玻璃纤维增强塑料简论

科目：复合材料院（系）：材化学院专业：无极非金属材料工程姓名：庞丽丽学号：13461025指导教师：张西玲二○一六年五月十九日玻璃纤维增强塑料简论庞丽丽学号：13461925班级:13无极非金属材料1班摘要：介绍玻璃纤维增强塑料的性能和优缺点；讨论玻璃纤维增强改性工程塑料的影响因素；及其应用发展概况。关键词：玻璃纤维；增强塑料。Summary:IntroducestheperformanceofGFRP,advantagesanddisadvantages.Discussiontheinfluencingfactorsofglassfiberreinforcedmodifiedengineeringplastics.Developmentsurveyanditsapplication.Keyword:Glassfiber.Reinforcedplastics.1前言[1]玻璃纤维增强塑料（也称玻璃钢，国际公认的缩写符号为GFRP或FRP），是一种品种繁多，性能各别，用途广泛的复合材料。它是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺，制作而成的一种功能型的新型材料。随着人们环保意识的增强，热塑性塑料在汽车、电子、电器、通讯等行业得到广泛的应用，而这些行业的发展又对塑料的综合性能提出了新的要求。工程塑料自身具有很多突出的优点，如密度小、加工性好、可回收再利用等，但也有一些不足之处，如强度不够高、注塑后的成品收缩率较大、尺寸稳定性较差、耐温性不够好等等。以适应市场的需要，在实际应用中，有时会同时使用两种或者多种改性手段，以提高材料性能和适用性，玻璃纤维作为塑料共混改性的一个组分，利用其优异的增强效果来改善塑料的性能，同时也利于降低成本。本文将重点讨论玻璃纤维增强塑料的主要影响因素及工程塑料改性用玻纤的发展动向。2性能[2]玻璃钢材料具有重量轻，比强度高，耐腐蚀，电绝缘性能好，传热慢，热绝缘性好，耐瞬时超高温性能好，以及容易着色，能透过电磁波等特性。与常用的金属材料相比，它还具有如下的特点∶a.玻璃钢材料是一种具有可设计性的材料品种。b.玻璃钢产品，制作成型时的一次性，更是区别于金属材料的另一个显著的特点。c.玻璃钢材料，还是一种节能型材料。采用机械的成型工艺方法，例如模压、缠绕、注射、RTM、喷射、挤拉等成型方法，由于其成型温度远低于金属材料，及其他的非金属材料，因此其成型能耗可以大幅度降低。3成型工艺[3]玻璃钢制品的制作成型方法有很多种，它们的技术水平要求相差很大，其对原材料、模具、设备投资等的要求，也各不相同，当然它们所生产产品的批量和质量，也不会相同。目前，国内外常用的玻璃钢制作成型方法，有手糊成型工艺、喷射成型工艺、模压成型工艺、模压料成型工艺、纤维缠绕成型工艺、卷管成型工艺、袋压成型工艺、树脂浇铸及注射成型工艺、RTM成型工艺、拉挤成型工艺、板材及管道连续成型工艺、增强反应注射模塑成型工艺、弹性体贮脂模塑成型工艺，以及胶接和连接技术、夹层结构制作技术等。几种常用的玻璃钢的成型方法的特点如下∶a.手糊制作方法设备投资低，产品形状的限制因素少，适合小批量生产。它的生产条件是需要制作产品的模具，并掌握手糊工艺的技术要领。但是，这种制作方法所制成的产品，质量不够稳定，产品的质量档次不够高，较难满足某些产品的性能要求。b.喷射成型方法一种借助于喷射机器的手工积层的方法。该方法具有效率高、成本低的特点，有逐步取代传统的手糊工艺的趋势。其产品的整体性强，没有搭接缝，且制品的几何尺寸基本上没有受到限制，成型工艺不复杂，材料配方能保持一定的准确性。其不足之处，在于制品的质量在很大程度上，取决于操作工人的生产技能。另外，喷射所造成的污染，一般均大于其他的工艺方法。c.纤维缠绕工艺方法将浸渍过树脂的连续纤维，按一定的规律缠绕到芯模上，层叠至所需的厚度，固化后脱模，即成制品。该方法的特点，是可按产品承受应力情况来设计纤维的缠绕规律，使之充分发挥纤维的抗拉强度，并且容易实现机械化和自动化，产品质量较为稳定，若配用不同的树脂基体和纤维的有机复合，则可获得最佳的技术经济效果。纤维缠绕工艺，可成功地应用于制作玻璃钢管道、贮罐、气瓶、风机叶片、撑高跳竿、电线竿、羽毛球拍等的制品。d.模压成型工艺和模塑料成型工艺其压制工艺和设备条件基本相同，前者采用浸胶布作为模压料，而后者采用片状、团状、散状的模压料，首先将一定量的模压料置于金属对模中，而后在一定温度和压力下成型制得所需的玻璃钢制品。这种生产成型方法，所制得的产品尺寸精确，表面光洁，可一次成型，生产效率较高，且产品质量较为稳定，适合于大批量制作各种小型玻璃钢制品。其不足之处是模具的设计和制造较为复杂，生产初期的投资较高，且制件受设备的限制较为突出。e.拉挤成型方法在牵引装置牵引下，使浸渍树脂的纤维增强材料，先在模具中预成型，并经加热使之固化成型，制成玻璃钢型材，最后切割成所需长度的玻璃钢制品。该种成型工艺方法，具有以下明显的特点∶首先它可以制作几何形状复杂的制品，尤其对于特小型或特大型制品，该工艺方法具有其他方法所无法比拟的优越性；其次只要经过合理的产品设计、工艺设计，某些高性能复合材料的制作，在拉挤工艺中就可得以实现；另外，拉挤工艺方法，尤其适合于开发制作各种热塑性玻璃钢制品；加之由于拉挤速度日趋加快，因此拉挤工艺的生产效率很高，作为连续生产的先进方法之一，为实现玻璃钢的工业化生产开辟了一条有效的途径。但是也必须指出，建立拉挤生产工艺方法的要求比较高，例如其设备投资较大，模具设计较为复杂，工艺条件的控制及对原材料的性能要求较为严格，这些都是建立拉挤成型工艺的困难之处。4玻璃纤维的拉伸性能测试[4]玻璃纤维的拉伸性能测试有两种方法：单丝拉伸，丝束拉伸。前者得到的结果离散性很大。这与单丝中的缺陷有关：试样越长、单丝直径越大，则存在缺陷的几率越大，测出的数据越小，已有大量的试验研究表明，玻璃纤维的单丝拉伸强度基本符合正态分布。玻璃纤维丝束的拉伸测试得到数据离散很小，更直观的反应了玻璃纤维作为增强相在FRP材料中所做的贡献，其结果对实际工程更有利用价值。5玻纤增强塑料优缺点[2]5.1优点a玻纤增强以后，玻纤是耐高温材料，因此，增强塑料的耐热温度比不加玻纤以前提高很多，尤其是尼龙类塑料。b玻纤增强以后，由于玻纤的加入，限制了塑料的高分子链间的相互移动，因此，增强塑料的收缩率下降很多，刚性也大大提高。c玻纤增强以后，增强塑料不会应力开裂，同时，塑料的抗冲性能提高很多。d玻纤增强以后，玻纤是高强度材料，从而也大提了塑料的强度，如：拉伸强度，压缩强度，弯曲强度，提高很多。e玻纤增强以后，由于玻纤和其它助剂的加入，增强塑料的燃烧性能下降很多，大部分材料不能点燃，是一种阻燃材料。5.2缺点a玻纤增强以后，由于玻纤的加入，不加玻纤前是透明，都会变成不透明的。b玻纤增强以后，所有塑料的韧性降低，而脆性增加。c玻纤增强以后，由于玻纤的加入，所有材料的熔融粘度增大，流动性变差，注塑压力比不加玻纤的要增加很多。d玻纤增强以后，由于玻纤的加入，流动性差，为了正常注塑，所有增强塑料的注塑温度要比不加玻纤以前提高10℃-30℃。e玻纤增强以后，由于玻纤和助剂的加入，增强塑料的吸湿性能大加强，原来纯塑料不吸水的也会变得吸水，因此，注塑时都要进烘干。f玻纤增强以后，在注塑过程中，玻纤能进入塑料制品的表面，使得制品表面变得很粗糙，斑斑点点。为了取得较高的表面质量，最好注塑时使用模温机加热模具，使得塑料高分子进入制品表面，但不能达到纯塑料的外观质量。g玻纤增强以后，玻纤是硬度很高的材料，助剂高温挥发后是腐蚀性很大的气体，对注塑机的螺杆和注塑模具的磨损和腐蚀很大，因此，生产使用这类材料的模具和注塑机时，要注意设备的表面防腐处理和表面硬度处理。6玻璃纤维表面处理剂、玻璃纤维在树脂中的分散性和长径保留比、玻璃纤维含量等对玻璃纤维增强改性工程塑料的影响[1]6.1玻璃纤维表面处理剂玻璃纤维与树脂间的良好润湿是获得优异增强效果的前提。无机的玻璃纤维与有机的树脂之间通常较难良好润湿，则需要借助于玻璃纤维表面处理剂，以提高玻璃纤维与树脂的润湿性、结合性、反应性，搭建玻璃纤维与树脂间的连接桥梁。可以说，表面处理剂是决定玻璃纤维品质的核心要素之一。6.2玻璃纤维在树脂中的分散均匀性和长径保留比玻璃纤维在树脂中具有良好的分布均匀性和分散均匀性，对保证增强效果十分重要。对于同一种玻璃纤维，可以采用不同的螺杆组合，提高玻璃纤维在工程塑料中分布均匀性和分散均匀性。为了提高性能，可以采用合适的螺杆组合，并且选择直径更小的玻璃纤维，提高玻璃纤维长径比，以达到更好的增强效果。6.3树脂中的玻璃纤维含量由于玻璃纤维的模量高于基体树脂的模量，所以在一定条件下，随着树脂中的玻璃纤维含量增高，复合材料的力学性能通常也会提高。但影响其结晶过程，玻璃纤维含量的增加降低了其结晶性能。此外，玻璃纤维的加入也显著提高了LFT复合材料的耐热性。同时也需要注意，玻璃纤维含量不宜过高，否则复合材料的力学性能、挤塑工艺、复合材料制品的外观质量等均会受到影响。7应用及发展[5、6]对腐蚀环境中的普通钢筋混凝土构件,裂缝的存在将导致钢筋的锈蚀,进而使得结构的耐久性能受到严重影响。玻璃纤维增强塑料筋(GFRP筋)具有强度高、耐腐蚀性好、质轻等优点,用GFRP筋代替钢筋,将改善腐蚀环境中普通混凝土构件的耐久性,从而延长其使用寿命。主要应用领域是汽车行业，一般用作非结构零件，由于复合材料中纤维赋予制品良好的热力学性能。还适用于制造靠近热源的器件，另外在电气电子和家用器具方面也应用较广，其玻璃纤维含量为３０％左右。由于各种纤维分布均匀、制成品压均匀、无孔隙，力学性能稳定，被广泛应用于汽车制造行业，复合纤维还可制成型材，具有良好的外观和韧性，使用寿命长且易加工，常见制品为工具手柄、围栏、窗框等，此外在船舶、建材、电子器件等领域也被成功地应用。8结语玻璃纤维种类、纤维直径、纤维断面形貌、表面处理剂以及玻璃纤维最终的形态等，都可能影响最终的使用工艺性及增强效果。基于上述原因，用于塑料增强改性的玻璃纤维在近几年得到了快速的发展，在数量与品种上具有明显的增长态势。为充分发挥玻璃纤维的增强效果，一些国际大公司和外资企业不仅要求不同的树脂采用不同的玻璃纤维产品，而且同类树脂的粘度不同或用途不同，都要求有专门的玻璃纤维产品与之对应，这对工程塑料用玻璃纤维的开发提出了较高的要求。由于各种纤维分布均匀、制成品压均匀、无孔隙，力学性能稳定，被广泛应用于各种领域。参考资料[1]任玉华,梁珊,曾庆文,等.工程塑料增强改性用玻璃纤维及其发展动向?[J].玻璃纤维,2014(6):1-5.[2]T·里舍,J·魏卡德,T·费勒,等.玻璃纤维增强塑料:,CN1326918C[P].2007[3]瞿安萍.玻璃纤维增强塑料锚杆[J].玻璃纤维,2004(2):32-32.[4]姚辉,张旭,陆晓峰.玻璃纤维丝束拉伸性能试验研究[J].纤维复合材料,2008(2):11-18.[5]杨庆国,涂志忠,张玉伟.玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋混凝土梁抗弯性能的研究[J].公路交通科技,2011,28(2):88-92.[6]李星明.玻璃纤维增强热塑性塑料的发展概述[J].太原科技,2006(8):9-9.