Envejecimiento térmico artificial de poliéster reforzado y polivinilo cloruro recubierto de tejido técnico
Summary
Aquí, simulamos el envejecimiento térmico acelerado del tejido técnico y vemos cómo este proceso de envejecimiento influye en las propiedades mecánicas de la tela.
Abstract
El tejido arquitectónico AF9032 ha sido sometido a un envejecimiento térmico artificial para determinar los cambios en los parámetros materiales de la tela. El método propuesto se basa en el enfoque acelerado del envejecimiento propuesto por Arrhenius. Las muestras de 300 mm x 50 mm se cortaron en las direcciones warp y de llenado y se colocaron en una cámara térmica a 80 oC durante un máximo de 12 semanas o a 90 oC durante un máximo de 6 semanas. Luego, después de una semana de acondicionamiento a temperatura ambiente, las muestras se tensaron uniaxialmente a una velocidad de tensión constante. Experimentalmente, los parámetros se determinaron para los modelos elástico no lineal (lineal por piezas) y viscoplástico (Bodner-Partom). Se estudiaron cambios en estos parámetros con respecto a la temperatura de envejecimiento y el período de envejecimiento. En ambos casos, la función de aproximación lineal se aplicó con éxito utilizando la metodología simplificada de Arrhenius. Se obtuvo una correlación para la dirección de relleno entre los resultados experimentales y los resultados del enfoque de Arrhenius. Para la dirección warp, los resultados de la extrapolación mostraron algunas diferencias. Se han observado tendencias crecientes y decrecientes a ambas temperaturas. La ley Arrhenius fue confirmada por los resultados experimentales sólo para la dirección de llenado. El método propuesto permite predecir el comportamiento real de la tela durante la explotación a largo plazo, que es un problema crítico en el proceso de diseño.
Introduction
Tejidos arquitectónicos a base de poliéster se utilizan comúnmente para la construcción de techos colgantes1. Al ser relativamente baratos con buenas propiedades mecánicas, se pueden emplear en la explotación a largo plazo (por ejemplo, el techo colgante de la ópera del bosque en Sopot – Polonia). Desafortunadamente, las condiciones climáticas, la radiación ultravioleta, las razones biológicas y los propósitos operativos (pretensado y aflojamiento de temporada2)pueden afectar sus propiedades mecánicas. Los techos colgantes de AF9032 son típicamente estructuras estacionales sometidas a alta temperatura (especialmente durante los días soleados en el verano), pretensado regular y aflojamiento. Con el fin de diseñar correctamente un techo colgante, los parámetros de la tela deben determinarse no sólo al comienzo de la explotación, sino también después de varios años de uso.
El análisis de envejecimiento mide el indicador de envejecimiento y compara los valores inicialy final de los parámetros para evaluar el impacto del envejecimiento. 3 propusieron uno de los métodos más simples mediante el análisis comparativo de 12 tipos diferentes de membranas para techos. Estas membranas estuvieron expuestas a la intemperie al aire libre durante 2 o 4 años. Los autores utilizaron un sistema de clasificación de varias propiedades para evaluar la durabilidad de la tela. Con el fin de proporcionar un análisis del envejecimiento térmico de polímeros, se puede aplicar el principio de superposición de temperatura de tiempo (TTSP)4. Este principio establece que el comportamiento de un material a baja temperatura y bajo bajo nivel de tensión se asemeja a su comportamiento a alta temperatura y alto nivel de tensión. El factor multiplicativo simple se puede utilizar para relacionar las propiedades de temperatura actuales con las propiedades a la temperatura de referencia. Gráficamente, corresponde al desplazamiento de curva en la escala de tiempo del registro. En cuanto a la temperatura, se proponen dos métodos para combinar el factor de cambio y la temperatura de envejecimiento: las ecuaciones Williams-Landel-Ferry (WLF) y la ley Arrhenius. Ambos métodos están incluidos en la norma sueca ISO 113465 para estimar la vida útil y la temperatura máxima de funcionamiento de los materiales de caucho, o vulcanizados y termoplásticos. Recientemente, el envejecimiento térmico y la metodología Arrhenius se han utilizado en la predicción de la vida útil del cable6,7, tubos de calefacción8, y pegamento de polímero PMMA4. Una extensión de la ley Arrhenius es la ley Eyring que tiene en cuenta otros factores de envejecimiento (por ejemplo, voltaje, presión, etc.) 9. Alternativamente, otros estudios proponen y verifican modelos lineales simples para una descripción del envejecimiento (por ejemplo, biosensor envejecimiento10). Aunque el método Arrhenius se utiliza comúnmente, hay discusión sobre su relevancia en la predicción de por vida de cada material. Por lo tanto, el método debe utilizarse con cuidado, especialmente en términos de supuestos iniciales y condiciones experimentales6.
Al igual que la mayoría de los polímeros, los tejidos de poliéster utilizados en la investigación actual exhiben dos fases de transición distintas definidas por la temperatura de fusión (Tm) y la temperatura de transición del vidrio (Tg). La temperatura de fusión (Tm) es la temperatura cuando un material cambia de su estado sólido al líquido, y la temperatura de transición de vidrio (Tg) es el límite entre los estados de vidrio y caucho11. De acuerdo con los datos del fabricante, el tejido AF9032 está hecho de roscas de poliéster (Tg a 100 a 180 oC12,T m a 250 a 290 oC13) y revestimiento de PVC (Tg a 80 x 87 oC14,15, Tm a 160 a 260 oC16). La temperatura de envejecimientoT debe seleccionarse por debajo de Tg. Durante los días soleados, la temperatura en la superficie superior de un techo colgante puede incluso llegar a 90 oC; por lo tanto, se prueban dos temperaturas de envejecimiento (80 oC y 90 oC). Estas temperaturas están por debajo de la rosca Tg y cerca del recubrimiento Tg.
El rendimiento del protocolo de envejecimiento acelerado en tejidos técnicos se presenta en el trabajo actual. El envejecimiento térmico artificial se utiliza para predecir los cambios de las propiedades del material. El artículo ilustra rutinas de pruebas de laboratorio apropiadas y una manera de extrapolar resultados experimentales relativamente a corto plazo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este artículo incluye un protocolo experimental detallado para simular los experimentos acelerados de laboratorio en tejidos reforzados con poliéster y recubiertos de PVC para aplicaciones de ingeniería civil. El protocolo describe el caso del envejecimiento térmico artificial sólo por medio de elevar la temperatura ambiente. Se trata de una simplificación obvia de las condiciones climáticas reales, ya que la radiación UV y la influencia del agua desempeñan un papel adicional en el envejecimiento del servicio ma…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
La publicación de este trabajo fue apoyada por la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad Tecnológica de Gdansk.
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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