1.1HPMC įtaka 3D spausdinimo skiedinių spausdinimui
1.1.1HPMC poveikis 3D spausdinimo skiedinių išspaudimui
Tuščiajai grupei M-H0 be HPMC ir tiriamosioms grupėms, kuriose HPMC kiekis buvo 0,05%, 0,10%, 0,20% ir 0,30%, buvo leista stovėti skirtingą laiką, o tada buvo patikrintas sklandumas.Galima pastebėti, kad HPMC įterpimas žymiai sumažins skiedinio sklandumą;HPMC kiekį palaipsniui didinant nuo 0 % iki 0,30 %, pradinis skiedinio takumas sumažėja atitinkamai nuo 243 mm iki 206, 191, 167 ir 160 mm.HPMC yra didelės molekulinės masės polimeras.Jie gali būti supainioti vienas su kitu, kad susidarytų tinklinė struktūra, o cemento suspensijos rišlumas gali padidėti įkapsuliuojant komponentus, tokius kaip Ca(OH) 2. Makroskopiškai pagerinamas skiedinio rišlumas.Ilgėjant stovėjimo laikui, didėja skiedinio hidratacijos laipsnis.padidėjo, laikui bėgant prarandamas sklandumas.Tuščiosios grupės M-H0 sklandumas be HPMC greitai sumažėjo.Eksperimentinėje grupėje su 0,05%, 0,10%, 0,20% ir 0,30% HPMC takumo mažėjimo laipsnis laikui bėgant mažėjo, o skiedinio takumas po 60 minučių pastovėjimo buvo atitinkamai 180, 177, 164 ir 155 mm. .Sklandumas yra 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%.HPMC įterpimas gali žymiai pagerinti skiedinio sklandumo sulaikymo gebėjimą, kurį lemia HPMC ir vandens molekulių derinys;kita vertus, HPMC gali sudaryti panašią plėvelę. Ji turi tinklinę struktūrą ir apgaubia cementą, o tai veiksmingai sumažina vandens garavimą skiedinyje ir pasižymi tam tikromis vandens sulaikymo savybėmis.Verta pažymėti, kad kai HPMC kiekis yra 0,20%, skiedinio skystumo sulaikymo gebėjimas pasiekia aukščiausią lygį.
3D spausdinimo skiedinio, sumaišyto su skirtingais HPMC kiekiais, sklandumas yra 160–206 mm.Dėl skirtingų spausdintuvo parametrų rekomenduojami skirtingų tyrinėtojų gauti sklandumo diapazonai yra skirtingi, pvz., 150–190 mm, 160–170 mm.Iš 3 paveikslo galima intuityviai matyti. Matyti, kad 3D spausdinimo skiedinio, sumaišyto su HPMC, sklandumas dažniausiai yra rekomenduojamo intervalo ribose, ypač kai HPMC kiekis yra 0,20%, skiedinio sklandumas per 60 minučių yra ribose. rekomenduojamas diapazonas, atitinkantis atitinkamą sklandumą ir krovumą.Todėl, nors skiedinio skystumas su tinkamu HPMC kiekiu yra sumažintas, dėl to sumažėja ekstrudavimas, jis vis tiek turi gerą ekstruziją, kuri yra rekomenduojamo diapazono ribose.
1.1.2HPMC poveikis 3D spausdinimo skiedinių sukrovimui
Jei šablonas nenaudojamas, formos išlaikymo koeficientas esant savaiminiam svoriui priklauso nuo medžiagos takumo įtempio, kuris yra susijęs su vidine srutos ir užpildo sanglauda.Pateikiamas skirtingo HPMC turinio 3D spausdinimo skiedinių formos išlaikymas.Pokyčio greitis su stovėjimo laiku.Pridėjus HPMC, pagerėja skiedinio formos išlaikymas, ypač pradiniame etape ir stovint 20 min.Tačiau, ilgėjant stovėjimo laikui, HPMC pagerinimo poveikis skiedinio formos išlaikymo greičiui palaipsniui susilpnėjo, o tai daugiausia lėmė, kad sulaikymo koeficientas žymiai padidėja.Po 60 minučių pastovėjimo tik 0,20% ir 0,30% HPMC gali pagerinti skiedinio formos išlaikymo greitį.
3D spausdinimo skiedinio su skirtingu HPMC kiekiu atsparumo prasiskverbimui bandymo rezultatai parodyti 5 paveiksle. Iš 5 paveikslo matyti, kad atsparumas prasiskverbimui paprastai didėja ilgėjant stovėjimo laikui, o tai daugiausia lemia spausdinimo medžiagos srautas. srutos cemento hidratacijos proceso metu.Jis palaipsniui išsivystė į standų kietą medžiagą;per pirmąsias 80 min HPMC įterpimas padidino atsparumą prasiskverbimui, o padidėjus HPMC kiekiui - atsparumas prasiskverbimui.Kuo didesnis atsparumas prasiskverbimui, tuo medžiagos deformacija dėl taikomos apkrovos, tuo didesnis HPMC atsparumas, o tai rodo, kad HPMC gali pagerinti ankstyvą 3D spausdinimo skiedinio sukrovimą.Kadangi HPMC polimerų grandinėje esantys hidroksilo ir eterio ryšiai lengvai susijungia su vandeniu per vandenilinius ryšius, todėl palaipsniui mažėja laisvo vandens kiekis ir didėja ryšys tarp dalelių, didėja trinties jėga, todėl ankstyvas įsiskverbimo pasipriešinimas tampa didesnis.Pastovėjus 80 minučių, dėl cemento hidratacijos, tuščiosios grupės be HPMC atsparumas prasiskverbimui sparčiai didėjo, o bandomosios grupės su HPMC atsparumas prasiskverbimui padidėjo Greitis reikšmingai nepasikeitė iki maždaug 160 min stovėjimo.Chen ir kt. teigimu, taip yra daugiausia todėl, kad HPMC aplink cemento daleles suformuoja apsauginę plėvelę, kuri pailgina stingimo laiką;Pourchez ir kt.spėjama, kad tai daugiausia dėl pluošto. Paprasti eterio skilimo produktai (pvz., karboksilatai) arba metoksilo grupės gali sulėtinti cemento hidrataciją, sulėtindamos Ca(OH)2 susidarymą.Verta paminėti, kad siekiant, kad vandens išgaravimas ant bandinio paviršiaus nepaveiktų atsparumo įsiskverbimui, šis eksperimentas buvo atliktas tomis pačiomis temperatūros ir drėgmės sąlygomis.Apskritai, HPMC gali efektyviai pagerinti 3D spausdinimo skiedinio sukrovimą pradiniame etape, atitolinti koaguliaciją ir pailginti 3D spausdinimo skiedinio spausdinimo laiką.
3D spausdinimo skiedinio vienetas (ilgis 200 mm × plotis 20 mm × sluoksnio storis 8 mm): ruošinių grupė be HPMC buvo stipriai deformuota, subyrėjusi ir spausdinant septintą sluoksnį turėjo kraujavimo problemų;M-H0.20 grupės skiedinys turi gerą krovumą.Atspausdinus 13 sluoksnių, viršutinio krašto plotis yra 16,58 mm, apatinio krašto plotis - 19,65 mm, o viršaus ir apačios santykis (viršutinio krašto pločio ir apatinio krašto pločio santykis) yra 0,84.Matmenų nuokrypis mažas.Todėl spausdinant buvo patikrinta, kad HPMC naudojimas gali žymiai pagerinti skiedinio spausdinamumą.Skiedinio sklandumas turi gerą ekstruziją ir 160–170 mm storį;formos išlaikymo koeficientas yra mažesnis nei 70 %, yra labai deformuotas ir negali atitikti spausdinimo reikalavimų.
1.2HPMC įtaka 3D spausdinimo skiedinių reologinėms savybėms
Pateikiamas grynos plaušienos tariamasis klampumas esant skirtingam HPMC kiekiui: didėjant šlyties greičiui, grynos plaušienos tariamasis klampumas mažėja, o šlyties plonėjimas atsiranda esant dideliam HPMC kiekiui.Tai labiau akivaizdu.HPMC molekulinė grandinė yra netvarkinga ir rodo didesnį klampumą esant mažam šlyties greičiui;bet esant dideliam šlyties greičiui, HPMC molekulės juda lygiagrečiai ir tvarkingai išilgai šlyties krypties, todėl molekulės lengviau slysta, todėl lentelė Tariamasis suspensijos klampumas yra palyginti mažas.Kai šlyties greitis yra didesnis nei 5,0 s-1, tariamasis P-H0 klampumas tuščiojo bandinio grupėje iš esmės yra stabilus per 5 Pa s;o suspensijos tariamasis klampumas padidėja pridėjus HPMC, ir ji sumaišoma su HPMC.HPMC pridėjimas padidina vidinę trintį tarp cemento dalelių, o tai padidina tariamą pastos klampumą, o makroskopinės savybės yra tai, kad sumažėja 3D spausdinimo skiedinio ekstrudavimas.
Buvo užfiksuotas ryšys tarp šlyties įtempių ir grynos srutos šlyties greičio reologiniame bandyme, o rezultatams pritaikyti buvo naudojamas Bingham modelis.Rezultatai parodyti 8 paveiksle ir 3 lentelėje. Kai HPMC kiekis buvo 0,30%, šlyties greitis bandymo metu buvo didesnis nei 32,5 Kai suspensijos klampumas viršija prietaiso diapazoną esant s-1, atitinkami duomenys taškų rinkti negalima.Paprastai srutų tiksotropijai apibūdinti naudojamas plotas, kurį uždaro kilimo ir kritimo kreivės stabilioje stadijoje (10,0–50,0 s-1).Tiksotropija reiškia savybę, kad srutos turi didelį sklandumą veikiant išorinei jėgai ir gali grįžti į pradinę būseną, kai kirpimo veiksmas atšaukiamas.Tinkama tiksotropija yra labai svarbi skiedinio spausdinimui.Iš 8 paveikslo matyti, kad tuščiosios grupės tiksotropinis plotas be HPMC buvo tik 116,55 Pa/s;įpylus 0,10% HPMC, tinklinės pastos tiksotropinis plotas žymiai padidėjo iki 1 800,38 Pa/s;Padidėjus , pastos tiksotropinis plotas sumažėjo, tačiau jis vis tiek buvo 10 kartų didesnis nei tuščiosios grupės.Tiksotropijos požiūriu HPMC įtraukimas labai pagerino skiedinio spausdinamumą.
Kad skiedinys po ekstruzijos išlaikytų savo formą ir atlaikytų vėlesnio ekstruzinio sluoksnio apkrovą, skiedinys turi turėti didesnį takumo įtempį.Iš 3 lentelės matyti, kad grynosios suspensijos takumo įtempis τ0 žymiai pagerėja pridėjus HPMC ir yra panašus į HPMC.HPMC turinys teigiamai koreliuoja;kai HPMC kiekis yra 0,10%, 0,20% ir 0,30%, grynosios pastos takumo įtempis padidėja atitinkamai iki 8,6, 23,7 ir 31,8 karto nei tuščiosios grupės;plastiko klampumas μ taip pat didėja didėjant HPMC kiekiui.3D spausdinimas reikalauja, kad skiedinio plastikinis klampumas nebūtų per mažas, kitaip deformacija po ekstruzijos bus didelė;tuo pačiu metu, siekiant užtikrinti medžiagos ekstruzijos nuoseklumą, reikia išlaikyti tinkamą plastiko klampumą.Apibendrinant galima teigti, kad reologijos požiūriu HPMC's Incorporation turi teigiamą poveikį gerinant 3D spausdinimo skiedinio krovumą.Įdėjus HPMC, gryna pasta vis dar atitinka Binghamo reologinį modelį, o tinkamumo R2 gerumas yra ne mažesnis kaip 0,99.
1.3HPMC poveikis mechaninėms 3D spausdinimo skiedinio savybėms
3D spausdinimo skiedinio stipris gniuždant ir lenkiant 28 d.Didėjant HPMC kiekiui, sumažėjo 3D spausdinimo skiedinio 28 d stipris gniuždant ir lenkiant;kai HPMC kiekis pasiekė 0,30 %, 28 d stipris gniuždant ir lenkimo stipris yra atitinkamai 30,3 ir 7,3 MPa.Tyrimai parodė, kad HPMC turi tam tikrą orą sutraukiantį poveikį, o jei jo kiekis bus per didelis, skiedinio vidinis poringumas gerokai padidės;Difuzijos pasipriešinimas didėja ir sunku viską iškrauti.Todėl padidėjęs poringumas gali būti HPMC sukelto 3D spausdinimo skiedinio stiprumo sumažėjimo priežastis.
Dėl unikalaus 3D spausdinimo laminavimo formavimo proceso tarp gretimų sluoksnių atsiranda silpnų struktūrų ir mechaninių savybių plotų, o sukibimo stiprumas tarp sluoksnių turi didelę įtaką bendram spausdinamo komponento stiprumui.3D spausdinimui skiedinio bandiniai, sumaišyti su 0,20% HPMC, buvo supjaustyti M-H0,20, o tarpsluoksnių sukibimo stiprumas buvo išbandytas tarpsluoksnių padalijimo metodu.Trijų dalių tarpsluoksnio sukibimo stipris buvo didesnis nei 1,3 MPa;o kai sluoksnių skaičius buvo mažas, tarpsluoksnių sukibimo stiprumas buvo šiek tiek didesnis.Priežastis gali būti ta, kad, viena vertus, dėl viršutinio sluoksnio gravitacijos apatiniai sluoksniai yra tankesni;kita vertus, spausdinant apatinį sluoksnį skiedinio paviršiuje gali būti daugiau drėgmės, o spausdinant viršutinį sluoksnį skiedinio paviršiaus drėgmė sumažėja dėl garavimo ir hidratacijos, todėl sukibimas tarp apatinių sluoksnių yra stipresnis.
1.4HPMC poveikis 3D spausdinimo skiedinio mikromorfologijai
M-H0 ir M-H0.20 mėginių SEM vaizdai 3 d. amžiaus rodo, kad M-H0.20 bandinių paviršiaus poros žymiai padidėja pridėjus 0,20 % HPMC, o porų dydis yra didesnis nei tuščia grupė.Viena vertus, taip yra todėl, kad HPMC turi orą sutraukiantį poveikį, dėl kurio susidaro vienodos ir smulkios poros;kita vertus, gali būti, kad HPMC pridėjimas padidina suspensijos klampumą, taip padidindamas oro pasipriešinimą srutos viduje.Padidėjimas gali būti pagrindinė skiedinio mechaninių savybių mažėjimo priežastis.Apibendrinant, norint užtikrinti 3D spausdinimo skiedinio tvirtumą, HPMC kiekis neturėtų būti per didelis (≤ 0,20%).
Apibendrinant
(1) Hidroksipropilmetilceliuliozė HPMC pagerina skiedinio spausdinamumą.Didėjant HPMC kiekiui, skiedinio ekstrudiškumas mažėja, bet vis tiek turi gerą ekstruziją, pagerėja krovumas, o spausdinimo laikas pailgėja.Spausdinant patikrinta, kad įpylus HPMC apatinio skiedinio sluoksnio deformacija sumažėja, o viršaus ir apačios santykis yra 0,84, kai HPMC kiekis yra 0,20%.
(2) HPMC pagerina 3D spausdinimo skiedinio reologines savybes.Didėjant HPMC kiekiui, didėja srutų tariamasis klampumas, takumo įtempis ir plastinis klampumas;tiksotropija iš pradžių didėja, o paskui mažėja, ir gaunamas spausdinamumas.Tobulinimas.Žvelgiant iš reologijos perspektyvos, HPMC pridėjimas taip pat gali pagerinti skiedinio spausdinamumą.Pridėjus HPMC, suspensija vis tiek atitinka Binghamo reologinį modelį, o tinkamumo gerumas R2≥0,99.
(3) Pridėjus HPMC, padidėja medžiagos mikrostruktūra ir poros.Rekomenduojama, kad HPMC kiekis neviršytų 0,20%, kitaip tai turės didelę įtaką mechaninėms skiedinio savybėms.Sukibimo stiprumas tarp skirtingų 3D spausdinimo skiedinio sluoksnių šiek tiek skiriasi, o sluoksnių skaičius Kai jis mažesnis, sukibimo stiprumas tarp skiedinio sluoksnių yra didesnis.
Paskelbimo laikas: 2022-09-27