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Engineering

पॉलिएस्टर प्रबलित और पॉलीविनाइल क्लोराइड लेपित तकनीकी कपड़े का कृत्रिम थर्मल वृद्धावस्था

Published: January 29, 2020 doi: 10.3791/60737
Automatic Translation
1, 1, 2
1Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdansk University of Technology, 2Laboratoire de Mecanique Gabriel Lame, Institut National des Sciences Appliquees Centre Val de Loire

Summary

यहां, हम तकनीकी कपड़े के त्वरित थर्मल वृद्धावस्था का अनुकरण करते हैं और देखते हैं कि यह वृद्धावस्था प्रक्रिया कपड़े के यांत्रिक गुणों को कैसे प्रभावित करती है।

Abstract

कपड़े के भौतिक मापदंडों में परिवर्तन निर्धारित करने के लिए वास्तुशिल्प कपड़े AF9032 कृत्रिम थर्मल वृद्धावस्था के अधीन किया गया है। प्रस्तावित विधि Arrhenius द्वारा प्रस्तावित त्वरित वृद्धावस्था दृष्टिकोण पर आधारित है । ताना में 300 एमएम x 50 एमएम के नमूने काटे गए और निर्देश भरें और 12 सप्ताह तक या 90 डिग्री सेल्सियस पर थर्मल चैंबर में 6 सप्ताह तक रखा गया। फिर परिवेश के तापमान पर कंडीशनिंग के एक सप्ताह के बाद, नमूनों को लगातार तनाव दर पर एकात्मक रूप से तनाव में डाल दिया गया । प्रायोगिक रूप से, मापदंडों को गैर-रैखिक लोचदार (रैखिक टुकड़े) और चिपचिपा प्लास्टिक (बोडनर-पार्टम) मॉडल के लिए निर्धारित किया गया था। इन मापदंडों में परिवर्तन का अध्ययन वृद्ध तापमान और वृद्धावस्था अवधि के संबंध में किया गया था । दोनों ही मामलों में, रैखेनियस की सरलीकृत पद्धति का उपयोग करके रैखिक सन्निकटन समारोह को सफलतापूर्वक लागू किया गया था। प्रयोगात्मक परिणामों और एरेहेनियस दृष्टिकोण से परिणामों के बीच भरने की दिशा के लिए एक सहसंबंध प्राप्त किया गया था। ताना दिशा के लिए, बहिर्वेशन परिणामकुछ मतभेदों का प्रदर्शन किया । दोनों तापमान ों पर बढ़ती और घटती प्रवृत्तियां देखी गई हैं। एरेहेनियस कानून की पुष्टि केवल भरने की दिशा के लिए प्रायोगिक परिणामों से हुई थी । प्रस्तावित विधि दीर्घकालिक शोषण के दौरान वास्तविक कपड़े के व्यवहार की भविष्यवाणी करना संभव बनाती है, जो डिजाइन प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण मुद्दा है।

Introduction

पॉलिएस्टर आधारित वास्तुशिल्प कपड़े आमतौर पर फांसी की छतों के निर्माण के लिए उपयोग किए जाते हैं1। अच्छे यांत्रिक गुणों के साथ अपेक्षाकृत सस्ता होने के नाते, उन्हें दीर्घकालिक शोषण (उदाहरण के लिए, सोपॉट - पोलैंड में वन ओपेरा की फांसी की छत) में नियोजित किया जा सकता है। दुर्भाग्य से, मौसम की स्थिति, पराबैंगनी विकिरण, जैविक कारण, और परिचालन उद्देश्य (मौसम पूर्व जोर देना और2ढीला) उनके यांत्रिक गुणों को प्रभावित कर सकता है। AF9032 से बनी छतों को लटकाना आम तौर पर मौसमी संरचनाएं होती हैं जो उच्च तापमान (विशेष रूप से गर्मियों में धूप के दिनों के दौरान), नियमित रूप से पूर्व-तनाव और ढीला होती हैं। एक फांसी की छत को ठीक से डिजाइन करने के लिए, कपड़े के मापदंडों को न केवल शोषण की शुरुआत में, बल्कि कई वर्षों के उपयोग के बाद भी निर्धारित किया जाना चाहिए।

वृद्धावस्था विश्लेषण वृद्धावस्था संकेतक को मापता है और वृद्धावस्था के प्रभाव का आकलन करने के लिए मापदंडों के प्रारंभिक और अंतिम मूल्यों की तुलना करता है। नकद एट अल3 छत झिल्ली के 12 विभिन्न प्रकार के तुलनात्मक विश्लेषण द्वारा सबसे सरल तरीकों में से एक का प्रस्ताव किया। ये झिल्ली 2 या 4 साल तक आउटडोर अपक्षय के संपर्क में थीं। लेखकों ने कपड़े के स्थायित्व का आकलन करने के लिए कई गुणों की रेटिंग प्रणाली का उपयोग किया। पॉलीमर थर्मल वृद्धावस्था का विश्लेषण प्रदान करने के लिए, समय-तापमान सुपरपोजिशन सिद्धांत (टीटीएसपी)4लागू किया जा सकता है। यह सिद्धांत बताता है कि कम तापमान पर और कम तनाव के स्तर के तहत एक सामग्री का व्यवहार उच्च तापमान और उच्च तनाव स्तर पर अपने व्यवहार जैसा दिखता है। सरल गुणा कारक संदर्भ तापमान पर गुणों के साथ वर्तमान तापमान गुणों से संबंधित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। रेखांकन, यह लॉग टाइम स्केल पर वक्र बदलाव से मेल खाती है। तापमान के बारे में, दो तरीकों को बदलाव कारक और वृद्ध तापमान गठबंधन का प्रस्ताव कर रहे हैं: विलियम्स-लैंडेल-फेरी (WLF) समीकरण, और Arrhenius कानून । दोनों तरीकों स्वीडिश मानक आईएसओ 113465 में शामिल करने के लिए रबर, या वल्कनाइज्ड और थर्मोप्लास्टिक, सामग्री के लिए जीवन भर और अधिकतम परिचालन तापमान का अनुमान है। हाल ही में, थर्मल वृद्धावस्था और Arrhenius पद्धति केबल लाइफटाइम भविष्यवाणी6,7,हीटिंग पाइप8,और बहुलक गोंद PMMA4में इस्तेमाल किया गया है । Arrhenius कानून का विस्तार Eyring कानून है कि खाते में अंय बुढ़ापे कारकों (जैसे, वोल्टेज, दबाव, आदि) लेता है 9.वैकल्पिक रूप से, अन्य अध्ययन बुढ़ापे के विवरण के लिए सरल रैखिक मॉडल का प्रस्ताव और सत्यापन करते हैं (उदाहरण के लिए, बायोसेंसर उम्र10)। हालांकि Arrhenius विधि आमतौर पर प्रयोग किया जाता है, वहां हर सामग्री के जीवन भर की भविष्यवाणी में इसकी प्रासंगिकता पर चर्चा है । इसलिए, विधि का उपयोग विशेष रूप से प्रारंभिक मान्यताओं और प्रायोगिक स्थितियों6के संदर्भ में देखभाल के साथ किया जाना चाहिए।

अधिकांश बहुलकों के समान, वर्तमान शोध में उपयोग किए जाने वाले पॉलिएस्टर कपड़े पिघलने के तापमान (टीएम)और ग्लास संक्रमण तापमान (टीजी)द्वारा परिभाषित दो अलग-अलग संक्रमण चरणों को प्रदर्शित करते हैं। पिघलने का तापमान (टीएम)वह तापमान होता है जब कोई सामग्री अपनी ठोस स्थिति से तरल में बदल जाती है, और ग्लास संक्रमण तापमान (टीजी)कांच और रबर राज्यों11के बीच की सीमा है। निर्माता के आंकड़ों के अनुसार, एएफ9032 कपड़े पॉलिएस्टर धागे (टीजी = 100−180 डिग्री सेल्सियस12,टीएम = 250−290 डिग्री सेल्सियस13)और पीवीसी कोटिंग (टीजी = 80−87 डिग्री सेल्सियस14,15,टीएम = 160−260 डिग्री सेल्सियस16)से बनाया गया है। उम्र बढ़ने वाले तापमान टीα को टीजीसे नीचे चुना जाना चाहिए। धूप के दिनों के दौरान, एक फांसी छत की शीर्ष सतह पर तापमान भी 90 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है; इस प्रकार यहां दो वृद्ध तापमान (80 डिग्री सेल्सियस और 90 डिग्री सेल्सियस) की जांच की जाती है। ये तापमान धागे टीजी से नीचे और कोटिंग टीजीके करीब हैं ।

तकनीकी कपड़ों पर त्वरित वृद्धावस्था प्रोटोकॉल का प्रदर्शन वर्तमान कार्य में प्रस्तुत किया जाता है। कृत्रिम थर्मल वृद्धावस्था का उपयोग सामग्री गुणों के परिवर्तनों की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है। लेख उपयुक्त प्रयोगशाला परीक्षण दिनचर्या और अपेक्षाकृत अल्पकालिक प्रयोगात्मक परिणामों को एक्सट्रपलेशन करने का एक तरीका दिखाता है।

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Protocol

1. तकनीकी कपड़े पर त्वरित थर्मल वृद्धावस्था प्रयोग

  1. समग्र तैयारी
    1. उचित सॉफ्टवेयर के साथ एक परीक्षण मशीन तैयार करें (लगातार तनाव दर परीक्षण प्रदान करने के लिए) और एक वीडियो एक्सटेनोस्टर।
    2. कम से कम 12 सप्ताह के लिए 80 डिग्री सेल्सियस (± 1 डिग्री सेल्सियस) और 90 डिग्री सेल्सियस (± 1 डिग्री सेल्सियस) के निरंतर तापमान प्रदान करने वाला थर्मल चैंबर तैयार करें।
  2. नमूना तैयारी
    1. तकनीकी कपड़े AF9032 गठरी को अनरोल करें। ताना या दिशा भरने के समानांतर कपड़े की सतह पर एक नरम पेंसिल या मार्कर के साथ वांछित आकार (300 मिमी x 50 मिमी) ड्रा करें।
      नोट: कपड़े की सतह पर नमूनों का वितरण कहीं और दिया जाता है17।
    2. एक स्थायी मार्कर के साथ प्रत्येक नमूने पर ताना दिशा संकेत दें। नमूनों को धारदार चाकू या कैंची से काट लें। अगर चाकू काटने के लिए इस्तेमाल किया जाता है तो शासक का इस्तेमाल करें।
      नोट: नमूने आयताकार17होना चाहिए । कपड़े के प्रमुख लोड-देखभाल तत्व धागे हैं। परिचालन चरण में, कोटिंग सामग्री आमतौर पर इसकी उपज सीमा से अधिक होती है, इस प्रकार तनाव वितरण में भाग नहीं ले रही है। लोड ले जाने वाले एकमात्र तत्व धागे एक पकड़ से दूसरे में फैलते हैं। इसलिए, नमूनों के परिष्कृत आकारों का उपयोग करना उचित नहीं है (उदाहरण के लिए, आमतौर पर धातुओं के लिए उपयोग किया जाने वाला एक डम्बल आकार)। दूसरी ओर, इस तरह के नमूने के आकार के परिणामस्वरूप अंतिम भार की जांच की जाती है, या सामग्री मापदंडों का आकलन करने के लिए एक विस्तारक का उपयोग करने पर विशेष पकड़ की आवश्यकता होती है।
    3. एक स्लाइड कैलिपर के साथ नमूना की मोटाई को मापने और नमूने के छोटे किनारे पर धागे की संख्या गिनती।
      नोट: प्रत्येक नमूने के लिए, तीन मोटाई माप लें, और औसत मूल्य की गणना करें। यदि आवश्यक हो तो धागे की संख्या का आकलन करने के लिए आवर्धक ग्लास का उपयोग करें।
  3. थर्मल चैंबर चालू करें, दरवाजा खुला छोड़ दें। बटन और नियंत्रण प्रदर्शन का उपयोग करके, तापमान (80 डिग्री सेल्सियस) का चयन करें। थर्मल चैंबर दरवाजा बंद करें और नियंत्रण कक्ष पर तापमान की वृद्धि का निरीक्षण करें।
  4. नमूना वार्मिंग
    1. जब तापमान 80 डिग्री सेल्सियस के करीब हो तो थर्मल चैंबर का दरवाजा खोल ें। प्रत्येक सेट के साथ नमूनों के कम से कम 7 सेट डालें जिसमें 6 नमूनों को ताना दिशा में काटा गया और 6 भरने की दिशा में शामिल हों। तापमान में गिरावट से बचने के लिए जितनी जल्दी हो सके दरवाजा बंद करें।
      नोट: प्रयोग तीन तनाव दरों के लिए आयोजित किया जाना चाहिए । प्रत्येक तनाव दर के लिए, ताना दिशा में दो नमूनों पर प्रयोग किए जाते हैं और दो भरने की दिशा में। यदि प्रयोग सफल नहीं होते हैं या दोनों परीक्षणों के परिणाम अत्यधिक भिन्न होते हैं तो कक्ष में अतिरिक्त नमूने रखें।
    2. 1 घंटे के बाद, थर्मल दस्ताने डॉन और नमूनों के पहले सेट को हटा दें (संदर्भ सेट; ताना दिशा में 6 नमूने और 6 भरने की दिशा में) । हर 2 सप्ताह के बाद, थर्मल चैंबर से नमूनों का एक सफल सेट निकालें।
      नोट: पूरी वार्मिंग प्रक्रिया में 12 सप्ताह लगेंगे ।
  5. नमूना कंडीशनिंग
    1. नमूनों को एक सप्ताह के लिए कमरे के तापमान पर छोड़ दें। नमूनों को कमरे के तापमान में ठंडा करें (यानी, उनके गुण स्थिर होने चाहिए)।
    2. परीक्षण से पहले, प्रत्येक नमूने के बीच में लगभग 50 मिमी (एल0) के लंबाई के वियोग के साथ स्थायी मार्कर का उपयोग करके दो काले निशान (डॉट्स) खींचें।
      नोट: डॉट्स वीडियो extensometer द्वारा इस्तेमाल किया जाएगा ।
  6. टेस्टिंग मशीन सेटअप
    1. परीक्षण मशीन में चार 60 मिमी फ्लैट आवेषण स्थापित करें, प्रति एक पकड़ दो आवेषण। आवेषण एक मछली पैमाने पर सतह प्रकार दिखाने के लिए और पकड़ से बाहर नमूनों फिसल से बचने के लिए उपयोग किया जाता है ।
    2. मशीन पर स्विच करें। मशीन को नियंत्रित करने वाले सॉफ्टवेयर (उदाहरण के लिए, टेस्टएक्सपीर्ट) शुरू करें। तन्य परीक्षणों के लिए समर्पित कार्यक्रम चुनें।
    3. सॉफ्टवेयर में पकड़ जुदाई के लिए एक 200 मिमी पकड़ के साथ शुरुआती स्थिति का चयन करें। पकड़ जुदाई के लिए 200 मिमी पकड़ निष्पादित करने के लिए प्रारंभिक स्थिति बटन पर क्लिक करें। इस पकड़ की स्थिति आमतौर पर एक परीक्षण के लिए प्रारंभिक स्थिति कहा जाता है।
      नोट: आईएसओ मानक17द्वारा 200 मिमी दूरी की आवश्यकता है।
  7. वीडियो एक्सटेनोस्टर सेटअप
    1. नमूने के मध्य भाग के स्तर पर कैमरे के लेंस को स्थित करने के लिए सहायक बार के साथ वीडियो एक्सटेनसोमर के कैमरे को स्थानांतरित करें। जांच करें कि क्या कैमरे का लेंस पूरे प्रयोग के दौरान नमूना मार्कर का स्पष्ट दृश्य प्रदान करता है।
      नोट: संभावित नमूना विस्तार रेंज स्थापित करने के लिए मुख्य परीक्षण से पहले एक समान परीक्षण करें ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि कैमरा एक पूरे परीक्षण के दौरान काले मार्कर का पालन करेगा।
    2. कंप्यूटर स्क्रीन और संबद्ध सॉफ्टवेयर का उपयोग करलेंस के लिए उचित चमक और ध्यान का चयन करें।
  8. वीडियो एक्सटेनोकम्टर अंशांकन
    नोट: अंशांकन डिवाइस वीडियो एक्सटेनोस्टर का मानक उपकरण है।
    1. अंशांकन डिवाइस को कैमरे के सामने रखें और इसे पकड़कर क्लैंप करें।
    2. वीडियो एक्सटेनोस्टर सॉफ्टवेयर (जैसे, वीडियोएक्सटेन्स) का उपयोग करके, लक्ष्य खिड़की (आमतौर पर काले और सफेद) में उचित प्रकार के मार्कर का चयन करें।
    3. स्केल विकल्प का उपयोग करके वीडियो एक्सटेनोस्टर सॉफ्टवेयर में अंशांकन प्रक्रिया का चयन करें और स्केल विंडो में अंशांकन दूरी चुनें।
      नोट: दूरी नमूनों पर मार्कर के अलगाव के समान होनी चाहिए। अंशांकन डिवाइस तीन मापने की दूरी प्रदान करता है: 10, 15 और 40 मिमी। 50 मिमी मार्कर जुदाई के कारण, 40 मिमी दूरी उपयुक्त है।
    4. अंशांकन के बाद, लक्ष्य खिड़की में पैटर्न के लिए मार्कर प्रकार बदलजाते हैं।
      नोट: यह वीडियो एक्सटेनोस्टर को नमूने पर इंगित मार्कर का पालन करने में सक्षम बनाता है।
  9. टेस्ट प्रदर्शन
    1. टेक्स्टएक्सपीर्ट सॉफ्टवेयर में टेस्ट पैरामीटर तैयार करें।
      नोट: तैयार कार्यक्रम यूनिक्सियल तनाव मामले में एक चयनित तनाव दर के साथ एक परीक्षण सक्षम होना चाहिए। यह वीडियो extensometer के साथ सहसंबद्ध किया जाना चाहिए । दर्ज किए गए पैरामीटर एक्सटेनोस्टर मार्कर (एल0) की प्रारंभिक दूरी हैं, और समय, पकड़ विस्थापन, वर्तमान एक्सटेनोस्टर के मार्कर दूरी और बल के परिणाम कार्य हैं। 50 एन17 के प्री-लोड बल को प्रोग्राम किया जाता है और प्रीलोडिंग के बाद एल0 दूरी समायोजित की जातीहै।
    2. नमूना मशीन मुख्य ऊर्ध्वाधर धुरी के साथ रखो और ट्यूबलर स्पैनर का उपयोग कर पकड़ बंद करो।
      नोट: नमूना ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज दिशाओं में पकड़ के लिए सममित रूप से स्थित होना चाहिए।
    3. नमूने तोड़ने तक चयनित निरंतर तनाव दर के साथ परीक्षण करें (0.005, 0.001 और 0.0001एस -1 तनाव दरों का उपयोग करें)। प्रत्येक तनाव दर के लिए, ताना दिशा में कम से कम दो नमूनों का परीक्षण करें और दिशा भरें। परीक्षा परिणाम सहेजें।
      नोट: निम्नलिखित डेटा आवश्यक हैं: एक्सटेनसोमर मार्कर (एल0) की प्रारंभिक दूरी, एक्सटेनसोमर की मार्कर दूरी के समय कार्य, और बल।
  10. नमूनों के अन्य सेट (छह बार, 12 सप्ताह तक) का उपयोग करके हर दो सप्ताह में चरण 1.5−1.9 दोहराएं।
  11. पूरी प्रक्रिया को 90 डिग्री सेल्सियस पर दोहराएं। नमूनों की कुल संख्या में परिवर्तन नहीं होता है। बुढ़ापे की प्रक्रिया 6 सप्ताह तक रहती है। हर हफ्ते नमूनों के बाद के सेट ों को निकालें और परीक्षण करें।

2. डेटा तैयारकरना

  1. नमूनों के क्रॉस सेक्शन क्षेत्र को जानते हुए, तनाव-तनाव संबंधों के लिए भौतिक समीकरणों की प्राथमिक ताकत के अनुसार पंजीकृत बल और विस्तार वृद्धि की पुनर्गणना करने के लिए ग्राफिंग सॉफ्टवेयर (सिग्माप्लॉट18 या इसी तरह) का उपयोग करें। ताना के लिए और प्रत्येक तनाव दरों के लिए नमूने भरने के लिए अलग से प्राप्त डेटा का ग्राफ प्लॉट करें।
  2. 80 डिग्री सेल्सियस और 90 डिग्री सेल्सियस परिणामके लिए दोहराएं।

3. सामग्री मॉडल की पैरामीटर पहचान

  1. गैर-रैखिक लोचदार मॉडलिंग के लिए टुकड़ों रेखीय मॉडल
    नोट: टुकड़ों के अनुरूप रैखिक सामग्री मॉडल का आवेदन तब संभव है जब तनाव-तनाव वक्र को रैखिक (या लगभग रैखिक) आकार के वर्गों में विभाजित किया जा सकता है। पड़ोसी वर्गों में लाइनों के विशेष क्रॉसिंग पॉइंट संबंधित लाइनों की प्रयोज्यता सीमाओंकेअनुरूप हैं ।
    1. चरण 2.1 में प्राप्त हर वक्र के मामले में, तनाव पर्वतमाला का पता लगाएं, रैखिक का पता लगाना या रैखिक तनाव-तनाव संबंध के करीब।
    2. ग्राफिंग सॉफ्टवेयर और कम से कम वर्ग विधि में फिट प्रतिगमन विकल्प का उपयोग करना, चुने हुए क्षेत्र में सबसे अच्छी फिट लाइन की पहचान करें।
      नोट: इस वक्र के लिए स्पर्शरेखा एक विशेष सीमा में सामग्री की कठोरता से मेल खाती है।
    3. ईij के रूप में स्पर्शरेखा निरूपित जहां सूचकांक मैं सामग्री की वर्तमान दिशा से मेल खाती है (ताना दिशा और भरने की दिशा के लिए एफ के लिए डब्ल्यू) और सूचकांक जम्मू की पहचान की लाइन की एक लगातार संख्या है ।
    4. सभी लाइनों के मापदंडों होने, लाइनों के बीच चौराहे अंक पाते हैं; उन्हें εk/lके रूप में निरूपित करें, जहां कश्मीर और एल क्रॉसिंग लाइनों को चिह्नित करते हैं ।
      नोट: इन बिंदुओं (εk/l)विशेष देशाधिक्रम कठोरता मूल्यों (ईij) (चित्रा 1)लागू करने के लिए तनाव पर्वतमाला का गठन ।
  2. बोडनर-पार्थम चिपचिपा प्लास्टिक मॉडल
    नोट: बोडनर-पार्टम संविलियन कानून का उपयोग विभिन्न सामग्रियों के एल्स्टो-चिपचिपा व्यवहार को प्रतिबिंबित करने के लिए किया जाता है20,21। मॉडल की मूल बातें और गणितीय निर्माण को अन्यत्र20,21,22,23,24,25के विस्तार से दिया गया है । प्रारंभिक समीकरण केवल यूनिक्सियल तनाव स्थिति को मॉडल करने के लिए तालिका 1 में प्रस्तुत किए जाते हैं। बोडनर-पार्टम मॉडल मापदंडों की पहचान कम से कम तीन अलग-अलग तनाव दरों के साथ किए गए यूनिक्सियल टेंसिले परीक्षणों के माध्यम से की जाती है। प्रयोग के अस्वास्थ्यकर भाग में तनाव दर का मूल्य कम से कम स्थिर होना चाहिए। तकनीकी बुने हुए कपड़ों के लिए संशोधित पूर्ण बोडनर-पार्टम मॉडल पहचान प्रक्रिया को व्यापक रूप से24,25प्रस्तुत किया जाता है।
    1. ग्राफिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग करके, क्लोसोवस्की एट अल24के बाद बोडनर-पार्टम मॉडल मापदंडों की पहचान करें।

4. एरेहेनियस एक्सपेरिमेंट

नोट: Arrhenius कानून एक अनुभवजन्य अवलोकन पर आधारित है कि परिवेश के तापमान में वृद्धि के परिणामस्वरूप कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं में तेजी आती है जो बुढ़ापे की प्रक्रिया को भी गति दे सकती है। एरेहेनियस रासायनिक प्रतिक्रिया अवधारणा का पूर्ण गणितीय प्रतिनिधित्व11,26कहीं और पाया जा सकता है । एक सरलीकृत रूप में Arrhenius कानून "10 डिग्री नियम"27कहा जाता है । इस नियम के अनुसार, लगभग 10 डिग्री सेल्सियस की आसपास के तापमान में वृद्धि सैद्धांतिक रूप से उम्र बढ़ने की प्रक्रिया की दर को दोगुना कर देती है। इसलिए, प्रतिक्रिया दर एफ को17के बाद परिभाषित किया गया है:

Equation 1

जहां एक सामग्री के उम्र बढ़ने के तापमान टी और सेवा तापमान टीरेफरी के बीच अंतरहै ।

  1. स्थानीय मौसम केंद्र के परिणामों के आधार पर औसत मूल्य के अनुसार तापमान टीरेफरी मान लें (यहां, टीरेफरी = 8 डिग्री सेल्सियस28)। थर्मल चैंबर तापमान टी को उम्र बढ़ने वाले परीक्षण (यहां, 80 डिग्री सेल्सियस और 90 डिग्री सेल्सियस) में उपयोग करने के लिए मान लें।
    नोट: तापमान का स्तर कम से कम एक वर्ष लंबी समयावधि के लिए पंजीकृत किया जाना चाहिए, और फिर उस अवधि के औसत मूल्य के रूप में गणना की जानी चाहिए, जिससे टीरेफरीके रूप में ली गई इस अवधि का एक समय औसत लाया जा सके।
  2. समीकरण 1 से प्रतिक्रिया दर लगातार एफ की गणना करें और फिर पुराने समय (सप्ताह में व्यक्त) को वर्ष(तालिका 2)में एक्सट्रपलेशन करें।
    नोट: वर्तमान शोध के भीतर आयोजित विभिन्न वृद्धावस्था समय अवधि के एक्सपेरिमेंट प्रभाव तालिका 3में प्रस्तुत किए जाते हैं । उदाहरण के लिए, 90 डिग्री सेल्सियस पर 4 सप्ताह में एक नमूने का थर्मल वृद्धावस्था 80 डिग्री सेल्सियस पर 8 सप्ताह में इसकी उम्र बढ़ने के बराबर है और लगभग 23 वर्ष की प्राकृतिक उम्र से मेल खाती है।

5. डेटा प्रतिनिधित्व

  1. एक्स/एक्स0के सामान्यीकृत रूप में प्राप्त पैरामीटर मूल्यों को प्रस्तुत करें, जहां एक्स कुछ पैरामीटर के वर्तमान मूल्य को दर्शाता है और एक्स0 केवल 1 घंटे की आयु के नमूने के संबंध में इस पैरामीटर के प्रारंभिक मूल्य से मेल खाता है।
    नोट: कृत्रिम थर्मल बुढ़ापे का समय घंटों में स्थापित किया जाता है।
  2. प्लॉट एक्स/एक्स0 मूल्यों पर वाई धुरी बनाम पुराने समय एक्स धुरी पर साजिश रची मापदंडों के विकास को दिखाने के लिए । ताना के लिए भूखंड तैयार करें और परीक्षित सामग्री के निर्देशों को अलग से भरें।
  3. कम से कम वर्ग विधि का उपयोग करके रैखिक कार्यों (या अलग-अलग सर्वश्रेष्ठ-फिट कार्यों) द्वारा समय के साथ प्लॉट किए गए पैरामीटर मूल्यों का वर्णन करें और आर2 मूल्यों की रिपोर्ट करें।
  4. यह मूल्यांकन करने के लिए कि क्या Arrhenius सरलीकृत संबंध AF9032 कपड़े के लिए सही है, एरेहेनियस कानून के अनुसार पुराने समय के संबंध में 90 डिग्री सेल्सियस के लिए प्राप्त परिणामों को फिर से आकर्षित करें।

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Representative Results

चित्रा 2 ताना के लिए तनाव तनाव घटता मुक़ाबला और विभिन्न बुढ़ापे के समय में प्राप्त AF9032 कपड़े की दिशाओं को भरने, 0.001s-1की तनाव दर के लिए 80 डिग्री सेल्सियस तापमान स्तर में. 1 घंटे की उम्र (संदर्भ परीक्षण) और बाकी उम्र की अवधि के बीच का अंतर स्पष्ट है। बुढ़ापे का समय ताना दिशा में सामग्री प्रतिक्रिया को काफी हद तक प्रभावित नहीं करता है, क्योंकि तनाव-तनाव घटता अत्यधिक दोहराव वाला होता है, जिससे अंतिम तन्य शक्ति (यूटीएस) में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं दिखा। यह भरने की दिशा के लिए मनाए गए व्यवहार के विपरीत रहता है, जहां यूटीएस अनएज मामले की तुलना में कृत्रिम रूप से वृद्ध नमूनों के मामले में बहुत कम है। इसके अलावा, प्राप्त तनाव-तनाव घटता अलग प्रक्षेप पथ का पता लगाने जब उपभेदों 0.06 से अधिक है।

विभिन्न तापमान स्तरों पर प्राप्त परिणाम और एक ग्राफ में प्रस्तुत उच्च तापमान स्तर के लिए परिणामों का बहिर्वेशन एक विशेष पैरामीटर से संबंधित सभी डेटा को संपीड़न करता है। यदि पुराने समय में दोनों तापमानों के विकास का प्रतिनिधित्व करने वाले घटता एक ही प्रक्षेपवक्र में गिरता है, तो यह पुष्टि करता है कि प्राप्त पैरामीटर मूल्य वास्तव में एरेहेनियस समीकरण का पालन करते हैं। यदि लाइनें समानांतर हैं, तो इससे पता चलता है कि देखी गई घटना को समझाने के लिए अतिरिक्त प्रयोग आवश्यक हैं या कुछ सुधार गुणांक ों को एक तापमान स्तर पर परिणामों के लिए पेश किया जाना चाहिए ताकि दोनों तापमान एक में गिर सकें पथ.

पीवीसी कोटिंग कठोरता की भिन्नता छवियां और पुराने समय में अंतिम उपभेदों को भरने के लिए क्रमशः चित्र ा 3 और चित्रा 4में हैं। प्रायोगिक परिणाम 80 डिग्री सेल्सियस और 90 डिग्री सेल्सियस के दो तापमान स्तर पर चित्र 3ए और चित्रा 4एमें प्रस्तुत किए जाते हैं । यह24 से पहले साबित हो गया था कि एक साधारण तन्य परीक्षण के प्रयोगात्मक तनाव-तनाव वक्र का पहला रैखिक हिस्सा (ईएफ0के रूप में यहां चिह्नित) पीवीसी से बने तकनीकी कपड़े को कवर करने की कठोरता से मेल खाता है। 90 डिग्री सेल्सियस के तापमान स्तर पर प्राप्त परिणाम घंटे में 12 सप्ताह (2000 घंटे) के लिए एक्सपेरिमेंट किए गए और एरेहेनियस सरलीकृत संबंध के अनुसार "वास्तविक" वर्षों के लिए पुनर्गणना की जाती है ताकि परिणामों की तुलना की जा सके(चित्रा 3बी और चित्रा 4बी)।

पुराने समय में पीवीसी कोटिंग की कठोरता का विकास समय में लगातार वेतन वृद्धि के साथ 80 डिग्री सेल्सियस और 90 डिग्री सेल्सियस के तापमान स्तर पर लगभग रैखिक है, जो 80 डिग्री सेल्सियस की तुलना में 90 डिग्री सेल्सियस में बहुत अधिक है। इस घटना से पता चलता है कि अपेक्षाकृत उच्च तापमान के अधीन पीवीसी में परिवर्तन होता है जिसके परिणामस्वरूप इसकी कठोरता में वृद्धि होती है, जो त्वरित वृद्धावस्था के प्रभाव के रूप में होती है। यह व्यवहार संभवतः भौतिक वृद्धावस्था के कारण होता है, जो तकनीकी कपड़ों की तरह बहुलक सामग्रियों के लिए विशिष्ट होता है। परम टेंसिबल उपभेदों मूल्यों (εult)भरने की दिशा और 80 डिग्री सेल्सियस और 90 डिग्री सेल्सियस के तापमान के स्तर में पुराने समय पर एक कम प्रवृत्ति प्रदर्शित करते हैं। ताना दिशा के लिए, यूटीएस मूल्यों पुराने समय पर कोई महत्वपूर्ण बदलाव दिखा । दूसरी ओर, अंतिम टेंसिले उपभेदों (εयूल्ट)80 डिग्री सेल्सियस में कमी और 90 डिग्री सेल्सियस में बढ़ता है।

बोडनर-पार्टम मॉडल मापदंडों को संबोधित करने के लिए इसी प्रक्रिया का इस्तेमाल किया गया है। यहां, ताना दिशा में सख्त पैरामीटर एम1 और भरने की दिशा में चिपचिपाहट पैरामीटर एन क्रमशः चित्रा 5 और चित्रा 6में प्रस्तुत कर रहे हैं ।

अंतिम शोध परिणाम रैखिक कार्यों के सेट हैं, जो पुराने समय में कुछ सामग्री मापदंडों या कपड़े गुणों का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसके बाद, सभी बुनियादी यांत्रिक गुण (कठोरता, उपज सीमा, अंतिम तन्य तनाव और तनाव) और बोडनर-पार्टम मॉडल पैरामीटर (एन, डी0,डी1,आर0,आर1,एम1,एम2)की पहचान की गई, 80 डिग्री सेल्सियस और 90 डिग्री सेल्सियस के तापमान स्तर पर एक साथ रखा गया और29arrhenius एक्सपेरिpolation पद्धति के माध्यम से विश्लेषण किया गया।

यूटीएस, εयूल्ट,एम 1 के लिए एक लाइन के लिए पुराने समय पतन भर में पैरामीटर प्रवृत्तियों के अनुरूप सन्निकटन लाइनों को भरने की दिशा के मामले में। पुराने समय में अन्य पैरामीटर सन्निकटन लाइनें एक पंक्ति तक पतन के बिना समानांतर प्रवृत्तियों को प्रदर्शित करती हैं।

ताना दिशा के मामले में, केवल यूटीएस, ईW2 और m1 की सन्निकटन लाइनें एक पंक्ति में गिर जाती हैं, जबकि अन्य पैरामीटर न तो स्पष्ट प्रवृत्ति दिखाते हैं और न ही घटता का समानांतर चरित्र। भरने की दिशा के लिए पुराने समय में सभी पैरामीटर मान समानांतर प्रवृत्तियों को व्यक्त करते हैं या एक लाइन तक गिर जाते हैं। इस प्रकार, वर्तमान लेख में दिखाए गए एरेहेनियस सरलीकृत समीकरण का दृष्टिकोण केवल उस दिशा के लिए साबित हुआ है।

Figure 1
चित्रा 1: AF9032 कपड़े के लिए टुकड़ों रेखीय मॉडल का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: तनाव पर 80 डिग्री सेल्सियस पर थर्मल वृद्धावस्था मामले में प्रभाव - ताना में तनाव प्रतिक्रिया और 0.01एस -1की तनाव दर के लिए AF9032 कपड़े की दिशाओं को भरने। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: घंटे में विभिन्न पुराने समय में पीवीसी कोटिंग की कठोरता (लाल और नीली रेखाएं) (ए); अकड़न मूल्यों ९० डिग्री सेल्सियस पर प्राप्त वर्षों में समय के लिए पुनर्गणना AF9032 कपड़े (बी) की भरने की दिशा के लिए Arrhenius सरलीकृत समीकरण (नीली रेखाओं) के अनुसार । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: (लाल और नीली रेखाओं), प्रयोगों (ए); परम उपभेदों मूल्यों में विभिन्न बुढ़ापे के समय में पीवीसी कोटिंग के अंतिम उपभेदों ने एएफआर9032 (बी) की भरने की दिशा में एरेहेनियस सरलीकृत समीकरण (नीली रेखाओं) के अनुसार वर्षों में समय की पुनर्गणना की। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: Bodner-Partom घंटे में अलग बुढ़ापे के समय में आइसोट्रोपिक सख्त एम1 के गुणांक (लाल और नीली रेखाओं), प्रयोगों (ए); आइसोट्रोपिक सख्त एम1 मूल्यों के गुणांक ९० डिग्री सेल्सियस पर प्राप्त की एरोहेनियस सरलीकृत समीकरण (नीली रेखाओं) के अनुसार वर्षों में समय के लिए पुनर्गणना AF9032 (बी) । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6: Bodner-Partom तनाव दर संवेदनशीलता पैरामीटर एन घंटे में अलग बुढ़ापे के समय में (लाल और नीली रेखाओं) प्रयोगों (ए); और तनाव दर संवेदनशीलता पैरामीटर n मूल्यों ९० डिग्री सेल्सियस के लिए प्राप्त मूल्यों AF9032 (बी) की भरने की दिशा के लिए Arrhenius सरलीकृत समीकरण (नीली रेखाओं) के अनुसार वर्षों में समय के लिए पुनर्गणना । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

अस्वास्थ्यकर तनाव दर Equation 1
कम्रुलेटेड अलोच्य तनाव दर Equation 2
अतिरिक्त समीकरण Equation 3
आइसोट्रॉपिक सख्त Equation 4
कानेमेटिक सख्त Equation 5
सामग्री पैरामीटर Equation 6

तालिका 1: यूनिक्सियल राज्य में आधार बोडनर-पार्टम समीकरण।

चर टीरेफरी टी इस तरह की बातें की जा रही F थर्मल वृद्धावस्था के 4 सप्ताह के लिए गणना उदाहरण
निर्माण - - टी-टीरेफरी 2(10) च * 4/52
इकाई ℃ ℃ ℃ [-] [वर्ष]
परिणाम 8 80 72 147 11.3
90 82 294 22.6

तालिका 2: एरेहेनियस सरलीकृत समीकरण की उदाहरण गणना।

प्रयोगशाला बुढ़ापे का समय [सप्ताह] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Arrhenius के अनुसार समय [वर्ष] 80 डिग्री सेल्सियस 2.8 (5.7) 8.5 (11.3) 14.1 (17.0) 19.8 (22.6) 25.4 (28.3) 31.1 (33.9)
90 डिग्री सेल्सियस (5.7) (11.3) (17.0) (22.6) (28.3) (33.9) 39.6 45.2 50.9 56.6 62.2 67.9
() वर्तमान अध्ययन में किए गए वृद्धावस्था परीक्षणों को चिह्नित करता है और मापदंडों की पहचान करने के लिए उपयोग किया जाता है ।

तालिका 3: 80 डिग्री सेल्सियस और 90 डिग्री सेल्सियस के तापमान स्तर पर एरेहेनियस समीकरण के साथ पुराने समय का एक्सट्रलेशन पुनर्गणना।

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Discussion

यह लेख सिविल इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के लिए पॉलिएस्टर प्रबलित और पीवीसी लेपित कपड़े पर प्रयोगशाला त्वरित प्रयोगों का अनुकरण करने के लिए एक विस्तृत प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल को शामिल करता है। प्रोटोकॉल केवल परिवेश के तापमान को बढ़ाने के माध्यम से कृत्रिम थर्मल बुढ़ापे के मामले का वर्णन करता है। यह वास्तविक मौसम की स्थिति का एक स्पष्ट सरलीकरण है, क्योंकि यूवी विकिरण और पानी के प्रभाव सामग्री सेवा वृद्धावस्था में एक अतिरिक्त भूमिका निभाते हैं।

आम तौर पर, प्रयोगशाला में किए गए त्वरित वृद्धावस्था की स्थितियां एक परीक्षण सामग्री के वास्तविक मौसम और सेवा स्थितियों के जितना संभव हो उतना करीब होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, एयरोस्पेस या समुद्री संरचनाओं में उपयोग की जाने वाली सामग्री हाइड्रोथर्मल वृद्धावस्था से गुजरती है, जब आर्द्रता और तापमान मुख्य रूप से सामग्री स्थायित्व30,31पर कार्य करते हैं। बैटरी क्षरण स्तर के बारे में, दो बुढ़ापे कारकों आमतौर पर निगरानी की जाती है: तापमान और चार्ज9की स्थिति। तापमान के अलावा विद्युत केबल इंसुलेशन में, विभिन्न वोल्टेज और तनाव के स्तर को शामिल किया जाना चाहिए, जबकि त्वरित प्रयोगशाला बुढ़ापे14प्रदर्शन करते हैं। हालांकि, त्वरित वृद्धावस्था का थर्मल प्रकार सबसे आम है, इस प्रकार प्रयोगशाला में इसे प्रतिबिंबित करना आसान है। सेवा वृद्ध सामग्री के आउटडोर डेटा के साथ प्राप्त परिणामों का अंशांकन कपड़ा कपड़े या अन्य सामग्रियों के भविष्य के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए एक विश्वसनीय उपकरण बनाता है।

प्रस्तुत विधि की एक खामी परीक्षण नमूनों की संख्या है । क्योंकि तीन अलग-अलग निरंतर दरों के साथ यूनिक्सियल तन्य प्रयोग आयोजित किए जाते हैं, प्रत्येक तनाव दर मामले के लिए प्रत्येक सामग्री दिशा में दो नमूनों का परीक्षण किया गया था। चूंकि विश्लेषण में ताना-बाना दोनों को कवर करना होता है और कपड़े की दिशाओं को भरना होता है, दो तापमान स्तरों पर परीक्षण किया जाता है, कम से कम 5 पुराने समय अंतराल के साथ, बड़ी संख्या में नमूनों की आवश्यकता होती है। सौभाग्य से, परिणाम बहुत दोहराव वाले होते हैं, जो बहुत समान प्रवृत्तियों को प्रदर्शित करते हैं; इसलिए, प्राप्त परिणामों को विश्वसनीय माना जाता है, भले ही केवल एक ही स्थितियों में दो नमूनों का परीक्षण किया जाता है।

लगातार तनाव दरों के साथ और वीडियो एक्सटेनोस्टर डेटा पंजीकरण के साथ यूनिक्सियल टेंसिले परीक्षण ों के संचालन की प्रक्रिया को अच्छी तरह से प्रस्तुत किया जाता है। यूरोपीय राष्ट्रीय मानक1 तकनीकी कपड़े परीक्षण के लिए एक विस्तारक के उपयोग की आवश्यकता नहीं है । इसलिए, प्रस्तावित प्रोटोकॉल मानक आवश्यकताओं की तुलना में अधिक सटीक है; इस प्रकार, प्राप्त डेटा अधिक सटीक होते हैं।

प्रस्तावित प्रोटोकॉल भविष्य में कपड़ों के लिए सामग्री मापदंडों का निर्धारण करना संभव बनाता है; इसलिए, यह डिजाइन में एक उपयुक्त उपकरण है। इस विधि को सोपोट में वन ओपेरा की लटकती छत के शोध के दौरान सफलतापूर्वक मान्य किया गया है। पॉलिएस्टर के नमूने प्रबलित, और पीवीसी कोटेड कपड़े ऑपरेशन के 20 साल बाद छत से एकत्र किए गए थे। इसी निर्माता से अवृद्ध सामग्री के नमूने भी प्राप्त किए गए थे। दोनों प्रकार के नमूने एक ही प्रयोगशाला प्रयोगों और पैरामीटर पहचान दिनचर्या के माध्यम से आगे बढ़े । परिणाम ों का प्रतिनिधित्व टुकड़ों में लीनियर और बोडनर-पार्टम मॉडल के मापदंडों द्वारा किया गया था। वन ओपेरा से सामग्री के यांत्रिक व्यवहार में मनाए गए रुझान थर्मल वृद्धावस्था के मामले में पाए जाने वाले रुझानों के समान होते हैं। इस प्रकार, यहां प्रस्तुत परिणामों की पुष्टि28सेवा के 20 वर्षों के बाद एक कपड़े के परीक्षणों से की गई है । फिर भी, अन्य प्रकार के तकनीकी कपड़ों के लिए, प्रस्तावित विधि के कुछ संशोधनों की आवश्यकता हो सकती है, इस प्रकार प्रायोगिक प्रोटोकॉल को ठीक से समायोजित किया जाना चाहिए।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस कार्य के प्रकाशन को Gdansk प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में सिविल और पर्यावरण इंजीनियरिंग के संकाय द्वारा समर्थित किया गया था ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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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इंजीनियरिंग अंक 155 यांत्रिक गुण वृद्धावस्था प्रदर्शन एरेहेनियस कंपोजिट तकनीकी कपड़े
पॉलिएस्टर प्रबलित और पॉलीविनाइल क्लोराइड लेपित तकनीकी कपड़े का कृत्रिम थर्मल वृद्धावस्था
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Kłosowski, P., Zerdzicki, K., Woznica, K. Artificial Thermal Ageing of Polyester Reinforced and Polyvinyl Chloride Coated Technical Fabric. J. Vis. Exp. (155), e60737, doi:10.3791/60737 (2020).

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