目前,中國玻璃纖維的生產(chǎn)量和消費量占據(jù)世界榜首,有很多品種供選擇,正確理解這些玻璃纖維的特性,對GFRP筋生產(chǎn)至關(guān)重要。
玻璃纖維的性能隨玻璃成分的變化而變化,見呼和浩特玻璃分享的表1-1各種玻璃纖維的成分與性能:
主要玻璃纖維成分有5種,即無堿E玻璃纖維、中堿C玻璃纖維、高堿A玻璃纖維、耐堿AR玻璃纖維和高強度S玻璃纖維,有代表性的成分見表1-1,事實上這些成分在一定程度上可以變化,從而形成各公司的產(chǎn)品,并受到相關(guān)專利的保護;此外,還包括高模量M玻璃纖維,其模量高于S玻璃纖維,但目前多為實驗室小批量生產(chǎn),價格較高;低介電性能D玻璃纖維,其力學性能遠低于E玻璃纖維,但密度和介電常數(shù)都比較低,適合于雷達天線罩結(jié)構(gòu);多種玻璃纖維的斷裂延伸率在3%~4%之間,當溫度超過300℃時,力學性能指標就可能有較大幅度下降。
就GFRP筋而言,受到關(guān)注和得到應(yīng)用的是無堿E玻璃纖維,中堿C玻璃纖維和高堿A玻璃纖維只是用于臨時性支護結(jié)構(gòu)中的筋材、錨桿等,主要作用是盡量降低生產(chǎn)成本(高堿A玻璃纖維價格是E玻璃纖維的一半以下)并維持一定的力學性能,從而滿足使用需要。隨著時間的延長和環(huán)境溫度、濕度的變化,由于這些玻璃纖維中較高含量的堿金屬吸收空氣中的水分而自身力學性能的下降,采用中堿C玻璃纖維和高堿A玻璃纖維制備的筋材、錨桿等,力學性能衰減較快。
而由E玻璃纖維制造的GFRP筋材,力學性能的長期穩(wěn)定性較好,只是在堿溶液條件下,E玻璃纖維仍然面臨堿腐蝕問題。耐堿AR玻璃纖維是專用于增強混凝土結(jié)構(gòu)的,高的氧化鋯成分保證了其在混凝土的強堿性環(huán)境下,仍然能夠保持較高的剩余強度,但此玻璃纖維的強度低于E玻璃纖維,且纖維表面沒有偶聯(lián)劑成分,導致其與樹脂的結(jié)合能力較低。
另外,高的堿金屬含量導致其容易吸收水分而力學性能下降,此玻璃纖維價格是E玻璃纖維的3倍左右,從多方面考慮,雖然此玻璃纖維特有的抗堿腐蝕能力突出,但目前不用于制造GFRP筋。
高強度S玻璃纖維和高模量M玻璃纖維,這兩類玻璃纖維的價格是E玻璃纖維2倍以上,可使GFRP筋的強度和模量相應(yīng)提高,但就原材料成本的提高與最終產(chǎn)品力學性能的提高而言,基于應(yīng)用目標的技術(shù)經(jīng)濟性并沒有優(yōu)勢,因而不是GFRP筋的首選材料;
在要求強度、模量更高的GFRP錨索中可采用此玻璃纖維,以與CFRP、AFRP錨索形成競爭,并可能具有一定的性價比優(yōu)勢,此方面應(yīng)用屬于預(yù)應(yīng)力范疇,要求復(fù)合材料的強度和模量需要達到一定的值,以滿足應(yīng)用要求。通過呼和浩特玻璃分享的實驗說明無堿、中堿、高堿玻璃纖維對GFRP筋性能的影響。