1玻璃钢简介

冀州市职教中心教学设计第1页共5页教学设计授课学科：高分子授课班级：授课教师：蔡维民授课章节：玻璃钢简介授课类型：新授课学时安排：一课时授课题目：玻璃钢的性能教学目的：1、什么是玻璃钢。2、玻璃钢的性能。教学重点：玻璃钢的优点和缺点教学难点：玻璃钢的优点教学方法：讲解演示相结合教学准备：准备课件设计思路：教学过程设计思路及时间分配3分钟课前探究：玻璃钢是怎样诞生的玻璃钢诞生于本世纪40年代。那时，正值第二次世界大战。战争需要大量的武器装备，迅速发展的军事工业对材料提出了越来越高的要求。例如，制造飞机的材料要求密度小而强度高；制造潜艇的材料，既要耐海水腐蚀，又要能防磁，以避开鱼雷的袭击。同一种零件要求同时具有好几种优异的性能，有时这些性能看起来是相互矛盾而不能兼有的。显然，这样的要求是任何一种单一材料所无法满足的。于是，人们设法把两种或两种以上的材料结合起来，让它们取长补短，相得益彰，制成兼有几种优良性能的新材料，这就是复合材料。虽然“复合”的思想可以追溯到久远的古代，但用到人工材料的复合材料则直到本世纪上半叶才出现。先是1907年世界上第一家人工合成酚醛树脂厂建立，接着一大批人工合成树脂，如脲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等热固性树脂相继出现。树脂材料容易成形，比重小，耐磨，耐腐蚀，但它们脆性较大。于是人们用天然纤维与之复合，产生了最初的含有人工材料的复合材料。其中天然纤维称为增强材料，人工合成树脂称为基体材料。如在无线电通信设备和军事器械中常用的“电木”，就是用木粉、布、纸或其他纤维作为增强材料，经浸渍酚醛树脂层压而成的复合材料。1938年，人们制成了玻璃纤维。到二次大战，出于军事的需要，在“比铝轻，比钢强”的要求下，人们把玻璃纤维作为增强材料，以一冀州市职教中心教学设计第2页共5页类热固性树脂作为基体材料，复合成了现在所称的“玻璃钢”，用于制造飞机零件。从此以后，人工复合材料便一发而不可收，成了当前材料技术的一个主要发展方向。2分钟5分钟25分钟导入新课：小知识“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。教学内容:一、什么是玻璃钢首先要说明的是：玻璃钢不是玻璃，也不是钢，而是一种纤维增强塑料，在专业术语上，把玻璃钢称作复合材料（全名是纤维增强树脂基复合材料）。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。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。纤维增强塑料，由两部分组成：一部分叫基体，也就是树脂或塑料，另一部分就是增强材料，绝大多多数情况下，就是用纤维来增强。打个最简单的比喻，我们经常在水泥混凝土里添加钢筋，用来提高混凝土的性能，那个混凝土就相当于基体，而里面的钢筋就是增强材料。而增强塑料采用的原材料和钢筋混凝土有所不同。玻璃钢别名玻璃纤维增强塑料。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”二、玻璃钢的性能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，远远冀州市职教中心教学设计第3页共5页超出了设计要求。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。通过这个试验可以看到玻璃钢的优质性能，不但耐高压，而且不易碎。除此以外其他优点总结如下：（一）优点1.强度高，重量轻：强度是衡量材料性能好坏的重要指标之一，举个最简单的例子，比如钢材比同样粗细的木条要结实，更难断裂，是因为钢材的强度比木条要高。当然衡量强度需要有专业的测试仪器来测量，并且强度也有多种不同的强度（如拉伸强度、弯曲强度、剪切强度等）。大体上讲，木材的强度为40-100MPa，塑料的强度和木材的强度相当，钢材的强度为250-350MPa，玻璃钢的强度为150-450MPa（与玻璃钢的设计、生产工艺、用料等多方面有关）。如果采用高强度的碳纤维或芳伦纤维代替玻璃纤维来做玻璃钢，强度可达到1000MPa以上，当然这些纤维的价格也特别昂贵，主要用在飞机、赛车等特殊场合。玻璃钢的密度大约是水的1.8倍，而铝为水的2.7倍，钢铁为水的7.8倍。相比之下，做承受一定力量的产品，用玻璃钢来做，比金属材料，产品重量要轻许多。所以在开发设计产品的时候，很多情况下，采用玻璃钢来做，比金属综合性能还要好。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以上比如，舞厅里转动的灯光圆球，内衬采用玻璃钢来做，比用金属来做重量要轻得多，而且在使用中安全很多。2.产品可设计性好：用金属材料来做产品，外观适合做规则形状，如平面、直线、圆形等样式，如果要做成曲面形状，或不规则的状状，用金属制造，成本就会很高。因为不规则形状加工困难。比如小汽车的外壳，用金属冲压制造，初期模具、设备投资可能上亿元。而用玻璃钢制造，初期模具投资只需要几万元，每件产品成本只需要两三千元。采用玻璃钢制造，可以按客户要求随意设计外观形状，可以随意设计曲面造型。以汽车外壳为例，用玻璃钢制造，可以使外观更灵活和富有变化性，而且款式多样，实现个性化设计。未来的汽车发展方向将更强调个性化、量身打造，在外观上，汽车也会象衣服一样丰富繁多，供客户选择。而这些，采用玻璃钢制造将体现出强大优势。10分钟冀州市职教中心教学设计第4页共5页比如做雕塑，用铜做成和真人同样大小的人物雕塑，制造成本可能要几十万或更高，而用玻璃钢制造（特别是批量的生产），成本会大副度降低。所以非特别场合，现在已经很少用金属做雕塑了。根据《中国玻璃钢行业产销需求与投资预测分析报告前瞻》统计，玻璃钢的特点主要有以下几个方面：3.玻璃钢防腐等化学性能好：玻璃钢的防腐性能优良，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。对于绝大多数酸碱盐溶液，都具有良好的耐腐蚀性，所以目前很多防腐场合都采用玻璃钢来制造。正在取代碳素钢、不锈钢、木材、有色金属等如：化学贮罐、管道、防腐容器、污水处理设备、水箱等各类场合。4.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。5.热性能良好玻璃钢热导率低，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。（二）缺点1.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。2.长期耐温性差一般玻璃钢不能在高温下长期使用，通用聚酯玻璃钢在50℃以上强度就明显下降，一般只在100℃以下使用；通用型环氧玻璃钢在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，玻璃钢也不例外，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。4.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。5分钟板书设计：一、什么是玻璃钢：玻璃纤维增强塑料作业设计：1、玻璃钢的优点有哪些？冀州市职教中心教学设计第5页共5页二、玻璃钢的性能（一）优点1.强度高，重量轻：2.产品可设计性好3.玻璃钢防腐等化学性能好4.电性能好5.热性能良好（二）缺点1.弹性模量低2.长期耐温性差3.老化现象4.剪切强度低课堂小结：本节课主要掌握玻璃钢的性能特点课后反思：教学效果很好