玻璃钢的发展历程

玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。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，也具有玻璃那样的色泽、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”

(1)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**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**成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。部分材料的密度、强度和比强度见表1-1。

  (2)耐腐蚀性能好

 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、有色金属等。

  (3)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。

  (4)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℃以上承受高速气流的冲刷。

  (5)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。

  (6)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。

  二、不能要求一种FRP来满足所有要求，FRP不是万能的，FRP也有以下一些不足之处。

  (1) 弹性模量低

 FRP的弹性模量比木材大两倍，但比钢（E=2.1×106）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。

  (2) 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60℃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℃是可能的。

  (3) 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、风纱雨雪、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。

  (4) 层间剪切强度低

 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，*主要的是在产品设计时，尽量避免使层间受剪。

  三、FRP有哪些生产方法？

 答：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*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。

  ④FTM法：主要使用国家有欧美各国、日本。

 我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的，其他有模压法、缠绕法、层压法等（见第十一章）。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。近年来，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。　玻璃钢FRP(FiberReinforcedPlastics)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。　　一、玻璃钢理化性能　　玻璃具有硬而易碎，具有很好的透明性以及耐高温、耐腐蚀等性能；同时钢铁很硬并且不易碎，也具有耐高温的特点。于是人们开始想，如果能制造一种既具有玻璃的硬度、耐高温、抗腐蚀的性质，又具有钢铁一样坚硬不碎的特点，那这种材料一定会大有用途。　　人们经过研究试验，终于制出了这样一种复合材料。它，就是能与钢铁比肩而立的玻璃钢。　　我们先来看一个试验，了解了解它的性能优良与否。　　在一个群山环抱、绿树成荫的山谷里，一次试验正在进行。远在二百米以外的掩体后的人们，眼睛都盯着山谷中央放着的一个氧气瓶。空气压缩机有节奏地转动着，通过合金钢管道向那氧气瓶不断地充气。压力表上的指针牵动着每个人的心。读数从100—200—400—500渐渐上升，直到７００公斤1平方厘米时，只听得一声震天巨响，氧气瓶爆炸了！周围的人们欢呼着跳起来：“成功了！”　　氧气瓶是一种耐高压容器。它所承受的工作压力是１５０公斤/平方厘米。为了使用**，制造时要求它能忍受三倍的工作压力，即４５０公斤/平方厘米。不爆裂，才算合格。上面试验的氧气瓶，远远超出了设计要求。这是用什么钢材制成的呢？是玻璃钢，更为确切的说，是玻璃与塑料复合在一起制成的。　　玻璃是硬而脆的材料，一摔就碎，这带有玻璃名的玻璃钢经得起摔吗？于是又进行了新的试验。　　将另一只玻璃钢氧气瓶充气到１５０公斤/平方厘米，然后从山顶上滚下山谷。它与嶙峋的岩石碰撞着，一直滚到谷底仍然没有爆裂。玻璃钢氧气瓶经过了质量鉴定考试。　　一般玻璃的耐拉强度只有普通钢材的八分之一。把玻璃融化，拉成只有头发直径的十几分之一那么细的玻璃纤维，原来又硬又易碎的玻璃就变成了又软又耐拉的玻璃纤维，其耐拉强度可增加十几倍。　　大家都知道，水泥块耐压，钢材耐拉。用钢材作筋骨，水泥砂石作肌肉，让它们凝为一体，互相取长补短，变得坚强无比——这就是钢筋混凝土。　　同样，如我们用玻璃纤维作筋骨，用合成树脂（酚醛塑料、环氧树脂及聚酯树脂）作肌肉，让它们凝为一体，制成的材料，其抗拉强度可与钢材相媲美—因此得名叫玻璃钢。　　二、玻璃钢的用途　　玻璃钢是近五十多年来发展迅速的一种复合材料。玻璃纤维的产量的７０％都是用来制造玻璃钢。玻璃钢坚韧，比钢材轻得多。喷气式飞机上用它作油箱和管道，可减轻飞机的重量。登上月球的宇航员们，他们身上背着的微型氧气瓶，也是用玻璃钢制成的。　　玻璃钢加工容易，不锈不烂，不需油漆。我国已广泛采用玻璃钢制造各种小型汽艇、救生艇、游艇，以及汽车制造业等，节约了不少钢材。艺术界还用玻璃钢来做雕塑，电影界用来做道具，既方便快捷，又省成本．可以仿制很多种材料效果．受到人们的欢迎．化工厂也采用酚醛树脂的玻璃钢代替不锈钢做各种耐腐蚀设备，大大延长了设备寿俞。玻璃钢元磁性，不阻挡电磁波通过。用它来做导弹的雷达罩，就好比给导弹戴上了一副防护眼镜，既不阻挡雷达的“视线”，又起到防护作用。现在，许多导弹和地面雷达站的雷达罩都是玻璃钢制造的。　　玻璃钢还为提高体育运动的水乎立下了汗马功劳。自从有撑竿跳高这项运动以来，运动员使用木制撑竿创造的*高纪录是３．０５米。后来使用了竹竿。到一九四二年，把纪录提高到了４．７７米。竹竿的优点是轻而富有弹性，欠缺之处是下端粗而上端细，再要提高记录有很大困难，于是人们又用铝合金竿代替竹竿，它虽然轻而牢固，但弹性不足。这样，从一九四二年到一九五七年，十五年时间，撑竿跳高的*高纪录仅仅提高了１厘米。但自从新的玻璃钢撑竿出现以后，由于它轻而富于弹性，纪录飞速上升，如今的撑杆跳高纪录已经超过了６米大关。　　在今天，玻璃钢也被大量应用在人们的生活方面，人们亲切地把它叫“玻璃钢”，由于它的某些特殊品种仍能保留许多玻璃的优点，如透明性，于是人们用它作为窗户玻璃，既能遮挡阳光中的紫外线，又能使居室明亮。人们还把它用来制作各种坚固耐用的生活日常用品。如浴具、厨房用具、梳洗用具等