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玻璃钢(FRP)亦称作GFRP,即纤维强化塑料,FRP复合材料是由纤维材料与基体材科按一定的比例晶合后形成的高性解材轻。其中根装所使用的树脂足种不同,可分为聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢等种类;
(1)聚酯玻璃钢∶聚酯玻璃钢使用的是聚配树脂,是最常使用的玻璃种类,制作工艺简单。
(2)环氧玻璃钢;环氧玻璃钢使用的是环氧树陷,在耐断蚀程度,刚度、抗E方面均略优于聚酶装璃钢,所以当聚酯坡璃钢无法满足使用委求时,大多使用环氧玻璃钢
(3)酚醛玻璃钢∶酚醛玻璃钢使用的是酚醛树脂,值得注意的是,酚醛树指遇铁不固化,在加工中尤其需要考虑这一特性。
生产工艺 纤维缠绕工艺是树脂基复合材料制造工艺之一。缠绕的主要形式有三种环向缠绕、平面缠绕及螺旋缠绕。三种方法各有特点,湿法缠绕方式因其对设备的要求相对简单和制造成本较低而应用最为广泛。 维缠绕工艺是树脂基复合材料的主要制造工艺之一。是一种在控制张力和预定线型的条件下,应用专门的缠绕设备将连续纤维或布带浸渍树脂胶液后连续、均匀且有规律地缠绕在芯模或内衬上,然后在一定温度环境下使之固化,成为一定形状制品的复合材料成型方法。 缠绕的主要形式有三种(图1-2 ):环向缠绕、平面缠绕及螺旋缠绕。 纤维缠绕技术的发展与增强材料、树脂体系的发展和工艺发明息息相关。根据缠绕时树脂基体所处的化学、物理状态不同,缠绕工艺可分为干法、湿法及半干法三种: 干法缠绕采用经过事先浸胶而处于B阶段的预浸纱带。预浸纱带是在专门的工厂或车间制造与提供的。干法缠绕时,在缠绕机上需先对预浸纱带进行加热软化处理后再缠绕到芯模上。由于可以在缠绕前对预浸纱带的含胶量、胶带尺寸及质量进行检测和筛选,因而可以较准确地控制制品质量。干法缠绕的生产效率较高,缠绕速度可达100-200m/min,工作环境也较清洁。但干法缠绕设备比较复杂且造价很高,缠绕制品的层间剪切强度也较低。 湿法缠绕是将纤维经集束、浸胶后,在张力控制下直接缠绕在芯模上,然后再固化成型。湿法缠绕的设备比较简单,但由于纱带浸胶后立即缠绕,在缠绕过程中对制品含胶量不易控制和检验,同时胶液中的溶剂固化时易在制品中形成气泡、孔隙等缺陷,缠绕时张力也不易控制。同时,工人在溶剂挥发气氛和纤维短毛飞扬的环境中操作,劳动条件较差。 与湿法工艺相比,半干法是在纤维浸胶到缠绕至芯模的途中增加一套烘干设备,将纱带胶液中的溶剂基本上驱赶掉。与干法相比较,半干法不依赖一整套复杂的预浸渍工艺设备。虽然制品的含胶量在工艺过程中与湿法一样不易精确控制且比湿法多一套中间烘干设备,工人的劳动强度更大,但制品中的气泡、孔隙等缺陷大为降低。 总结:三种方法各有特点,湿法缠绕方式因其对设备的要求相对简单和制造成本较低而应用最为广泛。三种缠绕工艺方法的优缺点比较见表1-1。 设备性能 1、密度:玻璃钢密度介于1.5~2.0之间,只有普通碳钢的1/4~1/5,比轻金属铝还要轻1/3左右,而机械强度却很高,某些方面甚至能接近普通碳钢的水平。例如某些环氧玻璃钢,其拉伸、弯曲和压缩强复均达到400MPa 以上。按比强度计算,玻璃钢不仅大大超过普通碳钢,而且可达到和超过某些特殊合金钢的水平。 2、电性能:玻璃钢有优良的电绝缘性能,可作为仪表、电机及电器中的绝缘零部件,在高频作用下仍然保持良好的介电性能。在绝缘材料中,用玻璃纤维布代替纸及棉布,可提高绝缘材料的绝缘等级,在用相同树脂的情况下,至少能提高一个等级。玻璃钢占绝缘材料用量的1/3~1/2。在一些大型电机中,如12.5万KW 电机,要用几百千克玻璃钢作绝缘材料。此外玻璃钢不受电磁影响,而且有良好的透微波性能。 3、热性能:玻璃钢有良好的热性能,它的比热大,是金属的2~3倍,导热系数比较低,只是金属材料的1/100~1/1000。 此外,某些品种玻璃钢的耐瞬时高温性能也十分突出,如酚醛型高硅氧布玻璃钢,在遇极高温度时,产生碳化层,可有效地保护火箭、导弹及宇宙飞船在穿过大气层时需要承受的5000~10000K 高温及高速气流的作用。 4、耐老化性能:任何材料都存在老化问题,玻璃钢也不例外,只是速度和程度不同而已。玻璃钢在大气曝晒、湿热、水浸泡及腐蚀介质等作用下,性能有所下降,在长期使用过程中会使光泽减退、颜色变化、树脂脱落、纤维裸露、分层等现象。但随着科学技术进步,人们可以采取必要的防老化措施,改善使用性能,提高产品的使用寿命。例如玻璃钢放在哈尔滨地区进行自然老化试验,板材拉伸强度下降最少,小于20%;弯曲强度次之,一般不超过30% ;压缩强度下降最多,波动也最大,一般为25%~30% 。 5、长期耐温性及耐燃性: 玻璃钢的耐温性及耐燃性取决于所用的树脂,长期的使用温度不能超过树脂的热变形温度。 通用的环氧及聚酯玻璃钢,都是易燃的,对于有防火要求的结构物,要用阻燃树脂或加阻燃剂,因此在使用玻璃钢时,应充分注意。 一般玻璃钢不能在高温下长期使用。如聚酯玻璃钢在40℃~45℃以上,环氧玻璃钢在60℃以上,强度开始下降。 近年来出现了一些耐高温的玻璃钢。如脂环族环氧玻璃钢,聚酰亚胺玻璃钢等,但长期工作温度也只能在200-300℃以内,远较金属的长期使用温度为低。 综上所述五个方面的物理性能,可见玻璃钢和金属、陶瓷等材料不同,因此在使用上要发挥其长处,注意合理使用。 6、玻璃钢的化学性能: 玻璃钢主要的化学性能就是它有突出的耐腐蚀性。它不仅不会象金属材料那样生锈腐蚀;同时,也不会象木材那样腐烂,而且几乎不被水、油等介质所侵蚀,可以代替不锈钢在化工厂中用来制造贮罐、管道、泵、阀等,不仅使用寿命长,而且不需采取防腐、防锈或防虫蛀等防护措施,减少了维降费用。玻璃钢不仅对多种低浓度的酸、碱、盐介质及溶剂有较好的稳定性,而且有抗大气、海水和微生物作用的良好性能。