玻璃钢基础知识

玻璃钢基础知识

玻璃钢基础知识

什么是玻璃钢

以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称为玻璃纤维增强塑料，俗称玻璃钢。

是一种复合材料。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢（用玻纤增强的不饱和聚酯树脂材料）、环氧玻璃钢（用玻纤增强的环氧树脂材料）、酚醛玻璃钢之称。

由于玻璃纤维的增强作用，从而使玻璃钢材料，具有基体树脂所无法比拟的优异性能，例如材料的整体性，可降低材料的重量、高机械性能、耐冲击性能、耐腐蚀性能、良好的介电性能和尺寸稳定性能以及材料的耐久性等等，从而使玻璃钢材料在各个领域，获得了广泛的应用。

什么是复合材料

复合材料：由两个或两个以上的独立物理相，包含基体材料和增强材料所组成的一种固

体产物。复合材料分三类：天然复合材料，如木材、骨骼、肌肉等；细观复合材料，如合金、

增强塑料等；宏观复合材料，如钢筋混凝土等。适合于工程结构的复合材料有下列三个特点：（1）含两种或两种以上物理性质不同并可用机械方法分离的材料；

（2）可人为控制将一种材料分布到其它材料中，以达最佳性能；

（3）性能优于单独组分材料，并具独特性能。

工程上生产与应用的复合材料内含两类材料：增强材料与基体材料。如复合材料玻璃钢，

其所用的树脂为基体材料，是分散介质；增强材料为玻璃纤维，是分散相；另外在增强材料

与基体树脂之间还有第三相，即它们的界面。这三个单元的有机组合，使所制成的玻璃钢复 合材料具有单独组分所不可能具备的优异性能。这也是复合材料得到飞速发展的主要原因之一。

增强材料：提供强度与刚度。形态：多为纤维状。材质：玻璃纤维、碳纤维、芳伦（Kevlar）纤维、硼纤维、碳化硅纤维等。

基体材料：将增强材料粘接成固态整体，保护增强材料，传递荷载，阻止裂纹扩展。

材质：合成树脂（分为热固性树脂与热塑性树脂）；金属；陶瓷；水泥等。

根据基体的不同复合材料又可细分为：

聚合物基复合材料，又称纤维增强塑料。分为纤维增强热固性塑料FRP与纤维增强热塑性塑料FRTP。应用最广的为玻璃纤维增强塑料GRP（Glass Reforced Plastics）；

金属基复合材料：如连续或非连续硼纤维、碳纤维增强铝镁、钛、镍等金属基体；

陶瓷基复合材料：如碳纤维、碳化硅（SiC）晶须增强陶瓷，极大提高了陶瓷的韧性（提高断裂韧性最高可达9倍以上）；

水泥基复合材料：如碳纤维、玻璃纤维、植物纤维增强水泥等；碳纤维增强碳基体称为

C/C复合材料。

上述各种复合材料，目前全世界产量最大应用最广的是聚合物基复合材料。

什么叫树脂，树脂的种类如何划分？

人类最早发现的树脂是从树上分泌物中提炼出来的脂状物，如松香等，这是“脂”前有“树”

的原因。直到1906年第一次用人工合成了酚醛树脂，才开辟了人工合成树脂的新纪元。1942年美国橡胶公司首先投产不饱和聚酯树脂，后来把未经加工的任何高聚物都称作树脂。但是早就与“树”

无关了。

树脂是指具有不同的、高的相对分子量的，固态、半固态或假固态，有时也可以是液态 的有机物质。从广义上讲，凡未经加工的任何高聚物都可叫树脂。若加固化剂并受热后，形

成不溶不熔的固化物，不可再次受热成型的树脂，称为热固性树脂；如不饱和聚酯、环氧树

脂、酚醛树脂等树脂。对于加热熔化冷却变固，并可以反复进行的可熔的树脂叫做热塑性树

脂，俗称塑料；如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。

玻璃钢用基体树脂

玻璃钢制作时所用的原材料中的树脂，叫基体树脂。主要品种有∶热固性树脂（不饱和

聚酯树脂（UP）、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃类树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚丁二烯树脂、

聚氨酯树脂、有机硅树脂等）。以及热塑性树脂类（如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、苯乙烯、

丙烯腈树脂、ABS树脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亚胺、改性聚酰亚胺、聚砜、聚

砜醚、聚芳醚酮、聚苯硫醚、芳香族聚酯等）。

其中使用最多的是不饱和聚酯树脂，其原因是由于不饱和聚酯树脂的原材料来源较为广泛，价格较为便宜，并且成型工艺简单，成型温度较低，生产成本低等。

不饱和聚酯树脂是以多元醇、不饱和二元羧酸酐、饱和二元羧酸酐为主要原料，在引发剂和催化剂的作用下，生成的聚酯，再加入苯乙烯所制得的液体为不饱和聚酯树脂。以玻璃纤维为增强材料，制成的不饱和聚酯树脂制品称为玻璃钢，又称玻璃纤维增强塑料。

不饱和聚酯树脂基础知识

1．不饱和聚酯树脂的定义

“聚酯”是相对于“酚醛”“环氧”等树脂而区分的含有酯键的一类高分子化合物。这种高分

子化合物是由二元酸和二元醇经缩聚反应而生成的，而这种高分子化合物中含有不饱和双键时，就 称为不饱和聚酯，这种不饱和聚酯溶解于有聚合能力的单体中（一般为苯乙烯）而成为一种粘稠液

体时，称为不饱和聚酯树脂（英文名Unsaturated Polyester

Resin 简称UPR）。

因此，不饱和聚酯树脂可以定义为由饱和的或不饱和的二元酸与饱和的或不饱和的二元醇缩聚

而成的线型高分子化合物溶解于单体（通常用苯乙烯）中而成的粘稠的液体。

2．不饱和聚酯树脂的特性

不饱和聚酯树脂是一种热固性树脂，当其在热或引发剂的作用下，可固化成为一种不溶不融的

高分子网状聚合物。但这种聚合物机械强度很低，不能满足大部分使用的要求，当用玻璃纤维增强

时可成为一种复合材料，俗称“玻璃钢”,简称FRP。“玻璃钢”的机械强度等各方面性能与树脂浇

铸体相比有了很大的提高。

以不饱和树脂为基材的玻璃钢（UPR-FRP）具有以下特性：

轻质高强：FRP的密度为 1.4-2.2g/cm3，比钢轻4-5倍，而其强度却不小，其比强度超过型钢、

硬铝和杉木。

耐腐蚀性能良好：UPR-FRP是一种良好的耐腐蚀性材料，能耐一般浓度的酸、碱、盐类，大部

分有机溶剂、海水、大气、油类，对微生物的抵抗力也很强，正广泛应用于石油、化工、农药、医

药、染料、电镀、电解、冶炼、轻工等国民经济诸领域，发挥着其他材料无法替代的作用。

电性能优异：UPR-FRP绝缘性能极好，在高频作用下仍能保持良好的介电性能。它不反射无线

电波，不受电磁的作用，微波透过性良好，是制造雷达罩的理想材料。用它制造仪表、电机、电器 产品中的绝缘部件能提高电器的使用寿命和可靠性。

独特的热性能：UPR-FRP的导热系数为0.3-0.4Kcal/mh℃，只有金属的1/100-1/1000，是一种优良的绝热材料，用其制成的门窗是第五代新型节能建材。另外，FRP线胀系数也很小，与一般金属

材料接近，所以FRP和金属连接不致受热膨胀产生应力，有利于其与金属基材或混凝土结构粘接。

加工工艺性能优异：UPR的加工工艺性能优异，工艺简单，可一次成型，既可常温常压成型，

又可以加温加压固化，而且在固化过程中无低分子副产物生成，可制造出比较均一的产品。由于其

工艺性能优异，近年来已被广泛用于制作工艺品、仿大理石制品、聚酯漆等非玻璃纤维增强型材料。

材料的可设计性好：以玻璃纤维为增强骨材的复合材料，二者经过一次性加工成型为最终形状

的制品。所以FRP不仅仅是一种材料，同时也是一种结构。所谓可设计性包含两方面内容：（1）功能设计；通过选择合适的UPR和玻璃纤维可以制成具有各种特殊功能的FRP制品，如：可以制成耐腐蚀的产品；可以制成耐瞬时高温的产品；可制成透光板材；可制成耐火阻燃制品；可制成耐紫外

线制品……（2）结构设计：可以根据需要，灵活地设计出各种产品结构，如玻璃钢门窗、玻璃钢格

栅、玻璃钢管、玻璃钢槽、玻璃钢罐等。

任何一种材料都不是万能的，FRP也不例外。首先FRP与金属相比有许多本质上差别，例如金属是各向同性材料，而FRP是各向异性材料，金属在应力作用下，一般分为弹性变形与塑性变形两

个阶段，而FRP在应力作用下一般没有显著的塑性变形阶段，没有屈服点，在受力过程中有分层现象，在超负荷时容易突然断裂。其次FRP的模量较低，比钢材差10倍，因此凡对刚性要求高的产品必须进行精心设计。第三，FRP的耐热比金属材料相差甚远，到目前为止FRP的长期使用温度还只限于200℃以下。 3、不饱和聚酯树脂的分类

根据其不同的分子结构，或者根据其性能及用途，或者根据所用的工艺方法，均可对

其树脂品种进行分类。

1）.按其分子结构来划分，可分为邻苯型、对苯型、间苯型、双酚A型、乙烯基型等树脂品种；

2）.按其所用的工艺方法来划分，可分为手糊、喷射、缠绕、浇铸、拉挤、RTM、SMC/BMC 等树脂品种。

3）.按产品性能及用途来分类，可分为如下的类别：

△通用型不饱和聚酯树脂：这种树脂是应用得最多的树脂品种，如191、196树脂等。

△柔韧型不饱和聚酯树脂：这种树脂制成玻璃钢制品后，其制品具有较好的柔韧性。其

牌号为TM182、304、T541等。

△弹性不饱和聚酯树脂：这种树脂具有较高的弯曲强度，更坚韧而无脆性，适宜制作

家具高档涂料，以及机器外壳等。

△耐化学药品型的不饱和聚酯树脂：这类树脂具有较好的耐腐蚀性能，由于腐蚀介质种类很多，因此针对不同的介质可以使用不同的耐腐蚀树脂。其牌号有197、3301、323、MFE-2等。

△阻燃型不饱和聚酯树脂：这类树脂可分为合成型和添加型两种，均可达到阻燃的效果。其牌号为：7901、S-906、TM302、317等。

△耐热型不饱和聚酯树脂：这类树脂可以制成在较高温度下使用的玻璃钢制品，其热变形温度至少不低于110℃。其牌号为∶TM197、TM199、S685等。

△光稳定型和耐气候型不饱和聚酯树脂：这类树脂具有较好的耐大气的老化性能，暴露

在日光条件下可以长期使用，仍保存一定的使用性能。其牌号为：TM195、S692、F45、515等。

△空气干燥型不饱和聚酯树脂：这类树脂具有空干性，即暴露在空气中进行固化，其表

面不会发粘，以便改善其工艺性能及产品的使用性能，但其固化条件仍与通用型不饱和树脂的相同，在低温或室温下进行固化。牌号为：SGA20、桐酸型不饱和聚酯树脂等。

△铸塑型不饱和聚酯树脂：这类树脂是一类低收缩、低放热的树脂，其主要的特性是铸

塑时不会产生裂纹及破裂，可避免产生应力集中现象，并且颜色浅，透明性好。其牌号为：

SB39、S793等。

△胶衣不饱和聚酯树脂（通常称为胶衣树脂）∶这类树脂在手工制作玻璃钢制品时十分

重要。它不但可以起到玻璃钢表面的保护层作用，而且可以起到表面的装饰效果，起着十分

重要的作用。由于玻璃钢制品的使用环境及要求各不相同，因此必须根据实际情况，选用不

同品种的胶衣树脂。目前的牌号为∶TM-33、TM-35、S-739、胶衣33等。

△SMC/BMC专用不饱和聚酯树脂：这类树脂的主要特点是粘度低、增稠快、活性高，

能快速固化（简称SMC/BMC专用树脂），耐水性和耐热性能好，稳定性好等。目前的牌号为：S-816、S-817等。

4、不饱和聚酯树脂的发展历史

与现有的商业化化工建材类产品如醇酸树脂、酚醛塑料、钢材等产品比较，不饱和聚酯

树脂（UPR）的发展历史相对要短些。

1933年，首次在商业上出现了顺丁烯二酸酐（顺酐）产品，这种顺酐产品是通过用五氧

化二钒作为催化剂催化苯的氧化物得到的。在这以前，不饱和聚酯树脂实质上还是未知的。

顺酐是制造不饱和聚酯树脂的基础原料，顺酐的双键赋予了不饱