玻璃钢

玻璃钢玻璃钢（FRP）亦称作GFRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、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，注意与钢化玻璃区别开来。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，性能稳定.机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料，俗称FRP（FiberReinforcedPlastics），即纤维增强复合塑料。根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料（GFRP），碳纤维增强复合塑料（CFRP），硼纤维增强复合塑料等。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。纤维增强复合材料是由增强纤维和基体组成。纤维（或晶须）的直径很小，一般在10μm以下，缺陷较少又较小，断裂应变约为千分之三十以内，是脆性材料，易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度、模量都要低很多，但可以经受住大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。中文名玻璃钢外文名GFRP称谓玻璃纤维增强塑料俗称FRP原理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”，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，通常采用玻璃钢复合材料，这样一个名称就较全面了。分类玻璃钢产品分类：玻璃钢罐：玻璃钢储罐，盐酸储罐，硫酸储罐，反应罐，防腐储罐，化工储罐，运输储罐，食品罐，消防罐等；玻璃钢管：玻璃钢管道，玻璃钢夹砂管，玻璃钢风管，玻璃钢电缆管，玻璃钢顶管，玻璃钢工艺管等；塔器：干燥塔，洗涤塔，脱硫塔，酸雾净化塔，交换柱等；卫生间：卫生间底盘，卫生间顶板。其他：角钢，线槽，拉挤型材，三通，四通，玻璃钢格栅等。性能玻璃具有硬但易碎，具有很好的透明性以及耐高温、玻璃钢冷却塔耐腐蚀等性能；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玻璃钢罩壳氧气瓶不断地充气。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。为了使用安全，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。它与嶙峋的玻璃纤维布岩石碰撞着，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。优点据统计，玻璃钢的特点主要有以下几个方面：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、有色金属等。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℃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。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。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。肯尼手糊制品：玻璃钢风机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。应用雕塑模具通过先制作出玻璃钢雕塑模具，来制作生产玻璃钢制品，满足人们现实生产生活中的需要。一、玻璃钢雕塑石膏模石膏模特点是耐热、价廉、导热系数小、复印性好。一般用于制作母模。制造方便，适于大型制品。但是不耐用，怕冲击，干燥慢。多用于单一产品以及线型复杂的产品，如浮雕等。所用的石膏多为半水石膏即熟石膏。与水泥模一样，可用砖头、木材做骨架基础，再覆以石膏层造型。为了提高刚度，防止裂纹，可在石膏中加入足够的填料，如加入石英，可减少收缩和裂纹，加入水泥(石膏:水泥=7:3)增加强度。也有人提出用石膏加入适量乳胶，用水稀释来制模，强度好，不起粉等。石膏模可用作低熔点合金模的母模，在热态下浇铸合金。用石膏母模翻制石膏铸型(子模)时，母模表面要涂以分离剂，如钾皂溶液、变压器油、食用油、20%硬脂酸十80%煤油，或汽油十凡士林等。石膏模可用带水笔蘸取石膏粉进行修补。石膏模烘干工艺是:(60～120)℃/(4～5)L，自然冷却后用金相砂纸轻轻抛光，然后再烘(100～150)℃/(8～10)L，(200～230)℃/(20～24)L。二、玻璃钢雕塑橡胶模橡胶模一般用硅橡胶、聚氨酯树脂制作，用于制作造型复杂的浮雕、圆雕及各种造型，并不单独使用，须与石膏套模等其他材料组成，通常用于模具中因线型倒入或重叠而不能直接脱模的某一部位，因它有一定软性，当外模脱模后，它能随意拉出，如狮子、龙等动物或菩萨、卡通人物。批量不大时，用此方法。三、玻璃钢雕塑石蜡膜石蜡膜用于数量不多或者线型复杂、不易脱模的产品。比如，要制造一个整体式弯管，包括90°弯管，可用两个弯头哈夫作母模，在内90°腔注满石蜡后，脱去哈夫母模后，将石蜡模芯稍加修整，然后在外壁包覆玻璃钢，固化后加热，使石蜡熔化流出，即可得到一个整体的玻璃钢产品。为了减少收缩变形，提高刚度，可在石蜡中加入5%左右的硬脂酸。制造方便，脱模容易，石蜡可反复利用。但精度不高。另一种用法:湿法卷管时，可将钢管浸到70～80℃熔化的石蜡中，提起来冷却后再浸，反复进行，直到所需厚度时，表面稍加修整，即可包覆玻璃钢，为防止石蜡开裂，可在蜡中加入少量黄油。也可在蜡的外面包覆一层薄的玻璃纸，以此作为模芯，玻璃钢固化后，加热钢管石蜡熔化即可脱模。四、混凝土模混凝土模多用于线型规则和重复使用次数少的产品，如螺旋形、波形、圆形、拱形或立体槽状产品。成本低，刚性好，可用砖头砌成基础，再覆以水泥砂浆，进行打磨、上腻子，再经过打磨、抛光、喷漆等措施。这种水泥模可直接用于生产玻璃钢制品，也可用于翻制玻璃钢模具的母模。水泥模干燥慢，即使在正常条件下，也要一周以上才能进行涂漆等表面施工。五、玻璃钢雕塑木模木模主要用于线形较平直的大型产品。木模可以直接用来作为玻璃钢产品的成型模具，也可作为翻制玻璃钢模具的过渡母模。用于制作模具的木材有红松、银杏、杉木等，要求含水量达15%，并且不易收缩变形，无节。木模制作后，可涂上0.2～0.3垃垃厚度的树脂(表面腻子)，再用水砂纸由粗到细打磨四次，最后一次用800#或1000#砂纸打光，再涂上抛光膏用抛光器抛光，再打上石蜡，木模即成。也可直接在木模上刷油漆、罩光来制造木模。六、玻璃钢雕塑金属模金属模特别是钢模，一般用于尺寸小、批量大的模压产品。如制作玻璃钢平板时表面光洁的不锈钢板;制作型材时用角钢、槽钢。因为模压产品不仅要加压，还要加热。也有用于外形不复杂的大型产品。黄铜虽是常见金属，但因易受树脂辅助剂侵蚀，并会对树脂固化产生不利影响，除非在工作面已镀铬或其他金属的场合，否则不宜采用。金属模具的制造加工很困难、成本高。另有低熔点合金模其成分是:Z九93%、A14%、Cu3%、M合0.5%，当温度为50～80℃时，合金硬度(HB)为100左右。其流动性好，