Polyester Takviyeli ve Polivinil Klorür Kaplı Teknik Kumaşın Yapay Termal Yaşlanma

Burada, teknik kumaşın hızlandırılmış termal yaşlanmasını simüle ediyoruz ve bu yaşlanma sürecinin kumaşın mekanik özelliklerini nasıl etkilediğini görüyoruz.

Mimari kumaş AF9032, kumaşın malzeme parametrelerindeki değişiklikleri belirlemek için yapay termal yaşlanmaya maruz kalmıştır. Önerilen yöntem Arrhenius tarafından önerilen hızlandırılmış yaşlanma yaklaşımına dayanmaktadır. 300 mm x 50 mm numuneler çözgü ve dolgu yönünden kesilerek 80 °C'de 12 haftaya kadar veya 90 °C'de 6 haftaya kadar termal bir hazneye yerleştirildi. Daha sonra ortam sıcaklığında klima bir hafta sonra, örnekler uniaxially sabit bir gerinim hızında gerildi. Deneysel olarak, parametreler doğrusal olmayan elastik (lineer parça yönünde) ve viskoplastik (Bodner-Partom) modelleri için belirlendi. Bu parametrelerdeki değişiklikler yaşlanma sıcaklığı ve yaşlanma dönemine göre incelenmiştir. Her iki durumda da doğrusal yaklaşım işlevi Arrhenius'un basitleştirilmiş metodolojisi kullanılarak başarıyla uygulandı. Deneysel sonuçlar ile Arrhenius yaklaşımının sonuçları arasındaki dolgu yönü için bir korelasyon elde edildi. Warp yönü için, ekstrapolasyon sonuçları bazı farklılıklar sergiledi. Her iki sıcaklıkta da artan ve azalan eğilimler gözlenmiştir. Arrhenius yasası deneysel sonuçlarla sadece dolgu yönü için doğrulandı. Önerilen yöntem, tasarım sürecinde kritik bir konu olan uzun vadeli sömürü sırasında gerçek kumaş davranışını tahmin etmeyi mümkün kılar.

Polyester esaslı mimari kumaşlar genellikle asılı çatılar¹inşaat için kullanılır. Iyi mekanik özellikleri ile nispeten ucuz olmak, onlar uzun vadeli sömürü istihdam edilebilir (örneğin, Sopot Orman Operası asma çatı - Polonya). Ne yazık ki, hava koşulları, ultraviyole radyasyon, biyolojik nedenler ve operasyonel amaçlar (sezon öncesi stres ve gevşeme²) mekanik özelliklerini etkileyebilir. AF9032'den yapılmış asma çatılar genellikle yüksek sıcaklığa (özellikle yaz aylarında güneşli günlerde), düzenli ön germe ve gevşemeye maruz kalan mevsimlik yapılardır. Bir asma çatıdüzgün tasarımı için, kumaş parametreleri sadece sömürü başında değil, aynı zamanda kullanım birkaç yıl sonra belirlenmelidir.

Yaşlanma analizi yaşlanma göstergesini ölçer ve yaşlanmanın etkisini değerlendirmek için parametrelerin başlangıç ve son değerlerini karşılaştırır. Cash ve ark.³ çatı membranları 12 farklı türde karşılaştırmalı analizi ile en basit yöntemlerden biri önerdi. Bu membranlar 2 veya 4 yıl boyunca açık hava koşullarına maruz kalmıştır. Yazarlar kumaş dayanıklılığını değerlendirmek için çeşitli özellikleri bir derecelendirme sistemi kullanılır. Polimer Termal yaşlanma analizini sağlamak için zaman-sıcaklık süperpozisyon prensibi (TTSP)⁴uygulanabilir. Bu ilke, bir malzemenin düşük sıcaklıkta ve düşük gerinim seviyesindeki davranışının yüksek sıcaklık ve yüksek gerinim seviyesindeki davranışına benzediğini belirtir. Basit çarpan faktör referans sıcaklık özellikleri ile geçerli sıcaklık özellikleri ilişkilendirmek için kullanılabilir. Grafik olarak, günlük zaman ölçeğindeki eğri kaymasına karşılık gelir. Sıcaklık ile ilgili olarak, iki yöntem vardiya faktörü ve yaşlanma sıcaklığı birleştirmek için önerilmektedir: Williams-Landel-Ferry (WLF) denklemleri, ve Arrhenius yasa. Her iki yöntem de, kauçuk veya vulkanize ve termoplastik malzemeler için kullanım ömrünü ve maksimum çalışma sıcaklığını tahmin etmek için İsveç standardı ISO 11346^5'e dahildir. Son zamanlarda, termal yaşlanma ve Arrhenius metodolojisi kablo ömrü tahmin^6,7,ısıtma boruları⁸ve polimer tutkal PMMA⁴kullanılmıştır. Arrhenius yasasının bir uzantısı diğer yaşlanma faktörlerini (örn. voltaj, basınç, vb.) dikkate alan Eyring yasasıdır. ⁹. Alternatif olarak, diğer çalışmalar yaşlanmanın bir tanımı için basit doğrusal modeller önermek ve doğrulamak (örneğin, biyosensör yaşlanma^10). Arrhenius yöntemi yaygın olarak kullanılmasına rağmen, her malzemenin yaşam boyu tahmin de alaka üzerinde tartışma vardır. Bu nedenle, yöntem özellikle ilk varsayımlar ve deneysel koşullar açısından⁶dikkatli kullanılmalıdır.

Çoğu polimere benzer şekilde, mevcut araştırmada kullanılan polyester kumaşlar erime sıcaklığı (T_m)ve cam geçiş sıcaklığı (T_g)ile tanımlanan iki farklı geçiş evresini sergilerler. Erime sıcaklığı (T_m)bir malzemenin katı halinden sıvı durumuna değiştiğinde sıcaklıktır ve cam geçiş sıcaklığı (T_g)cam ve kauçuk durumları arasındaki sınırdır^11. Üretici verilerine göre AF9032 kumaşı polyester ipliklerden (T_g = 100−180 °C¹², T_m = 250−290 °C¹³⁾ve PVC kaplamadan (T_g = 80−87 °C^14,15, T_m = 160−260 °C¹⁶⁾yapılır. Yaşlanma sıcaklığı T_α T_galtında seçilmelidir. Güneşli günlerde, asılı bir çatının üst yüzeyindesıcaklık bile 90 °C'ye ulaşabilir; bu nedenle burada iki yaşlanma sıcaklığı (80 °C ve 90 °C) test edilmektedir. Bu sıcaklıklar t_g iplik altında ve kaplama T_gyakındır.

Teknik kumaşlar üzerinde hızlandırılmış yaşlanma protokolünün performansı mevcut çalışmada sunulmuştur. Yapay termal yaşlanma, malzeme özelliklerindeki değişiklikleri tahmin etmek için kullanılır. Makale, uygun laboratuvar test rutinleri ve nispeten kısa vadeli deneysel sonuçlar tahmin etmek için bir yol göstermektedir.

1. Teknik kumaş üzerinde hızlandırılmış Termal yaşlanma deneyleri

1. Genel hazırlık
   1. Uygun yazılım (sabit gerinim oranı testleri sağlamak için) ve bir video ekstenomlayıcı ile bir test makinesi hazırlayın.
   2. En az 12 hafta boyunca 80 °C (± 1 °C) ve 90 °C (±1 °C) sabit sıcaklık sağlayan bir termal oda hazırlayın.
2. Numune hazırlama
   1. Teknik kumaş AF9032 balyasını boşaltın. Çözgü veya dolgu yönüne paralel olarak kumaş yüzeyinde yumuşak bir kalem veya marker ile istenilen şekilleri (300 mm x 50 mm) çizin.
      NOT: Kumaş yüzeyindeki numunelerin dağılımı başka bir yerde verilmiştir¹⁷.
   2. Her numunenin çözgü yönünü kalıcı bir belirteçle gösterin. Keskin bir bıçak veya makas ile örnekleri kesin. Kesme için bıçak kullanılıyorsa cetveli kullanın.
      NOT: Örnekler dikdörtgen¹⁷olmalıdır. Kumaşın en önemli yük bakım elemanları ipliklerdir. Çalışma aşamasında, kaplama malzemesi genellikle verim sınırını aşarak stres dağılımında yer almamıştır. Yükü taşıyacak tek unsur, bir kavramadan diğerine yayılan ipliklerdir. Bu nedenle, örneklerin sofistike şekillerini (örn. genellikle metaller için kullanılan halter şekli) kullanmak mantıklı değildir. Diğer taraftan, bu tür örnek şekilleri, nihai yük incelendiğinde özel kavramalara veya malzeme parametrelerini değerlendirmek için bir ekstenometrenin kullanılmasına neden olarak sonuçlanır.
   3. Numunenin kalınlığını bir slayt kaliperiyle ölçün ve numunenin kısa kenarındaki iplik sayısını sayın.
      NOT: Her numune için üç kalınlık ölçümleri alın ve ortalama değeri hesapla. Gerekirse iplik sayısını değerlendirmek için büyüteç kullanın.
3. Kapıyı açık bırakarak termal odayı açın. Düğmeleri ve kontrol ekranını kullanarak sıcaklığı (80 °C) seçin. Termal hazne kapağını kapatın ve kontrol panelindeki sıcaklık artışını gözlemleyin.
4. Numune ısınması
   1. Sıcaklık 80 °C'ye yakın olduğunda, termal oda kapağını açın. Her set, çözgü yönünde kesilmiş 6, dolgu yönünde 6 numuneden oluşan en az 7 set numune yerleştirin. Sıcaklık düşmesini önlemek için kapıyı mümkün olan en kısa sürede kapatın.
      NOT: Deneyler üç gerinim oranı için yapılmalıdır. Her gerinim hızı için, çözgü yönünde iki, dolgu yönünde iki numune üzerinde deneyler yapılır. Deneylerin başarılı olmaması veya her iki testin sonuçlarının son derece farklı olması durumunda fazla numuneleri odaya yerleştirin.
   2. 1 saat sonra termal eldivenleri donave ilk numune setini (referans seti; warp yönünde 6 numune ve dolgu yönünde 6 numune) çıkarın. Her 2 haftada bir, termal hazneden başarılı bir numune setini çıkarın.
      NOT: Tüm ısınma süreci 12 hafta sürecektir.
5. Numune koşullandırma
   1. Numuneleri bir hafta oda sıcaklığında bırakın. Numuneleri oda sıcaklığına kadar soğutun (yani özellikleri stabilize edilmelidir).
   2. Testten önce, her numunenin ortasında yaklaşık 50 mm (L0) uzunlamasına ayrıştırışla kalıcı bir işaret kullanarak iki siyah işaret (nokta) çizin.
      NOT: Nokta, video ekstenomlayıcı tarafından kullanılacaktır.
6. Test makinesi kurulumu
   1. Test makinesine dört adet 60 mm'lik düz kesici takın, bir kavrama başına iki kesici uç. Kesici uçlar balık ölçeğinde yüzey tipini gösterir ve numunelerin kulplardan kaymasını önlemek için kullanılır.
   2. Makineyi aç. Makineyi kontrol eden yazılımı (örneğin, TestXpert) başlatın. Çekme testlerine adanmış programı seçin.
   3. Yazılımdaki ayırmayı kavramak için 200 mm kavrama ile başlangıç konumunu seçin. Ayırmayı kavramak için 200 mm kavrama işlemini yürütmek için Başlangıç Konumu düğmesini tıklatın. Bu kavrama pozisyonu genellikle bir test için başlangıç pozisyonu olarak adlandırılır.
      NOT: 200 mm mesafe ISO standardı¹⁷tarafından gereklidir.
7. Video ekstenometre kurulumu
   1. Video ekstenometrenin kamerasını, kameranın merceği numunenin orta kısmı seviyesinde yer almak için destek çubuğu boyunca hareket ettirin. Kameranın merceğinin tüm deneme sırasında numune işaretçilerinin net bir görünümünü sağlayıp sağlamadığını kontrol edin.
      NOT: Kameranın tüm test sırasında siyah işaretleri takip etmesini sağlamak için olası numune uzama aralığını belirlemek için ana testten önce benzer bir test gerçekleştirin.
   2. Bilgisayar ekranını ve ilgili yazılımı kullanarak lens için uygun parlaklığı ve odağı seçin.
8. Video ekstenometre kalibrasyonu
   NOT: Kalibrasyon cihazı video ekstenometrenin standart donanımıdır.
   1. Kalibrasyon cihazını kameranın önüne koyun ve kavrama larla sıkıştırın.
   2. Video çıkarıcı yazılımını (örn. VideoXtens) kullanarak, Hedefler penceresinde (genellikle siyah ve beyaz) uygun işaretleyici türünü seçin.
   3. Ölçek seçeneğini kullanarak video çıkarım yazılımındaki kalibrasyon yordamını seçin ve Ölçek penceresindekalibrasyon mesafesini seçin.
      NOT: Mesafe, numuneler üzerindeki belirteçlerin ayrılmasına benzer olmalıdır. Kalibrasyon cihazı üç ölçüm mesafesi sunar: 10, 15 ve 40 mm. 50 mm marker ayırma nedeniyle, 40 mm mesafe uygundur.
   4. Kalibrasyondan sonra, işaretçi türünü Hedefler penceresindedesen olarak değiştirin.
      NOT: Bu, video ekstenometresinin numunede belirtilen işaretleri izlemesini sağlar.
9. Test performansı
   1. TextXpert yazılımındaki test parametrelerini hazırlayın.
      NOT: Hazırlanan program, tek eksenli gerilim durumunda seçilen bir gerilme oranına sahip bir testi etkinleştirmelidir. Video ekstenometreile ilişkili olmalı. Kaydedilen parametreler ekstenometre işaretlerinin başlangıç mesafesi (L0) ve zaman, kavrama yer değiştirmeleri, akım ekstenometrelerinin işaretleri uzaklığı ve kuvvetin sonuç fonksiyonlarıdır. 50 N^17'lik ön yük kuvveti programlanır ve L0 mesafesi ön yüklemeden sonraayarlanır.
   2. Numuneyi makinenin ana dikey eksenine koyun ve boruanahtarını kullanarak kulpları kapatın.
      NOT: Numune dikey ve yatay yönlerde simetrik olarak bulunmalıdır.
   3. Numuneler kırılanına kadar (0,005, 0,001 ve 0,0001 s^-1 gerinim oranları kullanın) seçilen sabit gerinim hızıile testleri gerçekleştirin. Her gerinim hızı için, warp yönünde en az iki örnek test edin ve yönünü doldurun. Test sonuçlarını kaydedin.
      NOT: Aşağıdaki veriler gereklidir: ekstenometre belirteçlerinin başlangıç mesafesi (L0), ekstenometrenin işaret mesafesinin zaman fonksiyonları ve kuvvet.
10. Diğer örnek kümelerini kullanarak (altı kez, 12 haftaya kadar) adımları her iki haftada bir tekrarlayın.
11. Tüm prosedürü 90 °C'de tekrarlayın. Toplam numune sayısı değişmez. Yaşlanma süreci 6 hafta sürer. Sonraki numune kümelerini her hafta çıkarın ve test edin.

2. Veri hazırlama

1. Örneklerin kesit alanını bilerek, kayıtlı kuvveti ve uzama artışlarını, malzeme denklemlerinin temel gücüne göre stres-gerinim ilişkilerine göre yeniden hesaplamak için grafik yazılımı (SigmaPlot¹⁸ veya benzeri) kullanın. Çözgü ve dolgu örnekleri ve gerinim oranlarının her biri için elde edilen verilerin grafiğini ayrı ayrı çizin.
2. 80 °C ve 90 °C sonuçları için tekrarlayın.

3. Malzeme modellerinin parametre tanımlaması

1. Doğrusal olmayan elastik modelleme için parça yönünde doğrusal model
   NOT: Gerilim-gerinim eğrisi doğrusal (veya yaklaşık doğrusal) şekillerin kesitlerine bölünebildiği zaman parça yönünde doğrusal malzeme modelinin uygulanması mümkündür. Komşu bölümlerdeki çizgilerin belirli geçiş noktaları, ilgili satırların uygulanabilirlik aralıklarına karşılık gelir^19.
   1. Adım 2.1'de elde edilen her eğride, doğrusal veya doğrusal gerilim-gerinim ilişkisini algılayan gerinim aralıklarını bulun.
   2. Grafik yazılımındaki uygun regresyon seçeneğini ve en az kare yöntemini kullanarak, seçilen bölgedeki en uygun çizgiyi tanımlayın.
      NOT: Bu eğrinin teğet belirli bir aralıktaki sertliğine karşılık gelir.
   3. Teğetolarak e_ij olarak ifade burada indeks i malzemenin geçerli yönü (W çözgü yönü için w ve f dolgu yönü için) karşılık gelir ve dizin j tanımlanan satırın ardışık bir sayıdır.
   4. Tüm çizgilerin parametrelerine sahip olmak, çizgiler arasındaki kesişme noktalarını bulun; k ve l geçiş çizgilerini işaretlenin ε_k/l olarakifade edin.
      NOT: Bu noktalar (ε_k/l)belirli uzunlamasına sertlik değerlerini uygulamak için gerinim aralıklarını oluşturur (E_ij) (Şekil 1).
2. Bodner-Partom viskoplastik model
   NOT: Bodner-Partom kurucu yasası çeşitli malzemelerin elasto-viskoplastik davranışını yansıtmak için kullanılır^20,21. Modelin temelleri ve matematiksel formülasyonu ayrıntılı olarak başka bir yerde^{20,21,22,23,24,25}verilir. Temel denklemler tablo 1'de yalnızca tek eksenli gerilim durumunu modellemek için sunulmuştur. Bodner-Partom model parametreleri en az üç farklı gerinim oranı ile yapılan tek eksenli çekme testleri ile tanımlanır. Gerinim oranının değeri en azından deneyin elastik olmayan kısmında sabit olmalıdır. Teknik dokuma kumaşlar için modifiye komple Bodner-Partom modeli tanımlama prosedürü yaygın olarak sunulmaktadır^24,25.
   1. Grafik yazılımını kullanarak, Klosowski ve ark.^24'tensonra Bodner-Partom model parametrelerini tanımlayın.

4. Arrhenius ekstrapolasyonu

NOT: Arrhenius yasası, ortam sıcaklığı artışının yaşlanma sürecini hızlandırabilecek bir dizi kimyasal reaksiyonun hızlandırılamasına yol açan ampirik bir gözleme dayanmaktadır. Arrhenius kimyasal reaksiyon kavramının tam matematiksel temsili başka bir yerde bulunabilir^11,26. Basitleştirilmiş bir biçimde Arrhenius yasa "10 derece kuralı"²⁷denir. Bu kurala göre, yaklaşık 10 °C'lik bir sıcaklık artışı teorik olarak yaşlanma sürecini iki katına çıkar. Bu nedenle, reaksiyon oranı f aşağıdaki gibi tanımlanır¹⁷:

ΔT = T - T_ref yaşlanma sıcaklığı T ve servis sıcaklığı T_ref bir malzeme arasındaki farktır.

1. T sıcaklığını, yerel meteoroloji istasyonunun sonuçlarına göre ortalama değere_göre sayılsın (burada, T_ref = 8 °C^28). Yaşlanma testinde kullanılacak ısı t odası sıcaklığını (burada, 80 °C ve 90 °C) varsayalım.
   NOT: Sıcaklık seviyesi daha uzun bir süre için, en az bir yıl için kaydedilmeli ve daha sonra o dönemin ortalama değeri olarak hesaplanmalı ve bu dönemin t_refolarak alınan bir zaman ortalaması getirilmelidir.
2. 1. denklemden sabit f reaksiyon oranını hesaplayın ve daha sonra yaşlanma süresini (haftalar içinde ifade edilen) yıllara tahmin edin(Tablo 2).
   NOT: Mevcut araştırma kapsamında yapılan farklı yaşlanma sürelerinin ekstrapolasyon etkileri Tablo 3'tesunulmuştur. Örneğin, 90 °C'de 4 haftada bir numunenin ısıl yaşlanması 80 °C'de 8 haftada yaşlanmaya eşittir ve yaklaşık 23 yıllık doğal yaşlanmaya karşılık gelir.

5. Veri gösterimi

1. X'in belirli parametrenin geçerli değerini ve X^0'ın yalnızca 1 saat yaşlı bir numuneyle ilgili olarak bu parametrenin başlangıç değerine karşılık geldiği x/x⁰normalleştirilmiş formunda elde edilen parametre değerlerini sunun.
   NOT: Yapay termal yaşlanma nın zamanı saatler içinde ayarlanır.
2. Y eksenindeki X/X⁰ değerlerini, parametrelerin evrimini göstermek için X ekseninde çizilen yaşlanma süresine karşı çizin. Warp için araziler hazırlayın ve test edilen malzemenin yönlerini ayrı ayrı doldurun.
3. Zaman içinde doğrusal işlevler (veya farklı en uygun işlevler) tarafından çizilen parametre değerlerini en az kare yöntemini kullanarak açıklayın ve R² değerlerini bildirin.
4. Arrhenius basitleştirilmiş ilişkisinin AF9032 kumaşı için doğru olup olmadığını değerlendirmek için, Arrhenius yasasına göre "gerçek" zamana yeniden hesaplanan yaşlanma süresine göre 90 °C için elde edilen sonuçları yeniden çizin.

Şekil 2, farklı yaşlanma zamanlarında elde edilen AF9032 kumaşın gerilim-gerinim eğrilerini, 80 °C sıcaklık seviyesinde 0,001 s^-1gerilme oranı için yan yana oluşturur. 1 saat yaşlanma dönemi (referans testi) ile yaşlanma döneminin geri kalanı arasındaki fark açıktır. Yaşlanma süresi, gerilim-gerinim eğrileri son derece tekrarlayan ve nihai çekme mukavemetinde (UTS) önemli bir fark göstermeden, çözgü yönündeki maddi tepkiyi önemli ölçüde etkilemez. Bu dolgu yönü için gözlenen davranışa aykırı kalır, UTS çok daha düşük olduğu yapay yaşlı örnekler durumunda yaşlı durumda daha. Ayrıca, elde edilen gerilme-gerinim eğrileri suşları 0.06'yı aştığında farklı yörüngeleri algılar.

Farklı sıcaklık düzeylerinde elde edilen sonuçlar ve bir grafikte sunulan daha yüksek bir sıcaklık düzeyi için sonuçların ekstrapolasyonu belirli bir parametreile ilgili tüm verileri sıkıştırır. Yaşlanma süresinin her iki sıcaklığında da parametrelerin evrimini temsil eden eğriler aynı yörüngeye düşerse, elde edilen parametre değerlerinin aslında Arrhenius denklemini takip ettiğini doğrular. Çizgiler paralelse, gözlemlenen fenomeni açıklamak için ek deneylerin gerekli olduğunu veya her iki sıcaklıkta da sonuç elde etmek için bazı düzeltme katsayıları bir sıcaklık seviyesinde sonuçlara tanıtılması gerektiğini ileri sürer. Yolu.

PVC kaplama sertliği ve yaşlanma süresi içinde nihai suşları doldurmak varyasyon görüntüleri Şekil 3 ve Şekil 4, sırasıyla bulunmaktadır. 80 °C ve 90 °C'de iki sıcaklık seviyesindeki deneysel sonuçlar Şekil 3a ve Şekil 4a'dasunulmuştur. ^24'ten önce, basit bir çekme testinin deneysel gerilim-gerinim eğrisinin ilk doğrusal kısmının (burada E_F0olarak belirtilmiştir) PVC'den yapılmış teknik kumaş kaplamasının sertliğine karşılık geldiği kanıtlanmıştır. Arrhenius'un basitleştirilmiş ilişkisine göre saat cinsinden 12 haftaya (2000 saat) kadar 90 °C sıcaklık seviyesinde elde edilen ve "gerçek" yıllara yeniden hesaplanan sonuçlar, sonuçları karşılaştırmak için aynı grafikte çizilir(Şekil 3b ve Şekil 4b).

PVC kaplamanın yaşlanma süresi içinde sertliğinin evrimi, 80 °C ve 90 °C sıcaklık seviyelerinde neredeyse doğrusal dır ve zaman içinde sabit bir artış la, 90 °C'de 80 °C'ye göre çok daha büyüktür. Bu fenomen, nispeten yüksek sıcaklığa maruz kalan PVC'nin, hızlandırılmış yaşlanmanın bir etkisi olarak sertliğinin büyümesine neden olan değişikliklere uğradığını göstermektedir. Bu davranış muhtemelen teknik kumaşlar gibi polimer malzemeler için özel fiziksel yaşlanma, neden olur. Nihai gerilme suşları değerleri (ε_ult)80 °C ve 90 °C dolgu yönü ve sıcaklık seviyelerinde yaşlanma süresine göre azalan bir eğilim sergiler. Warp yönü için UTS değerleri yaşlanma süresine göre önemli bir farklılık göstermez. Diğer taraftan, nihai gerilme suşları (ε_ult)80 °C'de azalır ve 90 °C'de büyür.

Aynı yordam Bodner-Partom model parametrelerini ele almak için kullanılmıştır. Burada çözgü yönünde sertleşme m₁ ve dolgu yönündeki viskozite parametresi n sırasıyla Şekil 5 ve Şekil 6'dasunulmuştur.

Nihai araştırma sonuçları, yaşlanma süresi boyunca belirli malzeme parametrelerini veya kumaş özelliklerini temsil eden doğrusal fonksiyonlar kümesidir. Bunu takiben, tüm temel mekanik özellikleri (sertlik, verim sınırı, nihai çekme gerilimi ve gerinim) ve Bodner-Partom model parametreleri (n, D₀, D₁, R₀, R₁, m₁, m₂) tespit edildi, 80 °C ve 90 °C sıcaklık seviyelerinde bir araya getirildi ve Arrhenius ekstrapolasyon metodolojisi²⁹ile analiz edildi.

Yaşlanma süresi boyunca parametre eğilimlerine karşılık gelen yaklaşık satırlar UTS için bir satıra daraltılmış, ε_ult, m₁ dolgu yönü durumunda. Yaşlanma süresindeki diğer parametre yaklaşım çizgileri tek bir satıra çökmeden paralel eğilimler sergiler.

Çözgü yönünde, yalnızca UTS, E_W2 ve m_1'in yaklaşık çizgileri tek bir satıra çökerken, diğer parametreler eğrilerin ne net bir eğilim ne de paralel karakterini gösterir. Dolgu yönü için yaşlanma süresindeki tüm parametre değerleri paralel eğilimleri ifade veya tek bir satıra daraltma. Böylece, bu makalede gösterilen Arrhenius basitleştirilmiş denklemin yaklaşımı, sadece bu yönde kanıtlanmıştır.

Şekil 1: AF9032 kumaş için parça yönünden doğrusal modelin şematik gösterimi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: 80 °C'deki termal yaşlanma durumunda, AF9032 kumaşının gerilim-gerinim tepkisi üzerindeki etkisi, 0,01 s^-1gerinim oranı için . Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: PVC kaplamanın saat içinde farklı yaşlanma zamanlarında sertliği (kırmızı ve mavi çizgiler) (a); 90 °C'de elde edilen sertlik değerleri AF9032 kumaşının (b) dolgu yönü için Arrhenius basitleştirilmiş denklemine (mavi çizgiler) göre yıllar içinde zamana yeniden hesaplanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: PVC kaplamanın farklı yaşlanma zamanlarında (kırmızı ve mavi çizgiler), deneyler (a); 90 °C'de elde edilen nihai suş değerleri, AF9032 (b) dolgu yönünde ki Arrhenius basitleştirilmiş denklemine (mavi çizgiler) göre yıllar içinde zamana göre yeniden hesaplanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Bodner-Partom katsayısı izotropik sertleşme m₁ saat (kırmızı ve mavi çizgiler), deneyler (a); 90 °C'de elde edilen izotropik sertleşme m₁ değerleri sayısı AF9032 (b) çözgü yönünde Arrhenius basitleştirilmiş denklemine (mavi çizgiler) göre yıllar içinde yeniden hesaplanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: Bodner-Partom gerinim hızı duyarlılık parametresi n saat (kırmızı ve mavi çizgiler) deneyleri (a) ve af9032 (b) dolgu yönü için Arrhenius basitleştirilmiş denklemine (mavi çizgiler) göre yıllar içinde zamana göre yeniden hesaplanan 90 °C için elde edilen gerinim oranı duyarlılık parametresi n değerleri. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Elastik süzme oranı
Kümüel elastik gerilme hızı
Ek denklemler
Isotropik sertleşme
Kinematik sertleştirme
Malzeme parametreleri

Tablo 1: Tek eksenli durumda Temel Bodner-Partom denklemleri.

Tablo 2: Arrhenius basitleştirilmiş denkleminörnek hesaplamaları.

Tablo 3: Arrhenius denklemi ile 80 °C ve 90 °C sıcaklık düzeylerinde yeniden hesaplanan yaşlanma süresinin ekstrapolasyonu.

Bu makale, inşaat mühendisliği uygulamaları için polyester takviyeli ve PVC kaplamalı kumaşlar üzerinde laboratuvar hızlandırılmış deneyler simüle etmek için ayrıntılı bir deneysel protokol incudes. Protokol, yapay termal yaşlanma durumunu sadece ortam sıcaklığını yükseltmek yoluyla tanımlar. Uv radyasyonu ve su etkisi malzeme hizmet yaşlanma ek bir rol oynadığı gibi bu, gerçek hava koşullarının bariz bir basitleştirme olduğunu.

Genel olarak, laboratuvarda gerçekleştirilen hızlandırılmış yaşlanma koşulları test edilmiş bir malzemenin gerçek hava ve servis koşullarına mümkün olduğunca yakın olmalıdır. Örneğin, havacılık veya deniz yapılarında kullanılan malzemeler hidrotermal yaşlanma, nem ve sıcaklık öncelikle malzeme dayanıklılık^30,31üzerine hareket uğrar. Pil bozulması düzeyi ile ilgili olarak, iki yaşlanma faktörleri genellikle izlenir: sıcaklık ve şarj durumu⁹. Elektrik kablo yalıtımlarında sıcaklık dışında farklı voltaj ve gerilim seviyeleri dahil edilmeli, hızlandırılmış laboratuvar yaşlandırması ise^14. Ancak, hızlandırılmış yaşlanma termal türü en yaygın olanıdır, bu nedenle laboratuvarda yansıtmak kolaydır. Servis yaşlı malzeme açık veri ile elde edilen sonuçların kalibrasyonu tekstil kumaşveya diğer malzemelerin gelecekteki davranışını tahmin etmek için güvenilir bir araç oluşturur.

Sunulan yöntemin bir dezavantajı test edilen örnek sayısıdır. Üç farklı sabit oranlı tek eksenli çekme deneyleri yapıldığından, her gerinim oranı için her malzeme yönünde iki örnek test edilmiştir. Analiz, en az 5 yaşlanma süresi aralığı ile iki sıcaklık seviyesinde test edilen kumaşın hem çözgü hem de dolgu yönlerini kapsayacak şekilde olduğundan, çok sayıda numune gereklidir. Neyse ki, sonuçlar çok tekrarlayan, çok benzer eğilimler gösteren; bu nedenle, elde edilen sonuçlar, yalnızca aynı koşullarda iki örnek test edilebilse bile güvenilir kabul edilir.

Tek eksenli çekme testlerini sabit gerinim oranlarıyla ve video ekstenometreli veri kaydıyla gerçekleştirme prosedürü eksiksiz olarak sunulur. Avrupa ulusal standardı^1, teknik kumaşları test etmek için ekstenometre kullanımını gerektirmez. Bu nedenle, önerilen protokol standart gereksinimlerden daha kesindir; böylece elde edilen veriler daha doğrudur.

Önerilen protokol, gelecekte kumaşlar için malzeme parametrelerinin belirlenmesini mümkün kılar; bu nedenle, tasarım da uygun bir araçtır. Yöntem, Sopot'taki Orman Operası'nın asma çatısının araştırılması sırasında başarıyla doğrulanmıştır. Polyester takviyeli ve PVC kaplı kumaşörnekleri 20 yıllık çalışmadan sonra çatıdan toplanmıştır. Aynı üreticiden de yaşlanmamış malzeme örnekleri alındı. Her iki numune türü de aynı laboratuvar deneylerinden ve parametre tanımlama rutinleri ile devam etti. Sonuçlar parça yönünde doğrusal ve Bodner-Partom modellerinin parametreleri ile temsil edildi. Orman Operası'ndan gelen malzemenin mekanik davranışında gözlenen eğilimler, termal yaşlanma durumunda bulunan eğilimlere benzer. Böylece, burada sunulan sonuçlar hizmet²⁸20 yıl sonra bir kumaş testleri ile teyit edilmiştir. Bununla birlikte, diğer teknik kumaş türleri için önerilen yöntemde bazı değişiklikler gerekebilir, bu nedenle deneysel protokol düzgün bir şekilde ayarlanmalıdır.

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Bu çalışmanın yayınlanması Gdansk Teknoloji Üniversitesi İnşaat ve Çevre Mühendisliği Fakültesi tarafından desteklenmiştir.