工程应用后退化PVDF-Coated面料:表面微观结构之间的相关性,物理特性,基于统计分析和力学性能

文摘

材料降解具有显著影响的长期性能和膜结构的使用寿命。本研究的目的是评估和理解视觉方面的恶化,表面微观结构和力学性能的聚偏二氟乙烯(PVDF)后聚合物工程应用。三组PVDF-coated面料从不同的膜结构在中国,已用于15、16日和19年。首先,进行光谱色度学试验来确定进化的色度和亮度。接触角和厚度测量等方法被用来描述物理特性。然后,观察表面形态通过扫描电子显微镜(SEM)技术。此外,一系列的单轴拉伸测试和撕裂测试进行获取机械指标包括单轴抗拉强度、应变断裂,抗撕强度、单轴弹性模量。为了进一步研究降解机理、红外光谱被用来描述在面料的分子结构。最后,主成分分析(PCA)提供了一个全面的描述表面微观结构之间的相关性,物理性能和机械性能。本文提供了一个进一步的了解设计、资格和膜结构的耐久性评价。

1。介绍

近年来,复合材料与涂料如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)或聚丙烯(PP)发展迅速,吸引了研究兴趣(1]。具体来说,涂层织物正越来越多地用于土木工程,因为他们的优势如高强度、重量轻、和商业效率。各种各样的面料是一般性地用作体育馆,屋面材料购物中心、展览中心。由于涂层面料直接暴露于大气环境服务期间,它们的属性被雪明显影响,雨、太阳辐射、温度变化等。复合材料的降解机制还需要进一步研究来指导结构设计。精化的物理和力学性能恶化之间的相关性有助于评估材料的耐久性。

未老化的聚合物的力学性能和破坏过程调查实验表征和多尺度模型在几个引用(2- - - - - -8]。Prateek et al。9)提出了一个全面审查的使用聚合物,特别是PVDF和PVDF-based共聚物/混合电容器应用在纳米复合材料作为潜在的组件。Rydzkowski et al。10)和评估机械制造、形态和热性能的降低石墨烯oxide-reinforced发泡聚苯乙烯(EPS)纳米复合材料。然而,研究有关降解遵循经验加速老化测试,在大多数情况下。老化的作用条件和碱处理黄麻增强聚酯复合材料的力学性能研究,阿尔伯克基et al。11]。Guermazi et al。12]他们的研究集中在纤维增强塑料(FRP)的耐久性复合材料飞机结构部件在湿热环境中。巴博萨et al。13]研究了人工加速老化对碳纤维/环氧树脂复合材料。然而,加速老化测试缺陷模拟所有风化作用的影响,和结果有时不能与长期户外暴露。Thakur et al。14)分类不同类型的lignin-reinforced聚合物复合材料从合成可生物降解聚合物矩阵和强调了木质素的多功能应用的最新进展。

领域老化测试实验标本实际工程结构可以更准确地反映材料的降解。然而,老化试验周期过长和测试标本的采集是相对困难的。所以很少有研究论文发表关于这种类型的老化测试。Zerdzicki et al。15)已经挂在屋顶的PVC面料VALMEX森林的歌剧在波兰已用于20年,进行了实验室测试,Bodner-Partom本构方程用于建模。一些学者也做了研究自然复合材料(16- - - - - -18]。杨et al。19累积统计数据的自然年龄PVDF-coated织物的力学性能和结构可靠性指标计算,研究膜材料的耐久性。加剧(20.)实现自然风化计划在瑞典接受了几种PVC面料12年。然而,没有明显的关系被发现之间的人工和自然老化测试的结果。苏萨et al。21]介绍了实验研究和数值分析的耐久性胶着地保税关节,是由玻璃纤维增强聚合物(GFRP)。它已经指出,许多人工或自然老化实验,统计上显著的样本量太小。

如今,一些引用调查了年龄在聚合物的机械性能,为玻璃纤维或自然相对更多的纤维复合材料,但很少对聚酯纤维复合材料。此外,很多学者集中在力学性能的退化,而忽略表面微观结构的分析,物理性质的演变,这些属性之间的关系。事实上,之间的关系确实存在视觉方面,聚合物的微观结构、物理性质、机械性能(22- - - - - -24]。马丁et al。25,26某些聚合物的光降解研究和提出了一个带互惠理论模型来解释实验现象。Fabiyi et al。27)验证轻盈的演进之间的相关性和木塑复合材料的化学结构变化的长期风化。退化,这些因素之间的明度会直接影响指标,用来评估更改。至于涂层面料,表面微观结构之间的关系,物理性能,机械性能在工程应用中很少被研究。此外,这些属性之间的关系被两人在之前的研究评估,同时并不是所有人。研究高维数据集之间的相关性因素同时,主成分分析(PCA)是一种有效的统计方法。通过减少高维数据的维数,数据的主要特征成分提取和对可获得的数据之间的关系。在工程的应用PVDF-coated面料,机械性能总是结构设计的焦点。膜材料的力学性能是重要的因素,以确保设计的准确性,膜结构的分析和评价。因此,本研究的目的是要找到相关的表面微观结构与力学性能和物理性能和机械性能的相关性。

作为工程材料,涂层面料总是直接暴露在自然环境中。这些材料的降解行为可以被视为累积效应的各种因素,如预应力状态,外部负载,和天气变化。本文主要关注性能的年龄PVDF-coated面料叫Precontraint 1202 t,强调测量属性之间的关系。三组不同工程结构的织物被移除在中国,已经15岁,16日和19年。首先,表面光学测量方面进行分析;与此同时,接触角和厚度测量也用来描述物理特性。此外,测试涂层的退化是用扫描电子显微镜(SEM)观察表面形貌。红外光谱技术应用于分子结构特征。然后,进行了一系列的机械实验,包括单轴拉伸测试和撕裂测试。复制的数量为每个测试40减少统计的局限性,使结果更准确。 Finally, the PCA method was used to determine the relationships between surface microstructure, physical properties, and mechanical properties.

2。材料和方法

2.1。材料

涤纶面料叫Precontraint®1202 t作为本文的研究对象。他们由哔叽法拉利,一家法国公司。两个正交的面料是涤纶纱线(经纱和纬纱方向),表面双方涂以PVDF层。通过应用两个方向的拉伸力面料,Precontraint技术用于获得更一致的经纱和纬纱刚度(2,3,28]。根据生产,未老化的面料的厚度是0.78毫米,重量是1050 g / m²。三组面料岁从膜结构在中国,经历了耦合的风化和机械老化。这些材料被用作覆盖膜结构在郑州,杭州,南京,与老化时间的15年,16年,分别和19年。与此同时,一群未老化的面料为控制实验组对比。测试面料的详细信息可以在表中找到1。

2.2。实验示意图

涂层织物被广泛视为orthotropy,这意味着沿着两个方向不相同的力学性能。因此,机械试验的标本分别沿两个方向。在最初的测试中,发现,即使对同一组面料岁高离散性的力学性能数据。为了考虑随机特性和材料特性之间的相关性,研究40标本被在每组沿着两个方向。

每个样品测量 从面料被削减,准备不同的测试。调查始于视觉特性测量,包括光谱色度学特征、红外光谱分析、接触角测量,和厚度测量。之后,进行了扫描电镜和红外光谱技术分析表面涂层的微观结构。最后,进行了单轴拉伸测试和撕裂测试。试样尺寸如图1。每个标本被切成3块根据数字①,②,③。区域1的膜材料是用于测量视觉属性,扫描电镜测试、红外光谱,区域2和3的材料是用于力学性能测试。然后,我们可以假定所有测试值是一个标本的材料特性。总之,40标本从两个方向获得的每组,和9变量(属性)每个标本的收集,进行统计分析。

2.2.1。光谱色度学特征

新材料相比,在面料经验明显颜色变化由于污垢粘附和紫外线。表面颜色分析使用Datacolor SF600分光光度计(美国)。规定,在实验中选择的光源是D65/10°, A / 10°, F11/10°。面料的亮度和颜色决定依照CIE 1976 统一的系统。这 颜色模型是感性的,允许测量颜色差异和演进。在此系统中,指标代表了光明;与此同时,和参考色度。的衰落(从100年到0)说明材料逐渐变暗。除此之外,和色度的位置在轴从300−300 +。具体而言,指标来意味着从绿色到红色,来代表颜色从蓝色到黄色。一小块( )区域1的膜被切断的每个标本光谱色度学特征。分析的平均值得到每个小块的三个名额。

2.2.2。接触角测量

接触角被定义为固体表面和线之间的夹角正切的液滴接触线(29日]。接触角是相关的粘附和毛细现象,可以帮助测量材料表面的润湿性30.]。当接触角( )是一个锐角,固体表面被液体部分润湿;如果是零角,液体将会完全分散在固体表面,称为完全润湿;如果是一个钝角,它可以被称为部分非润湿性;如果是平角,它表明完全非润湿,固体表面可能被命名为一个完美的疏水性表面31日]。最近的研究认为内在润湿阈值应该是65°而不是90°(32]。润湿排位赛参数、接触角被发现直接关系到印刷过程(33),附着力,异相成核34),等等。此外,接触角已被用于评估膜的自洁材料虽然相关理论仍然需要改进。

接触角的测量是一个OCA50Micro自动接触角测量仪(Dataphysics德国),采用悬滴法。一小块( )也从区域1每个试样的接触角实验,每组和40采集标本的面料。

2.2.3。厚度测量

此外,每个试样的厚度测量按照推荐的测试方法规范FZ / t01003 - 1991 (35]。YM141数字织物测厚仪检测仪器,精度为0.01毫米。对于每一个标本,3点选择测量,他们的平均厚度。正如我们所知,厚厚的灰尘坚持岁涂层织物的表面,所以每个标本前清洗和擦拭其厚度测量(19]。

2.2.4。表面形态特征

为了观察表面形态和分析涂层的微观结构组织,进行了扫描电镜使用新力- 3000 m的设置。所有标本sputter-coated之前用金进一步鉴定。标本上观察ageing-exposed表面30 kV,分析老化损伤,尤其是裂缝分布图和蛀牙。标本被认为在不同的放大(200、1500和3000 x)和显微镜图像被抓获。微裂隙、孔隙和颗粒物质在涂层表面可以观察到显式地通过这些显微镜图像。同样地,一小块( )从区域1每个标本的表面形态特征。

2.2.5。机械性能测试

经过实验的物理性质和表面形态特征,进行了单轴拉伸测试和撕裂测试研究力学性能,包括抗拉强度、撕裂强度、单轴杨氏模量、破坏时应变。三组年龄PVDF-coated面料被选为研究对象,如表所示1。未老化的面料都是作为一个备用材料集团的对比。

(1)单轴拉伸测试。最常用的方法来测试涂层织物的力学性能是单轴拉伸试验。在本研究中,SANS-CMT4204试验机(中国深圳)使用。测试面料orthotropy,所以每组面料是沿着两个方向分成两个批次。每批四十标本采用。的详细说明单轴抗拉试样如图2。矩形试样的长度是300毫米,宽度是50毫米。此外,夹区域的长度是50毫米。单轴拉伸试验的加载速率为100毫米/分钟,根据DG / tj08 - 2019 - 2007 (36]。抗拉强度和应变打破了。

此外,单轴杨氏模量可以通过单轴循环计算拉伸测试。目前,还没有明确的实验方法对膜材料的弹性模量,和不同的国家采用不同的标准建议。单轴循环拉伸试验和双轴拉伸试验是常用的。由于在材料的有限区域,本文采用单轴循环拉伸试验方法根据MSAJ / M-02 [37]。描述实验步骤如下:首先,拉伸试样(即。,one-fourth of the smaller failure force in two directions) and unload the force to zero. Secondly, repeat this procedure for five times and fit the last stress-strain tensile curve into a straight line; then, its slope is taken as the value of uniaxial Young’s modulus. In each group, repeat the experiment on the forty specimens and calculate uniaxial Young’s modulus.

(2)撕裂测试。撕裂测试执行的机器SANS-CMT4204,。如图3样品准备的矩形 与一个等腰梯形。梯形的面积是标记为阴影,因为它将夹在测试期间。在短的中心基地,一个小的 毫米是在垂直方向上。在测试期间,梯形试样夹在无法匹敌的边缘。因此,短期的标本是张拉,和长边折叠。当双方的夹子开始移动,越来越负载应用到标本,标本是沿着切口,直到它被完全撕裂。拉伸加载的速度设置为100毫米/分钟,基于DG / tj08 - 2019 - 2007。

从本质上讲,抗撕强度是一个统计单纤维的断裂力的结果。作为显示在图4连续,撕裂力-位移曲线由波峰和波谷或者。对于每个记录撕裂试样的曲线,五项最大负载峰值平均值计算抗撕强度。黑人和红点负载峰值记录,经纱和纬纱方向,分别如图4。

2.2.6款。傅里叶变换红外光谱学

岁当前,研究小分子结构的工程应用后的织物相对稀缺。红外光谱技术用于识别的分子结构和降解机理作进一步研究。傅里叶变换红外(FTIR)光谱的面料是通过使用EQUINOX 55岁光谱仪400厘米之间¹和4000厘米¹。光谱仪的分辨率是0.4厘米⁻¹采用衰减全反射模式。每个标本受到仔细测试开始前干燥过程。

2.3。统计分析

膜材料的物理和力学性能降低的长期接触,这在建筑中很常见的应用程序。降解试验结果分析的统计方法,即主成分分析(PCA)。这个数据分析方法可以帮助简化一些相关变量为少独立主成分(pc)通过变量线性组合(38]。换句话说,这个方法帮助项目变量(属性摘要)生活在一个多维空间较小的子空间上以最小的损失数据信息。在这个过程中,正交轴是建立和代表加载的情节。主成分分析是用来分析属性之间的相关性研究。

变量之间的夹角,预计装运情节,可以给信息属性之间的相关性。具体来说,在代表加载情节,两个变量不相关,如果他们形成一个角度90°。此外,如果他们产生角小于90°,被认为是呈正相关的变量。越接近为0°角,相关性越强。在相反的位置,两个变量是负相关,如果夹角大于90°。角为180°时,两个变量被确定为完全负相关。

重要的是要注意,测试数据应该转换为单元规模( 和 )。具体而言,每个变量的值需要标准化的定心,并且每个集中变量除以标准差,见方程(1)。通过这种方式,单位之间的差异可以消除所有属性,以及变量之间的相关性分析:

在这个方程,的变量,和是变量的平均值和标准偏差 ,分别。是centred-reduced变量。变量的名称(属性)中解释表2。

3所示。结果和讨论

系统的过程来评估年龄膜材料包括视觉观察,样本采集和实验室分析(光谱色度学特征,接触角测量,红外光谱,机械特性,等等)。在本节中,面料岁macroproperties和微观结构的变化进行了讨论和属性之间的相关性进行了研究。众所周知,一些预测模型建立基于基本流程,如阿仑尼乌斯法(39)或法律史瓦西(40]。此外,一些研究结果(41- - - - - -43)说明演进在工程材料的化学结构可以更有效地反映它们的降解机制。此外,macroproperties多级结构材料是相关的44),如链结构、聚合状态,宏观结构,或地表的裂缝。物理和力学性能之间的相关性都必须研究聚合物的耐久性。值得一提的是,半定量的关系也很有用的测量力学性能不可能是由于样本大小的限制45]。

3.1。物理性能下降

3.1.1。视觉外观变化

风化很影响PVDF-coated面料的视觉外观。所有标本进行了一个类似的表面演化的过程,也就是说,变成彩色,轻微的黄色,和暗黄色。很明显,组3的标本显示最引人注目的黄色。面料的数码照片之前和之后退化图所示5。组2的膜材料被涂上一层银涂层,由于建筑外观造型的要求。可以观察到明显老化现象,表面涂层。我们可以看到,年龄在面料的表面失去光泽和变黄和变暗,而污渍和地点也可以观察到。

为了研究视觉外观变化更科学,表面颜色分析。国际学院 颜色系统采用明度和颜色。分析的平均值计算每个样本的三分,每组40标本。进化测试结果和色度数据表中所示3。

对于每个组涂层面料,光谱色度学特征进行下D65/10°, A / 10°,和F11/10°,分别。它可以从表中找到3几乎没有颜色的差异分析测试结果在不同光学来源。亮度值之间的差异,这是 。当是负的,这意味着黑暗的年老的样品的颜色。绝对值越大,变化。除此之外,之间的区别是绿红色度,是吗 。当是积极的,它表明年龄样品的颜色逐渐变红。之间的区别是自民党色度,是吗 。当是积极的,它表明年龄样品的颜色逐渐变成黄色。总色差是一个全面反映各种色差值。可以计算根据方程(2)。的价值就越大总色差越大:

降解后十多年在自然环境中,膜材料的表面逐渐变暗。随着老化时间的增加,协调逐渐减少,这意味着亮度减弱。此外, 坐标都表现出上升趋势(0)组与未老化的材料。这意味着年龄面料的颜色逐渐变成红色和黄色,这是与肉眼所观察到的现象一致。面料3组产生最显著的表面的变化,组3是最大的。

老年人涂层面料组1、组2和组3从真正的膜结构在不同的城市,受到不同的应力状态和不同的气候环境。涂层织物的降解可以被认为是环境因素的积累和负载。紫外线辐射和温度主要影响涂层外观和纱线的力学性能,而压力会改变纱线的卷曲度,降低涂层厚度。不同的环境和压力情况的工程结构可以被认为是影响材料的老化的因素。

3.1.2。接触角变化

材料表面的接触角是一个重要的测量参数对润湿性,可以反映出抵抗老化涂层织物。涂层织物用于膜结构被认为是疏水的,这意味着尘埃可以自动从表面的一部分,由于雨水侵蚀和风力。当接触角在0°、90°之间,角度越小,越疏水性。

代表实验图像的接触角如图6。平均值和标准偏差的接触角见表4。随着老化时间增加,涂层织物的接触角变得小,疏水性会较弱。因此,岁织物的防污和自洁性能不能达到预期的效果。膜材料的使用寿命缩短,最后,要替换的材料。此外,接触角的标准差上升与老化时间增加。标准偏差的增加意味着数据分散和不确定性的增加明显的材料属性。因此,接触角可以反映涂层织物的老化程度和使用寿命。

3.2。力学性能恶化

3.2.1之上。拉伸强度和撕裂强度

平均值(MV)和(RR)的力学性能保持率见表5。拉伸强度和撕裂强度的焦点是耐久性分析。从3组0到组,有一个为每个机械性能指数明显下降,表明材料的老化时间是主要影响因素恶化。如表所示5,机械性能的测试面料经纬方向明显不同。指标,包括优势和杨氏模在两个方向,显示没有明显的变化规律。实验结果表明,在材料的单轴抗拉强度保持57.5% - -88.2%的未老化的面料,同时保留破坏时的应变率从72.3%到83.8%不等。根据中国标准CECS158: 201546),涂层织物的单轴抗拉强度差异两个方向应不超过20%。拉伸的优势未老化的PVDF-coated面料(0)遵守的规定CECS158: 2015。岁PVDF-coated面料组1、2和3中,然而,不满足标准的要求。此外,涂层织物的撕裂强度应大于7%的极限抗拉强度的标准值乘以1厘米(46]。所有的材料包括未老化的和年龄面料符合标准。它也可以发现从表5的保留率抗撕强度与抗拉强度低于在大多数情况下,这是按照其他论文16,47]。退化的撕裂强度明显大于抗拉强度,尤其是在经方向。因此,为了延长涂层织物的使用寿命,必须提高撕裂强度和减少裂缝。

此外,年轻的模涂层面料岁小于未老化的面料没有例外。岁的标本的单轴杨氏模保持71.3% - -88.7%的未老化的面料。但要求未老化的涂层织物的力学性能和保留的年龄面料不是说在当下中国规范。需要累积更多关于年龄面料的测试数据来弥补规范的不足。

3.2.2。拉伸性能统计分析

箱的抗拉强度和每组测试数据的标准差见图7。的平均抗拉强度未老化的标本经方向为5586.4 N / 5厘米。后被用于工程结构为15日,16日和19年,织物的拉伸强度减少了11.8%,22.9%,和24.2%,至4925.5 N / 5厘米,4304.4 N / 5厘米,和4238.0 N / 5厘米,分别。同样,纬方向的抗拉强度从5027.0 N / 5厘米到3911.5 N / 5厘米,2894.0 N / 5厘米,2890.7 N / 5厘米。这些测试结果表明,老化时间的主要因素是导致抗拉强度的降低。可以推断,存在一个退化的抗拉强度和老化时间之间的关系,目前还没有得到证实。据研究人工加速老化试验(47),在最初的风化,抗拉强度的退化速度相对比较快。随着老化时间的延长,材料降解逐渐减慢。

此外,图7展示了非凡的增长抗拉强度的标准偏差。膜材料的力学性能影响制造过程,及其多样性一般比金属。涂层织物的力学性能的不确定性是由于许多因素如杂质、空洞、不完全固化,和不完美的结合。标准偏差随老化时间增加显著,这意味着测试数据的离散程度变得更高。因此,它不科学使用抗拉强度的平均值作为评价指标。因此,应该引入可靠性计算的膜结构的耐久性设计。

3.2.3。催泪性统计分析

对于拉伸膜结构,突然破坏造成的撕裂和裂纹扩展是灾难性的,这是最常见的失效模式之一。因此,涂层织物的撕裂阻力是一个重要的研究对象。考虑材料性能的不确定性,建设、赔偿和环境的影响,需要一个相对较大的安全裕度涂层面料。在膜结构设计、大型应用安全因素,通常5∼7抗拉强度(48]。然而,PVDF-coated常用的面料通常有高拉伸强度和撕裂强度相对较低。

箱的抗撕强度和标准偏差的每组测试数据见图8。实验结果表明,抗撕强度明显下降的平均值,而标准差有显著增长。的平均抗撕强度未老化的标本经方向为847 N。老化后15、16和19年,织物的撕裂强度保留76.5%,74.1%,和72.1%的未老化的面料和降至648.3 N, 627.6 N,和604.8 N,分别。同样,标本纬方向的撕裂强度降至691 N 529.8 N, 503.2 N,和498.5 N。标准差的大幅上升意味着抗撕强度变大的多样性在服务时间。因此,岁的面料可以撕裂压力下更容易破裂,甚至裂纹扩展更容易被诱导在小负载的情况下。

3.3。表面形态

对于聚合物,力学性能退化通常是伴随着演进的物理和化学性质。粉化,引起水泡、脱皮和开裂是所有可能的涂层织物的表面与老龄化有关的损害赔偿。为了评估表面形态,特别是裂缝模式和蛀牙,SEM照片拍摄在不同的放大(200、1500和3000 x)。扫描显微图的涂层面料如表所示6。

比较表面显微图在200 x从0 (a)到3 (a), 0组的标本显示表面光滑而其他年龄标本出现粉化,不同程度的起泡,开裂。数量、宽度和深度的微裂隙与老化时间的延长显著增加。的开裂和剥落涂层是最明显的标本组3。表面显微图0 (b)和(c)显示,坚持空气颗粒的存在甚至未老化的涂层面料。

此外,裂缝密度、裂缝组1是规模小,年龄标本之一。做出比较从侧面0 (b)到3 (b),它可以推断出,横向裂缝发起,和得到更大、更深的裂缝老化时间延长;与此同时,新好它们之间出现裂痕。除此之外,一些次生裂缝出现和发展从外侧的主要裂缝。然后,裂缝网络构成,如剖面2 (b)所示。三组年龄在面料的裂纹增长模式是相似的,这意味着裂纹演化机制是独立的接触条件。

从图片可以看出3 (a),有明显的裂缝和孔洞。在1500年和3000年x放大图像,最大裂缝和空隙可以清楚地观察到。标本3组裂缝的发生是非常普遍,通过雨,氧气,紫外线辐射可以访问内部纤维更容易。物理和力学性能退化的标本在3组是最严重的,相对于其他组1、组2中标本。这些结果是根据接触角的变化参数(CA),拉伸强度和撕裂强度。因此,表面形态可以反映涂层织物的物理和机械性能的退化。

3.4。分子结构表征

为了描述在面料的分子结构,红外光谱测量系统。红外光谱谱在该地区1200厘米之间¹和2000厘米¹养老标本主要关注。如图9,一个特征吸收峰出现在1650厘米¹,这是由cf = CH -拉伸振动引起的。与此同时,另一个特征吸收峰也出现在1720厘米¹从羰基伸缩振动,从而产生的氧化反应。已经有一些研究PVDF的退化过程,主要包括氧化反应和分解的高频(49- - - - - -52]。

分子结构的PVDF氟和碳氢键分布在主链上,和他们的键能485.9焦每摩尔413.0焦每摩尔,分别。因此,PVDF在服务时间的退化机制可以描述如下。如图10太阳紫外辐射的作用下(紫外线的能量范围在200 - 400 nm 598 - 301焦每摩尔),CH₂PVDF是容易使脱氢和成为自由基,结合F在邻近的C原子和水解高频cf = CH -。这些发色团的行动导致面料的颜色逐渐变黄。同时,与氧自由基还可以结合形成过氧化氢自由基,重排和脱水后形成羰基。因此,在1720厘米的伸缩振动峰¹逐渐增强和氧化程度加深。温度和紫外线的共同作用下,氧化PVDF可以继续反应和骨折。因此,PVDF-coated面料的力学性能逐渐降低在膜结构的服务时间。

3.5。多元相关分析

在本节中,所有属性PVDF-coated织物通过PCA方法进行了分析,为了建立机械和物理性能之间的相关性。4组实验面料的属性之间的相关性是描绘在图11。这个情节有助于明确属性之间的关系,估计他们之间形成的角度向量。centred-reduced实验数据的统计分析,采用部分所示2.3。在这个图表,每个变量是由一个向量(总共九个变量)。向量的方向和长度给每个变量的信息对主成分的贡献。

在工程应用中,拉伸强度和撕裂强度总是结构设计的焦点。从数据可以看出(11日)- - - - - -11 (d)抗拉强度之间,一个小角( )和抗撕强度( )向量是没有例外,所以他们非常相关。事实上,拉伸强度和撕裂强度降低与风化作用显著。除此之外,所有的涂层面料岁之间anticorrelation力学性能( )和(瞳色坐标)。因此,机械性能损失(抗拉强度和撕裂强度降低)可能是定量的因为他们反对增加。

此外,我们可以看到,CA(接触角)显示一个与机械性能的两个组件(密切相关 )。正如上面提到的,接触角变小和服务时间的增加明显。CA和之间的正相关关系提出了 表明,力学性能与表面状态的标本。可以推断,微裂隙和洞穴出现在表面老化可能导致抗拉强度和撕裂强度的降低。

从图很明显(11日)破坏时应变( )和抗撕强度形成一个角度小于45°,这意味着他们是未老化的面料呈正相关。这是符合海格的研究等。53],它提出了一个通用方程有关的抗撕强度给定织物的断裂伸长率。然而,我们可以看到数据11 (b)- - - - - -11 (d)破坏时应变之间的角度( )并与老化时间增加抗撕强度加大。岁的面料,破坏时应变( )和不认为抗撕强度呈正相关,因为纤维的可扩展性在衰老进程的影响。

系数矩阵的未老化的PVDF-coated面料(0)组和年龄面料(组1 - 3)是通过PCA和表所示7- - - - - -10。膜材料的力学性能是重要的因素,以确保设计的准确性,膜结构的分析和评价。从表可以看出7- - - - - -10之间的相关系数和是最大的(> 0.8),表明有一个显著的抗拉强度和撕裂强度之间的相关性。此外,接触角(CA)和瞳色坐标性能指标的相关系数(绝对值)大于0.5。结果demonstate,接触角(CA)与抗拉强度正相关,而瞳色坐标与抗拉强度成负相关的关系。同样,接触角(CA)和瞳色坐标也是指数的相关系数(绝对值)大于0.5。这表明,接触角(CA)与抗撕强度呈正相关,而瞳色坐标与撕裂强度负相关。这些结论与上述相关分析的结果一致。

服务期间的膜结构,膜材料的合理进行破坏性测试。这些结果提供额外的方法来评估就地膜材料的工程结构。考虑到拉力测试和撕裂测试是破坏性的,和CA指数可以作为预测力学性能的膜材料和膜材料的老化程度评价。它提供了一种参考方法评价原位膜材料现有的膜结构。众所周知,分子结构变化和高分子链断开可能导致退化的外表和物理和力学性能。Lv et al。54]研究了分子量和等规聚丙烯的抗拉强度之间的关系(iPP),它被发现与实证线性模型一致。然而,分子量的实验研究PVDF-coated面料还没有完成,这是未来的研究方向。

4所示。结论

为了保证膜结构的使用寿命,膜材料的降解在一生中是一个值得考虑的问题。本文研究的老化行为PVDF-coated面料在实际工程应用中,通过调查微观结构,物理特性,基于统计分析和力学性能。三组涂层面料岁来自中国不同的工程结构,进行测试和分析。

Spectrocolorimetric测量报告增加和风化后减少。这意味着膜表面变黑,变成黄色。接触角和厚度测量也用来描述物理特性。年龄在面料的表面被破解,粘性,导致材料的清洗困难。此外,由扫描电镜拍摄的图像允许我们观察材料的退化。然后,综合机械性能的测试数据收集。面料岁失去了他们的一些最初的力学性能,尤其是抗拉强度和撕裂强度。这些属性被认为是基本的估计涂层织物的长期行为。此外,保留的力学性能与未老化的涂层面料也计算和上市。退化岁织物的撕裂强度比抗拉强度发现更明显。 Fourier Transform Infrared spectrum analysis was employed to characterize the molecular structure of PVDF.

此外,年龄PVDF-coated织物的力学性能仍然符合正态分布。虽然表示抗拉强度之间的关系曲线和老化时间无法确认,可以整体变化趋势。在膜材料的使用寿命,抗拉强度降低而标准差的平均值增加,意味着材料属性的不确定性增加。因此,材料性能退化的可靠性显著,涂层织物的承载力是不利地影响。这些数据不确定性的力学性能的可靠性计算应考虑膜结构的耐久性设计。

本文的另一个目标是提供分析方法评价就地膜材料。机械性能之间的主成分分析显示anticorrelation ( )和(瞳色坐标)的所有3岁组面料。此外,CA(接触角)之间的积极关系和力学性能( )表明,力学性能与表面状态有关。考虑到实验力学性能(拉伸测试,把测试)是破坏性的膜材料,和CA可以用作涂层织物在使用寿命的预测指标。这种类型的指标可以提供足够的信息,以便计划,及时更换膜材料。这项研究提供了一个进一步了解年龄PVDF-coated织物的物理力学性能和耐久性评估提供参考。

数据可用性

所需的原始/处理数据复制这些发现也不能在这个时候作为数据共享一个正在进行的研究的一部分。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(51778458)。北京Guanlit膜结构技术有限公司非常感谢提供自然老化涂层面料。

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