新型玻璃纤维增强塑料的发展
发布时间：2020-01-09 20:58:53 点击率：
玻璃纤维增强塑料（GFRP），俗称玻璃钢, 是一种有机非金属跟无机非金属复合的塑料基复合材料，包含机体和增强体两部分。GFRP的基体是树脂，是一种热固性塑料，同时也是一种有机非金属材料，包含环氧(EP)、酚醛树脂(PF)等，起粘结作用。GFRP的增强体是玻璃纤维，起增强作用，是一种无机非金属的人造无机纤维。
图1 玻璃钢制品——椅子
GFRP 的自然老化性能
玻璃纤维增强塑料因具有较高的比强度和比模量、易整体成型及性能可设计等特点，在各领域都得到了广泛应用，特别是在土木工程中，作为建筑材料中的一个重要角色，同样要面对共同的敌人自然环境老化。自然环境老化是表征材料自然环境服役、存储等性能的关键，因此人们对于新型GFRP复合材料的研究从未停止。
通过对玻璃纤维增强塑料在西双版纳热带雨林地区的大气暴露3年和库内暴露10年样品分别进行研究，考察了其拉伸强度、拉伸弹性模量、弯曲强度、弯曲弹性模量、压缩强度5种力学性能及变化趋势，并使用扫描电子显微镜对样品形貌进行了微观分析发现，GFRP样品在西双版纳地区经3年大气暴露后，材料颜色较未老化试样发生明显变化，同时在光、氧、湿度等综合因素作用下，树脂与玻璃纤维间的桥接作用发生破坏，导致树脂脱落，增强相纤维发生外露，而库内暴露10年后，材料无论是颜色还是表面形貌均未发生明显变化。
碳纤维增强玻璃纤维增强塑料
输电线路杆塔是支承架空输电线路导线和地线并使它们之间以及与大地之间保持电气安全距离的杆形或塔形构筑物，其结构性能直接影响线路的安全性、经济性和可靠性。玻璃纤维增强树脂基复合材料杆塔因具有轻质高强、耐腐蚀、绝缘性优良和结构可设计等优势，已经受到了国内外学者的广泛关注。然而复合材料杆塔存在弹性模量低、载荷作用下变形较大等问题，限制了其推广应用。
如图2所示，新型GFRP是将碳纤维层铺于玻璃纤维缠绕层中形成夹芯结构，并且锥形杆塔的杆身根部采用等径结构。利用有限元分析方法对GFRP杆塔的材料和结构设计合理性进行了验证。
结果表明，在满足强度要求的基础上，碳纤维的加入可以有效提高GFRP杆塔的刚度，减小杆身位移。杆身根部采用等径结构可以有效增加杆塔刚度，杆身厚度减小使得杆塔变形及杆身质量进一步优化，该研究成果一定程度上提高了GFRP输电杆塔的可使用范围。
图2 杆身材料结构
合成树脂的性能和种类很大程度上影响到了GFRP的各项性能，在玻璃纤维的承载作用下，GFRP体现出了诸如质量轻、比强度高，耐腐蚀性能好，成型和可设性好，透光性好等主要优点。随着全球节能标准的不断提高，综合效益优良的GFRP产品将受到越来越多行业的青睐。
来自：蒂森新材料
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