השפעת HPMC על טיט להדפסת תלת מימד

1.1השפעת HPMC על יכולת ההדפסה של מרגמות להדפסת תלת מימד

1.1.1השפעת HPMC על יכולת היציאה של מרגמות להדפסת תלת מימד

הקבוצה הריקה M-H0 ללא HPMC וקבוצות הבדיקה עם תכולת HPMC של 0.05%, 0.10%, 0.20% ו-0.30% הורשו לעמוד לפרקי זמן שונים, ולאחר מכן נבדקה הנזילות.ניתן לראות ששילוב HPMC זה יפחית משמעותית את נזילות המרגמה;כאשר התוכן של HPMC גדל בהדרגה מ-0% ל-0.30%, הנזילות הראשונית של המרגמה יורדת מ-243 מ"מ ל-206, 191, 167 ו-160 מ"מ, בהתאמה.HPMC הוא פולימר מולקולרי גבוה.ניתן להסתבך זה עם זה ליצירת מבנה רשת, וניתן להגביר את הלכידות של תרחית המלט על ידי עטיפה של רכיבים כגון Ca(OH) 2. מבחינה מקרוסקופית, הלכידות של המרגמה משתפרת.עם הארכת זמן העמידה עולה מידת ההידרציה של המרגמה.גדל, הנזילות אבדה עם הזמן.הנזילות של הקבוצה הריקה M-H0 ללא HPMC ירדה במהירות.בקבוצת הניסוי עם 0.05%, 0.10%, 0.20% ו-0.30% HPMC, מידת הירידה בנזילות ירדה עם הזמן, והנזילות של טיט לאחר עמידה של 60 דקות הייתה 180, 177, 164 ו-155 מ"מ, בהתאמה. .הנזילות היא 87.3%, 92.7%, 98.2%, 96.8%.השילוב של HPMC יכול לשפר משמעותית את יכולת השימור של נזילות המרגמה, הנובעת מהשילוב של HPMC ומולקולות מים;מצד שני, HPMC יכול ליצור סרט דומה. יש לו מבנה רשת ועוטף את המלט, מה שמפחית ביעילות את הנידוף המים במרגמה ויש לו ביצועים מסוימים לאגירת מים.ראוי לציין שכאשר תכולת HPMC היא 0.20%, יכולת השמירה של נזילות המרגמה מגיעה לרמה הגבוהה ביותר.

נזילות המרגמה להדפסת תלת מימד מעורבת בכמויות שונות של HPMC היא 160~206 מ"מ.בשל הפרמטרים השונים של המדפסת, טווחי הנזילות המומלצים המתקבלים על ידי חוקרים שונים שונים, כגון 150~190 מ"מ, 160~170 מ"מ.מאיור 3 ניתן לראות באופן אינטואיטיבי ניתן לראות שהנזילות של טיט הדפסת תלת מימד מעורבב עם HPMC היא ברובה בטווח המומלץ, במיוחד כאשר תכולת HPMC היא 0.20%, נזילות המרגמה בתוך 60 דקות היא בטווח הטווח המומלץ, אשר עונה על הנזילות והיכולת הערימה המתאימה.לכן, למרות שהנזילות של המרגמה עם כמות מתאימה של HPMC מופחתת, מה שמוביל לירידה בכושר היציאה, עדיין יש לה כושר שחול טוב, שנמצא בטווח המומלץ.

1.1.2השפעת HPMC על יכולת הערמה של מרגמות להדפסת תלת מימד

במקרה של אי שימוש בתבנית, גודל קצב שמירת הצורה תחת משקל עצמי תלוי במתח התפוקה של החומר, הקשור ללכידות הפנימית בין התרחיץ והאגרגט.ניתנת שמירת הצורה של מרגמות להדפסת תלת מימד עם תכולת HPMC שונה.קצב השינוי עם זמן עמידה.לאחר הוספת HPMC, קצב שמירת הצורה של טיט משתפר, במיוחד בשלב הראשוני ובעמידה של 20 דקות.עם זאת, עם הארכת זמן העמידה, השפעת השיפור של HPMC על קצב שמירת הצורה של טיט נחלשה בהדרגה, מה שנבע בעיקר משיעור השמירה עולה באופן משמעותי.לאחר עמידה של 60 דקות, רק 0.20% ו-0.30% HPMC יכולים לשפר את שיעור שמירת הצורה של טיט.

תוצאות בדיקת התנגדות החדירה של טיט להדפסת תלת מימד עם תכולות HPMC שונות מוצגות באיור 5. ניתן לראות באיור 5 שהתנגדות החדירה עולה בדרך כלל עם הארכת זמן העמידה, הנובעת בעיקר מהזרימה של slurry במהלך תהליך הידרציה של המלט.הוא התפתח בהדרגה למוצק נוקשה;ב-80 הדקות הראשונות, שילוב HPMC הגביר את עמידות החדירה, ועם העלייה בתכולת HPMC, עמידות החדירה עלתה.ככל שעמידות החדירה גדולה יותר, העיוות של החומר עקב העומס המופעל כך ההתנגדות של HPMC גדולה יותר, מה שמעיד על כך ש- HPMC יכולה לשפר את יכולת הערימה המוקדמת של טיט להדפסת תלת מימד.מכיוון שקשרי ההידרוקסיל והאתר בשרשרת הפולימר של HPMC משולבים בקלות עם מים באמצעות קשרי מימן, וכתוצאה מכך הפחתה הדרגתית של מים חופשיים והחיבור בין החלקיקים גדל, כוח החיכוך גדל, ולכן התנגדות החדירה המוקדמת הופכת גדולה יותר.לאחר עמידה של 80 דקות, עקב הידרציה של מלט, עמידות החדירה של הקבוצה הריקה ללא HPMC עלתה במהירות, בעוד שעמידות החדירה של קבוצת הבדיקה עם HPMC עלתה הקצב לא השתנה באופן משמעותי עד כ-160 דקות של עמידה.לדברי חן וחב', הסיבה לכך היא בעיקר כי HPMC יוצר סרט מגן סביב חלקיקי הצמנט, מה שמאריך את זמן ההתיישנות;Pourchez et al.משערים שזה נובע בעיקר מסיבים תוצרי פירוק אתר פשוטים (כגון קרבוקסילטים) או קבוצות מתוקסיל יכולים לעכב הידרציה של צמנט על ידי עיכוב היווצרות של Ca(OH)2.ראוי לציין שכדי למנוע מהתפתחות עמידות לחדירה להיות מושפעת מאידוי מים על פני הדגימה, ניסוי זה בוצע באותם תנאי טמפרטורה ולחות.ככלל, HPMC יכולה לשפר ביעילות את יכולת הערימות של טיט ההדפסה התלת מימדית בשלב הראשוני, לעכב את הקרישה ולהאריך את זמן ההדפסה של טיט ההדפסה התלת מימדית.

ישות טיט להדפסת תלת מימד (אורך 200 מ"מ × רוחב 20 מ"מ × עובי שכבה 8 מ"מ): הקבוצה הריקה ללא HPMC הייתה מעוותת קשות, קרסה והיו לה בעיות דימום בעת הדפסת השכבה השביעית;לטיט מקבוצת M-H0.20 יש יכולת הערמה טובה.לאחר הדפסה של 13 שכבות, רוחב הקצה העליון הוא 16.58 מ"מ, רוחב הקצה התחתון הוא 19.65 מ"מ, והיחס העליון לתחתון (היחס בין רוחב הקצה העליון לרוחב הקצה התחתון) הוא 0.84.סטיית מימד קטנה.לכן, אומת בהדפסה ששילוב HPMC יכול לשפר משמעותית את יכולת ההדפסה של טיט.לנזילות המרגמה יש יכולת שחול טובה ויכולת הערמה ב-160 ~ 170 מ"מ;שיעור שמירת הצורה הוא פחות מ-70% הוא מעוות חמור ואינו יכול לעמוד בדרישות ההדפסה.

1.2השפעת HPMC על תכונות ריאולוגיות של מרגמות הדפסת תלת מימד

ניתנת הצמיגות הנראית של עיסת טהורה תחת תכולת HPMC שונה: עם העלייה בקצב הגזירה, הצמיגות הנראית של עיסת טהורה יורדת, ותופעת דילול הגזירה היא תחת תכולת HPMC גבוהה.זה ברור יותר.השרשרת המולקולרית HPMC אינה מסודרת ומציגה צמיגות גבוהה יותר בקצב גזירה נמוך;אך בקצב גזירה גבוה, מולקולות HPMC נעות במקביל ומסודר לאורך כיוון הגזירה, מה שהופך את המולקולות לקל יותר להחליק, כך שהטבלה. הצמיגות הנראית לעין של התרחיץ נמוכה יחסית.כאשר קצב הגזירה גדול מ-5.0 s-1, הצמיגות הנראית לעין של P-H0 בקבוצה הריקה היא יציבה בעצם בתוך 5 Pa s;בעוד שהצמיגות הנראית לעין של התרחיץ עולה לאחר הוספת HPMC, והיא מעורבבת עם HPMC.התוספת של HPMC מגבירה את החיכוך הפנימי בין חלקיקי הצמנט, מה שמגביר את הצמיגות הנראית לעין של המשחה, והביצועים המקרוסקופיים הם שכושר ההשחול של טיט ההדפסה התלת מימד פוחת.

הקשר בין מתח הגזירה וקצב הגזירה של התרחיץ הטהור בבדיקה הריאולוגית תועד, ומודל Bingham שימש כדי להתאים את התוצאות.התוצאות מוצגות באיור 8 ובטבלה 3. כאשר התוכן של HPMC היה 0.30%, קצב הגזירה במהלך הבדיקה היה גדול מ-32.5 כאשר צמיגות התרחיץ חורגת מטווח המכשיר ב-s-1, הנתונים התואמים לא ניתן לאסוף נקודות.בדרך כלל, השטח המוקף על ידי העקומות העולות והיורדות בשלב היציב (10.0~50.0 s-1) משמש לאפיון הטיקסוטרופיה של התרחיץ [21, 33].Thixotropy מתייחסת לתכונה שלרפס יש נזילות רבה בפעולת גזירת כוח חיצוני, ויכולה לחזור למצבה המקורי לאחר ביטול פעולת הגזירה.טיקסוטרופיה מתאימה חשובה מאוד ליכולת ההדפסה של המרגמה.ניתן לראות מאיור 8 שהאזור התיקוטרופי של הקבוצה הריקה ללא HPMC היה רק ​​116.55 Pa/s;לאחר הוספת 0.10% של HPMC, השטח התיקוטרופי של משחת הרשת גדל באופן משמעותי ל-1,800.38 Pa/s;עם העלייה של , השטח התיקוטרופי של הדבק ירד, אך הוא עדיין היה גבוה פי 10 מזה של הקבוצה הריקה.מנקודת המבט של טיקוטרופיה, שילוב HPMC שיפר מאוד את יכולת ההדפסה של המרגמה.

על מנת שהטיט ישמור על צורתו לאחר האקסטרוזיה ותעמוד בעומס של השכבה שחולצה לאחר מכן, המרגמה צריכה להיות בעלת מתח תנובה גבוה יותר.ניתן לראות מטבלה 3 שמתח התשואה τ0 של הרחצה נטו משתפר משמעותית לאחר הוספת HPMC, והוא דומה ל-HPMC.התוכן של HPMC נמצא בקורלציה חיובית;כאשר התוכן של HPMC הוא 0.10%, 0.20% ו-0.30%, מתח התפוקה של הדבק נטו עולה ל-8.6, 23.7 ו-31.8 פעמים מזה של הקבוצה הריקה, בהתאמה;גם הצמיגות הפלסטית μ עולה עם העלייה בתכולת HPMC.הדפסת תלת מימד מחייבת שהצמיגות הפלסטית של המרגמה לא תהיה קטנה מדי, אחרת העיוות לאחר האקסטרוזיה יהיה גדול;במקביל, יש לשמור על צמיגות פלסטית מתאימה כדי להבטיח את העקביות של שחול החומר.לסיכום, מנקודת מבט של ריאולוגיה, לשילוב של HPMC יש השפעה חיובית על שיפור יכולת הערימות של טיט להדפסת תלת מימד.לאחר שילוב HPMC, המשחה הטהורה עדיין תואמת את המודל הריאולוגי של Bingham, וטובת ההתאמה R2 אינה נמוכה מ-0.99.

1.3השפעת HPMC על התכונות המכניות של טיט להדפסת תלת מימד

חוזק לחיצה וחוזק כיפוף של 28 ד' של טיט להדפסת תלת מימד.עם העלייה בתכולת HPMC, 28 ד' חוזק הדחיסה והכיפוף של טיט להדפסת תלת מימד ירד;כאשר תכולת HPMC הגיעה ל-0.30%, חוזק הלחיצה של 28 d וחוזק הכיפוף הוא 30.3 ו-7.3 MPa, בהתאמה.מחקרים הראו כי ל-HPMC יש אפקט סחף אוויר מסוים, ואם תכולתו גבוהה מדי, הנקבוביות הפנימית של המרגמה תגדל באופן משמעותי;התנגדות הדיפוזיה גדלה וקשה לפרוק את כולם.לכן, עליית הנקבוביות עשויה להיות הסיבה לירידה בחוזק של טיט להדפסת תלת מימד הנגרמת על ידי HPMC.

תהליך יציקת הלמינציה הייחודי של הדפסת תלת מימד מוביל לקיומם של אזורים חלשים במבנה ובתכונות מכניות בין שכבות סמוכות, ולחוזק ההדבקה בין השכבות יש השפעה רבה על החוזק הכללי של הרכיב המודפס.עבור הדפסת תלת מימד נחתכו דגימות מרגמה מעורבות עם 0.20% HPMC M-H0.20, וחוזק הקשר הבין-שכבתי נבדק בשיטת הפיצול הבין-שכבתי.חוזק הקשר הבין-שכבתי של שלושת החלקים היה גבוה מ-1.3 MPa;וכאשר מספר השכבות היה נמוך, חוזק הקשר בין השכבות היה מעט גבוה יותר.הסיבה עשויה להיות שמצד אחד, כוח המשיכה של השכבה העליונה הופך את השכבות התחתונות לקשר צפוף יותר;מצד שני, על פני הטיט עשויה להיות יותר לחות בעת הדפסת השכבה התחתונה, בעוד שלחות פני הטיט מופחתת עקב אידוי והידרציה בעת הדפסת השכבה העליונה, כך שהקשר בין השכבות התחתונות חזק יותר.

1.4השפעת HPMC על המיקרומורפולוגיה של טיט להדפסה תלת מימדית

תמונות SEM של דגימות M-H0 ו-M-H0.20 בגיל 3 מראות כי נקבוביות פני השטח של דגימות M-H0.20 מוגדלות באופן משמעותי לאחר הוספת 0.20% HPMC, וגודל הנקבוביות גדול מזה של הקבוצה הריקה.זה מצד אחד, זה בגלל HPMC יש אפקט סחף אוויר, אשר מציגה נקבוביות אחידות ועדינות;מצד שני, יכול להיות שתוספת HPMC מגבירה את צמיגות התרחיץ, ובכך מגבירה את התנגדות הפריקה של האוויר בתוך התרחיץ.העלייה עשויה להיות הסיבה העיקרית לירידה בתכונות המכניות של המרגמה.לסיכום, על מנת להבטיח את חוזק המרגמה להדפסת תלת מימד, התוכן של HPMC לא צריך להיות גדול מדי (≤ 0.20%).

לסיכום

(1) Hydroxypropyl methylcellulose HPMC משפר את יכולת ההדפסה של המרגמה.עם העלייה בתכולת ה-HPMC, יכולת האקסטרוד של המרגמה יורדת אך עדיין יש לה כושר שחול טוב, יכולת הערימה משופרת והניתנות להדפסה. הזמן מתארך.אומת על ידי הדפסה שהדפורמציה של השכבה התחתונה של המרגמה מופחתת לאחר הוספת HPMC, והיחס העליון-תחתון הוא 0.84 כאשר תכולת HPMC היא 0.20%.

(2) HPMC משפר את התכונות הריאולוגיות של טיט להדפסת תלת מימד.עם העלייה בתכולת HPMC, הצמיגות הנראית לעין, מתח התשואה והצמיגות הפלסטית של התרחיץ גדלים;תחילה גדלה תחילה ולאחר מכן יורדת, ומתקבלת יכולת ההדפסה.הַשׁבָּחָה.מנקודת המבט של ריאולוגיה, הוספת HPMC יכולה גם לשפר את יכולת ההדפסה של המרגמה.לאחר הוספת HPMC, התרחיץ עדיין תואם את המודל הריאולוגי של Bingham, וההתאמה הטובה R2≥0.99.

(3) לאחר הוספת HPMC, המיקרו-מבנה והנקבוביות של החומר גדלים.מומלץ שתכולת HPMC לא תעלה על 0.20%, אחרת תהיה לכך השפעה רבה על התכונות המכניות של המרגמה.חוזק ההדבקה בין שכבות שונות של טיט להדפסת תלת מימד שונה במקצת, ומספר השכבות כאשר הוא נמוך יותר, חוזק הקשר בין שכבות המרגמה גבוה יותר.