Här simulerar vi accelererat termiskt åldrande av tekniskt tyg och ser hur denna åldrandeprocess påverkar tygets mekaniska egenskaper.
Arkitektoniskt tyg AF9032 har utsatts för artificiellt termiskt åldrande för att bestämma förändringar av materialets parametrar för tyget. Den föreslagna metoden bygger på den accelererade åldrandestrategi som Arrhenius föreslår. 300 mm x 50 mm prover kapades i varp- och fyllningsriktningarna och placerades i en termisk kammare vid 80 °C i upp till 12 veckor eller vid 90 °C i upp till 6 veckor. Sedan efter en veckas konditionering vid omgivningstemperatur, var proverna uniaxially spända med en konstant stamhastighet. Experimentellt fastställdes parametrarna för de icke-linjära elastiska (linjära bitvis) och viscoplastic (Bodner-Partom) modeller. Förändringar i dessa parametrar studerades med avseende på lagringstemperatur och åldringsperiod. I båda fallen tillämpades den linjära approximationsfunktionen med hjälp av arrhenius förenklade metod. Ett samband erhölls för fyllningsriktningen mellan experimentella resultat och resultaten från Arrhenius-metoden. För warpriktningen uppvisade extrapoleringsresultaten vissa skillnader. Ökande och minskande tendenser har observerats vid båda temperaturerna. Arrhenius lagen bekräftades av experimentella resultat endast för fyllning riktning. Den föreslagna metoden gör det möjligt att förutsäga verkligt tygbeteende under långsiktig exploatering, vilket är en kritisk fråga i designprocessen.
Polyesterbaserade arkitektoniska tyger används ofta för konstruktion av hängande tak1. Att vara relativt billig med goda mekaniska egenskaper, kan de användas i långsiktigexploatering (t.ex. det hängande taket på Skogsoperan i Sopot – Polen). Tyvärr kan väderförhållanden, ultraviolett strålning, biologiska skäl och operativa ändamål (säsong förstressande och lossa2) påverka deras mekaniska egenskaper. Hängande tak gjorda av AF9032 är vanligtvis säsongsstrukturer utsätts för hög temperatur (särskilt under soliga dagar på sommaren), regelbunden pre-spänning och lossning. För att korrekt utforma ett hängande tak måste tygparametrar bestämmas inte bara i början av exploateringen, utan även efter flera års användning.
Åldrandeanalysen mäter den åldrande indikatorn och jämför parametrarnas ursprungliga och slutliga värden för att bedöma effekterna av åldrandet. Cash et al.3 föreslog en av de enklaste metoderna genom jämförande analys av 12 olika typer av takmembran. Dessa membran utsattes för utomhusvittring i 2 eller 4 år. Författarna använde ett klassificeringssystem av flera egenskaper för att bedöma tyg hållbarhet. För att ge en analys av polymertermiskt åldrande kan tidstemperatursuperpositionsprincipen (TTSP) tillämpas4. Denna princip påstår att uppförandet av ett materiellt på låg temperatur och under låg stamnivå liknar dess uppförande på hög temperatur och kick stamnivå. Den enkla multiplikativa faktorn kan användas för att relatera de aktuella temperaturegenskaperna med egenskaperna vid referenstemperaturen. Grafiskt motsvarar den kurvan skiftpå loggtidskala. När det gäller temperaturen föreslås två metoder för att kombinera skiftfaktorn och den åldrande temperaturen: Williams-Landel-Ferry (WLF) ekvationer, och Arrhenius lag. Båda metoderna ingår i den svenska standarden ISO 113465 för att uppskatta livslängden och den maximala driftstemperaturen för gummi, eller vulkaniserade och termoplastiska material. Nyligen har termiskt åldrande och Arrhenius metodik använts i kabel livstid förutsägelse6,7, värmerör8och polymerlim PMMA4. En förlängning av Arrhenius-lagen är Eyring-lagen som tar hänsyn till andra åldrande faktorer (t.ex. spänning, tryck osv.) 9. Alternativt föreslår och kontrollerar andra studier enkla linjära modeller för en beskrivning av åldrandet (t.ex. biosensoråldrande10). Även om Arrhenius metoden används ofta, det finns diskussion om dess relevans i livstid förutsägelse av varje material. Metoden måste därför användas med försiktighet, särskilt när det gäller initiala antaganden och experimentella förhållanden6.
I likhet med de flesta polymerer uppvisar de polyestertyger som används i den aktuella forskningen två olika övergångsfaser som definieras av smälttemperaturen (Tm) och glasövergångstemperaturen (Tg). Smälttemperaturen (Tm)är temperaturen när ett material ändras från dess fasta tillstånd till den flytande, och glasövergångstemperaturen (Tg)är gränsen mellan glas- och gummitillstånd11. Enligt tillverkarens uppgifter är AF9032-tyget tillverkat av polyestertrådar (Tg = 100−180 °C12, Tm = 250−290 °C13) och PVC-beläggning (Tg = 80−87 °C14,15, Tm = 160−260 °C16). Den åldringstemperatur Tα bör väljas under Tg. Under soliga dagar kan temperaturen på den övre ytan av ett hängande tak till och med nå 90 °C. Därför testas två åldringstemperaturer (80 °C och 90 °C) här. Dessa temperaturer är under tråden Tg och nära beläggningen Tg.
Prestandan hos det accelererade åldrandeprotokollet om tekniska tyger presenteras i det aktuella arbetet. Artificiellt termiskt åldrande används för att förutsäga förändringar av materialegenskaperna. Artikeln illustrerar lämpliga laboratorietester rutiner och ett sätt att extrapolera relativt kortsiktiga experimentella resultat.
Denna artikel inkuper ett detaljerat experimentellt protokoll för att simulera laboratorieaccelererade experiment på polyester förstärkta och PVC belagda tyger för anläggningsarbeten applikationer. Protokollet beskriver fallet med artificiellt termiskt åldrande endast med hjälp av att höja omgivningstemperaturen. Detta är en uppenbar förenkling av verkliga väderförhållanden, eftersom UV-strålning och vattenpåverkan spelar en ytterligare roll i den materiella livslängden.
I all…
The authors have nothing to disclose.
Publiceringen av detta arbete stöddes av fakulteten för samhällsbyggnad vid Gdansk sett till tekniska universitet.
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 |