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玻璃鋼的含義、理化性能及用途

發布時間:2016-04-10 02:03 作者:邁寶冷卻塔 來源:www.dimoht.buzz 點擊: 字號:

俗稱玻璃鋼
   FRP(Fiber Reinforced Plastics)即纖維強化塑料,一般指用玻璃纖維增強不飽和聚脂、環氧樹脂與酚醛樹脂基體。
   以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料,稱謂為玻璃纖維增強塑料,或稱謂玻璃鋼。由于所使用的樹脂品種不同,因此有聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。  
理化性能
  玻璃具有硬而易碎,具有很好的透明性以及耐高溫、耐腐蝕等性能;同時鋼鐵很硬并且不易碎,也具有耐高溫的特點。于是人們開始想,如果能制造一種既具有玻璃的硬度、耐高溫、抗腐蝕的性質,又具有鋼鐵一樣堅硬不碎的特點,那這種材料一定會大有用途。
   人們經過研究試驗,終于制出了這樣一種復合材料。它,就是能與鋼鐵比肩而立的玻璃鋼。
   我們先來看一個試驗,了解了解它的性能優良與否。
   在一個群山環抱、綠樹成蔭的山谷里,一次試驗正在進行。遠在二百米以外的掩體后的人們,眼睛都盯著山谷中央放著的一個氧氣瓶??諝鈮嚎s機有節奏地轉動著,通過合金鋼管道向那氧氣瓶不斷地充氣。壓力表上的指針牽動著每個人的心。讀數從100—200—400—500漸漸上升,直到700公斤1平方厘米時,只聽得一聲震天巨響,氧氣瓶爆炸了!周圍的人們歡呼著跳起來:“成功了!”
   氧氣瓶是一種耐高壓容器。它所承受的工作壓力是150公斤/平方厘米。為了使用安全,制造時要求它能忍受三倍的工作壓力,即450公斤/平方厘米。不爆裂,才算合格。上面試驗的氧氣瓶,遠遠超出了設計要求。這是用什么鋼材制成的呢?是玻璃鋼,更為確切的說,是玻璃與塑料復合在一起制成的。
   玻璃是硬而脆的材料,一摔就碎,這帶有玻璃名的玻璃鋼經得起摔嗎?于是又進行了新的試驗。
   將另一只玻璃鋼氧氣瓶充氣到150公斤/平方厘米,然后從山頂上滾下山谷。它與嶙峋的巖石碰撞著,一直滾到谷底仍然沒有爆裂。玻璃鋼氧氣瓶經過了質量鑒定考試。
   一般玻璃的耐拉強度只有普通鋼材的八分之一。把玻璃融化,拉成只有頭發直徑的十幾分之一那么細的玻璃纖維,原來又硬又易碎的玻璃就變成了又軟又耐拉的玻璃纖維,其耐拉強度可增加十幾倍。
   大家都知道,水泥塊耐壓,鋼材耐拉。用鋼材作筋骨,水泥砂石作肌肉,讓它們凝為一體,互相取長補短,變得堅強無比——這就是鋼筋混凝土。
   同樣,如我們用玻璃纖維作筋骨,用合成樹脂(酚醛塑料、環氧樹脂及聚酯樹脂)作肌肉,讓它們凝為一體,制成的材料,其抗拉強度可與鋼材相媲美—因此得名叫玻璃鋼。  
用途
  玻璃鋼是近五十多年來發展迅速的一種復合材料。玻璃纖維的產量的70%都是用來制造玻璃鋼。玻璃鋼古硬度高,比鋼材輕得多。噴氣式飛機上用它作油箱和管道,可減輕飛機的重量。登上月球的宇航員們,他們身上背著的微型氧氣瓶,也是用玻璃鋼制成的。玻璃鋼加工容易,不銹不爛,不需油漆。我國已廣泛采用玻璃鋼制造各種小型汽艇、救生艇、游艇,以及汽車制造業等,節約了不少鋼材。藝術界還用玻璃鋼來做雕塑,電影界用來做道具,既方便快捷,又省成本.可以仿制很多種材料效果.受到人們的歡迎.化工廠也采用酚醛樹脂 的玻璃鋼代替不銹鋼做各種耐腐蝕設備,大大延長了設備壽俞。玻璃鋼元磁性,不阻擋電磁波通過。用它來做導彈的雷達罩,就好比給導彈戴上了一副防護眼鏡,既不阻擋雷達的“視線”,又起到防護作用 ?,F在,許多導彈和地面雷達站的雷達罩都是玻璃鋼制造的。進入21世紀,根據玻璃鋼的良好的透波性,這個方面的性能,隨著手機通訊的廣泛流行,玻璃鋼廣泛被應用于制造2G和3G天線外罩,玻璃鋼以其良好的可成形性能,外觀的可美化性,起到了很好的小區美化作用,這方面的產品有方柱線罩,仿真石,野外應用的美化樹等玻璃鋼還為提高體育運動的水乎立下了汗馬功勞。自從有撐竿跳高這項運動以來,運動員使用木制撐竿創造的最高紀錄是3.05米。后來使 用了竹竿。到一九四二年,把紀錄提高到了4.77米。竹竿的優點是輕而富有彈性,欠缺之處是下端粗而上端細,再要提高記錄有很大困難 ,于是人們又用鋁合金竿代替竹竿,它雖然輕而牢固,但彈性不足。這樣,從一九四二年到一九五七年,十五年時間,撐竿跳高的最高紀錄僅僅提高了1厘米。但自從新的玻璃鋼撐竿出現以后,由于它輕而富于彈性,紀錄飛速上升,如今的撐桿跳高紀錄已經超過了6米大關。在今天,玻璃鋼也被大量應用在人們的生活方面,人們親切地把它叫“玻璃鋼”,由于它的某些特殊品種仍能保留許多玻璃的優點,如透明性 ,于是人們用它作為窗戶玻璃,既能遮擋陽光中的紫外線,又能使居室明亮。人們還把它用來制作各種堅固耐用的生活日常用品。如浴具、廚房用具、梳洗用具等。
玻璃鋼的含義 
   玻璃鋼學名玻璃纖維增強塑料。它是以玻璃纖維及其制品(玻璃布、帶、氈、紗等)作為增強材料,以合成樹脂作基體材料的一種復合材料。復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合在一起,組成另一種能滿足人們要求的材料,即復合材料。例如,單一種玻璃纖維,雖然強度很高,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硬制品,既能承受拉應力,又可承受彎曲、壓縮和剪切應力。這就組成了玻璃纖維增強的塑料基復合材料。由于其強度相當于鋼材,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部部長賴際發同志于1958 年提出的,由建材系統擴至全國,現在還普遍地采用著。由此可見,玻璃鋼的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。隨著我國玻璃鋼事業的發展,作為塑料基的增強材料,已由玻璃纖維擴大到碳纖維、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塑料,是一些高性能的纖維增強復合材料,再用玻璃鋼這個俗稱就無法概括了??紤]到歷史的由來和發展,通常采用玻璃鋼復合材料,這樣一個名稱就較全面了。
FRP材料有哪些特性優點和不足 
一、FRP有如下特性。
   (1)輕質高強
   相對密度在1.5~2.0之間,只有碳鋼的1/4~1/5,可是拉伸強度卻接近,甚至超過碳素鋼,而比強度可以與高級合金鋼相比。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用中,都具有卓越成效。某些環氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到400Mpa以上。部分材料的密度、強度和比強度見表1-1。 
   (2)耐腐蝕性能好
   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。
   (3)電性能好
   是優良的絕緣材料,用來制造絕緣體。高頻下仍能保護良好介電性。微波透過性良好,已廣泛用于雷達天線罩。
   (4)熱性能良好
   FRP熱導率低,室溫下為1.25~1.67kJ/(m·h·K),只有金屬的1/100~1/1000,是優良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下,是理想的熱防護和耐燒蝕材料,能保護宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。 
   (5)可設計性好
  ?、倏梢愿鶕枰?,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。
  ?、诳梢猿浞诌x擇材料來滿足產品的性能,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。
   (6)工藝性優良
  ?、倏梢愿鶕a品的形狀、技術要求、用途及數量來靈活地選擇成型工藝。
  ?、诠に嚭唵?,可以一次成型,經濟效果突出,尤其對形狀復雜、不易成型的數量少的產品,更突出它的工藝優越性。
二、不能要求一種FRP來滿足所有要求,FRP不是萬能的,FRP也有以下一些不足之處。
   (1) 彈性模量低
   FRP的彈性模量比木材大兩倍,但比鋼(E=2.1×106)小10倍,因此在產品結構中常感到剛性不足,容易變形。
   可以做成薄殼結構、夾層結構,也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。
   (2) 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℃以上強度就明顯下降,一般只在100℃以下使用;通用型環氧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。
   (3) 老化現象
   老化現象是塑料的共同缺陷,FRP也不例外,在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降。 
   (4) 層間剪切強度低
   層間剪切強度是靠樹脂來承擔的,所以很低??梢酝ㄟ^選擇工藝、使用偶聯劑等方法來提高層間粘結力,最主要的是在產品設計時,盡量避免使層間受剪。
三、FRP有哪些生產方法?
   答: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。
   目前世界上使用最多的成型方法有以下四種。
  ?、偈趾ǎ褐饕褂脟矣信餐?、日本、英國、丹麥等。
  ?、趪娚浞ǎ褐饕褂脟矣腥鸬?、美國、挪威等。
  ?、勰悍ǎ褐饕褂脟矣械聡?。
  ?、蹻TM法:主要使用國家有歐美各國、日本。
   我國有90%以上的FRP產品是手糊法生產的,其他有模壓法、纏繞法、層壓法等(見第十一章)。日本的手糊法仍占50%。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脂成型,設備簡單,費用少,一次能糊10m以上的整體產品。缺點是機械化程度低,生產周期長,質量不穩定。近年來,我國從國外引進了擠拉、噴涂、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。

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