ｌ０ 吴舜娟等玻璃纤维增强复合材料的人工加速老化性能研究
玻璃纤维增强复合材料的人工加速老化性能研究
吴舜娟，冯志新，尹文华
（广州合成材料研究院有限公司，广东广州５１０６６５）
摘要：对轨道结构用玻璃纤维增强复合材料（ＧＦＲＰ）进行了氙灯加速老化及湿热老化试验，研究了
ＧＦＲＰ的弯曲强度、压缩强度等随老化时间的变化情况，并考查了不同化学介质对成品性能的影响。结果表
明，该种ＧＦＲＰ具有优异的耐光老化、耐湿热老化及耐化学介质性能。
关键词：玻璃纤维增强复合材料，光老化，湿热老化，力学性能，化学介质
中图分类号：ＴＱ３１
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ａｇｉｎｇ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ
ＷＵ Ｓｈｕｎ－ｊｕａｎ．ＦＥＮＧ Ｚｈｉ—ｘｉｎ。ＹＩＮ Ｗｅｎ－ｈｕａ
（Ｇｕａｎｇ ｚｈｏｕ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ．ｏｆ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６６５，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ａｇｉｎｇ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ａｇｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ
（ＧＦＲＰ）ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｗｉｔｈ ａｇｉｎｇ ｔｉｍｅ ｗｅｒｅ ｒｅ—
ｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ａｎｄ ｓｏｌ＇ｆａｃｅ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｈｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ＧＦＲＰ ｈａｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｌｉｇｈｔ ａｇｉｎｇ．ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ａｇｉｎｇ
ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ，ｌｉｇｈｔ ａｇｉｎｇ，ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ａｇｉｎｇ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｖｉ－
ｒｏｎｍｅｎｔ
随着铁路建设尤其是高速铁路建设的推进，高
速铁路要求其系统结构具备较高刚性、稳定性及适 宜的弹性，原有的木质扣件和水泥枕木扣件的抗震、 减噪性能已经不能适应列车高速运行的需要。 树脂基复合材料又称纤维增强塑料，是目前制 造技术比较成熟且应用最广的一种复合材料。这种 材料是用短切或连续纤维与热固性或热塑性树脂基 体经复合而成，常用的增强材料主要有玻璃纤维、碳 纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等…。其 中由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也 比较快，年增长率达到１０％以上，在新型轨道结构 中得到了越来越广泛的应用。如我国自主设计的第 一条准高速铁路秦沈铁路的路轨套筒配套上，武一 广、哈一大、京一沪等高速铁路的轨距块、轨距挡板、 绝缘件等扣件上都有应用 ｊ。 目前文献对玻纤增强材料（ＧＦＲＰ）在新型轨道 结构中的应用有一些报道，但多局限于成型方法及 产品的物理机械性能，而忽略了产品户外环境下持 收稿日期：２０１３—０６—０８ 久的使用性，即缺少产品老化性能的相关数据。为 此，本实验选取了轨道结构材料中玻纤增强材料部
件（轨距挡板、扣件挡板座、绝缘轨距块）进行了人
工加速老化试验，包括氙灯老化、湿热老化及耐化学
介质等测试，通过分析老化前后样品表面形貌和力
学性能的变化来探讨玻纤增强材料的老化行为和影
响老化的因素，为模拟自然气候条件材料老化的研
究奠定基础，为玻纤增强材料在新型轨道使用的可
靠性提供理论依据。
１ 实验部分
１．１ 材料
宁波曙翔铁路设备制造有限公司提供的玻璃纤
维增强材料及成品（轨距挡板、扣件挡板座、绝缘轨
距块）。
１．２测试仪器
Ｈ１０Ｋ．Ｓ型ＨＯＵＮＳＦＩＥＬＤ万能材料试验机；美
２０１３年第４２卷第４期 合成材料老化与应用 １３
２．３ 耐化学介质
我国幅员辽阔，气候种类繁多，土壤酸、碱、盐成
分也不相同，加之机车及铁路的保养，使轨道材料还
需经历酸、碱、盐及有机溶剂等的考验。化学介质对
高分子材料的老化可以理解为聚合物材料在化学介
质中发生的，并引起材料性能变化的化学与物理过
程的总和。表１显示了成品在不同的化学介质中性 能的变化情况。 表１ 成品在不同的化学介质中性能的变化情况 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔ’ｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｄｉｕｍｓ 由表１可以看出各成品样品对各种化学介质的 耐受性良好，外观均元明显变化，扣件挡板座残余变 形及绝缘轨距块剪切性能变化也不明显。仅轨距挡 板横向力这个指标有相对明显的变化，但保持率也 均在８０％以上。为了更清晰地反映各老化因素对 材料性能的影响，我们以轨距挡板横向力保持率为 考察对象，结果如图５所示。 ＩｌＯ １Ｏ５ 褂ｌ００ 鼗 ９５ 蜒９Ｏ ８５ ８０ 氙灯老化湿热老化耐汽油耐盐雾耐Ｈ ＳＯ 耐ＮａＯＨ ６０００ｈ ｌ６８０ｈ ７２０ｈ ７２０ｈ ７２０ｈ ７２０ｈ 老化因素 图５ 各老化因素对轨距挡板横向力保持率的影响 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ａｇｉｎｇ￣ｃｔｏｍ ｏｎ ｔｈｅ ｌａｔｅｒａｌ ｆｏｒｃｅ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｕｇｅ ａｐｒｏｎ 由图５可以清楚地看到不同老化因素对样品力 学性能的影响，该ＧＦＲＰ制品最不耐碱，其次不耐 酸，光照对样品外观影响很大，但力学性能不损失。 ３结论 （１）试验样品经过６０００小时人工气候加速老 化试验后，材料及成品物理性能均保持良好。成品
轨距挡板的横向力保持率没有下降，但是样品表面
有明显粉化。为了解决易粉化问题，建议在表面模
压具有抗光照等特殊作用的保护层。
（２）１６８０小时湿热老化试验，除样品表面有轻
微的变化外，物理性能保持率良好。成品轨距挡板
的横向力保持率为８９％。
（３）７２０小时耐腐蚀试验，样品表面没有明显的
变化，成品轨距挡板的横向力保持率均超过８０％。
（４）不同老化条件下样品的耐久顺序为：光老
化（氙灯）＞湿热＞汽油＞盐雾＞Ｈ２ＳＯ４＞ＮａＯＨ。
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