1.1Influența HPMC asupra imprimabilității mortarelor de imprimare 3D
1.1.1Efectul HPMC asupra extrudabilității mortarelor de imprimare 3D
Grupul martor M-H0 fără HPMC și grupurile de testare cu conținut de HPMC de 0,05%, 0,10%, 0,20% și 0,30% au fost lăsate să stea pentru diferite perioade de timp și apoi fluiditatea a fost testată.Se poate observa că încorporarea HPMC va reduce semnificativ fluiditatea mortarului;când conținutul de HPMC crește treptat de la 0% la 0,30%, fluiditatea inițială a mortarului scade de la 243 mm la 206, 191, 167 și, respectiv, 160 mm.HPMC este un polimer de înaltă moleculă.Ele pot fi încurcate între ele pentru a forma o structură de rețea, iar coeziunea suspensiei de ciment poate fi crescută prin încapsularea unor componente precum Ca(OH) 2. Macroscopic, coeziunea mortarului este îmbunătățită.Odată cu prelungirea timpului de repaus, gradul de hidratare al mortarului crește.crescut, fluiditatea pierdută în timp.Fluiditatea grupului martor M-H0 fără HPMC a scăzut rapid.În lotul experimental cu 0,05%, 0,10%, 0,20% și 0,30% HPMC, gradul de scădere a fluidității a scăzut în timp, iar fluiditatea mortarului după 60 de minute a fost de 180, 177, 164 și, respectiv, 155 mm. .Fluiditatea este de 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%.Încorporarea HPMC poate îmbunătăți semnificativ capacitatea de reținere a fluidității mortarului, care se datorează combinației dintre HPMC și moleculele de apă;pe de altă parte, HPMC poate forma o peliculă similară Are o structură de rețea și învelește cimentul, ceea ce reduce eficient volatilizarea apei în mortar și are o anumită performanță de reținere a apei.Este de remarcat faptul că atunci când conținutul de HPMC este de 0,20%, capacitatea de reținere a fluidității mortarului atinge cel mai înalt nivel.
Fluiditatea mortarului de imprimare 3D amestecat cu diferite cantități de HPMC este de 160~206 mm.Datorită diferiților parametri ai imprimantei, intervalele recomandate de fluiditate obținute de diferiți cercetători sunt diferite, cum ar fi 150~190 mm, 160~170 mm.Din Figura 3, se poate observa intuitiv. Se poate observa că fluiditatea mortarului de imprimare 3D amestecat cu HPMC este în mare parte în intervalul recomandat, mai ales când conținutul de HPMC este de 0,20%, fluiditatea mortarului în 60 de minute este în gama recomandată, care satisface fluiditatea și capacitatea de stivuire corespunzătoare.Prin urmare, deși fluiditatea mortarului cu o cantitate adecvată de HPMC este redusă, ceea ce duce la o scădere a extrudabilității, acesta are totuși o extrudabilitate bună, care se află în intervalul recomandat.
1.1.2Efectul HPMC asupra capacității de stivuire a mortarelor de imprimare 3D
În cazul neutilizarii unui șablon, dimensiunea ratei de reținere a formei sub greutate proprie depinde de tensiunea de curgere a materialului, care este legată de coeziunea internă dintre suspensie și agregat.Este dată menținerea formei mortarelor de imprimare 3D cu diferite conținuturi de HPMC.Rata de schimbare cu timpul de stat.După adăugarea HPMC, rata de reținere a formei mortarului este îmbunătățită, în special în stadiul inițial și stă timp de 20 de minute.Cu toate acestea, odată cu prelungirea timpului de reținere, efectul de îmbunătățire al HPMC asupra ratei de reținere a formei mortarului s-a slăbit treptat, ceea ce sa datorat în principal ratei de retenție crește semnificativ.După 60 de minute, doar 0,20% și 0,30% HPMC pot îmbunătăți rata de reținere a formei mortarului.
Rezultatele testului de rezistență la penetrare ale mortarului de imprimare 3D cu diferite conținuturi de HPMC sunt prezentate în Figura 5. Se poate observa din Figura 5 că rezistența la penetrare crește în general odată cu prelungirea timpului de staționare, care se datorează în principal curgerii nămol în timpul procesului de hidratare a cimentului.A evoluat treptat într-un solid rigid;în primele 80 de minute, încorporarea de HPMC a crescut rezistența la penetrare, iar odată cu creșterea conținutului de HPMC, a crescut rezistența la penetrare.Cu cât rezistența la penetrare este mai mare, cu atât este mai mare deformarea materialului datorită sarcinii aplicate, cu atât rezistența HPMC este mai mare, ceea ce indică faptul că HPMC poate îmbunătăți stivuirea timpurie a mortarului de imprimare 3D.Deoarece legăturile hidroxil și eter de pe lanțul polimeric al HPMC sunt ușor combinate cu apa prin legături de hidrogen, ceea ce duce la reducerea treptată a apei libere și conexiunea dintre particule crește, forța de frecare crește, astfel încât rezistența la penetrare timpurie devine mai mare.După 80 de minute, datorită hidratării cimentului, rezistența la penetrare a grupului martor fără HPMC a crescut rapid, în timp ce rezistența la penetrare a grupului de testat cu HPMC a crescut.Conform lui Chen și colab., acest lucru se datorează în principal faptului că HPMC formează o peliculă protectoare în jurul particulelor de ciment, care prelungește timpul de priză;Pourchez și colab.a presupus că acest lucru se datorează în principal fibrelor Produșii simpli de degradare a eterului (cum ar fi carboxilații) sau grupările metoxil pot întârzia hidratarea cimentului prin întârzierea formării Ca(OH)2.Este de remarcat faptul că, pentru a preveni ca dezvoltarea rezistenței la penetrare să fie afectată de evaporarea apei pe suprafața specimenului, acest experiment a fost efectuat în aceleași condiții de temperatură și umiditate.În general, HPMC poate îmbunătăți în mod eficient capacitatea de stivuire a mortarului de imprimare 3D în stadiul inițial, poate întârzia coagularea și poate prelungi timpul de imprimare al mortarului de imprimare 3D.
Entitate mortar de imprimare 3D (lungime 200 mm × lățime 20 mm × grosime strat 8 mm): Grupul martor fără HPMC a fost grav deformat, s-a prăbușit și a avut probleme de sângerare la imprimarea celui de-al șaptelea strat;Mortarul grupului M-H0.20 are o bună stivuire.După imprimarea a 13 straturi, lățimea marginii superioare este de 16,58 mm, lățimea marginii inferioare este de 19,65 mm și raportul de sus la jos (raportul dintre lățimea marginii superioare și lățimea marginii inferioare) este de 0,84.Abaterea dimensională este mică.Prin urmare, s-a verificat prin imprimare că încorporarea HPMC poate îmbunătăți semnificativ imprimabilitatea mortarului.Fluiditatea mortarului are o bună extrudabilitate și stivuire la 160~170 mm;rata de retenție a formei este mai mică de 70 % este serios deformată și nu poate îndeplini cerințele de imprimare.
1.2Influența HPMC asupra proprietăților reologice ale mortarelor de imprimare 3D
Este dată vâscozitatea aparentă a pastei pure sub diferite conținuturi de HPMC: odată cu creșterea vitezei de forfecare, vâscozitatea aparentă a pastei pure scade, iar fenomenul de subțiere prin forfecare este sub un conținut ridicat de HPMC.Este mai evident.Lanțul molecular HPMC este dezordonat și prezintă vâscozitate mai mare la viteză de forfecare scăzută;dar la viteză mare de forfecare, moleculele HPMC se mișcă în paralel și ordonat de-a lungul direcției de forfecare, făcând moleculele mai ușor de alunecat, astfel încât tabelul Vâscozitatea aparentă a suspensiei este relativ scăzută.Când viteza de forfecare este mai mare de 5,0 s-1, vâscozitatea aparentă a P-H0 în grupul martor este practic stabilă în 5 Pa s;în timp ce vâscozitatea aparentă a suspensiei crește după ce este adăugată HPMC și este amestecată cu HPMC.Adăugarea de HPMC crește frecarea internă dintre particulele de ciment, ceea ce crește vâscozitatea aparentă a pastei, iar performanța macroscopică este că extrudabilitatea mortarului de imprimare 3D scade.
Relația dintre efortul de forfecare și viteza de forfecare a șlamului pur a fost înregistrată în testul reologic și a fost utilizat modelul Bingham pentru a se potrivi cu rezultatele.Rezultatele sunt prezentate în Figura 8 și Tabelul 3. Când conținutul de HPMC a fost de 0,30%, rata de forfecare în timpul testului a fost mai mare de 32,5 Când vâscozitatea suspensiei depășește intervalul instrumentului la s-1, datele corespunzătoare punctele nu pot fi adunate.În general, aria înconjurată de curbele de creștere și coborâre în stadiul stabil (10,0~50,0 s-1) este utilizată pentru a caracteriza tixotropia suspensiei [21, 33].Tixotropia se referă la proprietatea că suspensia are o mare fluiditate sub acțiunea forței externe și poate reveni la starea inițială după ce acțiunea de forfecare este anulată.Tixotropia adecvată este foarte importantă pentru imprimabilitatea mortarului.Se poate observa din Figura 8 că aria tixotropică a grupului martor fără HPMC a fost de numai 116,55 Pa/s;după adăugarea a 0,10% HPMC, aria tixotropică a pastei netei a crescut semnificativ la 1 800,38 Pa/s;Odată cu creșterea , aria tixotropică a pastei a scăzut, dar a fost încă de 10 ori mai mare decât cea a grupului martor.Din perspectiva tixotropiei, încorporarea HPMC a îmbunătățit foarte mult imprimabilitatea mortarului.
Pentru ca mortarul să-și mențină forma după extrudare și să reziste la sarcina stratului extrudat ulterior, mortarul trebuie să aibă o tensiune de curgere mai mare.Se poate observa din Tabelul 3 că tensiunea de curgere τ0 a suspensiei nete este îmbunătățită semnificativ după ce este adăugată HPMC și este similară cu HPMC.Conținutul HPMC este corelat pozitiv;când conținutul de HPMC este de 0,10%, 0,20% și 0,30%, limita de curgere a pastei nete crește la 8,6, 23,7 și, respectiv, 31,8 ori mai mare decât a grupului martor;vâscozitatea plastică μ crește și ea odată cu creșterea conținutului de HPMC.Imprimarea 3D necesită ca vâscozitatea plastică a mortarului să nu fie prea mică, altfel deformarea după extrudare va fi mare;în același timp, trebuie menținută o vâscozitate plastică adecvată pentru a asigura consistența extrudarii materialului.Pe scurt, din punct de vedere al reologiei, încorporarea HPMC are un efect pozitiv asupra îmbunătățirii capacității de stivuire a mortarului de imprimare 3D.După încorporarea HPMC, pasta pură se conformează în continuare modelului reologic Bingham, iar bunătatea potrivirii R2 nu este mai mică de 0,99.
1.3Efectul HPMC asupra proprietăților mecanice ale mortarului de imprimare 3D
Rezistența la compresiune de 28 d și rezistența la încovoiere a mortarului de imprimare 3D.Odată cu creșterea conținutului de HPMC, rezistența la compresiune și la încovoiere de 28 d a mortarului de imprimare 3D a scăzut;când conținutul de HPMC a atins 0,30%, rezistența la compresiune de 28 d și rezistența la încovoiere sunt de 30,3 și, respectiv, 7,3 MPa.Studiile au arătat că HPMC are un anumit efect de antrenare a aerului, iar dacă conținutul său este prea mare, porozitatea internă a mortarului va crește semnificativ;Rezistența la difuzie crește și este dificil să se descarce toate.Prin urmare, creșterea porozității poate fi motivul scăderii rezistenței mortarului de imprimare 3D cauzată de HPMC.
Procesul unic de turnare prin laminare al imprimării 3D duce la existența unor zone slabe în structură și proprietăți mecanice între straturile adiacente, iar rezistența de legătură între straturi are o mare influență asupra rezistenței generale a componentei imprimate.Pentru imprimarea 3D au fost tăiate eșantioane de mortar amestecate cu 0,20% HPMC M-H0.20, iar rezistența de aderență a stratului a fost testată prin metoda de despicare a stratului intermediar.Rezistența de legare interstrat a celor trei părți a fost mai mare de 1,3 MPa;iar atunci când numărul de straturi a fost scăzut, rezistența de legătură dintre straturile a fost puțin mai mare.Motivul poate fi că, pe de o parte, gravitația stratului superior face ca straturile inferioare să fie mai dens legate;pe de altă parte, suprafața mortarului poate avea mai multă umiditate la imprimarea stratului inferior, în timp ce umiditatea de suprafață a mortarului este redusă din cauza evaporării și hidratării la imprimarea stratului superior, deci lipirea dintre straturile inferioare este mai puternică.
1.4Efectul HPMC asupra micromorfologiei mortarului de imprimare 3D
Imaginile SEM ale specimenelor M-H0 și M-H0.20 la vârsta de 3 zile arată că porii de suprafață ai specimenelor M-H0.20 sunt măriți semnificativ după adăugarea a 0,20% HPMC, iar dimensiunea porilor este mai mare decât cea a grupul gol.Acest lucru, pe de o parte, se datorează faptului că HPMC are un efect de antrenare a aerului, care introduce pori uniformi și fine;pe de altă parte, se poate ca adăugarea de HPMC să mărească vâscozitatea suspensiei, crescând astfel rezistența de evacuare a aerului din interiorul suspensiei.Creșterea poate fi principalul motiv pentru scăderea proprietăților mecanice ale mortarului.În concluzie, pentru a asigura rezistența mortarului de imprimare 3D, conținutul de HPMC nu trebuie să fie prea mare (≤ 0,20%).
În concluzie
(1) Hidroxipropil metilceluloză HPMC îmbunătățește imprimabilitatea mortarului.Odată cu creșterea conținutului de HPMC, extrudabilitatea mortarului scade, dar are încă o extrudabilitate bună, capacitatea de stivuire este îmbunătățită, iar timpul de imprimare este prelungit.S-a verificat prin imprimare că deformarea stratului inferior al mortarului este redusă după adăugarea HPMC, iar raportul sus-jos este de 0,84 când conținutul de HPMC este de 0,20%.
(2) HPMC îmbunătățește proprietățile reologice ale mortarului de imprimare 3D.Odată cu creșterea conținutului de HPMC, vâscozitatea aparentă, tensiunea de curgere și vâscozitatea plastică a suspensiei cresc;tixotropia crește mai întâi și apoi scade și se obține imprimabilitatea.Îmbunătăţire.Din perspectiva reologiei, adăugarea de HPMC poate îmbunătăți, de asemenea, imprimabilitatea mortarului.După adăugarea HPMC, suspensia se conformează în continuare modelului reologic Bingham și bunătatea potrivirii R2≥0,99.
(3) După adăugarea HPMC, microstructura și porii materialului cresc.Se recomandă ca conținutul de HPMC să nu depășească 0,20%, altfel va avea un impact mare asupra proprietăților mecanice ale mortarului.Rezistența de aderență între diferitele straturi ale mortarului de imprimare 3D este ușor diferită, iar numărul de straturi Când este mai mic, rezistența de aderență între straturile de mortar este mai mare.
Ora postării: 27-sept-2022