玻璃鋼(FRP)材質:玻璃鋼(FRP)亦稱(chēng)作GRP,即纖維強化塑料,玻璃鋼的(de)含義就是指玻璃纖維作增強材料、合成樹脂作粘結劑的增強塑料,國外稱玻璃纖維增強塑料。由於所(suǒ)使用(yòng)的樹脂品種不同(tóng),因(yīn)此有(yǒu)聚酯玻璃鋼、環氧玻(bō)璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。質輕而硬,不(bú)導電,機械強度高,回收(shōu)利用少,耐腐(fǔ)蝕。可(kě)以代替(tì)鋼材製造(zào)機(jī)器零件和汽車(chē)、船舶(bó)外殼等。
采用玻璃鋼複合材料的(de)概念是(shì)指一種材料不能滿足使用要求(qiú),需要由兩(liǎng)種或兩種以上的材料複合在一起,組成另一種能滿(mǎn)足人們要求的材料,即複合材料。例如,單一種玻璃纖維,雖然強度很高(gāo),但纖維間是(shì)鬆散的,隻(zhī)能承受拉力,不能承受彎曲、剪切(qiē)和壓應力(lì),還不易做成固定的幾何形狀(zhuàng),是鬆軟體。如果用合成樹脂(zhī)把它們粘合在一起,可(kě)以做成各種具有固定形狀的堅硬製品,既能承受拉應力,又可承(chéng)受彎曲、壓縮和剪切應力。這就組成了玻璃(lí)纖維增強的塑料(liào)基(jī)複合材(cái)料。由於其強度相當於鋼材(cái),又含有玻璃組分,也具有玻璃那(nà)樣的色澤、形(xíng)體、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能,象玻璃那樣,曆(lì)史上形成(chéng)了(le)這個通俗易懂的名稱“玻璃鋼”,這個名(míng)詞是由(yóu)原國家建(jiàn)築材料(liào)工業部部(bù)長賴際發同誌於1958年提(tí)出的,由建材係統擴至全國。隨著我國玻璃鋼事業的(de)發(fā)展(zhǎn),作為塑料基的(de)增強材料,已由玻璃纖(xiān)維擴大到碳纖維、硼(péng)纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化矽纖維等,無疑(yí)地,這些新型纖維(wéi)製成的增強塑料,是一(yī)些高性能的纖維增強複合材料,再(zài)用玻璃鋼這(zhè)個俗稱就無法概括了。考慮到曆史的由來和發展,通常複合材料,這樣一個名稱就較周到了。
優點
輕質高強
相對密度在1.5~2.0之間,隻有碳鋼(gāng)的1/4~1/5,可是拉伸強度卻接(jiē)近,甚(shèn)至超過碳素鋼,而(ér)比強度可以(yǐ)與高等合金鋼相比。因此,在航空(kōng)、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕(qīng)自重的製品應用中,都具有卓絕成效。某些環氧FRP的拉伸、彎(wān)曲和壓縮強度均能達到(dào)400Mpa以上。
耐(nài)腐蝕
FRP是良好的耐腐材(cái)料,對大氣、水和一般濃度的(de)酸、堿(jiǎn)、鹽以及多種(zhǒng)油類和溶劑(jì)都(dōu)有較好的抵(dǐ)抗能力。已(yǐ)應用到化工防腐的各個方麵,正(zhèng)在取代碳鋼、不鏽(xiù)鋼、木材、有色金屬等。
電性能好
是優良的絕緣材(cái)料,用來製造絕緣體。高頻下仍能(néng)保護良好介電性。微波透(tòu)過性良好,已廣泛用於雷達天線罩。
熱性(xìng)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(de)1/100~1/1000,是優良的(de)絕熱材料。在瞬時高(gāo)溫情況下,是(shì)理(lǐ)想(xiǎng)的熱防護和(hé)耐燒(shāo)蝕材料,能保護宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的衝刷(shuā)。
可設計性好(hǎo)
1)可以(yǐ)根據(jù)需(xū)要,靈活地設計出各種結構產品,來滿足使用要求,可以使產品有很好的整體性。
2)可以充分選擇材料來滿足產(chǎn)品的性能,如:可以設計出耐腐的,耐瞬時高溫的、產品某方向上有特別高強度的、介電性好的,等等(děng)。
3)可(kě)以根據產品(pǐn)的形狀、技術要求、用途及數量來靈活(huó)地選擇成型工藝。
4)工藝簡單,可以一次成型,經(jīng)濟效果突出,尤其(qí)對形狀複(fù)雜、不易成型的數量少的產品,更突出它的工藝優(yōu)越性。
缺點
彈性模量低
FRP的彈性模量比木材大兩倍,但比鋼(E=2.1E5)小(xiǎo)10倍,因此在產品結構中常感到剛性不足,容易變形。 可以(yǐ)做成薄(báo)殼結構、夾層結構(gòu),也可通過高模量纖維或(huò)者做加強筋等形(xíng)式來彌補。 長(zhǎng)期耐溫(wēn)性差 一般FRP不能在(zài)高溫下長期使用,通用(yòng)聚酯FRP在50℃以上強度(dù)就明顯下降,一般隻在100℃以下使用;通用型環氧(yǎng)FRP在60℃以上(shàng),強度有明顯下降。但可以選(xuǎn)擇耐高溫樹脂,使長期工作溫度在200~300℃是可能的。
老化現象
老化(huà)現象是塑料的共同缺陷,FRP也(yě)不例外,在紫外線、風(fēng)沙雨雪、化(huà)學介質(zhì)、機(jī)械應力等作用下容易導致性能下降。
剪切強度低
層間剪切(qiē)強度是靠樹脂來承擔的(de),所以很低。可以通過選(xuǎn)擇工藝、使用偶(ǒu)聯劑等方法來提高層(céng)間粘結力,較為主要的是在產品設計時,盡量避免(miǎn)使層間受剪。
生產方法
基本上分兩大類,即濕法接觸型和幹法加壓成(chéng)型。如按工藝特點來分,有手(shǒu)糊成型、層壓成型、RTM法(fǎ)、擠拉法、模(mó)壓成型、纏繞成型等。手(shǒu)糊成型(xíng)又(yòu)包括手糊法、袋壓法、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方法有以下四種。
①手糊法:主要使用國家有挪威、日(rì)本(běn)、英國、丹麥等。
②噴射(shè)法:主要使用國家有瑞典、美國、挪威等。
③模壓法:主要使用(yòng)國家有德(dé)國(guó)等。
④RTM法(fǎ)(樹脂(zhī)傳遞模(mó)塑):主要使用國家有歐美各國、日本(běn)。 還有:纖維纏繞成型法、拉擠成型法和熱壓灌成型法等(děng)等。
我國有百分之九(jiǔ)十(shí)以上的FRP產品是手糊法生產的,其他有(yǒu)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,手糊法仍占相當比重,說明它仍有生命力。手糊法的特點是用濕態樹(shù)脂成型(xíng),設備簡單(dān),費用少,一次能糊10m以上的整體產品。缺點是機械化程度低,生產(chǎn)周期長,質量不穩定。我國從國(guó)外引進了擠(jǐ)拉(lā)、噴塗、纏繞等工藝設備,隨著FRP工業的(de)發(fā)展,新的工藝方法將會不斷出現。