摘要:采用连续拉挤工艺制备玻璃纤维/聚氨酯复合材料(FＲPU)，研究在酸、碱、盐溶液中的浸泡时间和紫外光(UV)老化时间对FＲPU力学性能的影响。结果表明，垂直于玻纤方向性能下降趋势比平行方向更明显;经过60℃的酸/碱/盐溶液浸泡后，FＲPU的拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度随着时间的延长逐渐下降，下降幅度依次为碱＞酸＞盐;在紫外光照射老化后，FＲPU的力学性能呈现出先增加后减小的趋势，垂直方向减小的趋势更明显。
关键词:聚氨酯;复合材料;玻纤增强;拉挤成型;耐腐蚀;耐候；文章发表
       铁路桥梁桥面附属设施主要由钢筋混凝土结构组成，其重量大、施工难、周期长，且钢筋容易锈蚀而产生劣化［1］。在当今轻量化的大趋势下，作为新型轻质高强材料，纤维增强树脂复合材料得到了广泛的关注，其具有比强度和比模量高、重量轻、安装方便、不易锈蚀和免维护等特点［2］，可替代传统钢筋混凝土结构。近些年国内对玻璃纤维增强聚氨酯(FＲPU)的研究也比较多［3－5］，但应用于铁路桥梁桥面附属设施的研究较少，特别是在不同地区不同使用环境下的耐酸碱盐腐蚀和耐候性研究。

       本实验通过连续拉挤工艺制备了FＲPU，为了模拟其在不同环境下的使用，分别在酸、碱、盐溶液中浸泡以及紫外光照射处理，研究了FＲPU在经过不同环境、不同时间处理后力学性能的变化趋势。

表1 酸液中浸泡不同时间的FＲPU 的力学性能
       由表1可见，随着浸泡时间的增加，FＲPU在平行于玻纤方向上的拉伸强度和弯曲强度保持率均呈现下降趋势，但是下降不明显，最低保持率分别为91.5%和90.5%。而在垂直于玻纤方向上的拉伸强度和弯曲强度则呈现出较明显的下降趋势，最低保持率分别为61.7%和57.8%。FＲPU的层间剪切强度和巴柯尔硬度受酸腐蚀影响也比较明显，呈现下降趋势，最低保持率分别为67.8%和75.8%。
       FＲPU在垂直于玻纤方向的拉伸强度和弯曲强度主要由聚氨酯树脂提供，而在平行方向的强度主要由玻璃纤维提供，酸、碱都是聚氨酯水解的促进剂［6］，在酸性环境中，随着时间的延长，聚氨酯发生不同程度的水解反应，分子链断裂，表现为聚氨酯力学性能下降，聚氨酯和玻璃纤维界面分离。而玻璃纤维为无机材料，主要成分是二氧化硅，受酸腐蚀影响较小，其本身力学性能基本保持不变。
2. 2 碱溶液对FＲPU 力学性能的影响
       FＲPU在60℃的10%氢氧化钠溶液中浸泡不同时间后，其力学性能见表2。






表2 碱液中浸泡不同时间FＲPU 的力学性能
       由表2可见，FＲPU在碱溶液中浸泡后，其在平行方向上的拉伸强度和弯曲强度保持率与酸溶液浸泡后的相比略低，其中弯曲强度最低保持率为82.0%;而在垂直方向上，拉伸和弯曲强度则呈现出较酸液浸泡更加明显的下降趋势，其中拉伸强度最低保持率仅56.2%。在碱溶液中浸泡后FＲPU的层间剪切强度和巴柯尔硬度也比酸液浸泡下降更加明显，最低保持率分别为56.4%和71.0%。
       酸和碱作为聚氨酯水解反应的催化剂，碱的催化效率比酸要高，且高pH值碱液会更容易侵入树脂与纤维界面，造成纤维脆化，玻纤与聚氨酯界面发生化学腐蚀，并产生水化产物［7］。
2.3 盐溶液对FＲPU力学性能的影响
       FＲPU在60℃的10%氯化钠溶液中浸泡不同时间后，其力学性能见表3。






表3 盐溶液中浸泡不同时间FＲPU 的力学性能
       由表3可见，经盐溶液浸泡后，FＲPU力学性能下降趋势与酸、碱溶液浸泡相比均有减缓，在垂直方向上的拉伸强度和弯曲强度以及层间剪切强度下降幅度较酸碱浸泡的小，下降最多的拉伸强度保持率仍可达79.3%。相对于酸和碱，盐溶液对聚氨酯和玻璃纤维表面的腐蚀性更低，因此FＲPU性能保持较好。
2.4 紫外光照对FＲPU力学性能的影响
      FＲPU在紫外光照射后力学性能的变化情况见表4。






表4 紫外光照射不同时间FＲPU 的力学性能
       由表4可见，随着紫外光照射时间的延长，FＲPU的力学性能呈现出先增加后降低的趋势，且经过70d的照射后，性能保持率较高，均在80%以上，但垂直方向下降幅度比平行方向大。
       FＲPU材料在连续法生产线上受热固化时间较短，聚氨酯树脂固化不完全，在一定温度的试验箱中经过紫外线照射后，未反应的基团会继续反应而达到完全固化，因而力学性能均表现为提升;但在经过长时间的照射后，聚氨酯开始发生光老化降解，氨基甲酸酯中C—N键或C—O键断裂［8］，继而表现为力学性能下降。又因紫外光照射材料深度有限，仅表面或较浅层的聚氨酯树脂发生老化，因而其力学性能保持率较好，但不排除继续延长照射时间，FＲPU的力学性能保持率急剧下降的可能。
3 、结论
      (1)随着在酸、碱、盐溶液中浸泡时间的延长，FＲPU 的力学性能均逐渐下降，力学性能下降程度为碱＞酸＞盐，且垂直于玻纤方向的拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度下降更明显。

      ( 2) 聚氨酯经紫外光短时间照射可进一步固化，FＲPU 的力学性能有所提高，经过70 d 照射后，发生老化降解，强度降低，但仍有80%以上的保持率。

参考文献
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［2］刘小祥，刘翼，安珈璇，等．连续长玻璃纤维/聚氨酯复合材料的制备与力学性能［J］．复合材料学报，2019，36(3):617－622．
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