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、樹脂、玻璃纖維/樹脂間的界面組成。大量研究表明，纖維和樹脂間界面的粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)纖維增強(qiáng)樹脂基復(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; 樹脂選用環(huán)氧乙烯基樹脂、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，攪拌均勻后注入樹脂浸漬槽，玻璃纖維浸漬樹脂后在模具內(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 選擇樹脂

       不同樹脂制成的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)間苯型聚酷樹脂的斷裂形式為崩斷，這說(shuō)明該樹脂與玻璃纖維的浸潤(rùn)性很差，樹脂沒(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

       由圖可知，抗拉強(qiáng)度隨延伸率的增加而增加，開始時(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。

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) 在所選用的三種樹脂中，以玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧乙烯基樹脂的效果最好，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)