Invecchiamento termico artificiale del poliestere rinforzato e del tessuto tecnico rivestito di poligono in polivinile
Summary
Qui, simuliamo l’invecchiamento termico accelerato del tessuto tecnico e vediamo come questo processo di invecchiamento influenza le proprietà meccaniche del tessuto.
Abstract
Tessuto architettonico AF9032 è stato sottoposto a invecchiamento termico artificiale per determinare i cambiamenti dei parametri del materiale del tessuto. Il metodo proposto si basa sull’approccio accelerato di invecchiamento proposto da Arrhenius. 300 mm x 50 mm campioni sono stati tagliati nelle direzioni di detestata e riempimento e collocati in una camera termica a 80 gradi centigradi per un massimo di 12 settimane o a 90 gradi centigradi per un massimo di 6 settimane. Poi, dopo una settimana di condizionamento a temperatura ambiente, i campioni sono stati tesi in modo uniaxally ad una velocità di deformazione costante. Sperimentalmente, i parametri sono stati determinati per i modelli elastici non lineari (lineari) e viscoplastici (Bodner-Partom). I cambiamenti in questi parametri sono stati studiati per quanto riguarda la temperatura dell’invecchiamento e il periodo di invecchiamento. In entrambi i casi, la funzione di approssimazione lineare è stata applicata con successo utilizzando la metodologia semplificata di Arrhenius. È stata ottenuta una correlazione per la direzione di riempimento tra i risultati sperimentali e i risultati dell’approccio Arrhenius. Per la direzione di curvatura, i risultati dell’estrapolazione hanno mostrato alcune differenze. Le tendenze in aumento e in diminuzione sono state osservate a entrambe le temperature. La legge Arrhenius è stata confermata dai risultati sperimentali solo per la direzione di riempimento. Il metodo proposto consente di prevedere il comportamento reale del tessuto durante lo sfruttamento a lungo termine, che è un problema critico nel processo di progettazione.
Introduction
Tessuti architettonici a base di poliestere sono comunemente utilizzati per la costruzione di tetti appesi1. Essendo relativamente a buon mercato con buone proprietà meccaniche, possono essere impiegati nello sfruttamento a lungo termine (ad esempio, il tetto appeso della Forest Opera a Sopot – Polonia). Purtroppo, le condizioni atmosferiche, le radiazioni ultraviolette, le ragioni biologiche e gli scopi operativi (pre-stress e allentamento della stagione2)possono influenzare le loro proprietà meccaniche. I tetti appesi in AF9032 sono tipicamente strutture stagionali soggette ad alte temperature (soprattutto durante le giornate di sole in estate), pre-tensione e allentamento regolari. Al fine di progettare correttamente un tetto appeso, i parametri del tessuto devono essere determinati non solo all’inizio dello sfruttamento, ma anche dopo diversi anni di utilizzo.
L’analisi dell’invecchiamento misura l’indicatore dell’invecchiamento e confronta i valori iniziali e finali dei parametri per valutare l’impatto dell’invecchiamento. Il cash et al.3 ha proposto uno dei metodi più semplici mediante l’analisi comparativa di 12 diversi tipi di membrane di copertura. Queste membrane sono state esposte agli agenti atmosferici esterni per 2 o 4 anni. Gli autori hanno utilizzato un sistema di classificazione di diverse proprietà per valutare la durata del tessuto. Al fine di fornire un’analisi dell’invecchiamento termico polimerico, il principio di sovrapposizione tempo-temperatura (TTSP) può essere applicato4. Questo principio afferma che il comportamento di un materiale a bassa temperatura e sotto basso livello di sforzo assomiglia al suo comportamento ad alta temperatura e alto livello di deformazione. Il semplice fattore moltiplicativo può essere utilizzato per correlare le proprietà di temperatura correnti con le proprietà alla temperatura di riferimento. Graficamente, corrisponde allo spostamento della curva sulla scala temporale del log. Per quanto riguarda la temperatura, vengono proposti due metodi per combinare il fattore di spostamento e la temperatura di invecchiamento: le equazioni Williams-Landel-Ferry (WLF) e la legge Arrhenius. Entrambi i metodi sono inclusi nello standard svedese ISO 113465 per stimare la durata e la temperatura operativa massima per i materiali in gomma, o vulcanizzati e termoplastici. Recentemente, l’invecchiamento termico e la metodologia Arrhenius sono stati utilizzati nella previsione della durata del cavo6,7, tubi di riscaldamento8, e colla polimerica PMMA4. Un’estensione della legge Arrhenius è la legge Eyring che tiene conto di altri fattori di invecchiamento (ad esempio, tensione, pressione, ecc.) 9. In alternativa, altri studi propongono e verificano semplici modelli lineari per una descrizione dell’invecchiamento (ad esempio, l’invecchiamento del biosensore10). Anche se il metodo Arrhenius è comunemente usato, c’è discussione sulla sua rilevanza nella previsione di vita di ogni materiale. Pertanto, il metodo deve essere utilizzato con cura, soprattutto in termini di ipotesi iniziali e condizioni sperimentali6.
Simile alla maggior parte dei polimeri, i tessuti in poliestere utilizzati nella ricerca attuale presentano due distinte fasi di transizione definite dalla temperatura di fusione (Tm) e dalla temperatura di transizione del vetro (Tg). La temperatura di fusione (Tm) è la temperatura quando un materiale cambia dal suo stato solido a quello liquido, e la temperatura di transizione del vetro (Tg) è il confine tra il vetro e la gomma stati11. Secondo i dati del produttore, il tessuto AF9032 è costituito da fili di poliestere (Tg , 100 , 180 C12, Tm , 250 , C 13 ) e rivestimento in PVC (Tg – 80-87 C14,15, Tm , 160 ,260 C16). La temperatura di invecchiamento T– dovrebbe essere selezionata sotto Tg. Durante le giornate di sole, la temperatura sulla superficie superiore di un tetto appeso può anche raggiungere i 90 gradi centigradi; qui vengono testate due temperature di invecchiamento (80 e 90 gradi centigradi). Queste temperature sono sotto il filo Tg e vicino al rivestimento Tg.
Le prestazioni del protocollo di invecchiamento accelerato sui tessuti tecnici sono presentate nel lavoro attuale. L’invecchiamento termico artificiale viene utilizzato per prevedere i cambiamenti delle proprietà del materiale. L’articolo illustra le routine appropriate di test di laboratorio e un modo per estrapolare risultati sperimentali relativamente a breve termine.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo articolo incude un protocollo sperimentale dettagliato per simulare gli esperimenti accelerati di laboratorio sui tessuti rinforzati in poliestere e PVC per applicazioni di ingegneria civile. Il protocollo descrive il caso dell’invecchiamento termico artificiale solo per mezzo di un aumento della temperatura ambiente. Si tratta di un’ovvia semplificazione delle condizioni meteorologiche reali, poiché le radiazioni UV e l’influenza dell’acqua svolgono un ruolo aggiuntivo nell’invecchiamento del servizio materiale….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
La pubblicazione di questo lavoro è stata supportata dalla Facoltà di Ingegneria Civile e Ambientale dell’Università di Tecnologia di Danzica.
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 |
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