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 molekulatömegű 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, 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 habarcsban lévő víz elpárolgását 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 az eredmények illesztésére a Bingham-modellt alkalmaztuk.Az eredmények a 8. ábrán és a 3. táblázatban láthatók. Ha a HPMC-tartalom 0,30% volt, a nyírási sebesség a vizsgálat során nagyobb volt, mint 32,5 Ha a zagy 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 vakcsoport tixotróp területe HPMC nélkül 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, 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 napos 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%).
Következtetésképpen
(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