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前言

环境因素在强度和刚度降低方面影响了玻璃钢的耐久性性能。这些环境因素包括湿度、紫外线照射、高温、碱性或酸性和盐水溶液、冻融循环和高湿度。

《设计指引》载有多项测试及缓解措施用于玻璃钢钢筋和加固系统。可用的耐久性测试包括热湿循环、碱性浸没、冻融循环、紫外线照射、盐水和干热。考虑到各种环境因素，可将保护涂层应用于玻璃钢复合件.碳纤维抗碱性，而普通玻璃纤维在这些环境中降解。在高碱性、高湿度的环境中，应该用碳钢代替玻璃钢。

碳纤维是所有纤维中最强的。它们被用来加强应用，如CFRP条，板条，钢筋和预应力肌腱。碳纤维具有较高的抗拉强度和模量、较高的抗疲劳和抗蠕变性，以及较高的耐化学性。由于这些特性，碳纤维对侵略性环境有很高的抵抗力。碳纤维的主要缺点是成本高、导热性和各向异性。碳纤维比电子玻璃纤维贵10-30倍。

由于碳纤维是导电的，所以应该从任何钢部件中电隔离。树脂通常提供电绝缘材料，但玻璃纤维应在导电环境中使用。碳纤维长而连续的拖曳物，含有1000至16000束平行细丝，碳纤维具有四种不同的强度等级标准模量、中间模量、高强度模量和超高模量。玻璃及碳纤维对紫外线不敏感。

芳纶或凯夫拉纤维虽然在结构工程应用中并不常见，但仍被用于玻璃钢钢筋和预应力肌腱。芳纶纤维的抗压强度比抗拉强度低20%，在张力作用下，它们的行为是线性弹性和脆性的，在压缩作用下是非线性和韧性的。

当受到弯曲时，它们表现出较大的塑性，这种行为增加芳纶纤维的抗冲击性。由于高能量吸收和韧性，芳纶纤维用于防弹背心和头盔。芳纶纤维受到紫外光的影响，在紫外线下它们会改变颜色，从而降低强度。芳纶纤维除了极少数的酸和碱之外，对大多数化学物质都有抵抗力。

它们能在高含水量的情况下断裂。相对较低的抗压强度、对紫外线的敏感性和应力破裂的趋势使芳纶纤维不太适合用于结构应用。在高碱性环境中，由于AFRP棒的成本相对较低，因此它们有时优于CFRP-强化棒。

GfrP和AFRP是不导电的，而碳玻璃钢是导电的。不应使用碳基玻璃钢直接与钢元素接触，以避免电流腐蚀。CFRP复合材料也能抵抗持续载荷下的蠕变破坏和循环载荷下的疲劳破坏。

在卡伯哈里的综合著作中，讨论了在高温和火灾、紫外线辐射、蠕变和疲劳载荷、冻融条件和潮湿环境下接触玻璃钢复合材料的耐久性。

根据布伦特兰报告，可持续性是指在不损害后代需求的情况下满足当代需求。过去良好的结构设计有效地利用了材料和资源，注重性能和经济性。可持续设计方法的基础是材料，除性能标准外，还考虑环境、经济和社会因素以及能源和资源消耗。

对材料可持续性的评价涉及从摇篮到坟墓的生命周期评估，包括原材料采购、制造和加工、建造、维护、回收和处置。理想的可持续材料将有一个利用可再生资源、能源和零废物的封闭生命周期，对环境、人民和社会的影响较低。

由于轻量级和运输方便，玻璃钢复合材料的能源消耗一般较少。与传统材料相比，森林资源规划署的生态和碳足迹也很小。在化学腐蚀性环境下，玻璃钢不具有性能优越的腐蚀性.玻璃钢复合材料比其他材料更能抵抗蠕变和疲劳载荷。

这导致使用玻璃钢材料的结构的维护水平低，结构的预期耐久性通过使用玻璃钢得到提高。可以通过评估其寿命的各个阶段及其对环境的影响来更好地了解森林资源规划系统的可持续性。通过这种方式，可以更好地深入了解基金的生命周期评估。

材料的开采和生产

第一阶段是为生产玻璃钢复合材料的投入材料寻找原材料。萃取后，对材料进行加工和精炼，成为制造玻璃钢的投入材料。萃取和生产玻璃钢输入材料需要能量。

显示不同材料的提取和生产所需的能量强度，热固性聚合物树脂是通过高耗能的化学过程产生的。与其他合成纤维相比，碳纤维的能耗相对较高。由于能源需求高，大多数制浆玻璃钢型材采用玻璃纤维而不是碳纤维。

碳纤维的强度远高于传统材料.轻量级的玻璃钢降低了生命周期后期运输所需的能量。传统材料运输所产生的碳排放明显高于玻璃钢复合材料。将玻璃钢复合材料作为钢的替代材料，可将结构部件的重量降低到60%-80%。

虽然玻璃钢复合材料在结构工程上有很大的应用前景，但其大规模生产尚未实现。其广泛使用的主要障碍包括产量低、缺乏自动化和成本高。玻璃钢复合材料的各种制造工艺的能耗。

消费只用于制造过程，而不用于成分材料.手动方法，如手压和预浸，与自动工艺相比，如拉挤和长丝绕组，需要大量的能量。由于玻璃钢复合材料需要两种以上的材料，纤维浸渍、表面制剂、添加剂、织物和溶剂可能需要额外的能量。拉挤和长丝绕组的能量投入非常低。

低能量输入材料和制造技术结合自动化可以显著降低玻璃钢复合材料的成本，低能量投入、高生产率和自动化有利于拉挤工艺。即使拉挤机需要最少的能量来生产玻璃钢零件，它也不能产生非常复杂的形状。

拉挤仅限于制作非常简单的截面型材，如管、宽边型材、平行法兰通道、栏杆、杆和梯子。其他高耗能的工艺，如rtm、灌注成型和预浸液等，都用于制造复杂的形状。单组件玻璃钢桥式构件通常采用树脂注入法/预浸法制造。

FRP复合材料已在航空、汽车、建筑、海运、消费品和电器等行业得到广泛应用。特别是先进的玻璃钢复合材料在航空航天工业中得到了很好的应用，波音787梦幻客机包含80%的玻璃钢复合材料的体积。空客A380是第一架拥有CFRP复合翼盒的飞机。

这些船也是用玻璃钢复合材料建造的，90%的现代船壳由玻璃钢复合材料组成。在汽车工业中，90%的卡车车身是由玻璃钢复合材料制成的。

在这些行业，轻量级的玻璃钢复合材料减少了燃料消耗和碳排放。在军事应用中，芳纶纤维复合材料被用于防*夹弹**克和其他抗冲击的身体装备。建筑业使用全球生产的四分之一的玻璃钢。

再利用玻璃钢复合材料进行另一种应用是处理玻璃钢废料的可持续方式。理想的做法是，在另一个应用程序中，将玻璃钢废物作为玻璃钢的一部分进行再利用。由于玻璃钢的特殊生产和应用，与钢铁和木材等传统材料相比，玻璃钢零部件的再利用潜力非常有限。

玻璃钢复合材料可通过三种方式处置，倾倒、焚烧和再利用/再循环。倾倒在堆填区是最便宜的方式来处理。废料玻璃钢复合材料必须分类和分离。然而，在玻璃钢产品中，很难从固化树脂中分离出高价值纤维，因为钢和其他部件可能附着在玻璃钢产品上。

玻璃钢复合材料的回收利用

热塑性树脂基质中分子键较弱，热塑性玻璃钢材料易于通过重熔和重铸回收。热固性玻璃钢复合材料由于热固性树脂的交联性质而难以回收。回收热固性树脂基玻璃钢废料有三种主要工艺焚烧----通过加热有机部分和共同燃烧获得部分能量回收----同时回收原料和能量。

热和化学回收----通过分解过程部分回收纤维和能量，机械回收----通过粉碎、研磨和碾磨将玻璃纤维素复合材料分解，从而产生较小的纤维或粉状产品。

焚烧和共同焚烧热固性玻璃钢材料的能量和/或材料回收方法。焚烧结果在"部分能量回收从燃烧过程中产生的热量的有机部分"。与此同时，共同焚烧有助回收能源及原材料。在焚烧过程中，50%的废物仍为灰，仍需填埋。

焚烧造成的空气污染是焚烧过程中遇到的挫折之一。德国曾尝试将玻璃钢废物转化为水泥制造的能源和熟料。这种方法不产生灰，三分之二的复合废物被转化为熟料，三分之一被回收为窑燃料。混合焚烧的一个缺点是，需要将复合废物减少到适合水泥窑的小颗粒。焚烧和共同焚烧可分为再利用方法。

热回收将玻璃钢废料分解成原回收纤维，从而实现部分能量回收。它只适用于CFRP复合废物，回收纤维和能源的价值高于热回收成本。它需要大量的玻璃钢材料废料来证明回收成本的合理性。最常见的热回收方法是热解。

它涉及在惰性大气中加热玻璃钢废料，以回收聚合物作为油。另一个热回收过程是流化床中的氧化树脂基质燃烧在热流和富氧流在此方法导致纤维回收。热再循环中回收纤维的强度和形状可能发生退化，热循环再循环仍远未成为商业上可行的循环循环程序。

化学再循环包括在低温下用化学物质溶解树脂。这是一种温和的无热压力方法。回收的纤维在这一过程中保持原来的强度。这种方法的一些局限性包括使用危险溶剂、减少回收纤维的长度和回收纤维缺乏粘附能力。与热回收一样，化学回收尚未成为经济上可行的解决方案。只限于低容量的碳纤维回收。

在所有方法中，机械回收是回收可再用纤维的最先进和可行的方法。这包括粉碎、研磨和碾磨废料的玻璃钢材料，使之成为小型填料材料。提取的材料可以用于基于散装或板材成型工艺的新玻璃钢产品，也可以用于水泥、沥青或聚合物粘合剂的混凝土产品。

机械回收具有若干经济和环境效益，这包括没有空气污染，没有复杂和昂贵的设备，以及更大规模的回收利用能力。一些缺点包括粉碎过程中的点火风险和低价值回收纤维。碳纤维可维持其强度，而玻璃纤维经热处理后会失去其强度。

结论

玻璃钢型材及其接头的长期耐久性和性能数据有限。不过对于玻璃钢强化系统和钢筋，有一些数据可用。玻璃玻璃钢是迄今为止最常见的玻璃钢复合材料，其市场份额占全世界生产的玻璃钢的90%。由于低粘度，热固性树脂是最流行的聚合物基质，用于生产玻璃钢结构产品。

玻璃钢的回收方法，包括焚烧、化学、热和机械工艺，可持续设计中最具挑战性的方面似乎是再循环。只有有限的百分比的玻璃钢可以回收利用，考虑到回收过程的成本，这在经济上可能不可行。

参考文献

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