הזדקנות תרמית מלאכותית של פוליאסטר מחוזק ומצופה פוליוויניל כלוריד בד טכני
Summary
כאן, אנו לדמות מואצת הזדקנות תרמית של בד טכני ולראות איך זה תהליך ההזדקנות משפיע על תכונות מכניות של הבד.
Abstract
אדריכלי בד AF9032 כבר נתון להזדקנות תרמית מלאכותית כדי לקבוע שינויים של הפרמטרים החומריים של הבד. השיטה המוצעת מבוססת על גישת ההזדקנות המואצת שהוצעה על ידי ארניוס. 300 mm x 50 מילימטר דגימות נחתכו הכיוונים פיתול ומילוי והניח בתא תרמית ב 80 ° צ’ עד 12 שבועות או בשעה 90 ° c עד 6 שבועות. ואז לאחר שבוע של התניה בטמפרטורת הסביבה, הדגימות היו מגירסה משני הזנים בקצב זן קבוע. הפרמטרים נקבעו עבור דגמי הדגמים הגמישים הבלתי ליניאריים (טיפין ליניארי) ו-viscoplastic. שינויים בפרמטרים אלה נחקרו ביחס לטמפרטורת ההזדקנות ולתקופת ההזדקנות. בשני המקרים, פונקציית הקירוב הליניארית הוחלה בהצלחה באמצעות המתודולוגיה הפשוטה של ארניוס. הושגה התאמה לכיוון המילוי בין התוצאות הנסיוניות לבין התוצאות מגישת ארניוס. עבור כיוון העיוות, תוצאות החילוץ הציגו כמה הבדלים. הגדלת נטיות הולך ופוחת נצפו בשתי הטמפרטורות. חוק ארניוס אושר על ידי התוצאות הנסיוניות רק עבור כיוון המילוי. השיטה המוצעת מאפשרת לנבא התנהגות בד אמיתית במהלך ניצול לטווח ארוך, שהוא סוגיה קריטית בתהליך העיצוב.
Introduction
פוליאסטר בדים אדריכליים מבוססי משמשים בדרך כלל לבניית גגות תלויים1. להיות זול יחסית עם תכונות מכניות טובות, הם יכולים להיות מועסקים בניצול לטווח ארוך (למשל, הגג התלוי של האופרה של היער בסופוט-פולין). למרבה הצער, תנאי מזג האוויר, קרינה אולטרה סגולה, סיבות ביולוגיות, ומטרות תפעוליות (העונה מראש הדגיש והתרופפות2) יכול להשפיע על תכונות מכניות שלהם. גגות תלויים העשויים מAF9032 הם בדרך כלל מבנים עונתיים החשופים לטמפרטורה גבוהה (במיוחד בימי שטוף שמש בקיץ), קבוע מראש והתרופפות. כדי לעצב כראוי גג תלוי, פרמטרים בד חייב להיקבע לא רק בתחילת ניצול, אלא גם לאחר מספר שנים של שימוש.
ניתוח הזדקנות מודד את מחוון ההזדקנות ומשווה את הערכים הראשוניים והסופיים של הפרמטרים כדי להעריך את ההשפעה של הזדקנות. מזומנים et al.3 הציע אחת השיטות הפשוטות ביותר על ידי ניתוח השוואתי של 12 סוגים שונים של ממברנות גגות. הקרומים הללו נחשפו לבליה חיצונית במשך 2 או 4 שנים. המחברים השתמשו במערכת דירוג של מספר מאפיינים כדי להעריך עמידות בד. על מנת לספק ניתוח של הזדקנות תרמית פולימר, העיקרון בטמפרטורת הזמן הסופרפוזיציה (TTSP) ניתן להחיל4. עיקרון זה קובע כי ההתנהגות של חומר בטמפרטורה נמוכה ומתחת רמת הלחץ נמוכה דומה להתנהגות שלה בטמפרטורה גבוהה ורמת זן גבוה. הגורם המכפיל הפשוט יכול לשמש כדי לקשר את מאפייני הטמפרטורה הנוכחית עם המאפיינים בטמפרטורת ההפניה. באופן גרפי, הוא תואם לשינוי העקומה בסרגל הזמן של יומן הרישום. לגבי הטמפרטורה, שתי שיטות מוצעות לשלב את גורם השינוי ואת טמפרטורת ההזדקנות: משוואות ויליאמס-לנדל-מעבורת (WLF) וחוק ארניוס. שתי השיטות כלולות בתקן השוודי ISO 113465 כדי להעריך את הטמפרטורה המבצעית של החיים ואת הטמפ ‘ התפעוליות המרביות לגומי, או לגיפריזציה וחומרים תרמופלסטיים. לאחרונה, תרמית הזדקנות מתודולוגיה arrhenius נעשה שימוש בזמן חיזוי אורך החיים6,7, חימום צינורות8, ו-pmma דבק פולימרי4. הארכה של חוק ארניוס היא חוק איירינג שלוקח בחשבון גורמי הזדקנות אחרים (למשל, מתח, לחץ, וכו ‘) 9. לחילופין, מחקרים אחרים מציעים ולוודא מודלים ליניאריים פשוטים עבור תיאור של הזדקנות (למשל, ביוסנסור הזדקנות10). למרות ששיטת ארניוס משמשת בדרך כלל, קיים דיון על הרלוונטיות שלו בחיזוי החיים של כל חומר. לפיכך, יש להשתמש בשיטה בטיפול, בעיקר בהנחות ראשוניות ובתנאים ניסיוניים6.
בדומה למרבית הפולימרים, בדים פוליאסטר המשמשים בתערוכה הנוכחית שני שלבי מעבר שונים המוגדרים על ידי טמפרטורת ההיתוך (Tm) ואת טמפרטורת המעבר זכוכית (Tg). טמפרטורת ההיתוך (Tm) היא הטמפרטורה כאשר חומר משתנה ממצבו המוצק אל הנוזל הנוזלי, ואת טמפרטורת המעבר זכוכית (Tg) היא הגבול בין הזכוכית מדינות גומי11. על פי נתוני היצרן, הבד הAF9032 מורכב מחוטי פוליאסטר (tg = 100-180 °צ’ 12, Tm = 250 למעלה-290 ° c) וציפוי PVC (tg = 80-87 ° צלזיוס14,15, Tm = 160-260 ° צ’16). טמפרטורת ההזדקנות Tα יש לבחור מתחת Tg. בימים שטופי שמש, הטמפרטורה על המשטח העליון של גג תלוי יכול אפילו להגיע 90 ° c; לפיכך, שתי טמפרטורות הזדקנות (80 ° c ו-90 ° c) נבדקים כאן. טמפרטורות אלה הן מתחת לחוט Tg וקרוב ציפוי tg.
הביצועים של פרוטוקול ההזדקנות המואצת על בדים טכניים מוצגים בעבודה הנוכחית. הזדקנות תרמית מלאכותית משמשת לחיזוי שינויים של תכונות החומר. המאמר ממחיש את התרגילים המתאימים בדיקות מעבדה ודרך לשער תוצאות ניסיוני לטווח קצר יחסית.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה incudes פרוטוקול ניסיוני מפורט כדי לדמות את המעבדה מואצת ניסויים על פוליאסטר מחוזק ובדים מצופה PVC עבור יישומים הנדסה אזרחית. הפרוטוקול מתאר את המקרה של הזדקנות תרמית מלאכותית רק על ידי העלאת טמפרטורת הסביבה. זוהי פישוט ברור של תנאי מזג אוויר אמיתיים, כמו קרינת UV והשפעה מים לשחק תפקיד נ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
פרסום עבודה זו נתמך על ידי הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית באוניברסיטת גדנסק.
Materials
| AF 9032 technical fabric | Shelter-Rite Seaman Corporation | ||
| knife of scisors | |||
| marker | pernament | ||
| ruler | |||
| Sigma Plot | Systat Software Inc. | v. 12.5 | |
| Testing machine Z020 | Zwick Roell | BT1-FR020TN.A50 | |
| TestXpert II program | Zwick Roell | v. 3.50 | |
| Thermal chamber | Eurotherm Controls | 2408 | |
| tubular spanner | 13 mm | ||
| Video extensometer | Zwick Roell | BTC-EXVIDEO.PAC.3.2.EN | Instead of video extensometer, a mechanical one can be used |
| VideoXtens | Zwick Roell | 5.28.0.0 SP2 |
References
- Ambroziak, A. Mechanical properties of Precontraint 1202S coated fabric under biaxial tensile test with different load ratios. Construction and Building Materials. 80, 210-224 (2015).
- Żerdzicki, K., Kłosowski, P., Woźnica, K., Pietraszkiewicz, W., Witkowski, W. Analysis of the cyclic load-unload-reload tests of VALMEX aged fabric. Shell Structures: Theory and Applications. , 477-480 (2017).
- Cash, C. G., Bailey, D. M. . Predictive service life tests for roofing membranes: Phase 2. Durability of Building Materials and Components. , (2014).
- Yin, W., et al. Aging behavior and lifetime prediction of PMMA under tensile stress and liquid scintillator conditions. Advanced Industrial and Engineering Polymer Research. 2 (2), 82-87 (2019).
- Swedish Standards Insitute. Buildings And Constructed Assets – Service Life Planning – Part 7: Performance Evaluation For Feedback Of Service Life Data From Practice. International Organization of Standardization. , 15686-15687 (2017).
- Šaršounová, Z. The Inconveniences Related to Accelerated Thermal Ageing of Cables. Transportation Research Procedia. 40, 90-95 (2019).
- Gong, Y., et al. Comparative study on different methods for determination of activation energies of nuclear cable materials. Polymer Testing. 70, 81-91 (2018).
- Vega, A., Yarahmadi, N., Jakubowicz, I. Optimal conditions for accelerated thermal ageing of district heating pipes. Energy Procedia. 149, 79-83 (2018).
- Redondo-Iglesias, E., Venet, P., Pelissier, S. Eyring acceleration model for predicting calendar ageing of lithium-ion batteries. Journal of Energy Storage. 13, 176-183 (2017).
- Panjan, P., Virtanen, V., Sesay, A. M. Determination of stability characteristics for electrochemical biosensors via thermally accelerated ageing. Talanta. 170, 331-336 (2017).
- Martin, R. . Ageing of Composites. , (2008).
- Mouzakis, D. E., Zoga, H., Galiotis, C. Accelerated environmental ageing study of polyester/glass fiber reinforced composites (GFRPCs). Composites Part B: Engineering. 39 (3), 467-475 (2008).
- Rosato, D., Rosato, M. . Plastic product material and process selection handbook. , (2004).
- Brebu, M., et al. Study of the natural ageing of PVC insulation for electrical cables. Polymer Degradation and Stability. 67 (2), 209-221 (2000).
- Martienssen, W., Warlimont, H. . Handbook of Condensed Matter and Materials Data. , (2005).
- Berard, M. T., Daniels, C. A., Summers, J. W., Wilkes, C. E. . PVC Handbook. , (2005).
- . . Rubber – or plastics-coated fabrics – Determination of tensile strength and elongation at break. , (2017).
- Systat Software, Inc. . SigmaPlot 12.0 User’s Guide. , (2015).
- Ambroziak, A., Kłosowski, P. Mechanical testing of technical woven fabrics. Journal of Reinforced and Plastic Composites. 32 (10), 726-739 (2013).
- Bodner, S. R., Partom, Y. Constitutive equations for elastic-viscoplastic strain-hardening materials. Journal of Applied Mechanics. 42, 385-389 (1985).
- Andersson, H. An implicit formulation of the Bodner-Partom constitutive equations. Computers and Structures. 81 (13), 1405-1414 (2003).
- Kłosowski, P., Zagubień, A., Woznica, K. Investigation on rheological properties of technical fabric “Panama”. Archive of Applied Mechanics. 73 (9-10), 661-681 (2004).
- Zaïri, F., Naït-Abdelaziz, M., Woznica, K., Gloaguen, J. M. Constitutive equations for the viscoplastic-damage behaviour of a rubber-modified polymer. European Journal of Mechanics, A/Solids. 24 (1), 169-182 (2005).
- Klosowski, P., Zerdzicki, K., Woznica, K. Identification of Bodner-Partom model parameters for technical fabrics. Computers and Structures. 187, (2017).
- Zerdzicki, K. . Durability evaluation of textile hanging roofs materials. , (2015).
- Bystritskaya, E. V., Pomerantsev, A. L., Rodionova, O. Y. Prediction of the aging of polymer materials. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 47 (2), 175-178 (1999).
- Hukins, D. W. L., Mahomed, A., Kukureka, S. N. Accelerated aging for testing polymeric biomaterials and medical devices. Medical Engineering and Physics. 30 (10), 1270-1274 (2008).
- Zerdzicki, K., Klosowski, P., Woznica, K. Influence of service ageing on polyester-reinforced polyvinyl chloride-coated fabrics reported through mathematical material models. Textile Research Journal. 89 (8), 1472-1487 (2019).
- Klosowski, P., Zerdzicki, K., Woznica, K. Influence of artificial thermal ageing on polyester-reinforced and polyvinyl chloride coated AF9032 technical fabric. Textile Research Journal. 89 (21-22), 4632-4646 (2019).
- Firdosh, S., et al. Durability of GFRP nanocomposites subjected to hygrothermal ageing. Composites Part B: Engineering. 69, 443-451 (2015).
- Le Saux, V., Le Gac, P. Y., Marco, Y., Calloch, S. Limits in the validity of Arrhenius predictions for field ageing of a silica filled polychloroprene in a marine environment. Polymer Degradation and Stability. 99 (1), 254-261 (2014).
