聚酯增强和聚氯乙烯涂层技术织物的人工热老化
Summary
在这里，我们模拟技术织物的加速热老化，并了解这种老化过程如何影响织物的机械性能。
Abstract
建筑织物AF9032已经进行人工热老化，以确定织物材料参数的变化。拟议的方法以阿雷纽斯提出的加速老化方法为基础。300 mm x 50 mm 样品在翘波和填充方向中切割，并在 80°C 下放置在热室中长达 12 周或 90°C 长达 6 周。然后在环境温度下经过一周的调节后，样品以恒定的应变速率单轴张紧。实验中，确定了非线性弹性（线性片面）和粘塑性（Bodner_Partom）模型的参数。研究了这些参数在老化温度和老化期方面的变化。在这两种情况下，线性近似函数都成功地应用了Arrhenius的简化方法。得到了实验结果与Arrhenius方法结果之间的填充方向的相关性。对于翘波方向，外推结果表现出一定的差异。在这两种温度下都观察到增加和下降的趋势。实验结果仅对填充方向的阿雷尼乌斯定律进行了确认。该方法可以预测长期开发过程中的实际结构行为，这是设计过程中的一个关键问题。
Introduction
聚酯型建筑面料通常用于建造悬挂屋顶1。由于相对便宜，具有良好的机械性能，它们可以用于长期开发（例如，在波兰索波特森林歌剧院的悬挂屋顶）。不幸的是，天气条件、紫外线辐射、生物原因和操作目的（季节预应力和松动2）会影响它们的机械性能。由 AF9032 制成的悬挂式屋顶通常是季节性结构，通常受高温影响（尤其是在夏季阳光明媚的日子），定期预紧和松动。为了正确设计悬挂屋顶，织物参数不仅要在开发之初确定，还要经过几年的使用。
老龄化分析测量老化指标，并比较参数的初始和最终值，以评估老龄化的影响。通过对12种不同类型的屋面膜的比较分析，提出了最简单的方法之一。这些膜暴露于室外风化2或4年。作者使用几个属性的评级系统来评估织物的耐久性。为了提供聚合物热老化的分析，可以应用时间温度叠加原理（TTSP）。该原理指出，材料在低温和低应变水平下的行为类似于它在高温和高应变水平上的行为。简单的乘法因法可用于将当前温度属性与参考温度下的属性相关联。在图形上，它对应于日志时间刻度上的曲线偏移。关于温度，提出了两种方法，将移位因子和老化温度结合起来：威廉斯-兰德尔-费里（WLF）方程和阿雷尼乌斯定律。瑞典标准 ISO 113465中包括这两种方法，用于估计橡胶或硫化和热塑性材料的寿命和最高工作温度。最近，热老化和Arrrhenius方法已用于电缆寿命预测6，7，加热管8，和聚合物胶PMMA4。Arrhenius 定律的延伸是考虑到其他老化因素（如电压、压力等）的艾林定律。9.或者，其他研究提出并验证了描述老化的简单线性模型（例如，生物传感器老化10）。虽然Arhenius方法被普遍使用，但人们正在讨论它在每一种材料的生命周期预测中的相关性。因此，该方法必须谨慎使用，特别是在初始假设和实验条件6方面。
与大多数聚合物类似，当前研究中使用的聚酯织物表现出由熔融温度 （Tm）和玻璃过渡温度 （Tg） 定义的两个截然不同的过渡阶段。熔融温度（Tm）是材料从固态变为液态时的温度，玻璃过渡温度（Tg）是玻璃和橡胶状态11之间的边界。根据制造商的数据，AF9032织物由聚酯线（Tg = 100±180 °C12，Tm = 250±290 °C13）和PVC涂层（Tg = 80°87 °C14，15，Tm = 160×260°C16）制成。老化温度 T°应选择在 Tg以下。在晴天，悬挂屋顶顶部温度甚至可达90°C;因此，这里测试了两个老化温度（80°C 和 90°C）。这些温度低于螺纹 Tg并接近涂层 Tg。
在目前的工作中介绍了加速老化协议在技术织物上的性能。人工热老化用于预测材料性能的变化。本文阐述了适当的实验室测试程序以及推断相对短期实验结果的方法。
Protocol
Representative Results
Discussion
本文提出了详细的实验方案，以模拟用于土木工程应用的聚酯增强型和PVC涂层织物的实验室加速实验。该协议仅通过提高环境温度来描述人工热老化的情况。这是真实天气条件的明显简化，因为紫外线辐射和水的影响在材料服务老化中起着额外的作用。
一般来说，在实验室中进行的加速老化条件应尽可能接近被测试材料的真实天气和服务条件。例如，用于航空航天或海洋结?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作的出版得到了格但斯克工业大学土木与环境工程学院的支持。
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 |
Referências
- 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).
