玻璃鋼(gāng)(FRP)材質:玻璃鋼(FRP)亦稱(chēng)作GRP,即纖維強化塑(sù)料(liào),玻璃鋼(gāng)的含義就是(shì)指玻(bō)璃纖維作增強(qiáng)材料、合成樹脂作粘結劑的增強(qiáng)塑料,國外稱玻璃纖維增強塑料。由於所使用(yòng)的樹(shù)脂品種不同,因此有聚(jù)酯(zhǐ)玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚(fēn)醛(quán)玻璃鋼之稱。質輕而(ér)硬,不導電,機械強度高,回收(shōu)利用少,耐腐蝕。可以代替鋼材製造機器零件和汽車(chē)、船舶(bó)外殼(ké)等。
采用玻璃鋼複合材料的概念是指一種材料不能滿足使用要求,需要(yào)由兩種或(huò)兩種(zhǒng)以上的(de)材(cái)料(liào)複合在一起,組成(chéng)另一(yī)種能滿足人們要求的材(cái)料(liào),即複合材料。例如,單一種玻璃纖維,雖然強度很高,但(dàn)纖(xiān)維(wéi)間是(shì)鬆散的,隻能承(chéng)受拉力,不能承受彎曲、剪(jiǎn)切和壓應力,還不易做成固定的幾(jǐ)何形狀,是鬆軟體。如果用合成(chéng)樹脂把它們粘合(hé)在一(yī)起,可(kě)以做成各種(zhǒng)具有固定形狀的堅硬製品,既能承受拉應力(lì),又可承受彎曲、壓(yā)縮和剪切應力。這就組成了玻璃纖維增強(qiáng)的塑料基複合材料。由於其強度相當於鋼材,又含有玻璃組分,也具有玻璃(lí)那(nà)樣的色澤、形體、耐腐蝕(shí)、電(diàn)絕緣、隔熱等性能,象玻璃那樣,曆史上形(xíng)成了這個通俗易懂的名稱“玻璃鋼”,這個名詞是由原國(guó)家建築材料工業部部長(zhǎng)賴際發同誌於1958年提出的,由建材係統擴至全國。隨著我國玻璃鋼事業的發(fā)展,作為塑料基的(de)增強材料,已由玻璃纖維擴大到(dào)碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化矽纖維等,無疑地,這些新型(xíng)纖維製成的增強塑料,是一些(xiē)高性能的(de)纖維增強複(fù)合材料,再用玻璃鋼這個俗稱就無法概括了。考慮到曆史的由來和發展(zhǎn),通常(cháng)複合材料,這樣一(yī)個名稱就較周到了。
優點
輕質高(gāo)強
相對密(mì)度在1.5~2.0之(zhī)間,隻有碳鋼的1/4~1/5,可(kě)是拉(lā)伸強度卻接近,甚至超過碳素鋼(gāng),而比強度可以與高等合金鋼(gāng)相比(bǐ)。因此,在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在(zài)其他需要(yào)減輕自重的製品應用中,都具(jù)有卓絕成效。某些(xiē)環氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達(dá)到400Mpa以上。
耐腐蝕
FRP是良好的耐腐材料,對大氣、水和(hé)一(yī)般濃(nóng)度的酸、堿(jiǎn)、鹽以及多種(zhǒng)油類和(hé)溶劑都有較好的(de)抵抗能力。已應用到化(huà)工(gōng)防腐的各個(gè)方麵,正在取代碳鋼、不鏽鋼、木材、有(yǒu)色金(jīn)屬等。
電性能(néng)好
是(shì)優良的絕緣材料,用來製造絕緣體。高頻下仍能(néng)保護良好介電性(xìng)。微波透過(guò)性良(liáng)好,已廣泛用於雷達天線罩。
熱(rè)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,是優良的絕熱材料。在(zài)瞬時高溫情況下(xià),是理想的熱防護和耐(nài)燒蝕材料,能保護宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的(de)衝刷。
可(kě)設(shè)計性好
1)可以根據需要,靈活地設計出各種結構產品,來滿足(zú)使用要求,可以使產品有很好的整體性(xìng)。
2)可以充分選擇材料來滿足產品的性能,如:可以設計出耐腐的,耐瞬時高(gāo)溫的、產品某方(fāng)向上有特別(bié)高強度的(de)、介電(diàn)性好(hǎo)的,等等。
3)可以根據產品的形狀、技(jì)術要(yào)求、用途及數量來靈活(huó)地選擇(zé)成型工藝(yì)。
4)工藝簡單(dān),可以一次成型,經濟效果突出,尤其對形狀(zhuàng)複雜(zá)、不易成型的數量少的產品,更突出它的工藝優越性。
缺點
彈性模(mó)量低
FRP的(de)彈性模(mó)量比木材大兩倍,但比鋼(E=2.1E5)小10倍,因此在產品結(jié)構中常感到剛性不(bú)足,容易變形。 可以(yǐ)做成薄殼結構、夾層(céng)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(wēn)性差 一(yī)般FRP不能在高溫下長期使用,通用聚酯FRP在50℃以上強度就明顯下降,一(yī)般隻在100℃以下使用;通用型環氧(yǎng)FRP在60℃以上,強度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹脂,使長期工作溫度在200~300℃是可能的。
老化現象(xiàng)
老化現象是塑(sù)料的共同缺陷,FRP也不例外,在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作(zuò)用(yòng)下容易導致性能下降。
剪切強度低
層間剪切強度是靠樹脂來承擔的,所以很低。可以通過選擇工藝、使(shǐ)用偶聯(lián)劑(jì)等方法來(lái)提高層間粘結力,較為主要的是(shì)在產品設計時,盡量(liàng)避免使層間受剪。
生產方法
基(jī)本(běn)上分兩大類,即濕法接觸型和幹(gàn)法加壓成型。如按工藝特點來分,有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓(yā)成型、纏繞成(chéng)型等。手糊成型又包括手(shǒu)糊法、袋壓法、噴射法、濕(shī)糊(hú)低壓法和無模手糊法。
目前世(shì)界上使用繁多的成型方法(fǎ)有以下四種。
①手糊法:主要(yào)使用國家有(yǒu)挪威(wēi)、日本、英國、丹麥等。
②噴射法:主要(yào)使用國家有瑞典、美國、挪威等。
③模壓法(fǎ):主(zhǔ)要(yào)使用國家有德國(guó)等。
④RTM法(樹脂傳遞模(mó)塑):主要使用國家有歐美各國、日本。 還有:纖維纏繞成(chéng)型法、拉擠成型法和熱壓灌(guàn)成型法等等。
我國有百分(fèn)之九十以上的FRP產品是手糊法生產的,其他有模壓(yā)法、纏繞法、層壓法等。日本的手糊(hú)法(fǎ)仍占百分之五(wǔ)十。從世界各國來看,手糊法(fǎ)仍占相當比重,說明它仍有生命力。手糊法的特點是(shì)用濕態樹(shù)脂成型,設備簡單,費用少,一次能(néng)糊10m以上的整體產品。缺點是機械化程(chéng)度(dù)低,生產周期長,質量不穩(wěn)定。我國從國外引進了擠拉、噴塗(tú)、纏繞等工藝設備,隨著FRP工業的發展,新的工藝方法將會不斷出現。