1.13D 프린팅 모르타르의 인쇄성에 대한 HPMC의 영향
1.1.13D 프린팅 모르타르의 압출성에 대한 HPMC의 영향
HPMC가 첨가되지 않은 블랭크군 M-H0과 HPMC 함량이 0.05%, 0.10%, 0.20%, 0.30%인 시험군을 서로 다른 시간 동안 방치한 후 유동성을 시험하였다.HPMC를 첨가하면 모르타르의 유동성이 크게 감소한다는 것을 알 수 있습니다.HPMC 함량을 0%에서 0.30%까지 점차적으로 증가시키면 모르타르의 초기 유동성은 각각 243mm에서 206mm, 191mm, 167mm, 160mm로 감소한다.HPMC는 고분자 폴리머입니다.이들은 서로 얽혀 망상구조를 형성할 수 있으며, Ca(OH)2 등의 성분을 봉입함으로써 시멘트 슬러리의 응집력을 높일 수 있다. 거시적으로는 모르타르의 응집력이 향상된다.방치 시간이 길어질수록 모르타르의 수화 정도가 증가합니다.증가하고 시간이 지남에 따라 유동성이 손실됩니다.HPMC가 없는 블랭크 그룹 M-H0의 유동성은 급격히 감소했습니다.HPMC를 0.05%, 0.10%, 0.20%, 0.30% 첨가한 실험군에서는 시간이 지남에 따라 유동성 감소 정도가 감소하였고, 60분 방치 후 모르타르의 유동성은 각각 180, 177, 164, 155mm였다. .유동성은 87.3%, 92.7%, 98.2%, 96.8%입니다.HPMC를 첨가하면 HPMC와 물 분자의 결합으로 인해 모르타르 유동성의 유지 능력이 크게 향상될 수 있습니다.반면, HPMC는 유사한 피막을 형성할 수 있습니다. 네트워크 구조를 가지며 시멘트를 감싸서 모르타르의 물 휘발을 효과적으로 줄이고 일정한 보수 성능을 갖습니다.HPMC 함량이 0.20%일 때 모르타르 유동성 유지 능력이 최고 수준에 도달한다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
다양한 양의 HPMC를 혼합한 3D 프린팅 모르타르의 유동성은 160~206mm입니다.프린터 매개변수가 다르기 때문에 연구자마다 권장하는 유동성 범위는 150~190mm, 160~170mm 등 다릅니다.그림 3을 보면 직관적으로 알 수 있다. HPMC를 혼합한 3D 프린팅 모르타르의 유동성은 대부분 권장 범위 내에 있음을 알 수 있으며, 특히 HPMC 함량이 0.20%인 경우 60분 이내 모르타르의 유동성은 이내이다. 적절한 유동성과 적층성을 만족하는 권장 범위입니다.따라서 HPMC를 적당량 첨가하면 모르타르의 유동성이 감소하여 압출성이 저하되지만, 여전히 압출성은 권장범위 내로 양호합니다.
1.1.23D 프린팅 모르타르의 적층성에 대한 HPMC의 영향
형판을 사용하지 않는 경우 자중에 의한 형상유지율의 크기는 재료의 항복응력에 따라 달라지며 이는 슬러리와 골재의 내부 응집력과 관련이 있다.HPMC 함량이 다른 3D 프린팅 모르타르의 형태 유지력이 부여됩니다.서 있는 시간에 따른 변화율입니다.HPMC 첨가 후, 특히 초기 및 20분간 방치 시 모르타르의 형상유지율이 향상됩니다.그러나 방치시간이 길어짐에 따라 모르타르의 형상유지율에 대한 HPMC의 개선효과는 점차 약해졌는데, 이는 주로 유지율이 크게 증가하기 때문이다.60분 방치 후 0.20%, 0.30% HPMC만으로 모르타르의 형상유지율을 향상시킬 수 있다.
HPMC 함량을 달리한 3D 프린팅 모르타르의 관입저항성 시험 결과는 Figure 5에 나타내었다. Figure 5에서 볼 수 있듯이 일반적으로 방치시간이 길어질수록 관입저항성이 증가하는 것을 알 수 있는데, 이는 주로 몰드의 흐름에 기인한다. 시멘트 수화 과정 중 슬러리.그것은 점차 단단한 고체로 진화했습니다.처음 80분에는 HPMC 첨가로 침투저항이 증가하였고, HPMC 함량이 증가할수록 침투저항이 증가하였다.관통 저항이 클수록 가해지는 하중에 따른 재료의 변형이 발생하며, HPMC의 저항이 클수록 HPMC가 3D 프린팅 모르타르의 초기 적층성을 향상시킬 수 있음을 나타냅니다.HPMC의 고분자 사슬에 있는 수산기와 에테르결합은 수소결합을 통해 물과 쉽게 결합하여 자유수가 점진적으로 감소하고 입자간의 연결이 증가하므로 마찰력이 증가하여 초기침투저항이 커지게 된다.80분 방치 후 시멘트의 수화로 인해 HPMC를 첨가하지 않은 블랭크 그룹의 침투저항은 급격히 증가한 반면, HPMC를 첨가한 실험군의 침투저항은 증가하였으며 약 160분 방치까지 속도는 큰 변화가 없었다.Chen 등에 따르면 이는 주로 HPMC가 시멘트 입자 주위에 보호막을 형성하여 응결 시간을 연장시키기 때문입니다.Pourchezet al.이는 주로 섬유에 의한 것으로 추측됩니다. 단순 에테르 분해 생성물(예: 카르복실산염) 또는 메톡실 그룹은 Ca(OH)2의 형성을 지연시켜 시멘트 수화를 지연시킬 수 있습니다.본 실험은 시편 표면의 수분 증발로 인해 침투 저항이 발생하는 것을 방지하기 위해 동일한 온도 및 습도 조건에서 수행되었다는 점에 유의할 필요가 있다.전체적으로 HPMC는 초기 단계에서 3D 프린팅 모르타르의 적층성을 효과적으로 향상시키고, 응고를 지연시키며, 3D 프린팅 모르타르의 인쇄 가능 시간을 연장시킬 수 있습니다.
3D 프린팅 모르타르 개체(길이 200mm × 너비 20mm × 레이어 두께 8mm): HPMC가 없는 블랭크 그룹은 일곱 번째 레이어를 인쇄할 때 심하게 변형되고 붕괴되었으며 출혈 문제가 있었습니다.M-H0.20 그룹 모르타르는 적층성이 좋습니다.13개 레이어를 인쇄한 후 상단 가장자리 너비는 16.58mm, 하단 가장자리 너비는 19.65mm, 상하 비율(상단 가장자리 너비와 하단 가장자리 너비의 비율)은 0.84입니다.치수 편차가 작습니다.따라서 HPMC를 첨가하면 모르타르의 인쇄적성을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 인쇄를 통해 검증하였다.모르타르 유동성은 160~170mm에서 압출성과 적층성이 우수합니다.형태 유지율이 70% 미만이면 심각한 변형이 발생하여 인쇄 요구 사항을 충족할 수 없습니다.
1.23D 프린팅 모르타르의 유변학적 특성에 대한 HPMC의 영향
다양한 HPMC 함량 하에서 순수 펄프의 겉보기 점도가 제시됩니다. 전단 속도가 증가함에 따라 순수 펄프의 겉보기 점도는 감소하고 HPMC 함량이 높을 때 전단 담화 현상이 발생합니다.더 분명합니다.HPMC 분자 사슬은 무질서하고 낮은 전단 속도에서 더 높은 점도를 나타냅니다.그러나 높은 전단 속도에서는 HPMC 분자가 전단 방향을 따라 평행하고 규칙적으로 이동하므로 분자가 더 쉽게 미끄러지므로 표 슬러리의 겉보기 점도는 상대적으로 낮습니다.전단율이 5.0 s-1보다 큰 경우 공백 그룹의 PH0의 겉보기 점도는 기본적으로 5 Pa s 내에서 안정적입니다.HPMC를 첨가한 후 슬러리의 겉보기 점도가 증가하고 HPMC와 혼합됩니다.HPMC를 첨가하면 시멘트 입자 사이의 내부 마찰이 증가하여 페이스트의 겉보기 점도가 증가하고 거시적 성능은 3D 프린팅 모르타르의 압출성이 감소한다는 것입니다.
유변학적 시험에서 순수 슬러리의 전단응력과 전단속도의 관계를 기록하였고, 결과를 맞추기 위해 Bingham 모델을 사용하였다.그 결과를 도 8 및 표 3에 나타내었다. HPMC의 함량이 0.30%일 때, 시험 중 전단율은 32.5보다 컸다. 슬러리의 점도가 s-1에서 기기의 범위를 초과할 때, 해당 데이터는 포인트를 적립할 수 없습니다.일반적으로 안정 단계(10.0~50.0 s-1)에서 상승 및 하강 곡선으로 둘러싸인 영역은 슬러리의 요변성을 특성화하는 데 사용됩니다[21, 33].요변성(Thixotropy)은 외력 전단 작용 하에서 슬러리가 큰 유동성을 갖고 전단 작용이 취소된 후에 원래 상태로 돌아갈 수 있는 특성을 말합니다.적절한 요변성은 모르타르의 인쇄성에 매우 중요합니다.그림 8에서 볼 수 있듯이 HPMC가 없는 블랭크 그룹의 요변성 영역은 116.55 Pa/s에 불과했습니다.0.10%의 HPMC를 첨가한 후, 네트 페이스트의 요변성 면적은 1,800.38 Pa/s로 크게 증가했습니다.가 증가함에 따라 페이스트의 요변성 면적은 감소했지만 여전히 공백 그룹에 비해 10배 더 높았습니다.요변성 측면에서 볼 때, HPMC 첨가로 모르타르의 인쇄성이 크게 향상되었습니다.
모르타르가 압출 후에도 모양을 유지하고 후속 압출층의 하중을 견디기 위해서는 모르타르의 항복 응력이 더 높아야 합니다.표 3에서 알 수 있듯이 네트 슬러리의 항복응력 τ0은 HPMC 첨가 후 크게 개선되었으며 이는 HPMC와 유사하다.HPMC의 함량은 양의 상관관계가 있습니다.HPMC 함량이 0.10%, 0.20%, 0.30%인 경우 순 페이스트의 항복 응력은 블랭크 그룹의 항복 응력보다 각각 8.6, 23.7 및 31.8배 증가합니다.소성 점도 μ는 HPMC 함량이 증가함에 따라 증가합니다.3D 프린팅에서는 모르타르의 소성 점도가 너무 작아서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 압출 후 변형이 커집니다.동시에 재료 압출의 일관성을 보장하기 위해 적절한 소성 점도를 유지해야 합니다.정리하면, 유변학적인 관점에서 HPMC의 도입은 3D프린팅 모르타르의 적층성 향상에 긍정적인 영향을 미친다.HPMC를 통합한 후에도 순수한 페이스트는 여전히 Bingham 유변학 모델을 따르며 적합도 R2는 0.99 이상입니다.
1.3HPMC가 3D 프린팅 모르타르의 기계적 성질에 미치는 영향
3D 프린팅 모르타르의 압축강도와 굴곡강도가 28d입니다.HPMC 함량이 증가함에 따라 3D 프린팅 모르타르의 28일 압축강도 및 굴곡강도는 감소했습니다.HPMC 함량이 0.30%에 도달했을 때 28일 압축강도와 굴곡강도는 각각 30.3MPa와 7.3MPa입니다.연구에 따르면 HPMC에는 특정 공기 연행 효과가 있으며 함량이 너무 높으면 모르타르의 내부 다공성이 크게 증가합니다.확산 저항이 증가하고 모두 방전이 어렵습니다.따라서 기공률의 증가는 HPMC에 의한 3D 프린팅 모르타르의 강도 저하의 원인이 될 수 있다.
3D 프린팅의 독특한 적층 성형 공정은 인접한 층 사이의 구조 및 기계적 특성에 취약한 영역이 존재하게 하며, 층 간의 결합 강도는 인쇄된 부품의 전체 강도에 큰 영향을 미칩니다.3D 프린팅을 위해 HPMC M-H0.20을 0.20% 혼합한 모르타르 시편을 절단하고, 층간 분할법으로 층간 결합강도를 시험하였다.세 부분의 층간 결합 강도는 1.3 MPa보다 높았습니다.층수가 적을수록 층간 결합력이 약간 높아지는 것으로 나타났다.그 이유는 한편으로는 상부층의 중력으로 인해 하부층이 더 촘촘하게 결합되기 때문일 수 있습니다.반면에, 하층을 인쇄할 때에는 모르타르의 표면에 수분이 더 많을 수 있는 반면, 상층을 인쇄할 때에는 모르타르의 표면 수분이 증발과 수화로 인해 감소하므로 하층 사이의 접착력이 강해집니다.
1.43D 프린팅 모르타르의 미세형태에 대한 HPMC의 영향
3일령 M-H0 및 M-H0.20 시편의 SEM 이미지를 보면 0.20% HPMC를 첨가한 후 M-H0.20 시편의 표면 기공이 현저히 증가하고 기공 크기도 M-H0.20 시편보다 커짐을 알 수 있다. 빈 그룹.이는 한편으로는 HPMC가 균일하고 미세한 기공을 만들어주는 공기 연행 효과가 있기 때문입니다.반면, HPMC를 첨가하면 슬러리의 점도가 증가하여 슬러리 내부 공기의 토출 저항이 증가할 수 있습니다.이러한 증가는 모르타르의 기계적 성질이 저하되는 주요 원인이 될 수 있습니다.정리하자면, 3D 프린팅 모르타르의 강도를 보장하기 위해서는 HPMC의 함량이 너무 크지 않아야 합니다(≤ 0.20%).
결론적으로
(1) 하이드록시프로필메틸셀룰로오스 HPMC는 모르타르의 인쇄성을 향상시킵니다.HPMC 함량이 증가함에 따라 모르타르의 압출성은 감소하지만 여전히 압출성이 양호하고 적층성이 향상되며 인쇄시간이 길어집니다.HPMC 첨가 후 모르타르 바닥층의 변형이 감소되는 것을 인쇄를 통해 검증하였으며, HPMC 함량이 0.20%일 때 상하비율은 0.84이다.
(2) HPMC는 3D 프린팅 모르타르의 유변학적 특성을 향상시킵니다.HPMC 함량이 증가함에 따라 슬러리의 겉보기 점도, 항복 응력 및 소성 점도가 증가합니다.요변성은 먼저 증가한 다음 감소하여 인쇄성이 얻어집니다.개선.유변학적인 관점에서 HPMC를 첨가하면 모르타르의 인쇄 적성을 향상시킬 수도 있습니다.HPMC를 첨가한 후에도 슬러리는 여전히 Bingham 유변학적 모델을 따르고 적합도 R2≥0.99를 따릅니다.
(3) HPMC를 첨가한 후 재료의 미세구조와 기공이 증가합니다.HPMC 함량은 0.20%를 초과하지 않는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 모르타르의 기계적 특성에 큰 영향을 미칩니다.3D 프린팅 모르타르의 층간 접착력은 조금씩 다르며, 층수가 적을수록 모르타르 층간 접착력이 높아집니다.
게시 시간: 2022년 9월 27일