玻璃鋼的物化特性和力學特性---[求助]

天思

    我有個設備要用到玻璃鋼,，但是玻璃鋼是什么物化特性和力學特性不懂,？

thomas1960

相比傳統(tǒng)材料,，復合材料具有一系列不可替代的特性,，自二次大占以來發(fā)展很快。盡管產量小(據(jù)法國Vetrotex公司統(tǒng)計,，2003年全球復合材料達700萬噸),，但復合材料的水平已是衡量一個國家或地區(qū)科技、經(jīng)濟水平的標志之一,。美,、日、西歐水平較高,。北美,、歐洲的產量分別占全球產量的33%與32%，以中國(含臺灣省),、日本為主的亞洲占30%,。中國大陸2003年玻班纖維增強塑料(玻璃纖維與樹脂 復合的復合材料、俗稱“玻璃鋼”)逾90萬噸,，已居世界第二位(美國2003年為169萬噸,，日本不足70萬噸)。

         復合材料主要由增強材料與基體材料兩大部分組成：

         增強材料：在復合材料中不構成連續(xù)相賦于復合材料的主要力學性能,，如玻璃鋼中的玻璃纖維,，CFRP(碳纖維增強塑料)中的碳纖維素就是增強材料。
基體：構成復合材料連續(xù)相的單一材料如玻璃鋼(GRP)中的樹脂(本文談到的環(huán)氧樹脂)就是基體,。

        按基體材料不同,，復合材料可分為三大類：

樹脂復合材料
金屬基復合材料
無機非金屬基復合材料，如陶瓷基復合材料,。

         本文討論環(huán)氧樹脂基復合材料,。

          1,、為什么采用環(huán)氧樹脂做基體？

固化收縮率代低,，僅1%-3%,，而不飽和聚酯樹脂卻高達7%-8%；
粘結力強,；
有B階段,，有利于生產工藝；
可低壓固化,，揮發(fā)份甚低,；
固化后力學性能、耐化學性佳,，電絕緣性能良好。
         值得指出的是環(huán)氧樹脂耐有機溶劑,、耐堿性能較常用的酚醛與不飽和聚酯權勢脂為佳,，然耐酸性差；固化后一般較脆,，韌性較差,。

         2、環(huán)氧玻璃鋼性能(按ASTM)

        以FW(纖維纏繞)法制造的玻纖增強環(huán)氧樹脂的產品為例,，將其與鋼比較,。

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表1 GF/EPR與鋼的性能比較

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玻璃含量	GF/EPR(玻纖含量80wt%)	AISI1008 冷軋鋼
相對密度	2.08	7.86
拉伸強度	551.6Mpa	331.0MPa
拉伸模量	27.58GPa	206.7GPa
伸長率	1.6%	37.0%
彎曲強度	689.5MPa
彎曲模量	34.48GPa
壓縮強度	310.3MPa	331.0MPa
懸臂沖擊強度	2385J/m
燃燒性(UL-94)	V-O
比熱容	535J/kg·k	233J/kg·k
膨脹系數(shù)	4.0×10-6k-1	6.7×10-6k-1
熱變形溫度	204oC(1.82MPa)
熱導率	1.85W/m·k	33.7W/m·k
介電強度	11.8×106V/m
吸水率	0.5%(24h)

表2 幾種常用材料與復合材料的比強度和比模量
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材料名稱	密度g/cm3	拉伸強度×104MPa	彈性模量×106MPa	比強度×106cm	比模量×109cm
鋼	7.8	10.10	20.59	0.13	0.27
鋁	2.8	4.61	7.35	0.17	0.26
鈦	4.5	9.41	11.18	0.21	0.25
玻璃鋼	2.0	10.40	3.92	0.53	0.21
碳纖維/環(huán)氧樹脂	1.45	14.71	13.73		0.21
碳纖維/環(huán)氧樹脂	1.6	1049	23.54		1.5
芳綸纖維/環(huán)氧樹脂	1.4	13.73	7.85		0.57
硼纖維/環(huán)氧樹脂	2.1	13.53	20.59		1.0
硼纖維/鋁	2.65	9.81	19.61		0.75

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圖1 復合材料的比強度與比剛性

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         二、纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料成型工藝簡介

        1,、手糊成型(hand lay up)

 

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圖2 手糊成型示意圖

          (1)概要

        依次在模具表面上施加 脫模劑 膠衣
一層粘度為0.3-0.4PaS的中等活性液體熱固性樹脂(須待膠衣凝結后)
一層纖維增強材料(玻纖,、芳綸、碳纖維......),，纖維增強材料有表面氈,、無捻粗紗布(方格布)等幾種。以手持輥子或刷子使樹脂浸漬纖維增強材料,，并驅除氣泡,，壓實基層。鋪層操作反復多次,，直到達到制品的設計厚度,。
樹脂因聚合反應，常溫固化,�,？杉訜峒铀俟袒���

       (2)原材料

樹脂 不飽和聚酯樹脂,、已烯基酯樹脂,、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。
纖維 玻纖,、碳纖,、芳綸等。雖然厚的芳綸織物難于手工將樹脂浸透,，亦可用,。
芯材 任意。

        (3)優(yōu)點

1)適合少量生產,；
2)可室溫成型,，設備投資少，模具折舊費低,；
3)可制造大型制品和型狀復雜產品,；
4)樹脂和增強材料可自由組合，易進行材料設計,；
5)可采用加強筋局部增強,，可嵌入金屬件；
6)可用膠衣層獲得具有自由色彩和光澤的表面(如開模成型則一面不平滑),；
7)玻纖含量較噴射成型高,。

無捻粗紗布50%左右
織物 35%-45%
短切原絲氈30%-40%

         (4)缺點

1)屬于勞動密集型生產，產品質量由工人訓練程度決定,；
2)玻纖含量不可能太高,；樹脂需要粘度較低才易手工操作，溶劑/苯乙烯量高,，力學與熱性能受限制,；
3)手糊用樹脂分子量低；通�,？赡茌^分子量高的樹脂有害于人的健康和安全,。

(5)典型產品

艦艇、風力發(fā)電機葉片,、游樂設備,、冷卻塔殼體、建筑模型,。

      2,、樹脂傳遞成型(RTM)

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圖3 樹脂傳遞成型示意圖

       (1)概要

         RTM是一種閉模低壓成型的方法。

        將纖維增強材料置于上下模之間,；合模并將模具夾緊,；在壓力下注射樹脂；樹脂固化后打開模具,，取下產品,。

       樹脂膠凝過程開始前,，必須讓樹脂充滿模腔，壓力促使樹脂快速傳遞到模個內,，浸漬纖維材料,。RTM是一低壓系統(tǒng)，樹脂注射壓力范圍0.4-0.5MPa,當制造高纖維含量(體積比超過50%)的制品,，如航空航天用零部件時,，壓力甚至達0.7MPa。
纖維增強材料有時可預先在一個模具內預成型大致形狀(帶粘結劑),，再在第二個模具內注射成型,。為了提高樹脂浸透纖維能力，可選擇真空輔助注射(VARI- vacuum saaistedrsin injection),。注意樹脂一經(jīng)將纖維材料浸透,，樹脂注口要封閉，以便樹脂固化,。注射與固化可在室溫或加熱條件下進行,。模具可以復合材料與鋼材料制作。若采用加熱工藝,。宜用鋼模。

       (2)原材料

      樹脂：一般多用環(huán)氧,、不飽和聚酯,、乙烯基脂及酚醛；當加溫時,，高溫樹脂臺雙馬列來酰亞胺樹脂亦可用,。
法國 Vetrotex公司開發(fā)了熱塑性樹脂RTM。

       纖維：任意,。常用玻纖連續(xù)氈,、縫編材料(其纖維間的縫隙得于樹脂傳遞)、無捻粗紗布,；玻纖與熱塑性塑料的復合紗及其織物與片材(法國Vetrotex商品名TWINTEX),。

         芯材：不用蜂窩，因蜂窩空格全被樹脂填滿,，壓力會導致其破壞,。可用耐溶劑發(fā)泡材料PU,、PP,、CL、VC等,。

        (3)優(yōu)點

1)制品纖維含量可較高,，未被樹脂浸得部分非常少,；
2)閉模成型，生產環(huán)境好,；
3)勞動強度低,，對工人技術熟練程度的要求也比手糊與噴射成型低；
4)制品兩面光,，可作有表面膠衣的制品,，精度也比較高；
5)成型周期較短,；
6)產品可大型化,；
7)強度可按設計要求具有方向性；
8)可與芯村,、嵌件一體成型,；
9)相對注射設備與模具成本較低。

        (4)缺點

1)不易制作較小產品,；
2)因要承壓,，故模具較手糊與噴射工藝用模具要重和復雜，價位也高一些,；
3)能有未被浸漬的材料,，導致邊角料浪費。

(5)典型產品

小型飛機與汽車零部件,、客車座椅,、儀表殼

        3、纖維纏繞(FW)

 

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圖4纖維纏繞示意圖

         (1)概要

         通常采用直接無捻粗紗作為增強材料,。粗紗排列在紗架上,。粗紗自紗架上退繞，通過張力系統(tǒng),、樹脂槽,、繞絲嘴，由小車帶動其往復移動并纏繞在回轉的芯軸(模) 上,。纖維纏繞角度與纖維排列密度根據(jù)強度設計,，并由芯軸(模)轉速與小車往復速度之比，精確地控制,。固化后將纏繞的復合材料制品脫模,。
對某些兩端密閉的產品不用脫模，芯模即包在復合材料產品內,，作為內襯,。

          (2)原材料

樹脂：任意。環(huán)氧,、不飽和聚酯,、乙烯基脂及酚醛樹脂,。
纖維：任意。無捻粗紗,、縫編和無紡織物,。生產管罐時，常用表面氈,、短切原絲作為內襯材料,。
芯材：可用。雖然復合材料制品通常是單一殼體,，一般不用,。

        (3)優(yōu)點

1)因為纖維逕直以合理的線形鋪設，承擔負荷,，故復合材料制品的結構特性可非常高,；
2)由于同內襯層組合，可制得耐腐蝕,、耐壓,、耐熱的制品；
3)可制造兩端封閉的制品,；
4)鋪放材料快,、經(jīng)濟、用無捻粗紗,，材料費用低,；
5)可采用樹脂計量，然浸膠后的纖維通過擠膠或口模,，控制樹脂含量,；
6)可大理生產和自動化,；
7)機械成型,，復合材料材質及方向性均勻，質量穩(wěn)定,。

       (4)缺點

1)制品形狀限于圓柱形或其它回轉體,；
2)纖維不易沿制品長度方向精確排列；
3)對于大型制品,，芯模成本高,；
4)成品外表不是“模制”的，不盡人意,；
5)對于承受壓力的制品,，如選擇樹脂不合適或無內襯，就易發(fā)生滲漏,。

        (5)典型產品

管道,、貯罐,、氣瓶(消防呼吸氣瓶、壓縮天然氣瓶等),、固體火箭發(fā)動機殼體,。

       4、RIM(Reaction Injection Molding-反應注射成型)

 

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圖5RIM示意圖

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        (1)概要

       將兩種或兩種以上的組分在混合區(qū)低壓(0.5MPa)混合后,，即在低壓(0.5-1.5MPa)下注射到閉模中反應成型,，此即為工藝過程。若組分一為多元醇,，一為異氰酸酯,，則反應生成聚氨酯。為增加強度,，可直接在一種組分內行加入磨碎玻纖原絲和(或)填料,。弈可采用長纖維(如連續(xù)纖維氈、織物,、復合氈,、短切原絲等的預成型物等)增強，在注射前,，將長纖維增強材料預先置模具內,。用此法可得到高力學性能的制品。這種工藝稱為SRIM(Structural Reaction Injection Molding-結構反應注射成型),。

      (2)原材料

樹脂：常用聚氨酯體系或聚氨酯/脲混合體系,；亦可采用環(huán)氧、尼龍,、聚酯等基本,；
纖維：常用長0.2-0.4mm的磨碎玻璃纖維；
芯材：不用,。

       (3)優(yōu)點

1)制造成本比熱塑性塑料注射工藝低,；
2)可制造大尺寸、開頭復雜的產品,；
3)固化快,，適于快速生產。

       (4)缺點

采用磨碎玻璃纖維增強原料費用高,，薦用礦物復合材料取代之,。

       (5)主要產品

汽車儀表盤、保險杠,、建筑門,、窗、桌、沙發(fā),、電絕緣件,。

       5、拉擠成型 (Pultrusion)

        (1)概要

      主要采用玻璃纖維無捻粗紗(使用前預先放置在紗架上),，它提供縱向(沿生產線方向)增強,。其它類型的增強有連續(xù)原絲氈、織物等,，它們補充橫向增強,，表面氈則用于提高成品表面質量。樹脂中可加入填料,，改進型材料性能(如阻燃),，并降低成本。

        拉擠成型的程序是
1)使玻璃纖維增強材料浸漬樹脂,；
2)玻璃纖維預成型后進入加熱模具內,，進一步浸漬(擠膠)、基本樹脂固化,、復合材料定型,；
3)將型材按要求長度切斷。
      現(xiàn)在已有變截面的,、長度方向呈弧型的拉擠制品成型技術,。

       拉擠成型將增強材料浸漬樹脂有兩種方式：

       膠槽浸漬法：通常采用此法，即將增強材料通過樹脂槽浸膠,，然后進入模具,。此法設備便宜作業(yè)性好，適于不飽和聚酯樹脂,，乙烯基酯樹脂,。

       注入浸漬法(圖6)：玻纖增強材料進入模具后，被注入模具內的樹脂所浸漬,。此法適于凝膠時間短,、粘度高、生產附產物的樹脂基體,，如酚醛,、環(huán)氧,、雙馬來酰亞胺樹脂,。

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圖6注入浸漬法

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        (2)原材料

樹脂：常用不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂,、乙烯基酯樹脂,、酚醛樹脂；
纖維：拉擠用玻璃纖維無捻粗紗,、連續(xù)氈,、縫編氈,、縫編復合氈、織物,、玻纖表面氈,、聚酯纖維表面氈等；
芯材：一般不用,，現(xiàn)有以PU發(fā)泡材料為芯材,，外為連續(xù)拉擠框型型材，作為保溫墻板的,。

       (3)優(yōu)點

1)典型拉擠速度0.5-2m/min,，效率較高，適于大批量生產,，制造長尺寸制品,；
2)樹脂含量可精確控制；
3)由于纖維呈縱向,，且體種比可較高(40%-80%),，因而型材軸向結構特性可非常好；
4)主要用無捻粗紗增強,，原材料成本低,，多種增強材料組合使用，可調節(jié)制品力學性能,；
5)制品質量穩(wěn)定,，外觀平滑。

        (4)缺點

1)模具費用較高,；
2)一般限于生產恒定橫截面的制品,。

       (5)典型產品

建筑屋頂橫梁、椽子,、門窗框架型材,、墻板、石油開采抽油桿,、帳篷竿,、梯子、橋梁,、工具把,、手機微波站罩殼、汽車板簧,、傳動軸,、電纜管、光纖光纜芯、釣魚竿,、隔柵,、汽車空調器罩、擴軌罩,。

      6,、真空袋法法成型(Vacuum bag process)

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圖7真空袋法成示意圖

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        (1)概要

        此法是手糊法與噴射法的延伸。將手糊或噴射好的積層在樹脂的A階段與模具在一 起,，在積層上覆以橡膠袋,，周邊密封，在后用真空泵抽真空,，積層從而受到不大于1個氣壓的壓力,，而被壓實、成型,。

         (2)原材料

樹脂：主要采用環(huán)氧樹脂,、酚醛樹脂。不飽和聚酯樹脂與乙烯基酯樹脂則因真空泵將樹脂中的苯乙烯(交聯(lián)劑)過度抽出,，可能會造成問題,，故一般不用；
纖維：同手糊法,；
芯材：任意,。

       (3)優(yōu)點

1)采用普通的濕法鋪層技術，通�,？色@得高纖維含量的制品,；
2)可制造大尺寸產品；
3)產品兩面光,；
4)較濕法鋪層浸膠孔隙率低,；
5)由于壓力，樹脂流經(jīng)結構纖維,，纖維得以較好地浸漬樹脂,；
6)有利于操作人員健康和安全；真空袋減少了固化時逸出的揮發(fā)性物質,。

        (4)缺點

1)額外的工藝過程增加了勞動力和袋材成本,；
2)要求操作人員有較高的技術熟練水平；
3)樹脂混合和含量控制基本上仍然取決于操作人員的技術,；
4)生產效率不高,。

       (5)典型產品

艇、賽車,、芯材粘結,、飛機鼻錐雷達罩、機翼,、方向舵,。

       7、樹脂膜熔浸成型(RFI-Resin Film Infusion)

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圖8樹脂膜熔浸成型示意圖

         (1)概 要

        將干強物與樹脂片(樹脂片系放在一層脫模紙上提供)交替鋪放在模具內,。鋪層被真空袋包覆,，藉真空泵抽真空，將干織物內空氣抽出,。然后加熱,，令樹脂熔化并流浸已抽出空氣的織物，然后經(jīng)過一事實上時間即固化,。 

        (2)原材料

樹脂：一般僅用環(huán)氧樹脂,；
纖維：任意；
芯材：許多種芯材都可以使用,，由于工藝過程中溫度高,，對PVC泡沫需要專門處理，以免泡沫損壞,。

        (3)優(yōu)點

1)空隙率低,，可精確獲得高的纖維含量；
2)鋪層清潔,，有利于健康和安全(似預浸),；
3)可較預浸法成本低，此為主要的優(yōu)點,；
4)由于樹脂僅能過織物厚度方向傳遞,，故樹脂未浸到白斑區(qū)可較SCRIMP(西曼復合材料公司樹脂參入成型法—Seeman Composite Resin Infusion Molding Process)少。

       (4)缺點

1)目前僅用于宇航工業(yè),，還未推廣,；
2)雖然宇航工業(yè)用高壓釜系統(tǒng)產非總是需要，但加熱室和真空袋系統(tǒng)對于復合材料固化,，總是不可少的,；
3)模具要求能經(jīng)受樹脂膜片的工藝溫度(低溫固化即需60-100oC)；
4)要求所用芯材能經(jīng)受工藝溫度和壓力,；

       (5)典型產品

飛機雷達罩,、艦艇聲納整流罩。

        8,、預浸料(高壓釜)成型

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圖9 預浸料高壓釜法示意圖

         (1)概要

        預先在加熱,、加壓或使用溶劑的條件下，將織物和(或)纖維預先用預催化樹脂預浸漬,。固化劑大多能在環(huán)境溫度下,，讓預浸材料貯存幾周或幾個月,，仍能保質使用。當要延長保持期,，材料須在冷凍條件下貯存,。樹脂通常在環(huán)境溫度下呈臨界固態(tài)。故觸摸預浸材料時有輕微的黏附感,，象膠帶似的,。制作單向預浸漬材料的纖維直接由紗架下來，與樹脂結合,。預浸漬材料用手或機械鋪于模具表面,，通過真空袋抽真空，并通常加熱到120-180oC,。使樹脂重新流動,，并最終固化。盛開附加壓力通常藉助高壓釜(實際上是一座壓力加熱罐)提供,，它能對鋪層施加達5個大氣壓的壓力,。

        (2)原材料

        樹脂：通常用環(huán)氧樹脂，不飽和聚酯樹脂,、酚醛樹脂及高溫樹脂,，如聚酰亞胺、氰酸酯,、雙馬來酰亞胺樹脂等,；
纖維：任意。雖然由于在工藝過程中,，高溫分對芯材有些影響,，需要采用某些專門的泡沫芯材。

         (3)優(yōu)點

1)預浸材料制造人員可精確地調整樹脂/固化劑水平和樹脂在纖維中的含量,；可以可靠地得到高纖維含量,。
2)材料于操作人員十分安全，無礙健康,，操作清潔,；
3)單向帶纖維成本最低，因為毋須將纖維預先轉為織物的二次加工過程,；
4)由于制造過程采用可滲透的高粘度樹脂,，樹脂化學性能力學和熱性能可以是最適宜的；
5)材料有效時間長(室溫下可保質數(shù)月),，這意味著可優(yōu)化結構,、復合材料易鋪層；
6)可能實現(xiàn)自動化和節(jié)省勞動力,。

        (4)缺點

1)對于預浸織物,，材料成本高,；
2)通常要對高壓釜固化復合材料制品，耗費大,、作業(yè)慢,、制品尺寸受限制；
3)模具需能承受作業(yè)溫度,；
4)芯材需要承受作業(yè)溫度和壓力,。

        (5)典型產品

飛機結構復合材料(如機翼和尾翼),、衛(wèi)星與運載火箭結構件(太陽能電池基板,、夾層結構板、衛(wèi)星接口支架,、火箭整流罩等),、賽車、運動器材(如網(wǎng)球拍,、滑雪板等),。

        9、低溫固化預浸料成型

 

圖10 低溫固化預浸料成型示意圖

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        (1)概要

        低溫固化預浸料完全按通常的預浸料方法制備,，但樹脂的化學性質使其得以在60-100oC溫度下固化,。在60oC時，材料可操作保持期可小到限于1個星期,，但亦可延長到幾個月,。樹脂系統(tǒng)的流動截面適于采用真空袋壓力，避免采用高壓釜,。

       (2)材料

樹脂：一般僅采用環(huán)氧樹脂,；
纖維：任意，同通常的預浸料,；
芯材：任意,，雖然一般 的PVC泡沫需要特別注意。

       (3)優(yōu)點

1)具有傳統(tǒng)預浸料法所具備的(1)-(6)條優(yōu)點,；
2)模具材料較便宜,，如木材亦可用，因其固化溫度較低故,；
3)可容易地制造大型結構,。因為僅需真空袋壓力；固化溫度低,，可采用簡單的熱空氣循環(huán)加熱室(經(jīng)常就地建造大于制品的加熱室 ),；
4)可采用普通的PVC泡沫芯材，略作處理即可,；
5)能耗低,。

       (4)缺點

1)材料成本仍高于預浸織物,；
2)需加熱室和真空袋系統(tǒng)，以固化制品,；
3)模具需能經(jīng)受高于環(huán)境溫度的溫度(常用60-100oC),；
4)仍有能耗，因需高于環(huán)境溫度固化,。

        (5)典型產品

高性能風力發(fā)電機葉片,、賽艇、救生艇,、火車用零部件,。

       10、SCRIMP,RIFT,VARTM

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圖11 SCRIMP,RIFT,VARTM示意圖

        (1)概要

        SCRIMP(Seeman Composite Infusion Molding Process—西曼復合材料公司樹脂滲透成型法),RIFT(Resin Infusion umder Flexibe Tooling—柔性模具樹脂滲透法) ,VARTM(Vscuum Assisted Transfer Molding—真空輔助樹脂傳遞成型)這三種工藝原理相似,。將織物作為干鋪層材料入模內,，如同RTM。然后覆以剝離保護層和縫編非結構織物,。整個鋪層用真空袋覆罩好,。袋無滲漏后，讓樹脂流到積層,。樹脂很容易流經(jīng)非結構織物而在整個鋪層分布,。SCRIMP法在真空袋與鋪層之間可置加壓模塊，利于提高制作表觀與結構密實度,。

         (2)材料

       樹脂：常和環(huán)氧樹脂,、不飽和聚酯和乙烯基酯樹脂；

        纖維：任意種類普通織物,。這些工藝方法縫編材料很好用,，因其間隙使得樹脂快速流動；

        芯材：除蜂窩外,，各種芯材均可用,。

       (3)優(yōu)點

1)同RTM，但制品僅一面光,，不似RTM兩面光,；
2)由于模具一半是真空袋，主模具僅需較低強度,，故模具成本甚低,；
3)可制造大尺寸產品；
4)通常的濕法鋪層工具可改進以用于這些成型法,；
5)一次作業(yè)即可生產芯材結構,。

        (4)缺點

1)要完成好相對復雜的操作過程；
2)樹脂粘度必須非常低,，限制了制品的力學性能,；
3)鋪層未浸到樹脂而造成的廢品浪費甚大,；
4) SCRIMP的一些工藝要素已被專利所限。

        (5)典型產品

小艇半成品,、列車和卡車車身面板,。

         三、環(huán)氧樹脂復合材料的應用

        環(huán)氧樹脂是先進復合材料中應用最廣泛的樹脂體系,，它可適用于多種成型工藝,，可配制成不同配方，可調節(jié)粘度范圍大,；以便適應于不同的生產工藝,。它的貯存壽命長，固化時不釋出揮發(fā)物,，固化收縮率低,，固化后的制品具有極佳的尺寸穩(wěn)定性,、良好的耐熱,、耐濕性能和高的絕緣性，因此,，目前環(huán)氧樹脂統(tǒng)治著高性能復合材料的市場,。

          (一)環(huán)氧樹脂復合材料在航空工業(yè)中應用

        40年代初，電子工業(yè)的需要,，尋找一種適宜的材料,，做防護軍用飛行器的雷達天線，特別是防護戰(zhàn)斗機及轟炸機上的雷達天線,。采用雷達罩是用來防護氣候對精密電子儀器的影響,。玻璃鋼具有優(yōu)良的透雷達波性能，足夠的機械強度和簡便的成型工藝,，使它成為理想的雷達罩材料,。這是歷史上第一次采用玻璃鋼制造雷達罩，同時又大大地促進了玻璃鋼材料的研究,。

        60年代玻璃鋼技術在直升機領域的應用有所突破,，如西德M．B．B．公司研制玻璃鋼旋翼槳葉，逐步取代金屬鋁蒙皮／鋁蜂窩夾層結構的金屬槳葉,。但由于玻璃鋼的模量低,，不能制造高強度的飛機結構件。

        70年代初,，隨著硼纖維,、碳纖維、芳綸纖維等相繼出現(xiàn),，這些高級增強纖維的比剛度,、比強度,、耐疲勞性能等優(yōu)于金屬材料，由它們來增強環(huán)氧樹脂組成的復合材料,，已在飛機的主結構件(主受力件)上得到應用,。

        近10多年來，考慮到這些高級增強纖維的價格都比較高,，為了更合理的用材,，大力開發(fā)混雜復合材料(Hybrid Composites)的研究。

        以復合材料在飛機發(fā)動機中的應用為代表,。美國兩家噴氣發(fā)動機制造廠：通用電器—飛機發(fā)動機事業(yè)集團公司(GE—AEBG)和普惠公司,，以及其它一些二次承包公司，都在用高性能復合材料取代金屬制造飛機發(fā)動機零部件,。如發(fā)動機艙系統(tǒng)的許多部緊推力反向器,、風扇罩、風扇出風道導流片等都用復合材料制造,。如發(fā)動機進口氣罩的外殼是由美國聚合物公司的碳纖維環(huán)氧樹脂預混料(E707A)疊鋪而成,，它具有耐177℃高溫的熱氧化穩(wěn)定性科殼表面光滑如鏡面，有利于形成層流,。又如FW 4 0O0型發(fā)動機有8 0個149℃的高溫空氣噴口導流片也是用碳纖維環(huán)氧預浸料制造的,。

        在316℃這一極限溫度以下的環(huán)境中，復合材料不僅性能優(yōu)于金屬,，而且經(jīng)濟效益高,。據(jù)波音公司估算，噴氣客機重量每減輕一磅,，是飛機在整個使用期限內可節(jié)省 100 0美元,。據(jù)法布萊特公司估算，美國第年約有100萬磅復合材料用于制造噴氣飛機發(fā)動機零件,，銷售額高達5000萬美元,。

        目前環(huán)氧樹脂的連續(xù)使用溫度最高約在280℃以下，近來DOW化學公司的一種多功能團環(huán)氧樹脂Tactlx742,，用二氨基二苯砜固化劑,；制成的制品玻璃化溫度Tg＞310℃，可用于制造噴氣發(fā)動機零件,。

        (二)環(huán)氧樹脂復合材料在航天工業(yè)中的應用

        宇航技術對結構材料高比模量,、高比強度的要求，特別嚴格,，使先進復合材料成為宇航技術必需的材料,。作為結構材料的基作樹脂基本上都采用環(huán)氧樹脂。其主要的應用范圍如下：

       1、固體火箭發(fā)動機殼體 

        在50年代末,，采用纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體取代鋼殼,，使結構減輕50％一60％。后來,，“三叉戟1”,、 M X的三級發(fā)動機殼體全部采用芳綸／環(huán)氧樹脂體系，重量又比玻璃鋼的同尺寸殼體減輕50％,。
在阿里安運載火箭許多結構件均用碳纖維／環(huán)氧樹脂制造,。

        2．戰(zhàn)略導彈上的應用

        美國已采用JFRP作彈頭結構殼體、儀器艙,、級間段等50多個分系統(tǒng)部件,。據(jù) 洛克希德導彈與宇航公司稱用碳纖維／環(huán)氧樹脂制造的機構取代鋁結構，可使結構減輕40％,。

           3,、衛(wèi)星和宇航器上的結構應用

        衛(wèi)星結構的輕型化對衛(wèi)星功能及運載火箭的要求至關重要，所以對衛(wèi)星結構的重量要求很嚴,。國際通訊衛(wèi)星VA中心推力筒用碳纖維復合材料取代鋁后減重23kg (約占3O％),可使有效載荷艙增加 450條電話線路,，僅此一項盈利就接近衛(wèi)星的發(fā)射費用。美,、歐衛(wèi)星結構重量不到總重的10％,，其原因就是廣泛使用了先進復合材料,。

        4．航天飛機上的應用

        美國航天飛機上使用的結構復合材料總重約2噸,，采用先進復合材料后減重410kg，而且明顯減少了飛行過程中因復雜的溫度環(huán)境引起的變形,。航天飛機進入軌道后,，用機械手投放和回收衛(wèi)星，機械手上臂,、前臂是用超高模量石墨纖維 GY— 7 0增強環(huán)氧制成的,。

       總之，復合材料已成為宇航工業(yè)中不可缺少的關鍵材料,。

       (三)環(huán)氧復合材料在民用工業(yè)中的應用

        凡是對機械強度要求高的增強塑料制品基本上采用環(huán)氧樹脂作為基體,。

        1、玻璃鋼的壓力容 器和管道

         我國西安,、北京,、重慶、自貢已生產汽車用壓縮天然氣(CNG)瓶,，北京已成為現(xiàn)在使用CNG公交車最多的城市,。

         國內已經(jīng)有4家企業(yè)生產環(huán)氧玻璃鋼高壓管。

         60年代國內鋼瓶十分緊張，采用纖維纏繞成型制造玻璃鋼氣瓶相當活躍,，曾制定過部頒標準FC194-74,，90R年修改后制定ZBQ23004一90。玻璃纖維增強塑料壓力容器,，以環(huán)氧樹脂和616酚醛樹脂體系為基體,，40立升氣瓶使用壓力為 12MPa，使用壽命5年以上,。上海材料研究所和臨安玻璃鋼廠合作,，也采用纖維纏繞成型工藝，而使用環(huán)氧樹脂一二甲基咪唑體系,，其性能不亞于環(huán)氧一酚醛樹脂體系,。用此配方制成水研用的壓力容器。

       2,、玻璃鋼電機護環(huán),、套環(huán)等

       護環(huán)套裝于發(fā)電機轉子兩端，保護轉子線圈的端部,，防止在高速旋轉時,，受離心力作用它是發(fā)電機受力最大的部件之一，對強度和模量要求比較高,，采用輕質高強的復合材料可以取代無鎳反磁合金鋼,。 60年代末國內先后生產1. 25W千瓦和2. 5萬千瓦兩種發(fā)電機護環(huán)。后者由北京重型電機廠,、杭州玻璃鋼化工設備廠和上海材料研究所等單位合作,，選用高強度(S)玻璃纖維和高模量(M)玻璃纖維進行纏繞，用62O7(脂環(huán)族)環(huán)氧樹脂一酸酐體系樹脂配方和 AFG— 9 0環(huán)氧樹脂(縮水甘油胺型)—— HK—0 21酸酐體系作為基體,，使用多年情況良好,。

        玻璃鋼套環(huán) 3 0 00千瓦以下的在杭州玻璃鋼化工設備廠生產，已在北京重型電機廠安裝出廠30年,，屬于定型產品,。

        此外，發(fā)電機定子線圈端都支撐環(huán),，裝在定子線圈的鼻端,，承受最大載荷是發(fā)電機發(fā)生短路的瞬間，亦采用玻璃鋼制造,，稱為玻璃鋼綁環(huán),。這種綁環(huán)安裝在10萬千瓦的氣輪發(fā)電機上，已使用20余年,。在國內最大的60萬千瓦發(fā)電機用的玻璃鋼錐殼(其作用類似于支撐環(huán))也是用了10多年,。

        玻璃鋼絕緣子，有待于進一步開發(fā)研究。絕緣子的作用是把帶電線路或帶電零部件之間隔開,，既要求絕緣又要求高強度,，電絕緣何耐腐(室外用)，采用玻璃鋼很適用,。國外在露天的22萬伏輸電桿上的絕緣于已采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼成批生產,。 

         3、防腐蝕制品

        通常不飽和聚酯樹脂玻璃鋼的力學性能在45℃以上強度就會明顯下降,，同時不飽和聚酯樹脂耐堿性較差,。如果在防腐蝕制品中要求強度高，耐溫性好等則建議選用環(huán)氧玻璃鋼,。如上海市上鋼二廠,，在生產硫酸鐵過程中，反應槽需要連續(xù)在120℃使用,，選用環(huán)氧玻璃鋼取得了很滿意的效果,。這種耐高溫的反應槽是由臨安玻璃鋼廠制造的。

       4,、玻璃鋼模具

        (1)玻璃鋼鑄造模具
用玻璃鋼制成的鑄造模具,，比木模、鋁模的效果好的多,，使用壽命長,，通常在萬次以上，價格也比較便宜,。

        (2)玻璃鋼制品模具
采用噴射成型,、樹脂傳遞模塑( RTM)成型所需的制品模具，通常都用不飽和聚酯玻璃鋼模具,。筆者建議采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼模具更好,，具有模具強度高、使用壽命長,、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

        5,、風力發(fā)電機葉片

        我國做到長23m,，國外已經(jīng)超過50m。

          6,、碳纖維補強建筑結構

         7,、運動器材

         高爾夫球桿、網(wǎng)球拍,、羽毛球拍,、壁球拍、滑雪板、漁具,、自行車架等,。

         四、我國環(huán)氧樹脂市場分析

        據(jù)統(tǒng)計,，2003年中國大陸環(huán)氧樹脂產量25萬噸,，比上年增長25%；進口19.88萬噸,，比上年增長23%,；出口3.558萬噸，比上年增長81%,，表現(xiàn)消費量41.322萬噸,，比上年增長21%。
市場比例為：

涂料 45%
電子電器 36%
復合材料 5%
粘結劑 -7%
其它(交聯(lián)劑等) -7%

      2003年我國大陸生產高壓玻璃鋼環(huán)氧管3000噸,，約用環(huán)氧樹脂1300噸,。建筑結構采用CF(碳纖維)補強用環(huán)氧樹脂5 00噸。
絕緣棒管生產2000噸,，用環(huán)氧樹脂1000噸,。
2003年生產環(huán)氧玻璃鋼2萬噸，采用環(huán)氧樹脂9000余噸,。
2003年生產玻璃纖維基覆銅板14萬噸,，采用環(huán)氧樹脂6.15萬噸。2004年可增長3O％以上,。所用環(huán)氧樹脂將達8萬噸,。
2003年用于生產乙烯基酯樹脂(VER)采用環(huán)氧樹脂2900噸。

        國產樹脂的質量穩(wěn)定性有待于進一步提高,，因而國內一些復合材料廠家在生產要求性能較高的產品(如絕緣棒,、絕緣管)時，常采用陶氏(DOW),，殼牌(Shell),、巴克立特(Bakelite)等國外公司的產品。

        繼美國陶氏化學在江蘇省張家港市建設一年產能4．1萬噸環(huán)氧樹脂生產廠后并擬建一年產能 4萬噸的廠,；韓國國都化學正在昆山建一年產 2萬噸的環(huán)氧樹脂廠,，并擬再建一年產2萬噸環(huán)氧樹脂的生產線。

        臺塑子公司宏仁集團引進日本東都化成技術在廣州興建了年產能2.3萬噸的環(huán)氧樹脂廠,。日本鋼鐵化學公司子公司Tohto Kasei公司轉讓技術給黑龍江省齊華化學公司建一年產能2萬噸的環(huán)氧樹脂廠,。

        值得補充的是，環(huán)氧樹脂還可用于文物保護,。在長江三峽的國家級重點文物重慶市云陽縣張飛廟(張桓侯廟)整體搬遷過程中,，大量殘損磚石是以環(huán)氧樹脂粘結修補或灌注成型定型 ,，使這座始建于三國蜀漢末年(距今 1780年)的古建筑得以回復留存。

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玻璃鋼即玻璃纖維增強材料,，是國外20世紀初開發(fā)的一種新型復合材料,，它具有質輕、高強,、防腐,、保溫、絕緣,、隔音等諸多優(yōu)點,。
最早出現(xiàn)的復合材料是玻璃鋼，其實它和鋼這種材料毫無關系,。玻璃鋼中根本不含鐵也不是玻璃和鋼的復合體,。實際上，玻璃鋼是玻璃纖維與一種或數(shù)種熱固性或熱塑性樹脂復合而成的材料,，這些樹脂如酚醛樹脂,、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂,、聚酰亞胺樹脂等,。
, N: v# o9 N: Q4 a4 z# S. N  g　　第一種玻璃鋼是玻璃纖維與酚醛樹脂復合而成的材料。它是將玻璃纖維浸漬了酚醛樹脂的液態(tài)原料后,，經(jīng)過模壓法預成型,，然后將酚醛樹脂固化，就制成了玻璃鋼,。
　　耐腐蝕,、壽命長。玻璃鋼屬于優(yōu)質復合材料,。它對酸,、堿、鹽,、油等各種腐蝕介質都具有特殊的防腐功能,，不會發(fā)生銹蝕。普通PVC壽命為15年,，而玻璃鋼壽命為50年,。
- f3 x- c1 P6 x9 Z3 Q* |　　玻璃鋼具備強度高的優(yōu)點，其原因在于：普通的玻璃是一種強度不高的脆性材料,，如果將熔融的玻璃拉成很細的玻璃纖維之后，其性能就發(fā)生了很大變化,。玻璃纖維很柔軟,，甚至可以織成布,。同時，玻璃纖維越細,，它的強度越高,。玻璃鋼的強度可以用鋼筋混凝土做比喻。在鋼筋混凝土中,，承受外力的主要是鋼筋,，但混凝土卻是不可缺少的，它將鋼筋粘結為一個整體,，不但賦予建筑構件以一定的外形,，而且增加了強度。在玻璃鋼中,，玻璃纖維的作用猶如鋼筋,，而酚醛樹脂卻起著混凝土的作用，兩者的結合使玻璃鋼具有驚人的強度,。
　　玻璃鋼不但具備高強度,，同時還有優(yōu)良的耐腐蝕性，從而成為一種重要的耐腐蝕材料,。鉛曾經(jīng)是一種耐腐蝕的金屬材料,，它能耐具有強烈腐蝕性的硫酸的腐蝕。其原因是鉛和濃硫酸作用生成難溶解的硫酸鉛,，成為一種致密的保護膜覆蓋在金屬鉛的表面,，所以化工廠的反應釜和管道常用鉛做襯里，也可用搪瓷襯里,。如果用玻璃鋼來代替,，耐腐蝕性都符合要求。玻璃鋼還用于閥門,、泵,、風機，適宜做運輸腐蝕性液體的汽車槽車和火車槽車,，在化工廠制作貯腐蝕性液體的貯槽,、廢酸廢液池村里和大面積防腐蝕的地面。石油的腐蝕性也很強,，玻璃鋼可以用來代替鋼管制造輸油管,、輸油車，大大節(jié)約了鋼鐵,。
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玻璃鋼學名玻璃纖維增強塑料,。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。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,，歷史上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(yè)部部長賴際發(fā)同志提出的,，由建材系統(tǒng)擴至全國,，現(xiàn)在還普遍地采用著。由此可見,，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(yè)的發(fā)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(fā)展,，通常采用玻璃鋼.
用途：
玻璃鋼作為一種新型的工程材料,，由于它具有一些比較突出的優(yōu)良性能，因此從尖端技術到國民經(jīng)濟各個部門,，都有廣闊的應用前景,，而且隨著生產技術發(fā)展的需要，玻璃鋼的應用將越來越廣泛,。
. G, o) y! o! a0 [* I, r第二次世界大戰(zhàn)期間,，玻璃鋼主要用于制造各種軍需品和武器，如玻璃鋼雷達罩,、飛機油箱等少量軍需品,。第二次世界大戰(zhàn)以后，玻璃鋼產品開始向民用方面發(fā)展,，如玻璃鋼游艇,、汽車、浴盆等,。玻璃鋼在軍工方面的應用又不斷上升,，如軍用車輛、船艇,、防彈裝備,、飛機、火箭,、導彈,、潛艇等軍需品上的部件。許多國家（如英,、法,、德、日本等）相繼在飛機,、導彈,、船舶、交通運輸,、建筑,、石油化工,、電工機械等方面廣泛地應用了玻璃鋼制品。目前各國玻璃鋼產品品種已達幾萬種,。
  I# b0 h9 [/ ?; N( t8 a& L: r: r在我國,，玻璃鋼的發(fā)展雖然起步較晚，但發(fā)展速度很快,，在國防,、科技和工農業(yè)各部門的應用不斷擴大，產量逐年增長,。由于我國有豐富的石油資源和礦產資源,，隨著石油工業(yè)和無機非金屬材料的發(fā)展，也將為玻璃鋼工業(yè)的發(fā)展提供充足的原材料,。因此,，我國的玻璃鋼工業(yè)在不久的將來將會形成一種新興的產業(yè)。
& k% e) h4 d  r/ p1 Z# h. c5 ^    以上節(jié)選了有關玻璃鋼的概況,，要說明的是通常的玻璃鋼,，就是指加了玻璃纖維的環(huán)氧樹脂，可以在常溫固化或是高溫固化（高溫固化增強塑料）,，通常是不透明的塑料質的材料,。
    還有一種材料叫鋼化玻璃，它是在制作玻璃時,，讓它急速冷卻,，好像是鋼材的淬火，使得玻璃變得硬化,，但是它也是有缺點的,，由于它是急速冷卻制成，如果內應力控制的不好,，就容易自爆�,，F(xiàn)在性能更優(yōu)越的是夾膠玻璃，普遍用于汽車的前風擋玻璃好的材料是三層玻璃夾兩層纖維膜,，防彈玻璃也是玻璃夾塑料材料,。
& A) m; v% W$ d9 {3 P2 q+ K以上兩種材料比較容易搞混，特此說明,，如有不對之處,，請大家指正。
" W0 G) m& _+ e* c9 j1 A5 t

天地之間

2樓和3樓的寫的很不錯,，我們現(xiàn)在生產的減速起動機里面用到的也是玻璃鋼加強環(huán),，我把樓上的資料總結了一下，做成了附件，WORD格式,，讓大家下載,，很不錯的一份資料！謝謝2樓和3樓的兄弟,，有空常來社區(qū)逛逛,！

天思

   謝謝各位大蝦,！資料和詳細也很全面！

preston

我也是做這個的,我們的工藝主要有:手糊成型(HLU ),輕型RTM,SMC三種,而且以SMC為主導

techwinr

謝謝各位大蝦,！資料和詳細也很全面！

james1226

謝謝分享�,�,！

cathydai

回復 天地之間 的帖子
" ], u8 H6 l+ k8 H. `
% O2 F3 P* \' G9 }' x" K" \樓主，我威望不足,，你能否發(fā)到我的郵箱里�,。糠浅８兄x,！
( S  t# V, S; c( e' C
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天空的櫻花

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, l/ e" P7 B, b5 u
* I* R9 s# ^# o  K呆了,，老哥牛啊，學習了呵呵,，好東西收了