玻璃鋼的原理及優(yōu)缺點(diǎn)
發(fā)布時間：2020-04-13 5104人看過
玻璃鋼（FRP）亦稱作GFRP，即纖維強(qiáng)化塑料，一般指用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作增強(qiáng)材料的增強(qiáng)塑料，稱謂為玻璃纖維增強(qiáng)塑料，或稱為玻璃鋼，不同于鋼化玻璃。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之別。質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，性能穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，回收利用少，耐腐蝕。可以代替鋼材制造機(jī)器零件和汽車、船舶外殼等。
玻璃鋼學(xué)名纖維增強(qiáng)塑料，俗稱FRP（Fiber Reinforced Plastics），即纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料。根據(jù)采用的纖維不同分為玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料（GFRP），碳纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料（CFRP），硼纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料等。它是以玻璃纖維及其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強(qiáng)材料，以合成樹脂作基體材料的一種復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是由增強(qiáng)纖維和基體組成。纖維（或晶須）的直徑很小，一般在10μm以下，缺陷較少又較小，斷裂應(yīng)變約為千分之三十以內(nèi)，是脆性材料，易損傷、斷裂和受到腐蝕�；w相對于纖維來說，強(qiáng)度、模量都要低很多，但可以經(jīng)受住大的應(yīng)變，往往具有粘彈性和彈塑性，是韌性材料。
原理
復(fù)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(fù)合在一起，組成另一種能滿足人們要求的材料，即復(fù)合材料。例如，單一種玻璃纖維，雖然強(qiáng)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(yīng)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(yīng)力，又可承受彎曲、壓縮和剪切應(yīng)力。這就組成了玻璃纖維增強(qiáng)的塑料基復(fù)合材料。由于其強(qiáng)度相當(dāng)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，歷好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(yè)部部長賴際發(fā)同志于1958 年提出的，由建材系統(tǒng)擴(kuò)至全國。玻璃鋼的含義就是指玻璃纖維作增強(qiáng)材料、合成樹脂作粘結(jié)劑的增強(qiáng)塑料，國外稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料。隨著我國玻璃鋼事業(yè)的發(fā)展，作為塑料基的增強(qiáng)材料，已由玻璃纖維擴(kuò)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(qiáng)塑料，是一些高性能的纖維增強(qiáng)復(fù)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(fā)展，通常采用玻璃鋼復(fù)合材料，這樣一個名稱就較全面了。
優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
輕質(zhì)高強(qiáng)
相對密度在1.5好2.0之間，只有碳鋼的1/4好1/5，可是拉伸強(qiáng)度卻接近，甚至超過碳素鋼，而比強(qiáng)度可以與好合金鋼相比。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(yīng)用中，都具有卓越成效。某些環(huán)氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強(qiáng)度均能達(dá)到400Mpa以上。
耐腐蝕
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(yīng)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。
電性能好
是優(yōu)良的絕緣材料，用來制造絕緣體。高頻下仍能保護(hù)良好介電性。微波透過性良好，已廣泛用于雷達(dá)天線罩。
熱性能良好
FRP熱導(dǎo)率低，室溫下為1.25好1.67kJ/（m·h·K），只有金屬的1/100好1/1000，是優(yōu)良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護(hù)和耐燒蝕材料，能保護(hù)宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。
可設(shè)計性好
�。�1）可以根據(jù)需要，靈活地設(shè)計出各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，來滿足使用要求，可以使產(chǎn)品有很好的整體性。
（2）可以充分選擇材料來滿足產(chǎn)品的性能，如：可以設(shè)計出耐腐的，耐瞬時高溫的、產(chǎn)品某方向上有特別高強(qiáng)度的、介電性好的，等等。
工藝性優(yōu)良
�。�1）可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數(shù)量來靈活地選擇成型工藝。
�。�2）工藝簡單，可以一次成型，經(jīng)濟(jì)效果突出，尤其對形狀復(fù)雜、不易成型的數(shù)量少的產(chǎn)品，更突出它的工藝優(yōu)越性。
缺點(diǎn)
彈性模量低
FRP的彈性模量比木材大兩倍，但比鋼（E=2.1×105）小10倍，因此在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中常感到剛性不足，容易變形�？梢宰龀杀そY(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)，也可通過高模量纖維或者做加強(qiáng)筋等形式來彌補(bǔ)。
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(qiáng)度就明顯下降，一般只在100℃以下使用；通用型環(huán)氧FRP在60℃以上，強(qiáng)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好300℃是可能的。
老化現(xiàn)象
老化現(xiàn)象是塑料的共同缺陷，F(xiàn)RP也不例外，在紫外線、風(fēng)沙雨雪、化學(xué)介質(zhì)、機(jī)械應(yīng)力等作用下容易導(dǎo)致性能下降。
剪切強(qiáng)度低
層間剪切強(qiáng)度是靠樹脂來承擔(dān)的，所以很低。可以通過選擇工藝、使用偶聯(lián)劑等方法來提高層間粘結(jié)力，最主要的是在產(chǎn)品設(shè)計時，盡量避免使層間受剪。
