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玻璃钢基础知识

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玻璃钢基础知识

 

什么是玻璃钢

 

以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料,称为玻璃纤维增强塑料,俗称玻钢。

是一种复合材料。由于所使用的树脂品种不同,因此有聚酯玻璃钢(用玻纤增强的不饱和聚酯树脂材料)、环氧玻璃钢(用玻纤增强的环氧树脂材料)、酚醛玻璃钢之称。

 

由于玻璃纤维的增强作用,从而使玻璃钢材料,具有基体树脂所无法比拟的优异性能,例如材料的整体性,可降低材料的重量、高机械性能、耐冲击性能、耐腐蚀性能、良好的介电性能和尺寸稳定性能以及材料的耐久性等等,从而使玻璃钢材料在各个领域,获得了广泛的应用。

 

什么是复合材料

 

复合材料:

由两个或两个以上的独立物理相,包含基体材料和增强材料所组成的一种固体产物。复合材料分三类:天然复合材料,如木材、骨骼、肌肉等;细观复合材料,如合金、增强塑料等;宏观复合材料,如钢筋混凝土等。适合于工程结构的复合材料有下列三个特点:

 1 含两种或两种以上物理性质不同并可用机械方法分离的材料;

 

2)可人为控制将一种材料分布到其它材料中,以达最佳性能;

 

3 性能优于单独组分材料,并具独特性能。工程上生产与应用的复合材料内含两类材料:增强材料与基体材料。如复合材料玻璃钢,其所用的树脂为基体材料,是分散介质;增强材料为玻璃纤维,是分散相;另外在增强材料与基体树脂之间还有第三相,即它们的界面。这三个单元的有机组合,使所制成的玻璃钢复合材料具有单独组分所不可能具备的优异性能。这也是复合材料得到飞速发展的主要原因之一。 

增强材料:提供强度与刚度。形态:多为纤维状。

材质:玻璃纤维、碳纤维、芳伦(Kevlar)纤维、硼纤维、碳化硅纤维等。

基体材料:将增强材料粘接成固态整体,保护增强材料,传递荷载,阻止裂纹扩展。

 材质:合成树脂(分为热固性树脂与热塑性树脂);金属;陶瓷;水泥等。

 

根据基体的不同复合材料又可细分为:

 

聚合物基复合材料,又称纤维增强塑料。分为纤维增强热固性塑料FRP与纤维增强热塑性塑料FRTP。应用最广的为玻璃纤维增强塑料GRPGlass Reforced Plastics);

 

金属基复合材料:如连续或非连续硼纤维、碳纤维增强铝镁、钛、镍等金属基体;

 

陶瓷基复合材料:如碳纤维、碳化硅(SiC晶须增强陶瓷,极大提高了陶瓷的韧性(提高断裂韧性最高可达9倍以上);水泥基复合材料:如碳纤维、玻璃纤维、植物纤维增强水泥等;碳纤维增强碳基体称为C/C复合材料。 上述各种复合材料,目前全世界产量最大应用最广的是聚合物基复合材料。  

什么叫树脂,树脂的种类如何划分?

 人类最早发现的树脂是从树上分泌物中提炼出来的脂状物,如松香等,这是“脂”前有“树”的原因。直到1906年第一次用人工合成了酚醛树脂,才开辟了人工合成树脂的新纪元。1942年美国橡胶公司首先投产不饱和聚酯树脂,后来把未经加工的任何高聚物都称作树脂。但是早就与“树”无关了。

 

树脂是指具有不同的、高的相对分子量的,固态、半固态或假固态,有时也可以是液态的有机物质。从广义上讲,凡未经加工的任何高聚物都可叫树脂。若加固化剂并受热后,形成不溶不熔的固化物,不可再次受热成型的树脂,称为热固性树脂;如不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等树脂。对于加热熔化冷却变固,并可以反复进行的可熔的树脂叫做热塑性树脂,俗称塑料;如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。

 

玻璃钢用基体树脂

 玻璃钢制作时所用的原材料中的树脂,叫基体树脂。主要品种有∶热固性树脂(不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃类树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚丁二烯树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂等)。以及热塑性树脂类(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、苯乙烯、

丙烯腈树脂、ABS树脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亚胺、改性聚酰亚胺、聚砜、聚砜醚、聚芳醚酮、聚苯硫醚、芳香族聚酯等)。其中使用最多的是不饱和聚酯树脂,其原因是由于不饱和聚酯树脂的原材料来源较为广泛,价格较为便宜,并且成型工艺简单,成型温度较低,生产成本低等。

  不饱和聚酯树脂是以多元醇、不饱和二元羧酸酐、饱和二元羧酸酐为主要原料,在引发剂和催化剂的作用下,生成的聚酯,再加入苯乙烯所制得的液体为不饱和聚酯树脂。以玻璃纤维为增强材料,制成的不饱和聚酯树脂制品称为玻璃钢,又称玻璃纤维增强塑料。  

不饱和聚酯树脂基础知识

  1.不饱和聚酯树脂的定义 

“聚酯”是相对于“酚醛”“环氧”等树脂而区分的含有酯键的一类高分子化合物。这种高分子化合物是由二元酸和二元醇经缩聚反应而生成的,而这种高分子化合物中含有不饱和双键时,就称为不饱和聚酯,这种不饱和聚酯溶解于有聚合能力的单体中(一般为苯乙烯)而成为一种粘稠液体时,称为不饱和聚酯树脂(英文名Unsaturated Polyester Resin 简称UPR)。 因此,不饱和聚酯树脂可以定义为由饱和的或不饱和的二元酸与饱和的或不饱和的二元醇缩而成的线型高分子化合物溶解于单体(通常用苯乙烯)中而成的粘稠的液体。

 

2.不饱和聚酯树脂的特性

 不饱和聚酯树脂是一种热固性树脂,当其在热或引发剂的作用下,可固化成为一种不溶不融的高分子网状聚合物。但这种聚合物机械强度很低,不能满足大部分使用的要求,当用玻璃纤维增强时可成为一种复合材料,俗称“玻璃钢”简称FRP。“玻璃钢”的机械强度等各方面性能与树脂浇铸体相比有了很大的提高。以不饱和树脂为基材的玻璃钢(UPR-FRP)具有以下特性:

 

轻质高强:

FRP的密度为1.4-2.2g/cm3,比钢轻4-5倍,而其强度却不小,其比强度超过型钢、硬铝和杉木。

 

耐腐蚀性能良好:

UPR-FRP是一种良好的耐腐蚀性材料,能耐一般浓度的酸、碱、盐类,大部分有机溶剂、海水、大气、油类,对微生物的抵抗力也很强,正广泛应用于石油、化工、农药、医药、染料、电镀、电解、冶炼、轻工等国民经济诸领域,发挥着其他材料无法替代的作用。

 

电性能优异:

UPR-FRP绝缘性能极好,在高频作用下仍能保持良好的介电性能。它不反射无线电波,不受电磁的作用,微波透过性良好,是制造雷达罩的理想材料。用它制造仪表、电机、电器产品中的绝缘部件能提高电器的使用寿命和可靠性。

 

独特的热性能:

UPR-FRP的导热系数为0.3-0.4Kcal/mh℃,只有金属的1/100-1/1000,是一种优良的绝热材料,用其制成的门窗是第五代新型节能建材。另外,FRP线胀系数也很小,与一般金属材料接近,所以FRP和金属连接不致受热膨胀产生应力,有利于其与金属基材或混凝土结构粘接。


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