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　　玻璃鋼學(xué)名玻璃纖維增強(qiáng)塑料。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(shù)脂作基體材料的一種復(fù)合材料。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(shù)脂把它們粘合在一起，可以做成各種具有固定形狀的堅(jiān)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，歷史上形成了這個(gè)通俗易懂的名稱“玻璃鋼”，這個(gè)名詞是由原國(guó)家建筑材料工業(yè)部部長(zhǎng)賴際發(fā)同志于1958 年提出的，由建材系統(tǒng)擴(kuò)至全國(guó)，現(xiàn)在還普遍地采用著。由此可見(jiàn)，玻璃鋼的含義就是指玻璃纖維作增強(qiáng)材料、合成樹(shù)脂作粘結(jié)劑的增強(qiáng)塑料，國(guó)外稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料。隨著我國(guó)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(wú)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(gè)俗稱就無(wú)法概括了。考慮到歷史的由來(lái)和發(fā)展，通常采用玻璃鋼復(fù)合材料，這樣一個(gè)名稱就較全面了。

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(shí)鋼鐵很硬并且不易碎，也具有耐高溫的特點(diǎn)。于是人們開(kāi)始想，如果能制造一種既具有玻璃的硬度、耐高溫、抗腐蝕的性質(zhì)，又具有鋼鐵一樣堅(jiān)硬不碎的特點(diǎn)，那這種材料一定會(huì)大有用途。

　　人們經(jīng)過(guò)研究試驗(yàn)，終于制出了這樣一種復(fù)合材料。它，就是能與鋼鐵比肩而立的玻璃鋼。

　　我們先來(lái)看一個(gè)試驗(yàn)，了解了解它的性能優(yōu)良與否。

　　在一個(gè)群山環(huán)抱、綠樹(shù)成蔭的山谷里，一次試驗(yàn)正在進(jìn)行。遠(yuǎn)在二百米以外的掩體后的人們，眼睛都盯著山谷中央放著的一個(gè)氧氣瓶。空氣壓縮機(jī)有節(jié)奏地轉(zhuǎn)動(dòng)著，通過(guò)合金鋼管道向那氧氣瓶不斷地充氣。壓力表上的指針牽動(dòng)著每個(gè)人的心。讀數(shù)從100—200—400—500漸漸上升，直到７００公斤1平方厘米時(shí)，只聽(tīng)得一聲震天巨響，氧氣瓶爆炸了！周圍的人們歡呼著跳起來(lái)：“成功了！”

　　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。為了使用安全，制造時(shí)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。上面試驗(yàn)的氧氣瓶，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè)計(jì)要求。這是用什么鋼材制成的呢？是玻璃鋼，更為確切的說(shuō)，是玻璃與塑料復(fù)合在一起制成的。

　　玻璃是硬而脆的材料，一摔就碎，這帶有玻璃名的玻璃鋼經(jīng)得起摔嗎？于是又進(jìn)行了新的試驗(yàn)。

　　將另一只玻璃鋼氧氣瓶充氣到１５０公斤/平方厘米，然后從山頂上滾下山谷。它與嶙峋的巖石碰撞著，一直滾到谷底仍然沒(méi)有爆裂。玻璃鋼氧氣瓶經(jīng)過(guò)了質(zhì)量鑒定考試。

　　一般玻璃的耐拉強(qiáng)度只有普通鋼材的八分之一。把玻璃融化，拉成只有頭發(fā)直徑的十幾分之一那么細(xì)的玻璃纖維，原來(lái)又硬又易碎的玻璃就變成了又軟又耐拉的玻璃纖維，其耐拉強(qiáng)度可增加十幾倍。

　　大家都知道，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(zhǎng)補(bǔ)短，變得堅(jiān)強(qiáng)無(wú)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(shù)脂（酚醛塑料、環(huán)氧樹(shù)脂及聚酯樹(shù)脂）作肌肉，讓它們凝為一體，制成的材料，其抗拉強(qiáng)度可與鋼材相媲美—因此得名叫玻璃鋼。

優(yōu)點(diǎn)和不足

　　一、FRP有如下特性。

　　(1)輕質(zhì)高強(qiáng)

　　相對(duì)密度在1.5~2.0之間，只有碳鋼的1/4~1/5，可是拉伸強(qiáng)度卻接近，甚至超過(guò)碳素鋼，而比強(qiáng)度可以與高級(jí)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。部分材料的密度、強(qiáng)度和比強(qiáng)度見(jiàn)表1-1。

　　(2)耐腐蝕性能好

　　FRP是良好的耐腐材料，對(duì)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(gè)方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。

　　(3)電性能好

　　是優(yōu)良的絕緣材料，用來(lái)制造絕緣體。高頻下仍能保護(hù)良好介電性。微波透過(guò)性良好，已廣泛用于雷達(dá)天線罩。

　　(4)熱性能良好

　　FRP熱導(dǎo)率低，室溫下為1.25~1.67kJ/（m·h·K），只有金屬的1/100~1/1000，是優(yōu)良的絕熱材料。在瞬時(shí)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。

　　(5)可設(shè)計(jì)性好

　　①可以根據(jù)需要，靈活地設(shè)計(jì)出各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，來(lái)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(lái)滿足產(chǎn)品的性能，如：可以設(shè)計(jì)出耐腐的，耐瞬時(shí)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。

　　(6)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(lái)靈活地選擇成型工藝。

　　②工藝簡(jiǎn)單，可以一次成型，經(jīng)濟(jì)效果突出，尤其對(duì)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。

　　二、不能要求一種FRP來(lái)滿足所有要求，F(xiàn)RP不是萬(wàn)能的，F(xiàn)RP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(chǎn)品結(jié)構(gòu)中常感到剛性不足，容易變形。

　　可以做成薄殼結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)，也可通過(guò)高模量纖維或者做加強(qiáng)筋等形式來(lái)彌補(bǔ)。

　　(2) 長(zhǎng)期耐溫性差

　　一般FRP不能在高溫下長(zhǎng)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(shù)脂，使長(zhǎng)期工作溫度在200~300℃是可能的。

　　(3) 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。

　　(4) 層間剪切強(qiáng)度低

　　層間剪切強(qiáng)度是靠樹(shù)脂來(lái)承擔(dān)的，所以很低。可以通過(guò)選擇工藝、使用偶聯(lián)劑等方法來(lái)提高層間粘結(jié)力，最主要的是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免使層間受剪。

　　三、FRP有哪些生產(chǎn)方法？

　　答：基本上分兩大類，即濕法接觸型和干法加壓成型。如按工藝特點(diǎn)來(lái)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(wú)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(guó)家有挪威、日本、英國(guó)、丹麥等。

　　②噴射法：主要使用國(guó)家有瑞典、美國(guó)、挪威等。

　　③模壓法：主要使用國(guó)家有德國(guó)等。

　　④RTM法（樹(shù)脂傳遞模塑）：主要使用國(guó)家有歐美各國(guó)、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(guó)有90%以上的FRP產(chǎn)品是手糊法生產(chǎn)的，其他有模壓法、纏繞法、層壓法等（見(jiàn)第十一章）。日本的手糊法仍占50%。從世界各國(guó)來(lái)看，手糊法仍占相當(dāng)比重，說(shuō)明它仍有生命力。手糊法的特點(diǎn)是用濕態(tài)樹(shù)脂成型，設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用少，一次能糊10m以上的整體產(chǎn)品。缺點(diǎn)是機(jī)械化程度低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，質(zhì)量不穩(wěn)定。近年來(lái)，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了擠拉、噴涂、纏繞等工藝設(shè)備，隨著FRP工業(yè)的發(fā)展，新的工藝方法將會(huì)不斷出現(xiàn)。