1.1Утицај ХПМЦ-а на могућност штампања малтера за 3Д штампање
1.1.1Ефекат ХПМЦ-а на екструдабилност малтера за 3Д штампање
Слепа група М-Х0 без ХПМЦ и тест групе са садржајем ХПМЦ од 0,05%, 0,10%, 0,20% и 0,30% су остављене да одстоје у различитим временским периодима, а затим је испитана течност.Може се видети да ће уградња ХПМЦ значајно смањити флуидност малтера;када се садржај ХПМЦ постепено повећава са 0% на 0,30%, почетна флуидност малтера се смањује са 243 мм на 206, 191, 167 и 160 мм, респективно.ХПМЦ је високомолекуларни полимер.Они се могу заплести једни са другима да формирају мрежну структуру, а кохезија цементне суспензије се може повећати инкапсулацијом компоненти као што је Ца(ОХ) 2. Макроскопски, кохезивност малтера је побољшана.Са продужењем времена стајања повећава се степен хидратације малтера.повећана, течност се губи током времена.Флуидност слепе групе М-Х0 без ХПМЦ се брзо смањила.У експерименталној групи са 0,05%, 0,10%, 0,20% и 0,30% ХПМЦ степен опадања течности се временом смањивао, а течност малтера након стајања од 60 минута износила је 180, 177, 164 и 155 мм, респективно. .Флуидност је 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%.Уградња ХПМЦ може значајно побољшати способност задржавања флуидности малтера, што је последица комбинације ХПМЦ и молекула воде;с друге стране, ХПМЦ може формирати сличан филм. Има мрежну структуру и обавија цемент, што ефикасно смањује испаривање воде у малтеру и има одређене перформансе задржавања воде.Вреди напоменути да када је садржај ХПМЦ 0,20%, способност задржавања флуидности малтера достиже највиши ниво.
Флуидност малтера за 3Д штампање помешаног са различитим количинама ХПМЦ је 160~206 мм.Због различитих параметара штампача, препоручени распони флуидности које су добили различити истраживачи су различити, као што су 150~190 мм, 160~170 мм.Са слике 3, интуитивно се може видети. Може се видети да је флуидност малтера за 3Д штампање помешаног са ХПМЦ углавном унутар препорученог опсега, посебно када је садржај ХПМЦ 0,20%, течност малтера у року од 60 минута је унутар препоручени опсег, који задовољава одговарајућу флуидност и слагање.Стога, иако је флуидност малтера са одговарајућом количином ХПМЦ смањена, што доводи до смањења екструдабилности, он и даље има добру екструдабилност, која је у границама препоручених.
1.1.2Ефекат ХПМЦ-а на слагање малтера за 3Д штампање
У случају некоришћења шаблона, величина стопе задржавања облика под сопственом тежином зависи од напона течења материјала, који је повезан са унутрашњом кохезијом између суспензије и агрегата.Дато је задржавање облика малтера за 3Д штампање са различитим садржајем ХПМЦ.Стопа промене са временом стајања.Након додавања ХПМЦ, брзина задржавања облика малтера је побољшана, посебно у почетној фази и стајању 20 мин.Међутим, са продужењем времена стајања, ефекат побољшања ХПМЦ-а на стопу задржавања облика малтера постепено је слабио, што је углавном било због тога што се стопа задржавања значајно повећава.Након стајања од 60 минута, само 0,20% и 0,30% ХПМЦ може побољшати стопу задржавања облика малтера.
Резултати испитивања отпорности на пенетрацију малтера за 3Д штампање са различитим садржајем ХПМЦ приказани су на слици 5. Са слике 5 се може видети да отпор продирања генерално расте са продужењем времена стајања, што је углавном због протока воде. суспензија током процеса хидратације цемента.Постепено је еволуирао у круту чврсту материју;у првих 80 мин, уградња ХПМЦ повећава отпорност на пенетрацију, а са повећањем садржаја ХПМЦ повећава отпорност на пенетрацију.Што је већа отпорност на продирање, деформација материјала услед примењеног оптерећења је већа отпорност ХПМЦ-а, што указује да ХПМЦ може побољшати рану слагање малтера за 3Д штампање.Пошто се хидроксилне и етарске везе на полимерном ланцу ХПМЦ лако комбинују са водом кроз водоничне везе, што резултира постепеним смањењем слободне воде и повећањем везе између честица, повећава се сила трења, тако да отпор раног продирања постаје већи.Након стајања од 80 минута, услед хидратације цемента, отпорност на пенетрацију слепе групе без ХПМЦ се брзо повећала, док је отпорност на пенетрацију тест групе са ХПМЦ порасла. Брзина се није значајно променила до око 160 мин стајања.Према Цхен ет ал., то је углавном зато што ХПМЦ формира заштитни филм око честица цемента, што продужава време везивања;Поурцхез ет ал.претпоставља се да је то углавном због влакана. Једноставни производи деградације етра (као што су карбоксилати) или метоксилне групе могу одложити хидратацију цемента успоравањем формирања Ца(ОХ)2.Вреди напоменути да је, како би се спречило да на развој отпорности на продирање утиче испаравање воде на површини узорка, овај експеримент је изведен под истим условима температуре и влажности.У целини, ХПМЦ може ефикасно да побољша слагање малтера за 3Д штампање у почетној фази, одложи коагулацију и продужи време штампања малтера за 3Д штампање.
Малтер за 3Д штампање (дужина 200 мм × ширина 20 мм × дебљина слоја 8 мм): Група без ХПМЦ-а била је озбиљно деформисана, срушена и имала проблема са крварењем при штампању седмог слоја;Групни малтер М-Х0.20 има добру способност слагања.Након штампања 13 слојева, ширина горње ивице је 16,58 мм, ширина доње ивице је 19,65 мм, а однос врха и дна (однос ширине горње ивице и ширине доње ивице) је 0,84.Димензијска девијација је мала.Стога је штампањем потврђено да уградња ХПМЦ може значајно побољшати могућност штампања малтера.Флуидност малтера има добру екструдабилност и слагање на 160~170 мм;стопа задржавања облика мања од 70% је озбиљно деформисана и не може да испуни захтеве за штампање.
1.2Утицај ХПМЦ на реолошка својства малтера за 3Д штампање
Дат је привидни вискозитет чисте пулпе под различитим садржајем ХПМЦ: са повећањем брзине смицања, привидни вискозитет чисте пулпе опада, а феномен смицања стањивања је под високим садржајем ХПМЦ.То је очигледније.ХПМЦ молекуларни ланац је поремећен и показује већи вискозитет при ниској брзини смицања;али при великој брзини смицања, ХПМЦ молекули се крећу паралелно и уредно дуж смера смицања, чинећи молекуле лакшим за клизање, тако да је табела Привидни вискозитет суспензије релативно низак.Када је брзина смицања већа од 5,0 с-1, привидни вискозитет П-Х0 у слепој групи је у основи стабилан унутар 5 Па с;док се привидни вискозитет суспензије повећава након што се дода ХПМЦ, и она се помеша са ХПМЦ.Додавање ХПМЦ повећава унутрашње трење између честица цемента, што повећава привидни вискозитет пасте, а макроскопски учинак је да се смањује екструдабилност малтера за 3Д штампање.
Забележен је однос између напона на смицање и брзине смицања чисте суспензије у реолошком тесту, а за уклапање резултата коришћен је Бингхамов модел.Резултати су приказани на слици 8 и табели 3. Када је садржај ХПМЦ био 0,30%, брзина смицања током теста била је већа од 32,5 Када вискозитет суспензије прелази опсег инструмента на с-1, одговарајући подаци бодови се не могу прикупити.Генерално, за карактеризацију тиксотропије муљног раствора користи се површина затворена кривуљама пораста и пада у стабилном стадијуму (10,0~50,0 с-1) [21, 33].Тиксотропија се односи на својство да суспензија има велику флуидност под дејством спољне силе смицања, и да се може вратити у првобитно стање након што се акција смицања поништи.Одговарајућа тиксотропија је веома важна за штампање малтера.Са слике 8 се може видети да је тиксотропна област празне групе без ХПМЦ била само 116,55 Па/с;након додавања 0,10% ХПМЦ, тиксотропна површина нето пасте се значајно повећала на 1 800,38 Па/с;Са повећањем , тиксотропна површина пасте се смањила, али је и даље била 10 пута већа од оне у слепој групи.Из перспективе тиксотропије, уградња ХПМЦ-а је значајно побољшала могућност штампања малтера.
Да би малтер задржао свој облик након истискивања и да би издржао оптерећење накнадног екструдираног слоја, малтер треба да има већи напон течења.Из табеле 3 се може видети да је напон течења τ0 нето суспензије значајно побољшан након додавања ХПМЦ, и сличан је ХПМЦ.Садржај ХПМЦ је у позитивној корелацији;када је садржај ХПМЦ 0,10%, 0,20% и 0,30%, напон течења нето пасте се повећава на 8,6, 23,7 и 31,8 пута већи од слепе групе, респективно;са повећањем садржаја ХПМЦ расте и пластични вискозитет μ.3Д штампа захтева да пластични вискозитет малтера не буде премали, иначе ће деформација након екструзије бити велика;у исто време, треба одржавати одговарајући пластични вискозитет да би се обезбедила конзистентност екструзије материјала.Укратко, са становишта реологије, ХПМЦ-ова инкорпорација има позитиван ефекат на побољшање слагања малтера за 3Д штампање.Након уградње ХПМЦ, чиста паста је и даље у складу са Бингхамовим реолошким моделом, а доброта уклапања Р2 није нижа од 0,99.
1.3Утицај ХПМЦ на механичка својства малтера за 3Д штампање
Чврстоћа на притисак и савијање 28 д малтера за 3Д штампање.Са повећањем садржаја ХПМЦ, смањила се чврстоћа на притисак и савијање од 28 д малтера за 3Д штампање;када је садржај ХПМЦ достигао 0,30%, чврстоћа на притисак од 28 д и Чврстоћа на савијање су 30,3 и 7,3 МПа, респективно.Студије су показале да ХПМЦ има одређени ефекат увлачења ваздуха, а ако је његов садржај превисок, унутрашња порозност малтера ће се значајно повећати;Отпор дифузије се повећава и тешко је све испразнити.Дакле, повећање порозности може бити разлог за смањење чврстоће малтера за 3Д штампање узроковано ХПМЦ.
Јединствени процес ламинирања 3Д штампе доводи до постојања слабих области у структури и механичких својстава између суседних слојева, а чврстоћа везивања између слојева има велики утицај на укупну чврстоћу штампане компоненте.За 3Д штампање узорци малтера помешани са 0,20% ХПМЦ М-Х0.20 су исечени, а чврстоћа међуслојне везе је тестирана методом међуслојног цепања.Чврстоћа међуслојне везе три дела била је већа од 1,3 МПа;а када је број слојева био низак, чврстоћа међуслојне везе била је нешто већа.Разлог може бити тај што, с једне стране, гравитација горњег слоја чини доње слојеве гушће везаним;с друге стране, површина малтера може имати више влаге при штампању доњег слоја, док је површинска влага малтера смањена услед испаравања и хидратације при штампању горњег слоја, па је веза између доњих слојева јача.
1.4Ефекат ХПМЦ на микроморфологију малтера за 3Д штампање
СЕМ слике узорака М-Х0 и М-Х0.20 у доби од 3 д показују да су површинске поре узорака М-Х0.20 значајно повећане након додавања 0,20% ХПМЦ, а величина пора је већа од величине пора празна група.Ово С једне стране, то је зато што ХПМЦ има ефекат увлачења ваздуха, који уводи уједначене и фине поре;с друге стране, може бити да додатак ХПМЦ повећава вискозитет суспензије, чиме се повећава отпор пражњењу ваздуха унутар суспензије.Повећање може бити главни разлог за смањење механичких својстава малтера.Да сумирамо, да би се обезбедила чврстоћа малтера за 3Д штампање, садржај ХПМЦ не би требало да буде превелик (≤ 0,20%).
У закључку
(1) Хидроксипропил метилцелулоза ХПМЦ побољшава могућност штампања малтера.Са повећањем садржаја ХПМЦ-а, екструдабилност малтера се смањује, али и даље има добру екструдабилност, слагање се побољшава, а време за штампање се продужава.Штампањем је потврђено да је деформација доњег слоја малтера смањена након додавања ХПМЦ, а однос горње-доле је 0,84 када је садржај ХПМЦ 0,20%.
(2) ХПМЦ побољшава реолошка својства малтера за 3Д штампање.Са повећањем садржаја ХПМЦ, повећавају се привидни вискозитет, напон течења и пластични вискозитет суспензије;тиксотропија се прво повећава а затим смањује и добија се могућност штампања.Побољшање.Из перспективе реологије, додавање ХПМЦ-а такође може побољшати могућност штампања малтера.Након додавања ХПМЦ, суспензија је и даље у складу са Бингхамовим реолошким моделом и добротом пристајања Р2≥0,99.
(3) Након додавања ХПМЦ-а, микроструктура и поре материјала се повећавају.Препоручује се да садржај ХПМЦ не прелази 0,20%, иначе ће имати велики утицај на механичка својства малтера.Снага везивања између различитих слојева малтера за 3Д штампање је мало другачија, а број слојева Када је мањи, јачина везе између слојева малтера је већа.
Време поста: 27.09.2022