玻璃纖維增強(qiáng)塑料是什么?
玻璃纖維增強(qiáng)塑料(Glass Fiber Reinforced Polymer,簡稱 GFRP),俗稱玻璃鋼,是一種以合成樹脂為粘接劑基體,以玻璃纖維及其制品作增強(qiáng)材料而制成的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。以下是關(guān)于它的詳細(xì)介紹:
組成成分
玻璃纖維:是主要的受力材料,具有高強(qiáng)輕質(zhì)的特點(diǎn),性能突出??商岣邚?fù)合材料低溫抗沖擊性及剛度,減少聚合物基體的低溫收縮。常見的玻璃纖維種類有 E - 玻璃纖維、S - 玻璃纖維等,E - 玻璃纖維具有良好的電絕緣性和耐腐蝕性,是最常用的一種;S - 玻璃纖維的強(qiáng)度更高,但成本也相對(duì)較高。
合成樹脂:將纖維粘結(jié)在一起,起到保護(hù)纖維的作用。當(dāng)復(fù)合材料受到載荷時(shí),聚合物基體通過剪切作用均勻地將應(yīng)力分配給纖維,使纖維受力均勻,同時(shí)還能賦予制品一定的柔韌性和化學(xué)穩(wěn)定性。常用的合成樹脂有聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。聚酯樹脂成本較低,加工性能好;環(huán)氧樹脂粘結(jié)強(qiáng)度高,耐腐蝕性和耐熱性較好;酚醛樹脂則具有更高的耐熱性和阻燃性。
特性
優(yōu)點(diǎn)
質(zhì)輕高強(qiáng):相對(duì)密度在 1.5-2.0 之間,只有碳鋼的 1/4-1/5,但是拉伸強(qiáng)度卻接近甚至超過碳素鋼,強(qiáng)度可以與高級(jí)合金鋼相比,被廣泛應(yīng)用于航空航天、高壓容器以及其他需要減輕自重的制品中。
耐腐蝕性好:對(duì)于大氣、水和一般濃度的酸堿、鹽及多種油類和溶劑都有較好的抵抗力,已被廣泛應(yīng)用于化工防腐的各個(gè)方面,正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等材料。
電性能好:是優(yōu)良的絕緣材料,可用于制造絕緣體,在高頻下仍能保持良好的電絕緣性能2。
熱性能好:導(dǎo)電率低,室溫下為 1.25-1.67KJ,只有金屬的 1/100-1/1000,是優(yōu)良的絕熱材料,在瞬間超高熱情況下,是理想的熱保護(hù)和耐燒蝕材料。
工藝性能優(yōu)良:可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀來選擇成型工藝,且工藝簡單,可以一次成型,能夠制造出形狀復(fù)雜的制品。
可設(shè)計(jì)性好:可根據(jù)需求充分選擇材料來滿足產(chǎn)品的性能和結(jié)構(gòu)等要求,如通過調(diào)整玻璃纖維的含量、鋪層方式以及樹脂的種類等,來實(shí)現(xiàn)不同的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。
缺點(diǎn)
彈性模量低:比木材的大 2 倍但比鋼材小 10 倍,因此在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中常感到剛性不足,容易變形,通常需要做成薄殼結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)或通過高模量纖維或加強(qiáng)筋形式來彌補(bǔ)。
長期耐溫性差:一般不能在高溫下長期使用,通用聚酯樹脂的 FRP 在 50 度以上強(qiáng)度就會(huì)明顯下降。
老化現(xiàn)象: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。
層間剪切強(qiáng)度低:層間剪切強(qiáng)度是靠樹脂來承擔(dān)的,所以較低,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,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免使層間受剪。
生產(chǎn)工藝
手糊成型技術(shù):用不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等室溫固化的熱固性樹脂,將玻璃纖維及其織物等增強(qiáng)材料粘結(jié)在一起的一種無壓或低壓成型技術(shù),主要工序是在涂有脫模劑的模具上,交替地刷或噴一層樹脂膠液,然后鋪一層纖維增強(qiáng)材料,如此重復(fù)操作,直至達(dá)到產(chǎn)品尺寸要求。
噴射成型技術(shù):從手糊成型工藝發(fā)展而來,利用噴槍將玻璃纖維切斷、噴散,使纖維和霧化的樹脂膠液在空間混合后,噴射到模具上,然后用壓輥壓實(shí),固化而得制品。
模壓成型技術(shù):將模壓料預(yù)熱、預(yù)成型后,裝入已預(yù)熱并涂有脫模劑的模具中,壓制后脫模,經(jīng)過修飾得到成品。
反應(yīng)注塑成型技術(shù):將液體樹脂經(jīng)過計(jì)量混合后注入模具中,在模具中發(fā)生化學(xué)變化并固化成一定形狀的制品。
拉擠成型技術(shù):將浸漬過樹脂膠液的連續(xù)玻璃纖維束或布帶,通過成型模具模塑成型,在模具中或加熱爐中進(jìn)行固化,在牽引機(jī)構(gòu)拉力作用下,連續(xù)拉拔出無限長度的玻璃鋼型材。
應(yīng)用領(lǐng)域
建筑行業(yè):用于結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)、建筑模板、墻板、配筋混凝土、橋面板、路面等領(lǐng)域。
交通運(yùn)輸領(lǐng)域:在汽車上用于車身殼體、硬頂、天窗大燈反光板、前端支架、保險(xiǎn)杠骨架、發(fā)動(dòng)機(jī)氣門罩蓋、進(jìn)氣歧管等部件;高速列車機(jī)車車頭、車內(nèi)裝修裝飾件等也大多采用玻璃鋼材料;在船艇方面,玻璃鋼漁船、游艇、帆船等得到了廣泛應(yīng)用。
工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域:可制作各類拉擠型材、格柵等,如門窗、格柵型材、梯子、電纜橋架等,還可用于制造管、罐制品,如玻璃鋼 FW 工藝管、夾砂管、高壓管等。