纤维增强聚合物(FRP)耐久性能研究进展

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纤维增强聚合物（ＦＲＰ）耐久性能研究进展２００９年３月

纤维增强聚合物（ＦＲＰ）耐久性能研究进展

朱海堂，方高干，孙丽萍

（郑州大学，河南郑州４５０００２）

摘要：纤维增强聚合物（ＦＲＰ）以其优良的物理力学性能在土木工程中得到广泛应用。本文分析总结了国内外关于ＦｆｕＰ在温度、湿度、干湿循环、化学侵蚀、自然老化等各种环境条件下耐久性的研究进展，并提出了亟需开展的工作，指出了进一步研究ＦＲＰ复合材料的耐久性能的方向。

关键词：纤维增强聚合物（ＦＲＰ）；环境条件；耐久性中图分类号：ＴＢ３３２１

文献标识码：Ａ

文章编号：１００３—０９９９（２００９）０２—００７８—０５

１

引言

ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ

Ｈ．Ｈｏｌｌａｗａｙｌｃ…进行了碳纤维复合材料片材

ｐｏｌｙｍｅｒ，简称

（Ｃａｒｂｏｎ

ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ

纤维增强聚合物（Ｆｉｂｅｒ

ｐｏｌｙｍｅｒ，简称ＣｌｒＲＰ）、玻璃

ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ

ＦＲＰ）以其优良的物理力学性能在既有土木工程的加固、补强等方面得到了广泛应用，并且取得了良好的社会和经济效益，目前已开始应用于耐久性要求高、环境复杂的新型桥梁、港口和海洋工程结构的建造、修补加固中，而ＦＲＰ的耐久性能对ＦＲＰ增强加固结构的耐久性能具有决定性的影响作用。因此，对ＦＲＰ的耐久性能必须具有清楚的认识。

材料的耐久性能是指材料在物理作用、化学作用及生物作用下，经久不易破坏也不易失去其原有性能的性质，它反映了材料的一种综合性质，如抗冻性、抗风化性、抗化学侵蚀性、疲劳性能、冲击韧性、抗渗及抗磨损性能等。国内外对ＦＲＰ复合材料已进行了多种老化工况下的耐久性研究。常见的老化工况有温度、湿度、化学介质（酸、碱、盐等）侵蚀、紫外线照射、冻融循环、干湿交变、湿热循环、水浸、自然老化、徐变和疲劳等。本文对不同老化工况下ＦＲＰ材料耐久性的研究成果进行了较为全面的介绍，并提出了ＦＲＰ材料耐久性研究中应进一步开展的工作。

纤维复合材料片材（Ｇｌａｓｓｐｏｌｙｍｅｒ，简

称ＧＦＲＰ）在温度循环作用下力学性能的试验研究，试验中温度在一０℃一＋５０℃之间变化，每２４ｈ作为

一个循环，其中升温５ｈ，降温１７ｈ，在每个端点温度

下各停留１ｈ。研究结果表明，在温度循环作用下，ＣＦＲＰ片材的弹性模量、拉伸强度和极限应变不仅没有降低，反而有相应的增加；ＧＦＲＰ片材经温度循环后弹性模量和拉伸强度没有降低，但延伸率有所减小。

文献［２，３］进行了ＧＦＲＰ复合材料分别在高、低温条件下的力学性能研究。Ｆａｌａｂｅｌｌａ等人旧１对ＧＦＲＰ进行高温暴露的试验结果表明，高温作用ＧＦＲＰ的拉伸强度无明显影响。ＰｉｙｕｓｈＫ．Ｄ．的研究表明Ｌ３Ｊ，在低温条件下（一５℃、一４０℃、一６０℃），ＧＦＲＰ复合材料的弹性模量随温度的降低而升高，但当受高温与低温（５００Ｃ和一６０℃之间）循环作用时，由于树脂基体弹性模量的降低，ＧＦＲＰ复合材料的弹性模量下降。

２．２肿复合材料的湿热老化

Ｓｔｅｃｋｅｌ等人Ｈ１通过对ＧＦＲＰ和ＣＦＲＰ在１００％湿度下的试验研究表明，ＧＦＲＰ暴露于潮湿环境时，拉伸强度和极限应变会有不同程度的衰减。在湿度１００％和温度３８％环境中，１００００ｈ后的拉伸强度损失达３５％，但一般的潮湿环境对ＣＦＲＰ强度影响较小，弹性模量也没有明显降低。

Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ…及ＧａｒｄｅｎＨｌ的研究结果也证实，在环境相对湿度为１００％，温度为３０℃的条件下，

２温湿变化条件下ＦＲＰ的耐久性能

研究

２．１

温度变化对Ｈ心耐久性能的影响

由于ＦＲＰ复合材料组成的复杂性，尤其是温度

对树脂材料的力学性能影响较大，在温度条件下ＦＲＰ复合材料的耐久性存在一定争议，各学者的研究结论有所差异。

收稿日期：２００８－０４－０５

基金项目：河南省重点科技攻关项目（０７２１０２２３００２６）；河南省教育厅科技攻关项目（２００７５６００２２）作者简介：朱海堂（１９６４－），男，教授，博士，主要从事纤维复合材料及其结构性能研究。

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万方数据　

２００９年第２期玻璃钢／复合材料

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ＣＦＲＰ片材的弹性模量、拉伸强度和极限应变均没有降低，而ＧＦＲＰ的拉伸强度则有明显下降。

任慧韬归。对ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ进行１０００ｈ湿热老化试验表明（老化环境为温度３８℃，相对湿度９８％），ＣＦＲＰ的拉伸强度、弹性模量、极限应变均未发生明显的变化，而ＧＦＲＰ的拉伸强度、弹性模量、极限应变均有不同程度的下降。郭春红【６１对五种浸渍树脂与同一种碳纤维布复合后的五种ＣＦＲＰ片材进行湿热循环老化试验，经过２０００ｈ的湿热循环老化后，发现，５种ＣＦＲＰ片材的拉伸强度基本保持不变，弹性模量均有所提高，约为１４—１８％，但其伸长率均有不同程度的降低。

２．３

ＦＲＰ复合材料的干、湿循环及水浸老化研究

２．３．１干、湿循环条件下ＦＲＰ复合材料的耐久

性能

李趁趁［＿刊的研究结果表明，经干湿循环作用，ＣＦＲＰ的抗拉强度变化不大，弹性模量有升高趋势；ＣＦＲＰ的延伸率降低，干湿循环５０次、１００次时分别下降４．４％和６．４％，表明ＣＦＲＰ有脆化趋势。盐溶液中的干湿作用对ＧＦＲＰ的抗拉强度也没有明显的不利影响，ＧＦＲＰ的弹性模量略有下降，延伸率有所提高。

郭春红【６ｏ对碳纤维复合材料和芳纶纤维复合材料（Ａｒａｍｉｄ

ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ

ｐｏｌｙｍｅｒ，简称ＡＦＲＰ）的

拉伸强度在干湿交变作用下的变化趋势进行了研究。ＣＦＲＰ和ＡＦＲＰ在０～３０次干湿循环内，拉伸强度有不同程度的下降，３０次循环后拉伸强度随老化时间基本不衰减。ＧＦＲＰ和碳纤维板的拉伸强度在干湿交变作用下随老化时间缓慢下降，到干湿循环９０次后才基本保持不变。各种ＦＲＰ片材的伸长率在干湿交变作用下随老化时间的变化趋势与拉伸强度相同，弹性模量在整个试验过程中变化不明显。

Ｊ．Ｈｕｌａｔｔ哺１等研究了ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ在２２℃下水溶液或饱和盐溶液干湿作用。试验结果表明，水和盐溶液中的干湿循环对复合材料的弹模没有明显的负作用。ＣＦＲＰ和０／９０。ＧＦｆｕＰ在自来水干湿循环作用下强度降低，但在盐溶液干湿循环作用下是提高的。两种溶液下的干湿循环对４－４５０ＧＦＲＰ没有产生负面影响。

总之，盐溶液干湿循环对ＣＦＲＰ与ＧＦＲＰ的强度影响不大，可使ＣＦＲＰ的延性降低，ＧＦＲＰ的延性提高，对弹性模量的影响视树脂的后固化程度和盐溶液干湿循环影响程度而定，目前还没有相关研究

万　

方数据将湿度和氯化物的影响分别予以定量描述，值得进一步探讨。

２．３．２

ＦＲＰ复合材料的水浸老化

为掌握ＣＦＲＰ的耐水性，１３本铁道综合技术研究所一。进行了７０℃热水浸泡３０ｄ的老化试验。试验结果表明，经热水浸泡后拉伸强度及搭接强度没有降低的趋势。吸水率３ｄ左右饱和达到１．５％，之后就未再上升，说明ＣＦＲＰ有足够的耐水性。

岳清瑞等人¨叫对两种树脂浸渍的碳纤维布的耐水性能进行试验研究，考察ＣＦＲＰ的拉伸强度、弹性模量和伸长率随老化时间的变化。试验结果表明，在２３℃自来水中浸泡６０ｄ后，拉伸强度约降低了３．５％，弹性模量约降低了３．８％，伸长率约降低了３．７％；而ＧＦＲＰ片材在水溶液中浸泡６０ｄ后，片材的拉伸强度和伸长率降低较多，拉伸强度降低了４５．７％，伸长率降低了４６．４％，弹性模量略有增加。任慧韬Ｈ１将ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ放入２３％的自来水中进行水浸老化试验，结果表明，经过３０ｄ的浸水试验后，ＣＦＲＰ的拉伸强度、弹性模量、极限应变均未发生明显变化；ＧＦＲＰ的弹性模量未发生明显的变化，但它的拉伸强度大约降低了１０％，同时极限应变也降低了８％，即ＧＦＲＰ经浸水试验后有一定的变脆趋势。ＦａｌａｖｅｌｌａＭｌ的试验研究亦表明，ＧＦＲＰ在新鲜水浸渍下拉伸强度有一定程度的降低。

Ｊ．Ｈｕｌａｔｔ¨１等研究了ＣＦＲＰ、ＧＦｌｉｐ在２２℃水溶液下浸泡后的性能变化。所用材料是９０／１０的碳纤维，０／９００和４－４５０方向编织的Ｅ．玻璃纤维。试验结果表明，ＣＦＲＰ和０／９０。ＧＦＲＰ在自来水干湿循环作用下强度降低。Ｒ．Ｓｅｉｚｅｒ和Ｋ．Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ¨ｕ研究了湿气对ＣＦｆｕＰ复合材料力学性能和破坏行为的影响，试件暴露在不同温度（２３０Ｃ、７００Ｃ、１０００Ｃ）的水池中。结果表明，只有那些纤维方向与荷载方向垂直的环氧基复合材料的性能受到了影响。检查碳纤维／环氧复合材料的断面发现，该影响是因为湿气促进了界面破坏，使得环氧基体变软，纤维和基体之间的粘结变弱。

文献［６］的研究表明，不同ＦＲＰ片材的拉伸强度在海水浸泡作用下的变化趋势有所不同。ＣＦＲＰ经３０ｄ海水浸泡，拉伸强度有１０％左右的下降，３０ｄ后拉伸强度随老化时间基本保持不衰减。ＧＦＲＰ和ＡＦＲＰ的拉伸强度在海水浸泡作用下随老化时间缓慢下降，到海水浸泡９０ｄ时分别下降２０．６％和１１．４％，之后基本保持不变。

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由以上可以看出，无论是在热水浸泡还是海水浸泡条件下，各种ＦＲＰ材料的力学耐久性存在不同的变化规律，ＣＦＲＰ复合材料的耐久性能高于ＧＦＲＰ复合材料。在湿度、湿热老化条件下ＦＲＰ材料耐久性存在争议，各项力学指标总体上是略有下降的，但也有少数上升情况。可以看出湿度、湿热老化条件对ＦＲＰ材料耐久性影响不大，湿热环境中热气对

ＦＲＰ材料具有很大的影响，湿气促进了界面破坏，使

得环氧基体变软，纤维和基体之间的粘结变弱。碳纤维布经湿热环境老化后有变脆的趋势，ＣＦＲＰ比ＧＦＲＰ有更好的耐湿热老化性能。

２．４

ＦＲＰ复合材料的化学侵蚀老化研究

目前，化学介质对ＦＲＰ材料耐久性能研究较为

充分，但由于ＦＲＰ种类较多，研究结果的可比性较差，各项力学指标老化规律的定量描述差别较大。可以肯定的是，ＣＦＲＰ有足够的耐海水性。碱性对ＧＦＲＰ影响较大，而对ＣＦＲＰ影响相对较小，酸性对ＣＦＲＰ影响较小。

日本铁道综合技术研究所一１通过试验研究了ＣＦＲＰ的耐酸耐碱性，在５０％的强酸、强碱中浸泡２５０ｄ后其拉伸强度和弹性模量比较稳定，均未发现有降低的现象。ＳＴＥＣＫＥＬ等。４Ｊ对ＧＦＲＰ和ＣＦＲＰ在盐水、碱溶液、柴油中的性能进行了试验研究，结果表明，大多数ＦＲＰ在经过１００００ｈ的试验后，耐久性能良好，这种衰减小于２０％，弹性模量没有明显降低。ｌ（ａ—ｉｏｍｅｃｈｅａｐｉｊｎｎｇａｍｉ等人¨引研究了ＧＦＲＰ在ＮａＣｌ溶液、ＮａＯＨ溶液、ＨＣＩ溶液作用下，在室温及６０℃环境存放一定时期后的耐久性，研究表明在６０℃和酸碱性介质作用下，ＧＦＲＰ的力学性能有很大的衰减，其中ＮａＯＨ溶液介质中的ＧＦＲＰ强度降低７０％。

岳清瑞等人¨训对酸溶液、碱溶液作用下的ＣＦＲＰ耐老化性能进行了试验研究，考察ＣＦＲＰ的拉伸强度、弹性模量和伸长率随老化时间的变化。结果表明，在酸性溶液中浸泡６０ｄ后，其拉伸强度降低了０．６０％，弹性模量降低了１．５％，伸长率降低了了３．８％，弹性模量降低了３．１％，伸长率降低了好的耐久性能。肖建庄等¨３‘对高强ＧＦＲＰ进行耐酸、耐碱的试验研究。结果表明，硫酸（ＰＨ＝４）和氢氧化钠（ＰＨ＝１２）对其拉伸强度、弹性模量和延伸率影响不大，其中碱性介质对高强ＧＦＲＰ的拉伸强度基本没有影响；而在酸性介质中存放短时间后，试件Ｆ砒）／ＣＭ

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万　

方数据拉伸强度有所下降，但在经过较长一段时间后强度又有所回升。两种介质对拉伸弹性模量影响不大，对延伸率的影响与对拉伸强度的影响类似。任慧韬￣１４ｏ将ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ浸入饱和Ｃａ（ＯＨ）２溶液（ＰＨ＝１４）中进行３０ｄ碱化试验的结果表明，在强碱溶液中放置３０ｄ后，国产、进口ＧＦＲＰ的抗拉强度分别下降５２％、２５％，而ＣＦＲＰ的抗拉强度和弹性模量基本保持不变。

文献［１２］研究了碳化对ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ片材力

学性能的影响。结果表明，经历过碳化之后，ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ片材的破坏过程及破坏形态与室温下没有差别，应力一应变关系仍然是线弹性的。ＣＦＲＰ经碳化后，抗拉强度与延伸率没有明显变化，弹性模量提高了６．４％。碳化环境中的二氧化碳气体对ＦＲＰ没有不利影响，浸渍树脂在其中的温度和湿度条件下

产生了后期固化，这同文献［１５，１６］的结论有相似

之处。对于ＧＦＲＰ来说，经过碳化作用后，它的抗拉强度和弹性模量分别下降了５．９％和５．８％，延伸率变化不大。Ａ．Ｋｏｏｔｓｏｏｋｏｓ等人Ⅲｏ的研究表明，在碳化环境下ＣＦＲＰ的性能优于ＧＦＲＰ。

２．５冻融循环条件下的ｂ－ＲＰ复合材料耐久性能

研究

任慧韬¨１将ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ进行１００次冻融循环试验。每次循环时间为３ｈ，高低温度控制在一１７４－２℃和８±２℃。经１００次冻融循环后，ＣＦＲＰ的拉伸强度、极限应变均有所下降，弹性模量未发生明显变化；ＧＦＲＰ的拉伸强度、极限应变也下降了１０％左右，弹性模量变化不明显。

Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ

Ｋ．Ｂ．【ｌ钊的研究结果表明，与室温下

试件表面相比，受过冻融循环作用后的ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ试件表面没有差异，试验后的破坏形态也与室温条件下类似，ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ片材的应力－应变关系在经历过冻融循环作用后仍然呈线弹性；冻融循环对ＣＦＲＰ的强度没有负面影响，随着冻融次数的提高，ＣＦＲＰ的强度略有提高，冻融７５次、１００次后强度分别提高３．５％、４．２％；弹性模量总体上看有所提高，延伸率变化不明显，这与文献［５］冻融５０次、ｌｏｏ次后强度与延伸率下降在１０％左右的结果有所不同。对于ＧＦＲＰ来说，冻融５０次、７５次后ＧＦＲＰ的强度分别降低９．１％和６．８％，弹性模量变化没有明显规律，延伸率变小，这与文献［１７］的结果基本一致。

冻融循环对于ＦＲＰ材料的性能影响不显著，在

２．０％；在碱性溶液中浸泡６０ｄ后，其拉伸强度降低２．Ｏ％。总体上来说，ＣＦＲＰ在这两种介质中具有良

２００９年第２易

玻璃钢／复合材料

８１

冻融循环环境中，树脂基体在低温或水分中仍能继续固化，本身弹性模量提高，抗冻融能力增强，使得ＦＲＰ复合材料弹性模量提高及抗冻融能力增强。而在ＦＲＰ的固化过程中，纤维与树脂基体之间又不可避免地会存在微孔等缺陷，水分侵入其中，在温度的升降中使得纤维与树脂基体脱粘，从而降低了ＦＲＰ的抗冻融能力。由于ＧＦＲＰ比ＣＦＲＰ的吸湿性强，在冻融环境下ＧＦＲＰ的抗冻融性能比ＣＦＲＰ差。

２．６

ＦＲＰ复合材料的自然老化及抗紫外线性能Ｈｏｕｓｓａｍ等人¨副研究了ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ在室

内、室外大气中自然老化２．５年后的老化情况，结果表明，拉伸强度衰减缓慢，具有较好的大气稳定性。日本的谷木谦介通过对ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ３年自然暴露试验及１００００ｈ的加速暴露试验后也得出结论，ＣＦＲＰ的拉伸强度基本没有降低，而ＧＦＲＰ强度降低了３０％左右。

文献［６］进行的ＦＲＰ片材在自然环境作用下半年自然老化的研究认为，ＦＲＰ片材的拉伸强度有不同程度的下降，ＣＦＲＰ的伸长率和弹性模量变化不明显，但ＧＦＲＰ和ＡＦＲＰ的弹性模量有所下降。对ＦＲＰ片材进行防护后，其拉伸强度较无防护片材少降低２—４％，但有无防护对伸长率和弹性模量的影响并无一致的规律性。

由于自然老化对ＦＲＰ材料耐久性能研究需要相当长的时间才能说明问题，难度较大，因此在自然老化方面的研究成果较少。但自然老化更为接近工程实际，其研究结果对ＦＲＰ的推广及应用更有价值，因而需要大力开展这方面的研究工作。

Ｊ．Ｈｕｌａｔｔ¨１等研究了ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ在２０００ｈ的紫外线加速老化作用。所用材料是９０／１０的碳纤维，０／９０。和±４５０方向编织的Ｅ一玻璃纤维，用环氧树脂基体。试验结果表明，２０００ｈ的紫外线辐射对试件的力学性能没有负作用。ＧＦＲＰ的弹模稍有降低，但ＣＦＲＰ的弹模却是稍有提高。基体材料有明显的褪色，特别是ＧＦＲＰ。究其原因，太阳中的紫外线，能破坏ＦＲＰ材料中的典型共价键，使聚合物变成游离基，引发材料的光降解；紫外线还通过引发和促进氧对树脂的作用，引起复合材料的老化。尽管紫外线对ＦＲＰ材料的耐久性能影响较大，但由于设备等原因，在这方面的研究成果还比较少。３

ＦＲＰ复合材料耐久性研究展望

目前国内外学者对ＦＲＰ材料的耐久性能作了

大量的研究并己取得了较多的研究成果。但仍存在

万　

方数据一些问题，我们需要在以下几个方面努力：

（１）国内外对ＦＲＰ材料耐久性已进行了较多研究，但由于试验方法、试验条件及选用材料不尽相同，这些数据之间基本无法进行比较，难以建立ＦＲＰ材料在典型老化工况下的性能劣化模型。在长期自然环境中的耐久性试验数据较少，人工快速老化和自然老化试验结果的对应关系也更为少见，因此缺乏ＦＲＰ材料在典型环境下快速试验与自然老化试验的同步和系统研究，从而对所建立的ＦＲＰ复合材料耐久性评价体系和预测模型缺乏验证依据；

（２）目前研究成果皆为对单一ＦＲＰ复合材料耐久性的研究，且研究范围主要集中在碳纤维、玻璃纤维，而对芳纶纤维、玄武岩纤维等材料的耐久性研究还比较少，针对混杂纤维复合材料（Ｈｙｂｒｉｄ

ｆｉｂｅｒ

ｒｅ—

ｐｏｌｙｍｅｒ，简称ＨＦＲＰ）的研究更鲜见报道。

而混杂纤维复合材料能充分发挥不同纤维的优势，（３）目前ＦｆｕＰ复合材料已广泛应用于多领域工程中，所处的环境条件千差万别。深入研究ＦＲＰ复及受力状态与环境条件的耦合状态下的耐久性问题参考文献

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（下转第８６页）

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扬长避短，优化其综合力学性能¨９。，因而有必要进行混杂纤维复合材料耐久性的深入研究；

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ｕｎｉｑｕｅｋｉｎｄｏｆｈｉｇｈ—ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｈｅｒｍｏｓｅｔｔｉｎｇｒｅｓｉｎｓｆｏｒ

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ａｄｖａｎｃｅｄｍａｔｒｉｘｉｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄａｅｒｏｓｐａｃｅ．ＣＥｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ

ａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇ

ｈｉｇｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｗｅｌｌｒｅｓｉｓｔａｎｔ－ｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｉｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｂｕｔｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｓｅａｒｃｈ

ａｎａｔｅ

ｏｎ

ａｒｅ

ｌｉｍｉｔｅｄｆｏｒｉｔｓｂｒｉｔｔｌｅｉｎｎａｔｕｒｅａｎｄｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｒｅ・

ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｙａｎａｔｅｅｓｔｅｒｒｅｓｉｎｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｃｙ－

ｔｏｕｇｈｅｎｅｄｂｙｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ，ｔｈｅｒｍｏｓｅｔｓ，ｒｅａｃｔｉｖｅ

ｒｕｂｂｅｒｅｌａｓｔｉｃｂｏｄｙ，ｎａｎｏ－ｐａｒｔｉｃａｌｓ

ａｒｅ

ｍａｉｎｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｙａｎａｔｅｅｓｔｅｒｒｅｓｉｎ；ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ；ｍｏｄｉ６ｃａｔｉｏｎ

（上接第８１页）

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ｈｅｓｉｖｅ２１．２８．

Ｋ

Ｂ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆ

ａｂｓｏｒｂｅｄｗａｔｅｒｉｎＣＦＲＰ

ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ｏｎ

ａｄ－

ｂｏｎｄｉｎｇ［ｊ］．Ｉｎｔ．Ｊ．ＡｄｈｅｓｉｏｎａｎｄＡｄｈｅｓｉｖｅｓ，１９９６，１６（１）：

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ｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｒｅ・ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ

ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

［１６］Ｗｕ

ａｎｄｆａｉｌｕｒｅｂｅｈａｖｉｏｕｒ

ｕｎｄｅｒｔｈｅ

ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ

Ｌｉｘｉｎ，ＨｏａＳＶ，Ｍｉｎｈ－Ｔａｎ

ＴＴ．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＷａｔｅｒ

ｏｎ

ｔｈｅＣｕｒｉｎｇ

ａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＥｐｏｘｙＡｄｈｅｓｉｖｅＵｓｅｄｆｏｒＢｏｎｄｉｎｇｂ３ｔＰＣｏｍｐｏｓｉｔｅ

Ｓｈｅｅｔｔｏ

ｐｏｌｙｍｅｒ

ｏｆ

Ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，２００４。

ｍｏｉｓｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ＰａｒｔＡ，１９９７，２８Ａ：５９５－６０４．

［１２】ＫａｊｏｒｎｅｈｅａｐｐｕａｎｇａｍＳ，ＲａｋｅｓｈＫＧ，Ｈｏｔａ

ｖｉｒｏｎｍｅｎｔｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆ

ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＦｏｒ

Ｖ

９２：２２６１－２２６８．

ａｓｉｎｇ

ｅｎ－

Ｓ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆ

［１７］Ｋｏｏｔｓｏｏｋｏｓ

ｐｏｌｙｍｅｒ

Ａ．ＭｏｕｒｉｔｚＡＰ．ＳｅａｗａｔｅｒｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｇｌⅫａｎｄ

ｃａｒｂｏｎ－

ｇｌａｓｓ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｅｐｏｘｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，

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ｃｏｎｃｒｅｔｅ

Ａ，Ｔｏｕｔａｎａ，ＧｏｍｅｚＷｉｌｌｉａｍ．Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｅａｍｓｅｘｔｅｒｎａｌｌｙ

ｂｏｎｄｅｄｗｉｔｈ

ＦｌＩＰ

ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ

１－３５８．

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ＰＲＯＧＲＥＳＳｏＩ’ＳＴＵＤＩＥＳｏＮＤＵＲＡＢＩＬＩＴＹｏＦＦＩＢＥＲＲＥＩＮ－’ｏＲＣＥＤ

ＺＨＵＨａｉ・ｔａｎｇ，ＦＡＮＧＧａｏ－ｇａｎ，ＳＵＮＬｉ・ｐｉｎｇ

ＰｏＬＹＭＥＲ

（Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ

ｒｉｍ．Ｂａｓｅｄ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ

ａ

４５０００２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｒａｃｔ：Ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒ（ＦＲＰ）ｈａｓ

ｏ．ｎ

ｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｕｓｅｄａｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｍａｔｅ—

ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｏｖｅｒｓｅａｓ，ｔｈｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆＦＲＰｕｎｄｅｒｍｕｌｔｉｆａｒｉｏｕｓｅｎｖｉ—

ａｓ

ｉ＇ｏｎ／ｎｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｕｍｉｄｉｔｙ，ｄｒｙ—ｗｅｔｃｉｒｃｌｅ，ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄｎａｔｕｒａｌａｇｉｎｇ，ｉｓｓｕｍｍａ—

ｏｎ

ｒｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｓｏｍｅｕｒｇｅｎｔｓｔｕｄｙａｓｐｅｃｔｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ．

Ｋｅｙ

ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆＦＲＰａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｗｈｉｃｈ

ｃａｎ

ｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅ

ｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒ（ＦＲＰ）；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ

２００９．Ｎｏ．２

ＦＲＰ／ＣＭ

万方数据　

纤维增强聚合物(FRP)耐久性能研究进展

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

朱海堂， 方高干， 孙丽萍， ZHU Hai-tang， FANG Gao-gan， SUN Li-ping郑州大学,河南郑州,450002

玻璃钢/复合材料

FIBER REINFORCED PLASTICS/COMPOSITES2009(2)2次

参考文献(19条)

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4. 张阿樱. 张东兴. 朱洪艳. 李地红. 肖海英. 贾近 碳纤维/环氧树脂层压板孔隙率及力学性能的试验表征[期刊论文]-玻璃钢1复合材料 2011(1)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_blgfhcl200902019.aspx

７８

纤维增强聚合物（ＦＲＰ）耐久性能研究进展２００９年３月

纤维增强聚合物（ＦＲＰ）耐久性能研究进展

朱海堂，方高干，孙丽萍

（郑州大学，河南郑州４５０００２）

摘要：纤维增强聚合物（ＦＲＰ）以其优良的物理力学性能在土木工程中得到广泛应用。本文分析总结了国内外关于ＦｆｕＰ在温度、湿度、干湿循环、化学侵蚀、自然老化等各种环境条件下耐久性的研究进展，并提出了亟需开展的工作，指出了进一步研究ＦＲＰ复合材料的耐久性能的方向。

关键词：纤维增强聚合物（ＦＲＰ）；环境条件；耐久性中图分类号：ＴＢ３３２１

文献标识码：Ａ

文章编号：１００３—０９９９（２００９）０２—００７８—０５

１

引言

ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ

Ｈ．Ｈｏｌｌａｗａｙｌｃ…进行了碳纤维复合材料片材

ｐｏｌｙｍｅｒ，简称

（Ｃａｒｂｏｎ

ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ

纤维增强聚合物（Ｆｉｂｅｒ

ｐｏｌｙｍｅｒ，简称ＣｌｒＲＰ）、玻璃

ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ

ＦＲＰ）以其优良的物理力学性能在既有土木工程的加固、补强等方面得到了广泛应用，并且取得了良好的社会和经济效益，目前已开始应用于耐久性要求高、环境复杂的新型桥梁、港口和海洋工程结构的建造、修补加固中，而ＦＲＰ的耐久性能对ＦＲＰ增强加固结构的耐久性能具有决定性的影响作用。因此，对ＦＲＰ的耐久性能必须具有清楚的认识。

材料的耐久性能是指材料在物理作用、化学作用及生物作用下，经久不易破坏也不易失去其原有性能的性质，它反映了材料的一种综合性质，如抗冻性、抗风化性、抗化学侵蚀性、疲劳性能、冲击韧性、抗渗及抗磨损性能等。国内外对ＦＲＰ复合材料已进行了多种老化工况下的耐久性研究。常见的老化工况有温度、湿度、化学介质（酸、碱、盐等）侵蚀、紫外线照射、冻融循环、干湿交变、湿热循环、水浸、自然老化、徐变和疲劳等。本文对不同老化工况下ＦＲＰ材料耐久性的研究成果进行了较为全面的介绍，并提出了ＦＲＰ材料耐久性研究中应进一步开展的工作。

纤维复合材料片材（Ｇｌａｓｓｐｏｌｙｍｅｒ，简

称ＧＦＲＰ）在温度循环作用下力学性能的试验研究，试验中温度在一０℃一＋５０℃之间变化，每２４ｈ作为

一个循环，其中升温５ｈ，降温１７ｈ，在每个端点温度

下各停留１ｈ。研究结果表明，在温度循环作用下，ＣＦＲＰ片材的弹性模量、拉伸强度和极限应变不仅没有降低，反而有相应的增加；ＧＦＲＰ片材经温度循环后弹性模量和拉伸强度没有降低，但延伸率有所减小。

文献［２，３］进行了ＧＦＲＰ复合材料分别在高、低温条件下的力学性能研究。Ｆａｌａｂｅｌｌａ等人旧１对ＧＦＲＰ进行高温暴露的试验结果表明，高温作用ＧＦＲＰ的拉伸强度无明显影响。ＰｉｙｕｓｈＫ．Ｄ．的研究表明Ｌ３Ｊ，在低温条件下（一５℃、一４０℃、一６０℃），ＧＦＲＰ复合材料的弹性模量随温度的降低而升高，但当受高温与低温（５００Ｃ和一６０℃之间）循环作用时，由于树脂基体弹性模量的降低，ＧＦＲＰ复合材料的弹性模量下降。

２．２肿复合材料的湿热老化

Ｓｔｅｃｋｅｌ等人Ｈ１通过对ＧＦＲＰ和ＣＦＲＰ在１００％湿度下的试验研究表明，ＧＦＲＰ暴露于潮湿环境时，拉伸强度和极限应变会有不同程度的衰减。在湿度１００％和温度３８％环境中，１００００ｈ后的拉伸强度损失达３５％，但一般的潮湿环境对ＣＦＲＰ强度影响较小，弹性模量也没有明显降低。

Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ…及ＧａｒｄｅｎＨｌ的研究结果也证实，在环境相对湿度为１００％，温度为３０℃的条件下，

２温湿变化条件下ＦＲＰ的耐久性能

研究

２．１

温度变化对Ｈ心耐久性能的影响

由于ＦＲＰ复合材料组成的复杂性，尤其是温度

对树脂材料的力学性能影响较大，在温度条件下ＦＲＰ复合材料的耐久性存在一定争议，各学者的研究结论有所差异。

收稿日期：２００８－０４－０５

基金项目：河南省重点科技攻关项目（０７２１０２２３００２６）；河南省教育厅科技攻关项目（２００７５６００２２）作者简介：朱海堂（１９６４－），男，教授，博士，主要从事纤维复合材料及其结构性能研究。

ＦＲＰ／ＣＭ２００９．Ｎｏ．２

万方数据　

２００９年第２期玻璃钢／复合材料

７９

ＣＦＲＰ片材的弹性模量、拉伸强度和极限应变均没有降低，而ＧＦＲＰ的拉伸强度则有明显下降。

任慧韬归。对ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ进行１０００ｈ湿热老化试验表明（老化环境为温度３８℃，相对湿度９８％），ＣＦＲＰ的拉伸强度、弹性模量、极限应变均未发生明显的变化，而ＧＦＲＰ的拉伸强度、弹性模量、极限应变均有不同程度的下降。郭春红【６１对五种浸渍树脂与同一种碳纤维布复合后的五种ＣＦＲＰ片材进行湿热循环老化试验，经过２０００ｈ的湿热循环老化后，发现，５种ＣＦＲＰ片材的拉伸强度基本保持不变，弹性模量均有所提高，约为１４—１８％，但其伸长率均有不同程度的降低。

２．３

ＦＲＰ复合材料的干、湿循环及水浸老化研究

２．３．１干、湿循环条件下ＦＲＰ复合材料的耐久

性能

李趁趁［＿刊的研究结果表明，经干湿循环作用，ＣＦＲＰ的抗拉强度变化不大，弹性模量有升高趋势；ＣＦＲＰ的延伸率降低，干湿循环５０次、１００次时分别下降４．４％和６．４％，表明ＣＦＲＰ有脆化趋势。盐溶液中的干湿作用对ＧＦＲＰ的抗拉强度也没有明显的不利影响，ＧＦＲＰ的弹性模量略有下降，延伸率有所提高。

郭春红【６ｏ对碳纤维复合材料和芳纶纤维复合材料（Ａｒａｍｉｄ

ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ

ｐｏｌｙｍｅｒ，简称ＡＦＲＰ）的

拉伸强度在干湿交变作用下的变化趋势进行了研究。ＣＦＲＰ和ＡＦＲＰ在０～３０次干湿循环内，拉伸强度有不同程度的下降，３０次循环后拉伸强度随老化时间基本不衰减。ＧＦＲＰ和碳纤维板的拉伸强度在干湿交变作用下随老化时间缓慢下降，到干湿循环９０次后才基本保持不变。各种ＦＲＰ片材的伸长率在干湿交变作用下随老化时间的变化趋势与拉伸强度相同，弹性模量在整个试验过程中变化不明显。

Ｊ．Ｈｕｌａｔｔ哺１等研究了ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ在２２℃下水溶液或饱和盐溶液干湿作用。试验结果表明，水和盐溶液中的干湿循环对复合材料的弹模没有明显的负作用。ＣＦＲＰ和０／９０。ＧＦｆｕＰ在自来水干湿循环作用下强度降低，但在盐溶液干湿循环作用下是提高的。两种溶液下的干湿循环对４－４５０ＧＦＲＰ没有产生负面影响。

总之，盐溶液干湿循环对ＣＦＲＰ与ＧＦＲＰ的强度影响不大，可使ＣＦＲＰ的延性降低，ＧＦＲＰ的延性提高，对弹性模量的影响视树脂的后固化程度和盐溶液干湿循环影响程度而定，目前还没有相关研究

万　

方数据将湿度和氯化物的影响分别予以定量描述，值得进一步探讨。

２．３．２

ＦＲＰ复合材料的水浸老化

为掌握ＣＦＲＰ的耐水性，１３本铁道综合技术研究所一。进行了７０℃热水浸泡３０ｄ的老化试验。试验结果表明，经热水浸泡后拉伸强度及搭接强度没有降低的趋势。吸水率３ｄ左右饱和达到１．５％，之后就未再上升，说明ＣＦＲＰ有足够的耐水性。

岳清瑞等人¨叫对两种树脂浸渍的碳纤维布的耐水性能进行试验研究，考察ＣＦＲＰ的拉伸强度、弹性模量和伸长率随老化时间的变化。试验结果表明，在２３℃自来水中浸泡６０ｄ后，拉伸强度约降低了３．５％，弹性模量约降低了３．８％，伸长率约降低了３．７％；而ＧＦＲＰ片材在水溶液中浸泡６０ｄ后，片材的拉伸强度和伸长率降低较多，拉伸强度降低了４５．７％，伸长率降低了４６．４％，弹性模量略有增加。任慧韬Ｈ１将ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ放入２３％的自来水中进行水浸老化试验，结果表明，经过３０ｄ的浸水试验后，ＣＦＲＰ的拉伸强度、弹性模量、极限应变均未发生明显变化；ＧＦＲＰ的弹性模量未发生明显的变化，但它的拉伸强度大约降低了１０％，同时极限应变也降低了８％，即ＧＦＲＰ经浸水试验后有一定的变脆趋势。ＦａｌａｖｅｌｌａＭｌ的试验研究亦表明，ＧＦＲＰ在新鲜水浸渍下拉伸强度有一定程度的降低。

Ｊ．Ｈｕｌａｔｔ¨１等研究了ＣＦＲＰ、ＧＦｌｉｐ在２２℃水溶液下浸泡后的性能变化。所用材料是９０／１０的碳纤维，０／９００和４－４５０方向编织的Ｅ．玻璃纤维。试验结果表明，ＣＦＲＰ和０／９０。ＧＦＲＰ在自来水干湿循环作用下强度降低。Ｒ．Ｓｅｉｚｅｒ和Ｋ．Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ¨ｕ研究了湿气对ＣＦｆｕＰ复合材料力学性能和破坏行为的影响，试件暴露在不同温度（２３０Ｃ、７００Ｃ、１０００Ｃ）的水池中。结果表明，只有那些纤维方向与荷载方向垂直的环氧基复合材料的性能受到了影响。检查碳纤维／环氧复合材料的断面发现，该影响是因为湿气促进了界面破坏，使得环氧基体变软，纤维和基体之间的粘结变弱。

文献［６］的研究表明，不同ＦＲＰ片材的拉伸强度在海水浸泡作用下的变化趋势有所不同。ＣＦＲＰ经３０ｄ海水浸泡，拉伸强度有１０％左右的下降，３０ｄ后拉伸强度随老化时间基本保持不衰减。ＧＦＲＰ和ＡＦＲＰ的拉伸强度在海水浸泡作用下随老化时间缓慢下降，到海水浸泡９０ｄ时分别下降２０．６％和１１．４％，之后基本保持不变。

ＦＲＰ／ＣＭ

２００９．Ｎｏ．２

８０纤维增强聚合物（ＦＲＰ）耐久性能研究进展２００９年３月

由以上可以看出，无论是在热水浸泡还是海水浸泡条件下，各种ＦＲＰ材料的力学耐久性存在不同的变化规律，ＣＦＲＰ复合材料的耐久性能高于ＧＦＲＰ复合材料。在湿度、湿热老化条件下ＦＲＰ材料耐久性存在争议，各项力学指标总体上是略有下降的，但也有少数上升情况。可以看出湿度、湿热老化条件对ＦＲＰ材料耐久性影响不大，湿热环境中热气对

ＦＲＰ材料具有很大的影响，湿气促进了界面破坏，使

得环氧基体变软，纤维和基体之间的粘结变弱。碳纤维布经湿热环境老化后有变脆的趋势，ＣＦＲＰ比ＧＦＲＰ有更好的耐湿热老化性能。

２．４

ＦＲＰ复合材料的化学侵蚀老化研究

目前，化学介质对ＦＲＰ材料耐久性能研究较为

充分，但由于ＦＲＰ种类较多，研究结果的可比性较差，各项力学指标老化规律的定量描述差别较大。可以肯定的是，ＣＦＲＰ有足够的耐海水性。碱性对ＧＦＲＰ影响较大，而对ＣＦＲＰ影响相对较小，酸性对ＣＦＲＰ影响较小。

日本铁道综合技术研究所一１通过试验研究了ＣＦＲＰ的耐酸耐碱性，在５０％的强酸、强碱中浸泡２５０ｄ后其拉伸强度和弹性模量比较稳定，均未发现有降低的现象。ＳＴＥＣＫＥＬ等。４Ｊ对ＧＦＲＰ和ＣＦＲＰ在盐水、碱溶液、柴油中的性能进行了试验研究，结果表明，大多数ＦＲＰ在经过１００００ｈ的试验后，耐久性能良好，这种衰减小于２０％，弹性模量没有明显降低。ｌ（ａ—ｉｏｍｅｃｈｅａｐｉｊｎｎｇａｍｉ等人¨引研究了ＧＦＲＰ在ＮａＣｌ溶液、ＮａＯＨ溶液、ＨＣＩ溶液作用下，在室温及６０℃环境存放一定时期后的耐久性，研究表明在６０℃和酸碱性介质作用下，ＧＦＲＰ的力学性能有很大的衰减，其中ＮａＯＨ溶液介质中的ＧＦＲＰ强度降低７０％。

岳清瑞等人¨训对酸溶液、碱溶液作用下的ＣＦＲＰ耐老化性能进行了试验研究，考察ＣＦＲＰ的拉伸强度、弹性模量和伸长率随老化时间的变化。结果表明，在酸性溶液中浸泡６０ｄ后，其拉伸强度降低了０．６０％，弹性模量降低了１．５％，伸长率降低了了３．８％，弹性模量降低了３．１％，伸长率降低了好的耐久性能。肖建庄等¨３‘对高强ＧＦＲＰ进行耐酸、耐碱的试验研究。结果表明，硫酸（ＰＨ＝４）和氢氧化钠（ＰＨ＝１２）对其拉伸强度、弹性模量和延伸率影响不大，其中碱性介质对高强ＧＦＲＰ的拉伸强度基本没有影响；而在酸性介质中存放短时间后，试件Ｆ砒）／ＣＭ

２００９．Ｎｏ．２

万　

方数据拉伸强度有所下降，但在经过较长一段时间后强度又有所回升。两种介质对拉伸弹性模量影响不大，对延伸率的影响与对拉伸强度的影响类似。任慧韬￣１４ｏ将ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ浸入饱和Ｃａ（ＯＨ）２溶液（ＰＨ＝１４）中进行３０ｄ碱化试验的结果表明，在强碱溶液中放置３０ｄ后，国产、进口ＧＦＲＰ的抗拉强度分别下降５２％、２５％，而ＣＦＲＰ的抗拉强度和弹性模量基本保持不变。

文献［１２］研究了碳化对ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ片材力

学性能的影响。结果表明，经历过碳化之后，ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ片材的破坏过程及破坏形态与室温下没有差别，应力一应变关系仍然是线弹性的。ＣＦＲＰ经碳化后，抗拉强度与延伸率没有明显变化，弹性模量提高了６．４％。碳化环境中的二氧化碳气体对ＦＲＰ没有不利影响，浸渍树脂在其中的温度和湿度条件下

产生了后期固化，这同文献［１５，１６］的结论有相似

之处。对于ＧＦＲＰ来说，经过碳化作用后，它的抗拉强度和弹性模量分别下降了５．９％和５．８％，延伸率变化不大。Ａ．Ｋｏｏｔｓｏｏｋｏｓ等人Ⅲｏ的研究表明，在碳化环境下ＣＦＲＰ的性能优于ＧＦＲＰ。

２．５冻融循环条件下的ｂ－ＲＰ复合材料耐久性能

研究

任慧韬¨１将ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ进行１００次冻融循环试验。每次循环时间为３ｈ，高低温度控制在一１７４－２℃和８±２℃。经１００次冻融循环后，ＣＦＲＰ的拉伸强度、极限应变均有所下降，弹性模量未发生明显变化；ＧＦＲＰ的拉伸强度、极限应变也下降了１０％左右，弹性模量变化不明显。

Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ

Ｋ．Ｂ．【ｌ钊的研究结果表明，与室温下

试件表面相比，受过冻融循环作用后的ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ试件表面没有差异，试验后的破坏形态也与室温条件下类似，ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ片材的应力－应变关系在经历过冻融循环作用后仍然呈线弹性；冻融循环对ＣＦＲＰ的强度没有负面影响，随着冻融次数的提高，ＣＦＲＰ的强度略有提高，冻融７５次、１００次后强度分别提高３．５％、４．２％；弹性模量总体上看有所提高，延伸率变化不明显，这与文献［５］冻融５０次、ｌｏｏ次后强度与延伸率下降在１０％左右的结果有所不同。对于ＧＦＲＰ来说，冻融５０次、７５次后ＧＦＲＰ的强度分别降低９．１％和６．８％，弹性模量变化没有明显规律，延伸率变小，这与文献［１７］的结果基本一致。

冻融循环对于ＦＲＰ材料的性能影响不显著，在

２．０％；在碱性溶液中浸泡６０ｄ后，其拉伸强度降低２．Ｏ％。总体上来说，ＣＦＲＰ在这两种介质中具有良

２００９年第２易

玻璃钢／复合材料

８１

冻融循环环境中，树脂基体在低温或水分中仍能继续固化，本身弹性模量提高，抗冻融能力增强，使得ＦＲＰ复合材料弹性模量提高及抗冻融能力增强。而在ＦＲＰ的固化过程中，纤维与树脂基体之间又不可避免地会存在微孔等缺陷，水分侵入其中，在温度的升降中使得纤维与树脂基体脱粘，从而降低了ＦＲＰ的抗冻融能力。由于ＧＦＲＰ比ＣＦＲＰ的吸湿性强，在冻融环境下ＧＦＲＰ的抗冻融性能比ＣＦＲＰ差。

２．６

ＦＲＰ复合材料的自然老化及抗紫外线性能Ｈｏｕｓｓａｍ等人¨副研究了ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ在室

内、室外大气中自然老化２．５年后的老化情况，结果表明，拉伸强度衰减缓慢，具有较好的大气稳定性。日本的谷木谦介通过对ＣＦＲＰ和ＧＦＲＰ３年自然暴露试验及１００００ｈ的加速暴露试验后也得出结论，ＣＦＲＰ的拉伸强度基本没有降低，而ＧＦＲＰ强度降低了３０％左右。

文献［６］进行的ＦＲＰ片材在自然环境作用下半年自然老化的研究认为，ＦＲＰ片材的拉伸强度有不同程度的下降，ＣＦＲＰ的伸长率和弹性模量变化不明显，但ＧＦＲＰ和ＡＦＲＰ的弹性模量有所下降。对ＦＲＰ片材进行防护后，其拉伸强度较无防护片材少降低２—４％，但有无防护对伸长率和弹性模量的影响并无一致的规律性。

由于自然老化对ＦＲＰ材料耐久性能研究需要相当长的时间才能说明问题，难度较大，因此在自然老化方面的研究成果较少。但自然老化更为接近工程实际，其研究结果对ＦＲＰ的推广及应用更有价值，因而需要大力开展这方面的研究工作。

Ｊ．Ｈｕｌａｔｔ¨１等研究了ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ在２０００ｈ的紫外线加速老化作用。所用材料是９０／１０的碳纤维，０／９０。和±４５０方向编织的Ｅ一玻璃纤维，用环氧树脂基体。试验结果表明，２０００ｈ的紫外线辐射对试件的力学性能没有负作用。ＧＦＲＰ的弹模稍有降低，但ＣＦＲＰ的弹模却是稍有提高。基体材料有明显的褪色，特别是ＧＦＲＰ。究其原因，太阳中的紫外线，能破坏ＦＲＰ材料中的典型共价键，使聚合物变成游离基，引发材料的光降解；紫外线还通过引发和促进氧对树脂的作用，引起复合材料的老化。尽管紫外线对ＦＲＰ材料的耐久性能影响较大，但由于设备等原因，在这方面的研究成果还比较少。３

ＦＲＰ复合材料耐久性研究展望

目前国内外学者对ＦＲＰ材料的耐久性能作了

大量的研究并己取得了较多的研究成果。但仍存在

万　

方数据一些问题，我们需要在以下几个方面努力：

（１）国内外对ＦＲＰ材料耐久性已进行了较多研究，但由于试验方法、试验条件及选用材料不尽相同，这些数据之间基本无法进行比较，难以建立ＦＲＰ材料在典型老化工况下的性能劣化模型。在长期自然环境中的耐久性试验数据较少，人工快速老化和自然老化试验结果的对应关系也更为少见，因此缺乏ＦＲＰ材料在典型环境下快速试验与自然老化试验的同步和系统研究，从而对所建立的ＦＲＰ复合材料耐久性评价体系和预测模型缺乏验证依据；

（２）目前研究成果皆为对单一ＦＲＰ复合材料耐久性的研究，且研究范围主要集中在碳纤维、玻璃纤维，而对芳纶纤维、玄武岩纤维等材料的耐久性研究还比较少，针对混杂纤维复合材料（Ｈｙｂｒｉｄ

ｆｉｂｅｒ

ｒｅ—

ｐｏｌｙｍｅｒ，简称ＨＦＲＰ）的研究更鲜见报道。

而混杂纤维复合材料能充分发挥不同纤维的优势，（３）目前ＦｆｕＰ复合材料已广泛应用于多领域工程中，所处的环境条件千差万别。深入研究ＦＲＰ复及受力状态与环境条件的耦合状态下的耐久性问题参考文献

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（下转第８６页）

ＦＲＰ／ＣＭ

２００９．Ｎｏ．２

ｉｎｆｏｒｃｅｄ

扬长避短，优化其综合力学性能¨９。，因而有必要进行混杂纤维复合材料耐久性的深入研究；

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８６

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ｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒ（ＦＲＰ）；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ

２００９．Ｎｏ．２

ＦＲＰ／ＣＭ

万方数据　

纤维增强聚合物(FRP)耐久性能研究进展

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

朱海堂， 方高干， 孙丽萍， ZHU Hai-tang， FANG Gao-gan， SUN Li-ping郑州大学,河南郑州,450002

玻璃钢/复合材料

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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_blgfhcl200902019.aspx