6 纤维增强聚合物-木材复合材料20100118

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1、6FRP增强木质复合材料6.1 引言纤维增强聚合物基（FIBER-REINFORCED POLYMER 简称FRP）-木质复合材料是纤维增强聚合物作为增强物增强木材所获得的性能优越的先进工程木质复合材料。复合材料同时具备纤维增强体和木材的优点。木材是一种多功能结构用材料，可以加工成诸如锯材、单板、刨花、木片和纤维等不同形态的木制材料。这些木制材料再通过胶粘剂，胶合成各种形式的结构木质复合材料，包括：集成材（glulam）、结构复合材（SCL）、工字梁和结构栅栏。木材还具有高的性价比和强重比。FRP也是一种多功能材料，它由合成纤维和聚合树脂构成，有时又被称作先进纤维复合物（AFCs）。与木材相比

2、，FRP具有更高的强度和刚度，因此它可用于传统木质复合材料的增强。通过合理的材料结构设计，增强后的工程木质复合材料表现出更好的性能，与传统工程材料相比，具备许多潜在的优良性能。经FRP增强后，工程木质材料的一些性能可以得到提高： 强度或刚度的提高。 降低材料力学性能的变异性，允许更大的设计值。 使得低等材质树种和速生材可用于工程产品。 减小木构件的尺寸，降低其重量。 增加产品的韧性、适用性和耐疲劳性能。 提高材料的耐久性和尺寸稳定性。对于用于增强结构用木质材料的增强材料的研究已有40多年的历史。早期的研究主要集中于金属增强材料，包括：钢条、预应力钢丝绳、钢板以及铝板等等。使用金属作为增强物的主

3、要问题是木材和增强材料之间的不兼容性。如，用铝板增强木梁，当含水率变化几个百分点时，金属-木材界面便会发生剥离。金属是弹性材料，而木材属粘弹性材料；另外，两种材料的吸湿膨胀和刚度差别很大，这易导致胶层的剥离或胶层附近区域木材的拉伸破坏。与传统金属增强材料不同，纤维增强聚合物可以作为结构用木质材料良好的增强材料。FRP和木材都是粘弹性材料；另外，两种材料之间的材料加工过程也存在相似之处（例如树脂的固化过程）。因此，如果设计合理，可以将FRP和木材之间的不相容性降低到最小程度。较之金属，FRP作为增强材料的又一优点是其生产工序易于和木质复合材料生产工序相结合。FRP增强木质复合材料的发展将会扩大工

4、程木质复合材料在建筑结构以及非建筑结构中的应用。就FRP本身而言，它是一种性能优越的修复木材的材料，能够延长木质材料的使用寿命。FRP增强木质复合材料的强重比比混凝土或钢筋要高得多。从材料和技术的角度而言，FRP增强木质材料表现出卓越的强度性能。木材工业和相关的科研机构对这一新型木质材料给予了很大的关注。由几个研究机构和企业共同出资在缅因大学组建了一流的研究中心先进工程木质复合材料研究中心（AEWC）。AEWC主要是研究FRP-木质混合复合材料。一种商用的FRP-木质复合材料FIRP集成材（使用拉挤成型的FRP作为增强物）已经被申请了专利，1995年9月的建筑官员国际会议（Internatio

5、nal Conference of Building Officials，ICBO）发表了该新型木制品评估报告ER-5100。由美国缅因大学，美国木制工程材料联合会（APA），美国FRP复合材料市场开发联合会（MDA），共同制定的FRP增强集成材标准-AC280” (Acceptance Criteria for Fiber-Reinforced-Polymer Glued-Laminated Timber Using Mechanics-Based Models，AC280) 通过了国际标准委员会(International Code Council ，ICC-ES)的评估，新标准于2005

6、年三月一号生效。在2005年7月份先进工程木制复合材料第三届国际会议上，与会者阐述了木材/FRP复合的最新的研究成果和发展现状。FRP增强木质复合材料一定会使结构木质材料和木质复合材料发生变革。这里主要介绍：（1）介绍纤维增强聚合物及其制造过程的背景信息；（2）讨论先进FRP-木质混合复合材料的制造技术；（3）举例说明FRP-木质混合复合材料在建筑结构中的应用。6.2 纤维增强聚合物纤维增强聚合基复合材料包括用单向或多向纤维增强树脂基体所得的一系列复合材料。FRP复合材料沿着纤维排列方向力学性能最佳。与木材相比，FRPs具有很高的拉伸强度和刚度。当载荷加载到复合材料上时，纤维起主要承载作用，树

7、脂使载荷分散到结构中的所有纤维。起增强作用的纤维和树脂基体的复合较之单一组分更为有用。将纤维在模具或薄板内单方向排列，这样得到的单向层板具有最大的强度和刚度。如果纤维是随机排列的，那么层板平面内各个方向上的性能相同。FRP复合材料的性能并不是其组分性能的简单叠加。树脂和纤维在性能上互补，多数树脂拉伸强度低，但是却具有很好的粘着性和延展性；细纤维具有很高的拉伸强度高却易于破坏。以下章节将详细介绍常用于FRP制作工艺的纤维和树脂，不同的FRP编织工艺也会有涉及。6.2.1增强用纤维当一种材料变形成纤维后，它的强度和刚度会比材料呈整体时的强度和刚度提高很多，这是由于分子沿纤维方向优先取向，和纤维的缺

8、陷减少的原因。例如：E玻璃钢整体的拉伸强度为0.220.84106psi（1.55.8GPa），而玻璃呈纤维状时的拉伸强度是10.48106psi（72.3 GPa）。增强用纤维的直径通常为320m，与人们头发的直径相仿。它们可以是连续的细丝和不连续的纤维（碎纤维）。连续纤维是长纤维，它们在强度和刚度上均达到最大值，这是由于它们的各项异性得到控制，表面缺陷少、尺寸小，而且由纤维承载的载荷沿着纤维的方向。连续纤维通常以纤维束形式供应，如原丝、无捻粗砂或纱线。原丝是同时拉制的略加粘合的无捻单丝束，包含一根以上的纤维。无捻粗砂是平行原丝不加捻而并合的集束体。纱线是单丝或原丝所制的有捻纺织材料。无捻粗

9、砂是最常见的纤维形态，可以切断、编织或再加工成新的形态用于复合材料的制造，如机织物、针织物、编织物及毡片。毡片由短切原丝或连续原丝结合在一起的非机织薄片状制品，各方向强度一致。连续原丝毡片是不断的将连续原丝缠绕在移动带上，再用化学粘结剂加以固定而成。非连续纤维（短纤维或短切纤维）由无捻粗砂纤维切得，长度约为1.52.5in（2.816.35cm）。长度与直径的比值（L/D）称作纵横比（aspect ratio）或长径比（slenderness ratio）。非连续纤维的纵横比对其增强的复合材料性能有显著影响。短切原丝毡片是将非连续纤维随机分布，由树脂粘合而成。由这些随机排列的短切纤维制得的FR

10、P复合材料在层板平面内几乎各向同性。与连续纤维复合材料相比，短切纤维复合材料强度较低，并且不能像连续增强物那样能有效的降低树脂基体的蠕变。然而，短切纤维在模压产品上获得良好的应用，因为短切纤维更易形成产品所需的轮廓形状。用于聚合物基体的纤维增强物主要有三种，玻璃纤维、碳/石墨纤维以及合成纤维（卡夫拉纤维、芳纶纤维）。复合材料产业使用的纤维大部分是玻璃纤维。这种纤维的基本组成是：碳、硅、氧、氮，这些组成成分都是具有很强的共价键、密度小、热稳定性高和自然界中含量丰富的特征。依据纤维种类、纤维直径、涂层化学性质和纤维形态，可以获得一系列性能和表现各异的产品。表11.1列举了一些常用增强用纤维的主要性

11、能。玻璃纤维 19世纪30年代，玻璃纤维得以商业化应用。几乎所有商用玻璃的主要成分都是硅、二氧化硅（5572）。玻璃的其它成分组成包括：Al2O3，和MgO。硅不会熔化，但在2000时开始分解。对于许多工业应用，它都是非常优良的玻璃制造原料。玻璃纤维有很多优点，硬度高、耐腐蚀好、呈惰性、质量轻，柔韧性好和价格便宜。然而，在生产过程中需要高温，能耗大。所有的玻璃纤维刚度相似，但是强度和环境降解抵抗性能有所不同。较为常用的纤维为：E-玻璃纤维，S-玻璃纤维，C-玻璃纤维。其它类型的玻璃纤维有：D-玻璃纤维，A-玻璃纤维或AR-玻璃纤维。E-玻璃纤维能够在低成本的基础上提供足够的强度，对复合材料来说

12、，它更经济，因此E-玻璃纤维使用最为广泛。E玻璃纤维是优秀的电绝缘体，并且可以设计成具有优良的耐水性能及耐高温和耐化学试剂的材料。S-玻璃纤维强度最高，适用于有高性能要求的场合使用，如要求材料具有高强度和刚度的航天航空工业。然而，S-玻璃纤维的成本是E-玻璃纤维的34倍，这限制了S-玻璃纤维的应用。C-玻璃纤维由于比E-玻璃纤维具备更加良好的耐酸碱腐蚀性能，常用于耐腐蚀性产品中。D-玻璃纤维用于绝缘材料，例如：作为高压陶瓷绝缘材料的中心增强材料。A-玻璃纤维仅在少数领域中使用。玄武岩纤维 玄武岩连续纤维是以天然玄武岩矿石为原料，将矿石破碎后加入熔窑中，在14501500 熔融后，通过喷丝板拉伸

13、成的连续纤维。类似于玻璃纤维,其性能介于高强度S玻璃纤维和无碱E玻璃纤维之间,纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色,有些似金色。玄武岩纤维为非晶态物质，其使用温度范围大，导热系数低，吸湿能力低且不随温度变化，这就保证了它在使用过程中的热稳定性；玄武岩纤维无毒、不易燃、耐化学腐蚀性好，并具有较好的力学性能，可用于制备热绝缘材料、声绝缘材料、抗震材料、过滤材料和复合材料等。玄武岩矿石主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、TiO2 等多种氧化物陶瓷成分组成，因此，玄武岩纤维在耐高温性、化学稳定性、耐腐蚀性、导热性、绝缘性等许多技术指标方面优于玻璃纤维；玄武岩纤维的使用温度范围为

14、：-269900，而玻璃纤维为 -60450 。用玄武岩纤维增强的复合材料，在很多方面可以与S-玻璃纤维或芳纶复合材料相媲美玄武岩连续纤维与E玻璃纤维相比具有更高的使用温度和杨氏模量。它的软化点为960，最高使用温度达到650；玄武岩纤维在100250下可提高拉伸强度30，而玻璃纤维却下降23。玄武岩纤维在热水作用下也能保持较高强度，例如在70热水作用下一般玻璃纤维不到200h 便会失去强度，而玄武岩纤维的强度可保持1200h；在100相对湿度下，玄武岩连续纤维的强度并未降低，而玻璃纤维却降低了30；玄武岩纤维及其制品具有很高的隔热、隔音和结构特性，是高效隔热、隔音材料。由于玄武岩中含有一些特

15、殊组分，具有与玻璃纤维不同的化学成分和特定性能，其防水性与耐腐蚀性明显提高；与E玻璃纤维相比具有更加稳定的化学性能，特别是在碱性和酸性介质中更加明显。经过大量的试验发现，玄武岩纤维在饱和Ca（OH）2溶液以及在水泥等碱性介质中能保持高度的稳定性，可代替钢筋用作混凝土建筑结构的增强材料，制作桥梁等大型建筑的结构件。重要的是玄武岩纤维具有较高的抗酸碱腐蚀，这就大大提高了玄武岩纤维使用的可靠性和使用效率。玄武岩纤维及其复合材料可以较好地满足国防建设、交通运输、建筑、石油化工、环保、电子、航空、航天等领域结构材料的需求，对国防建设、重大工程和产业结构升级具有重要的推动作用。它既是21世纪符合生态环境要

16、求的绿色材料，又是一个在世界高技术纤维行业中可持续发展的有竞争力的新材料产业。尤其是我国已经拥有自主知识产权的玄武岩纤维制造技术及工艺，并且以“后来居上”的后发展优势达到了国际领先水平，因此，大力发展玄武岩纤维及其复合材料产业无疑具有重要的意义。碳/石墨纤维 碳纤维，也称为石墨纤维，具有强度高，质轻和耐化学腐蚀性能。现代碳纤维的生产始于十九世纪六十年代。通常碳纤维是由下面三种原料生产：聚合丙稀腈（PAN），沥青和人造纤维（C6H10O5）n。碳纤维可以用三种不同的方法生产：气态原料、液态原料和固体原料。气态法是过渡金属元素的碳氢化合物或有机化合物，液态法使用柏油、高粘度人造树脂或沥青，固态法使

17、用聚合丙稀腈或人造纤维等聚合物纤维。对于三种主要的碳纤维，人造纤维产纤维产率最低（约为25%），并且初始模量最小。然而，它的优势是作为增强材料用于金属基复合材料中时具有优良的性能。与聚合丙稀腈（PAN）和沥青相比，它密度较低。较之人造丝制得的碳纤维，由PAN生产的碳纤维具有更高的强度，同时导电性能也更好。用沥青生产碳纤维有两个主要优点：出产率较高、生产速度较快。然而，沥青制造的碳纤维比起PAN制造的碳纤维脆性高、密度大，导致某些性能的降低。沥青碳纤维的价格低于PAN碳纤维，但是其强度也较低。碳纤维的最高使用温度为6001000（315537）。碳纤维的强度和刚度都高于玻璃纤维。碳纤维的应力腐蚀

18、（静态疲劳）现象不显著。碳纤维是良好的电导体，限制碳纤维应用的最大因素是成本高。为了更具有竞争性以及先进复合材料进入新的应用领域，随着市场需求的不断增加碳纤维的价格会逐渐下降。材料供应商对在未来10年中碳纤维复合材料成本下降持乐观态度。在用作复合材料的增强材料之前，碳纤维需要经历若干处理阶段以确保其与基体树脂体系的相容性。第一步是对纤维表面进行氧化或化学处理以在表面引进能与树脂基体结合的功能基团（OH,NH2,COOH等）；第二步是使用偶联剂或resin precursor对氧化后纤维表面进行上浆或涂覆。表11.1 常用FRP增强纤维的性能纤维直径（m）密度(g/cm3)拉伸模量（GPa）拉伸

19、强度（GPa）延张性（）热膨胀变异系数（10-6/）热导率（W/m/）Specific heat(J/Kg/K)E玻璃纤维C玻璃纤维S玻璃纤维D玻璃纤维PAN 碳纤维Pith 碳纤维Rayon 碳纤维卡布拉纤维29卡布拉纤维49卡布拉纤维149Spectra 9008141071010116.51212382.542.492.492.141.67-1.092.201.53-1.661.441.481.470.9772.468.985.555.022851734544393621311791173.543.164.592.501.72-2.971.720.622.202.762.803.793.

20、622.581.8-3.24.85.74.70.3-1.00.4-0.91.5-2.5342.22.81.9455.07.25.63.1-0.1-1.00.9-1.6-2-21.320140380.040.58407809409259501.420聚合纤维 聚合纤维有时称之为有机纤维，通常是将聚合物链沿着纤维轴向排列制作而成。如果工艺适当，聚合纤维同样具有高强度和刚度，良好的耐化学性和低密度等性能。最著名的聚合纤维是芳纶纤维，1971年DuPont第一次使其商业化，商品名为卡夫拉（Kavelar）。Kavelar纤维是芳香族聚酰胺，简称为poly（聚对苯二甲酰对苯二胺），其中的芳香环链使得Ka

21、velar纤维具有高刚性。通常Kavelar纤维能表现出高的比强度和比刚度或比韧性，同时也具有良好的热稳定性，低蠕变和耐化学性好等优点。Kavelar纤维已成功的在不同的结构上应用，包括：先进复合材料，橡胶增强材料，弹道保护，摩擦材料以及绳子/缆绳等。Spectra纤维是另一种使用定向聚乙烯制得的聚合纤维。此纤维的优点是具有良好的耐化学性，密度小，然而其最大的工作温度却相对较低(212，100)。还有其它的一些聚合纤维包括芳香环共聚酯和芳香环杂环聚合纤维，但是它们的商业使用都很有限。其它纤维 其它纤维，如硼纤维和碳化硅纤维，也可用于纤维增强聚合物复合材料。硼纤维是通过化学蒸汽在钨丝上的沉积制得

22、，通常具有高强度、高刚度和低密度的性能。硼纤维产率低，是目前成本最高的纤维之一。碳化硅纤维具有高强度、刚度和耐高温等优良性能，其成本跟硼纤维一样高。它们均被用作金属和聚合物树脂基体的增强材料。6.2.2 聚合物基体（树脂）聚合物基体通常占FRP复合材料的3040。基体的作用是将纤维粘接在一起，维持纤维的方向，在FRP复合材料使用时，在纤维之间传递载荷，并且承载横向和层间剪切应力。基体同时起到保护纤维免受环境影响和机械磨损的作用。基体控制FRP的蠕变性能。选择树脂的基本原则是综合考虑树脂的成本，性能和生产工艺。聚合物基体分为两种类型：热塑性和热固性。热塑性树脂能够通过反复加热和冷却在液态和固态之

23、间改变形态，反之亦然；而热固性树脂则不能返回到原来的形态。不同的树脂适合不同场合的使用。热塑性树脂在存储期间不发生聚合，因而对存放时间没有限制，并且使用方便、易于通过粘结、溶剂粘合等修复而且可以回收使用。然而，热塑性树脂液体流动性差，难加工生产，且易于蠕变。热固性树脂粘度低，这有利于纤维的湿法生产工序，并且热固性树脂在发生聚合后热稳定性高，耐化学腐蚀性和抗蠕变能力强。但是，缺点是不可循环使用，脆性大且不能二次成型。热塑性树脂如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和热塑性聚酯等已被用于木纤维/聚合物复合材料（WPCs）木塑的制造中。这种材料用木纤维作为增强材料，热塑性树脂为基体。纤维增强树脂生产中大部分使用

24、热固性树脂，因为它具备低粘度、良好的纤维浸润性能、较低的生产温度和低成本等优点。本章节主要讨论FRP产品中常用的热固性树脂。常见的热固性树脂是聚酯树脂、乙烯脂树脂、环氧树脂、和酚醛树脂。这些树脂主要性能见表11.2表11.2 常用树脂的相关性能树脂密度（g/cm3）拉伸模量（GPa）拉伸强度（MPa）压缩强度（MPa）延展率（）热膨胀系数（10-6/）热导率（W/m/）固化收缩率（）规定温度（J/Kg/K）玻璃转化温度Tg（）聚酯树脂乙烯树脂环氧树脂酚醛树脂1.101.501.151.101.401.251.41.24.53.04.0264090659035130559025012710020

25、0251518.51.8602005345700.20.10.2412161.51.1125018005011010015050250聚酯树脂 聚酯树脂在建筑市场上应用最为广泛的热固性树脂。这种树脂价格相对较低，易于操作使用，具有较好机械性能，导电性能和化学性能。不饱和聚酯树脂粘度小，可以溶解于活性单体，如：苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯。这些溶剂通常在浸渍纤维时使用，可以降低树脂粘度，提高浸润，改善固化后FRP内的交联程度。通过加热或引入自由基引发剂（有机过氧化物），使得不饱和树脂和单体发生交联反应，低粘度溶液转变成三维的热塑性聚合体。使用过氧化物和适当的催化剂，交联反应在常温下亦可发生

26、。饱和组分与不饱和组分的比率控制着树脂交联反应的程度，进而决定了产品的硬度。聚酯树脂可用于多种生产工序：手糊成型、模压成型、树脂传递模塑和注射成型。玻璃纤维是聚酯基体最常用的增强纤维。由于聚酯具有一定程度的耐火性、较高的耐冲击性和耐磨性，可以改善产品的表面性能、耐化学性强，常被用于户外（防紫外线、耐久性、颜色的保持力强、抵抗纤维腐蚀等）。乙烯脂树脂 就机械性能和成本而言，乙烯脂树脂是较易制造的聚酯与后续高性能环氧树脂间的过渡。乙烯树脂是由羧酸（通常是甲基丙烯酸）和环氧树脂合成的。典型的商用树脂仅在末端是不饱和基团（而不是在链的中间），具有侧羟基，末端无端羧基和羟基，因此乙烯脂树脂不易受到化学腐

27、蚀。与聚酯相比，乙烯树脂收缩率小，不易吸水，耐化学性强。可根据使用情况选用不同的乙烯树脂。环氧树脂 环氧树脂是19世纪40年代开发的，由于其具备适应范围广、力学性能优越、耐腐蚀能力强、耐化学药品性好和尺寸稳定性高等优点，而得到大规模的使用，如：蜂巢式建筑、飞机机身、导弹和机器设备制造上。多数环氧树脂都是由苯酚和表氯醇反应制得的，过氧化聚丁二烯环是参加反应的组分之一。与聚酯相比，环氧树脂在中等温度下具有更小的收缩率和更高的强度和刚度。环氧树脂通常固化缓慢，在完全固化后脆性大。可以通过添加添加剂使其更坚韧，添加剂包括：热塑性树脂或是多功能环氧化物。环氧树脂的价格通常是乙烯基树脂的两倍。酚醛树脂 酚

28、醛树脂是木材工业主要使用的胶粘剂。因此，作为木质复合材料增强体的，由酚醛树脂制得的FRPs必须与木质材料具有更好的相容性。酚醛树因温度改变引起的尺寸变化小，具有极好的物理和机械耐久性。酚醛树脂胶粘效果好，为无烟产品，且不易燃烧。酚醛树脂常用于片状模压法、缠绕法和拉挤法F工艺中。处理酚醛树脂比其它热固性树脂复杂，因为在树脂固化过程中要排除树脂内部的水份。酚醛树脂常使用弹性橡胶或是间苯二酚改性，酚醛间苯二酚甲醛树脂常用于制作FRP和作为黏合剂在其它领域使用。聚氨酯 聚氨酯在使用中以多种形式出现如：涂层、弹性体、泡沫和胶粘剂。但是，它们都是基于有机聚氨酯和多羟基化合物的放热反应。作为内外涂层材料使用

29、的聚氨酯，硬度大、柔韧性好、耐化学性强、固化速度快。作为胶黏剂，聚氨酯抗冲击性好，固化速度快，对不同界面的粘结性强。聚二苯基甲烷二异氰酸酯一种聚氨酯胶，在人造板行业应用广泛。与酚醛树脂胶相似，聚氨酯胶的尺寸稳定性高、具有极好的物理、化学耐久性。6.2.3 填料和添加剂填料是FRP复合材料中最便宜的组分。加入填料的目的是降低成本和改善性能。适当的填料可以提高其尺寸稳定性、耐水性、耐候性、表面平滑性、刚度及烟火抑制性。无机填料的使用在扩展，最常见的是碳酸钙、高岭土、三氧化二铝和硫酸钙。其它常用的有硅土、滑石粉和云母。在FRP制造中还常使用添加剂。添加剂的使用增加了材料的成本，但因为它能提高材料的性

30、能，使FRP的可加工性得以增强。研究表面，添加剂可以增强材料的耐火性、抗放射性、透气能力、粘度控制、导电性以及硬度。如，抗氧化剂可以抑制聚合物的氧化和降解。塑化剂可以改善材料的加工性能，拓展物理、机械性能的变化范围。热或UV稳定剂可以阻止聚合物的降解以及UV辐射引起的物理性能的变化。着色剂为制品提供颜色。在聚酯的生产中，常使用过氧化甲乙酮作为室温下的催化剂或引发剂，而对于热固化磨具则使用过氧化苯（甲）酰。6.2.4 FRP制造FRP加工方法可以分为两类：敞口铸型工艺和闭合铸型工艺。对于敞口铸型工艺，产品在单侧模具中成型，常用的有手糊成型技术和喷射成型技术。闭合铸型工艺包括纤维缠绕成型技术、拉挤

31、成型技术、模压成型技术、热压罐成型技术、RTM成型技术和挤出成型技术。工艺类型的选择取决于基体和纤维的种类、产品成型和树脂固化温度、生产率、最终产品质量和性能以及成本。短切原丝片常用于手糊法工艺和一些闭合铸型工艺。以下将对每一种加工方法作简要介绍。手糊法：手糊法也称作湿铺法，是制造FRP制品最常用的、最便宜的成型方法。图11.1显示了手糊法的工艺流程。模具首先用脱模剂进行处理，常用的脱模剂有石蜡、聚乙烯醇和硅树脂，具体选用哪种，这依据于材料的类型。脱模剂固化后，在制作增强体之前，使用凝胶涂层，这可以提高FRP制品的表面质量。按规格裁切的连续原丝纤维，以毡片、编织粗砂或织品的形式手工铺入模具中。

32、随后加入催化剂，粘度为10001500。使用锯齿状手工滚筒将空气赶出。固化过程一般是在室温下完成的，最后在模具中拉出制品。喷射法是一种半机械化的手糊法，用以代替手糊法。喷射法所使用的树脂粘度为5001000。使用喷枪将树脂定量喷到纤维编织物上。一般的，喷射法中，纤维含量为15%，而手糊法为25%。手糊法和喷射法具有设备投机少，操作简便，制品可设计性好以及空隙率低等优点。但其属劳动密集型产业、生产效率低、挥发性有机物的排放量高、固化时间长，并且制品质量不易保证和控制。预浸渍法：预浸渍法是将树脂均匀的注入到增强纤维中，在模压成型之前发生预固化以获得最佳的加工性能。用的最多的是环氧树脂系统，也可使用

33、热塑性基质。预固化体由滚筒导入，切断排列、层层累积直到获得预期厚度。需要使用高压发生器和真空泵，以提供预固化体进一步固化所需的温度和压力。该法简化了FRP制造工艺。与手糊法相比，纤维的分布更加均匀，含量也有所提高。预浸渍法的主要缺点是预固化体的制造及固化设备的引进会增加成本。与手糊法一样，预浸渍法的效率较低，属劳动密集型。袋压工艺：纤维和树脂基体被封装在隔膜中，通过隔膜施加均匀压力，使纤维得以密实，并排除基体中的多余树脂、空气及挥发性物质。压力可通过真空泵或气压泵供给。对于高温高压的场合，往往需要使用高压锅模具。层料两侧使用脱模剂以便于与模具分离。通常还有一空气层，辅助真空分布，并为挥发性物质

34、及多余树脂的输出提供通道。使用袋压工艺，可以获得多种形式的制品，它是制造高质量产品的一种比较经济的方法。模压工艺：模具由相匹配的阴、阳金属模具构成。在开放状态下，将纤维和树脂置入模具中，通过水压闭合模具，纤维树脂在热和压力的作用下发生固化。材料固化后，释放压力，取出制品。为了保证制品的质量与改善模压工艺条件，有时在模压前对料进行加热，使其预成型，这样可以缩短模压时间，减少空气对制品的影响。模压工艺使用的材料可以是连续纤维，纤维编织物，预浸料坯或短切纤维。不同种类、不同形态的纤维可混合用于产品的制造。热固性和某些热塑性树脂可用于模压工艺。模压法制得的产品不适用作为一些主要构件使用，因为它的纤维含

35、量不会太高。然而，很多模压制品都可以用于次构件上。拉挤成型：拉挤工艺是一种连续的自动化生产工艺，是制造高纤维含量、低成本复合材料的一种重要方法，此法制得的FRP截面形状一致。拉挤工艺中，使用牵引装置进纱，粗纱经由树脂槽时，得以完全的浸渍。湿纤维通过金属成型模具时，树脂发生固化，复合体获得与模具形状一样的外轮廓。通常，复合体发生皱缩与模具壁脱离，送入切割装置中获得需要的尺寸。对于特定的应用，常使用无线电波发生器对材料进行预加热。RF加热器的位置通常位于树脂槽与预压机之间。图11.4显示了拉挤法的工艺流程。拉挤工艺常使用无捻粗砂和连续原丝毡片。研究表明，聚酯、乙烯树脂、环氧树脂及酚醛树脂等多种树脂

36、都可用于拉挤工艺中。拉挤法是一种连续工艺，生产效率相对较高，但同时也存在一些限制：1. 无捻粗砂或连续纤维的长度小；2. 纤维含量有限；3. 产品截面形状一定，当使用标准加热头时，产品厚度受到限制；4. 对于较厚截面产品，空隙率难以控制。 树脂传递模塑（RTM）：将增强纤维制成一定形状后放入模具中。在模具闭合锁紧后，在一定压力下将树脂注入模具，树脂在浸渍纤维时充满所有孔隙，贯穿纤维并覆盖其表面。在模具充满后，通过加热使树脂发生反应，胶粘固化。图15是树脂传递模塑工艺简图。可用于RTM工艺的树脂种类很多，像聚酯、乙烯树脂、环氧树脂及酚醛树脂等。RTM工艺的优点是挥发分少、表面质量高、生产速度快及

37、尺寸容许误差小。真空辅助树脂传递模塑(VARTM)：VARTM工艺使用的模具是树脂传递模塑工艺所用模具的下半部分，外配一韧性袋。图11.6显示了其工作过程。将由干纤维制得的增强纤维置于模具中。真空装置与模具开口相连，它可以迫使树脂进入模具。使用真空袋在材料表面施加压力。在真空泵的作用下，树脂源源流入模具浸透纤维直至复合材料完全固化。在此过程中通过控制韧性袋，可以得到我们想要的产品形态，质量好，精度高。VARTM与RTM的主要不同点是前者使用真空装置完成树脂的注入，由单一模具配以韧性袋并可完成整个制造过程。使用真空装置进行树脂的导入可有效的减少材料的孔隙。19世纪80年代，bill seeman

38、n发明了SCRIMP工艺，它是VARTM的一个特列，适合与制造厚度较大的复合层板，且能达到与薄层板（如3.17mm）相同的质量。纤维缠绕成型：纤维缠绕法是大批量的自动化生产工艺，适用于制造管、轴及压力容器等圆柱形制品。图11.7显示了该法的典型工艺过程。缠绕机使供料架上的纤维通过树脂槽，再将浸渍树脂的纤维均匀地、有规律地缠绕到一个可旋转的芯模上。绕丝眼往复运动中，芯模连续旋转。纤维方向角度可通过调整芯模转动速度与绕丝眼线性运动速度，使其在590间变动。FRP所使用的缠绕角的大小取决于材料的强度要求。缠绕成型工艺的主要优点有：（1）生产率高，（2）不同方向的强度均可加以控制，（3）可获得不同尺寸

39、的制品。6.2.5纤维和聚合物基体的相容性 FRP的力学性能如何取决于载荷是否能从纤维良好传递到基体材料，而后者受纤维和基体复合界面性能影响很大。纤维和聚合物基体间的相容性是制造纤维增强聚合物的关键。大多数纤维增强聚合物的破坏都是由于纤维和基质界面粘结不好而造成的。导致这一情况的原因可能是树脂的浸渍性不好或纤维与基质间缺乏化学相容性和反应力。纤维增强聚合物复合材料的成功生产取决于纤维基体复合界面的质量。为提高纤维和树脂基体复合界面的粘结性能，常用助剂对纤维表面进行处理，改善其表面性能。这些处理或过程称之表面修饰。表面修饰的方法很多。单丝出炉后立即使用润滑剂或抗静电助剂对其进行保护，防止其通过导

40、向滚筒或缠绕设备时发生破坏。在树脂注入时常使用偶联剂来改善纤维上树脂渗透，同时增加纤维与基体之间的粘结状况，进而提高FRP材料的整体强度。纤维经过修饰后，树脂的浸润速度加快，因而可以节省制造时间。不同的使用场合，修饰所使用的化学药剂可能不同。对于同一种纤维，基质不同，所选用的修饰药剂也可能不同。经过修饰，FRP在使用过程中，纤维可免于受水分的影响。纤维与树脂基质的相容性可通过界面粘结强度及树脂在纤维表面的浸润性来衡量。纤维树脂系统的表面能与树脂在纤维表面的浸润性直接相关。常采用接触角来描述液体在固体表面的浸润性。界面粘结强度则可有层间剪切实验进行简略的估测。在微观力学水平，可通过微观粘结实验，

41、或单根纤维的拉伸实验来计算界面粘结强度。6.3 FRP标准数家专业性的组织都加入到制定出版FRP的规范，标准，测试方法和说明书的行列。这些组织包括美国石油机构（API）、美国机械工程委员会（ASME）、美国水利工程机构（AWWA）、和美国安全保险实验室（UL）。美国国家工程委员会（ASCE）技术委员会、结构塑料复合材料委员会（SCAP），从事FRP复合材料的设计和制造。从事于桥梁与结构建筑的美国各州公路与运输协会（AASHTO）拥有一个技术委员会制定FRP材料在桥梁运用中的设计准则。美国材料测试协会（ASTM）出版了一些工业上普遍认可的FRP测试方法。一些ASTM工作者正从事用作修复材料和螺纹

42、钢筋的FRP的测试方法。例如：ASTM协会 D 20.18.01（用于混凝土的FRP ）是制定FRP 螺纹钢筋和修复材料的测试标准。ASTM协会D20.18.02正开发拉挤成型FRP形态的标准测试方法。ASTM 协会D30.30.01(国内工程复合材料)回顾了FRP复合材料制品用于建筑领域可能参照的一些标准。ASTM标准中规定了一些实验方法，用于FRP不同性能的测定。FRP主要的三项力学性能是：拉伸强度、压缩强度和层间剪切强度。另外，疲劳、材料内的空隙率和耐久性能对于增强木质复合材料也很重要。拉伸强度对于设计FRP增强木质材料最为重要，ASTM中有三种拉伸强度的测试方法适用于FRP的拉伸测试。

43、ASTM D638，塑料拉伸性能的标准测试方法；ASTM D3093 ,聚合树脂复合材料的标准测试方法；ASTM D5083，增强热塑性塑料使用直边样品拉伸性能的标准测试方法。ASTM D638主要是用于测试低模量纤维复合材料，该测试方法多适用于由多层纤维毡层积而成的FRP复合材料；ASTM D3039适用于高弹性模量复合材料，如：碳纤维和芳纶纤维。ASTM D5083设计适用于质量控制测试（QC）.与ASTM D638和ASTM D3093不同的是，ASTM D5083测试方法使用的试件较简单，直边长方形无棱角。由于试件无棱角，在测试过程中破坏常发生于夹具位置上，因而夹具对于测试结果有很大的

44、影响。相比ASTM D638和ASTM D3039，ASRM D5083的测试方法得到的拉伸强度低、变异性大。ASTM D3410是定向或横向纤维树脂复合材料的标准测试方法，ASTM D695 是热固性树脂的压缩性能标准测试方法，经修正用于测试FRP的压缩性能。ASTM D 3410标准更适合于FRP性能的检测。ASTM D 3410中对于压缩性能测试有三种设计方法：赛拉尼斯(一种醋脂纤维,俗称人造丝) 装置测试方法；美国伊利诺斯州技术研究协会（IITRI）装置；四点弯曲装置。IITRI装置法是使用的最为广泛压缩测试方法。ASTM D 695是专门为低弹性模量增强或非增强塑料提供的测试方法。剪

45、切强度测试用来评估树脂和增强纤维之间的胶接性能。许多ASTM 标准都可用于评估FRP材料的剪切强度。ASTM D2344，短梁法测定平行纤维复合材料的层间剪切强度，该标准描述了FRP表面剪切强度测试方法，而不是真正的FRP层间剪切强度。因此本标准测试结果对于质量控制比较有用，但不能用于材料的设计标准。ASTM D5379中有另一种剪切测试方法，ASTM D5379是使用有V形凹口的梁试件测试复合材料剪切性能的标准，使用本标准测得的数值比使用ASTM D2344获得的要小75。工业界使用两种标准测试方法测试纤维和树脂之间的相容性能，而这种相容性在很大程度上取决于纤维的表面修饰。ASTM D391

46、4是拉挤成型玻璃增强树脂杆状体的剪切强度测试标准，ASTM D4475是使用短梁的测试方法测试拉挤成型增强塑料杆状体表面水平剪切强度的标准。FRP内部的空隙率与其强度直接相关。FRP内的空隙和气孔都被认作缺陷，降低了材料的强度。因而，材料内部空隙越少，材料的质量越好。材料内部空隙的测试可遵照ASTM D2734增强塑料空隙率测试标准。当材料在结构应用中承受循环载荷时，耐疲劳性能是一项重要的性能，例如用于桥梁建筑上。用于评估FRP的耐疲劳性能的标准有：ASTM D3479，树脂基复合材料的拉伸拉伸疲劳性能标准；ASTM E739应力寿命（SN）和应变寿命疲劳值线性统计分析；ASTM E1049疲

47、劳分析中循环计数实践。FRP可在有水或盐水的环境下使用，暴露其中或直接接触。因此，FRP的抗海洋或耐腐蚀性尤为重要，以下列出了耐久性实验标准：ASTM D1141 海水标准规范；ASTM D 1193 腐蚀性水标准规范；ASTM D2247 相对湿度达100环境下涂层抗水性能实用手册；ASTM G53 有水或无水条件下进行非金属碳电弧曝光试验应用标准；ASTM G23 非金属材料光和水暴露试验（荧光，紫外光）应用标准；6.4 FRP增强工程木质复合材料利用FRP增强工程木质材料或工程木质复合材料有许多方法。FRP增强工程木质复合材料的优点在5.4.1 绪论中已有描述。研究和实验评估都在进行，以

48、寻找FRP增强木质复合材料的最好方法。需要解决的一些问题:1. 有那些工程木质产品需要、适合使用FRP增强？2. 怎样进行增强？3. 是否具有经济可行性？近几年来，已有一些增强工艺被提出来并申请了专利，同时许多FRP增强工程木质材料的新技术也公开发布。以下是对FRP增强工程木质复合材料不同的可能性和技术的讨论。6.4.1 增强集成材（Glulam）FRP增强集成材将会对集成材工业产生巨大的影响。集成材是将层板胶粘在一起，制作成较大构件的工程木质材料。集成材的设计和生产能够有效利用森林资源。因为梁横截面上的应力沿高度方向不同，所以低强度的木材可用于低应力的区域，而高强度的可用于高应力的区域。由于

49、FRP材料比木材而言具有很高的拉伸强度，因而在高拉伸区域可采用FRP材料以增强集成材梁和集成材的整体强度和性能。集成材多用于梁结构中，承受弯曲力矩。实践表明集成材梁在拉伸一侧易受到拉伸破坏。因此，在集成材拉伸侧胶粘FRP层可获得最佳增强效果，提高梁的弯曲强度。图11.8是典型的FRP增强集成材的构型。最外面一层木材叠片称为缓冲层，用于保护FRP在生产和使用期间不受损坏，同时也保护FRP免受可能性火灾的威胁。在上个十年中，对于FRP增强集成材进行了很多研究。Davalos等（1992），使用玻璃纤维/乙烯树脂FRP增强小径级黄杨集成材的拉伸区域，并对增强效果进行了讨论。Tingley和Leich

50、ti（1993）使用拉挤成型卡芙拉纤维、碳纤维FRP对低等级美国黄松集成材的拉伸区域进行增强。Sonti等（1995）使用拉挤成型玻璃纤维/乙烯树脂FRP增强黄杨集成材的受拉伸区域。Dailey等对使用拉挤成型玻璃纤维/间苯二酚改性酚醛树脂FRP增强拉伸区域的集成材进行了研究。缅因大学AEWC研究中心对FRP增强花旗松和铁杉集成材进行了深入的研究，并开发了一种计算机模型RELAM，用于预测增强集成材的强度和刚度。至今为止的所有研究表明增强后的集成材强度有很大的提高，刚度也有相应的提高，不过增强程度高低，取决于不同的FRP含量和种类。一般，静曲强度（MOR）的提高可达120，刚度、弹性模量（MO

51、E）提高为20。研究表明，FRP增强木材的蠕变性能主要还是由木材支配的，Dagher等（1998）还指出增强后的集成材尽管承载能力增强，但在蠕变性能上与传统的集成材相当，没有明显的提高。FRP增强集成材的加工，将直接影响到产品的性能和集成材的成本。一种较为简单的方法是使用胶粘剂将一层或是多层FRP（通常是3.17mm厚或是更薄些）胶粘到木材层上。这一加工过程不需要对传统的集成材制造过程进行任何的改变。胶粘剂必需能够将FRP和木材胶粘在一起。尽管预浸料坯生产工艺前景广阔，但目前最常用的FRP是使用拉挤成型工序生产。成本问题是FRP增强集成材进入市场的主要问题。由于FRP材料比木材贵，总体的成本将

52、比未增强的材料成本高。考虑到要降低FRP增强集成材的成本，需要考虑几个方面：（1）降低复合材料各个组成部分的成本；（2）降低复合材料生产工序上的成本。从材料的角度上看，FRP增强使得低级木材可用于制作集成材梁。在FRP增强集成材中使用低等级的材质，可以有效的降低成本。人们也应当努力降低用于木质复合材料上FRP材料的成本。利用低成本的胶粘剂胶粘FRP和木材，也可以降低成本。另外的有效降低FRP增强集成材整体成本的方法，是从生产制作工序上着手。制作FRP的生产工序和木质复合材料的生产工序有很多相似之处。二者都使用热固性树脂，FRP树脂基的固化机理与集成材和其它木质复合材料胶黏剂的固化过程都相似。因

53、此，将增强纤维直接用于集成材，而不使用拉挤成型制作的FRP可以很大程度的降低成本。这方面的研究正在进行，将来会有许多改进的先进技术。FRP增强集成材运用于各个不同的领域。以下是缅因大学AEWC研究中心FRP增强集成材的使用例子：图11.09为一座建于1997年坐落于缅因州West seboeis的桥梁，桥全长为13.4m，宽4.9m。这是一座FRP增强集成材梁式桥，拥有集成材桥面。这一设计可承载载荷为765KN。所用集成材由红松制造而成。增强FRP拉伸强度达到827000KPa，拉伸模量45.5GPa。图11.10 为FRP增强集成材的另一例子，位于缅因州bar harbor 的bar har

54、bor游艇俱乐部码头。这个步行码头长37.8m，宽1.5m，码头的设计的实用载荷为4.1KPa。集成材使用红松制造。使用的FRP强度与坐落于缅因州West seboeis的桥梁性能相同。该码头使用FRP增强集成材的造价比使用钢结构造价降低了25%。图11.11为建于1996年，位于缅因州的FRP层积增强的桥面板。通常在小跨度桥梁建筑上使用应力钢条，将木质层积材纵向拉紧。玻璃纤维增强树脂（GFRP）作为替代应力系统用于此桥梁上。该桥长4.9m，宽7.3m，使用铁杉集成材制造而成。GFRP拉伸强度116KN，拉伸模量41.4GPa。研究表明，经过两年半的使用，桥梁甲板的初始预应力保持在原来的86%

55、，且表现稳定，无须重新施预应力。而在相同环境条件下的钢筋结构应力系统，在初始的两个月内就得进行两次恢复应力，在第二次恢复应力之后的27个月后，预应力损失了67%。图11.12和11.13为增强集成材在商业建筑上的应用实例。图11.12显示，FRP材料布施于拉伸侧最外层板和第二块层板之间。在这种应用中，FRP的用量一般为0.5%和1.5%。图11.13为增强集成材在完整的屋顶结构中的应用。6.4.2 增强结构人造板结构人造板，如结构胶合板，OSB，作为墙板、屋顶衬板、地板广泛用于民用和商业建筑上。同时也大量用于非建筑用途上，例如：海运集装箱、有轨电车、卡车车厢底板、混凝土模具、托盘，集装架和箱柜

56、等。以上使用要求人造板具有良好的弯曲性能，如高的力矩承载能力和刚度。在结构人造板的表面附着FRP增强材料可提高其的弯曲强度和刚度。图11.4为1972年APA研究报告中增强试件的增强构型。这是一种三明治人造板，由玻璃纤维增强树脂和胶合板构成。研究结果表明，在平行于纹理表面，附着的FRP增强的刚度范围为14-70%，强度为22-88%，增强情况取决于胶合板的相对厚度、增强纤维的类型和重量。通过黏附FRP的方法可以增强不同类型的人造板。Bulleit（1985）研究了使用FRP增强大片刨花板和碎料刨花板。然而，由于增强人造板的表面增加了较昂贵的FRP增强层，使得增强结构板比传统人造板更加昂贵，高成

57、本限制了增强人造板的应用。FRP可置于人造板的中心，用于增强人造板的剪切强度。对于胶合板，这种增强技术可以十分容易实施，只需在配板中增加FRP层。对于OSB，则需要对生产工序做出相应的调整以达到把增强材料加入中心部分的目的。提高OSB性能的另一种方法是在OSB的生产阶段加入玻璃纤维。考虑到增强成本，在结构人造板的终端使用时，使用FRP增强结构人造板更为有效。例如，用于剪力墙结构，由于在人造板的边缘需要高的握钉力以提供足够的剪切强度，因此在人造板的边缘增加FRP是一种可行的方法，它使得整个剪力墙性能得以整体的提高。除此之外，通过引入FRP使人造板在尺寸稳定性，耐久性，和防火性能等方面都有很大的提

58、高。6.4.3 增强LVL和工字梁工字梁是工程木质材料成员中的重要一员。广泛用于民用建筑的楼板框架，屋顶和商业建筑结构上。工字梁的破坏可以发生在：下翼缘的拉伸破坏，上翼缘的压缩破坏和发生在腹板的剪切破坏。由于，工字梁是高度工程化的材料，因而，上述任何破坏模式都可能发生，因此，FRP对于工字梁增强的效果可能没有对集成材和结构人造板那么明显。在工字梁的应用中，最大的拉伸载荷和压缩载荷发生在翼缘上。因此增强LVL翼缘的拉伸强度，可以提高材料的抗弯能力。一项使用FRP增强工字梁翼缘的研究表明，添加两层737g的非定向E玻璃纤维到25.4mm厚的美国南方松LVL上，平均拉伸强度可提高24%。同时，FRP

59、增强LVL可通过翼缘的厚度有效防止腹板-翼缘的切割破裂。FRP可以用于增强工字梁的腹板，以提高腹板的剪切强度和刚度。图11.5为使用FRP增强工字梁翼缘和腹板的概念性样式构造。FRP增强工字梁的研究，同时表明使用FRP增强允许利用低等级锯材制作工字梁的翼缘。Tingley（1999）表示，使用0.33%的增强材料增强翼缘的横截面，可以使所需材料等级拉伸强度由16.6Mpa降低到8.3MPa，并且材料的设计自由度提高了25%。在工字梁的应用中，为了实现复合材料结构板的木地板系统结构行动，工字梁上翼缘性能要求具备很高的握钉力。因此在上翼缘添加层FRP能够增强握钉力，提高楼板的整体性能。然而，在市场

60、接受FRP增强之前还需要进一步的评估。6.4.4其他工程木质产品的增强FRP同样适用于其它木质产品性能提高。已经有学者展开对FRP增强锯材的研究，Pleurisy、Triantafillou（1992）进行了碳纤维/环氧树脂FRP增强杉木的研究。同年，Triantafillou、Pleurisy还研究了碳纤维/环氧树脂FRP增强山毛榉的效果。Abdel-Magid等（1994），使用碳纤维/环氧树脂FRP和卡芙拉纤维/环氧树脂FRP在拉伸方向增强50.8101.6mm冷杉梁。所有的这些研究表明，材料在力学性能方面获得很大的提高，但是相应的成本同时大大地增加。研究表面，FRP可成功的用于拖车货板

61、、卡车底板和其它运阔叶材输集装箱的增强。传统上，卡车底板因为其对强度有较高要求，一般使用相对较贵的高等级白橡层板。观察发现，破坏常发生在底板钩形接缝附近。因此，可以底板下表面胶贴薄FRP层对其进行增强，同时使低等级树种亦可使用。与通常使用的高质量白橡层板相比，增强底板的重量要小得多。综合考虑原始材料成本以及运输能耗，FRP增强底板与传统材料相比，总成本得以降低。同时，增强板的结构性能也得以提高。FRP还可以用来增强电线杆。明尼苏达多大学正展开一项研究工程，将纤维增强体用于空心电线杆。基本构造是增强纤维缠绕在圆棒上，外层由木单板覆盖。FRP增强电线杆将拥有更高的强度，且因为其空心构造质量也较小，

62、同时还可降低造价。衬板和甲板托板也可用FRPs来进行增强。托板产品一般要求具有高的强度、刚度和耐久性。衬板一般用较厚的木板（比如50.8mm）制造。它的应用也将有利增加表面光滑、提高强重比高。FRP增强衬板可以减小其厚度、节省存放空间、提供更高的强重比，获得更为光滑的表面。用于材料搬运系统的甲板托板也可以获得同样的效果。FRP同样可以用于增强混凝土模具、集装箱以及其它工业木制品。但是，还需要进行研究，确定最适合应用的FRPs种类，提高产品的附加值。6.4.5 木结构修复对现有材料和结构的修复是FRP复合材料的一个主要应用方面。FRPs对混凝土结构的翻新已取得成功。使用多年的木结构木构件，会因为

63、缺乏维护而发生破坏，过载、有害物质或气候条件也会引起表面的降级。这些木结构件包括木质桥梁、电线杆、临水桩基以及其它木结构木构件。破坏会导致强度的严重下降，因此使用一段时间后的木构件必须替换。由于完全替换费用较高，需寻求一种更为有效的替代方式。由于桥梁需承载车辆的重量，提高木桥梁的抗弯和剪切强度以提高其承载能力是必要的。对现有木构件进行增强，而非替换可能是一种有效的解决措施。使用FRP增强体不仅节约了时间和成本，使原有构件得以继续使用，还带来了一些附加值，质轻、防腐、高强度。使用FRP增强实施恢复的方式有很多种。可以将FRP直接黏贴于木材表面，也可将其贴于层板上后对木构件进行增强。环氧树脂注入法是另外一种修复方式。该法是将树脂注入木构件破坏区域内部，对于腐朽、桁架节点开裂、集成材及实木锯材的修复非常有效。McGraw-HILL结构工程木手册一书中有一章节对此法进行了详细介绍。下面的一个例子证明了运用FRP材料进行修复的有效性。位于华盛顿地区的一家商店，建于1954年，其上的木构件发生了严重开裂，可能导致建筑倒塌。替换这些木构件的预计费用是120万美元，而使用环氧树脂修复，至少可以节省60万美元的开支。旧电线杆使用FRP增强后可获得原始的强度。相比替换新杆，这在经济上是非常划算的。通过恢复弯曲强度的方式，延长了电线杆的使用寿命。FRP比其它系统中使用的