玻璃鋼的原理及優缺點
發布時間：2020-04-13 5382人看過
玻璃鋼（FRP）亦稱作GFRP，即纖維強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，或稱為玻璃鋼，不同于鋼化玻璃。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之別。質輕而硬，不導電，性能穩定，機械強度高，回收利用少，耐腐蝕。可以代替鋼材制造機器零件和汽車、船舶外殼等。
玻璃鋼學名纖維增強塑料，俗稱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。它是以玻璃纖維及其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強材料，以合成樹脂作基體材料的一種復合材料。纖維增強復合材料是由增強纖維和基體組成。纖維（或晶須）的直徑很小，一般在10μm以下，缺陷較少又較小，斷裂應變約為千分之三十以內，是脆性材料，易損傷、斷裂和受到腐蝕。基體相對于纖維來說，強度、模量都要低很多，但可以經受住大的應變，往往具有粘彈性和彈塑性，是韌性材料。
原理
復合材料的概念是指一種材料不能滿足使用要求，需要由兩種或兩種以上的材料復合在一起，組成另一種能滿足人們要求的材料，即復合材料。例如，單一種玻璃纖維，雖然強度很高，但纖維間是松散的，只能承受拉力，不能承受彎曲、剪切和壓應力，還不易做成固定的幾何形狀，是松軟體。如果用合成樹脂把它們粘合在一起，可以做成各種具有固定形狀的堅硬制品，既能承受拉應力，又可承受彎曲、壓縮和剪切應力。這就組成了玻璃纖維增強的塑料基復合材料。由于其強度相當于鋼材，又含有玻璃組分，也具有玻璃那樣的色澤、形體、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能，象玻璃那樣，歷好形成了這個通俗易懂的名稱“玻璃鋼”，這個名詞是由原國家建筑材料工業部部長賴際發同志于1958 年提出的，由建材系統擴至全國。玻璃鋼的含義就是指玻璃纖維作增強材料、合成樹脂作粘結劑的增強塑料，國外稱玻璃纖維增強塑料。隨著我國玻璃鋼事業的發展，作為塑料基的增強材料，已由玻璃纖維擴大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等，無疑地，這些新型纖維制成的增強塑料，是一些高性能的纖維增強復合材料，再用玻璃鋼這個俗稱就無法概括了。考慮到歷史的由來和發展，通常采用玻璃鋼復合材料，這樣一個名稱就較全面了。
優缺點
優點
輕質高強
相對密度在1.5好2.0之間，只有碳鋼的1/4好1/5，可是拉伸強度卻接近，甚至超過碳素鋼，而比強度可以與好合金鋼相比。因此，在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應用中，都具有卓越成效。某些環氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到400Mpa以上。
耐腐蝕
FRP是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已應用到化工防腐的各個方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。
電性能好
是優良的絕緣材料，用來制造絕緣體。高頻下仍能保護良好介電性。微波透過性良好，已廣泛用于雷達天線罩。
熱性能良好
FRP熱導率低，室溫下為1.25好1.67kJ/（m·h·K），只有金屬的1/100好1/1000，是優良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，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。
可設計性好
（1）可以根據需要，靈活地設計出各種結構產品，來滿足使用要求，可以使產品有很好的整體性。
（2）可以充分選擇材料來滿足產品的性能，如：可以設計出耐腐的，耐瞬時高溫的、產品某方向上有特別高強度的、介電性好的，等等。
工藝性優良
（1）可以根據產品的形狀、技術要求、用途及數量來靈活地選擇成型工藝。
（2）工藝簡單，可以一次成型，經濟效果突出，尤其對形狀復雜、不易成型的數量少的產品，更突出它的工藝優越性。
缺點
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，因此在產品結構中常感到剛性不足，容易變形。可以做成薄殼結構、夾層結構，也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。
長期耐溫性差
一般FRP不能在高溫下長期使用，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；通用型環氧FRP在60℃以上，強度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹脂，使長期工作溫度在200好300℃是可能的。
老化現象
老化現象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降。
剪切強度低
層間剪切強度是靠樹脂來承擔的，所以很低。可以通過選擇工藝、使用偶聯劑等方法來提高層間粘結力，最主要的是在產品設計時，盡量避免使層間受剪。
