2.3　制造过程

由于不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂的固化过程相似，而环氧树脂固化过程与此相距较大，且环氧树脂原料检验等内容差异很大，下面重点说明玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂形成GFRP筋材的过程。

2.3.1　原材料检验

用于制备GFRP筋材、锚杆的树脂所需检测的主要指标有固含量、黏度、反应活性、凝胶时间和酸值等，具体的检测方法如下。

（1）项目标准　固含量的测定：GB/T 7193.3《不饱和聚酯树脂固体含量的测定方法》。黏度的测定：GB/T 7193.1《不饱和聚酯树脂黏度测定方法》，反应活性、放热峰的测定：GB/T 7193.4《不饱和聚酯树脂在80℃下反应活性测定方法》。酸值的测定：GB/T 2895《不饱和聚酯树脂酸值的测定》。

（2）树脂浇注体制造部分　在树脂中加入指定数量的引发剂和促进剂，混合均匀并尽可能消除混合料中的气泡，将模具涂好脱模剂后把混合料缓慢倒入规定的模具中，尽量避免产生气泡，按指定的温度和时间进行固化，所做的试样每批不得少于十个，脱模并对样块进行必要的加工处理（参考GB/T 2567—2008）。

（3）树脂浇注体性能测试　耐碱性的测定：GB 7194《不饱和聚酯树脂浇注体耐碱性测定方法》，试验介质应为10%的NaOH溶液，试样有效数量不得小于5个。拉伸性能、压缩性能、弯曲性能和剪切性能的测定：GB/T 2567—2008《树脂浇注体性能试验方法》，每种性能测试试样有效数量不得小于5个。

（4）玻璃纤维部分　用于GFRP增强材料的无碱玻璃纤维无捻粗纱需要检测的主要指标有碱金属氧化物含量、含水率、线密度、断裂强力和断裂伸长率、直径等，具体的检测方法如下。碱金属氧化物的含量的测定：GB/T 1549—1994《钙钠硅铝硼玻璃化学分析方法》。线密度的测定：GB/T 7690.1—2001《增强材料　纱线试验方法》第一部分：线密度的测定。断裂强力和断裂伸长率的测定：GB/T 7690.3《增强材料　纱线试验方法》第三部分：玻璃纤维断裂强力和断裂伸长的测定。直径的测定：GB/T 7690.5《增强材料　纱线试验方法》第五部分：玻璃纤维纤维直径的测定。含水率的测定：GB/T 9914.1—2001《增强制品试验方法》第一部分：含水率的测定。

此外还包括引发剂、促进剂、阻聚剂和其他添加剂，性能检测见相关标准。

2.3.2　工艺及控制部分

本部分内容包括：生产前的准备工作、工艺参数的设置和调整。

2.3.2.1　生产前的准备工作

生产前的准备工作主要包括：生产GFRP筋材所需玻璃纤维纱数量的确定、玻璃纤维纱的分配、玻璃纤维纱穿过模头、刮胶皮的选择和安放、牵引、树脂的配制等。

（1）玻璃纤维纱数量的确定　生产GFRP直筋所需的玻璃纤维纱的数量是根据所需生产的GFRP筋材的直径来确定的，具体计算方法有两个，其一为筋材的径向截面积乘以0.3，即

式中　π——圆周率；

D——杆体直径。

其二是根据纤维的密度和线密度、树脂的密度及纤维和树脂的质量比例来计算的，在确定筋材中纤维和树脂的质量比后得出的数据比较精确，具体如下。

式中　N——需用纤维的根数；

R——纤维与树脂的质量比；

S——杆体的横截面积，cm2；

Pf——纤维的密度，g/cm3，玻璃纤维一般为2.5g/cm3；

Pr——树脂的密度，g/cm3，不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂的密度一般在1.1g/cm3；

T——纤维的线密度，tex。

实际生产中由于不同厂家的产品存在一定的差别，在杆体直径达不到要求或偏小时，可酌情增加或减少纱的根数。

（2）玻璃纤维纱的分配　生产筋材所需的纤维的根数确定后，玻璃纤维纱必须进行合理的分配。由于纤维在杆体中的不均匀分配很容易引起GFRP筋材内部存在强度缺陷，在受到外部载荷的作用下，该处极易引起应力集中，使材料在该处破坏而失效，因此玻璃纤维纱的分配必须满足均匀分配的原则，尽量成中心对称。

（3）玻璃纤维纱穿过模头　玻璃纤维纱在穿过模头之前，先将玻璃纤维纱按照导纱板上的区域分成股，每股均需加捻，然后再用胶带缠紧一起穿过模头，用胶带缠紧加捻的玻璃纤维时应尽量使其端部细而尖，以便四股加捻的玻璃纤维纱能够比较容易地穿过模头。

（4）刮胶皮的选择和安放　刮胶皮孔径的大小及安放位置直接影响GFRP筋材的外观质量及杆体径向的几何尺寸，一般刮胶皮的孔径及安放可按方便生产原则确定并根据生产调节。

（5）牵引　牵引时应尽量用铁丝将四股玻璃纤维纱绑紧，为确保将玻璃纤维纱绑紧，可将玻璃纤维纱绑好后，将其端部沿牵引方向向模头方向倒扣后再用铁丝绑紧，以防止其在牵引过程中脱落。

（6）树脂的配制　树脂的配制直接关系产品的质量，对于GFRP筋材，为确保产品的质量，应按以下步骤和顺序进行配制：称取适量的乙烯基酯树脂（视分散机分散能力的大小确定，分散时的搅拌速度慢），然后按配比将色浆（或其他填料）加入其中，搅拌3min左右进行分散，必要时再按配比加入苯乙烯搅拌3min，最后加入引发剂搅拌10min左右后静置片刻，待气泡基本消除后方可倒入浸胶槽中。

2.3.2.2　工艺参数的设置和调整

GFRP筋材的生产工艺参数主要包括温度的设定和调整、牵引速度、缠绕带的缠绕速度及张紧力度等，内容如下。

（1）温度的设定和调整　成型温度对产品质量起着至关重要的作用，其对GFRP筋材强度影响最大，其次对产品的外形、几何尺寸等的影响也不容忽视，因此在生产中，温度的设定必须谨慎。对于GFRP筋材，由于乙烯基酯树脂固化时的放热峰高达220～250℃，且其放热速率很快，数秒中后即可达到峰值，因此其成型温度的设定一般采用阶梯式，即中间温度最高，具体温度分布主要取决于杆体的直径。

（2）牵引速度　牵引速度对产品的质量也有很大影响，特别是产品的力学性能。牵引速度过快，固化时间过短，导致产品的固化程度偏低甚至不固化，而使产品的力学性能偏低或丧失；牵引速度过慢，产品在烘道中的固化时间过长，不仅会导致产品过度固化，使其力学性能偏低，而且生产能力降低，直接影响产量。牵引速度的快慢与烘道的长短、各控制点的设定温度及杆体的直径有关，不同的生产线牵引速度也不一样，一般GFRP筋材直径越大，牵引速度越慢。

（3）缠绕带的缠绕速度及张紧力度　在牵引速度确定的情况下，缠绕带的缠绕速度决定着螺距的大小，一般螺距要求为10mm，螺距偏大时，在牵引速度不可变化的情况下，可将旋转频率调大（或将牵引速度调小）；反之可以降低旋转频率（或将牵引速度调大）。

缠绕带的张紧力度决定着螺纹的牙深，一般张紧力度越大，螺纹的牙深越深，同时在缠绕带的径向缠绕作用下，GFRP筋材表层中的玻璃纤维处于弯曲状态，螺纹的牙深越深，表层中处于弯曲状态的纤维就越多。而玻璃纤维的伸长率较小，GFRP筋材在受到外部载荷的情况下，承担载荷的只有筋材内层的处于伸直状态的纤维，即有效承载载荷的纤维。表层纤维的弯曲导致有效承载载荷的纤维的数量减少，因而对产品的力学性能有很大影响，特别是杆体直径在16mm以下时，其对强度的影响非常显著。因为在螺纹牙深一样时，杆体直径越小，其有效承载载荷的纤维所占的比例也相对越小，故其强度损失越严重。一般螺纹的牙深控制在0.2～0.4mm为好，筋材直径越小，螺纹的牙深宜越低。

2.3.3　产品的检验

本部分包括土木工程用GFRP筋材、煤矿支护用GFRP锚杆两部分。

土木工程用GFRP筋材需要测试的主要有抗拉强度、弹性模量、断裂延伸率、弯曲强度、压缩强度及剪切强度等，相关内容见第3章。

煤矿支护用GFRP锚杆需要测试的主要有外观及几何尺寸、抗拉强度、抗剪强度、扭矩、锚固力、螺纹承载力、抗静电性能、阻燃性能等，具体标准见我国标准MT/T 1061—2008指标要求，在第3章有部分指标说明。