玻璃钢(FRP)亦称作GRP,即纤维强化塑料,一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环 氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料,称谓为玻璃纤维增强 塑料,或称谓玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同,因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛 玻璃钢之称。质轻而硬,不导电,机械强度高,回收利用少,耐腐蚀。可以代钢材制造机 器零件和汽车、船舶外壳等
采用玻璃钢复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求,需要由两种或两种以上 的材料复合在一起,组成另一种能满足人们要求的材料,即复合材料。例如,单一种玻璃纤 维,虽然强度很高,但纤维间是松散的,只能承受拉力,不能承受弯曲、剪切和压应力,还 不易做成固定的几何形状,是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起,可以做成各种具 有固定形状的坚硬制品,既能承受拉应力,又可承受弯曲、压缩和剪切应力。这就组成了玻 璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材,又含有玻璃组分,也具有玻璃那样 的泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能,象玻璃那样,历史上形成了这个通俗易懂的 名称"玻璃钢”,这个名词是由原国家建筑材料工业部部长赖际发同志于1958年提出的,由 建材系统扩至全国。玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑 料,国外称玻璃纤维增强塑料。随着我国玻璃钢事业的发展,作为塑料基的增强材料,已由 玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等,无疑地,这些新 型纤维制成的增强塑料,是一些高性能的纤维增强复合材料,再用玻璃钢这个俗称就无法概 括了。考虑到历史的由来和发展,通常复合材料,这样一个名称就较全面了。
优点
轻质高强
相对密度在1.5~2.0之间,只有碳钢的1/4~1/5,可是拉伸强度却接近,甚至超过碳素 钢,而比强度可以与高级合金钢相比。因此,在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在 其他需要减轻自重的制品应用中,都具有卓越成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度 均能达到400Mpa以上。
耐腐蚀
FRP是良好的耐腐材料,对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有 较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面,正在取代碳钢、不锈钢、木材、有金属 等。
电性能好
是优良的绝缘材料,用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好, 已广泛用于雷达天线罩。
热性能良好
FRP热导率低,室温下为1.25~1.67kJ/(m-h-K),只有金属的1/100~1/1000,是优良的 绝热材料。在瞬时超高温情况下,是理想的热防护和耐烧蚀材料,能保护宇宙飞行器在2000°C 以上承受高速气流的冲刷。
可设计性好
(1)可以根据需要,灵活地设计出各种结构产品,来满足使用要求,可以使产品有很 好的整体性。
(2)可以充分选择材料来满足产品的性能,如:可以设计出耐腐的,耐瞬时高温的、 产品某方向上有特别高强度的、介电性好的,等等。
工艺性优良
(1)可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。
(2)工艺简单,可以一次成型,经济效果突出,尤其对形状复杂、不易成型的数量少 的产品,更突出它的工艺优越性。
缺点
1.弹性模量低
FRP的弹性模量比木材大两倍,但比钢(E=2.1E5)小10倍,因此在产品结构中常感到 刚性不足,容易变形。
可以做成薄壳结构、夹层结构,也可通过高模量纤维或者做加强筋等形式来弥补。
长期耐温性差
一般FRP不能在高温下长期使用,通用聚酯FRP在50^以上强度就明显下降,一般只 在100^以下使用;通用型环氧FRP在60r以上,强度有明显下降。但可以选择耐高温树 脂,使长期工作温度在200~300°C是可能的。
2.老化现象
老化现象是塑料的共同缺陷,FRP也不例外,在紫外线、风沙雨雪、化学介质、机械应 力等作用下容易导致性能下降。
3.剪切强度低
层间剪切强度是靠树脂来承担的,所以很低。可以通过选择工艺、使用偶联剂等方法来 提高层间粘结力,最主要的是在产品设计时,尽量避免使层间受剪。
生产方法
基本上分两大类,即湿法接触型和干法加压成型。如按工艺特点来分,有手糊成型、层 压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷 射法、湿糊低压法和无模手糊法。
目前世界上使用最多的成型方法有以下四种。
1手糊法:主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等。
2喷射法:主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。
3模压法:主要使用国家有德国等。
4RTM法(树脂传递模塑):主要使用国家有欧美各国、日本。
还有:纤维缠绕成型法、拉挤成型法和热压灌成型法等等。
我国有90%以上的FRP汽车隔热玻璃产品是手糊法生产的,其他有模压法、缠绕法、层压法等。日本 的手糊法仍占50%。从世界各国来看,手糊法仍占相当比重,说明它仍有生命力。手糊法的 特点是用湿态树脂成型,设备简单,费用少,一次能糊10m以上的整体产品。缺点是机械 化程度低,生产周期长,质量不稳定。我国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备,随 着FRP工业的发展,新的工艺方法将会不断出现。
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