玻璃钢(frp)亦称作gfrp,即纤维强化塑料,一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、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,称谓为玻璃纤维增强塑料,或称为玻璃钢,不同于钢化玻璃。
由于所使用的树脂品种不同,因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之别。质轻而硬,不导电,性能稳定,机械强度高,回收利用少,耐腐蚀。可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。
玻璃钢学名纤维增强塑料,俗称frp(fiber reinforced plastics),即纤维增强复合塑料。根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料(gfrp),碳纤维增强复合塑料(cfrp),硼纤维增强复合塑料等。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。纤维增强复合材料是由增强纤维和基体组成。纤维(或晶须)的直径很小,一般在10μm以下,缺陷较少又较小,断裂应变约为千分之三十以内,是脆性材料,易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说,强度、模量都要低很多,但可以经受住大的应变,往往具有粘弹性和弹塑性,是韧性材料。
优缺点
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,而比强度可以与高级合金钢相比。因此,在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中,都具有卓越成效。某些环氧frp的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400mpa以上。
耐腐蚀
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。
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。
缺点
弹性模量低
frp的弹性模量比木材大两倍,但比钢(e=2.1×105)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。
长期耐温性差
一般frp不能在高温下长期使用,通用聚酯frp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frp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。
老化现象
老化现象是塑料的共同缺陷,frp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。
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。
应用领域
玻璃钢是近五十多年来发展迅速的一种复合材料。玻璃纤维的产量的70%都是用来制造玻璃钢。玻璃钢硬度高,比钢材轻得多。喷气式飞机上用它作油箱和管道,可减轻飞机的重量。登上月球的宇航员们他们身上背着的微型氧气瓶,也是用玻璃钢制成的。玻璃钢加工容易,不锈不烂,不需油漆。我国已广泛采用玻璃钢制造各种小型汽艇、救生艇、游艇,以及汽车制造业等,节约了不少钢材。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,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。现将玻璃钢主要的应用领域,粗略地概括如下:
1、建筑行业:冷却塔、玻璃钢门窗new、建筑结构、围护结构、室内设备及装饰件、玻璃钢平板、波形瓦、装饰板、玻璃钢盖板、卫生洁具及整体卫生间、桑拿浴室、冲浪浴室、建筑施工模板、储仓建筑、混凝土模板、筋材以及太阳能利用装置等。
2、化学化工行业:耐腐蚀管道、贮罐贮槽、耐腐蚀输送泵及其附件、耐腐阀门、格栅、通风设施,以及污水和废水的处理设备及其附件等等。
3、汽车及铁路交通运输行业:汽车壳体及其他部件,全塑微型汽车,大型客车的车体外壳、车门、内板、主柱、地板、底梁、保险杠、仪表屏,小型客货车,以及消防罐车、冷藏车、拖拉机的驾驶室及机器罩等。
4、铁路运输方面,有火车窗框、车内顶弯板、车顶水箱、厕所地板、行李车车门、车顶通风器、冷藏车门、储水箱,以及某些铁路通讯设施等。
5、公路建设方面,有交通路标、隔离墩、标志桩、标志牌、公路护栏等等,船艇及水上运输行业。
6、内河客货船、捕渔船、气垫船、各类游艇、赛艇、高速艇、救生艇、交通艇,以及玻璃钢航标浮鼓及系船浮筒等等。
7、电气工业及通讯工程:有灭弧设备、电缆保护管,发电机定子线圈和支撑环及锥壳,绝缘管、绝缘杆,电动机护环,高压绝缘子,标准电容器外壳,电机冷却用套管,发电机挡风板等强电设备;配电箱及配电盘,绝缘轴,玻璃钢罩等电器设备;印刷线路板、天线、雷达罩等电子工程应用。
发展前景
玻璃钢是复合材料的一种,玻璃钢材料因其独特的性能优势,已在航空航天、铁道铁路、装饰建筑、家居家具、广告展示、工艺礼品、建材卫浴、游艇泊船、体育用材、环卫工程等等相关十多个行业中广泛应用,并深受赞誉,成为材料行业中新时代商家的需求宠儿。玻璃钢制品也不同于传统材料制品,在性能、用途、寿命属性上大大优于传统制品。其易造型、可定制、色彩随意调配的特点,深受商家和销售者的青睐,占有越来越大的市场比分,前景广阔!具体有如下这些行业:黑色冶金业、有色冶金业、电力行业、煤炭业、石油化工、化学工业、机电工业、纺织工业、汽车及摩托车制造业、铁路业、船舶工业、建筑业、轻工业、食品工业、电子工业、邮电业、文化、体育及娱乐业、农业、商业、医药卫生业,及军工及民用应用等各个方面的应用领域。涉及这些产业部门应用的主要玻璃钢产品类别,有:矿山通风设备、炼焦及相关设备、稀土冶炼及铁合金冶炼相关设备、冷轧及电镀设备,输变电设备、风力发电设备、火力发电用水管、冷却水设备、电力管理及维修工器具,煤矿凤筒、隔爆水袋、防爆装置,石油开采相关部件及设备、石油化工设备,化工设备、化工建筑用材、矿山通风设备,电动机部件、零配件、电镀设备、风力发电机及部件,纺织印染设备、设施及部件,汽车制造用材及部件、汽车维修用材、摩托车制造用材及部件,铁路机车车辆用材及相关设施、铁路信号系统用材及相关部件,各种各类江河湖海船艇、大型钢船艇配套零部件及附属设施,建筑设施及用材、卫生间、厨房、门窗、波形瓦、冷却塔、建筑通风空调设施、建筑模板等,轻工日用化学及造纸业用的相关设施、家用电器、酒类、制革、家俱用材,食品贮罐用途,电子工业用设备、生活消费品用材及电子设备配件,邮电电信器材配套设施,体育器械、游乐器材及相关设施,农业喷灌设备、暖房温室、农机具配件、冷库、水产养殖,商业柜台、商业包装箱、商用冷藏库,医药工业设施及医疗卫生用途等等。