3D प्रिंटिंग मोर्टारवर HPMC चा प्रभाव

१.१3D प्रिंटिंग मोर्टारच्या मुद्रणक्षमतेवर HPMC चा प्रभाव

1.1.13D प्रिंटिंग मोर्टारच्या एक्सट्रुडेबिलिटीवर HPMC चा प्रभाव

HPMC शिवाय रिक्त गट M-H0 आणि 0.05%, 0.10%, 0.20% आणि 0.30% HPMC सामग्री असलेल्या चाचणी गटांना वेगवेगळ्या कालावधीसाठी उभे राहण्याची परवानगी देण्यात आली आणि नंतर द्रवतेची चाचणी घेण्यात आली.हे पाहिले जाऊ शकते की HPMC च्या समावेशामुळे मोर्टारची तरलता लक्षणीयरीत्या कमी होईल;जेव्हा HPMC ची सामग्री हळूहळू 0% वरून 0.30% पर्यंत वाढविली जाते, तेव्हा मोर्टारची प्रारंभिक प्रवाहीता 243 मिमी वरून अनुक्रमे 206, 191, 167 आणि 160 मिमी पर्यंत कमी होते.HPMC हा उच्च आण्विक पॉलिमर आहे.नेटवर्क स्ट्रक्चर तयार करण्यासाठी ते एकमेकांमध्ये अडकले जाऊ शकतात आणि Ca(OH) 2 सारख्या घटकांना एन्कॅप्स्युलेटिंग करून सिमेंट स्लरीची एकसंधता वाढवता येते. मॅक्रोस्कोपिक पद्धतीने, मोर्टारची सुसंगतता सुधारली जाते.स्थायी वेळेच्या विस्तारासह, मोर्टारच्या हायड्रेशनची डिग्री वाढते.वाढली, कालांतराने तरलता कमी झाली.HPMC शिवाय रिक्त गट M-H0 ची तरलता वेगाने कमी झाली.0.05%, 0.10%, 0.20% आणि 0.30% HPMC सह प्रायोगिक गटात, तरलता कमी होण्याची डिग्री वेळेनुसार कमी झाली आणि 60 मिनिटे उभे राहिल्यानंतर मोर्टारची तरलता अनुक्रमे 180, 177, 164 आणि 155 मिमी होती. .तरलता 87.3%, 92.7%, 98.2%, 96.8% आहे.HPMC च्या समावेशामुळे मोर्टार द्रवपदार्थाची धारणा क्षमता लक्षणीयरीत्या सुधारू शकते, जे HPMC आणि पाण्याच्या रेणूंच्या संयोगामुळे होते;दुसरीकडे, एचपीएमसी एक समान फिल्म बनवू शकते ज्यामध्ये नेटवर्क स्ट्रक्चर आहे आणि सिमेंट गुंडाळते, ज्यामुळे मोर्टारमधील पाण्याचे वाष्पीकरण प्रभावीपणे कमी होते आणि विशिष्ट पाणी धारणा कार्यक्षमता असते.हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की जेव्हा एचपीएमसीची सामग्री 0.20% असते, तेव्हा मोर्टार द्रवपदार्थाची धारणा क्षमता सर्वोच्च पातळीवर पोहोचते.

HPMC च्या वेगवेगळ्या प्रमाणात मिसळलेल्या 3D प्रिंटिंग मोर्टारची तरलता 160~206 मिमी आहे.भिन्न प्रिंटर पॅरामीटर्समुळे, वेगवेगळ्या संशोधकांनी प्राप्त केलेल्या तरलतेच्या शिफारस केलेल्या श्रेणी भिन्न आहेत, जसे की 150~190 mm, 160~170 mm.आकृती 3 वरून, हे अंतर्ज्ञानाने पाहिले जाऊ शकते. हे पाहिले जाऊ शकते की HPMC सह मिश्रित 3D प्रिंटिंग मोर्टारची तरलता बहुतेक शिफारस केलेल्या मर्यादेत असते, विशेषत: जेव्हा HPMC सामग्री 0.20% असते, तेव्हा 60 मिनिटांच्या आत मोर्टारची तरलता असते. शिफारस केलेली श्रेणी, जी योग्य तरलता आणि स्टॅकेबिलिटीचे समाधान करते.म्हणून, जरी HPMC च्या योग्य प्रमाणात असलेल्या मोर्टारची तरलता कमी झाली आहे, ज्यामुळे एक्सट्रुडेबिलिटी कमी होते, तरीही त्यात चांगली एक्सट्रुडेबिलिटी आहे, जी शिफारस केलेल्या मर्यादेत आहे.

१.१.२3D प्रिंटिंग मोर्टारच्या स्टॅकेबिलिटीवर HPMC चा प्रभाव

टेम्प्लेट न वापरण्याच्या बाबतीत, स्व-वजनाखाली आकार धारणा दराचा आकार सामग्रीच्या उत्पन्नाच्या ताणावर अवलंबून असतो, जो स्लरी आणि एकूण यांच्यातील अंतर्गत समन्वयाशी संबंधित असतो.वेगवेगळ्या HPMC सामग्रीसह 3D प्रिंटिंग मोर्टारचे आकार धारणा दिलेले आहे.स्थायी वेळेसह बदलाचा दर.HPMC जोडल्यानंतर, मोर्टारचा आकार टिकवून ठेवण्याचा दर सुधारला जातो, विशेषत: सुरुवातीच्या टप्प्यावर आणि 20 मिनिटे उभे राहणे.तथापि, स्थायी वेळेच्या विस्तारासह, मोर्टारच्या आकार धारणा दरावरील HPMC चा सुधारणेचा प्रभाव हळूहळू कमकुवत होत गेला, जो मुख्यत्वेकरून प्रतिधारण दर लक्षणीयरीत्या वाढतो.60 मिनिटे उभे राहिल्यानंतर, केवळ 0.20% आणि 0.30% HPMC मोर्टारचा आकार धारणा दर सुधारू शकतात.

वेगवेगळ्या एचपीएमसी सामग्रीसह 3D प्रिंटिंग मोर्टारचे पेनिट्रेशन रेझिस्टन्स टेस्टचे परिणाम आकृती 5 मध्ये दर्शविले आहेत. हे आकृती 5 वरून दिसून येते की पेनिट्रेशन रेझिस्टन्स सामान्यतः स्टँडिंग टाइमच्या विस्ताराने वाढते, जे मुख्यतः प्रवाहाच्या प्रवाहामुळे होते. सिमेंट हायड्रेशन प्रक्रियेदरम्यान स्लरी.ते हळूहळू कडक घनरूपात विकसित होत गेले;पहिल्या 80 मिनिटांमध्ये, एचपीएमसीच्या समावेशामुळे प्रवेश प्रतिरोध वाढला आणि एचपीएमसीच्या सामग्रीच्या वाढीसह, प्रवेश प्रतिरोध वाढला.प्रवेशाचा प्रतिकार जितका जास्त, लागू केलेल्या लोडमुळे सामग्रीचे विकृतीकरण तितकेच HPMC ची प्रतिरोधक क्षमता जास्त असते, जे दर्शवते की HPMC 3D प्रिंटिंग मोर्टारची प्रारंभिक स्टॅकेबिलिटी सुधारू शकते.HPMC च्या पॉलिमर साखळीवरील हायड्रॉक्सिल आणि इथर बॉण्ड्स हायड्रोजन बॉन्ड्सद्वारे पाण्याशी सहजपणे एकत्र केले जातात, परिणामी मुक्त पाण्याचे प्रमाण हळूहळू कमी होते आणि कणांमधील कनेक्शन वाढते, घर्षण शक्ती वाढते, त्यामुळे लवकर प्रवेश प्रतिरोध मोठा होतो.80 मिनिटे उभे राहिल्यानंतर, सिमेंटच्या हायड्रेशनमुळे, HPMC शिवाय रिक्त गटाचा प्रवेश प्रतिरोध वेगाने वाढला, तर HPMC सह चाचणी गटाचा प्रवेश प्रतिरोध वाढला सुमारे 160 मिनिटे उभे राहण्यापर्यंत दर लक्षणीय बदलला नाही.चेन एट अल.च्या मते, हे मुख्यत्वे कारण आहे की एचपीएमसी सिमेंटच्या कणांभोवती एक संरक्षक फिल्म बनवते, ज्यामुळे सेटिंग वेळ वाढतो;पोर्चेझ आणि इतर.हे मुख्यतः फायबरमुळे आहे असे अनुमान काढले जाते (जसे की कार्बोक्सिलेट्स) किंवा मेथॉक्सिल गट Ca(OH)2 ची निर्मिती थांबवून सिमेंट हायड्रेशनला विलंब करू शकतात.हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की, नमुन्याच्या पृष्ठभागावरील पाण्याच्या बाष्पीभवनामुळे आत प्रवेश करण्याच्या प्रतिकारशक्तीच्या विकासास प्रतिबंध करण्यासाठी, हा प्रयोग समान तापमान आणि आर्द्रतेच्या परिस्थितीत केला गेला.एकूणच, HPMC सुरुवातीच्या टप्प्यावर 3D प्रिंटिंग मोर्टारची स्टॅकेबिलिटी सुधारू शकते, कोग्युलेशनला विलंब करू शकते आणि 3D प्रिंटिंग मोर्टारचा प्रिंट करण्यायोग्य वेळ वाढवू शकते.

3D प्रिंटिंग मोर्टार अस्तित्व (लांबी 200 मिमी × रुंदी 20 मिमी × थर जाडी 8 मिमी): एचपीएमसी नसलेला रिक्त गट गंभीरपणे विकृत झाला होता, कोसळला होता आणि सातवा स्तर मुद्रित करताना रक्तस्त्राव समस्या होत्या;M-H0.20 ग्रुप मोर्टारमध्ये चांगली स्टॅकेबिलिटी आहे.13 लेयर्स प्रिंट केल्यानंतर, वरच्या काठाची रुंदी 16.58 मिमी, खालच्या काठाची रुंदी 19.65 मिमी आणि वरपासून खालपर्यंतचे प्रमाण (वरच्या काठाच्या रुंदी आणि खालच्या काठाच्या रुंदीचे गुणोत्तर) 0.84 आहे.मितीय विचलन लहान आहे.म्हणून, हे मुद्रणाद्वारे सत्यापित केले गेले आहे की HPMC च्या समावेशामुळे मोर्टारच्या मुद्रणक्षमतेत लक्षणीय सुधारणा होऊ शकते.मोर्टार फ्लुइडिटीमध्ये 160~170 मिमी चांगली एक्सट्रुडेबिलिटी आणि स्टॅकेबिलिटी आहे;आकार धारणा दर 70% पेक्षा कमी आहे गंभीरपणे विकृत आहे आणि मुद्रण आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही.

१.२3D प्रिंटिंग मोर्टारच्या rheological गुणधर्मांवर HPMC चा प्रभाव

वेगवेगळ्या एचपीएमसी सामग्री अंतर्गत शुद्ध लगदाची स्पष्ट चिकटपणा दिली जाते: कातरणे दर वाढल्याने, शुद्ध लगदाची स्पष्ट चिकटपणा कमी होते आणि कातरणे पातळ होण्याची घटना उच्च एचपीएमसी सामग्री अंतर्गत असते.ते अधिक स्पष्ट आहे.एचपीएमसी आण्विक साखळी विस्कळीत आहे आणि कमी कातरणे दराने जास्त स्निग्धता दर्शवते;परंतु उच्च कातरण दराने, एचपीएमसी रेणू कातरण्याच्या दिशेने समांतर आणि व्यवस्थित हलतात, ज्यामुळे रेणू सरकणे सोपे होते, त्यामुळे टेबल स्लरीची स्पष्ट चिकटपणा तुलनेने कमी आहे.जेव्हा कातरण्याचा दर 5.0 s-1 पेक्षा जास्त असतो, तेव्हा रिक्त गटातील P-H0 ची स्पष्ट चिकटपणा मुळात 5 Pa s च्या आत स्थिर असते;HPMC जोडल्यानंतर स्लरीची स्पष्ट स्निग्धता वाढते आणि ती HPMC मध्ये मिसळली जाते.HPMC जोडल्याने सिमेंटच्या कणांमधील अंतर्गत घर्षण वाढते, ज्यामुळे पेस्टची स्पष्ट चिकटपणा वाढते आणि मॅक्रोस्कोपिक कामगिरी अशी आहे की 3D प्रिंटिंग मोर्टारची एक्सट्रुडेबिलिटी कमी होते.

rheological चाचणी मध्ये कातरणे ताण आणि शुद्ध स्लरीचा कातरणे दर यांच्यातील संबंध नोंदवले गेले, आणि Bingham मॉडेल परिणाम फिट करण्यासाठी वापरले.परिणाम आकृती 8 आणि तक्ता 3 मध्ये दर्शविले आहेत. जेव्हा HPMC ची सामग्री 0.30% होती, तेव्हा चाचणी दरम्यान कातरण्याचे प्रमाण 32.5 पेक्षा जास्त होते जेव्हा स्लरीची स्निग्धता s-1 येथे इन्स्ट्रुमेंटच्या श्रेणीपेक्षा जास्त असते तेव्हा संबंधित डेटा गुण गोळा करता येत नाहीत.सामान्यतः, स्थिर अवस्थेत (10.0~50.0 s-1) वाढत्या आणि घसरणार्‍या वक्रांनी वेढलेले क्षेत्र स्लरी [21, 33] च्या थिक्सोट्रॉपीचे वैशिष्ट्य करण्यासाठी वापरले जाते.थिक्सोट्रॉपी या गुणधर्माचा संदर्भ देते की बाह्य बल कातरण्याच्या क्रियेत स्लरीमध्ये खूप तरलता असते आणि कातरण्याची क्रिया रद्द झाल्यानंतर ती मूळ स्थितीत परत येऊ शकते.मोर्टारच्या मुद्रिततेसाठी योग्य थिक्सोट्रॉपी खूप महत्वाची आहे.आकृती 8 वरून हे दिसून येते की HPMC शिवाय रिक्त गटाचे थिक्सोट्रॉपिक क्षेत्रफळ केवळ 116.55 Pa/s होते;HPMC च्या 0.10% जोडल्यानंतर, निव्वळ पेस्टचे थिक्सोट्रॉपिक क्षेत्र लक्षणीयरित्या 1 800.38 Pa/s पर्यंत वाढले;च्या वाढीसह, पेस्टचे थिक्सोट्रॉपिक क्षेत्र कमी झाले, परंतु तरीही ते रिक्त गटापेक्षा 10 पट जास्त होते.थिक्सोट्रॉपीच्या दृष्टीकोनातून, HPMC च्या समावेशामुळे मोर्टारची छपाईक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारली.

मोर्टारला एक्सट्रूझननंतर त्याचा आकार टिकवून ठेवण्यासाठी आणि त्यानंतरच्या एक्सट्रूडेड लेयरचा भार सहन करण्यासाठी, मोर्टारला जास्त उत्पन्नाचा ताण असणे आवश्यक आहे.तक्ता 3 वरून असे दिसून येते की HPMC जोडल्यानंतर निव्वळ स्लरीचा उत्पन्नाचा ताण τ0 लक्षणीयरीत्या सुधारला आहे आणि तो HPMC सारखाच आहे.HPMC ची सामग्री सकारात्मकपणे सहसंबंधित आहे;जेव्हा HPMC ची सामग्री 0.10%, 0.20% आणि 0.30% असते, तेव्हा निव्वळ पेस्टचा उत्पन्नाचा ताण रिक्त गटाच्या अनुक्रमे 8.6, 23.7 आणि 31.8 पट वाढतो;HPMC च्या सामग्रीच्या वाढीसह प्लास्टिकची चिकटपणा μ देखील वाढते.3D प्रिंटिंगसाठी आवश्यक आहे की मोर्टारची प्लास्टिकची चिकटपणा खूप लहान नसावी, अन्यथा एक्सट्रूझन नंतरचे विकृत रूप मोठे असेल;त्याच वेळी, सामग्री बाहेर काढण्याची सुसंगतता सुनिश्चित करण्यासाठी योग्य प्लास्टिकची चिकटपणा राखली पाहिजे.सारांश, रिओलॉजीच्या दृष्टिकोनातून, 3D प्रिंटिंग मोर्टारच्या स्टॅकेबिलिटी सुधारण्यावर HPMC च्या निगमनचा सकारात्मक प्रभाव आहे.HPMC अंतर्भूत केल्यानंतर, शुद्ध पेस्ट अजूनही Bingham rheological मॉडेलला अनुरूप आहे आणि R2 ची चांगलीता 0.99 पेक्षा कमी नाही.

१.३3D प्रिंटिंग मोर्टारच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर HPMC चा प्रभाव

3D प्रिंटिंग मोर्टारची 28 डी कंप्रेसिव्ह ताकद आणि फ्लेक्सरल ताकद.HPMC सामग्रीच्या वाढीसह, 3D प्रिंटिंग मोर्टारची 28 d संकुचित आणि लवचिक शक्ती कमी झाली;जेव्हा HPMC ची सामग्री 0.30% पर्यंत पोहोचते तेव्हा 28 d संकुचित शक्ती आणि लवचिक सामर्थ्य अनुक्रमे 30.3 आणि 7.3 MPa असते.अभ्यासाने दर्शविले आहे की एचपीएमसीचा विशिष्ट वायु-प्रवेश प्रभाव असतो आणि जर त्याची सामग्री खूप जास्त असेल तर मोर्टारची अंतर्गत छिद्र लक्षणीय वाढेल;प्रसार प्रतिकार वाढतो आणि सर्व डिस्चार्ज करणे कठीण आहे.त्यामुळे, सच्छिद्रता वाढणे हे HPMC मुळे 3D प्रिंटिंग मोर्टारची ताकद कमी होण्याचे कारण असू शकते.

3D प्रिंटिंगच्या अद्वितीय लॅमिनेशन मोल्डिंग प्रक्रियेमुळे शेजारच्या स्तरांमधील संरचना आणि यांत्रिक गुणधर्मांमधील कमकुवत क्षेत्रे अस्तित्वात येतात आणि स्तरांमधील बाँडिंग मजबुतीचा मुद्रित घटकाच्या एकूण मजबुतीवर मोठा प्रभाव पडतो.3D प्रिंटिंगसाठी 0.20% HPMC M-H0.20 मिश्रित मोर्टारचे नमुने कापले गेले आणि इंटरलेअर स्प्लिटिंग पद्धतीने इंटरलेअर बाँडची ताकद तपासली गेली.तीन भागांची इंटरलेयर बाँडची ताकद 1.3 MPa पेक्षा जास्त होती;आणि जेव्हा स्तरांची संख्या कमी होती, तेव्हा इंटरलेअर बाँडची ताकद थोडी जास्त होती.याचे कारण असे असू शकते की, एकीकडे, वरच्या थराचे गुरुत्वाकर्षण खालच्या थरांना अधिक घनतेने बांधलेले बनवते;दुसरीकडे, खालचा थर मुद्रित करताना मोर्टारच्या पृष्ठभागावर अधिक ओलावा असू शकतो, तर वरचा थर मुद्रित करताना बाष्पीभवन आणि हायड्रेशनमुळे मोर्टारच्या पृष्ठभागाची आर्द्रता कमी होते, त्यामुळे तळाच्या थरांमधील बॉन्डिंग अधिक मजबूत होते.

१.४3D प्रिंटिंग मोर्टारच्या मायक्रोमॉर्फोलॉजीवर एचपीएमसीचा प्रभाव

M-H0 आणि M-H0.20 नमुन्यांच्या 3 d वयाच्या SEM प्रतिमा दर्शवतात की M-H0.20 नमुन्यांच्या पृष्ठभागावरील छिद्रांमध्ये 0.20% HPMC जोडल्यानंतर लक्षणीय वाढ झाली आहे आणि छिद्रांचा आकार त्यापेक्षा मोठा आहे. रिक्त गट.हे एकीकडे, कारण एचपीएमसीमध्ये वायु-प्रवेश प्रभाव असतो, ज्यामुळे एकसमान आणि बारीक छिद्रे येतात;दुसरीकडे, असे होऊ शकते की एचपीएमसी जोडल्याने स्लरीची स्निग्धता वाढते, ज्यामुळे स्लरीच्या आत हवेचा डिस्चार्ज प्रतिरोध वाढतो.मोर्टारच्या यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये घट होण्याचे मुख्य कारण ही वाढ असू शकते.सारांश, 3D प्रिंटिंग मोर्टारची ताकद सुनिश्चित करण्यासाठी, HPMC ची सामग्री खूप मोठी (≤ 0.20%) नसावी.

अनुमान मध्ये

(1) हायड्रॉक्सीप्रोपील मिथाइलसेल्युलोज HPMC मोर्टारची छपाईक्षमता सुधारते.एचपीएमसीच्या सामग्रीच्या वाढीसह, मोर्टारची एक्सट्रूडेबिलिटी कमी होते परंतु तरीही चांगली एक्सट्रुडेबिलिटी असते, स्टॅकेबिलिटी सुधारली जाते आणि प्रिंट करण्यायोग्य वेळ दीर्घकाळ टिकतो.हे प्रिंटिंगद्वारे सत्यापित केले गेले आहे की HPMC जोडल्यानंतर मोर्टारच्या खालच्या थराची विकृती कमी होते आणि HPMC सामग्री 0.20% असताना शीर्ष-तळाचे प्रमाण 0.84 आहे.

(2) HPMC 3D प्रिंटिंग मोर्टारचे rheological गुणधर्म सुधारते.एचपीएमसी सामग्रीच्या वाढीसह, स्लरीची स्पष्ट चिकटपणा, उत्पन्नाचा ताण आणि प्लास्टिकची चिकटपणा वाढते;थिक्सोट्रॉपी प्रथम वाढते आणि नंतर कमी होते आणि मुद्रणक्षमता प्राप्त होते.सुधारणा.रिओलॉजीच्या दृष्टीकोनातून, HPMC जोडल्याने मोर्टारची छपाईक्षमता देखील सुधारू शकते.HPMC जोडल्यानंतर, स्लरी अजूनही Bingham rheological मॉडेलशी सुसंगत आहे आणि R2≥0.99 ची चांगलीता आहे.

(3) HPMC जोडल्यानंतर, सामग्रीची सूक्ष्म रचना आणि छिद्र वाढतात.एचपीएमसीची सामग्री 0.20% पेक्षा जास्त नसावी अशी शिफारस केली जाते, अन्यथा मोर्टारच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर त्याचा मोठा प्रभाव पडेल.3D प्रिंटिंग मोर्टारच्या वेगवेगळ्या स्तरांमधील बाँडिंग स्ट्रेंथ थोडी वेगळी असते आणि लेयर्सची संख्या जेव्हा ती कमी असते, तेव्हा मोर्टार लेयर्समधील बाँडिंग स्ट्रेंथ जास्त असते.