玻璃鋼(FRP)材(cái)質:玻璃鋼(FRP)亦稱(chēng)作GRP,即纖(xiān)維強化塑料,玻璃鋼的(de)含義就是指玻璃纖(xiān)維作增(zēng)強材料、合成樹脂作粘結劑的增強塑(sù)料,國外稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料。由於(yú)所(suǒ)使用的樹脂(zhī)品種不同,因此有聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃(lí)鋼之(zhī)稱。質輕(qīng)而硬,不導電,機械強度高,回收利用少(shǎo),耐(nài)腐蝕。可以代替鋼材製造機器(qì)零件和汽車、船舶外殼等。
采用玻璃鋼複合材料的概念是指一種材(cái)料不能滿足使用要求,需(xū)要由(yóu)兩種或兩種以(yǐ)上的材料複合在一起,組成另(lìng)一種能滿足人們要(yào)求的材料(liào),即複合材(cái)料。例如,單一種玻璃纖維,雖然強度很高,但纖維間是鬆散的,隻能承受拉力(lì),不(bú)能承受彎曲、剪切和壓應力,還不易做成固定的幾何形狀,是鬆軟體(tǐ)。如果用合成樹脂把它們粘合在一起(qǐ),可以做成各種(zhǒng)具有固定形狀的堅硬製品,既能承受拉應力,又可承受彎(wān)曲、壓縮和剪切應力(lì)。這就(jiù)組成了玻璃纖維增強的塑料基複合材料。由於其強度相當於鋼材,又(yòu)含有玻璃組(zǔ)分,也具(jù)有玻璃(lí)那樣的色澤、形體、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能,象玻璃那(nà)樣,曆史上形成了這個通俗易懂(dǒng)的名(míng)稱“玻璃鋼”,這個名(míng)詞是由原國家建築材料工業部部長賴際發同誌於1958年(nián)提出的,由建材係統擴至全國。隨著我國玻璃鋼事業的發展(zhǎn),作為塑料(liào)基的增強材料,已由玻璃(lí)纖維擴大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和(hé)碳化矽纖維等,無疑地,這些新型纖維製成的增(zēng)強塑料,是一些高(gāo)性能的纖維增強複(fù)合(hé)材料,再用玻璃鋼這個俗稱就無法概括了。考慮到曆史的由(yóu)來和發展,通(tōng)常複合材(cái)料,這樣一個(gè)名稱就較(jiào)周(zhōu)到了。
優點
輕質高強
相對密(mì)度在1.5~2.0之間,隻有碳鋼的1/4~1/5,可是拉伸強度卻接(jiē)近,甚至超過碳素(sù)鋼(gāng),而比強度可以與高等合(hé)金鋼相比。因此,在航(háng)空、火(huǒ)箭、宇宙飛行器、高壓容器以及(jí)在其他需要減輕自重的製品(pǐn)應用中,都具有卓絕成(chéng)效。某些環氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度(dù)均能達到400Mpa以上。
耐腐蝕
FRP是良好的耐腐材料,對大(dà)氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶(róng)劑都有較好的抵抗能力。已應用到化工(gōng)防腐的各個方麵,正在取(qǔ)代碳鋼、不鏽鋼、木材、有色金屬等。
電性能好
是優良的絕緣材料(liào),用來製造絕緣體。高頻下仍能保(bǎo)護良好介電性。微波(bō)透過性良好,已廣泛(fàn)用於雷達天線罩。
熱性能良好
F
RP熱導率低,室溫下為1.25~1.67kJ/(m·h·K),隻有金屬的1/100~1/1000,是優良的絕熱材(cái)料。在(zài)瞬時高溫情況(kuàng)下,是理想的熱防護和耐燒蝕材料,能(néng)保護宇宙飛(fēi)行器在2000℃以上承(chéng)受高速氣流的衝(chōng)刷。
可設計(jì)性好
1)可以根據需要,靈活地設計出各種結構產(chǎn)品,來滿足使(shǐ)用要求,可以使產品有很好的(de)整體性。
2)可以充分選擇材料來滿足(zú)產品的性能,如(rú):可以設計出耐腐的(de),耐瞬時高溫的、產品某方向上有(yǒu)特別高強度的、介電(diàn)性好的,等等。
3)可以根(gēn)據(jù)產品的形狀、技術要求、用途及數量來靈活地選擇成型工藝。
4)工藝簡單(dān),可以一次(cì)成型,經濟效果(guǒ)突出,尤其對形狀複雜(zá)、不易成型的數量少的產品,更突出它的工藝優越性(xìng)。
缺(quē)點
彈性模量低
FRP的彈性模量比木材大兩倍,但比鋼(E=2.1E5)小10倍,因(yīn)此(cǐ)在產品結構中(zhōng)常感(gǎn)到(dào)剛性不足,容易變形。 可以做成薄殼結構、夾層結構,也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。 長期耐溫性差 一般FRP不能在高溫下長期使用,通用聚酯FRP在50℃以上強度就(jiù)明顯(xiǎn)下降,一般隻在(zài)100℃以下使用(yòng);通用型環(huán)氧FRP在60℃以上,強度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹(shù)脂,使長期工作溫度在200~300℃是可能的。
老化現(xiàn)象
老化現象是塑料的共同缺陷,FRP也不(bú)例外,在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降。
剪切強度低
層間剪切強度是靠樹(shù)脂來承擔的,所以很低。可以通過選擇工(gōng)藝、使用偶聯劑等(děng)方法來提高層間粘結力,較為主(zhǔ)要的是在產品設計時,盡量避免(miǎn)使層(céng)間受剪。
生產方法
基本上分兩(liǎng)大類,即濕法接觸型和幹法加壓成(chéng)型。如按工藝特點來(lái)分,有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓成型、纏繞(rào)成型等(děng)。手糊成型又包括手糊法、袋壓(yā)法、噴射法、濕糊低壓法和無模手糊法。
目前世界上使用繁多的成型(xíng)方法(fǎ)有以下四種。
①手糊法:主要(yào)使用國家(jiā)有(yǒu)挪威、日本、英國、丹麥等。
②噴射(shè)法:主要使用國(guó)家有瑞典、美國、挪威(wēi)等。
③模壓法:主要使用(yòng)國家有德(dé)國等。
④RTM法(樹脂傳遞模塑):主要使用國家有歐美各國、日本。 還有:纖維纏繞成型法、拉擠成型(xíng)法和熱壓(yā)灌成型法等等。
我國有百分之九十以上的FRP產品是手糊(hú)法(fǎ)生產的,其他有模壓法、纏繞法、層壓法等。日本的手糊法仍占百分之五十。從世界各國來看,手糊法(fǎ)仍占(zhàn)相當比重,說明它仍有(yǒu)生命力。手糊法的特點是用濕(shī)態樹脂成型,設備簡單,費用少,一次能糊10m以上的整體產品。缺點是機械化程度(dù)低,生產周(zhōu)期長,質量不穩定。我(wǒ)國從國外(wài)引進(jìn)了擠拉、噴塗、纏繞等工藝設備,隨著FRP工業的發展,新的工藝方法將(jiāng)會不斷出現。