2.3　制造過程

由于不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂的固化過程相似，而環氧樹脂固化過程與此相距較大，且環氧樹脂原料檢驗等內容差異很大，下面重點說明玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂形成GFRP筋材的過程。

2.3.1　原材料檢驗

用于制備GFRP筋材、錨桿的樹脂所需檢測的主要指標有固含量、黏度、反應活性、凝膠時間和酸值等，具體的檢測方法如下。

（1）項目標準　固含量的測定：GB/T 7193.3《不飽和聚酯樹脂固體含量的測定方法》。黏度的測定：GB/T 7193.1《不飽和聚酯樹脂黏度測定方法》，反應活性、放熱峰的測定：GB/T 7193.4《不飽和聚酯樹脂在80℃下反應活性測定方法》。酸值的測定：GB/T 2895《不飽和聚酯樹脂酸值的測定》。

（2）樹脂澆注體制造部分　在樹脂中加入指定數量的引發劑和促進劑，混合均勻并盡可能消除混合料中的氣泡，將模具涂好脫模劑后把混合料緩慢倒入規定的模具中，盡量避免產生氣泡，按指定的溫度和時間進行固化，所做的試樣每批不得少于十個，脫模并對樣塊進行必要的加工處理（參考GB/T 2567—2008）。

（3）樹脂澆注體性能測試　耐堿性的測定：GB 7194《不飽和聚酯樹脂澆注體耐堿性測定方法》，試驗介質應為10%的NaOH溶液，試樣有效數量不得小于5個。拉伸性能、壓縮性能、彎曲性能和剪切性能的測定：GB/T 2567—2008《樹脂澆注體性能試驗方法》，每種性能測試試樣有效數量不得小于5個。

（4）玻璃纖維部分　用于GFRP增強材料的無堿玻璃纖維無捻粗紗需要檢測的主要指標有堿金屬氧化物含量、含水率、線密度、斷裂強力和斷裂伸長率、直徑等，具體的檢測方法如下。堿金屬氧化物的含量的測定：GB/T 1549—1994《鈣鈉硅鋁硼玻璃化學分析方法》。線密度的測定：GB/T 7690.1—2001《增強材料　紗線試驗方法》第一部分：線密度的測定。斷裂強力和斷裂伸長率的測定：GB/T 7690.3《增強材料　紗線試驗方法》第三部分：玻璃纖維斷裂強力和斷裂伸長的測定。直徑的測定：GB/T 7690.5《增強材料　紗線試驗方法》第五部分：玻璃纖維纖維直徑的測定。含水率的測定：GB/T 9914.1—2001《增強制品試驗方法》第一部分：含水率的測定。

此外還包括引發劑、促進劑、阻聚劑和其他添加劑，性能檢測見相關標準。

2.3.2　工藝及控制部分

本部分內容包括：生產前的準備工作、工藝參數的設置和調整。

2.3.2.1　生產前的準備工作

生產前的準備工作主要包括：生產GFRP筋材所需玻璃纖維紗數量的確定、玻璃纖維紗的分配、玻璃纖維紗穿過模頭、刮膠皮的選擇和安放、牽引、樹脂的配制等。

（1）玻璃纖維紗數量的確定　生產GFRP直筋所需的玻璃纖維紗的數量是根據所需生產的GFRP筋材的直徑來確定的，具體計算方法有兩個，其一為筋材的徑向截面積乘以0.3，即

式中　π——圓周率；

D——桿體直徑。

其二是根據纖維的密度和線密度、樹脂的密度及纖維和樹脂的質量比例來計算的，在確定筋材中纖維和樹脂的質量比后得出的數據比較精確，具體如下。

式中　N——需用纖維的根數；

R——纖維與樹脂的質量比；

S——桿體的橫截面積，cm2；

Pf——纖維的密度，g/cm3，玻璃纖維一般為2.5g/cm3；

Pr——樹脂的密度，g/cm3，不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂的密度一般在1.1g/cm3；

T——纖維的線密度，tex。

實際生產中由于不同廠家的產品存在一定的差別，在桿體直徑達不到要求或偏小時，可酌情增加或減少紗的根數。

（2）玻璃纖維紗的分配　生產筋材所需的纖維的根數確定后，玻璃纖維紗必須進行合理的分配。由于纖維在桿體中的不均勻分配很容易引起GFRP筋材內部存在強度缺陷，在受到外部載荷的作用下，該處極易引起應力集中，使材料在該處破壞而失效，因此玻璃纖維紗的分配必須滿足均勻分配的原則，盡量成中心對稱。

（3）玻璃纖維紗穿過模頭　玻璃纖維紗在穿過模頭之前，先將玻璃纖維紗按照導紗板上的區域分成股，每股均需加捻，然后再用膠帶纏緊一起穿過模頭，用膠帶纏緊加捻的玻璃纖維時應盡量使其端部細而尖，以便四股加捻的玻璃纖維紗能夠比較容易地穿過模頭。

（4）刮膠皮的選擇和安放　刮膠皮孔徑的大小及安放位置直接影響GFRP筋材的外觀質量及桿體徑向的幾何尺寸，一般刮膠皮的孔徑及安放可按方便生產原則確定并根據生產調節。

（5）牽引　牽引時應盡量用鐵絲將四股玻璃纖維紗綁緊，為確保將玻璃纖維紗綁緊，可將玻璃纖維紗綁好后，將其端部沿牽引方向向模頭方向倒扣后再用鐵絲綁緊，以防止其在牽引過程中脫落。

（6）樹脂的配制　樹脂的配制直接關系產品的質量，對于GFRP筋材，為確保產品的質量，應按以下步驟和順序進行配制：稱取適量的乙烯基酯樹脂（視分散機分散能力的大小確定，分散時的攪拌速度慢），然后按配比將色漿（或其他填料）加入其中，攪拌3min左右進行分散，必要時再按配比加入苯乙烯攪拌3min，最后加入引發劑攪拌10min左右后靜置片刻，待氣泡基本消除后方可倒入浸膠槽中。

2.3.2.2　工藝參數的設置和調整

GFRP筋材的生產工藝參數主要包括溫度的設定和調整、牽引速度、纏繞帶的纏繞速度及張緊力度等，內容如下。

（1）溫度的設定和調整　成型溫度對產品質量起著至關重要的作用，其對GFRP筋材強度影響最大，其次對產品的外形、幾何尺寸等的影響也不容忽視，因此在生產中，溫度的設定必須謹慎。對于GFRP筋材，由于乙烯基酯樹脂固化時的放熱峰高達220～250℃，且其放熱速率很快，數秒中后即可達到峰值，因此其成型溫度的設定一般采用階梯式，即中間溫度最高，具體溫度分布主要取決于桿體的直徑。

（2）牽引速度　牽引速度對產品的質量也有很大影響，特別是產品的力學性能。牽引速度過快，固化時間過短，導致產品的固化程度偏低甚至不固化，而使產品的力學性能偏低或喪失；牽引速度過慢，產品在烘道中的固化時間過長，不僅會導致產品過度固化，使其力學性能偏低，而且生產能力降低，直接影響產量。牽引速度的快慢與烘道的長短、各控制點的設定溫度及桿體的直徑有關，不同的生產線牽引速度也不一樣，一般GFRP筋材直徑越大，牽引速度越慢。

（3）纏繞帶的纏繞速度及張緊力度　在牽引速度確定的情況下，纏繞帶的纏繞速度決定著螺距的大小，一般螺距要求為10mm，螺距偏大時，在牽引速度不可變化的情況下，可將旋轉頻率調大（或將牽引速度調小）；反之可以降低旋轉頻率（或將牽引速度調大）。

纏繞帶的張緊力度決定著螺紋的牙深，一般張緊力度越大，螺紋的牙深越深，同時在纏繞帶的徑向纏繞作用下，GFRP筋材表層中的玻璃纖維處于彎曲狀態，螺紋的牙深越深，表層中處于彎曲狀態的纖維就越多。而玻璃纖維的伸長率較小，GFRP筋材在受到外部載荷的情況下，承擔載荷的只有筋材內層的處于伸直狀態的纖維，即有效承載載荷的纖維。表層纖維的彎曲導致有效承載載荷的纖維的數量減少，因而對產品的力學性能有很大影響，特別是桿體直徑在16mm以下時，其對強度的影響非常顯著。因為在螺紋牙深一樣時，桿體直徑越小，其有效承載載荷的纖維所占的比例也相對越小，故其強度損失越嚴重。一般螺紋的牙深控制在0.2～0.4mm為好，筋材直徑越小，螺紋的牙深宜越低。

2.3.3　產品的檢驗

本部分包括土木工程用GFRP筋材、煤礦支護用GFRP錨桿兩部分。

土木工程用GFRP筋材需要測試的主要有抗拉強度、彈性模量、斷裂延伸率、彎曲強度、壓縮強度及剪切強度等，相關內容見第3章。

煤礦支護用GFRP錨桿需要測試的主要有外觀及幾何尺寸、抗拉強度、抗剪強度、扭矩、錨固力、螺紋承載力、抗靜電性能、阻燃性能等，具體標準見我國標準MT/T 1061—2008指標要求，在第3章有部分指標說明。