HPMC ietekme uz 3D drukas javu

1.1HPMC ietekme uz 3D drukas javu drukājamību

1.1.1HPMC ietekme uz 3D drukas javu ekstrūdējamību

Tukšajai grupai M-H0 bez HPMC un testa grupām ar HPMC saturu 0,05%, 0,10%, 0,20% un 0,30% ļāva nostāvēties dažādus laika periodus, un pēc tam tika pārbaudīta plūstamība.Var redzēt, ka HPMC iekļaušana Tas ievērojami samazinās javas plūstamību;pakāpeniski palielinot HPMC saturu no 0% līdz 0,30%, javas sākotnējā plūstamība samazinās no 243 mm attiecīgi līdz 206, 191, 167 un 160 mm.HPMC ir augstas molekulmasas polimērs.Tos var sapīties savā starpā, veidojot tīkla struktūru, un cementa vircas kohēziju var palielināt, iekapsulējot tādas sastāvdaļas kā Ca(OH) 2. Makroskopiski uzlabojas javas kohēzija.Pagarinot nostāvēšanas laiku, javas hidratācijas pakāpe palielinās.palielinājās, plūstamība laika gaitā zaudēja.Tukšās grupas M-H0 plūstamība bez HPMC strauji samazinājās.Eksperimentālajā grupā ar 0,05%, 0,10%, 0,20% un 0,30% HPMC plūstamības samazināšanās pakāpe ar laiku samazinājās, un javas plūstamība pēc 60 minūšu nostāvēšanas bija attiecīgi 180, 177, 164 un 155 mm. .Šķidrums ir 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%.HPMC iekļaušana var būtiski uzlabot javas plūstamības saglabāšanas spēju, kas ir saistīta ar HPMC un ūdens molekulu kombināciju;no otras puses, HPMC var veidot līdzīgu plēvi. Tam ir tīkla struktūra un tas iesaiņo cementu, kas efektīvi samazina ūdens iztvaikošanu javā un tam ir noteiktas ūdens aiztures īpašības.Ir vērts atzīmēt, ka tad, kad HPMC saturs ir 0,20%, javas plūstamības saglabāšanas spēja sasniedz augstāko līmeni.

3D drukas javas, kas sajaukta ar dažādu daudzumu HPMC, plūstamība ir 160–206 mm.Dažādu printera parametru dēļ ieteicamie dažādu pētnieku iegūtie plūstamības diapazoni ir atšķirīgi, piemēram, 150–190 mm, 160–170 mm.No 3. attēla var intuitīvi redzēt Var redzēt, ka 3D drukas javas, kas sajaukta ar HPMC, plūstamība lielākoties ir ieteicamās robežās, īpaši, ja HPMC saturs ir 0,20%, javas plūstamība 60 minūšu laikā ir robežās. ieteicamais diapazons, kas nodrošina atbilstošu plūstamību un sakraujamību.Tāpēc, lai gan javas plūstamība ar piemērotu HPMC daudzumu ir samazināta, kas izraisa ekstrudējamības samazināšanos, tai joprojām ir laba ekstrudējamība, kas ir ieteicamā diapazonā.

1.1.2HPMC ietekme uz 3D drukas javu sakraujamību

Ja veidni neizmanto, formas saglabāšanas koeficienta lielums pašsvara apstākļos ir atkarīgs no materiāla tecēšanas sprieguma, kas ir saistīts ar vircas un pildvielas iekšējo kohēziju.Dota formas saglabāšana 3D drukas javām ar dažādu HPMC saturu.Izmaiņu ātrums ar stāvēšanas laiku.Pēc HPMC pievienošanas uzlabojas javas formas saglabāšanas ātrums, it īpaši sākotnējā stadijā un 20 min.Tomēr, pagarinot nostāvēšanas laiku, HPMC uzlabojošā ietekme uz javas formas saglabāšanas ātrumu pakāpeniski vājinājās, kas galvenokārt bija saistīts ar to, ka noturības pakāpe ievērojami palielinās.Pēc 60 minūšu nostāvēšanas tikai 0,20% un 0,30% HPMC var uzlabot javas formas saglabāšanas ātrumu.

3D drukas javas ar atšķirīgu HPMC saturu iespiešanās pretestības testa rezultāti ir parādīti 5. attēlā. No 5. attēla redzams, ka iespiešanās pretestība parasti palielinās, palielinoties stāvēšanas laikam, kas galvenokārt ir saistīts ar virca cementa hidratācijas procesā.Tas pamazām pārtapa par stingru cietu vielu;pirmajās 80 minūtēs HPMC iekļaušana palielināja iespiešanās pretestību, un, palielinoties HPMC saturam, palielinājās iespiešanās pretestība.Jo lielāka ir iespiešanās pretestība, materiāla deformācija pieliktās slodzes dēļ Jo lielāka ir HPMC pretestība, kas norāda, ka HPMC var uzlabot 3D drukas javas agrīnu sakraujamību.Tā kā HPMC polimēra ķēdes hidroksil- un ētera saites ir viegli savienojamas ar ūdeni caur ūdeņraža saitēm, kā rezultātā pakāpeniski samazinās brīvā ūdens daudzums un palielinās savienojums starp daļiņām, palielinās berzes spēks, tāpēc agrīnā iespiešanās pretestība kļūst lielāka.Pēc 80 minūšu nostāvēšanas cementa hidratācijas dēļ tukšās grupas bez HPMC iespiešanās pretestība strauji palielinājās, savukārt testa grupai ar HPMC penetrācijas pretestība palielinājās. Ātrums būtiski nemainījās līdz aptuveni 160 stāvēšanas minūtēm.Saskaņā ar Chen et al., tas galvenokārt ir tāpēc, ka HPMC ap cementa daļiņām veido aizsargplēvi, kas pagarina sacietēšanas laiku;Pourchez et al.uzskatīja, ka tas galvenokārt ir saistīts ar šķiedrām. Vienkārši ētera sadalīšanās produkti (piemēram, karboksilāti) vai metoksilgrupas var aizkavēt cementa hidratāciju, aizkavējot Ca(OH)2 veidošanos.Ir vērts atzīmēt, ka, lai ūdens iztvaikošana uz parauga virsmas neietekmētu iespiešanās pretestības attīstību, šis eksperiments tika veikts tādos pašos temperatūras un mitruma apstākļos.Kopumā HPMC var efektīvi uzlabot 3D drukas javas sakraujamību sākotnējā posmā, aizkavēt koagulāciju un pagarināt 3D drukas javas drukas laiku.

3D drukas javas vienība (garums 200 mm × platums 20 mm × slāņa biezums 8 mm): sagataves grupa bez HPMC bija stipri deformēta, sabrukusi un, drukājot septīto slāni, radās asiņošanas problēmas;Grupas M-H0.20 javai ir laba sakraujamība.Pēc 13 slāņu drukāšanas augšējās malas platums ir 16,58 mm, apakšējās malas platums ir 19,65 mm, bet augšdaļas un apakšas attiecība (augšējās malas platuma attiecība pret apakšējās malas platumu) ir 0,84.Izmēru novirze ir neliela.Tāpēc ar drukāšanu ir pārbaudīts, ka HPMC iekļaušana var būtiski uzlabot javas apdrukājamību.Javas plūstamībai ir laba ekstrudējamība un sakraujamība 160–170 mm;formas saglabāšanas koeficients ir mazāks par 70 %, ir nopietni deformēts un neatbilst drukāšanas prasībām.

1.2HPMC ietekme uz 3D drukas javu reoloģiskajām īpašībām

Tiek dota tīras celulozes šķietamā viskozitāte pie dažāda HPMC satura: palielinoties bīdes ātrumam, tīras celulozes šķietamā viskozitāte samazinās, un bīdes retināšanas parādība ir zem augsta HPMC satura.Tas ir acīmredzamāk.HPMC molekulārā ķēde ir nesakārtota un uzrāda augstāku viskozitāti pie zema bīdes ātruma;bet pie liela bīdes ātruma HPMC molekulas pārvietojas paralēli un sakārtoti pa bīdes virzienu, padarot molekulas vieglāk slīdējamas, tāpēc tabula Vircas šķietamā viskozitāte ir salīdzinoši zema.Ja bīdes ātrums ir lielāks par 5,0 s-1, P-H0 šķietamā viskozitāte tukšajā grupā pamatā ir stabila 5 Pa s robežās;kamēr vircas šķietamā viskozitāte palielinās pēc HPMC pievienošanas, un tā tiek sajaukta ar HPMC.HPMC pievienošana palielina iekšējo berzi starp cementa daļiņām, kas palielina pastas šķietamo viskozitāti, un makroskopiskā veiktspēja ir tāda, ka 3D drukas javas ekstrūdējamība samazinās.

Tika reģistrēta saistība starp bīdes spriegumu un tīras vircas bīdes ātrumu reoloģiskajā pārbaudē, un, lai atbilstu rezultātiem, tika izmantots Bingema modelis.Rezultāti ir parādīti 8. attēlā un 3. tabulā. Ja HPMC saturs bija 0,30%, bīdes ātrums testa laikā bija lielāks par 32,5 Ja vircas viskozitāte pārsniedz instrumenta diapazonu pie s-1, attiecīgie dati punktus nevar savākt.Parasti, lai raksturotu vircas tiksotropiju [21, 33], tiek izmantots laukums, ko ierobežo kāpuma un krituma līknes stabilā stadijā (10,0–50,0 s-1).Tiksotropija attiecas uz īpašību, ka vircai ir liela plūstamība ārējā spēka bīdes iedarbībā, un tā var atgriezties sākotnējā stāvoklī pēc bīdes darbības atcelšanas.Atbilstoša tiksotropija ir ļoti svarīga javas apdrukājamībai.No 8. attēla redzams, ka tukšās grupas tiksotropais laukums bez HPMC bija tikai 116,55 Pa/s;pēc 0,10% HPMC pievienošanas tīkla pastas tiksotropais laukums ievērojami palielinājās līdz 1 800,38 Pa/s;Palielinoties , pastas tiksotropais laukums samazinājās, taču tas joprojām bija 10 reizes lielāks nekā tukšajā grupā.No tiksotropijas viedokļa HPMC iekļaušana ievērojami uzlaboja javas apdrukājamību.

Lai java pēc ekstrūzijas saglabātu savu formu un izturētu nākamā ekstrudētā slāņa slodzi, javai ir jābūt ar lielāku tecēšanas spriegumu.No 3. tabulas var redzēt, ka neto vircas tecēšanas spriegums τ0 ir ievērojami uzlabojies pēc HPMC pievienošanas, un tas ir līdzīgs HPMC.HPMC saturs ir pozitīvi korelēts;ja HPMC saturs ir 0,10%, 0,20% un 0,30%, neto pastas tecēšanas spriegums palielinās attiecīgi līdz 8,6, 23,7 un 31,8 reizēm nekā tukšajā grupā;palielinoties HPMC saturam, palielinās arī plastiskā viskozitāte μ.3D drukāšanai nepieciešams, lai javas plastiskā viskozitāte nebūtu pārāk maza, pretējā gadījumā deformācija pēc ekstrūzijas būs liela;tajā pašā laikā jāsaglabā piemērota plastmasas viskozitāte, lai nodrošinātu materiāla ekstrūzijas konsistenci.Rezumējot, no reoloģijas viedokļa HPMC's Incorporation pozitīvi ietekmē 3D drukas javas sakraujamības uzlabošanos.Pēc HPMC iekļaušanas tīrā pasta joprojām atbilst Binghemas reoloģiskajam modelim, un atbilstības pakāpe R2 nav zemāka par 0,99.

1.3HPMC ietekme uz 3D drukas javas mehāniskajām īpašībām

3D drukas javas 28 d spiedes izturība un lieces izturība.Palielinoties HPMC saturam, samazinājās 3D drukas javas 28 d spiedes un lieces izturība;kad HPMC saturs sasniedza 0,30%, 28 d spiedes izturība un lieces stiprība ir attiecīgi 30,3 un 7,3 MPa.Pētījumi ir parādījuši, ka HPMC ir zināma gaisu piesaistoša iedarbība, un, ja tā saturs ir pārāk augsts, javas iekšējā porainība ievērojami palielināsies;Palielinās difūzijas pretestība, un ir grūti visu izlādēt.Tāpēc porainības palielināšanās var būt par iemeslu HPMC izraisītajai 3D drukas javas stiprības samazinājumam.

Unikālais 3D drukāšanas laminēšanas formēšanas process noved pie vāju zonu esamības struktūrā un mehāniskajās īpašībās starp blakus esošajiem slāņiem, un savienojuma stiprībai starp slāņiem ir liela ietekme uz drukātā komponenta kopējo izturību.3D drukas javas paraugi, kas sajaukti ar 0,20% HPMC, tika sagriezti M-H0,20, un starpslāņu saites stiprība tika pārbaudīta ar starpslāņu sadalīšanas metodi.Trīs daļu starpslāņu saites stiprība bija lielāka par 1,3 MPa;un, kad slāņu skaits bija mazs, starpslāņu saites stiprība bija nedaudz lielāka.Iemesls var būt tas, ka, no vienas puses, augšējā slāņa gravitācija padara apakšējos slāņus ciešāk savienotus;no otras puses, javas virsmā var būt vairāk mitruma, apdrukājot apakšējo slāni, savukārt javas virsmas mitrums tiek samazināts iztvaikošanas un hidratācijas dēļ, apdrukājot augšējo slāni, tādējādi Saite starp apakšējiem slāņiem ir stiprāka.

1.4HPMC ietekme uz 3D drukas javas mikromorfoloģiju

M-H0 un M-H0.20 paraugu SEM attēli 3 dienu vecumā parāda, ka M-H0.20 paraugu virsmas poras ir ievērojami palielinātas pēc 0,20% HPMC pievienošanas un poru izmērs ir lielāks nekā parauga poru izmērs. tukšā grupa.No vienas puses, tas ir tāpēc, ka HPMC ir gaisu piesaistoša iedarbība, kas ievieš viendabīgas un smalkas poras;no otras puses, var gadīties, ka HPMC pievienošana palielina vircas viskozitāti, tādējādi palielinot vircas iekšpusē esošā gaisa izplūdes pretestību.Palielinājums var būt galvenais javas mehānisko īpašību samazināšanās iemesls.Rezumējot, lai nodrošinātu 3D drukas javas izturību, HPMC saturs nedrīkst būt pārāk liels (≤ 0,20%).

Noslēgumā

(1) Hidroksipropilmetilceluloze HPMC uzlabo javas apdrukājamību.Palielinoties HPMC saturam, javas ekstrudējamība samazinās, bet tai joprojām ir laba ekstrudējamība, uzlabojas sakraujamība un pagarinās drukājamais laiks.Drukājot ir pārbaudīts, ka pēc HPMC pievienošanas javas apakšējā slāņa deformācija samazinās, bet augšējās un apakšējās daļas attiecība ir 0,84, ja HPMC saturs ir 0,20%.

(2) HPMC uzlabo 3D drukas javas reoloģiskās īpašības.Palielinoties HPMC saturam, palielinās vircas šķietamā viskozitāte, tecēšanas spriegums un plastiskā viskozitāte;tiksotropija vispirms palielinās un pēc tam samazinās, un tiek iegūta apdrukājamība.Uzlabošana.No reoloģijas viedokļa HPMC pievienošana var arī uzlabot javas apdrukājamību.Pēc HPMC pievienošanas virca joprojām atbilst Bingema reoloģiskajam modelim un atbilstības pakāpei R2≥0,99.

(3) Pēc HPMC pievienošanas palielinās materiāla mikrostruktūra un poras.Ieteicams, lai HPMC saturs nepārsniegtu 0,20%, pretējā gadījumā tas ļoti ietekmēs javas mehāniskās īpašības.Saistības stiprība starp dažādiem 3D drukas javas slāņiem ir nedaudz atšķirīga, un slāņu skaits, kad tas ir mazāks, savienojuma stiprība starp javas slāņiem ir lielāka.