ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის გავლენა 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნის თვისებებზე

ჰიდროქსიპროპილმეთილცელულოზის (HPMC) სხვადასხვა დოზების 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნის ბეჭდვის უნარზე, რეოლოგიურ თვისებებსა და მექანიკურ თვისებებზე გავლენის შესწავლით, განხილული იქნა HPMC-ის შესაბამისი დოზა და გაანალიზდა მისი გავლენის მექანიზმი მიკროსკოპულ მორფოლოგიასთან ერთად. შედეგები აჩვენებს, რომ ნაღმტყორცნის სითხეობა მცირდება HPMC-ის შემცველობის ზრდასთან ერთად, ანუ ექსტრუდირება მცირდება HPMC-ის შემცველობის ზრდასთან ერთად, მაგრამ სითხის შენარჩუნების უნარი უმჯობესდება. ექსტრუდირება; ფორმის შენარჩუნების სიჩქარე და შეღწევადობის წინააღმდეგობა საკუთარი წონის ქვეშ მნიშვნელოვნად იზრდება HPMC-ის შემცველობის ზრდასთან ერთად, ანუ HPMC-ის შემცველობის ზრდასთან ერთად, უმჯობესდება დაწყობის უნარი და ბეჭდვის დრო; რეოლოგიის თვალსაზრისით, HPMC-ის შემცველობის ზრდასთან ერთად, მნიშვნელოვნად იზრდება სუსპენზიის აშკარა სიბლანტე, დენადობის ზღვარი და პლასტიკური სიბლანტე, ასევე გაუმჯობესებულია დაწყობის უნარი; თიქსოტროპია ჯერ იზრდება, შემდეგ კი მცირდება HPMC-ის შემცველობის ზრდასთან ერთად და გაუმჯობესებულია ბეჭდვის უნარი; HPMC-ის შემცველობის გაზრდა. ძალიან მაღალი შემცველობა გამოიწვევს ნაღმტყორცნის ფორიანობის და სიმტკიცის გაზრდას. რეკომენდებულია, რომ HPMC-ის შემცველობა არ აღემატებოდეს 0.20%-ს.

ბოლო წლებში, 3D ბეჭდვის (ასევე ცნობილი როგორც „დანამატებითი წარმოება“) ტექნოლოგია სწრაფად განვითარდა და ფართოდ გამოიყენება მრავალ სფეროში, როგორიცაა ბიოინჟინერია, აერონავტიკა და მხატვრული შემოქმედება. 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიის ობისგან თავისუფალმა პროცესმა მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა მასალისა და სტრუქტურული დიზაინის მოქნილობა და მისი ავტომატიზირებული მშენებლობის მეთოდი არა მხოლოდ მნიშვნელოვნად ზოგავს ადამიანურ რესურსებს, არამედ შესაფერისია სხვადასხვა მკაცრ გარემოში სამშენებლო პროექტებისთვის. 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიისა და მშენებლობის სფეროს კომბინაცია ინოვაციური და პერსპექტიულია. ამჟამად, ცემენტზე დაფუძნებული მასალების 3D ბეჭდვის წარმომადგენლობითი პროცესია ექსტრუზიული დაწყობის პროცესი (კონტურული პროცესის ჩათვლით) და ბეტონის ბეჭდვა და ფხვნილის შეერთების პროცესი (D-ფორმის პროცესი). მათ შორის, ექსტრუზიული დაწყობის პროცესს აქვს უპირატესობები, როგორიცაა მცირე განსხვავება ტრადიციული ბეტონის ჩამოსხმის პროცესისგან, დიდი ზომის კომპონენტების მაღალი შესაძლებლობა და მშენებლობის ხარჯები. დაბალი უპირატესობა გახდა ცემენტზე დაფუძნებული მასალების 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიის ამჟამინდელი კვლევის ცხელი წერტილები.

3D ბეჭდვისთვის „მელნის მასალებად“ გამოყენებული ცემენტის მასალების შესრულების მოთხოვნები განსხვავდება ზოგადი ცემენტის მასალებისგან: ერთი მხრივ, არსებობს გარკვეული მოთხოვნები ახლად შერეული ცემენტის მასალების დამუშავების უნარისთვის და მშენებლობის პროცესი უნდა აკმაყოფილებდეს გლუვი ექსტრუზიის მოთხოვნებს. მეორე მხრივ, ექსტრუდირებული ცემენტის მასალა უნდა იყოს დასაწყობი, ანუ ის არ დაინგრევა ან მნიშვნელოვნად არ დეფორმირდება საკუთარი წონისა და ზედა ფენის წნევის ზემოქმედების ქვეშ. გარდა ამისა, 3D ბეჭდვის ლამინირების პროცესი ქმნის ფენებს შორის ფენებს. შრეთაშორისი ინტერფეისის არეალის კარგი მექანიკური თვისებების უზრუნველსაყოფად, 3D ბეჭდვის სამშენებლო მასალებს ასევე უნდა ჰქონდეთ კარგი ადჰეზია. შეჯამებისთვის, ექსტრუზიის, დასაწყობის და მაღალი ადჰეზიის დიზაინი ერთდროულად არის შემუშავებული. ცემენტის მასალები მშენებლობის სფეროში 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიის გამოყენების ერთ-ერთი წინაპირობაა. ცემენტის მასალების ჰიდრატაციის პროცესისა და რეოლოგიური თვისებების რეგულირება ზემოთ აღნიშნული ბეჭდვის შესრულების გაუმჯობესების ორი მნიშვნელოვანი გზაა. ცემენტური მასალების ჰიდრატაციის პროცესის რეგულირება რთულია და ადვილად შეიძლება გამოიწვიოს ისეთი პრობლემები, როგორიცაა მილის ბლოკირება; რეოლოგიური თვისებების რეგულირება აუცილებელია ბეჭდვის პროცესში სითხის შესანარჩუნებლად და ექსტრუზიული ჩამოსხმის შემდეგ სტრუქტურირების სიჩქარის შესანარჩუნებლად. მიმდინარე კვლევაში, ცემენტზე დაფუძნებული მასალების რეოლოგიური თვისებების რეგულირებისთვის ხშირად გამოიყენება სიბლანტის მოდიფიკატორები, მინერალური ნაერთები, ნანოთიხები და ა.შ., რათა მიღწეულ იქნას უკეთესი ბეჭდვის შესრულება.

ჰიდროქსიპროპილმეთილცელულოზა (HPMC) გავრცელებული პოლიმერული გასქელებაა. მოლეკულურ ჯაჭვზე არსებული ჰიდროქსილის და ეთერული ბმები შეიძლება გაერთიანდეს თავისუფალ წყალთან წყალბადის ბმების მეშვეობით. მისი ბეტონში შეყვანა ეფექტურად აუმჯობესებს მის შეკავშირებას და წყლის შეკავებას. ამჟამად, ცემენტზე დაფუძნებული მასალების თვისებებზე HPMC-ის გავლენის კვლევა ძირითადად ფოკუსირებულია მის ზეგავლენაზე სითხეობაზე, წყლის შეკავებასა და რეოლოგიაზე და ცემენტზე დაფუძნებული მასალების 3D ბეჭდვის თვისებებზე (როგორიცაა ექსტრუდაციურობა, დაწყობის უნარი და ა.შ.) მცირე კვლევაა ჩატარებული. გარდა ამისა, 3D ბეჭდვის ერთიანი სტანდარტების არარსებობის გამო, ცემენტზე დაფუძნებული მასალების ბეჭდვის უნარის შეფასების მეთოდი ჯერ კიდევ არ არის დადგენილი. მასალის დაწყობის უნარი ფასდება მნიშვნელოვანი დეფორმაციის მქონე ბეჭდვადი ფენების რაოდენობით ან მაქსიმალური ბეჭდვის სიმაღლით. ზემოთ ჩამოთვლილი შეფასების მეთოდები ექვემდებარება მაღალ სუბიექტურობას, დაბალ უნივერსალურობას და შრომატევად პროცესს. შესრულების შეფასების მეთოდს დიდი პოტენციალი და ღირებულება აქვს საინჟინრო გამოყენებაში.

ამ ნაშრომში, ცემენტზე დაფუძნებულ მასალებში შეიყვანეს HPMC-ის სხვადასხვა დოზები ნაღმტყორცნების ბეჭდვის უნარის გასაუმჯობესებლად და HPMC-ის დოზის გავლენა 3D ბეჭდვის ნაღმტყორცნების თვისებებზე ყოვლისმომცველად შეფასდა ბეჭდვის უნარის, რეოლოგიური თვისებების და მექანიკური თვისებების შესწავლით. ისეთი თვისებების საფუძველზე, როგორიცაა სითხეობა, შეფასების შედეგების საფუძველზე, ბეჭდვის ვერიფიკაციისთვის შეირჩა HPMC-ის ოპტიმალურ რაოდენობასთან შერეული ნაღმტყორცნი და შემოწმდა დაბეჭდილი ერთეულის შესაბამისი პარამეტრები; ნიმუშის მიკროსკოპული მორფოლოგიის შესწავლის საფუძველზე, შესწავლილი იქნა საბეჭდი მასალის მუშაობის ევოლუციის შიდა მექანიზმი. ამავდროულად, შეიქმნა 3D ბეჭდვის ცემენტზე დაფუძნებული მასალა. ბეჭდვის მუშაობის ყოვლისმომცველი შეფასების მეთოდი, რათა ხელი შეუწყოს 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიის გამოყენებას მშენებლობის სფეროში.