玻璃钢

玻璃钢玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料（国际公认的缩写符号为GFRP或FRP)：一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体，以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料。

塑料，从字面上讲，是指可塑性的材料，现在一般是指人造塑料，即由树脂加上各种添加剂制成的，如果树脂中没有添加任何添加剂则不能称为塑料，只能叫做树脂。

因树脂有热塑性和热固性之分，所以塑料也分为热塑性和热固性两种。

如果用玻璃纤维去增强热塑性塑料，可称为热塑性玻璃钢：如果用玻璃纤维去增强热固性塑料，就叫做热固性玻璃钢。

目前生产的玻璃钢主要就热固性而言的。

玻璃钢的分类根据不饱和聚酯树脂的结构可分为：邻苯型、间苯型、对苯型、双酚A型、乙烯基酯型等；根据其性能可分为：通用型、防腐型、自熄型、耐热型、低收缩型等；根据其主要用途可分为：玻璃钢用树脂（有机玻璃钢）与非玻璃钢用树脂（无机玻璃钢）两大类；所谓玻璃钢制品是指树脂以玻璃纤维及其制品为增强材料制成的各种产品，也称为玻璃纤维增强塑料（简称FRP或玻璃钢）；非玻璃钢制品是树脂与无机填料相混合或其本身单独使用制成的各种制品，也称为非增强型玻璃钢制品。

玻璃钢的优点（1）表面性能好，容易着色由于玻璃钢是整体成型的，无接缝，内壁光滑，与化学介质接角时，表面很少有腐蚀产物和结垢现象，易着色。

(2 ) 轻质高强相对密度在1.5~2.0之间，只有碳钢的1/4~1/5，而拉伸强度可达300-500Mpa，超过普通钢的极限强度，与碳钢的拉伸强度接近，甚至超过。

某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上，而比强度（强度除以密度）可以与高级合金钢相比，并且具有运输、安装和维修方便。

玻璃钢具备强度高的优点，其原因在于：普通的玻璃是一种强度不高的脆性材料，如果将熔融的玻璃拉成很细的玻璃纤维之后，其性能就发生了很大变化。

玻璃纤维很柔软，甚至可以织成布。

同时，玻璃纤维越细，它的强度越高。

玻璃钢的强度可以用钢筋混凝土做比喻。

在钢筋混凝土中，承受外力的主要是钢筋，但混凝土却是不可缺少的，它将钢筋粘结为一个整体，不但赋予建筑构件以一定的外形，而且增加了强度。

在玻璃钢中，玻璃纤维的作用犹如钢筋，而酚醛树脂却起着混凝土的作用，两者的结合使玻璃钢具有惊人的强度。

(3)耐腐蚀性能好，寿命强玻璃钢是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。

通过对树脂的种类和牌号的选择，采用适宜的成型的工艺，可以生产出耐多种酸、碱、盐油类及有机溶剂的玻璃钢制品。

已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。

也不会发生锈蚀。

普通PVC寿命为15年，而玻璃钢寿命为50年。

(4)电绝缘性能好，能透过电磁波玻璃钢是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。

高频下仍能保护良好介电性。

微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。

(5)热绝缘性能良好，耐瞬时超高温性能好FRP热导率低，室温下为1.25~1.67kJ/（m·h·K），只有金属的1/100~1/1000，是优良的绝热材料。

在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在2000℃以上承受高速气流的冲刷。

(6)可设计性好①可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，可以使产品有很好的整体性。

②可以改变其原为种类、数量比例和增强材料的排布方式,充分选择和利用材料来满足产品的性能，如：可以设计出耐腐的，耐瞬时高温的、产品某方向上有特别高强度的、介电性好的，等等。

(7)工艺性优良①可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。

②工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。

玻璃钢产品，制作成型时的一次性，更是区别于金属材料的另一个显著的特点。

只要根据产品的设计，选择合适的原材料铺设方法和排列程序，就可以将玻璃钢材料和结构一次性地完成，避免了金属材料通常所需要的二次加工，从而可以大大降低产品的物质消耗，减少了人力和物力的浪费。

玻璃钢的缺点(1) 弹性模量低玻璃钢的弹性模量比木材大两倍，但比钢（E=2.1×106）小10倍，因此在产品结构中常感到刚性不足，容易变形。

可以做成薄壳结构、夹层结构，也可通过高模量纤维或者做加强筋等形式来弥补。

(2) 长期耐温性差一般玻璃钢不能在高温下长期使用，通用聚酯玻璃钢在50℃以上强度就明显下降，一般只在100℃以下使用；通用型环氧玻璃钢在60℃以上，强度有明显下降。

但可以选择耐高温树脂，使长期工作温度在200~300℃是可能的。

(3) 老化现象老化现象是塑料的共同缺陷，玻璃钢也不例外，在紫外线、风沙雨雪、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。

但世界上经过60多年，中国经过30多年的研究，已经得到初步解决，增强材料加偶联剂处理，使用50年，弯曲强度可保持在64-46%，拉伸强度保留率在71.2%，如再配加防老剂，防老化性能更好。

(4) 层间剪切强度低层间剪切强度是靠树脂来承担的，所以很低。

可以通过选择工艺、使用偶联剂等方法来提高层间粘结力，最主要的是在产品设计时，尽量避免使层间受剪。

玻璃钢生产工艺基本上分两大类，即湿法接触型和干法加压成型。

如按工艺特点来分；有手糊成型工艺、喷射成型工艺、模压成型工艺、模压料成型工艺、纤维缠绕成型工艺、卷管成型工艺、袋压成型工艺、树脂浇铸及注射成型工艺、RTM成型工艺、拉挤成型工艺、板材及管道连续成型工艺、增强反应注射模塑成型工艺、弹性体贮脂模塑成型工艺，以及胶接和连接技术、夹层结构制作技术等。

目前世界上使用最多的成型方法有以下四种：①手糊法：主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等。

手糊成型包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法手糊制作方法设备投资低，产品形状的限制因素少，适合小批量生产。

它的生产条件是需要制作产品的模具，并掌握手糊工艺的技术要领。

但是，这种制作方法所制成的产品，质量不够稳定，产品的质量档次不够高，较难满足某些产品的性能要求。

手糊成型的工艺流程：（1）生产准备场地手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15～35℃之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。

模具准备准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。

树脂胶液配制配制时，要注意两个问题：①防止胶液中混入气泡；②配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。

增强材料准备增强材料的种类和规格按设计要求选择。

（2）糊制与固化铺层糊制手工铺层糊制分湿法和干法两种：①干法铺层用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。

此法多用于热压罐和袋压成型。

②湿法铺层直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。

一般手糊工艺多用此法铺层。

湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。

手糊工具手糊工具对保证产品质量影响很大。

有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电锯、电钻、打磨抛光机等。

固化制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到三角化一般要24h，此时固化度达50%～70%（巴柯尔硬性度为15），可以脱模，脱后在自然环境条件下固化1～2周才能使制品具有力学强度，称熟化，其固化度达85%以上。

加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80℃加热3h，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150℃以内。

加热固化方法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热。

（3）脱模和修整脱模脱模要保证制品不受损伤。

脱模方法有如下几种：①顶出脱模在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。

②压力脱模模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水（0.2MPa）压入模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。

③大型制品（如船）脱模可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。

④复杂制品可采用手工脱模方法先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固化后从模具上剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。

修整修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。

A.尺寸修整成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分；B.缺陷修补包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等。

②喷射法：主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。

喷射成型方法，是一种借助于喷射机器的手工积层的方法。

该方法具有效率高、成本低的特点，有逐步取代传统的手糊工艺的趋势。

其产品的整体性强，没有搭接缝，且制品的几何尺寸基本上没有受到限制，成型工艺不复杂，材料配方能保持一定的准确性。

其不足之处，在于制品的质量在很大程度上，取决于操作工人的生产技能。

另外，喷射所造成的污染，一般均大于其他的工艺方法。

喷射成型生产工艺：备料——切割喷枪和模具——喷射成型——辊压——固化——脱模③模压法：主要使用国家有德国等。

模压成型工艺和模塑料成型工艺，其压制工艺和设备条件基本相同，前者采用浸胶布作为模压料，而后者采用片状、团状、散状的模压料，首先将一定量的模压料置于金属对模中，而后在一定温度和压力下成型制得所需的玻璃钢制品。

这种生产成型方法，所制得的产品尺寸精确，表面光洁，可一次成型，生产效率较高，且产品质量较为稳定，适合于大批量制作各种小型玻璃钢制品。

其不足之处是模具的设计和制造较为复杂，生产初期的投资较高，且制件受设备的限制较为突出。

模压成型生产工艺流程：备料——叠料——进模——热压——冷却、脱模——加工——热处理④RTM法：主要使用国家有欧美各国、日本。

拉挤成型方法，模树脂传递塑成型简称RTM，起始于50年代，是手糊成型工艺改进的一种闭模成型技术，可以生产出两面光的制品。

RTM的基本原理是将玻璃纤维增强材料铺放到闭模的模腔内，用压力将树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增强材料，然后固化，脱模成型制品。

RTM成型技术的特点：①可以制造两面光的制品；②成型效率高，适合于中等规模的玻璃钢产品生产（20000件/年以内）；③RTM为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康；④增强材料可以任意方向铺放，容易实现按制品受力状况例题铺放增强材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥建厂投资少，上马快。

RTM成型工艺流程：模具清理，模具处理——胶衣涂布——胶衣固化——纤维及嵌件等安放——合模夹紧——树脂注入——树脂固化——脱模——二次加工玻璃钢的主要应用领域由于玻璃钢是一种复合材料，其性能的适应范围非常广泛，因此它的市场开发前景十分广阔。

据有关统计资料，目前世界各国开发的玻璃钢产品的种类已达4万种左右。

虽然各国均根据本国的经济发展情况，开发的方向各有侧重，但基本上均已涉及到各个工业部门。

我国玻璃钢工业经过四十多年来的发展，也已在国民经济各个领域中取得了成功的应用，在经济建设中发挥了重要的作用。