玻璃鋼是近幾十年來(lái)發(fā)展迅速的一種復合材料。玻璃纖維產(chǎn)量的70%都是用來(lái)制造玻璃鋼。由于玻璃鋼是一種復合材料,其性能的適應范圍非常廣泛,因此它的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景十分廣闊。我國玻璃鋼工業(yè)經(jīng)過(guò)多年來(lái)的發(fā)展,已在國民經(jīng)濟各個(gè)領(lǐng)域中取得了成功的應用,例如采用玻璃鋼制造各種小型汽艇、救生艇、游艇,以及汽車(chē)制造業(yè)等,節約了不少鋼材,在經(jīng)濟建設中發(fā)揮了重要的作用。
一、玻璃鋼的定義
玻璃鋼學(xué)名纖維增強塑料,俗稱(chēng)FRP(Fiber Reinforced Plastics),即纖維增強復合塑料。根據采用的纖維不同分為玻璃纖維增強復合塑料(GFRP),碳纖維增強復合塑料(CFRP),硼纖維增強復合塑料等。玻璃鋼是以玻璃纖維及其制品(玻璃布、帶、氈、紗等)作為增強材料,以合成樹(shù)脂作基體材料的一種復合材料,由于所使用的樹(shù)脂品種不同,有聚酯玻璃鋼(用玻纖增強的不飽和聚酯樹(shù)脂材料)、環(huán)氧玻璃鋼(用玻纖增強的環(huán)氧樹(shù)脂材料)、酚醛玻璃鋼之別。
玻璃鋼材料具有基體樹(shù)脂所無(wú)法比擬的優(yōu)異性能,例如材料的整體性、高機械性能、耐沖擊性能、耐腐蝕性能、良好的介電性能和尺寸穩定性能以及材料的耐久性等等,這使得玻璃鋼材料在各個(gè)領(lǐng)域,均獲得了廣泛的應用。
二、玻璃鋼制品的分類(lèi)
玻璃鋼作為復合材料的一種,因其獨特的性能優(yōu)勢,已在航空航天、鐵道鐵路、裝飾建筑、家居家具、廣告展示、工藝禮品、建材衛浴、游艇泊船、體育用材、環(huán)衛工程等等相關(guān)十多個(gè)行業(yè)中廣泛應用,又因其易造型可定制和色彩隨意調配的特點(diǎn),深受商家和銷(xiāo)售者的青睞,占有越來(lái)越大的市場(chǎng)比分。目前常見(jiàn)的玻璃鋼制品分類(lèi)如下:
1、玻璃鋼罐:玻璃鋼儲罐,鹽酸儲罐,硫酸儲罐,反應罐,防腐儲罐,化工儲罐,運輸儲罐,食品罐,消防罐等;
2、玻璃鋼管:玻璃鋼管道,玻璃鋼夾砂管,玻璃鋼風(fēng)管,玻璃鋼電纜管,玻璃鋼頂管,玻璃鋼工藝管等;
3、塔器:干燥塔,洗滌塔,脫硫塔,酸霧凈化塔,交換柱等;
4、衛生間:衛生間底盤(pán),衛生間頂板;
5、其他:角鋼,線(xiàn)槽,拉擠型材,三通,四通,玻璃鋼格柵等。
三、玻璃鋼材料的性能特點(diǎn)
1、玻璃鋼材料的性能優(yōu)點(diǎn)
(1) 輕質(zhì)高強
玻璃鋼相對密度在1.5~2.0之間,只有碳鋼的1/4~1/5,可是拉伸強度卻接近,甚至超過(guò)碳素鋼,強度可以與高級合金鋼相比。因此,在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及其他需要減輕自重的制品應用中,具有卓越成效。通過(guò)使用萬(wàn)測TSE504C微機控制電?萬(wàn)能試驗機進(jìn)行試驗,某些環(huán)氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度能達到400Mpa以上。
萬(wàn)測TSE504C微機控制電?萬(wàn)能試驗機
(2) 耐腐蝕
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(lèi)和溶劑都有較好的抵抗能力。它已應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
FRP是優(yōu)良的絕緣材料,可用來(lái)制造絕緣體,高頻下仍能保證良好介電性,微波透過(guò)性良好,已廣泛用于雷達天線(xiàn)罩。
(4) 熱性能良好
FRP熱導率低,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,玻璃鋼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
可以根據需要,靈活地設計出各種結構產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足使用要求,可以使產(chǎn)品有很好的整體性,如:可以設計出耐腐的、耐瞬時(shí)高溫的、產(chǎn)品某方向上有特別高強度的、介電性好的等等。
(6) 工藝性?xún)?yōu)良
可以根據產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數量來(lái)靈活地選擇成型工藝。工藝簡(jiǎn)單,可以一次成型,經(jīng)濟效果突出,尤其對形狀復雜、不易成型的數量少的產(chǎn)品,更能突出它的工藝優(yōu)越性。
2、玻璃鋼材料的性能缺點(diǎn)
(1) 彈性模量低
FRP的彈性模量比木材大兩倍,但比鋼(E=2.1×105)小10倍,因此在產(chǎn)品結構中常感到剛性不足,容易變形。因此可以做成薄殼結構、夾層結構,也可通過(guò)高模量纖維或者做加強筋等形式來(lái)彌補。
(2) 長(cháng)期耐溫性差
一般FRP不能在高溫下長(cháng)期使用,通用聚酯FRP在50℃以上強度就明顯下降,一般只在100℃以下使用;通用型環(huán)氧FRP在60℃以上,強度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹(shù)脂,使長(cháng)期工作溫度在200~300℃是可能的。若想測試FPR制品在高溫下的物理性能變化,可使用配備有高低溫箱的萬(wàn)測TSE504C微機控制電?萬(wàn)能試驗機進(jìn)行試驗,其中高低溫箱可為試驗提供-70℃~350℃區間內的環(huán)境溫度。
萬(wàn)測高低溫環(huán)境箱
(3) 老化現象
老化現象是塑料的共同缺陷,FRP也不例外,玻璃鋼在紫外線(xiàn)、風(fēng)沙雨雪、化學(xué)介質(zhì)、機械應力等作用下容易導致性能下降。
(4) 剪切強度低
玻璃鋼層間剪切強度是靠樹(shù)脂來(lái)承擔的,所以很低??梢酝ㄟ^(guò)選擇工藝、使用偶聯(lián)劑等方法來(lái)提高層間粘結力,最主要的是在產(chǎn)品設計時(shí),盡量避免使層間受剪。