ผลของ HPMC ต่อปูนพิมพ์ 3 มิติ

1.1อิทธิพลของ HPMC ต่อความสามารถในการพิมพ์ของปูนพิมพ์ 3 มิติ

1.1.1ผลกระทบของ HPMC ต่อความสามารถในการอัดขึ้นรูปของปูนพิมพ์ 3 มิติ

กลุ่มว่าง M-H0 ที่ไม่มี HPMC และกลุ่มทดสอบที่มีปริมาณ HPMC 0.05%, 0.10%, 0.20% และ 0.30% ได้รับอนุญาตให้ยืนหยัดในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน จากนั้นจึงทดสอบความไหล จะเห็นได้ว่าการรวมตัวของ HPMC จะช่วยลดความลื่นไหลของปูนได้อย่างมาก เมื่อปริมาณ HPMC ค่อยๆ เพิ่มขึ้นจาก 0% เป็น 0.30% ความลื่นไหลเริ่มต้นของปูนจะลดลงจาก 243 มม. เป็น 206, 191, 167 และ 160 มม. ตามลำดับ HPMC เป็นพอลิเมอร์โมเลกุลสูง พวกมันสามารถพันกันเป็นโครงสร้างเครือข่าย และสามารถเพิ่มการทำงานร่วมกันของสารละลายซีเมนต์ได้โดยการห่อหุ้มส่วนประกอบต่างๆ เช่น Ca(OH) 2 เมื่อมองด้วยตาเปล่า ความสามารถในการยึดเกาะกันของมอร์ต้าได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น เมื่อยืดเวลาการยืนออกไป ระดับความชุ่มชื้นของปูนก็จะเพิ่มขึ้น เพิ่มขึ้น ความลื่นไหลหายไปตามกาลเวลา ความลื่นไหลของกลุ่มว่าง M-H0 ที่ไม่มี HPMC ลดลงอย่างรวดเร็ว ในกลุ่มทดลองที่มี HPMC 0.05%, 0.10%, 0.20% และ 0.30% ระดับการลดลงของความไหลลดลงตามเวลา และค่าความไหลของปูนหลังจากยืนเป็นเวลา 60 นาที คือ 180, 177, 164 และ 155 มม. ตามลำดับ . ความลื่นไหลคือ 87.3%, 92.7%, 98.2%, 96.8% การรวมตัวกันของ HPMC สามารถปรับปรุงความสามารถในการกักเก็บของเหลวของปูนได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเกิดจากการรวมกันของ HPMC และโมเลกุลของน้ำ ในทางกลับกัน HPMC สามารถสร้างฟิล์มที่คล้ายกันได้ โดยมีโครงสร้างเป็นเครือข่ายและพันซีเมนต์ ซึ่งช่วยลดการระเหยของน้ำในปูนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำในระดับหนึ่ง เป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อเนื้อหาของ HPMC อยู่ที่ 0.20% ความสามารถในการกักเก็บของเหลวของปูนจะถึงระดับสูงสุด

ความลื่นไหลของปูนพิมพ์ 3 มิติที่ผสมกับ HPMC ในปริมาณต่างกันคือ 160~206 มม. เนื่องจากพารามิเตอร์เครื่องพิมพ์ที่แตกต่างกัน ช่วงความไหลที่แนะนำซึ่งได้รับโดยนักวิจัยที่แตกต่างกันจึงแตกต่างกัน เช่น 150~190 มม., 160~170 มม. จากรูปที่ 3 จะเห็นได้โดยสัญชาตญาณ จะเห็นได้ว่าความลื่นไหลของปูนพิมพ์ 3 มิติที่ผสมกับ HPMC ส่วนใหญ่อยู่ในช่วงที่แนะนำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปริมาณ HPMC อยู่ที่ 0.20% ความลื่นไหลของปูนภายใน 60 นาทีจะอยู่ภายใน ช่วงที่แนะนำซึ่งตอบสนองความลื่นไหลและการวางซ้อนที่เหมาะสม ดังนั้นแม้ว่าความลื่นไหลของปูนด้วยปริมาณ HPMC ที่เหมาะสมจะลดลง ซึ่งทำให้ความสามารถในการอัดขึ้นรูปลดลง แต่ก็ยังมีความสามารถในการอัดรีดที่ดีซึ่งอยู่ในช่วงที่แนะนำ

1.1.2ผลของ HPMC ต่อความสามารถในการวางซ้อนกันของปูนพิมพ์ 3 มิติ

ในกรณีที่ไม่ได้ใช้เทมเพลต ขนาดของอัตราการคงรูปร่างภายใต้น้ำหนักของตัวเองจะขึ้นอยู่กับความเค้นครากของวัสดุ ซึ่งสัมพันธ์กับการทำงานร่วมกันภายในระหว่างสารละลายและมวลรวม ให้การรักษารูปร่างของปูนพิมพ์ 3 มิติที่มีเนื้อหา HPMC ที่แตกต่างกัน อัตราการเปลี่ยนแปลงตามเวลายืน หลังจากเติม HPMC อัตราการรักษารูปร่างของปูนจะดีขึ้น โดยเฉพาะในระยะเริ่มแรกและยืนเป็นเวลา 20 นาที อย่างไรก็ตาม ด้วยการขยายระยะเวลาการยืน ผลของการปรับปรุงของ HPMC ต่ออัตราการคงรูปร่างของปูนจะค่อยๆ ลดลง ซึ่งสาเหตุหลักมาจาก อัตราการเก็บรักษาเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ หลังจากยืนเป็นเวลา 60 นาที HPMC เพียง 0.20% และ 0.30% เท่านั้นที่สามารถปรับปรุงอัตราการคงรูปของปูนได้

ผลการทดสอบความต้านทานการเจาะของปูนพิมพ์ 3D ที่มีเนื้อหา HPMC ที่แตกต่างกันจะแสดงในรูปที่ 5 จะเห็นได้จากรูปที่ 5 ว่าความต้านทานการเจาะโดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้นตามการขยายเวลายืน ซึ่งส่วนใหญ่เนื่องมาจากการไหลของ สารละลายในระหว่างกระบวนการให้ความชุ่มชื้นของซีเมนต์ มันค่อย ๆ พัฒนาเป็นของแข็งแข็ง ใน 80 นาทีแรก การรวม HPMC จะเพิ่มความต้านทานการเจาะ และด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ HPMC ความต้านทานการเจาะก็เพิ่มขึ้น ยิ่งความต้านทานการเจาะทะลุมากเท่าใด การเสียรูปของวัสดุเนื่องจากภาระที่ใช้ก็ยิ่งมีความต้านทานของ HPMC มากขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่า HPMC สามารถปรับปรุงความสามารถในการวางซ้อนกันในช่วงแรกของปูนพิมพ์ 3D ได้ เนื่องจากพันธะไฮดรอกซิลและอีเทอร์บนสายโซ่โพลีเมอร์ของ HPMC สามารถรวมเข้ากับน้ำได้อย่างง่ายดายผ่านพันธะไฮโดรเจน ส่งผลให้น้ำอิสระลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปและการเชื่อมต่อระหว่างอนุภาคเพิ่มขึ้น แรงเสียดทานจึงเพิ่มขึ้น ดังนั้นความต้านทานการเจาะในช่วงแรกจึงมีมากขึ้น หลังจากยืนเป็นเวลา 80 นาที เนื่องจากความชื้นของซีเมนต์ ความต้านทานการเจาะของกลุ่มเปล่าที่ไม่มี HPMC เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ความต้านทานการเจาะของกลุ่มทดสอบที่มี HPMC เพิ่มขึ้น อัตราไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญจนกว่าจะยืนประมาณ 160 นาที ตามที่ Chen และคณะ กล่าว สาเหตุหลักมาจาก HPMC สร้างฟิล์มป้องกันรอบๆ อนุภาคของซีเมนต์ ซึ่งจะช่วยยืดระยะเวลาการก่อตัว Pourchez และคณะ สันนิษฐานว่าสาเหตุหลักมาจากเส้นใย ผลิตภัณฑ์ย่อยสลายอีเทอร์อย่างง่าย (เช่น คาร์บอกซิเลต) หรือหมู่เมทอกซิลสามารถชะลอการให้ความชุ่มชื้นของซีเมนต์โดยชะลอการก่อตัวของ Ca(OH)2 เป็นที่น่าสังเกตว่า เพื่อป้องกันไม่ให้การพัฒนาความต้านทานการเจาะทะลุได้รับผลกระทบจากการระเหยของน้ำบนพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ การทดลองนี้จึงดำเนินการภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความชื้นเดียวกัน โดยรวมแล้ว HPMC สามารถปรับปรุงความสามารถในการวางซ้อนของปูนสำหรับการพิมพ์ 3 มิติในระยะเริ่มต้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ชะลอการแข็งตัวของเลือด และยืดเวลาการพิมพ์ของปูนสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ

เอนทิตีปูนสำหรับการพิมพ์ 3D (ความยาว 200 มม. × กว้าง 20 มม. × ความหนาของชั้น 8 มม.): กลุ่มเปล่าที่ไม่มี HPMC มีรูปร่างผิดปกติอย่างรุนแรง ยุบตัว และมีปัญหาเลือดออกเมื่อทำการพิมพ์ชั้นที่ 7 ปูนกลุ่ม M-H0.20 มีความสามารถในการวางซ้อนได้ดี หลังจากพิมพ์ 13 ชั้น ความกว้างของขอบด้านบนคือ 16.58 มม. ความกว้างของขอบด้านล่างคือ 19.65 มม. และอัตราส่วนจากบนลงล่าง (อัตราส่วนของความกว้างของขอบบนต่อความกว้างของขอบล่าง) คือ 0.84 ส่วนเบี่ยงเบนมิติมีขนาดเล็ก ดังนั้นจึงได้รับการตรวจสอบโดยการพิมพ์ว่าการรวม HPMC สามารถปรับปรุงความสามารถในการพิมพ์ของปูนได้อย่างมาก ความลื่นของปูนมีความสามารถในการอัดขึ้นรูปและการวางซ้อนที่ดีที่ 160~170 มม. อัตราการเก็บรักษารูปร่างน้อยกว่า 70 % มีรูปร่างผิดปกติอย่างรุนแรงและไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดในการพิมพ์

1.2อิทธิพลของ HPMC ต่อคุณสมบัติทางรีโอโลยีของปูนพิมพ์ 3 มิติ

ความหนืดปรากฏของเยื่อกระดาษบริสุทธิ์ภายใต้ปริมาณ HPMC ที่แตกต่างกันจะได้รับ: เมื่ออัตราเฉือนเพิ่มขึ้น ความหนืดปรากฏของเยื่อกระดาษบริสุทธิ์จะลดลง และปรากฏการณ์ของการทำให้ผอมบางของแรงเฉือนจะอยู่ภายใต้ปริมาณ HPMC สูง มันชัดเจนมากขึ้น สายโซ่โมเลกุลของ HPMC ไม่เป็นระเบียบและแสดงความหนืดที่สูงขึ้นที่อัตราเฉือนต่ำ แต่ที่อัตราเฉือนสูง โมเลกุลของ HPMC จะเคลื่อนที่ขนานและเป็นระเบียบตามทิศทางแรงเฉือน ทำให้โมเลกุลเลื่อนได้ง่ายขึ้น ดังนั้นตาราง ความหนืดปรากฏของสารละลายจึงค่อนข้างต่ำ เมื่ออัตราเฉือนมากกว่า 5.0 s-1 ความหนืดปรากฏของ P-H0 ในกลุ่มว่างจะคงที่โดยทั่วไปภายใน 5 Pa s; ในขณะที่ความหนืดปรากฏของสารละลายจะเพิ่มขึ้นหลังจากเติม HPMC และผสมกับ HPMC การเติม HPMC จะเพิ่มแรงเสียดทานภายในระหว่างอนุภาคซีเมนต์ ซึ่งจะเพิ่มความหนืดที่ชัดเจนของส่วนผสม และประสิทธิภาพในระดับมหภาคก็คือความสามารถในการอัดขึ้นรูปของปูนพิมพ์ 3D ลดลง

มีการบันทึกความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเฉือนและอัตราเฉือนของสารละลายบริสุทธิ์ในการทดสอบรีโอโลยี และใช้แบบจำลองบิงแฮมเพื่อให้เหมาะกับผลลัพธ์ ผลลัพธ์แสดงในรูปที่ 8 และตารางที่ 3 เมื่อปริมาณ HPMC เท่ากับ 0.30% อัตราแรงเฉือนระหว่างการทดสอบจะมากกว่า 32.5 เมื่อความหนืดของสารละลายเกินช่วงของเครื่องมือที่ s-1 ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ไม่สามารถสะสมคะแนนได้ โดยทั่วไป พื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยเส้นโค้งขึ้นและลงในระยะคงที่ (10.0~50.0 s-1) จะถูกใช้เพื่อระบุลักษณะ thixotropy ของสารละลาย [21, 33] Thixotropy หมายถึงคุณสมบัติที่สารละลายมีความลื่นไหลได้ดีภายใต้การกระทำของแรงตัดภายนอก และสามารถกลับสู่สถานะเดิมได้หลังจากที่การตัดเฉือนถูกยกเลิก thixotropy ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญมากต่อความสามารถในการพิมพ์ของปูน จะเห็นได้จากรูปที่ 8 ว่าพื้นที่ไทโซโทรปิกของกลุ่มว่างที่ไม่มี HPMC มีค่าเพียง 116.55 Pa/s หลังจากเพิ่ม HPMC 0.10% พื้นที่ไทโซโทรปิกของตาข่ายเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเป็น 1,800.38 Pa/s; เมื่อเพิ่มขึ้น พื้นที่ไทโซโทรปิกของเพสต์ก็ลดลง แต่ก็ยังสูงกว่ากลุ่มว่างถึง 10 เท่า จากมุมมองของ thixotropy การรวม HPMC ช่วยเพิ่มความสามารถในการพิมพ์ของปูนได้อย่างมาก

เพื่อให้ปูนคงรูปร่างไว้หลังจากการอัดขึ้นรูป และทนต่อการรับน้ำหนักของชั้นที่อัดขึ้นรูปตามมา ปูนจะต้องมีค่าความเค้นที่ให้ผลผลิตสูงกว่า จะเห็นได้จากตารางที่ 3 ว่าความเค้นคราก τ0 ของสารละลายสุทธิได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญหลังจากเติม HPMC และจะคล้ายกับ HPMC เนื้อหาของ HPMC มีความสัมพันธ์เชิงบวก เมื่อปริมาณ HPMC เท่ากับ 0.10%, 0.20% และ 0.30% ความเค้นครากของการวางตาข่ายจะเพิ่มขึ้นเป็น 8.6, 23.7 และ 31.8 เท่าของกลุ่มว่างตามลำดับ ความหนืดของพลาสติก μ ยังเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ HPMC การพิมพ์ 3 มิติกำหนดให้ความหนืดพลาสติกของปูนไม่ควรน้อยเกินไป มิฉะนั้นการเสียรูปหลังจากการอัดขึ้นรูปจะมีขนาดใหญ่ ในเวลาเดียวกันควรรักษาความหนืดของพลาสติกที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าการอัดขึ้นรูปวัสดุมีความสม่ำเสมอ โดยสรุป จากมุมมองของกระแสวิทยา การรวมตัวกันของ HPMC มีผลเชิงบวกต่อการปรับปรุงความสามารถในการวางซ้อนกันของปูนพิมพ์ 3 มิติ หลังจากรวม HPMC แล้ว สารเพียวเพสต์ยังคงเป็นไปตามแบบจำลองรีโอโลยีของบิงแฮม และความดีของความพอดี R2 ไม่ต่ำกว่า 0.99

1.3ผลกระทบของ HPMC ต่อคุณสมบัติทางกลของปูนพิมพ์ 3 มิติ

กำลังรับแรงอัดและแรงดัดงอ 28 d ของปูนพิมพ์ 3 มิติ ด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณ HPMC ความแข็งแรงของแรงอัดและแรงดัดงอ 28 d ของปูนพิมพ์ 3 มิติจึงลดลง เมื่อปริมาณ HPMC ถึง 0.30% กำลังรับแรงอัด 28 d และค่าแรงดัดงอคือ 30.3 และ 7.3 MPa ตามลำดับ การศึกษาพบว่า HPMC มีผลต่อการกักเก็บอากาศ และหากมีปริมาณมากเกินไป ความพรุนภายในของปูนจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ความต้านทานการแพร่กระจายเพิ่มขึ้นและยากต่อการคายประจุทั้งหมด ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของความพรุนอาจเป็นสาเหตุที่ทำให้ความแข็งแรงของปูนพิมพ์ 3 มิติที่เกิดจาก HPMC ลดลง

กระบวนการขึ้นรูปแบบเคลือบที่เป็นเอกลักษณ์ของการพิมพ์ 3D ทำให้เกิดพื้นที่ที่อ่อนแอในโครงสร้างและคุณสมบัติทางกลระหว่างชั้นที่อยู่ติดกัน และความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างชั้นต่างๆ มีอิทธิพลอย่างมากต่อความแข็งแรงโดยรวมของส่วนประกอบที่พิมพ์ สำหรับชิ้นงานพิมพ์ปูนพิมพ์ 3 มิติที่ผสมกับ HPMC M-H0.20 0.20% ถูกตัดออก และทดสอบความแข็งแรงของพันธะระหว่างชั้นด้วยวิธีการแยกชั้นระหว่างชั้น ความแข็งแรงพันธะระหว่างชั้นของทั้งสามส่วนสูงกว่า 1.3 MPa; และเมื่อจำนวนชั้นต่ำ ความแข็งแรงของพันธะระหว่างชั้นจะสูงขึ้นเล็กน้อย เหตุผลอาจเป็นได้ว่าในอีกด้านหนึ่ง แรงโน้มถ่วงของชั้นบนทำให้ชั้นล่างมีพันธะที่หนาแน่นมากขึ้น ในทางกลับกันพื้นผิวของปูนอาจมีความชื้นมากขึ้นเมื่อพิมพ์ชั้นล่างในขณะที่ความชื้นพื้นผิวของปูนลดลงเนื่องจากการระเหยและความชื้นเมื่อพิมพ์ชั้นบนดังนั้นการยึดเกาะระหว่างชั้นล่างสุดจึงแข็งแกร่งขึ้น

1.4ผลของ HPMC ต่อจุลสัณฐานวิทยาของปูนพิมพ์ 3 มิติ

ภาพ SEM ของชิ้นงาน M-H0 และ M-H0.20 ที่อายุ 3 วันแสดงให้เห็นว่ารูพรุนบนพื้นผิวของชิ้นงาน M-H0.20 เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญหลังจากเพิ่ม HPMC 0.20% และขนาดรูพรุนมีขนาดใหญ่กว่าของ กลุ่มว่างเปล่า ในด้านหนึ่งเป็นเพราะ HPMC มีผลในการกักเก็บอากาศ ซึ่งจะทำให้รูขุมขนเล็กและสม่ำเสมอ ในทางกลับกัน อาจเป็นไปได้ว่าการเติม HPMC จะเพิ่มความหนืดของสารละลาย ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความต้านทานการปล่อยอากาศภายในสารละลาย การเพิ่มขึ้นอาจเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้คุณสมบัติทางกลของปูนลดลง โดยสรุป เพื่อให้มั่นใจถึงความแข็งแกร่งของปูนพิมพ์ 3D เนื้อหาของ HPMC ไม่ควรใหญ่เกินไป (≤ 0.20%)

สรุปแล้ว

(1) Hydroxypropyl methylcellulose HPMC ช่วยเพิ่มความสามารถในการพิมพ์ของปูน ด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ HPMC ความสามารถในการอัดรีดของปูนลดลงแต่ยังคงมีความสามารถในการอัดขึ้นรูปที่ดี ความสามารถในการวางซ้อนได้รับการปรับปรุง และสามารถพิมพ์ได้ เวลาที่ยืดเยื้อ ได้รับการตรวจสอบโดยการพิมพ์ว่าการเสียรูปของชั้นล่างสุดของปูนลดลงหลังจากเพิ่ม HPMC และอัตราส่วนบน-ล่างคือ 0.84 เมื่อปริมาณ HPMC เท่ากับ 0.20%

(2) HPMC ปรับปรุงคุณสมบัติทางรีโอโลจีของปูนพิมพ์ 3 มิติ ด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณ HPMC ความหนืดที่ชัดเจน ความเค้นผลผลิต และความหนืดพลาสติกของสารละลายเพิ่มขึ้น thixotropy จะเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลง และได้รับความสามารถในการพิมพ์ การปรับปรุง. จากมุมมองของกระแสวิทยา การเพิ่ม HPMC ยังสามารถปรับปรุงความสามารถในการพิมพ์ของปูนได้อีกด้วย หลังจากเพิ่ม HPMC แล้ว สารละลายยังคงเป็นไปตามแบบจำลองรีโอโลยีของบิงแฮม และความดีของความพอดี R2≥0.99

(3) หลังจากเพิ่ม HPMC แล้ว โครงสร้างจุลภาคและรูพรุนของวัสดุจะเพิ่มขึ้น ขอแนะนำว่าเนื้อหาของ HPMC ไม่ควรเกิน 0.20% มิฉะนั้นจะมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลของปูน ความแข็งแรงการยึดเกาะระหว่างชั้นต่างๆ ของปูนพิมพ์ 3D จะแตกต่างกันเล็กน้อย และจำนวนชั้น เมื่อลดลง ความแข็งแรงพันธะระหว่างชั้นปูนจะสูงขึ้น