1.1Invloed van HPMC op de printbaarheid van 3D-printmortels
1.1.1Het effect van HPMC op de extrudeerbaarheid van 3D-printmortels
De blancogroep M-H0 zonder HPMC en de testgroepen met een HPMC-gehalte van 0,05%, 0,10%, 0,20% en 0,30% mochten gedurende verschillende tijdsperioden staan, en vervolgens werd de vloeibaarheid getest.Het is duidelijk dat de opname van HPMC de vloeibaarheid van de mortel aanzienlijk zal verminderen;wanneer het gehalte aan HPMC geleidelijk wordt verhoogd van 0% naar 0,30%, neemt de initiële vloeibaarheid van de mortel af van respectievelijk 243 mm naar 206, 191, 167 en 160 mm.HPMC is een hoogmoleculair polymeer.Ze kunnen met elkaar verstrengeld worden om een netwerkstructuur te vormen, en de cohesie van de cementslurry kan vergroot worden door componenten zoals Ca(OH)2 in te kapselen. Macroscopisch wordt de cohesie van de mortel verbeterd.Met de verlenging van de standtijd neemt de hydratatiegraad van de mortel toe.nam toe, de vloeibaarheid ging in de loop van de tijd verloren.De vloeibaarheid van de blanco groep M-H0 zonder HPMC nam snel af.In de experimentele groep met 0,05%, 0,10%, 0,20% en 0,30% HPMC nam de mate van afname van de vloeibaarheid af met de tijd, en de vloeibaarheid van de mortel na 60 minuten staan was respectievelijk 180, 177, 164 en 155 mm. .De vloeibaarheid is 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%.De opname van HPMC kan het retentievermogen van de vloeibaarheid van mortel aanzienlijk verbeteren, wat te danken is aan de combinatie van HPMC en watermoleculen;aan de andere kant kan HPMC een soortgelijke film vormen. Het heeft een netwerkstructuur en wikkelt het cement, wat de vervluchtiging van water in de mortel effectief vermindert en een bepaalde waterretentieprestatie heeft.Het is vermeldenswaard dat wanneer het HPMC-gehalte 0,20% bedraagt, het retentievermogen van de mortelvloeibaarheid het hoogste niveau bereikt.
De vloeibaarheid van de 3D-printmortel gemengd met verschillende hoeveelheden HPMC is 160 ~ 206 mm.Vanwege de verschillende printerparameters zijn de aanbevolen vloeibaarheidsbereiken verkregen door verschillende onderzoekers verschillend, zoals 150 ~ 190 mm, 160 ~ 170 mm.Uit Figuur 3 is intuïtief te zien dat de vloeibaarheid van de 3D-printmortel gemengd met HPMC grotendeels binnen het aanbevolen bereik ligt, vooral wanneer het HPMC-gehalte 0,20% is, ligt de vloeibaarheid van de mortel binnen 60 minuten binnen het aanbevolen bereik. het aanbevolen bereik, dat voldoet aan de juiste vloeibaarheid en stapelbaarheid.Hoewel de vloeibaarheid van de mortel met een geschikte hoeveelheid HPMC wordt verminderd, wat leidt tot een afname van de extrudeerbaarheid, heeft deze daarom nog steeds een goede extrudeerbaarheid, die binnen het aanbevolen bereik ligt.
1.1.2Het effect van HPMC op de stapelbaarheid van 3D-printmortels
Als er geen sjabloon wordt gebruikt, hangt de grootte van de vormvastheid onder eigen gewicht af van de vloeispanning van het materiaal, die verband houdt met de interne cohesie tussen de slurry en het aggregaat.Het vormbehoud van 3D-printmortels met verschillende HPMC-gehalten wordt gegeven.De snelheid van verandering met de standtijd.Na toevoeging van HPMC wordt de vormvastheid van de mortel verbeterd, vooral in de beginfase en gedurende 20 minuten staan.Met de verlenging van de standtijd verzwakte het verbeterende effect van HPMC op de vormvastheid van mortel echter geleidelijk, wat voornamelijk te wijten was aan het aanzienlijk toenemen van de retentiesnelheid.Na 60 minuten staan kunnen slechts 0,20% en 0,30% HPMC de vormvastheid van de mortel verbeteren.
De testresultaten van de penetratieweerstand van de 3D-printmortel met verschillende HPMC-gehalten worden weergegeven in Figuur 5. Uit Figuur 5 blijkt dat de penetratieweerstand in het algemeen toeneemt met de verlenging van de standtijd, wat voornamelijk te wijten is aan de stroming van de slurry tijdens het cementhydratatieproces.Het evolueerde geleidelijk naar een stijve vaste stof;in de eerste 80 minuten verhoogde de opname van HPMC de penetratieweerstand, en met de toename van het HPMC-gehalte nam de penetratieweerstand toe.Hoe groter de penetratieweerstand, de vervorming van het materiaal als gevolg van de uitgeoefende belasting. Hoe groter de weerstand van HPMC is, wat aangeeft dat HPMC de vroege stapelbaarheid van 3D-printmortel kan verbeteren.Omdat de hydroxyl- en etherbindingen op de polymeerketen van HPMC gemakkelijk worden gecombineerd met water via waterstofbruggen, resulterend in de geleidelijke vermindering van vrij water en de verbinding tussen deeltjes toeneemt, neemt de wrijvingskracht toe, waardoor de vroege penetratieweerstand groter wordt.Na 80 minuten staan, als gevolg van de hydratatie van cement, nam de penetratieweerstand van de blanco groep zonder HPMC snel toe, terwijl de penetratieweerstand van de testgroep met HPMC toenam. De snelheid veranderde pas significant na ongeveer 160 minuten staan.Volgens Chen et al. komt dit vooral doordat HPMC een beschermende film rond de cementdeeltjes vormt, waardoor de uithardingstijd wordt verlengd;Pourchez et al.Er wordt vermoed dat dit voornamelijk te wijten is aan vezels. Eenvoudige etherafbraakproducten (zoals carboxylaten) of methoxylgroepen kunnen de hydratatie van cement vertragen door de vorming van Ca(OH)2 te vertragen.Het is vermeldenswaard dat, om te voorkomen dat de ontwikkeling van de penetratieweerstand wordt beïnvloed door de verdamping van water op het oppervlak van het monster, dit experiment werd uitgevoerd onder dezelfde temperatuur- en vochtigheidsomstandigheden.Over het geheel genomen kan HPMC de stapelbaarheid van de 3D-printmortel in de beginfase effectief verbeteren, de coagulatie vertragen en de printbare tijd van de 3D-printmortel verlengen.
3D-printmortelentiteit (lengte 200 mm x breedte 20 mm x laagdikte 8 mm): De blanco groep zonder HPMC was ernstig vervormd, stortte in en had bloedingsproblemen bij het printen van de zevende laag;De M-H0.20 groepsmortel heeft een goede stapelbaarheid.Na het afdrukken van 13 lagen is de breedte van de bovenrand 16,58 mm, de breedte van de onderrand 19,65 mm en de verhouding van boven naar beneden (de verhouding van de breedte van de bovenrand tot de breedte van de onderrand) is 0,84.Maatafwijking is klein.Daarom is door middel van afdrukken geverifieerd dat de integratie van HPMC de bedrukbaarheid van mortel aanzienlijk kan verbeteren.De vloeibaarheid van de mortel heeft een goede extrudeerbaarheid en stapelbaarheid bij 160 ~ 170 mm;het vormvastheidspercentage is minder dan 70%, is ernstig vervormd en kan niet aan de drukvereisten voldoen.
1.2Invloed van HPMC op reologische eigenschappen van 3D-printmortels
De schijnbare viscositeit van pure pulp onder verschillende HPMC-gehalten wordt gegeven: met de toename van de afschuifsnelheid neemt de schijnbare viscositeit van zuivere pulp af, en het fenomeen van afschuifverdunning treedt op bij een hoog HPMC-gehalte.Het is duidelijker.De moleculaire keten van HPMC is ongeordend en vertoont een hogere viscositeit bij lage afschuifsnelheid;maar bij een hoge afschuifsnelheid bewegen HPMC-moleculen parallel en ordelijk langs de afschuifrichting, waardoor de moleculen gemakkelijker te glijden zijn. De schijnbare viscositeit van de slurry is relatief laag.Wanneer de afschuifsnelheid groter is dan 5,0 s-1, is de schijnbare viscositeit van P-H0 in de blancogroep in principe stabiel binnen 5 Pa s;terwijl de schijnbare viscositeit van de slurry toeneemt nadat HPMC is toegevoegd, en deze wordt gemengd met HPMC.De toevoeging van HPMC verhoogt de interne wrijving tussen de cementdeeltjes, waardoor de schijnbare viscositeit van de pasta toeneemt, en de macroscopische prestatie is dat de extrudeerbaarheid van de 3D-printmortel afneemt.
De relatie tussen de schuifspanning en de schuifsnelheid van de zuivere slurry in de reologische test werd geregistreerd en het Bingham-model werd gebruikt om de resultaten te matchen.De resultaten worden getoond in Figuur 8 en Tabel 3. Wanneer het HPMC-gehalte 0,30% was, was de afschuifsnelheid tijdens de test groter dan 32,5. Wanneer de viscositeit van de slurry het bereik van het instrument bij s-1 overschrijdt, zijn de overeenkomstige gegevens er kunnen geen punten worden verzameld.Over het algemeen wordt het gebied dat wordt ingesloten door de stijgende en dalende curven in de stabiele fase (10,0~50,0 s-1) gebruikt om de thixotropie van de slurry te karakteriseren [21, 33].Thixotropie verwijst naar de eigenschap dat de slurry een grote vloeibaarheid heeft onder invloed van externe krachtafschuiving, en kan terugkeren naar zijn oorspronkelijke staat nadat de afschuifwerking is geannuleerd.Een juiste thixotropie is van groot belang voor de bedrukbaarheid van de mortel.Uit figuur 8 blijkt dat het thixotrope gebied van de blancogroep zonder HPMC slechts 116,55 Pa/s bedroeg;na toevoeging van 0,10% HPMC nam het thixotrope oppervlak van de nettopasta aanzienlijk toe tot 1.800,38 Pa/s;Met de toename van nam het thixotrope oppervlak van de pasta af, maar het was nog steeds 10 keer hoger dan dat van de blanco groep.Vanuit het perspectief van thixotropie verbeterde de integratie van HPMC de bedrukbaarheid van de mortel aanzienlijk.
Om ervoor te zorgen dat de mortel na extrusie zijn vorm behoudt en bestand is tegen de belasting van de daaropvolgende geëxtrudeerde laag, moet de mortel een hogere vloeispanning hebben.Uit Tabel 3 blijkt dat de vloeispanning τ0 van de netto slurry aanzienlijk wordt verbeterd nadat HPMC is toegevoegd, en deze is vergelijkbaar met HPMC.De inhoud van HPMC is positief gecorreleerd;wanneer het gehalte aan HPMC 0,10%, 0,20% en 0,30% bedraagt, neemt de vloeispanning van de netto pasta toe tot respectievelijk 8,6, 23,7 en 31,8 maal die van de blancogroep;de plastische viscositeit μ neemt ook toe met de toename van het HPMC-gehalte.3D-printen vereist dat de plastische viscositeit van de mortel niet te klein mag zijn, anders zal de vervorming na extrusie groot zijn;tegelijkertijd moet een geschikte plastische viscositeit worden gehandhaafd om de consistentie van de materiaalextrusie te garanderen.Samenvattend heeft de oprichting van HPMC vanuit reologisch oogpunt een positief effect op de verbetering van de stapelbaarheid van 3D-printmortel.Na het opnemen van HPMC voldoet de zuivere pasta nog steeds aan het reologische model van Bingham en is de goedheid van de pasvorm R2 niet lager dan 0,99.
1.3Het effect van HPMC op de mechanische eigenschappen van 3D-printmortel
28 d druksterkte en buigsterkte van 3D-printmortel.Met de toename van het HPMC-gehalte nam de druk- en buigsterkte van 28 dagen van 3D-printmortel af;wanneer het gehalte aan HPMC 0,30% bereikte, zijn de druksterkte van 28 dagen en de buigsterkte respectievelijk 30,3 en 7,3 MPa.Uit onderzoek is gebleken dat HPMC een zeker luchtbelemmerend effect heeft, en als het gehalte ervan te hoog is, zal de interne porositeit van de mortel aanzienlijk toenemen;De diffusieweerstand neemt toe en het is lastig om alles te ontladen.Daarom kan de toename van de porositeit de reden zijn voor de afname van de sterkte van 3D-printmortel veroorzaakt door HPMC.
Het unieke lamineringsvormproces van 3D-printen leidt tot het bestaan van zwakke gebieden in structuur en mechanische eigenschappen tussen aangrenzende lagen, en de hechtsterkte tussen lagen heeft een grote invloed op de algehele sterkte van het geprinte onderdeel.Voor 3D-printen werden mortelspecimens gemengd met 0,20% HPMC M-H0.20 gesneden, en de hechtsterkte tussen de lagen werd getest door de tussenlaagsplitsmethode.De verbindingssterkte tussen de drie delen was hoger dan 1,3 MPa;en wanneer het aantal lagen laag was, was de hechtsterkte tussen de lagen iets hoger.De reden kan zijn dat enerzijds de zwaartekracht van de bovenste laag ervoor zorgt dat de onderste lagen dichter met elkaar verbonden zijn;aan de andere kant kan het oppervlak van de mortel meer vocht bevatten bij het printen van de onderste laag, terwijl het oppervlaktevocht van de mortel wordt verminderd als gevolg van verdamping en hydratatie bij het printen van de bovenste laag, waardoor de hechting tussen de onderste lagen sterker is.
1.4Effect van HPMC op de micromorfologie van 3D-printmortel
De SEM-beelden van de M-H0- en M-H0.20-monsters op een leeftijd van 3 dagen laten zien dat de oppervlakteporiën van de M-H0.20-monsters aanzienlijk zijn toegenomen na toevoeging van 0,20% HPMC, en dat de poriegrootte groter is dan die van de blanco groep.Dit komt enerzijds doordat HPMC een luchtbelemmerend effect heeft, waardoor uniforme en fijne poriën ontstaan;aan de andere kant kan het zijn dat de toevoeging van HPMC de viscositeit van de slurry verhoogt, waardoor de afvoerweerstand van de lucht in de slurry toeneemt.De toename kan de belangrijkste reden zijn voor de afname van de mechanische eigenschappen van de mortel.Samenvattend: om de sterkte van de 3D-printmortel te garanderen, mag het gehalte aan HPMC niet te groot zijn (≤ 0,20%).
Ten slotte
(1) Hydroxypropylmethylcellulose HPMC verbetert de bedrukbaarheid van de mortel.Met de toename van het HPMC-gehalte neemt de extrudeerbaarheid van de mortel af, maar heeft nog steeds een goede extrudeerbaarheid, de stapelbaarheid wordt verbeterd en de bedrukbare tijd wordt verlengd.Door middel van afdrukken is geverifieerd dat de vervorming van de onderste laag van de mortel wordt verminderd na toevoeging van HPMC, en dat de boven-onderverhouding 0,84 is wanneer het HPMC-gehalte 0,20% is.
(2) HPMC verbetert de reologische eigenschappen van 3D-printmortel.Met de toename van het HPMC-gehalte nemen de schijnbare viscositeit, vloeispanning en plastische viscositeit van de slurry toe;de thixotropie neemt eerst toe en vervolgens af, en de bedrukbaarheid wordt verkregen.Verbetering.Vanuit reologisch perspectief kan het toevoegen van HPMC ook de bedrukbaarheid van de mortel verbeteren.Na toevoeging van HPMC voldoet de slurry nog steeds aan het reologische model van Bingham en de goede pasvorm R2≥0,99.
(3) Na toevoeging van HPMC nemen de microstructuur en poriën van het materiaal toe.Het wordt aanbevolen dat het HPMC-gehalte niet hoger is dan 0,20%, anders heeft dit een grote invloed op de mechanische eigenschappen van de mortel.De hechtsterkte tussen verschillende lagen van de 3D-printmortel is iets anders, en het aantal lagen Wanneer deze lager is, is de hechtsterkte tussen mortellagen hoger.
Posttijd: 27 september 2022