csökkenti a habarcs folyékonyságát; a HPMC-tartalom fokozatos növelésével 0%-ról 0,30%-ra, a habarcs kezdeti folyékonysága 243 mm-ről 206, 191, 167 és 160 mm-re csökken. A HPMC egy nagy molekulájú polimer. Egymással összefonódva hálószerkezetet alkothatnak, a cementiszap kohéziója pedig növelhető olyan komponensek kapszulázásával, mint a Ca(OH) 2. Makroszkóposan a habarcs kohéziója javul. Az állási idő meghosszabbodásával a habarcs hidratáltsági foka nő. nőtt, a folyékonyság idővel elveszett. A HPMC nélküli M-H0 vakcsoport fluiditása gyorsan csökkent. A 0,05%, 0,10%, 0,20% és 0,30% HPMC-vel rendelkező kísérleti csoportban a folyékonyság csökkenés mértéke az idő előrehaladtával csökkent, és a habarcs folyékonysága 60 perces állás után 180, 177, 164 és 155 mm volt. . A folyékonyság 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%. A HPMC beépítése jelentősen javíthatja a habarcs folyékonyságának visszatartó képességét, ami a HPMC és a vízmolekulák kombinációjának köszönhető; másrészt a HPMC hasonló filmet képezhet. Hálózati felépítésű és beburkolja a cementet, ami hatékonyan csökkenti a víz elpárolgását a habarcsban, és bizonyos vízmegtartó képességgel rendelkezik. Érdemes megjegyezni, hogy amikor a HPMC tartalom 0,20%, akkor a habarcs folyékonyságának visszatartó képessége eléri a legmagasabb szintet.
A különböző mennyiségű HPMC-vel kevert 3D nyomtatóhabarcs folyékonysága 160-206 mm. Az eltérő nyomtatóparaméterek miatt a különböző kutatók által kapott ajánlott folyékonysági tartományok eltérőek, például 150-190 mm, 160-170 mm. A 3. ábráról intuitívan látható Látható, hogy a HPMC-vel kevert 3D nyomdahabarcs folyékonysága többnyire az ajánlott tartományon belül van, különösen ha a HPMC tartalom 0,20%, a habarcs folyékonysága 60 percen belül az ajánlott tartomány, amely kielégíti a megfelelő folyékonyságot és egymásra rakhatóságot. Ezért, bár a megfelelő mennyiségű HPMC-vel a habarcs folyékonysága csökken, ami az extrudálhatóság csökkenéséhez vezet, ennek ellenére jó extrudálhatósága van, ami az ajánlott tartományon belül van.
1.1.2A HPMC hatása a 3D nyomtatóhabarcsok egymásra rakhatóságára
Ha nem használunk sablont, az önsúly alatti formamegtartás mértéke az anyag folyási feszültségétől függ, ami a hígtrágya és az adalékanyag közötti belső kohézióval függ össze. Meg van adva a különböző HPMC tartalmú 3D nyomdahabarcsok alaktartása. A változás mértéke az állási idő függvényében. A HPMC hozzáadása után a habarcs alaktartó képessége javul, különösen a kezdeti szakaszban és 20 percig tartó állásban. Az állási idő meghosszabbodásával azonban a HPMC javító hatása a habarcs alaktartó képességére fokozatosan gyengült, ami főként a A visszatartási arány jelentősen megnő. 60 perces állás után csak 0,20% és 0,30% HPMC javíthatja a habarcs alaktartó képességét.
A különböző HPMC tartalmú 3D nyomdahabarcs behatolási ellenállás vizsgálati eredményeit az 5. ábra mutatja. Az 5. ábrán látható, hogy a behatolási ellenállás általában az állási idő meghosszabbodásával növekszik, ami főként a töltőanyag áramlásának köszönhető. hígtrágya a cement hidratációs folyamata során. Fokozatosan merev szilárd anyaggá fejlődött; az első 80 percben a HPMC beépítése növelte a penetrációs ellenállást, a HPMC tartalom növekedésével pedig a penetrációs ellenállás. Minél nagyobb a behatolási ellenállás, az anyag deformációja az alkalmazott terhelés miatt Minél nagyobb a HPMC ellenállása, ami azt jelzi, hogy a HPMC javíthatja a 3D nyomtatóhabarcs korai egymásra rakhatóságát. Mivel a HPMC polimer láncán a hidroxil- és éterkötések hidrogénkötéseken keresztül könnyen kombinálódnak a vízzel, aminek következtében a szabad víz fokozatos csökkenése és a részecskék közötti kapcsolat fokozódik, a súrlódási erő megnő, így a korai behatolási ellenállás is nagyobb lesz. 80 perces állás után a cement hidratációja miatt a HPMC nélküli vak csoport behatolási ellenállása gyorsan nőtt, míg a HPMC-vel rendelkező tesztcsoport penetrációs ellenállása nőtt. A sebesség nem változott szignifikánsan kb. 160 perces állásig. Chen és munkatársai szerint ennek főként az az oka, hogy a HPMC védőréteget képez a cementszemcsék körül, ami meghosszabbítja a kötési időt; Pourchez és mtsai. Feltételezik, hogy ez elsősorban a rostoknak köszönhető. Az egyszerű éter bomlástermékek (például karboxilátok) vagy metoxilcsoportok késleltethetik a cement hidratációját azáltal, hogy késleltetik a Ca(OH)2 képződését. Érdemes megjegyezni, hogy annak elkerülése érdekében, hogy a próbatest felületén a víz elpárolgása befolyásolja a behatolási ellenállás kialakulását, ezt a kísérletet azonos hőmérsékleti és páratartalom mellett végeztük. Összességében a HPMC hatékonyan javíthatja a 3D nyomtatóhabarcs egymásra rakhatóságát a kezdeti szakaszban, késlelteti a koagulációt és meghosszabbítja a 3D nyomtatóhabarcs nyomtatási idejét.
3D nyomtatási habarcs egység (hossz 200 mm × szélesség 20 mm × rétegvastagság 8 mm): A HPMC nélküli üres csoport súlyosan deformálódott, összeesett és vérzési problémákkal küzdött a hetedik réteg nyomtatásakor; Az M-H0.20 csoportos habarcs jó halmozhatósággal rendelkezik. 13 réteg nyomtatása után a felső él szélessége 16,58 mm, az alsó él szélessége 19,65 mm, a felső és az alsó rész aránya (a felső él szélességének és az alsó él szélességének aránya) 0,84. A méreteltérés kicsi. Ezért nyomtatással igazolták, hogy a HPMC beépítése jelentősen javíthatja a habarcs nyomtathatóságát. A habarcs folyékonysága jó extrudálhatósággal és halmozhatósággal rendelkezik 160-170 mm-nél; 70%-nál kisebb alaktartási arány súlyosan deformálódott, és nem felel meg a nyomtatási követelményeknek.
1.2A HPMC hatása a 3D nyomtatóhabarcsok reológiai tulajdonságaira
A tiszta cellulóz látszólagos viszkozitása eltérő HPMC tartalom mellett adott: a nyírási sebesség növekedésével a tiszta pép látszólagos viszkozitása csökken, magas HPMC tartalom mellett pedig a nyírási elvékonyodás jelensége jelentkezik. Nyilvánvalóbb. A HPMC molekulalánc rendezetlen, és alacsony nyírási sebesség mellett nagyobb viszkozitást mutat; de nagy nyírási sebesség mellett a HPMC molekulák párhuzamosan és rendezetten mozognak a nyírási irány mentén, így a molekulák könnyebben csúsznak, így a táblázat A zagy látszólagos viszkozitása viszonylag alacsony. Ha a nyírási sebesség nagyobb, mint 5,0 s-1, a P-H0 látszólagos viszkozitása a vak csoportban alapvetően stabil 5 Pa s-on belül; míg a szuszpenzió látszólagos viszkozitása a HPMC hozzáadása után növekszik, és összekeverjük HPMC-vel. A HPMC hozzáadása növeli a cementszemcsék közötti belső súrlódást, ami növeli a paszta látszólagos viszkozitását, a makroszkopikus teljesítmény pedig az, hogy csökken a 3D nyomtatóhabarcs extrudálhatósága.
Feljegyeztük a reológiai tesztben a tiszta zagy nyírófeszültsége és nyírási sebessége közötti összefüggést, és a Bingham-modellt alkalmaztuk az eredmények illesztésére. Az eredményeket a 8. ábra és a 3. táblázat mutatja. Ha a HPMC-tartalom 0,30% volt, a nyírási sebesség a vizsgálat során nagyobb volt, mint 32,5. Ha a szuszpenzió viszkozitása meghaladja a műszer tartományát s-1-nél, a megfelelő adatok pontokat nem lehet gyűjteni. Általánosságban elmondható, hogy a stabil állapotban (10,0-50,0 s-1) az emelkedő és süllyedő görbék által bezárt területet használjuk a hígtrágya tixotrópiájának jellemzésére [21, 33]. A tixotrópia arra a tulajdonságra utal, hogy a szuszpenzió nagy folyékonysággal rendelkezik külső nyíróerő hatására, és a nyírási hatás megszüntetése után visszatérhet eredeti állapotába. A megfelelő tixotrópia nagyon fontos a habarcs nyomtathatósága szempontjából. A 8. ábrán látható, hogy a HPMC nélküli vakcsoport tixotróp területe csak 116,55 Pa/s volt; 0,10% HPMC hozzáadása után a hálópaszta tixotróp területe jelentősen, 1 800,38 Pa/s-ra nőtt; A növekedéssel a paszta tixotróp területe csökkent, de még így is 10-szer magasabb volt, mint a vak csoporté. A tixotrópia szempontjából a HPMC beépítése nagymértékben javította a habarcs nyomtathatóságát.
Ahhoz, hogy a habarcs megőrizze alakját az extrudálás után, és elviselje a következő extrudált réteg terhelését, a habarcsnak nagyobb folyáshatárral kell rendelkeznie. A 3. táblázatból látható, hogy a tiszta zagy τ0 folyási feszültsége jelentősen javul a HPMC hozzáadása után, és hasonló a HPMC-hez. A HPMC tartalma pozitívan korrelál; ha a HPMC-tartalom 0,10%, 0,20% és 0,30%, a hálópaszta folyási feszültsége rendre 8,6, 23,7 és 31,8-szorosára nő a vak csoporténak; a μ képlékeny viszkozitás is nő a HPMC tartalom növekedésével. A 3D nyomtatás megköveteli, hogy a habarcs műanyag viszkozitása ne legyen túl kicsi, különben az extrudálás utáni deformáció nagy lesz; ugyanakkor megfelelő műanyag viszkozitást kell fenntartani az anyagextrudálás konzisztenciájának biztosítása érdekében. Összefoglalva, reológiai szempontból a HPMC Incorporation pozitív hatással van a 3D nyomtatóhabarcs egymásra rakhatóságának javítására. A HPMC beépítése után a tiszta paszta még mindig megfelel a Bingham reológiai modellnek, és az R2 illeszkedés jósága nem alacsonyabb, mint 0,99.
1.3A HPMC hatása a 3D nyomtatóhabarcs mechanikai tulajdonságaira
3D nyomtatóhabarcs 28 napos nyomószilárdsága és hajlítószilárdsága. A HPMC tartalom növekedésével a 3D nyomtatóhabarcs 28 napos nyomó- és hajlítószilárdsága csökkent; amikor a HPMC-tartalom elérte a 0,30%-ot, a 28 d nyomószilárdság és a hajlítószilárdság 30,3 és 7,3 MPa. Tanulmányok kimutatták, hogy a HPMC-nek van bizonyos légelvezető hatása, és ha túl magas a tartalma, a habarcs belső porozitása jelentősen megnő; A diffúziós ellenállás megnő, és nehéz az összeset kisütni. Ezért a porozitás növekedése lehet az oka a 3D nyomdahabarcs szilárdságának HPMC okozta csökkenésének.
A 3D nyomtatás egyedülálló laminálási formázási eljárása a szomszédos rétegek között gyenge szerkezeti és mechanikai tulajdonságokhoz vezet, és a rétegek közötti kötési szilárdság nagymértékben befolyásolja a nyomtatott alkatrész teljes szilárdságát. A 3D nyomtatáshoz a 0,20% HPMC-vel kevert habarcsmintákat M-H0,20 vágtuk, és a rétegek közötti kötési szilárdságot rétegközi hasító módszerrel teszteltük. A három rész rétegközi kötési szilárdsága nagyobb volt, mint 1,3 MPa; és amikor a rétegek száma alacsony volt, a rétegek közötti kötési szilárdság valamivel nagyobb volt. Ennek oka az lehet, hogy egyrészt a felső réteg gravitációja az alsó rétegeket sűrűbben köti össze; másrészt az alsó réteg nyomtatásánál a habarcs felületén lehet több nedvesség, míg a felső réteg nyomtatásánál a habarcs felületi nedvessége a párolgás és hidratáció miatt csökken, így az alsó rétegek közötti kötés erősebb.
1.4A HPMC hatása a 3D nyomtatóhabarcs mikromorfológiájára
Az M-H0 és M-H0,20 minták SEM felvételei 3 napos korban azt mutatják, hogy az M-H0,20 minták felületi pórusai jelentősen megnövekednek 0,20% HPMC hozzáadása után, és a pórusméret nagyobb, mint a pórusméret az üres csoport. Ez egyrészt azért van így, mert a HPMC légelvonó hatással bír, amely egységes és finom pórusokat vezet be; másrészt előfordulhat, hogy a HPMC hozzáadása növeli a zagy viszkozitását, ezáltal növeli a levegő kibocsátási ellenállását a zagy belsejében. A növekedés lehet a fő oka a habarcs mechanikai tulajdonságainak csökkenésének. Összefoglalva, a 3D nyomtatóhabarcs szilárdságának biztosítása érdekében a HPMC-tartalom nem lehet túl nagy (≤ 0,20%).
Befejezésül
(1) A hidroxi-propil-metil-cellulóz HPMC javítja a habarcs nyomtathatóságát. A HPMC tartalom növekedésével a habarcs extrudálhatósága csökken, de továbbra is jó az extrudálhatósága, javul a halmozási képesség, és meghosszabbodik a nyomtatható idő. Nyomtatással igazoltuk, hogy a HPMC hozzáadása után a habarcs alsó rétegének deformációja csökken, a felső-alsó arány pedig 0,84, ha a HPMC tartalom 0,20%.
(2) A HPMC javítja a 3D nyomtatóhabarcs reológiai tulajdonságait. A HPMC tartalom növekedésével nő a hígtrágya látszólagos viszkozitása, folyáshatára és képlékeny viszkozitása; A tixotrópia először növekszik, majd csökken, és a nyomtathatóság eléri. Javulás. Reológiai szempontból a HPMC hozzáadása a habarcs nyomtathatóságát is javíthatja. A HPMC hozzáadása után a zagy még mindig megfelel a Bingham reológiai modellnek, és az illeszkedés jósága R2≥0,99.
(3) A HPMC hozzáadása után megnő az anyag mikroszerkezete és pórusai. Javasoljuk, hogy a HPMC-tartalom ne haladja meg a 0,20%-ot, különben nagy hatással lesz a habarcs mechanikai tulajdonságaira. A 3D nyomdahabarcs különböző rétegei közötti kötési szilárdság kissé eltér, és a rétegek száma Ha ez alacsonyabb, a habarcsrétegek közötti kötési szilárdság nagyobb.
Feladás időpontja: 2022.09.27