Polyester Takviyeli ve Polivinil Klorür Kaplı Teknik Kumaşın Yapay Termal Yaşlanma
Summary
Burada, teknik kumaşın hızlandırılmış termal yaşlanmasını simüle ediyoruz ve bu yaşlanma sürecinin kumaşın mekanik özelliklerini nasıl etkilediğini görüyoruz.
Abstract
Mimari kumaş AF9032, kumaşın malzeme parametrelerindeki değişiklikleri belirlemek için yapay termal yaşlanmaya maruz kalmıştır. Önerilen yöntem Arrhenius tarafından önerilen hızlandırılmış yaşlanma yaklaşımına dayanmaktadır. 300 mm x 50 mm numuneler çözgü ve dolgu yönünden kesilerek 80 °C’de 12 haftaya kadar veya 90 °C’de 6 haftaya kadar termal bir hazneye yerleştirildi. Daha sonra ortam sıcaklığında klima bir hafta sonra, örnekler uniaxially sabit bir gerinim hızında gerildi. Deneysel olarak, parametreler doğrusal olmayan elastik (lineer parça yönünde) ve viskoplastik (Bodner-Partom) modelleri için belirlendi. Bu parametrelerdeki değişiklikler yaşlanma sıcaklığı ve yaşlanma dönemine göre incelenmiştir. Her iki durumda da doğrusal yaklaşım işlevi Arrhenius’un basitleştirilmiş metodolojisi kullanılarak başarıyla uygulandı. Deneysel sonuçlar ile Arrhenius yaklaşımının sonuçları arasındaki dolgu yönü için bir korelasyon elde edildi. Warp yönü için, ekstrapolasyon sonuçları bazı farklılıklar sergiledi. Her iki sıcaklıkta da artan ve azalan eğilimler gözlenmiştir. Arrhenius yasası deneysel sonuçlarla sadece dolgu yönü için doğrulandı. Önerilen yöntem, tasarım sürecinde kritik bir konu olan uzun vadeli sömürü sırasında gerçek kumaş davranışını tahmin etmeyi mümkün kılar.
Introduction
Polyester esaslı mimari kumaşlar genellikle asılı çatılar1inşaat için kullanılır. Iyi mekanik özellikleri ile nispeten ucuz olmak, onlar uzun vadeli sömürü istihdam edilebilir (örneğin, Sopot Orman Operası asma çatı – Polonya). Ne yazık ki, hava koşulları, ultraviyole radyasyon, biyolojik nedenler ve operasyonel amaçlar (sezon öncesi stres ve gevşeme2) mekanik özelliklerini etkileyebilir. AF9032’den yapılmış asma çatılar genellikle yüksek sıcaklığa (özellikle yaz aylarında güneşli günlerde), düzenli ön germe ve gevşemeye maruz kalan mevsimlik yapılardır. Bir asma çatıdüzgün tasarımı için, kumaş parametreleri sadece sömürü başında değil, aynı zamanda kullanım birkaç yıl sonra belirlenmelidir.
Yaşlanma analizi yaşlanma göstergesini ölçer ve yaşlanmanın etkisini değerlendirmek için parametrelerin başlangıç ve son değerlerini karşılaştırır. Cash ve ark.3 çatı membranları 12 farklı türde karşılaştırmalı analizi ile en basit yöntemlerden biri önerdi. Bu membranlar 2 veya 4 yıl boyunca açık hava koşullarına maruz kalmıştır. Yazarlar kumaş dayanıklılığını değerlendirmek için çeşitli özellikleri bir derecelendirme sistemi kullanılır. Polimer Termal yaşlanma analizini sağlamak için zaman-sıcaklık süperpozisyon prensibi (TTSP)4uygulanabilir. Bu ilke, bir malzemenin düşük sıcaklıkta ve düşük gerinim seviyesindeki davranışının yüksek sıcaklık ve yüksek gerinim seviyesindeki davranışına benzediğini belirtir. Basit çarpan faktör referans sıcaklık özellikleri ile geçerli sıcaklık özellikleri ilişkilendirmek için kullanılabilir. Grafik olarak, günlük zaman ölçeğindeki eğri kaymasına karşılık gelir. Sıcaklık ile ilgili olarak, iki yöntem vardiya faktörü ve yaşlanma sıcaklığı birleştirmek için önerilmektedir: Williams-Landel-Ferry (WLF) denklemleri, ve Arrhenius yasa. Her iki yöntem de, kauçuk veya vulkanize ve termoplastik malzemeler için kullanım ömrünü ve maksimum çalışma sıcaklığını tahmin etmek için İsveç standardı ISO 113465’e dahildir. Son zamanlarda, termal yaşlanma ve Arrhenius metodolojisi kablo ömrü tahmin6,7,ısıtma boruları8ve polimer tutkal PMMA4kullanılmıştır. Arrhenius yasasının bir uzantısı diğer yaşlanma faktörlerini (örn. voltaj, basınç, vb.) dikkate alan Eyring yasasıdır. 9. Alternatif olarak, diğer çalışmalar yaşlanmanın bir tanımı için basit doğrusal modeller önermek ve doğrulamak (örneğin, biyosensör yaşlanma10). Arrhenius yöntemi yaygın olarak kullanılmasına rağmen, her malzemenin yaşam boyu tahmin de alaka üzerinde tartışma vardır. Bu nedenle, yöntem özellikle ilk varsayımlar ve deneysel koşullar açısından6dikkatli kullanılmalıdır.
Çoğu polimere benzer şekilde, mevcut araştırmada kullanılan polyester kumaşlar erime sıcaklığı (Tm)ve cam geçiş sıcaklığı (Tg)ile tanımlanan iki farklı geçiş evresini sergilerler. Erime sıcaklığı (Tm)bir malzemenin katı halinden sıvı durumuna değiştiğinde sıcaklıktır ve cam geçiş sıcaklığı (Tg)cam ve kauçuk durumları arasındaki sınırdır11. Üretici verilerine göre AF9032 kumaşı polyester ipliklerden (Tg = 100−180 °C12, Tm = 250−290 °C13)ve PVC kaplamadan (Tg = 80−87 °C14,15, Tm = 160−260 °C16)yapılır. Yaşlanma sıcaklığı Tα Tgaltında seçilmelidir. Güneşli günlerde, asılı bir çatının üst yüzeyindesıcaklık bile 90 °C’ye ulaşabilir; bu nedenle burada iki yaşlanma sıcaklığı (80 °C ve 90 °C) test edilmektedir. Bu sıcaklıklar tg iplik altında ve kaplama Tgyakındır.
Teknik kumaşlar üzerinde hızlandırılmış yaşlanma protokolünün performansı mevcut çalışmada sunulmuştur. Yapay termal yaşlanma, malzeme özelliklerindeki değişiklikleri tahmin etmek için kullanılır. Makale, uygun laboratuvar test rutinleri ve nispeten kısa vadeli deneysel sonuçlar tahmin etmek için bir yol göstermektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu makale, inşaat mühendisliği uygulamaları için polyester takviyeli ve PVC kaplamalı kumaşlar üzerinde laboratuvar hızlandırılmış deneyler simüle etmek için ayrıntılı bir deneysel protokol incudes. Protokol, yapay termal yaşlanma durumunu sadece ortam sıcaklığını yükseltmek yoluyla tanımlar. Uv radyasyonu ve su etkisi malzeme hizmet yaşlanma ek bir rol oynadığı gibi bu, gerçek hava koşullarının bariz bir basitleştirme olduğunu.
Genel olarak, laboratuvarda g…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışmanın yayınlanması Gdansk Teknoloji Üniversitesi İnşaat ve Çevre Mühendisliği Fakültesi tarafından desteklenmiştir.
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).
