图2-1 烟囱概要图 3.2 试验方法 强度试验和耐热性试验，以JISK6911热固性塑胶一般试验方法为准，耐热性试验中的试样加热方法，以JIS K 7212热塑性塑胶的热老化性试验方法（烘焙法）通则为准进行。另外，应力松弛试验以JIS K 7107塑胶应力松弛法为准进行。 3.3 试验条件 试验温度取98℃和130℃，是实际的大直径FRP内筒的设计排烟温度。另外，由于本发电厂的烟囱对应燃料为LNG，水蒸汽有可能给FRP造成化学性老化，因此，应力松弛试验中的使用环境为水蒸汽环境。另外，在耐热性试验中，还以实际机组的排烟温度超过200℃作为参考进行了试验。表3.3-1为各试验的试验条件。 2
图3.1-1 FW层积构成（静态强度试验、疲劳强度试验） 图3.1-2 HLU层积构成（静态强度试验、疲劳强度试验） 图3.1-3 HLU层积构成（耐热性试验、应力缓和试验） 表3.3-1 试验条件 试验名 树脂 温度℃ 23 A 强度试验 B 130 A 耐热性试验 B 130 98 空气中 HLU 3.6 3 98 空气中 HLU 23 FW 12 5 试验环境 成型方法 板厚 试样数试样/条件 3
200 98 应力松弛试验 B 130 水蒸汽中 空气中 HLU 3.6 3 注：强度试验中的拉伸疲劳强度试验，使用4个以上的试样，重复速度为1.0Hz 3.4 试验结果 （1）强度试验结果 在拉伸强度试验中，无论温度、树脂及板厚是否不同，FRP的强度大体相同，但在弯曲强度试验中，随着温度的上升强度开始下降。另外，温度升高之后，拉伸疲劳强度有降低的倾向，树脂A的降低率（σ0/σ10）比树脂B的降低率要大，但10次之后，两种树脂的拉伸强度基本处于同一水准。图3.4-1至图3.4-3显示了强度试验的结果。 66 图3.4-1 拉伸强度（12mm） 图3.4-2 弯曲强度（12mm） 4
（2）耐热性试验结果 在质量变化方面，树脂A和树脂B均显示了基本相同的性状，在98℃下18个月后约-0.6%，在130℃下18个月后约-1.0%。另外，即使在200℃下12个月后，也看不到因树脂不同产生的不同影响，但质量大约会降低8.0%。不论树脂A还是树脂B，在98℃、130℃、200℃下，拉伸强度及巴氏硬度均看不到变化，显示了基本相同的性状。高温状态下的暴露时间及物理特性变化之间的关系如图3.4-4至3.4-6所示。 图3.4-3 拉伸疲劳强度（FW，12mm，1.0Hz） 图3.4-4 质量变化率 5
图3.4-5 拉伸强度变化率 （3）应力松弛试验结果 在应力松弛试验中，虽然在水蒸汽中的缓和曲线出现了溶膨现象，但100小时之后的应力比之差在0.2以内。暴露时间和初始应力比的缓和曲线如图3.4-7至3.4-8所示。 图3.4-6 巴氏硬度变化率 图3.4-7 应力松弛曲线（树脂B，98℃初期应力35MPa） 6
图3.4-8 应力松弛曲线（树脂B，130℃初期应力35MPa） 4 接头和吊点的强度试验 4.1 试样的形状 （1）接头试样 使用在30℃下进行强度确认的接头的实际尺寸试样，将FW成型之后的母材前端加工成铃形，将另一根母材插入到该前端之后，外侧使用HLU铺层连接。用于外侧铺层的FRP基材使用两种材料，一种是应用宽的无捻布（交互织入了纤维纱的基材）和毡材的组合（以下称 “MR”），另一种是将毡材和具有各向异性的纤维纱用聚酯线编织起来的针织布（以下称 “NF”）。针织布和无捻布不同，因其没有织入玻璃纤维，因此树脂的浸透性优秀，不会产生玻璃纤维受伤之类的缺点。另外，在疲劳强度试验中，使用HLU成型的小型试样，在外侧铺层部分，使用和实际尺寸试样相同的MR和NF。图4.1-1显示了接头的实际尺寸试样情况，图4.1-2显示了接头的小型试样情况。 图4.1-1 接头的实际尺寸试样（静态强度试验） 7
图4.1-2 接头的小型试验试样（疲劳强度试验） （2）吊点试样 130℃之下的强度试验用吊点的实际尺寸试样为两种，一种为HLU成形加工，另一种为FW成形加工。另外，在加载时，为了防止给试样外加偏心荷载，将试样2对一组组合起来使用。图4.1-3至图4.1-4显示了吊点的实际尺寸试样的情况。 4.2 试验方法 使用实际尺寸试样的接头和吊点静态强度试验以及吊点的疲劳强度试验，参照现有发电厂的实际情况进行；使用小型试样的接头疲劳强度试验，以JIS K 7118热固性塑胶材料的疲劳试验方法通则为准。另外，试样及试样的加热方法，以JIS K 7212热塑性塑胶的热老化性试验方法（烘焙法）通则为准进行。 图4.1-3 吊点的实际尺寸试样（静态强度试验） 8
图4.1-4 吊点的实际尺寸试样（疲劳强度试验） 4.3 试验条件 试验温度按照实际的FRP内筒的设计排烟温度，取130℃。吊点的疲劳强度试验，仅在23℃的常温下进行。各试验的试验条件如表4.3-1所示。 4.4 试验结果 （1）接头的强度试验结果 根据使用实际尺寸试样的强度试验结果，MR接头和NF接头的静态强度大体相同。两者均在母材和接头部分的接合界面产生剥离破坏，接头的强度将不依赖于玻璃基材的的种类，而依赖于接合部分的剪切强度。实际尺寸的接头荷载变形关系如图4.4-1至4.4-2所示。 表4.3-1 试验条件 试验名 树脂 温度 ℃ 接头和吊点的种别 重复速度Hz 试样数试样/条件 MR 实际尺寸接头的强度试验 B 130 NF A 小型接头的疲劳强度试验 B 130 23 实际尺寸吊点的强度试验 B 130 实际尺寸吊点的疲劳强度试验 B 23 9
FW FW 5 8 NF HLU 3 23 MR 1 4~5 3 图4.4-1 接头的负重变形关系（树脂B，MR，130℃） 根据使用小型试样的疲劳强度试验结果，不论树脂A还是树脂B，破坏形式均和实际尺寸的接头相同，在母材和接头的接合界面发生了剥离破坏。另外，在106下的疲劳强度，和23℃相比，130℃更低，树脂A和B表现出的疲劳强度基本相同。小型接头S-N的关系如图4.4-3所示。 图4.4-2 接头的负重变形关系（树脂B，NF，130℃） 10
图4.4-3 小型接头的S-N关系（树脂A，1.0Hz） （2）吊点的强度试验结果 根据静态强度试验结果，HLU在母材和吊点部分接合的界面发生了剥离破坏，FW发生了吊点部分的层间剥离破坏。另外，HUL和FW均在130℃的情况下得到了不同的特性值。HLU的强度之所以增加，据认为是试样制作时后期处理不充分，在试验时，树脂因加热固化的缘故；FW的强度低，据认为是玻璃基材停留在树脂之间导致铺层界面的剪切强度不能充分发挥的缘故。另外，在试样的破坏界面，也确认了树脂停留的存在。如果无视这些特殊值，FW的破坏强度和HLU相比，约增加2.3倍。图4.4-4至4.4-5显示了吊点的荷载变形关系。 根据吊点的疲劳强度试验结果，破坏形式和静态强度试验结果相同，吊点部分出现层间剥离。另外，10次之下的FW型吊点的疲劳强度，为静态破坏强度的35%~37%之间。吊点的S-N关系如图4.4-6所示。 5 结论 通过对用于大直径内筒、使用环氧（NOVOLAC）乙烯基树脂的FRP进行试验，确认了其在实际机组排烟温度，即98℃和130℃下的强度特性、耐热性能及水蒸汽中的应力松弛性能，得到了设计实际烟囱所必需的FRP物理特性值。另外，还对结构设计中非常重要的部位，即接头和吊点的强度及破坏性进行了测试。 611
图4.4-4 HLU吊点的负重变形关系（树脂B，130℃） 6 致谢 本试验的进行得到了（财团法人）日本建筑总和试验所构造要素试验室室长井上隆二先生、树脂生产商三井化学株式会社名古屋工厂技术部部长山中秀介先生，三井化学株式会社千叶工业所研究部主任研究员坂井英男先生、同公司平野辉久先生、昭和高分子株式会社东京研究所所长石川隆之先生、同公司东京研究所第二部部长柴田让治先生、同公司东京研究所研究员高木彻先生，以及FRP成型工厂富士化学株式会社研究部部长中井邦彦先生、同公司技术部次长村越胜熊先生、同公司研究部风间辰平先生，日本聚酯株式会社技术开发本部工程设计部部长阿曾隆幸先生的大力支持及悉心指导，在此深表谢意。 图4.4-5 FW吊点的负重变形关系（树脂B，130℃） 12
图4.4-6 吊点的S-N关系（树脂B，FW，23℃，5.0Hz） 参考文献 [1] （社团法人）强化塑胶协会《FRP设计便览》1984.7 [2] 藤井等：烟囱FRP内衬材料相关试验研究（建筑学会大会学术演讲会摘要集1988.10.No.1294~1296，1989.10.No.1178~1180，1991.9.） [3] （社团法人）强化塑胶协会《强化塑胶》Vol.35，No.8
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