玻璃鋼(FRP)材質(zhì):玻璃鋼(FRP)亦稱作GRP,即纖維強(qiáng)化塑料,玻璃鋼的含義就是指玻璃纖維作增強(qiáng)材料、合成樹脂作粘結(jié)劑的增強(qiáng)塑料,國外稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料。由于所使用的樹脂品種不同,因此有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。質(zhì)輕而硬,不導(dǎo)電,機(jī)械強(qiáng)度高,回收利用少,耐腐蝕??梢源驿摬闹圃鞕C(jī)器零件和汽車、船舶外殼等。
采用玻璃鋼復(fù)合材料的概念是指一種材料不能滿足使用要求,需要由兩種或兩種以上的材料復(fù)合在一起,組成另一種能滿足人們要求的材料,即復(fù)合材料。例如,單一種玻璃纖維,雖然強(qiáng)度很高,但纖維間是松散的,只能承受拉力,不能承受彎曲、剪切和壓應(yīng)力,還不易做成固定的幾何形狀,是松軟體。如果用合成樹脂把它們粘合在一起,可以做成各種具有固定形狀的堅(jiān)硬制品,既能承受拉應(yīng)力,又可承受彎曲、壓縮和剪切應(yīng)力。這就組成了玻璃纖維增強(qiáng)的塑料基復(fù)合材料。由于其強(qiáng)度相當(dāng)于鋼材,又含有玻璃組分,也具有玻璃那樣的色澤、形體、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能,象玻璃那樣,歷史上形成了這個通俗易懂的名稱“玻璃鋼”,這個名詞是由原國家建筑材料工業(yè)部部長賴際發(fā)同志于1958年提出的,由建材系統(tǒng)擴(kuò)至全國。隨著我國玻璃鋼事業(yè)的發(fā)展,作為塑料基的增強(qiáng)材料,已由玻璃纖維擴(kuò)大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等,無疑地,這些新型纖維制成的增強(qiáng)塑料,是一些高性能的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,再用玻璃鋼這個俗稱就無法概括了??紤]到歷史的由來和發(fā)展,通常復(fù)合材料,這樣一個名稱就較周到了。
優(yōu)點(diǎn)
輕質(zhì)高強(qiáng)
相對密度在1.5~2.0之間,只有碳鋼的1/4~1/5,可是拉伸強(qiáng)度卻接近,甚至超過碳素鋼,而比強(qiáng)度可以與高等合金鋼相比。因此,在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應(yīng)用中,都具有卓絕成效。某些環(huán)氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強(qiáng)度均能達(dá)到400Mpa以上。
耐腐蝕
FRP是良好的耐腐材料,對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已應(yīng)用到化工防腐的各個方面,正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。
電性能好
是優(yōu)良的絕緣材料,用來制造絕緣體。高頻下仍能保護(hù)良好介電性。微波透過性良好,已廣泛用于雷達(dá)天線罩。
熱性能良好
F
RP熱導(dǎo)率低,室溫下為1.25~1.67kJ/(m·h·K),只有金屬的1/100~1/1000,是優(yōu)良的絕熱材料。在瞬時高溫情況下,是理想的熱防護(hù)和耐燒蝕材料,能保護(hù)宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。
可設(shè)計(jì)性好
1)可以根據(jù)需要,靈活地設(shè)計(jì)出各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品,來滿足使用要求,可以使產(chǎn)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(shè)計(jì)出耐腐的,耐瞬時高溫的、產(chǎn)品某方向上有特別高強(qiáng)度的、介電性好的,等等。
3)可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數(shù)量來靈活地選擇成型工藝。
4)工藝簡單,可以一次成型,經(jīng)濟(jì)效果突出,尤其對形狀復(fù)雜、不易成型的數(shù)量少的產(chǎn)品,更突出它的工藝優(yōu)越性。
缺點(diǎn)
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,因此在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中常感到剛性不足,容易變形。 可以做成薄殼結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu),也可通過高模量纖維或者做加強(qiáng)筋等形式來彌補(bǔ)。 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(qiáng)度就明顯下降,一般只在100℃以下使用;通用型環(huán)氧FRP在60℃以上,強(qiáng)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(xiàn)象
老化現(xiàn)象是塑料的共同缺陷,F(xiàn)RP也不例外,在紫外線、風(fēng)沙雨雪、化學(xué)介質(zhì)、機(jī)械應(yīng)力等作用下容易導(dǎo)致性能下降。
剪切強(qiáng)度低
層間剪切強(qiáng)度是靠樹脂來承擔(dān)的,所以很低??梢酝ㄟ^選擇工藝、使用偶聯(lián)劑等方法來提高層間粘結(jié)力,較為主要的是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時,盡量避免使層間受剪。
生產(chǎn)方法
基本上分兩大類,即濕法接觸型和干法加壓成型。如按工藝特點(diǎn)來分,有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。手糊成型又包括手糊法、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、日本、英國、丹麥等。
②噴射法:主要使用國家有瑞典、美國、挪威等。
③模壓法:主要使用國家有德國等。
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、拉擠成型法和熱壓灌成型法等等。
我國有百分之九十以上的FRP產(chǎn)品是手糊法生產(chǎn)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,手糊法仍占相當(dāng)比重,說明它仍有生命力。手糊法的特點(diǎn)是用濕態(tài)樹脂成型,設(shè)備簡單,費(fèi)用少,一次能糊10m以上的整體產(chǎn)品。缺點(diǎn)是機(jī)械化程度低,生產(chǎn)周期長,質(zhì)量不穩(wěn)定。我國從國外引進(jìn)了擠拉、噴涂、纏繞等工藝設(shè)備,隨著FRP工業(yè)的發(fā)展,新的工藝方法將會不斷出現(xiàn)。