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。 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。
圖2 不同樹(shù)脂的抗拉強(qiáng)度值
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。
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
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
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)