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玻纖增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料拉擠絲材力學(xué)性能研究

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-07-18  來(lái)源:復(fù)材應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)  瀏覽次數(shù):63
核心提示:海港碼頭、嚴(yán)寒地區(qū)的路面、化工廠、水處理廠等工程中,鋼絞線因腐蝕而發(fā)生明顯的早期劣化,最終引起構(gòu)筑物的毀壞。采用鍍鋅鋼絞線、環(huán)氧涂覆鋼絞線只能起到緩解的作用,無(wú)法從根本上解決腐蝕問(wèn)題。GFRP絞線以其耐腐蝕、強(qiáng)度高、重量輕、施工便捷等特點(diǎn)及低廉的價(jià)格,在某些特殊場(chǎng)合正在逐步代替鋼絞線。

1 前言 

      GFRP 絲材因其具有比強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、抗沖擊、耐腐蝕、絕緣、隔熱等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于電工、建筑、交通及娛樂(lè)等領(lǐng)域[1-3]。為滿足減輕質(zhì)量及特殊環(huán)境條件的需要,制作石油開(kāi)采的抽油稈、混凝土預(yù)應(yīng)力筋、懸索橋的高應(yīng)力索等材料發(fā)生了重大變革,用GFRP絲材取代高強(qiáng)度鋼絲的趨勢(shì)正逐年增加[4]。然而,由于我國(guó)目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度玻璃纖維的工業(yè)化生產(chǎn),國(guó)外又對(duì)此實(shí)行封鎖,致使國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度玻璃纖維奇缺,限制了高強(qiáng)度GFRP絲材在我國(guó)的應(yīng)用領(lǐng)域。

      GFRP主要由玻璃纖維、樹(shù)脂、玻璃纖維/樹(shù)脂間的界面組成。大量研究表明,纖維和樹(shù)脂間界面的粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能影響顯著[51。因此可通過(guò)增加纖維/樹(shù)脂間界面的粘結(jié)強(qiáng)度提高GFRP絲材的拉伸強(qiáng)度,擴(kuò)大GFRP絲材的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 試驗(yàn)研究

2.1原材料 

       玻璃纖維選用1200TEX的無(wú)堿、無(wú)捻粗紗,其新生態(tài)纖維抗拉強(qiáng)度為3568MPa,彈性模量為76GPa; 樹(shù)脂選用環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂、間苯型不飽和聚酷、鄰苯型不飽和聚醋三種,它們的耐熱性均能達(dá)到120℃以上;脫模劑選用哈爾濱玻璃鋼研究所生產(chǎn)的專用于拉擠工藝的硬脂酸鋅;引發(fā)劑選用天津阿克蘇諾貝爾過(guò)氧化物有限公司生產(chǎn)的過(guò)氧化碳酸酷。

2.2 成型工藝 

      GFRP 絲材采用拉擠成型工藝生產(chǎn),該工藝具有自動(dòng)化程度高、原材料利用率高和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),其工藝流程如圖1所示。

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2.3 試驗(yàn)方法

      GFRP 絲材的制備方法是將樹(shù)脂、引發(fā)劑與脫模劑按一定的重量比混合,攪拌均勻后注入樹(shù)脂浸漬槽,玻璃纖維浸漬樹(shù)脂后在模具內(nèi)連續(xù)拉擠固化成型。將GFRP絲材截取若干個(gè)300 mm長(zhǎng)的樣條,在電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量其拉伸性能。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 選擇樹(shù)脂

       不同樹(shù)脂制成的GFRP絲材的抗拉強(qiáng)度如圖2所示,由圖2可知,玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂的抗拉強(qiáng)度最高,其斷裂形式為崩裂:而玻璃纖維增強(qiáng)間苯型聚酷樹(shù)脂的斷裂形式為崩斷,這說(shuō)明該樹(shù)脂與玻璃纖維的浸潤(rùn)性很差,樹(shù)脂沒(méi)有起到傳遞載荷的作用,因此其抗拉強(qiáng)度最低。

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圖2 不同樹(shù)脂的抗拉強(qiáng)度值

3.2 不同條件下的抗拉強(qiáng)度 

       將玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂的樣條放在烘箱內(nèi),分別在1200C.1 50℃下保溫500h.8 00h和1000h后取出,在電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量其拉伸性能,結(jié)果如圖3、圖4所示。

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圖3 GFRP絲材在120℃下的抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率間的關(guān)系曲線

       由圖可知,抗拉強(qiáng)度隨延伸率的增加而增加,開(kāi)始時(shí)增加較快,而后逐漸減慢。在GFRP試樣被拉斷前,在保溫時(shí)間相同的情況下,溫度越高,達(dá)到相同延伸率所需的抗拉強(qiáng)度就越大;同樣,在同一溫度下,保溫時(shí)間越長(zhǎng),達(dá)到相同延伸率所需的抗拉強(qiáng)度就越大。即拉伸彈性模量隨溫度的升高而增大,隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。從斷裂時(shí)的抗拉強(qiáng)度和延伸率來(lái)看,隨著溫度的升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng),斷裂時(shí)的抗拉強(qiáng)度和延伸率均有不同程度的減小。這是由于隨著溫度的升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng),GFRP絲材的物理、化學(xué)性質(zhì)均會(huì)發(fā)生變化,削弱了樹(shù)脂基體和纖維之間的粘結(jié)強(qiáng)度,導(dǎo)致斷裂時(shí)的抗拉強(qiáng)度和延伸率下降。

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圖4 GFRP絲材在150℃下的抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率間的關(guān)系曲線

      另外,值得說(shuō)明的是,GFRP絲材在拉伸過(guò)程中沒(méi)有屈服點(diǎn),即不象金屬材料那樣先產(chǎn)生屈服、再縮頸、最后斷裂。而是突然崩斷,沒(méi)有一點(diǎn)斷裂征兆。因此在進(jìn)行GFRP結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),必須考慮這點(diǎn)。

4 結(jié)論 

      (1) 在所選用的三種樹(shù)脂中,以玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧乙烯基樹(shù)脂的效果最好,其抗拉強(qiáng)度最高,高于同規(guī)格鋼絲的抗拉強(qiáng)度。
      (2) 斷裂時(shí)的抗拉強(qiáng)度和延伸率隨加熱溫度的升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而降低,但仍接近于同等條件下的鋼絲。 
      (3) 在GFRP實(shí)際應(yīng)用時(shí),應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮其沒(méi)有屈服點(diǎn),且在高溫下使用時(shí)應(yīng)避免承受較大的彎曲應(yīng)力。(end)
 
 
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