玻璃鋼的理化性能
玻璃具有硬而易碎，具有很好的透明性以及耐高溫、耐腐蝕等性能；同時鋼鐵很硬並且不易碎，也具有耐高溫的特點。於是人們開始想，如果能製造一種既具有玻璃的硬度、耐高溫、抗腐蝕的性質，又具有鋼鐵一樣堅硬不碎的特點，那這種材料一定會大有用途。
人們經過研究試驗，終於製出瞭這樣一種復合材料。它，就是能與鋼鐵比肩而立的玻璃鋼。
我們先來看一個試驗，瞭解瞭解它的性能優良與否。
在一個群山環抱、綠樹成蔭的山谷裡，一次試驗正在進行。遠在二百米以外的掩體後的人們，眼睛都盯著山谷中央放著的一個氧氣瓶。空氣壓縮機有節奏地轉動著，通過合金鋼管道向那氧氣瓶不斷地充氣。壓力表上的指針牽動著每個人的心。讀數從100—200—400—500漸漸上升，直到７００公斤1平方厘米時，隻聽得一聲震天巨響，氧氣瓶爆炸瞭！周圍的人們歡呼著跳起來：“成功瞭！”
氧氣瓶是一種耐高壓容器。它所承受的工作壓力是１５０公斤/平方厘米。為瞭使用安全，製造時要求它能忍受三倍的工作壓力，即４５０公斤/平方厘米。不爆裂，才算合格。上麵試驗的氧氣瓶，遠遠超出瞭設計要求。這是用什麼鋼材製成的呢？是玻璃鋼，更為確切的說，是玻璃與塑料復合在一起製成的。
玻璃是硬而脆的材料，一摔就碎，這帶有玻璃名的玻璃鋼經得起摔嗎？於是又進行瞭新的試驗。
將另一隻玻璃鋼氧氣瓶充氣到１５０公斤/平方厘米，然後從山頂上滾下山谷。它與嶙峋的巖石碰撞著，一直滾到谷底仍然沒有爆裂。玻璃鋼氧氣瓶經過瞭質量鑒定考試。
一般玻璃的耐拉強度隻有普通鋼材的八分之一。把玻璃融化，拉成隻有頭發直徑的十幾分之一那麼細的玻璃纖維，原來又硬又易碎的玻璃就變成瞭又軟又耐拉的玻璃纖維，其耐拉強度可增加十幾倍。
大傢都知道，水泥塊耐壓，鋼材耐拉。用鋼材作筋骨，水泥砂石作肌肉，讓它們凝為一體，互相取長補短，變得堅強無比——這就是鋼筋混凝土。
同樣，如我們用玻璃纖維作筋骨，用合成樹脂（酚醛塑料、環氧樹脂及聚酯樹脂）作肌肉，讓它們凝為一體，製成的材料，其抗拉強度可與鋼材相媲美—因此得名叫玻璃鋼。
優點和不足
一、FRP有如下特性。
(1)輕質高強
相對密度在1.5~2.0之間，隻有碳鋼的1/4~1/5，可是拉伸強度卻接近，甚至超過碳素鋼，而比強度可以與高級合金鋼相比。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製品應用中，都具有卓越成效。某些環氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到400Mpa以上。部分材料的密度、強度和比強度見表1-1。
(2)耐腐蝕性能好
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。已應用到化工防腐的各個方麵，正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。
(3)電性能好
是優良的絕緣材料，用來製造絕緣體。高頻下仍能保護良好介電性。微波透過性良好，已廣泛用於雷達天線罩。
(4)熱性能良好
FRP熱導率低，室溫下為1.25~1.67kJ/（m·h·K），隻有金屬的1/100~1/1000，是優良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護和耐燒蝕材料，能保護宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。
(5)可設計性好
①可以根據需要，靈活地設計出各種結構產品，來滿足使用要求，可以使產品有很好的整體性。
②可以充分選擇材料來滿足產品的性能，如：可以設計出耐腐的，耐瞬時高溫的、產品某方向上有特別高強度的、介電性好的，等等。
(6)工藝性優良
①可以根據產品的形狀、技術要求、用途及數量來靈活地選擇成型工藝。
②工藝簡單，可以一次成型，經濟效果突出，尤其對形狀復雜、不易成型的數量少的產品，更突出它的工藝優越性。
二、不能要求一種FRP來滿足所有要求，FRP不是萬能的，FRP也有以下一些不足之處。
(1)彈性模量低
FRP的彈性模量比木材大兩倍，但比鋼（E=2.1×106）小10倍，因此在產品結構中常感到剛性不足，容易變形。
可以做成薄殼結構、夾層結構，也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。
(2)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℃以上強度就明顯下降，一般隻在100℃以下使用；通用型環氧FRP在60℃以上，強度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹脂，使長期工作溫度在200~300℃是可能的。
(3)老化現象
老化現象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降。
(4)層間剪切強度低
層間剪切強度是靠樹脂來承擔的，所以很低。可以通過選擇工藝、使用偶聯劑等方法來提高層間粘結力，最主要的是在產品設計時，盡量避免使層間受剪。
三、FRP有哪些生產方法？
答：基本上分兩大類，即濕法接觸型和乾法加壓成型。如按工藝特點來分，有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。手糊成型又包括手糊法、袋壓法、噴射法、濕糊低壓法和無模手糊法。
目前世界上使用最多的成型方法有以下四種。
①手糊法：主要使用國傢有挪威、日本、英國、丹麥等。
②噴射法：主要使用國傢有瑞典、美國、挪威等。
③模壓法：主要使用國傢有德國等。
④RTM法（樹脂傳遞模塑）：主要使用國傢有歐美各國、日本。
還有：纖維纏繞成型法拉擠成型法和熱壓灌成型法等等
我國有90%以上的FRP產品是手糊法生產的，其他有模壓法、纏繞法、層壓法等（見第十一章）。日本的手糊法仍占50%。從世界各國來看，手糊法仍占相當比重，說明它仍有生命力。手糊法的特點是用濕態樹脂成型，設備簡單，費用少，一次能糊10m以上的整體產品。缺點是機械化程度低，生產周期長，質量不穩定。近年來，我國從國外引進瞭擠拉、噴塗、纏繞等工藝設備，隨著FRP工業的發展，新的工藝方法將會不斷出現。
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