Her simulerer vi akselerert termisk aldring av teknisk stoff og ser hvordan denne aldringsprosessen påvirker stoffets mekaniske egenskaper.
Arkitektonisk stoff AF9032 har blitt utsatt for kunstig termisk aldring for å bestemme endringer i materialet parametere av stoffet. Den foreslåtte metoden er basert på den akselererte aldringstilnærmingen foreslått av Arrhenius. 300 mm x 50 mm prøver ble kuttet i warp og fylle retninger og plassert i et termisk kammer ved 80 ° C i opptil 12 uker eller ved 90 ° C i opptil 6 uker. Så etter en uke med kondisjonering ved omgivelsestemperatur, ble prøvene uniaxially strammet med en konstant belastningshastighet. Eksperimentelt ble parametrene bestemt for de ikke-lineære elastiske (lineære stykkevis) og viskoplastmodeller (Bodner–Partom). Endringer i disse parametrene ble studert med hensyn til aldringstemperatur og aldringsperiode. I begge tilfeller ble den lineære tilnærmingsfunksjonen brukt ved hjelp av den forenklede metodikken til Arrhenius. En korrelasjon ble oppnådd for fyllretningen mellom eksperimentelle resultater og resultatene fra Arrhenius-tilnærmingen. For warp retning, ekstrapolering resultatene viste noen forskjeller. Økende og avtagende tendenser har blitt observert ved begge temperaturene. Arrhenius-loven ble bekreftet av de eksperimentelle resultatene bare for fyllretningen. Den foreslåtte metoden gjør det mulig å forutsi reell stoffatferd under langsiktig utnyttelse, noe som er et kritisk problem i designprosessen.
Polyesterbaserte arkitektoniske stoffer brukes vanligvis til bygging av hengende tak1. Å være relativt billig med gode mekaniske egenskaper, kan de brukes i langsiktig utnyttelse (f.eks. det hengende taket på Skogoperaen i Sopot – Polen). Dessverre kan værforhold, ultrafiolett stråling, biologiske årsaker og operasjonelle formål (sesongpre-stressing og løsne2)påvirke deres mekaniske egenskaper. Hengende tak laget av AF9032 er vanligvis sesongmessige strukturer utsatt for høy temperatur (spesielt i solfylte dager om sommeren), vanlig pre-stramming og løsning. For å kunne utforme et hengende tak, må stoffparametere bestemmes ikke bare i begynnelsen av utnyttelsen, men også etter flere års bruk.
Aldringsanalyse måler aldringsindikatoren og sammenligner de opprinnelige og endelige verdiene av parametrene for å vurdere effekten av aldring. Cash et al.3 foreslo en av de enkleste metodene ved komparativ analyse av 12 forskjellige typer taktekking membraner. Disse membranene ble utsatt for utendørs forvitring i 2 eller 4 år. Forfatterne brukte et rangeringssystem av flere egenskaper for å vurdere stoff holdbarhet. For å gi en analyse av polymer termisk aldring, kan tidstemperaturen superposisjon prinsippet (TTSP) brukes4. Dette prinsippet sier at oppførselen til et materiale ved lav temperatur og under lavt belastningsnivå ligner sin oppførsel ved høy temperatur og høyt belastningsnivå. Den enkle multiplikative faktoren kan brukes til å relatere gjeldende temperaturegenskaper med egenskapene ved referansetemperaturen. Grafisk tilsvarer det kurveskiftet på loggtidsskalaen. Når det gjelder temperaturen, foreslås to metoder for å kombinere skiftfaktoren og aldringstemperaturen: Williams-Landel-Ferry (WLF) ligninger, og Arrhenius-loven. Begge metodene er inkludert i den svenske standarden ISO 113465 for å estimere levetiden og maksimal driftstemperatur for gummi, eller vulkanisert og termoplastisk, materialer. Nylig har termisk aldring og Arrhenius metodikk blitt brukt i kabelens levetid prediksjon6,7, varmerør8, og polymer lim PMMA4. En forlengelse av Arrhenius-loven er Eyring-loven som tar hensyn til andre aldringsfaktorer (f.eks. spenning, trykk osv.) 9. Alternativt foreslår og verifiserer andre studier enkle lineære modeller for en beskrivelse av aldring (f.eks. biosensor aldring10). Selv om Arrhenius-metoden ofte brukes, er det diskusjon om relevansen i livstidsprediksjonen av hvert materiale. Derfor må metoden brukes med forsiktighet, spesielt når det gjelder innledende forutsetninger og eksperimentelle forhold6.
I likhet med de fleste polymerer viser polyesterstoffene som brukes i dagens forskning to forskjellige overgangsfaser definert av smeltetemperaturen (Tm)og glassovergangstemperaturen (Tg). Smeltetemperaturen (Tm) er temperaturen når et materiale endres fra sin faste tilstand til væsken, og glassovergangstemperaturen (Tg) er grensen mellom glass- og gummitilstandene11. Ifølge produsentens data er AF9032-stoffet laget av polyestertråder (Tg = 100−180 °C12, Tm = 250–290 °C13) og PVC-belegg (Tg = 80–87 °C14,15, Tm = 160-260 °C16). Alderstemperatur Tα bør velges under Tg. Under solfylte dager kan temperaturen på den øverste overflaten av et hengende tak til og med nå 90 °C; Dermed testes to aldringstemperaturer (80 °C og 90 °C) her. Disse temperaturene er under tråden Tg og nær belegget Tg.
Ytelsen til den akselererte aldringsprotokollen på tekniske stoffer presenteres i dagens arbeid. Kunstig termisk aldring brukes til å forutsi endringer i materialegenskapene. Artikkelen illustrerer passende laboratorietestrutiner og en måte å ekstrapolere relativt kortsiktige eksperimentelle resultater på.
Denne artikkelen incudes en detaljert eksperimentell protokoll for å simulere laboratoriet akselerert eksperimenter på polyester forsterket og PVC belagt stoffer for anleggsteknikk applikasjoner. Protokollen beskriver tilfelle av kunstig termisk aldring bare ved hjelp av å heve omgivelsestemperaturen. Dette er en åpenbar forenkling av reelle værforhold, da UV-stråling og vannpåvirkning spiller en ekstra rolle i materialtjenestealdring.
Generelt bør forholdene for akselerert aldring utf…
The authors have nothing to disclose.
Publiseringen av dette arbeidet ble støttet av Fakultet for sivil- og miljøteknikk ved Gdansk teknologiske 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 |