HPMC-ის ეფექტი 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნებზე

1.1HPMC-ის გავლენა 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების ამობეჭდვაზე

1.1.1HPMC-ის ეფექტი 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების ექსტრუდულობაზე

ცარიელი ჯგუფი M-H0 HPMC-ის გარეშე და სატესტო ჯგუფები HPMC-ის შემცველობით 0.05%, 0.10%, 0.20% და 0.30% მიეცათ დგომის უფლებას სხვადასხვა პერიოდის განმავლობაში, შემდეგ კი სითხის ტესტირება მოხდა.ჩანს, რომ HPMC-ის ჩართვა ეს მნიშვნელოვნად შეამცირებს ნაღმტყორცნების სითხეს;როდესაც HPMC-ის შემცველობა თანდათან იზრდება 0%-დან 0,30%-მდე, ნაღმტყორცნების საწყისი სითხე მცირდება 243 მმ-დან 206, 191, 167 და 160 მმ-მდე შესაბამისად.HPMC არის მაღალმოლეკულური პოლიმერი.ისინი შეიძლება ერთმანეთთან იყოს ჩახლართული, რათა შექმნან ქსელის სტრუქტურა, და ცემენტის შლამის შეკრულობა შეიძლება გაიზარდოს ისეთი კომპონენტების ჩაკეტვით, როგორიცაა Ca(OH) 2. მაკროსკოპული თვალსაზრისით, ხსნარის შეკრულობა გაუმჯობესებულია.დგომის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად იზრდება ნაღმტყორცნების დატენიანების ხარისხი.გაიზარდა, სითხის დაკარგვა დროთა განმავლობაში.M-H0 ცარიელი ჯგუფის სითხე HPMC-ის გარეშე სწრაფად შემცირდა.ექსპერიმენტულ ჯგუფში 0.05%, 0.10%, 0.20% და 0.30% HPMC, სითხის შემცირების ხარისხი დროთა განმავლობაში მცირდებოდა, ხოლო ნაღმტყორცნების სითხე 60 წუთის განმავლობაში დგომის შემდეგ იყო შესაბამისად 180, 177, 164 და 155 მმ. .სითხე არის 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%.HPMC-ის ჩართვამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს ნაღმტყორცნების სითხის შეკავების უნარი, რაც განპირობებულია HPMC-ისა და წყლის მოლეკულების კომბინაციით;მეორეს მხრივ, HPMC-ს შეუძლია შექმნას მსგავსი ფილმი მას აქვს ქსელური სტრუქტურა და ახვევს ცემენტს, რაც ეფექტურად ამცირებს წყლის აორთქლებას ნაღმტყორცნებში და აქვს წყლის შეკავების გარკვეული მოქმედება.აღსანიშნავია, რომ როდესაც HPMC-ის შემცველობა არის 0.20%, ნაღმტყორცნების სითხის შეკავების უნარი აღწევს უმაღლეს დონეს.

3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნის სითხე, რომელიც შერეულია სხვადასხვა რაოდენობით HPMC-თან არის 160~206 მმ.პრინტერის სხვადასხვა პარამეტრების გამო, სხვადასხვა მკვლევარის მიერ მიღებული სითხის რეკომენდებული დიაპაზონი განსხვავებულია, მაგალითად, 150-190 მმ, 160-170 მმ.სურათი 3-დან ჩანს ინტუიციურად. ჩანს, რომ HPMC-თან შერეული 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნის სითხე ძირითადად რეკომენდებულ დიაპაზონშია, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც HPMC შემცველობა არის 0.20%, ნაღმტყორცნების სითხე 60 წუთში არის ფარგლებში. რეკომენდებული დიაპაზონი, რომელიც აკმაყოფილებს შესაბამის სითხესა და დაწყობადობას.ამიტომ, მიუხედავად იმისა, რომ ნაღმტყორცნების სითხის სითხე შემცირებულია HPMC-ის შესაბამისი რაოდენობით, რაც იწვევს ამოწურვის დაქვეითებას, მას მაინც აქვს კარგი ამოწურვა, რაც რეკომენდებული დიაპაზონის ფარგლებშია.

1.1.2HPMC-ის ეფექტი 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების დაწყობაზე

შაბლონის გამოუყენებლობის შემთხვევაში, ფორმის შენარჩუნების სიხშირე თვითწონის პირობებში დამოკიდებულია მასალის მოსავლიან სტრესზე, რომელიც დაკავშირებულია შლაპსა და აგრეგატს შორის შიდა შეკრულობასთან.მოცემულია 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების ფორმის შენარჩუნება სხვადასხვა HPMC შიგთავსით.ცვლილების სიჩქარე დგომის დროს.HPMC-ის დამატების შემდეგ უმჯობესდება ნაღმტყორცნების ფორმის შენარჩუნების სიჩქარე, განსაკუთრებით საწყის ეტაპზე და დგომა 20 წთ.თუმცა, დგომის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად, HPMC-ის გაუმჯობესების ეფექტი ნაღმტყორცნების ფორმის შენარჩუნების სიჩქარეზე თანდათან შესუსტდა, რაც ძირითადად განპირობებული იყო შეკავების სიჩქარის საგრძნობლად მატებით.60 წუთის დგომის შემდეგ, მხოლოდ 0.20% და 0.30% HPMC შეუძლია გააუმჯობესოს ნაღმტყორცნების ფორმის შენარჩუნების მაჩვენებელი.

3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების შეღწევადობის წინააღმდეგობის ტესტის შედეგები სხვადასხვა HPMC შიგთავსით ნაჩვენებია სურათზე 5. სურათი 5-დან ჩანს, რომ შეღწევადობის წინააღმდეგობა ზოგადად იზრდება დგომის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად, რაც ძირითადად განპირობებულია ნაკადის ნაკადით. ცემენტის ჰიდრატაციის პროცესის დროს ნალექი.იგი თანდათან გადაიქცა ხისტ მყარად;პირველ 80 წუთში HPMC-ის ჩართვამ გაზარდა შეღწევადობის წინააღმდეგობა, ხოლო HPMC-ის შემცველობის მატებასთან ერთად გაიზარდა შეღწევადობის წინააღმდეგობა.რაც უფრო დიდია შეღწევადობის წინააღმდეგობა, მასალის დეფორმაცია გამოყენებული დატვირთვის გამო მით უფრო დიდია HPMC-ის წინააღმდეგობა, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ HPMC-ს შეუძლია გააუმჯობესოს 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების ადრეული დაწყობა.ვინაიდან HPMC-ის პოლიმერულ ჯაჭვზე ჰიდროქსილისა და ეთერის ბმები ადვილად ერწყმის წყალს წყალბადური ბმების მეშვეობით, რაც იწვევს თავისუფალი წყლის თანდათანობით შემცირებას და ნაწილაკებს შორის კავშირის ზრდას, იზრდება ხახუნის ძალა, ამიტომ ადრეული შეღწევადობის წინააღმდეგობა უფრო დიდი ხდება.80 წუთის განმავლობაში დგომის შემდეგ, ცემენტის დატენიანების გამო, HPMC-ის გარეშე ცარიელი ჯგუფის შეღწევადობის წინააღმდეგობა სწრაფად გაიზარდა, ხოლო HPMC ტესტის ჯგუფის შეღწევადობის წინააღმდეგობა გაიზარდა. სიჩქარე მნიშვნელოვნად არ შეცვლილა დგომამდე დაახლოებით 160 წთ.ჩენის და სხვების აზრით, ეს ძირითადად იმიტომ ხდება, რომ HPMC ქმნის დამცავ ფენას ცემენტის ნაწილაკების გარშემო, რაც ახანგრძლივებს დამაგრების დროს;პურჩესი და სხვ.ვარაუდობენ, რომ ეს ძირითადად ბოჭკოების გამო ხდება ეთერის დეგრადაციის მარტივ პროდუქტებს (როგორიცაა კარბოქსილატები) ან მეთოქსილის ჯგუფებს შეუძლიათ შეანელონ ცემენტის ჰიდრატაცია Ca(OH)2-ის წარმოქმნის შეფერხებით.აღსანიშნავია, რომ შეღწევადობის წინააღმდეგობის განვითარების თავიდან ასაცილებლად ნიმუშის ზედაპირზე წყლის აორთქლებამ გავლენა მოახდინა, ეს ექსპერიმენტი ჩატარდა იმავე ტემპერატურისა და ტენიანობის პირობებში.მთლიანობაში, HPMC-ს შეუძლია ეფექტურად გააუმჯობესოს 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების დაწყობა საწყის ეტაპზე, შეაფერხოს კოაგულაცია და გაახანგრძლივოს 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების დაბეჭდვის დრო.

3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნებიანი ერთეული (სიგრძე 200 მმ × სიგანე 20 მმ × ფენის სისქე 8 მმ): ცარიელი ჯგუფი HPMC-ის გარეშე იყო ძლიერ დეფორმირებული, ჩამოინგრა და ჰქონდა სისხლდენის პრობლემები მეშვიდე ფენის დაბეჭდვისას;M-H0.20 ჯგუფის ნაღმტყორცნებს აქვს კარგი დაწყობა.13 ფენის დაბეჭდვის შემდეგ ზედა კიდის სიგანეა 16,58 მმ, ქვედა კიდის სიგანე 19,65 მმ და ზედა ქვევით შეფარდება (ზედა კიდის სიგანის შეფარდება ქვედა კიდის სიგანესთან) არის 0,84.განზომილების გადახრა მცირეა.ამიტომ, ბეჭდვით დადასტურდა, რომ HPMC-ის ჩართვამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს ნაღმტყორცნების ბეჭდვის უნარი.ნაღმტყორცნების სითხეს აქვს კარგი ამოწურვა და დაწყობა 160~170 მმ-ზე;ფორმის შენარჩუნების მაჩვენებელი 70%-ზე ნაკლებია, სერიოზულად დეფორმირებულია და ვერ აკმაყოფილებს ბეჭდვის მოთხოვნებს.

1.2HPMC-ის გავლენა 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების რეოლოგიურ თვისებებზე

მოცემულია სუფთა რბილობის აშკარა სიბლანტე HPMC-ის სხვადასხვა შემცველობის პირობებში: ათვლის სიჩქარის მატებასთან ერთად, სუფთა რბილობის აშკარა სიბლანტე მცირდება და ათვლის გათხელების ფენომენი ხდება HPMC მაღალი შემცველობის პირობებში.უფრო აშკარაა.HPMC მოლეკულური ჯაჭვი მოუწესრიგებელია და აჩვენებს უფრო მაღალ სიბლანტეს დაბალი ათვლის სიჩქარით;მაგრამ მაღალი ათვლის სიჩქარით, HPMC მოლეკულები პარალელურად და მოწესრიგებულად მოძრაობენ ათვლის მიმართულებით, რაც აადვილებს მოლეკულების სრიალს, ამიტომ ცხრილი ნალექის აშკარა სიბლანტე შედარებით დაბალია.როდესაც ათვლის სიჩქარე 5.0 s-1-ზე მეტია, P-H0-ის აშკარა სიბლანტე ცარიელ ჯგუფში ძირითადად სტაბილურია 5 Pa s-ში;მაშინ, როდესაც ნალექის აშკარა სიბლანტე იზრდება HPMC-ის დამატების შემდეგ და იგი შერეულია HPMC-თან.HPMC-ის დამატება ზრდის შიდა ხახუნს ცემენტის ნაწილაკებს შორის, რაც ზრდის პასტის აშკარა სიბლანტეს და მაკროსკოპული მოქმედება არის ის, რომ მცირდება 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების ექსტრუდულობა.

რეოლოგიურ ტესტში დაფიქსირდა კავშირი ათვლის ძაბვასა და სუფთა ნალექის ათვლის სიჩქარეს შორის და გამოყენებული იქნა ბინგჰემის მოდელი შედეგების დასაყენებლად.შედეგები ნაჩვენებია სურათზე 8 და ცხრილში 3. როდესაც HPMC-ის შემცველობა იყო 0,30%, ტესტის დროს ათვლის სიჩქარე იყო 32,5-ზე მეტი, როდესაც ნალექის სიბლანტე აღემატება ინსტრუმენტის დიაპაზონს s-1-ზე, შესაბამისი მონაცემები. ქულების დაგროვება შეუძლებელია.ზოგადად, სტაბილურ სტადიაზე (10.0~50.0 s-1) ამომავალი და დაცემის მრუდებით შემოსაზღვრული ფართობი გამოიყენება ნალექის თიქსოტროპიის დასახასიათებლად [21, 33].თიქსოტროპია გულისხმობს თვისებას, რომ ხსნარს აქვს დიდი თხევადობა გარე ძალის გათიშვის ზემოქმედების ქვეშ და შეუძლია დაუბრუნდეს პირვანდელ მდგომარეობას თხრილის მოქმედების გაუქმების შემდეგ.სათანადო თიქსოტროპია ძალზე მნიშვნელოვანია ნაღმტყორცნების ამოსაბეჭდად.სურათი 8-დან ჩანს, რომ ცარიელი ჯგუფის თიქსოტროპული ფართობი HPMC-ის გარეშე იყო მხოლოდ 116,55 Pa/s;HPMC-ის 0,10% დამატების შემდეგ, წმინდა პასტის თიქსოტროპული ფართობი მნიშვნელოვნად გაიზარდა 1 800,38 Pa/s-მდე;მატებასთან ერთად, პასტის თიქსოტროპული ფართობი შემცირდა, მაგრამ ის მაინც 10-ჯერ მეტი იყო, ვიდრე ცარიელი ჯგუფის.თიქსოტროპიის პერსპექტივიდან, HPMC-ის ჩართვამ მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა ნაღმტყორცნების ბეჭდვის უნარი.

იმისათვის, რომ ნაღმტყორცნმა შეინარჩუნოს ფორმა ექსტრუზიის შემდეგ და გაუძლოს შემდგომი გამოწურული ფენის დატვირთვას, ნაღმტყორცნებს უნდა ჰქონდეს უფრო მაღალი მოსავლიანობა.ცხრილი 3-დან ჩანს, რომ წმინდა შლამის მოსავლიანობა τ0 მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია HPMC-ის დამატების შემდეგ და ეს არის HPMC-ის მსგავსი.HPMC-ის შემცველობა დადებითად არის დაკავშირებული;როდესაც HPMC-ის შემცველობა არის 0,10%, 0,20% და 0,30%, წმინდა პასტის მოსავლიანობის სტრესი იზრდება 8,6, 23,7 და 31,8-ჯერ ცარიელ ჯგუფზე, შესაბამისად;პლასტიკური სიბლანტე μ ასევე იზრდება HPMC-ის შემცველობის მატებასთან ერთად.3D ბეჭდვა მოითხოვს, რომ ნაღმტყორცნების პლასტიკური სიბლანტე არ იყოს ძალიან მცირე, წინააღმდეგ შემთხვევაში დეფორმაცია ექსტრუზიის შემდეგ დიდი იქნება;ამავდროულად, უნდა შენარჩუნდეს შესაფერისი პლასტიკური სიბლანტე, რათა უზრუნველყოფილ იქნას მასალის ექსტრუზიის თანმიმდევრულობა.მოკლედ, რეოლოგიის თვალსაზრისით, HPMC-ის ინკორპორაცია დადებითად მოქმედებს 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების დაწყობის გაუმჯობესებაზე.HPMC-ის ჩართვის შემდეგ, სუფთა პასტა კვლავ შეესაბამება ბინგჰემის რეოლოგიურ მოდელს და R2-ის სიკეთე არ არის 0,99-ზე დაბალი.

1.3HPMC-ის გავლენა 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების მექანიკურ თვისებებზე

3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების 28 d კომპრესიული ძალა და მოქნილობის სიმტკიცე.HPMC-ის შემცველობის მატებასთან ერთად შემცირდა 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების 28 d კომპრესიული და მოქნილობის სიმტკიცე;როდესაც HPMC-ის შემცველობამ მიაღწია 0,30%-ს, 28 d კომპრესიული სიმტკიცე და მოქნილობის სიძლიერე არის 30,3 და 7,3 მპა, შესაბამისად.კვლევებმა აჩვენა, რომ HPMC-ს აქვს ჰაერგამტარი გარკვეული ეფექტი და თუ მისი შემცველობა ძალიან მაღალია, ნაღმტყორცნების შიდა ფორიანობა მნიშვნელოვნად გაიზრდება;დიფუზიის წინააღმდეგობა იზრდება და ძნელია ყველა განმუხტვა.ამიტომ, ფორიანობის მატება შეიძლება იყოს HPMC-ით გამოწვეული 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების სიმტკიცის შემცირების მიზეზი.

3D ბეჭდვის უნიკალური ლამინირების ჩამოსხმის პროცესი იწვევს სტრუქტურაში სუსტი უბნების არსებობას და მექანიკურ თვისებებს მიმდებარე ფენებს შორის, ხოლო ფენებს შორის შემაკავშირებელ სიმტკიცე დიდ გავლენას ახდენს დაბეჭდილი კომპონენტის საერთო სიძლიერეზე.3D ბეჭდვისთვის ნაღმტყორცნების ნიმუშები შერეული 0.20% HPMC M-H0.20 იყო მოჭრილი და ფენების კავშირის სიმტკიცე შემოწმდა ფენების გაყოფის მეთოდით.სამი ნაწილის შუალედური კავშირის სიმტკიცე იყო 1,3 მპა-ზე მაღალი;და როდესაც ფენების რაოდენობა დაბალი იყო, ფენების კავშირის სიმტკიცე ოდნავ უფრო მაღალი იყო.მიზეზი შეიძლება იყოს ის, რომ ერთი მხრივ, ზედა ფენის სიმძიმე ქვედა ფენებს უფრო მჭიდროდ აკავშირებს;მეორეს მხრივ, ნაღმტყორცნების ზედაპირს შეიძლება ჰქონდეს მეტი ტენიანობა ქვედა ფენის დაბეჭდვისას, ხოლო ნაღმტყორცნების ზედაპირის ტენიანობა მცირდება აორთქლებისა და დატენიანების გამო ზედა ფენის დაბეჭდვისას, ამიტომ ქვედა ფენებს შორის კავშირი უფრო ძლიერია.

1.4HPMC-ის ეფექტი 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების მიკრომორფოლოგიაზე

M-H0 და M-H0.20 ნიმუშების SEM გამოსახულებები 3 დღის ასაკში აჩვენებს, რომ M-H0.20 ნიმუშების ზედაპირული ფორები მნიშვნელოვნად გაიზარდა 0.20% HPMC-ის დამატების შემდეგ და ფორების ზომა უფრო დიდია, ვიდრე ცარიელი ჯგუფი.ეს, ერთის მხრივ, იმიტომ, რომ HPMC-ს აქვს ჰაერგამტარი ეფექტი, რომელიც აჩენს ერთგვაროვან და წვრილ ფორებს;მეორეს მხრივ, შესაძლოა, HPMC-ის დამატებამ გაზარდოს ნალექის სიბლანტე, რითაც გაზარდოს ჰაერის გამონადენის წინააღმდეგობა ნაღვლის შიგნით.მატება შეიძლება იყოს ნაღმტყორცნების მექანიკური თვისებების შემცირების მთავარი მიზეზი.შეჯამებისთვის, 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების სიმტკიცის უზრუნველსაყოფად, HPMC-ის შემცველობა არ უნდა იყოს ძალიან დიდი (≤ 0.20%).

Საბოლოოდ

(1) ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა HPMC აუმჯობესებს ნაღმტყორცნების ბეჭდვის შესაძლებლობას.HPMC-ის შემცველობის მატებასთან ერთად, ნაღმტყორცნების გამოწურვა მცირდება, მაგრამ მაინც აქვს კარგი ამოწურვა, დაწყობა უმჯობესდება და დასაბეჭდი დრო გახანგრძლივდება.ბეჭდვით დადასტურდა, რომ ნაღმტყორცნების ქვედა ფენის დეფორმაცია მცირდება HPMC-ის დამატების შემდეგ, ხოლო ზედა-ქვედა თანაფარდობა არის 0,84, როდესაც HPMC შემცველობა არის 0,20%.

(2) HPMC აუმჯობესებს 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების რეოლოგიურ თვისებებს.HPMC-ის შემცველობის მატებასთან ერთად, მატულობს ნალექის აშკარა სიბლანტე, მოსავლიანობის სტრესი და პლასტიკური სიბლანტე;თიქსოტროპია ჯერ იზრდება და შემდეგ მცირდება და მიიღება ბეჭდვის შესაძლებლობა.გაუმჯობესება.რეოლოგიის თვალსაზრისით, HPMC-ის დამატებამ ასევე შეიძლება გააუმჯობესოს ნაღმტყორცნების ბეჭდვის უნარი.HPMC-ის დამატების შემდეგ, ნალექი კვლავ შეესაბამება ბინგჰემის რეოლოგიურ მოდელს და შეესაბამება R2≥0.99-ს.

(3) HPMC დამატების შემდეგ, მასალის მიკროსტრუქტურა და ფორები იზრდება.რეკომენდირებულია, რომ HPMC-ის შემცველობა არ უნდა აღემატებოდეს 0,20%-ს, წინააღმდეგ შემთხვევაში ის დიდ გავლენას მოახდენს ნაღმტყორცნების მექანიკურ თვისებებზე.3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების სხვადასხვა ფენებს შორის შემაკავშირებელი სიმტკიცე ოდნავ განსხვავებულია, ხოლო ფენების რაოდენობა, როდესაც ის უფრო დაბალია, ნაღმტყორცნების ფენებს შორის შემაკავშირებელი ძალა უფრო მაღალია.