Athari ya HPMC kwenye chokaa cha uchapishaji cha 3D

1.1Ushawishi wa HPMC juu ya uchapishaji wa chokaa cha uchapishaji cha 3D

1.1.1Athari za HPMC kwenye extrudability ya chokaa cha uchapishaji cha 3D

Kundi tupu M-H0 bila HPMC na vikundi vya majaribio vilivyo na maudhui ya HPMC ya 0.05%, 0.10%, 0.20%, na 0.30% viliruhusiwa kusimama kwa vipindi tofauti vya muda, na kisha maji yalijaribiwa. Inaweza kuonekana kuwa kuingizwa kwa HPMC Itapunguza kwa kiasi kikubwa fluidity ya chokaa; wakati maudhui ya HPMC yanaongezeka kwa hatua kwa hatua kutoka 0% hadi 0.30%, maji ya awali ya chokaa hupungua kutoka 243 mm hadi 206, 191, 167, na 160 mm, kwa mtiririko huo. HPMC ni polima ya juu ya Masi. Wanaweza kuunganishwa na kila mmoja ili kuunda muundo wa mtandao, na mshikamano wa slurry ya saruji inaweza kuongezeka kwa vipengele vya kufunika kama vile Ca (OH) 2. Kimakroskopu, mshikamano wa chokaa huboreshwa. Kwa ugani wa muda uliosimama, kiwango cha unyevu wa chokaa huongezeka. kuongezeka, unyevu hupotea kwa muda. Majimaji ya kikundi tupu M-H0 bila HPMC ilipungua kwa kasi. Katika kundi la majaribio na 0.05%, 0.10%, 0.20% na 0.30% HPMC, kiwango cha kupungua kwa maji kilipungua kwa wakati, na fluidity ya chokaa baada ya kusimama kwa dakika 60 ilikuwa 180, 177, 164, na 155 mm, kwa mtiririko huo. . Kiwango cha maji ni 87.3%, 92.7%, 98.2%, 96.8%. Kuingizwa kwa HPMC kunaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa uwezo wa uhifadhi wa maji ya chokaa, ambayo ni kutokana na mchanganyiko wa HPMC na molekuli za maji; kwa upande mwingine, HPMC inaweza kuunda filamu sawa Ina muundo wa mtandao na hufunika saruji, ambayo hupunguza kwa ufanisi tete ya maji kwenye chokaa na ina utendaji fulani wa uhifadhi wa maji. Ni muhimu kuzingatia kwamba wakati maudhui ya HPMC ni 0.20%, uwezo wa uhifadhi wa maji ya chokaa hufikia kiwango cha juu zaidi.

Umiminiko wa chokaa cha uchapishaji cha 3D kilichochanganywa na viwango tofauti vya HPMC ni 160 ~ 206 mm. Kutokana na vigezo tofauti vya kichapishi, safu zinazopendekezwa za umiminiko uliopatikana na watafiti tofauti ni tofauti, kama vile 150~190 mm, 160~170 mm. Kutoka kwa Mchoro 3, inaweza kuonekana kwa njia ya angavu Inaweza kuonekana kuwa umiminiko wa chokaa cha uchapishaji cha 3D kilichochanganywa na HPMC mara nyingi huwa ndani ya masafa yaliyopendekezwa, hasa wakati maudhui ya HPMC ni 0.20%, unyevu wa chokaa ndani ya dakika 60 uko ndani. anuwai inayopendekezwa, ambayo inakidhi ujazo na uthabiti unaofaa. Kwa hivyo, ingawa unyevu wa chokaa na kiwango cha kufaa cha HPMC hupunguzwa, ambayo husababisha kupungua kwa extrudability, bado ina extrudability nzuri, ambayo iko ndani ya safu iliyopendekezwa.

1.1.2Athari za HPMC kwenye uthabiti wa chokaa cha uchapishaji cha 3D

Katika kesi ya kutotumia template, ukubwa wa kiwango cha uhifadhi wa sura chini ya uzito wa kibinafsi inategemea mkazo wa mavuno wa nyenzo, ambayo inahusiana na mshikamano wa ndani kati ya slurry na jumla. Uhifadhi wa umbo la chokaa za uchapishaji za 3D zilizo na maudhui tofauti ya HPMC umetolewa. Kiwango cha mabadiliko na wakati wa kusimama. Baada ya kuongeza HPMC, kiwango cha kuhifadhi umbo la chokaa kinaboreshwa, haswa katika hatua ya awali na kusimama kwa dakika 20. Hata hivyo, pamoja na upanuzi wa muda wa kusimama, athari ya uboreshaji wa HPMC kwenye kiwango cha uhifadhi wa sura ya chokaa polepole ilidhoofika, ambayo ilitokana hasa na Kiwango cha uhifadhi huongezeka kwa kiasi kikubwa. Baada ya kusimama kwa dakika 60, 0.20% na 0.30% tu HPMC inaweza kuboresha kiwango cha kuhifadhi umbo la chokaa.

Matokeo ya mtihani wa upinzani wa kupenya wa chokaa cha uchapishaji cha 3D na yaliyomo tofauti ya HPMC yanaonyeshwa kwenye Mchoro 5. Inaweza kuonekana kutoka kwenye Mchoro 5 kwamba upinzani wa kupenya kwa ujumla huongezeka kwa ugani wa muda wa kusimama, ambayo ni hasa kutokana na mtiririko wa slurry wakati wa mchakato wa kuimarisha saruji. Ni hatua kwa hatua tolewa katika imara rigid; katika dakika ya 80 ya kwanza, kuingizwa kwa HPMC kuliongeza upinzani wa kupenya, na kwa ongezeko la maudhui ya HPMC, upinzani wa kupenya uliongezeka. Upinzani mkubwa wa kupenya, deformation ya nyenzo kutokana na mzigo uliotumiwa Upinzani mkubwa wa HPMC ni, ambayo inaonyesha kwamba HPMC inaweza kuboresha stackability ya mapema ya chokaa cha uchapishaji cha 3D. Kwa kuwa vifungo vya hidroksili na etha kwenye mlolongo wa polymer wa HPMC huunganishwa kwa urahisi na maji kupitia vifungo vya hidrojeni, na kusababisha kupunguzwa kwa taratibu kwa maji ya bure na uunganisho kati ya chembe huongezeka, nguvu ya msuguano huongezeka, hivyo upinzani wa kupenya mapema unakuwa mkubwa. Baada ya kusimama kwa dakika 80, kutokana na unyevu wa saruji, upinzani wa kupenya wa kundi tupu bila HPMC uliongezeka kwa kasi, wakati upinzani wa kupenya wa kundi la mtihani na HPMC uliongezeka Kiwango hakikubadilika sana hadi kuhusu dakika 160 ya kusimama. Kulingana na Chen et al., hii ni hasa kwa sababu HPMC huunda filamu ya kinga karibu na chembe za saruji, ambayo huongeza muda wa kuweka; Pourchez et al. inadhaniwa kuwa hii inatokana hasa na nyuzinyuzi Bidhaa za uharibifu wa etha rahisi (kama vile kaboksili) au vikundi vya methoksili vinaweza kuchelewesha unyunyizaji wa saruji kwa kuchelewesha uundaji wa Ca(OH)2. Ni vyema kutambua kwamba, ili kuzuia maendeleo ya upinzani wa kupenya kutokana na kuathiriwa na uvukizi wa maji kwenye uso wa sampuli, Jaribio hili lilifanyika chini ya hali sawa ya joto na unyevu. Kwa ujumla, HPMC inaweza kuboresha kwa ufanisi uimara wa chokaa cha uchapishaji cha 3D katika hatua ya awali, kuchelewesha kuganda, na kuongeza muda wa kuchapishwa wa chokaa cha uchapishaji cha 3D.

Chombo cha chokaa cha uchapishaji cha 3D (urefu 200 mm × upana 20 mm × unene wa safu 8 mm): Kundi tupu bila HPMC lilikuwa na ulemavu mkubwa, lilianguka na lilikuwa na matatizo ya kutokwa na damu wakati wa uchapishaji wa safu ya saba; Chokaa cha kikundi cha M-H0.20 kina utulivu mzuri. Baada ya uchapishaji wa tabaka 13, upana wa makali ya juu ni 16.58 mm, upana wa makali ya chini ni 19.65 mm, na uwiano wa juu hadi chini (uwiano wa upana wa makali ya juu hadi upana wa makali ya chini) ni 0.84. Kupotoka kwa dimensional ni ndogo. Kwa hiyo, imethibitishwa kwa uchapishaji kwamba kuingizwa kwa HPMC kunaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa uchapishaji wa chokaa. Unyevu wa chokaa una extrudability nzuri na stackability katika 160 ~ 170 mm; kasi ya kuhifadhi umbo ni chini ya 70% imeharibika sana na haiwezi kukidhi mahitaji ya uchapishaji.

1.2Ushawishi wa HPMC juu ya mali ya rheological ya chokaa cha uchapishaji cha 3D

Mnato unaoonekana wa massa safi chini ya yaliyomo tofauti ya HPMC hutolewa: kwa kuongezeka kwa kasi ya kukata, mnato unaoonekana wa massa safi hupungua, na hali ya upunguzaji wa shear iko chini ya kiwango cha juu cha HPMC. Ni dhahiri zaidi. Mlolongo wa molekuli ya HPMC umeharibika na unaonyesha mnato wa juu kwa kiwango cha chini cha kukata; lakini kwa kiwango cha juu cha shear, molekuli za HPMC husogea kwa usawa na kwa utaratibu kando ya mwelekeo wa kung'oa, na kufanya molekuli iwe rahisi kuteleza, kwa hivyo meza Mnato unaoonekana wa tope ni mdogo. Wakati kiwango cha kukata ni kikubwa kuliko 5.0 s-1, mnato unaoonekana wa P-H0 katika kundi tupu kimsingi ni thabiti ndani ya 5 Pa s; wakati mnato unaoonekana wa tope huongezeka baada ya HPMC kuongezwa, na huchanganywa na HPMC. Ongezeko la HPMC huongeza msuguano wa ndani kati ya chembe za saruji, ambayo huongeza mnato unaoonekana wa kuweka, na utendaji wa macroscopic ni kwamba extrudability ya chokaa cha uchapishaji cha 3D hupungua.

Uhusiano kati ya mkazo wa shear na kiwango cha shear cha tope safi katika mtihani wa rheolojia ulirekodiwa, na modeli ya Bingham ilitumiwa kutoshea matokeo. Matokeo yanaonyeshwa kwenye Mchoro 8 na Jedwali 3. Wakati maudhui ya HPMC yalikuwa 0.30%, kiwango cha kukata nywele wakati wa jaribio kilikuwa kikubwa kuliko 32.5 Wakati mnato wa tope unazidi safu ya chombo katika s-1, data inayolingana. pointi haziwezi kukusanywa. Kwa ujumla, eneo lililozingirwa na mikunjo ya kuinuka na kushuka katika hatua thabiti (10.0~50.0 s-1) hutumiwa kubainisha thixotropy ya tope [21, 33]. Thixotropy inarejelea mali ambayo tope lina umiminiko mkubwa chini ya hatua ya ukataji wa nguvu wa nje, na inaweza kurudi katika hali yake ya asili baada ya hatua ya kukata manyoya kughairiwa. thixotropy sahihi ni muhimu sana kwa uchapishaji wa chokaa. Inaweza kuonekana kutoka kwa Mchoro 8 kwamba eneo la thixotropic la kikundi tupu bila HPMC lilikuwa 116.55 Pa / s tu; baada ya kuongeza 0.10% ya HPMC, eneo la thixotropic la kuweka wavu liliongezeka kwa kiasi kikubwa hadi 1 800.38 Pa / s; Kwa ongezeko la , eneo la thixotropic la kuweka lilipungua, lakini bado lilikuwa mara 10 zaidi kuliko lile la kundi tupu. Kutoka kwa mtazamo wa thixotropy, kuingizwa kwa HPMC kuliboresha sana uchapishaji wa chokaa.

Ili chokaa kudumisha sura yake baada ya extrusion na kuhimili mzigo wa safu ya extruded baadae, chokaa inahitaji kuwa na matatizo ya juu ya mavuno. Inaweza kuonekana kutoka kwa Jedwali la 3 kuwa mkazo wa mavuno τ0 wa tope wavu umeboreshwa kwa kiasi kikubwa baada ya HPMC kuongezwa, na ni sawa na HPMC. Maudhui ya HPMC yana uhusiano chanya; wakati maudhui ya HPMC ni 0.10%, 0.20%, na 0.30%, mkazo wa mavuno ya kuweka wavu huongezeka hadi 8.6, 23.7, na 31.8 mara ya kundi tupu, kwa mtiririko huo; mnato wa plastiki μ pia huongezeka kwa ongezeko la maudhui ya HPMC. Uchapishaji wa 3D unahitaji kwamba mnato wa plastiki wa chokaa usiwe mdogo sana, vinginevyo deformation baada ya extrusion itakuwa kubwa; wakati huo huo, mnato wa plastiki unaofaa unapaswa kudumishwa ili kuhakikisha uthabiti wa extrusion ya nyenzo. Kwa muhtasari, kutoka kwa mtazamo wa rheology, Uingizaji wa HPMC una athari nzuri juu ya uboreshaji wa stackability ya chokaa cha uchapishaji cha 3D. Baada ya kujumuisha HPMC, kuweka safi bado inafanana na mfano wa rheological wa Bingham, na uzuri wa fit R2 sio chini kuliko 0.99.

1.3Athari za HPMC kwenye mali ya mitambo ya chokaa cha uchapishaji cha 3D

28 d nguvu ya kubana na nguvu inayonyumbulika ya chokaa cha uchapishaji cha 3D. Kwa kuongezeka kwa maudhui ya HPMC, nguvu ya 28 d ya kukandamiza na flexural ya chokaa cha uchapishaji cha 3D ilipungua; wakati maudhui ya HPMC yalifikia 0.30%, nguvu ya kukandamiza ya 28 d na Nguvu za flexural ni 30.3 na 7.3 MPa, kwa mtiririko huo. Uchunguzi umeonyesha kuwa HPMC ina athari fulani ya kuingiza hewa, na ikiwa maudhui yake ni ya juu sana, porosity ya ndani ya chokaa itaongezeka kwa kiasi kikubwa; Upinzani wa kueneza huongezeka na ni vigumu kutekeleza yote. Kwa hiyo, ongezeko la porosity inaweza kuwa sababu ya kupungua kwa nguvu ya chokaa cha uchapishaji cha 3D kinachosababishwa na HPMC.

Mchakato wa kipekee wa ukingo wa lamination wa uchapishaji wa 3D husababisha kuwepo kwa maeneo dhaifu katika muundo na mali ya mitambo kati ya tabaka za karibu, na nguvu ya kuunganisha kati ya tabaka ina ushawishi mkubwa juu ya nguvu ya jumla ya sehemu iliyochapishwa. Kwa vielelezo vya chokaa cha uchapishaji vya 3D vilivyochanganywa na 0.20% HPMC M-H0.20 ilikatwa, na nguvu ya dhamana ya interlayer ilijaribiwa kwa njia ya kugawanya interlayer. Nguvu ya dhamana ya interlayer ya sehemu tatu ilikuwa ya juu kuliko 1.3 MPa; na wakati idadi ya tabaka ilikuwa chini, nguvu ya dhamana ya interlayer ilikuwa juu kidogo. Sababu inaweza kuwa kwamba, kwa upande mmoja, mvuto wa safu ya juu hufanya tabaka za chini zimefungwa zaidi; kwa upande mwingine, uso wa chokaa unaweza kuwa na unyevu zaidi wakati wa uchapishaji wa safu ya chini, wakati unyevu wa uso wa chokaa hupunguzwa kutokana na uvukizi na ugiligili wakati wa uchapishaji wa safu ya juu, hivyo Kuunganishwa kati ya tabaka za chini ni nguvu zaidi.

1.4Athari ya HPMC kwenye Micromorphology ya 3D Printing Mortar

Picha za SEM za vielelezo vya M-H0 na M-H0.20 katika umri wa 3 d zinaonyesha kuwa matundu ya uso ya vielelezo vya M-H0.20 yanaongezeka kwa kiasi kikubwa baada ya kuongeza 0.20% ya HPMC, na ukubwa wa pore ni kubwa kuliko ile ya kundi tupu. Hii Kwa upande mmoja, ni kwa sababu HPMC ina athari ya kuingiza hewa, ambayo inaleta pores sare na nzuri; kwa upande mwingine, inaweza kuwa kwamba kuongezwa kwa HPMC huongeza mnato wa tope, na hivyo kuongeza upinzani wa kutokwa kwa hewa ndani ya slurry. Kuongezeka kunaweza kuwa sababu kuu ya kupungua kwa mali ya mitambo ya chokaa. Kwa muhtasari, ili kuhakikisha nguvu ya chokaa cha uchapishaji cha 3D, maudhui ya HPMC haipaswi kuwa kubwa sana (≤ 0.20%).

Kwa kumalizia

(1) Hydroxypropyl methylcellulose HPMC inaboresha uchapishaji wa chokaa. Kwa ongezeko la maudhui ya HPMC, extrudability ya chokaa hupungua lakini bado ina extrudability nzuri, stackability ni kuboreshwa, na kuchapishwa Muda ni mrefu. Imethibitishwa na uchapishaji kwamba deformation ya safu ya chini ya chokaa imepunguzwa baada ya kuongeza HPMC, na uwiano wa juu-chini ni 0.84 wakati maudhui ya HPMC ni 0.20%.

(2) HPMC inaboresha sifa za rheological za chokaa cha uchapishaji cha 3D. Pamoja na ongezeko la maudhui ya HPMC, mnato unaoonekana, matatizo ya mavuno na mnato wa plastiki wa ongezeko la tope; thixotropy kwanza huongezeka na kisha hupungua, na uchapishaji unapatikana. Uboreshaji. Kutoka kwa mtazamo wa rheology, kuongeza HPMC pia kunaweza kuboresha uchapishaji wa chokaa. Baada ya kuongeza HPMC, tope bado inalingana na modeli ya rheological ya Bingham, na uzuri wa kufaa R2≥0.99.

(3) Baada ya kuongeza HPMC, muundo wa microstructure na pores ya nyenzo huongezeka. Inapendekezwa kuwa maudhui ya HPMC haipaswi kuzidi 0.20%, vinginevyo itakuwa na athari kubwa juu ya mali ya mitambo ya chokaa. Nguvu ya kuunganisha kati ya tabaka tofauti za chokaa cha uchapishaji cha 3D ni tofauti kidogo, na idadi ya tabaka Wakati ni chini, nguvu ya dhamana kati ya tabaka za chokaa ni ya juu.