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玻璃钢的性能

文章来源: 更新时间:2016-03-17

玻璃钢制品具有硬但易碎,具有很好的透明性以及耐高温、
玻璃钢冷却塔耐腐蚀等性能;同时钢铁很硬并且不易碎,也具有耐高温的特点。于是人们开始想,如果能制造一种既具有玻璃的硬度、耐高温、抗腐蚀的性质,又具有钢铁一样坚硬不碎的特点,那这种材料一定会大有用途。
人们经过研究试验,终于制出了这样一种复合材料。它,就是能与钢铁比肩而立的玻璃钢。
我们先来看一个试验,了解了解它的性能优良与否。在一个群山环抱、绿树成荫的山谷里,一次试验正在进行。远在二百米以外的掩体后的人们,眼睛都盯着山谷中央放着的一个氧气瓶。空气压缩机有节奏地转动着,通过合金钢管道向那
玻璃钢罩壳氧气瓶不断地充气。压力表上的指针牵动着每个人的心。读数从100—200—400—500渐渐上升,直到700公斤1平方厘米时,只听得一声震天巨响,氧气瓶爆炸了!周围的人们欢呼着跳起来:“成功了!”
氧气瓶是一种耐高压容器。它所承受的工作压力是150公斤/平方厘米。为了使用安全,制造时要求它能忍受三倍的工作压力,即450公斤/平方厘米。不爆裂,才算合格。上面试验的氧气瓶,远远超出了设计要求。这是用什么钢材制成的呢?是玻璃钢,更为确切的说,是玻璃与塑料复合在一起制成的。
玻璃是硬而脆的材料,一摔就碎,这带有玻璃名的玻璃钢经得起摔吗?于是又进行了新的试验。
将另一只玻璃钢氧气瓶充气到150公斤/平方厘米,然后从山顶上滚下山谷。它与嶙峋的
玻璃纤维布岩石碰撞着,一直滚到谷底仍然没有爆裂。玻璃钢氧气瓶经过了质量鉴定考试。
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。
优点
根据《中国玻璃钢行业产销需求与投资预测分析报告前瞻》[1]  统计,玻璃钢的特点主要有以下几个方面:
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=2.1E5)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。 




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