O efecto de HPMC no morteiro de impresión 3D

1.1Influencia da HPMC na imprimibilidade dos morteiros de impresión 3D

1.1.1O efecto da HPMC na extruibilidade dos morteiros de impresión 3D

O grupo en branco M-H0 sen HPMC e os grupos de proba cun contido en HPMC de 0,05%, 0,10%, 0,20% e 0,30% deixáronse en repouso durante diferentes períodos de tempo, e despois probouse a fluidez.Pódese observar que a incorporación de HPMC reducirá notablemente a fluidez do morteiro;cando o contido de HPMC aumenta gradualmente do 0% ao 0,30%, a fluidez inicial do morteiro diminúe de 243 mm a 206, 191, 167 e 160 mm, respectivamente.HPMC é un polímero de alto peso molecular.Pódense enredar entre si para formar unha estrutura de rede, e a cohesión da suspensión de cemento pódese aumentar encapsulando compoñentes como Ca(OH) 2. Macroscópicamente, mellórase a cohesión do morteiro.Coa ampliación do tempo de repouso aumenta o grao de hidratación do morteiro.aumentou, a fluidez perdeuse co paso do tempo.A fluidez do grupo en branco M-H0 sen HPMC diminuíu rapidamente.No grupo experimental con 0,05%, 0,10%, 0,20% e 0,30% de HPMC, o grao de diminución da fluidez diminuíu co tempo e a fluidez do morteiro despois de permanecer 60 min foi de 180, 177, 164 e 155 mm, respectivamente. .A fluidez é do 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%.A incorporación de HPMC pode mellorar significativamente a capacidade de retención da fluidez do morteiro, que se debe á combinación de HPMC e moléculas de auga;por outra banda, HPMC pode formar unha película similar Ten unha estrutura de rede e envolve o cemento, o que reduce efectivamente a volatilización da auga no morteiro e ten un certo rendemento de retención de auga.Cabe destacar que cando o contido de HPMC é do 0,20%, a capacidade de retención da fluidez do morteiro alcanza o nivel máis alto.

A fluidez do morteiro de impresión 3D mesturado con diferentes cantidades de HPMC é de 160 ~ 206 mm.Debido aos diferentes parámetros da impresora, os intervalos recomendados de fluidez obtidos por diferentes investigadores son diferentes, como 150~190 mm, 160~170 mm.A partir da Figura 3, pódese ver intuitivamente. Pódese ver que a fluidez do morteiro de impresión 3D mesturado con HPMC está principalmente dentro do intervalo recomendado, especialmente cando o contido de HPMC é do 0,20%, a fluidez do morteiro dentro de 60 minutos o rango recomendado, que satisfaga a fluidez e apilabilidade adecuadas.Polo tanto, aínda que se reduce a fluidez do morteiro cunha cantidade adecuada de HPMC, o que leva a unha diminución da extruibilidade, aínda ten unha boa extruibilidade, que está dentro do intervalo recomendado.

1.1.2O efecto de HPMC sobre a apilabilidade dos morteiros de impresión 3D

No caso de non empregar unha plantilla, o tamaño da taxa de retención de forma baixo peso propio depende da tensión de fluencia do material, que está relacionada coa cohesión interna entre o purín e o árido.Dáse a retención de forma dos morteiros de impresión 3D con diferentes contidos de HPMC.A taxa de cambio co tempo de parada.Despois de engadir HPMC, a taxa de retención da forma do morteiro mellórase, especialmente na fase inicial e en reposo durante 20 min.Non obstante, coa extensión do tempo de repouso, o efecto de mellora de HPMC sobre a taxa de retención da forma do morteiro debilitouse gradualmente, o que se debe principalmente a A taxa de retención aumenta significativamente.Despois de estar en pé durante 60 minutos, só 0,20% e 0,30% de HPMC poden mellorar a taxa de retención da forma do morteiro.

Os resultados das probas de resistencia á penetración do morteiro de impresión 3D con diferentes contidos de HPMC móstranse na figura 5. A partir da figura 5 pódese ver que a resistencia á penetración xeralmente aumenta coa extensión do tempo de permanencia, que se debe principalmente ao fluxo do purín durante o proceso de hidratación do cemento.Evolucionou gradualmente nun sólido ríxido;nos primeiros 80 min, a incorporación de HPMC aumentou a resistencia á penetración, e co aumento do contido de HPMC, a resistencia á penetración aumentou.Canto maior sexa a resistencia á penetración, deformarase o material debido á carga aplicada Canto maior sexa a resistencia de HPMC, o que indica que HPMC pode mellorar a apilabilidade precoz do morteiro de impresión 3D.Dado que os enlaces de hidroxilo e éter na cadea de polímero de HPMC combínanse facilmente coa auga a través de enlaces de hidróxeno, o que resulta na redución gradual da auga libre e a conexión entre as partículas aumenta, a forza de fricción aumenta, polo que a resistencia á penetración precoz faise maior.Despois de permanecer durante 80 minutos, debido á hidratación do cemento, a resistencia á penetración do grupo en branco sen HPMC aumentou rapidamente, mentres que a resistencia á penetración do grupo de proba con HPMC aumentou A taxa non cambiou significativamente ata uns 160 min de pé.Segundo Chen et al., isto débese principalmente a que a HPMC forma unha película protectora arredor das partículas de cemento, o que prolonga o tempo de fraguado;Pourchez et al.conxecturaron que isto débese principalmente á fibra. Os produtos de degradación do éter simple (como os carboxilatos) ou os grupos metoxilo poden atrasar a hidratación do cemento ao retardar a formación de Ca(OH)2.Cabe destacar que, para evitar que o desenvolvemento da resistencia á penetración se vexa afectado pola evaporación da auga na superficie da mostra, este experimento realizouse nas mesmas condicións de temperatura e humidade.En xeral, HPMC pode mellorar eficazmente a apilabilidade do morteiro de impresión 3D na fase inicial, atrasar a coagulación e prolongar o tempo de impresión do morteiro de impresión 3D.

Entidade de morteiro de impresión 3D (lonxitude 200 mm × ancho 20 mm × grosor da capa 8 mm): o grupo en branco sen HPMC estaba gravemente deformado, colapsouse e tivo problemas de sangrado ao imprimir a sétima capa;O morteiro do grupo M-H0.20 ten boa capacidade de apilamiento.Despois de imprimir 13 capas, o ancho do bordo superior é de 16,58 mm, o ancho do bordo inferior é de 19,65 mm e a relación de arriba abaixo (a relación entre o ancho do bordo superior e o ancho do bordo inferior) é de 0,84.A desviación dimensional é pequena.Por iso, comprobouse mediante a impresión que a incorporación de HPMC pode mellorar significativamente a imprimibilidade do morteiro.A fluidez do morteiro ten unha boa extruibilidade e apilabilidade a 160 ~ 170 mm;A taxa de retención da forma é inferior ao 70 % está seriamente deformada e non pode cumprir os requisitos de impresión.

1.2Influencia da HPMC nas propiedades reolóxicas dos morteiros de impresión 3D

Dáse a viscosidade aparente da pasta pura baixo diferentes contidos de HPMC: co aumento da taxa de cizallamento, a viscosidade aparente da pasta pura diminúe e o fenómeno de adelgazamento por cizalla é baixo un alto contido de HPMC.É máis evidente.A cadea molecular de HPMC está desordenada e presenta unha viscosidade máis alta a baixa velocidade de cizallamento;pero a alta velocidade de cizallamento, as moléculas de HPMC móvense en paralelo e ordenadamente ao longo da dirección de cizallamento, o que fai que as moléculas sexan máis fáciles de deslizar, polo que a táboa A viscosidade aparente da suspensión é relativamente baixa.Cando a taxa de cizallamento é superior a 5,0 s-1, a viscosidade aparente de P-H0 no grupo en branco é basicamente estable dentro de 5 Pa s;mentres que a viscosidade aparente da suspensión aumenta despois de engadir HPMC, e mestúrase con HPMC.A adición de HPMC aumenta a fricción interna entre as partículas de cemento, o que aumenta a viscosidade aparente da pasta, e o rendemento macroscópico é que a extruibilidade do morteiro de impresión 3D diminúe.

Rexistrouse a relación entre o esforzo cortante e a taxa de cizallamento da suspensión pura no ensaio reolóxico e utilizouse o modelo de Bingham para axustar os resultados.Os resultados móstranse na Figura 8 e na Táboa 3. Cando o contido de HPMC foi do 0,30%, a taxa de cizalladura durante a proba foi superior a 32,5 Cando a viscosidade da suspensión supera o rango do instrumento en s-1, os datos correspondentes non se poden recoller puntos.Xeralmente, a área delimitada polas curvas ascendentes e descendentes na fase estable (10,0~50,0 s-1) utilízase para caracterizar a tixotropía do purín [21, 33].A tixotropía refírese á propiedade de que a suspensión ten unha gran fluidez baixo a acción da forza de cizallamento externa e pode volver ao seu estado orixinal despois de que se cancele a acción de cizallamento.A tixotropía adecuada é moi importante para a imprimibilidade do morteiro.Na figura 8 pódese ver que a área tixotrópica do grupo en branco sen HPMC era só de 116,55 Pa/s;despois de engadir o 0,10% de HPMC, a área tixotrópica da pasta neta aumentou significativamente ata 1 800,38 Pa/s;Co aumento de , a área tixotrópica da pasta diminuíu, pero aínda era 10 veces superior á do grupo en branco.Desde a perspectiva da tixotropía, a incorporación de HPMC mellorou moito a imprimibilidade do morteiro.

Para que o morteiro manteña a súa forma despois da extrusión e para soportar a carga da capa extruída posterior, o morteiro debe ter un límite de fluencia maior.Pódese ver na Táboa 3 que a tensión de fluencia τ0 da suspensión neta mellora significativamente despois de engadir HPMC, e é similar á HPMC.O contido de HPMC está correlacionado positivamente;cando o contido de HPMC é de 0,10 %, 0,20 % e 0,30 %, a tensión de fluencia da pasta neta aumenta a 8,6, 23,7 e 31,8 veces a do grupo en branco, respectivamente;a viscosidade plástica μ tamén aumenta co aumento do contido de HPMC.A impresión 3D require que a viscosidade plástica do morteiro non sexa demasiado pequena, se non, a deformación despois da extrusión será grande;ao mesmo tempo, debe manterse unha viscosidade plástica adecuada para garantir a consistencia da extrusión do material.En resumo, desde o punto de vista da reoloxía, a incorporación de HPMC ten un efecto positivo na mellora da apilabilidade do morteiro de impresión 3D.Despois de incorporar HPMC, a pasta pura segue conforme ao modelo reolóxico de Bingham e a bondade de axuste R2 non é inferior a 0,99.

1.3O efecto da HPMC nas propiedades mecánicas do morteiro de impresión 3D

Resistencia á compresión e á flexión de 28 d do morteiro de impresión 3D.Co aumento do contido de HPMC, a resistencia á compresión e á flexión de 28 d do morteiro de impresión 3D diminuíu;cando o contido de HPMC alcanzou o 0,30%, a resistencia a compresión de 28 d e as resistencias á flexión son 30,3 e 7,3 MPa, respectivamente.Os estudos demostraron que o HPMC ten un certo efecto de incorporación de aire e, se o seu contido é demasiado alto, a porosidade interna do morteiro aumentará significativamente;A resistencia á difusión aumenta e é difícil descargar todas.Polo tanto, o aumento da porosidade pode ser o motivo da diminución da resistencia do morteiro de impresión 3D causada pola HPMC.

O único proceso de moldeado por laminación da impresión 3D leva á existencia de áreas débiles na estrutura e nas propiedades mecánicas entre as capas adxacentes, e a forza de unión entre as capas ten unha gran influencia na resistencia global do compoñente impreso.Para a impresión en 3D, cortáronse mostras de morteiro mesturadas con HPMC M-H0.20 ao 0,20% e probouse a resistencia de unión entre capas mediante o método de división entre capas.A forza de unión entre capas das tres partes foi superior a 1,3 MPa;e cando o número de capas era baixo, a forza de unión entre capas era lixeiramente maior.A razón pode ser que, por un lado, a gravidade da capa superior fai que as capas inferiores se unan máis densamente;por outra banda, a superficie do morteiro pode ter máis humidade ao imprimir a capa inferior, mentres que a humidade superficial do morteiro redúcese debido á evaporación e hidratación ao imprimir a capa superior, polo que A unión entre as capas inferiores é máis forte.

1.4Efecto da HPMC na micromorfoloxía do morteiro de impresión 3D

As imaxes SEM dos exemplares M-H0 e M-H0.20 aos 3 días de idade mostran que os poros superficiais dos exemplares M-H0.20 aumentan significativamente despois de engadir un 0,20% de HPMC, e o tamaño dos poros é maior que o de M-H0.20. o grupo en branco.Isto Por unha banda, débese a que HPMC ten un efecto de arrastre de aire, que introduce poros uniformes e finos;por outra banda, pode ser que a adición de HPMC incremente a viscosidade da suspensión, aumentando así a resistencia de descarga do aire no interior da suspensión.O aumento pode ser o principal motivo da diminución das propiedades mecánicas do morteiro.En resumo, para garantir a resistencia do morteiro de impresión 3D, o contido de HPMC non debe ser demasiado grande (≤ 0,20%).

En conclusión

(1) A hidroxipropilmetilcelulosa HPMC mellora a imprimibilidade do morteiro.Co aumento do contido de HPMC, a extruibilidade do morteiro diminúe pero aínda ten unha boa extruibilidade, mellora a apilabilidade e o tempo imprimible prolóngase.Verificouse mediante a impresión que a deformación da capa inferior do morteiro redúcese despois de engadir HPMC e que a proporción superior e inferior é de 0,84 cando o contido de HPMC é do 0,20%.

(2) HPMC mellora as propiedades reolóxicas do morteiro de impresión 3D.Co aumento do contido de HPMC, a viscosidade aparente, a tensión de fluencia e a viscosidade plástica da suspensión aumentan;a tixotropía primeiro aumenta e despois diminúe e obtense a imprimibilidade.Mellora.Desde a perspectiva da reoloxía, engadir HPMC tamén pode mellorar a imprimibilidade do morteiro.Despois de engadir HPMC, o purín segue axustándose ao modelo reolóxico de Bingham e á bondade do axuste R2≥0,99.

(3) Despois de engadir HPMC, a microestrutura e os poros do material aumentan.Recoméndase que o contido de HPMC non supere o 0,20%, se non, terá un gran impacto nas propiedades mecánicas do morteiro.A forza de unión entre as diferentes capas do morteiro de impresión 3D é lixeiramente diferente e o número de capas. Cando é menor, a forza de unión entre as capas de morteiro é maior.