Tác dụng của HPMC trên vữa in 3D

1.1Ảnh hưởng của HPMC đến khả năng in của vữa in 3D

1.1.1Ảnh hưởng của HPMC đến khả năng ép đùn của vữa in 3D

Nhóm trống M-H0 không có HPMC và nhóm thử nghiệm có hàm lượng HPMC 0,05%, 0,10%, 0,20% và 0,30% được phép để yên trong các khoảng thời gian khác nhau và sau đó tính lưu động được kiểm tra.Có thể thấy, việc đưa vào HPMC sẽ làm giảm đáng kể độ lỏng của vữa;khi hàm lượng HPMC tăng dần từ 0% lên 0,30% thì độ lỏng ban đầu của vữa giảm lần lượt từ 243 mm xuống 206, 191, 167 và 160 mm.HPMC là một polyme phân tử cao.Chúng có thể vướng vào nhau để tạo thành cấu trúc mạng và độ kết dính của vữa xi măng có thể được tăng lên bằng cách bao bọc các thành phần như Ca(OH) 2. Về mặt vĩ mô, độ kết dính của vữa được cải thiện.Với việc kéo dài thời gian chờ, mức độ hydrat hóa của vữa tăng lên.tăng lên, tính lưu loát mất đi theo thời gian.Tính lưu loát của nhóm trống M-H0 không có HPMC giảm nhanh chóng.Ở nhóm thực nghiệm với 0,05%, 0,10%, 0,20% và 0,30% HPMC, độ nhớt giảm dần theo thời gian và độ nhớt của vữa sau khi để yên 60 phút lần lượt là 180, 177, 164 và 155 mm. .Độ lưu động là 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%.Việc kết hợp HPMC có thể cải thiện đáng kể khả năng lưu giữ tính lỏng của vữa, đó là do sự kết hợp giữa HPMC và các phân tử nước;mặt khác, HPMC có thể tạo thành một lớp màng tương tự. Nó có cấu trúc mạng và bao bọc xi măng, giúp giảm hiệu quả sự bay hơi của nước trong vữa và có hiệu suất giữ nước nhất định.Điều đáng chú ý là khi hàm lượng HPMC là 0,20% thì khả năng lưu giữ độ lỏng của vữa đạt mức cao nhất.

Độ lưu động của vữa in 3D trộn với lượng HPMC khác nhau là 160 ~ 206 mm.Do các thông số máy in khác nhau, phạm vi lưu động được các nhà nghiên cứu khác nhau khuyến nghị là khác nhau, chẳng hạn như 150 ~ 190 mm, 160 ~ 170 mm.Từ Hình 3 có thể thấy bằng trực quan Có thể thấy độ lỏng của vữa in 3D trộn với HPMC hầu hết đều nằm trong khoảng khuyến nghị, đặc biệt khi hàm lượng HPMC là 0,20% thì độ lỏng của vữa trong vòng 60 phút đều nằm trong khoảng. phạm vi được đề xuất, đáp ứng tính linh hoạt và khả năng xếp chồng thích hợp.Do đó, mặc dù độ lỏng của vữa với lượng HPMC phù hợp bị giảm dẫn đến giảm khả năng ép đùn nhưng vẫn có khả năng ép đùn tốt, nằm trong khoảng khuyến nghị.

1.1.2Ảnh hưởng của HPMC đến khả năng xếp chồng của vữa in 3D

Trong trường hợp không sử dụng khuôn, kích thước của tỷ lệ giữ hình dạng dưới trọng lượng bản thân phụ thuộc vào ứng suất chảy của vật liệu, liên quan đến lực gắn kết bên trong giữa vữa và cốt liệu.Đưa ra khả năng giữ hình dạng của vữa in 3D với các hàm lượng HPMC khác nhau.Tốc độ thay đổi theo thời gian đứng.Sau khi thêm HPMC, tốc độ giữ hình dạng của vữa được cải thiện, đặc biệt ở giai đoạn ban đầu và để yên trong 20 phút.Tuy nhiên, với việc kéo dài thời gian chờ, hiệu quả cải thiện của HPMC đối với tỷ lệ giữ hình dạng của vữa dần yếu đi, nguyên nhân chủ yếu là do Tỷ lệ giữ lại tăng đáng kể.Sau khi để yên 60 phút, chỉ có 0,20% và 0,30% HPMC có thể cải thiện khả năng giữ hình dạng của vữa.

Kết quả thử nghiệm khả năng chống xuyên thấu của vữa in 3D với các hàm lượng HPMC khác nhau được thể hiện trên Hình 5. Có thể thấy từ Hình 5 rằng khả năng chống xuyên thấu thường tăng khi thời gian chờ kéo dài, chủ yếu là do dòng chảy của bùn trong quá trình hydrat hóa xi măng.Nó dần dần phát triển thành một chất rắn cứng;trong 80 phút đầu tiên, việc kết hợp HPMC đã làm tăng khả năng chống xuyên thấu và với sự gia tăng hàm lượng HPMC, khả năng chống xuyên thấu cũng tăng lên.Khả năng chống xuyên thấu càng lớn, biến dạng của vật liệu do tải trọng tác dụng Điện trở của HPMC càng lớn, điều này cho thấy HPMC có thể cải thiện khả năng xếp chồng sớm của vữa in 3D.Do liên kết hydroxyl và ether trên chuỗi polymer của HPMC dễ dàng kết hợp với nước thông qua liên kết hydro, dẫn đến lượng nước tự do giảm dần và liên kết giữa các hạt tăng lên, lực ma sát tăng nên khả năng chống thấm sớm trở nên lớn hơn.Sau khi đứng 80 phút, do xi măng bị hydrat hóa nên khả năng chống xuyên của nhóm trắng không có HPMC tăng lên nhanh chóng, trong khi khả năng chống xuyên của nhóm thử nghiệm với HPMC tăng lên. Tốc độ không thay đổi đáng kể cho đến khoảng 160 phút đứng.Theo Chen và cộng sự, điều này chủ yếu là do HPMC tạo thành một lớp màng bảo vệ xung quanh các hạt xi măng, giúp kéo dài thời gian đông kết;Pourchez và cộng sự.phỏng đoán rằng điều này chủ yếu là do chất xơ Các sản phẩm phân hủy ete đơn giản (như carboxylat) hoặc nhóm methoxyl có thể làm chậm quá trình hydrat hóa xi măng bằng cách làm chậm sự hình thành Ca(OH)2.Điều đáng chú ý là, để tránh sự phát triển khả năng chống xuyên thấu bị ảnh hưởng bởi sự bay hơi của nước trên bề mặt mẫu vật, thí nghiệm này được thực hiện trong cùng điều kiện nhiệt độ và độ ẩm.Nhìn chung, HPMC có thể cải thiện hiệu quả khả năng xếp chồng của vữa in 3D ở giai đoạn ban đầu, làm chậm quá trình đông tụ và kéo dài thời gian có thể in của vữa in 3D.

Thực thể vữa in 3D (dài 200 mm × rộng 20 mm × dày lớp 8 mm): Nhóm trống không có HPMC bị biến dạng nặng, bị xẹp và có vấn đề chảy máu khi in lớp thứ bảy;Súng cối nhóm M-H0.20 có khả năng xếp chồng tốt.Sau khi in 13 lớp, chiều rộng cạnh trên là 16,58 mm, chiều rộng cạnh dưới là 19,65 mm và tỷ lệ trên dưới (tỷ lệ giữa chiều rộng cạnh trên và chiều rộng cạnh dưới) là 0,84.Độ lệch kích thước nhỏ.Do đó, bằng cách in ấn đã xác minh rằng việc kết hợp HPMC có thể cải thiện đáng kể khả năng in của vữa.Tính lưu động của vữa có khả năng ép đùn và xếp chồng tốt ở mức 160~170 mm;Tỷ lệ giữ hình dưới 70% bị biến dạng nghiêm trọng và không thể đáp ứng yêu cầu in ấn.

1.2Ảnh hưởng của HPMC đến tính chất lưu biến của vữa in 3D

Độ nhớt biểu kiến ​​của bột giấy nguyên chất dưới các hàm lượng HPMC khác nhau được đưa ra: khi tốc độ cắt tăng, độ nhớt biểu kiến ​​của bột giấy nguyên chất giảm và hiện tượng cắt mỏng khi hàm lượng HPMC cao.Nó rõ ràng hơn.Chuỗi phân tử HPMC bị rối loạn và có độ nhớt cao hơn ở tốc độ cắt thấp;nhưng ở tốc độ cắt cao, các phân tử HPMC di chuyển song song và có trật tự theo hướng cắt, làm cho các phân tử dễ trượt hơn nên bảng Độ nhớt biểu kiến ​​của bùn tương đối thấp.Khi tốc độ cắt lớn hơn 5,0 s-1, độ nhớt biểu kiến ​​của P-H0 trong nhóm trống về cơ bản ổn định trong vòng 5 Pa s;trong khi độ nhớt biểu kiến ​​của bùn tăng lên sau khi thêm HPMC và được trộn với HPMC.Việc bổ sung HPMC làm tăng ma sát bên trong giữa các hạt xi măng, làm tăng độ nhớt biểu kiến ​​của bột nhão và hiệu suất vĩ mô là khả năng ép đùn của vữa in 3D giảm.

Mối quan hệ giữa ứng suất cắt và tốc độ cắt của bùn nguyên chất trong thử nghiệm lưu biến đã được ghi lại và mô hình Bingham được sử dụng để phù hợp với kết quả.Kết quả được thể hiện trên Hình 8 và Bảng 3. Khi hàm lượng HPMC là 0,30%, tốc độ cắt trong quá trình thử nghiệm lớn hơn 32,5. Khi độ nhớt của bùn vượt quá phạm vi của thiết bị ở s-1, dữ liệu tương ứng điểm không thể được thu thập.Nói chung, khu vực được bao quanh bởi các đường cong tăng và giảm ở giai đoạn ổn định (10,0~50,0 s-1) được sử dụng để mô tả đặc tính thixotropy của bùn [21, 33].Thixotropy đề cập đến đặc tính là bùn có tính lưu động lớn dưới tác động của lực cắt bên ngoài và có thể trở lại trạng thái ban đầu sau khi hành động cắt bị hủy bỏ.Thixotropy thích hợp là rất quan trọng đối với khả năng in của vữa.Có thể thấy trên Hình 8, diện tích thixotropic của nhóm trống không có HPMC chỉ là 116,55 Pa/s;sau khi thêm 0,10% HPMC, diện tích thixotropic của bột nhão lưới tăng lên đáng kể lên 1 800,38 Pa/s;Khi tăng , diện tích thixotropic của hồ giảm nhưng vẫn cao gấp 10 lần so với nhóm trống.Từ góc độ thixotropy, việc kết hợp HPMC đã cải thiện đáng kể khả năng in của vữa.

Để vữa giữ được hình dạng sau khi ép đùn và chịu được tải trọng của lớp ép đùn tiếp theo, vữa cần phải có ứng suất chảy cao hơn.Có thể thấy trong Bảng 3 rằng ứng suất chảy τ0 của bùn ròng được cải thiện đáng kể sau khi thêm HPMC và nó tương tự như HPMC.Nội dung của HPMC có mối tương quan thuận chiều;khi hàm lượng HPMC là 0,10%, 0,20% và 0,30% thì giới hạn chảy của bột nhão ròng tăng lên lần lượt là 8,6, 23,7 và 31,8 lần so với nhóm trống;độ nhớt của nhựa μ cũng tăng khi hàm lượng HPMC tăng.In 3D yêu cầu độ nhớt nhựa của vữa không được quá nhỏ, nếu không biến dạng sau khi ép đùn sẽ lớn;đồng thời, cần duy trì độ nhớt nhựa phù hợp để đảm bảo tính đồng nhất của quá trình ép đùn vật liệu.Tóm lại, từ quan điểm lưu biến học, việc Hợp nhất của HPMC có tác động tích cực đến việc cải thiện khả năng xếp chồng của vữa in 3D.Sau khi kết hợp HPMC, hồ nguyên chất vẫn phù hợp với mô hình lưu biến Bingham và độ phù hợp R2 không thấp hơn 0,99.

1.3Ảnh hưởng của HPMC đến tính chất cơ học của vữa in 3D

Cường độ nén và cường độ uốn 28 d của vữa in 3D.Với sự gia tăng hàm lượng HPMC, cường độ nén và uốn 28 ngày của vữa in 3D giảm;khi hàm lượng HPMC đạt 0,30% thì cường độ chịu nén 28 d và cường độ uốn lần lượt là 30,3 và 7,3 MPa.Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng HPMC có tác dụng cuốn khí nhất định, nếu hàm lượng quá cao thì độ xốp bên trong của vữa sẽ tăng lên đáng kể;Điện trở khuếch tán tăng lên và khó có thể xả hết.Vì vậy, độ xốp tăng lên có thể là nguyên nhân làm giảm độ bền của vữa in 3D do HPMC gây ra.

Quá trình đúc cán độc đáo của in 3D dẫn đến sự tồn tại của các vùng yếu về cấu trúc và tính chất cơ học giữa các lớp liền kề và độ bền liên kết giữa các lớp có ảnh hưởng lớn đến độ bền tổng thể của thành phần được in.Đối với mẫu vữa in 3D trộn với 0,20% HPMC M-H0.20 đã được cắt và kiểm tra độ bền liên kết giữa các lớp bằng phương pháp tách lớp.Độ bền liên kết giữa các lớp của ba phần cao hơn 1,3 MPa;và khi số lượng lớp ít thì độ bền liên kết giữa các lớp sẽ cao hơn một chút.Nguyên nhân có thể là vì một mặt, trọng lực của lớp trên khiến các lớp dưới liên kết chặt chẽ hơn;mặt khác, bề mặt vữa có thể có nhiều hơi ẩm hơn khi in lớp dưới, đồng thời độ ẩm bề mặt vữa giảm do bay hơi và hydrat hóa khi in lớp trên nên độ liên kết giữa các lớp dưới mạnh hơn.

1.4Ảnh hưởng của HPMC đến hình thái vi mô của vữa in 3D

Ảnh SEM của mẫu M-H0 và M-H0.20 ở độ tuổi 3 ngày cho thấy các lỗ trên bề mặt của mẫu M-H0.20 tăng đáng kể sau khi thêm 0,20% HPMC và kích thước lỗ rỗng lớn hơn so với mẫu M-H0.20. nhóm trống.Điều này Một mặt là do HPMC có tác dụng cuốn khí, tạo ra các lỗ chân lông đồng đều và mịn;mặt khác, có thể việc bổ sung HPMC làm tăng độ nhớt của bùn, do đó làm tăng khả năng cản phóng điện của không khí bên trong bùn.Sự gia tăng này có thể là nguyên nhân chính làm giảm tính chất cơ lý của vữa.Tóm lại, để đảm bảo độ bền của vữa in 3D thì hàm lượng HPMC không được quá lớn (< 0,20%).

Tóm lại là

(1) Hydroxypropyl methylcellulose HPMC cải thiện khả năng in của vữa.Với sự gia tăng hàm lượng HPMC, khả năng ép đùn của vữa giảm nhưng vẫn có khả năng ép đùn tốt, khả năng xếp chồng được cải thiện và thời gian in được kéo dài.Người ta đã xác minh bằng cách in rằng biến dạng của lớp dưới cùng của vữa giảm sau khi thêm HPMC và tỷ lệ trên-dưới là 0,84 khi hàm lượng HPMC là 0,20%.

(2) HPMC cải thiện tính chất lưu biến của vữa in 3D.Với sự gia tăng hàm lượng HPMC, độ nhớt biểu kiến, ứng suất chảy và độ nhớt dẻo của bùn tăng lên;thixotropy đầu tiên tăng lên, sau đó giảm xuống và thu được khả năng in được.Sự cải tiến.Từ góc độ lưu biến học, việc bổ sung HPMC cũng có thể cải thiện khả năng in của vữa.Sau khi thêm HPMC, hỗn hợp bùn vẫn tuân theo mô hình lưu biến Bingham và mức độ phù hợp R2 ≥0,99.

(3) Sau khi thêm HPMC, cấu trúc vi mô và lỗ chân lông của vật liệu tăng lên.Khuyến cáo hàm lượng HPMC không được vượt quá 0,20%, nếu không sẽ ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ học của vữa.Độ bền liên kết giữa các lớp vữa in 3D khác nhau hơi khác nhau và số lớp càng thấp thì độ bền liên kết giữa các lớp vữa càng cao.