GFRP丝材的力学性能研究.pdf

GFRP丝材的力学性能研究 ．田文彤周一亮 (江苏法尔胜技术开发中心江阴 214433) 摘要：海港码头、严寒地区的路面、化工厂、水处理厂等工程中，钢绞线因腐蚀丽发生明显的早期劣化， 最终引起构筑物的毁坏。采用镀锌钢绞线、环氧涂覆钢绞线只能起到缓解的作用，无法从根本上解决腐蚀问题。 GFRP绞线以其耐腐蚀、强度高、重量轻、施工便捷等特点及低廉的价格，在某些特殊场合正在逐步代替钢绞 线。GFRP绞线是由若干根GFRP丝材经特殊工艺捻制而成，因此其性能主要取决于GFRP丝材的性能。本研 究采用拉挤成型工艺制各GFRP丝材。研究了玻璃纤维与树脂的粘合力对其力学性能的影响，测量了其在不同 温度下的力学行为。结果表明，纤维与树脂闻的接合情况对拉伸断裂方式有很大的影响，不同湿度下的拉伸断 4C的环境温度下傈温I小时，对其抗拉强度、断裂伸长率影响较小，但对抗弯 口形貌也有所不同，在低予100 强度影响较大。指出了其在实际应用中的局限性，阐述了影响GFRP丝材力学性能的主要原因，为进一步提高 其力学性能、拓展其应用范围打下了坚实的理论基础。 断裂伸长率 关键词：GFRP丝材抗拉强度 l 前言 GFRP丝材因其具有比强度高、质量轻、抗冲击、耐腐蚀、绝缘、隔热等优点，广泛应用于电工、建 筑、交通及娱乐等领域‘卜31。为满足减轻质量及特殊环境条件的需要，制作石油开采的抽油秆、混凝土预应 力筋、悬索桥的高应力索等材料发生了重大变革，用GFRP丝材取代高强度钢丝的趋势正逐年增加【4l。然 而，由于我国目前还无法实现高强度玻璃纤维的工业化生产，国外又对此实行封锁，致使国内高强度玻璃 纤维奇缺，限制了高强度GFRP丝材在我国的应用领域。 GFRP主要由玻璃纤维、树脂、玻璃纤维／树脂间的界面组成。大量研究表明，纤维和树脂间界面的粘 结强度对纤维增强树脂基复合材料的力学性能影响显著f引。因此可通过增加纤维∥附脂间界面的粘结强度提 高GFRP丝材的拉伸强度，扩大GFRP丝材的应用领域。 2试验研究 2．1原材料 树脂选用环氧乙烯基树脂、间苯型不饱和聚酯、邻苯型不饱和聚酯三种，它们的耐热性均能达到120。C以 上；脱模剂选用哈尔滨玻璃钢研究所生产的专用于拉挤工艺的硬脂酸锌；引发剂选用天津阿克苏诺贝尔过 氧化物有限公司生产的过氧化碳酸酯。 2．2成型工艺 GFRP丝材采用拉挤成型工艺生产，该工艺具有自动化程度高、原材料利用率高和产品质量稳定等优 点，其工艺流程如图1所示。 图J拉挤成型工艺流程示意图 第一作者：田文彤女t968年出生工程师 l 工业建筑2004年增刊 2．3试验方法 GFRP丝材的制备方法是将树脂、引发剂与脱模剂按一定的重量比混合，搅拌均匀后注入树脂浸渍槽， 玻璃纤维浸渍树脂后在模具内连续拉挤固化成型。将GFRP丝材截取若干个300蕊长的样条，在电子万能 材料试验机上测量其拉伸性能。 3试验结果与分析 3．i选择树脂 不同树脂制成的GFRP丝材的抗拉强度如图2所示，由图2可知，玻璃纤维增强环氧乙烯基树脂的抗 拉强度最高，其断裂形式为崩裂；而玻璃纤维增强间苯型聚酯树脂的断裂形式为崩断，这说明该树脂与玻 璃纤维的浸润性很差，树脂没有起到传递载荷的作用，因此其抗拉强度最低。 ∞ a- 乏 ^ 巡 蠢 曩 罨 环氧乙烯基树脂 间苯型聚酯树脂 邻苯型聚酯树脂 图2不同树脂的抗拉强度值 3．2不同条件下的抗拉强度 后取出，在电子万能材料试验机上测量其拉伸性能，结果如图3、图4所示。 断