1.13D プリンティングモルタルの印刷適性に対する HPMC の影響
1.1.13D プリンティングモルタルの押出性に及ぼす HPMC の影響
ＨＰＭＣを含まないブランク群Ｍ－Ｈ０と、ＨＰＭＣ含有量０．０５％、０．１０％、０．２０％、０．３０％の試験群を異なる時間放置し、流動性を試験した。HPMC を導入するとモルタルの流動性が大幅に低下することがわかります。HPMC の含有量が 0% から 0.30% まで徐々に増加すると、モルタルの初期流動性はそれぞれ 243 mm から 206、191、167、および 160 mm に減少します。HPMCは高分子ポリマーです。これらは互いに絡み合って網目構造を形成し、Ca(OH) 2 などの成分をカプセル化することでセメントスラリーの凝集力を高めることができ、巨視的にはモルタルの凝集性が向上します。放置時間が長くなるとモルタルの水和度が高くなります。増加し、時間の経過とともに流動性が失われます。HPMCを含まないブランクグループM-H0の流動性は急速に低下した。HPMC 0.05%、0.10%、0.20%、0.30%の実験群では時間の経過とともに流動性の低下度合いが減少し、60分間放置後のモルタルの流動性はそれぞれ180、177、164、155mmとなった。 。流動性は87.3%、92.7%、98.2%、96.8%です。HPMC を組み込むと、モルタルの流動性の保持能力が大幅に向上します。これは、HPMC と水分子の組み合わせによるものです。一方、HPMC は同様の膜を形成することができます。網目構造を持ち、セメントを包み込むため、モルタル内の水分の揮発を効果的に低減し、一定の保水性能を備えています。注目すべきは、HPMCの含有量が0.20%の場合に、モルタルの流動性保持能力が最高レベルに達することである。
異なる量の HPMC を混合した 3D プリンティングモルタルの流動性は 160 ～ 206 mm です。プリンターのパラメーターが異なるため、研究者によって得られる推奨流動性範囲は異なります (150 ～ 190 mm、160 ～ 170 mm など)。図 3 から、HPMC と混合した 3D プリンティングモルタルの流動性がほぼ推奨範囲内にあることがわかります。特に HPMC 含有量が 0.20% の場合、60 分以内のモルタルの流動性は推奨範囲内にあります。適度な流動性と積層性を満足する推奨範囲です。したがって、ＨＰＭＣを適量添加するとモルタルの流動性が低下し、押出性が低下するものの、推奨範囲内の良好な押出性を有している。
1.1.23D プリンティングモルタルの積み重ね性に対する HPMC の影響
テンプレートを使用しない場合、自重による形状保持率の大きさは、スラリーと骨材の内部凝集力に関係する材料の降伏応力に依存します。異なる HPMC 含有量を含む 3D プリンティングモルタルの形状保持性が示されています。放置時間に対する変化率。HPMC添加後、特に初期および20分間放置時のモルタルの形状保持率が向上します。しかし、放置時間が長くなると、モルタルの形状保持率に対する HPMC の改善効果は徐々に弱まり、これは主に保持率が大幅に増加するためです。60分間放置後、0.20%と0.30%のHPMCのみがモルタルの形状保持率を向上させることができます。
異なる HPMC 含有量の 3D プリンティングモルタルの浸透抵抗試験結果を図 5 に示します。図 5 から、一般に放置時間の延長に伴って浸透抵抗が増加することがわかります。これは主に水の流れによるものです。セメント水和プロセス中のスラリー。それは徐々に硬い固体へと進化しました。最初の 80 分では、HPMC の組み込みにより貫通抵抗が増加し、HPMC の含有量の増加とともに貫通抵抗が増加しました。浸透抵抗が大きいほど、加えられた荷重による材料の変形が起こります。HPMC の抵抗が大きいほど、HPMC が 3D プリンティングモルタルの初期の積層性を向上させることができることを示しています。HPMCの高分子鎖上の水酸基やエーテル結合は水素結合により水と結合しやすいため、徐々に自由水が減少し粒子間の結合が増加し、摩擦力が増加するため初期貫通抵抗が大きくなります。80 分間放置した後、セメントの水和により、HPMC を含まないブランク グループの浸透抵抗は急速に増加しましたが、HPMC を含む試験グループの浸透抵抗は増加しました。その速度は放置の約 160 分まで大きく変化しませんでした。Chenらによると、これは主にHPMCがセメント粒子の周囲に保護膜を形成し、硬化時間が長くなることが原因であるという。プルシェら。これは主に繊維によるものであると推測されています。単純なエーテル分解生成物 (カルボン酸塩など) またはメトキシル基は、Ca(OH)2 の形成を遅らせてセメントの水和を遅らせる可能性があります。なお、試験片表面の水の蒸発による貫通抵抗の発現の影響を防ぐため、この実験は同じ温湿度条件下で実施した。全体として、HPMC は 3D 印刷モルタルの初期段階での積層性を効果的に改善し、凝固を遅らせ、3D 印刷モルタルの印刷可能時間を延長します。
3D プリンティング モルタル エンティティ (長さ 200 mm × 幅 20 mm × 層厚 8 mm): HPMC を含まないブランク グループは、7 番目の層を印刷するときにひどく変形、崩壊し、にじみの問題が発生しました。M-H0.20系モルタルは積み重ね性が良好です。13 層印刷後、上端幅は 16.58 mm、下端幅は 19.65 mm、上下比 (上端幅と下端幅の比) は 0.84 になります。寸法偏差が小さい。したがって、HPMC を配合するとモルタルの印刷適性が大幅に向上することが印刷により確認されました。モルタルの流動性は160～170mmでの押出性と積層性が良好です。形状保持率が 70 % 未満の場合は、著しく変形しており、印刷要件を満たせません。
1.23D プリンティングモルタルのレオロジー特性に対する HPMC の影響
異なるHPMC含有量の下での純粋パルプの見かけの粘度を示した:せん断速度の増加に伴い、純粋パルプの見かけの粘度は減少し、HPMC含有量が高い場合にはずり減粘現象が発生する。それはより明白です。HPMC 分子鎖は乱れており、低いせん断速度ではより高い粘度を示します。しかし、高いせん断速度では、HPMC 分子はせん断方向に沿って平行かつ整然と移動し、分子が滑りやすくなるため、テーブル上のスラリーの見かけの粘度は比較的低くなります。せん断速度が 5.0 s-1 より大きい場合、ブランク グループの P-H0 の見かけの粘度は 5 Pa s 以内で基本的に安定します。一方、HPMC を添加し、HPMC と混合すると、スラリーの見かけの粘度は増加します。HPMC を添加すると、セメント粒子間の内部摩擦が増加し、ペーストの見かけの粘度が増加します。また、巨視的な性能としては、3D プリンティング モルタルの押出性が低下します。
レオロジー試験における純粋なスラリーのせん断応力とせん断速度の関係が記録され、ビンガム モデルを使用して結果を当てはめました。結果を図 8 および表 3 に示します。 HPMC の含有量が 0.30% の場合、試験中のせん断速度は 32.5 を超えました。 スラリーの粘度が s-1 で機器の範囲を超える場合、対応するデータはポイントが貯まらない。一般に、安定段階 (10.0 ～ 50.0 s-1) の上昇曲線と下降曲線で囲まれた面積は、スラリーのチキソトロピーを特徴付けるために使用されます [21、33]。チキソトロピーとは、スラリーが外力によるせん断作用を受けると大きな流動性を示し、せん断作用が解除されると元の状態に戻る性質を指します。適切なチキソトロピー性はモルタルの印刷適性にとって非常に重要です。図 8 から、HPMC を含まないブランク グループのチキソトロピー面積はわずか 116.55 Pa/s であったことがわかります。0.10%のHPMCを添加した後、正味ペーストのチキソトロピー面積は1800.38Pa/sまで大幅に増加した。の増加に伴い、ペーストのチキソトロピー面積は減少しましたが、それでもブランクグループのチキソトロピー面積よりも 10 倍高かったです。チキソトロピーの観点から見ると、HPMC の導入によりモルタルの印刷適性が大幅に向上しました。
モルタルが押出後にその形状を維持し、その後の押出層の荷重に耐えるためには、モルタルはより高い降伏応力を有する必要があります。表３から、ＨＰＭＣを添加した後、ネットスラリーの降伏応力τ０が大幅に改善され、ＨＰＭＣと同様であることが分かる。HPMC の内容は正の相関があります。HPMC の含有量が 0.10%、0.20%、および 0.30% の場合、正味ペーストの降伏応力は、ブランク グループの降伏応力のそれぞれ 8.6、23.7、および 31.8 倍に増加します。プラスチック粘度μも HPMC の含有量の増加に伴って増加します。3D プリンティングでは、モルタルの塑性粘度が小さすぎてはいけないことが必要です。小さすぎると、押し出し後の変形が大きくなります。同時に、材料の押出の一貫性を確保するために、適切なプラスチック粘度を維持する必要があります。要約すると、レオロジーの観点から見ると、HPMC の導入は 3D プリンティングモルタルの積層性の向上にプラスの効果をもたらします。HPMC を組み込んだ後でも、純粋なペーストはビンガムレオロジーモデルに準拠しており、適合度 R2 は 0.99 以上です。
1.33D プリンティングモルタルの機械的特性に対する HPMC の影響
3D プリントモルタルの圧縮強度と曲げ強度は 28 d。HPMC 含有量の増加に伴い、3D プリンティングモルタルの 28 d 圧縮強度と曲げ強度は減少しました。HPMCの含有量が0.30％に達すると、28日圧縮強度は30.3MPa、曲げ強度は7.3MPaとなる。研究によると、HPMC には一定の空気連行効果があり、その含有量が多すぎるとモルタルの内部空隙率が大幅に増加します。拡散抵抗が大きくなり、完全に放電することが困難になります。したがって、気孔率の増加が、HPMC による 3D プリンティングモルタルの強度低下の原因である可能性があります。
3D プリントの独自の積層成形プロセスにより、隣接する層間に構造と機械的特性に弱い領域が存在し、層間の接着強度がプリントされたコンポーネントの全体的な強度に大きな影響を与えます。3D プリント用に、0.20% HPMC M-H0.20 を混合したモルタル試験片を切断し、層間分割法により層間接着強度をテストしました。3 つの部品の層間接着強度は 1.3 MPa より高かった。層数が少ない場合、層間接着強度はわずかに高かった。その理由は、一方では上層の重力により下層の結合がより密になるためであると考えられます。一方、下層を印刷する際にはモルタル表面の水分が多くなりますが、上層を印刷する際には蒸発や水和によりモルタル表面の水分が減少するため、下層間の結合はより強固になります。
1.43D プリンティングモルタルの微細形態に対する HPMC の影響
3 日後の M-H0 および M-H0.20 試験片の SEM 画像は、M-H0.20 試験片の表面細孔が 0.20% HPMC の添加後に大幅に増加し、細孔サイズが M-H0.20 試験片の細孔サイズよりも大きいことを示しています。空白のグループ。これは、一方では、HPMC に空気連行効果があり、均一で微細な細孔が導入されるためです。一方、HPMC の添加によりスラリーの粘度が増加し、それによってスラリー内の空気の排出抵抗が増加する可能性があります。この増加がモルタルの機械的特性の低下の主な理由である可能性があります。要約すると、3D プリンティングモルタルの強度を確保するには、HPMC の含有量が多すぎてはなりません (≤ 0.20%)。
結論は
(1) ヒドロキシプロピルメチルセルロース HPMC はモルタルの印刷適性を向上させます。HPMCの含有量が増加すると、モルタルの押出性は低下しますが、それでも良好な押出性を有し、積み重ね性が向上し、印刷可能時間が延長されます。HPMC添加後はモルタル下層の変形が軽減され、HPMC含有量が0.20%の場合、上下比が0.84となることが印刷により確認されている。
(2) HPMC は 3D プリンティングモルタルのレオロジー特性を向上させます。HPMC 含有量が増加すると、スラリーの見かけの粘度、降伏応力、および塑性粘度が増加します。チキソトロピーが最初に増加し、その後減少し、印刷適性が得られます。改善。レオロジーの観点から見ると、HPMC を添加するとモルタルの印刷適性も向上します。HPMC を添加した後でも、スラリーはビンガムレオロジーモデルに準拠しており、適合度 R2≧0.99 です。
(3) HPMC を添加すると、材料の微細構造と細孔が増加します。HPMC の含有量は 0.20% を超えないようにすることをお勧めします。0.20% を超えないと、モルタルの機械的特性に大きな影響を与えます。3Dプリントモルタルの各層間の接着強度は若干異なり、層数が低いほどモルタル層間の接着強度は高くなります。
投稿日時: 2022 年 9 月 27 日