玻璃钢复合材料拉挤型材耐久性概述(二)
2022-10-11 09:03:42
接上页，玻璃钢复合材料拉挤型材耐久性能概述（一）
三、数据来说话
基于以上最受关注的几种环境条件以及从试验中收集到的数据，我们可以定量地分析FRP的拉伸、压缩、弯曲和剪切性能受环境的影响。由于篇幅限制，在此仅展示部分数据和分析结果。
1、在浸水/潮湿条件下的老化分析
2、在碱性溶液条件下的老化分析
碱性溶液的试验结果与浸水/潮湿条件下相似：大多数试验时间在一年以内，这些试验中的暴露温度通常为20、40、60和80°C。除少数试验进行了1年半到2年半，几乎所有试验的试验时间都较短。
从下图可以看出，试验数据离散度较大，无法得到能指导设计的结论；而且，在现有的试验数据中，还出现了相互严重矛盾的结果，这是观察到的老化作用在试验中并未完全完成所导致的。因此，建议在未来进行时间更长的试验，以便全面地观测到FRP在碱性溶液中的老化行为。
1）pH值约为8的弱碱性溶液，模拟海水或咸水环境；
2）pH值约为13的强碱性溶液，模拟混凝土孔隙环境或其他恶劣的碱性环境。总体趋势是，在碱溶液中FRP拉挤型材的力学性能会随着试验时间和温度的增加而降低。此外，相比弱碱环境，强碱环境可能导致FRP材料发生更严重的老化。
3、在高/低温条件下的老化分析
典型的试验条件包括将FRP材料暴露于高温或低温的空气中，试验温度从-100到700℃不等，大多数测试是在200°C以下的温度下进行的。
较低的温度可能会使FRP材料硬化，从而导致力学性能提高。相反，高温可能会使树脂基体软化，从而破坏其在纤维和基体之间传递应力的能力。总的来说，残余抗拉强度和温度呈现线性负相关。
4、在自然条件下的老化分析
四、现有标准
在过去的十年中，FRP拉挤型材的应用标准正在全球不同的国家和/或地区建立，例如国家标准《结构用纤维增强复合材料拉挤型材》GB/T 31539中，考虑了四种耐久性能。
五、建议与展望
FRP拉挤型材耐久性能优越，亟待开展广泛深入的研究。当前的理论预测模型，受限于有限的试验数据，并不能广泛地应用于FRP耐久性的预测；而且，过去几十年虽然进行了众多耐久性的试验，但结果往往不能进行相互比较、从而得出统一的结论。基于对过去20年相关研究数据的总结和分析，本文建议：
1.对于所有类型的加速老化试验，建议更长的试验时间。
2.建议加强对拉挤型材横向性能和抗压性能的老化分析。
3.在评估和预测老化行为时，建议考虑纤维和基体类型、纤维含量和试样厚度的影响。
4.建议在老化试验中单独考虑每种环境作用（在未来一段时间内，不建议进行复合环境作用的老化试验），以便真正摸清材料的老化机理、指导FRP结构的设计和使用。
5.建议改进、统一标准试验方法，并在未来开发更准确的耐久性预测模型。
FRP耐久性的研究好比是一张拼图，国内外每一位学者的试验，都是为其添上重要的一块。我们相信，随着学术界的共同努力，和社会各界的鼎力支持，FRP耐久性的研究终将合成一副美丽的画卷，大力推动FRP材料在未来的广泛应用。
回顾历史：我国的科技工作者早在44年前就对FRP耐久性能进行了系统研究，仅以本文向老一辈科技工作者致敬。
《玻璃钢老化和防老化》封面及目录
文章来源：FengSLab
三、数据来说话
基于以上最受关注的几种环境条件以及从试验中收集到的数据，我们可以定量地分析FRP的拉伸、压缩、弯曲和剪切性能受环境的影响。由于篇幅限制，在此仅展示部分数据和分析结果。
1、在浸水/潮湿条件下的老化分析
FRP在浸水/潮湿、酸碱溶液条件下试验的时间和温度统计
根据目前的试验数据，大多数溶液条件下的耐久性试验（包括浸水、浸碱溶液、浸酸溶液）的时间都在一年以内，试验温度通常为20、40、60和80℃。对于浸水/潮湿条件，温度从20（室温）到80°C不等，该温度幅度足以模拟FRP结构在实际环境中的服役温度。但是，较短的试验时间可能会影响耐久性试验结果的可靠性。由于树脂基体的后固化效应以及纤维-基体界面和基体在水中缓慢降解的影响需要较长的试验时间才能完全体现，本文基于现有研究的结果、综合了多国研究人员的建议，推荐了最短的试验时间，即18个月。
浸水/潮湿条件下，归一化的残余抗拉强度与试验时间的关系
图中实线和虚线是在不同温度下残余拉伸强度的近似趋势线。从上图可见，来自不同试验的数据较为分散，因此只能观察到材料的老化趋势，即水分会引起FRP拉挤型材抗拉强度的下降，随着暴露时间和温度的增加，这种下降行为会更加明显。2、在碱性溶液条件下的老化分析
碱性溶液的试验结果与浸水/潮湿条件下相似：大多数试验时间在一年以内，这些试验中的暴露温度通常为20、40、60和80°C。除少数试验进行了1年半到2年半，几乎所有试验的试验时间都较短。
从下图可以看出，试验数据离散度较大，无法得到能指导设计的结论；而且，在现有的试验数据中，还出现了相互严重矛盾的结果，这是观察到的老化作用在试验中并未完全完成所导致的。因此，建议在未来进行时间更长的试验，以便全面地观测到FRP在碱性溶液中的老化行为。
碱性溶液条件下，归一化的残余抗拉强度与试验时间的关系
本文将碱溶液的pH值分为了两类：1）pH值约为8的弱碱性溶液，模拟海水或咸水环境；
2）pH值约为13的强碱性溶液，模拟混凝土孔隙环境或其他恶劣的碱性环境。总体趋势是，在碱溶液中FRP拉挤型材的力学性能会随着试验时间和温度的增加而降低。此外，相比弱碱环境，强碱环境可能导致FRP材料发生更严重的老化。
3、在高/低温条件下的老化分析
典型的试验条件包括将FRP材料暴露于高温或低温的空气中，试验温度从-100到700℃不等，大多数测试是在200°C以下的温度下进行的。
探究温度作用的试验统计
较低的温度可能会使FRP材料硬化，从而导致力学性能提高。相反，高温可能会使树脂基体软化，从而破坏其在纤维和基体之间传递应力的能力。总的来说，残余抗拉强度和温度呈现线性负相关。
归一化的残余抗拉强度与试验温度的关系
4、在自然条件下的老化分析
探究自然条件影响的试验统计
自然条件是多种条件的结合，协同影响FRP拉挤型材的力学性能。现有试验中，最短的暴露时间为100天，而最长的暴露时间为8年。自然条件包括试验室条件下模拟的自然环境、瑞士的季节性条件、葡萄牙的城市环境以及沙特阿拉伯的干旱环境。世界各地的环境会对FRP拉挤型材的力学性能有不同的影响。因此，建议根据FRP材料实际使用环境来选择并进行加速老化试验。四、现有标准
在过去的十年中，FRP拉挤型材的应用标准正在全球不同的国家和/或地区建立，例如国家标准《结构用纤维增强复合材料拉挤型材》GB/T 31539中，考虑了四种耐久性能。
标准截图
但各国现有的工程设计标准规范尚未能涵盖所有可能影响FRP材料性能的环境因素。因此，本文建议改进现有的设计方法，进一步考虑所有类型的环境作用对FRP拉挤型材的影响。五、建议与展望
FRP拉挤型材耐久性能优越，亟待开展广泛深入的研究。当前的理论预测模型，受限于有限的试验数据，并不能广泛地应用于FRP耐久性的预测；而且，过去几十年虽然进行了众多耐久性的试验，但结果往往不能进行相互比较、从而得出统一的结论。基于对过去20年相关研究数据的总结和分析，本文建议：
1.对于所有类型的加速老化试验，建议更长的试验时间。
2.建议加强对拉挤型材横向性能和抗压性能的老化分析。
3.在评估和预测老化行为时，建议考虑纤维和基体类型、纤维含量和试样厚度的影响。
4.建议在老化试验中单独考虑每种环境作用（在未来一段时间内，不建议进行复合环境作用的老化试验），以便真正摸清材料的老化机理、指导FRP结构的设计和使用。
5.建议改进、统一标准试验方法，并在未来开发更准确的耐久性预测模型。
FRP耐久性的研究好比是一张拼图，国内外每一位学者的试验，都是为其添上重要的一块。我们相信，随着学术界的共同努力，和社会各界的鼎力支持，FRP耐久性的研究终将合成一副美丽的画卷，大力推动FRP材料在未来的广泛应用。
回顾历史：我国的科技工作者早在44年前就对FRP耐久性能进行了系统研究，仅以本文向老一辈科技工作者致敬。
《玻璃钢老化和防老化》封面及目录
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