玻璃鋼拉擠型材力學性能研究

　　1 前言

　　玻璃鋼拉擠型材因其具有比強度高、質(zhì)量輕、抗沖擊、耐腐蝕、絕緣、隔熱等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電工、建筑、交通及娛樂等領(lǐng)域。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，用玻璃鋼拉擠型材取代高強度鋼絲的趨勢正逐年增加[4]。

　　玻璃鋼拉擠型材主要由玻璃纖維、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)強度對纖維增強樹脂基復(fù)合材料的力學性能影響顯著[51。因此可通過增加纖維/樹脂間界面的粘結(jié)強度提高玻璃鋼拉擠型材的拉伸強度，擴大玻璃鋼拉擠型材的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　2 試驗研究

　　2.1原材料

　　玻璃纖維選用1200TEX的無堿、無捻粗紗; 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氧化物有限公司生產(chǎn)的過氧化碳酸酷。

　　2.2 成型工藝

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

　　2.3 試驗方法

　　玻璃鋼拉擠型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。將玻璃鋼拉擠型材截取若干個300 mm長的樣條，在材料試驗機上測量其拉伸性能。

　　3 試驗結(jié)果與分析

　　3.1 選擇樹脂

　　不同樹脂制成的玻璃鋼拉擠型材的抗拉強度如圖2所示，由圖2可知，玻璃纖維增強環(huán)氧乙烯基樹脂的抗拉強度比較高，其斷裂形式為崩裂:而玻璃纖維增強間苯型聚酷樹脂的斷裂形式為崩斷，這說明該樹脂與玻璃纖維的浸潤性很差，樹脂沒有起到傳遞載荷的作用，因此其抗拉強度比較低。

　　3.2 不同條件下的抗拉強度

　　將玻璃纖維增強環(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，在材料試驗機上測量其拉伸性能，結(jié)果如圖3、圖4所示。

　　由圖可知，抗拉強度隨延伸率的增加而增加，開始時增加較快，而后逐漸減慢。在GFRP試樣被拉斷前，在保溫時間相同的情況下，溫度越高，達到相同延伸率所需的抗拉強度就越大;同樣，在同一溫度下，保溫時間越長，達到相同延伸率所需的抗拉強度就越大。即拉伸彈性模量隨溫度的升高而變大，隨保溫時間的延長而增加。從斷裂時的抗拉強度和延伸率來看，隨著溫度的升高和保溫時間的延長，斷裂時的抗拉強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間的延長，玻璃鋼拉擠型材的物理、化學性質(zhì)均會發(fā)生變化‘，肖d弱了樹脂基體和纖維之間的粘結(jié)強度，導(dǎo)致斷裂時的抗拉強度和延伸率下降。

　　另外，值得說明的是，玻璃鋼拉擠型材在拉伸過程中沒有屈服點，即不象金屬材料那樣先產(chǎn)生屈服、再縮頸、斷裂。而是突然崩斷，沒有一點斷裂征兆。因此在進行玻璃鋼拉擠型材結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要考慮這點。

　　4 結(jié)論

　　(1) 在所選用的三種樹脂中，以玻璃纖維增強環(huán)氧乙烯基樹脂的效果比較好，其抗拉強度高，高于同規(guī)格鋼絲的抗拉強度。

　　(2) 斷裂時的抗拉強度和延伸率隨加熱溫度的升高和保溫時間的延長而降低，但仍接近于同等條件下的鋼絲。

　　(3) 在GFRP實際應(yīng)用時，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上考慮其沒有屈服點，且在高溫下使用時應(yīng)避免承受較大的彎曲應(yīng)力。