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新型玻璃纖維增強(qiáng)塑料的發(fā)展
發(fā)布時(shí)間：2020-01-09 20:58:53 點(diǎn)擊率：
玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP），俗稱玻璃鋼, 是一種有機(jī)非金屬跟無機(jī)非金屬復(fù)合的塑料基復(fù)合材料，包含機(jī)體和增強(qiáng)體兩部分。GFRP的基體是樹脂，是一種熱固性塑料，同時(shí)也是一種有機(jī)非金屬材料，包含環(huán)氧(EP)、酚醛樹脂(PF)等，起粘結(jié)作用。GFRP的增強(qiáng)體是玻璃纖維，起增強(qiáng)作用，是一種無機(jī)非金屬的人造無機(jī)纖維。
圖1 玻璃鋼制品——椅子
GFRP 的自然老化性能
玻璃纖維增強(qiáng)塑料因具有較高的比強(qiáng)度和比模量、易整體成型及性能可設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，在各領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，特別是在土木工程中，作為建筑材料中的一個(gè)重要角色，同樣要面對共同的敵人自然環(huán)境老化。自然環(huán)境老化是表征材料自然環(huán)境服役、存儲等性能的關(guān)鍵，因此人們對于新型GFRP復(fù)合材料的研究從未停止。
通過對玻璃纖維增強(qiáng)塑料在西雙版納熱帶雨林地區(qū)的大氣暴露3年和庫內(nèi)暴露10年樣品分別進(jìn)行研究，考察了其拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量、壓縮強(qiáng)度5種力學(xué)性能及變化趨勢，并使用掃描電子顯微鏡對樣品形貌進(jìn)行了微觀分析發(fā)現(xiàn)，GFRP樣品在西雙版納地區(qū)經(jīng)3年大氣暴露后，材料顏色較未老化試樣發(fā)生明顯變化，同時(shí)在光、氧、濕度等綜合因素作用下，樹脂與玻璃纖維間的橋接作用發(fā)生破壞，導(dǎo)致樹脂脫落，增強(qiáng)相纖維發(fā)生外露，而庫內(nèi)暴露10年后，材料無論是顏色還是表面形貌均未發(fā)生明顯變化。
碳纖維增強(qiáng)玻璃纖維增強(qiáng)塑料
輸電線路桿塔是支承架空輸電線路導(dǎo)線和地線并使它們之間以及與大地之間保持電氣安全距離的桿形或塔形構(gòu)筑物，其結(jié)構(gòu)性能直接影響線路的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料桿塔因具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、絕緣性優(yōu)良和結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)等優(yōu)勢，已經(jīng)受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。然而復(fù)合材料桿塔存在彈性模量低、載荷作用下變形較大等問題，限制了其推廣應(yīng)用。
如圖2所示，新型GFRP是將碳纖維層鋪于玻璃纖維纏繞層中形成夾芯結(jié)構(gòu)，并且錐形桿塔的桿身根部采用等徑結(jié)構(gòu)。利用有限元分析方法對GFRP桿塔的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行了驗(yàn)證。
結(jié)果表明，在滿足強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，碳纖維的加入可以有效提高GFRP桿塔的剛度，減小桿身位移。桿身根部采用等徑結(jié)構(gòu)可以有效增加桿塔剛度，桿身厚度減小使得桿塔變形及桿身質(zhì)量進(jìn)一步優(yōu)化，該研究成果一定程度上提高了GFRP輸電桿塔的可使用范圍。
圖2 桿身材料結(jié)構(gòu)
合成樹脂的性能和種類很大程度上影響到了GFRP的各項(xiàng)性能，在玻璃纖維的承載作用下，GFRP體現(xiàn)出了諸如質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高，耐腐蝕性能好，成型和可設(shè)性好，透光性好等主要優(yōu)點(diǎn)。隨著全球節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，綜合效益優(yōu)良的GFRP產(chǎn)品將受到越來越多行業(yè)的青睞。
來自：蒂森新材料
