Envelhecimento Térmico Artificial do Poliéster Reforçado e Tecido Técnico Revestido de Cloreto de Polivinil

Summary

Aqui, simulamos o envelhecimento térmico acelerado do tecido técnico e vemos como esse processo de envelhecimento influencia as propriedades mecânicas do tecido.

Abstract

O tecido arquitetônico AF9032 foi submetido ao envelhecimento térmico artificial para determinar alterações nos parâmetros materiais do tecido. O método proposto baseia-se na abordagem acelerada de envelhecimento proposta por Arrhenius. Amostras de 300 mm x 50 mm foram cortadas na dobra e preencherem direções e colocadas em uma câmara térmica a 80 °C por até 12 semanas ou a 90 °C por até 6 semanas. Então, após uma semana de condicionamento à temperatura ambiente, as amostras foram uniaxialmente tensionadas a uma taxa de tensão constante. Experimentalmente, os parâmetros foram determinados para os modelos elástico não linear (linear piecewise) e viscoplástico (Bodner-Partom). Foram estudadas mudanças nesses parâmetros em relação ao envelhecimento da temperatura e ao período de envelhecimento. Em ambos os casos, a função de aproximação linear foi aplicada com sucesso utilizando-se a metodologia simplificada de Arrhenius. Foi obtida correlação para a direção de preenchimento entre os resultados experimentais e os resultados da abordagem de Arrhenius. Para a direção da dobra, os resultados de extrapolação mostraram algumas diferenças. Tendências crescentes e decrescentes têm sido observadas em ambas as temperaturas. A lei de Arrhenius foi confirmada pelos resultados experimentais apenas para a direção de preenchimento. O método proposto permite prever o comportamento real do tecido durante a exploração a longo prazo, que é uma questão crítica no processo de design.

Introduction

Tecidos arquitetônicos à base de poliéster são comumente usados para a construção de telhados pendurados¹. Sendo relativamente baratos com boas propriedades mecânicas, eles podem ser empregados na exploração a longo prazo (por exemplo, o teto pendurado da Ópera Florestal em Sopot – Polônia). Infelizmente, as condições climáticas, radiação ultravioleta, razões biológicas e fins operacionais (pré-estresse e afrouxamento da temporada²) podem afetar suas propriedades mecânicas. Telhados pendurados feitos de AF9032 são estruturas tipicamente sazonais sujeitas à alta temperatura (especialmente durante dias ensolarados no verão), pré-tensão regular e afrouxamento. Para projetar adequadamente um teto pendurado, os parâmetros do tecido devem ser determinados não apenas no início da exploração, mas também após vários anos de uso.

A análise de envelhecimento mede o indicador de envelhecimento e compara os valores iniciais e finais dos parâmetros para avaliar o impacto do envelhecimento. O caixa et al.³ propuseram um dos métodos mais simples por meio da análise comparativa de 12 tipos diferentes de membranas de telhado. Essas membranas foram expostas ao clima ao ar livre por 2 ou 4 anos. Os autores utilizaram um sistema de classificação de várias propriedades para avaliar a durabilidade do tecido. Para fornecer uma análise do envelhecimento térmico do polímero, o princípio da superposição de temperatura do tempo (TTSP) pode ser aplicado⁴. Este princípio afirma que o comportamento de um material em baixa temperatura e baixo nível de tensão se assemelha ao seu comportamento em alta temperatura e alto nível de tensão. O simples fator multiplicador pode ser usado para relacionar as propriedades de temperatura atual com as propriedades na temperatura de referência. Graficamente, corresponde à mudança de curva na escala de tempo de registro. Em relação à temperatura, dois métodos são propostos para combinar o fator de mudança e o envelhecimento da temperatura: as equações Williams-Landel-Ferry (WLF) e a lei de Arrhenius. Ambos os métodos estão incluídos no padrão sueco ISO 11346⁵ para estimar a vida útil e a temperatura operacional máxima para borracha, ou materiais vulcanizados e termoplásticos. Recentemente, o envelhecimento térmico e a metodologia Arrhenius têm sido utilizados na previsão de vida útil do cabo^6,7, tubos de aquecimento⁸, e polimeros cola PMMA⁴. Uma extensão da lei de Arrhenius é a lei Eyring que leva em conta outros fatores de envelhecimento (por exemplo, tensão, pressão, etc.) ⁹. Alternativamente, outros estudos propõem e verificam modelos lineares simples para uma descrição do envelhecimento (por exemplo, o envelhecimento do biosensor¹⁰). Embora o método Arrhenius seja comumente utilizado, há discussão sobre sua relevância na previsão vitalícia de cada material. Assim, o método deve ser utilizado com cuidado, especialmente em termos de suposições iniciais e condições experimentais⁶.

Semelhante à maioria dos polímeros, os tecidos de poliéster utilizados na pesquisa atual exibem duas fases de transição distintas definidas pela temperatura de fusão (T_m)e a temperatura de transição de vidro (T_g). A temperatura de fusão (T_m)é a temperatura quando um material muda de seu estado sólido para o líquido, e a temperatura de transição de vidro (T_g) é a fronteira entre o vidro e os estados de borracha¹¹. De acordo com os dados do fabricante, o tecido AF9032 é feito a partir de fios de poliéster (T_g = 100-180 °C¹², T_m = 250-290 °C¹³) e revestimento PVC (T_g = 80-87 °C^14,15, T_m = 160-260 °C¹⁶). A temperatura de envelhecimento T_α deve ser selecionada abaixo de T_g. Durante os dias ensolarados, a temperatura na superfície superior de um telhado pendurado pode chegar até 90 °C; assim, duas temperaturas de envelhecimento (80 °C e 90 °C) são testadas aqui. Essas temperaturas estão abaixo da linha T_g e perto do revestimento T_g.

O desempenho do protocolo de envelhecimento acelerado em tecidos técnicos é apresentado no trabalho atual. O envelhecimento térmico artificial é usado para prever mudanças nas propriedades materiais. O artigo ilustra rotinas adequadas de testes laboratoriais e uma maneira de extrapolar resultados experimentais relativamente curtos.

Protocol

1. Experimentos de envelhecimento térmico acelerado em tecido técnico Preparação geral Prepare uma máquina de teste com software adequado (a fim de fornecer testes constantes de taxa de tensão) e um extensometro de vídeo. Prepare uma câmara térmica proporcionando temperatura constante de 80 °C (± 1 °C) e 90 °C (±1 °C) por pelo menos 12 semanas. Preparação de espécimes Desenrole o tecido técnico AF9032 bale. Desenhe as formas desejadas (300 mm x…

Representative Results

A figura 2 justapõe as curvas de tensão de estresse para a dobra e as direções de preenchimento do tecido AF9032 obtidas em diferentes tempos de envelhecimento, no nível de temperatura de 80 °C para uma taxa de tensão de 0,001 s-1. A diferença entre o período de envelhecimento de 1h (teste de referência) e o resto dos períodos de envelhecimento é clara. O tempo de envelhecimento não parece afetar substancialmente a resposta material na direção da dobra, já que as c…

Discussion

Este artigo insculde um protocolo experimental detalhado para simular os experimentos acelerados em laboratório em tecidos reforçados de poliéster e pvc revestidos para aplicações de engenharia civil. O protocolo descreve o caso do envelhecimento térmico artificial apenas por meio do aumento da temperatura ambiente. Esta é uma simplificação óbvia das condições climáticas reais, já que a radiação UV e a influência da água desempenham um papel adicional no envelhecimento do serviço material.

<p class…

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