玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料。
以合成树脂作基体材料的一种复合材料。复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求,需要由两种或两种以上的材料复合在一起,组成另一种能满足人们要求的材料,即复合材料。例如,单一种玻璃纤维,虽然强度很高,但纤维间是松散的,只能承受拉力,不能承受弯曲、剪切和压应力,还不易做成固定的几何形状,是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起,可以做成各种具有固定形状的坚硬制品,既能承受拉应力,又可承受弯曲、压缩和剪切应力。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材,又含有玻璃组分,也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能,象玻璃那样,历史上形成了这个通俗易懂的名称“玻璃钢”,这个名词是由原国家建筑材料工业部部长赖际发同志于1958 年提出的,由建材系统扩至全国,玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑料,国外称玻璃纤维增强塑料。随着我国玻璃钢事业的发展,作为塑料基的增强材料,已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等,无疑地,这些新型纤维制成的增强塑料,是一些的纤维增强复合材料,再用玻璃钢这个俗称就无法概括了。考虑到历史的由来和发展,通常采用玻璃钢复合材料,这样一个名称就较全面了。
一般玻璃的耐拉强度只有普通钢材的八分之一。把玻璃融化,拉成只有头发直径的十几分之一那么细的玻璃纤维,原来又硬又易碎的玻璃就变成了又软又耐拉的玻璃纤维,其耐拉强度可增加十几倍。
大家都知道,水泥块耐压,钢材耐拉。用钢材作筋骨,水泥砂石作肌肉,让它们凝为一体,互相取长补短,变得坚强无比——这就是钢筋混凝土。
同样,如我们用玻璃纤维作筋骨,用合成树脂(酚醛塑料、环氧树脂及聚酯树脂)作肌肉,让它们凝为一体,制成的材料,其抗拉强度可与钢材相媲美—因此得名叫玻璃钢。
玻璃钢雕塑橡胶模
橡胶模一般用硅橡胶、聚氨酯树脂制作,用于制作造型复杂的浮雕、圆雕及各种造型,并不单使用,须与石膏套模等其他材料组成,通常用于模具中因线型倒入或重叠而不能直接脱模的某一部位,因它有一定软性,当外模脱模后,它能随意拉出,如狮子、龙等动物或菩萨、卡通人物。批量不大时,用此方法。
玻璃钢雕塑石蜡膜
石蜡膜用于数量不多或者线型复杂、不易脱模的产品。比如,要制造一个整体式弯管,包括90°弯管,可用两个弯头哈夫作母模,在内90°腔注满石蜡后,脱去哈夫母模后,将石蜡模芯稍加修整,然后在外壁包覆玻璃钢,固化后加热,使石蜡熔化流出,即可得到一个整体的玻璃钢产品。
为了减少收缩变形,提高刚度,可在石蜡中加入5%左右的硬脂酸。制造方便,脱模容易,石蜡可反复利用。但精度不高。另一种用法:湿法卷管时,可将钢管浸到70~80℃熔化的石蜡中,提起来冷却后再浸,反复进行,直到所需厚度时,表面稍加修整,即可包覆玻璃钢,为防止石蜡开裂,可在蜡中加入少量黄油。也可在蜡的外面包覆一层薄的玻璃纸,以此作为模芯,玻璃钢固化后,加热钢管石蜡熔化即可脱模。
玻璃钢的优点
轻质高强
相对密度在1.5~2.0之间,只有碳钢的1/4~1/5,可是拉伸强度却接近,甚至超过碳素钢,而比强度可以与合金钢相比。因此,在航空、火箭、宇宙、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中,都具有成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。部分材料的密度、强度和比强度见表1-1。
耐腐蚀性能好
FRP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。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。
电性能好
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。
热性能良好
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。在瞬时温情况下,是理想的热防护和耐烧蚀材料,能保护宇宙在2000℃以上承受高速气流的冲刷。
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可以充分选择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。
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,尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品,更它的工艺性。
世界上使用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。
②喷射法:主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。
③模压法:主要使用国家有德国等。
④RTM法(树脂传递模塑):主要使用国家有欧美各国、日本。
还有:纤维缠绕成型法 拉挤成型法 和 热压灌成型法 等等
我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的,其他有模压法、缠绕法、层压法等。日本的手糊法仍占50%。从来看,手糊法仍占相当比重,说明它仍有生命力。手糊法的特点是用湿态树脂成型,设备简单,费用少,一次能糊10m以上的整体产品。缺点是机械化程度低,生产周期长,质量不稳定,我国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备,随着FRP工业的发展,新的工艺方法将会不断出现。