增强塑料玻璃纤维

玻璃纤维增强塑料(GRP)俗称玻璃钢，是聚合物复合材料的主要品种。 它比普通塑料具有更强的耐冲击性;它质轻、机械强度高、耐腐蚀 玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。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。 复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起，组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。例如，单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力，不能承受弯曲、剪切和压应力，还不易做成固定的几何形状，是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起， 可以做成各种具有固定形状的坚硬制品，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材，又含有玻璃组分，也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，象玻璃那样，历史上形成了这个通俗易懂的名称"玻璃钢"， 这个名词是由原国家建筑材料工业部部长赖际发同志于!")# 年提出的， 由建材系统扩至全国，还普遍地采用着。

由此可见，玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑料，国外称玻璃纤维增强塑料。

随着我国玻璃钢事业的发展，作为塑料基的增强材料，已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等，无疑地，这些新型纤维制成的增强塑料，是一些高性能的纤维增强复合材料，再用玻璃钢这个俗称就无法概括了。

考虑到历史的由来和发展，通常采用玻璃钢* 复合材料，这样一个名称就较全面了。

用途:玻璃钢作为一种新型的工程材料，由于它具有一些比较突出的优良性能，因此从尖端技术到国民经济各个部门，都有广阔的应用前景，而且随着生产技术发展的需要，玻璃钢的应用将越来越广泛。第二次世界大战期间，玻璃钢主要用于制造各种军需品和武器， 如玻璃钢雷达罩、飞机油箱等少量军需品。第二次世界大战以后，玻璃钢产品开始向民用方面发展，如玻璃钢花盆、玻璃钢游艇、汽车、浴盆等。 !"#$ 年以后，玻璃钢在军工方面的应用又不断上升，如军用车辆、船艇、防弹装备、飞机、火箭、导弹、潜艇等军需品上的部件。许多国家(如英、法、德、日本等)相继在飞机、导弹、船舶、交通运输、建筑、石油化工、电工机械等方面广泛地应用了玻璃钢制品。

增强塑料的分类

1.按增强材料的外形分为:

1)粒状增强塑料:如钙塑塑料。

2)纤维增强塑料:如玻璃纤维或玻璃布增强塑料。

3)片状增强塑料:如云母增强塑料。

2.按增强材料的材质分为:

1)布基、石棉增强塑料:如碎布增强塑料。

2)无机矿物填充塑料:如石英、云母填充塑料。

3)玻纤增强塑料:如预浸渍料。

4)SMC、BMC等特种纤维增强塑料:如碳纤维、凯芙拉纤维增强塑料。

5)金属纤维增强塑料:如钢丝增强塑料。

增强塑料采用的热固性树脂有:不饱和聚酯、酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂 、醇酸树脂、三聚氰胺-甲醛树脂;采用的热塑性树脂有:聚酰胺、氟树脂、聚碳酸酯、聚砜、丙烯酸类树脂(丙烯酸或甲基丙烯酸及其酯类的聚合物)、聚甲醛、ABS树脂、聚乙烯和聚丙烯等。所用增强材料有金属材料、非金属材料和高分子材料，三者均以纤维状材料为主。常用的增强纤维有玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、硼纤维和芳香族聚酰胺纤维。增强材料具有较高的强度和模量。树脂具有许多固有的优良物理、化学(耐腐蚀、绝缘、耐辐照、耐瞬时高温烧蚀等)和加工性能。树脂与增强材料复合后，增强材料可以起到增进树脂的力学或其他性能，而树脂对增强材料可以起到粘合和传递载荷的作用，使增强塑料具有优良性能(见表)。

增强塑料

偶联剂 为了提高树脂与增强材料的粘接能力，有些增强材料在使用前需用偶联剂进行表面处理。不同树脂和增强材料选用不同的偶联剂。以玻璃纤维为例，所用偶联剂主要有铬络合物和硅烷两类。常用的铬络合物为甲基丙烯酸氯化铬络合物(又称沃兰)，它的一端与含硅烷醇基的玻璃纤维(玻璃)作用，即:

另一端可与环氧树脂、聚酯和酚醛树脂等反应，从而起粘接树脂和玻璃纤维的作用。乙烯基三乙氧基硅烷也是常用的硅烷偶联剂，它与玻璃纤维的作用同沃兰类似。

成型方法 按成型压力低于或高于7MPa可分为低压法和高压法;按工艺特点则可分为手糊成型、层压成型、模压成型、注射成型和缠绕成型等。手糊成型又称接触成型，即先在表面涂有脱膜剂的模具上，喷涂一层树脂，然后铺上一层增强材料，每铺一层排除气泡一次，直至所需厚度，即进行固化处理，然后脱模整修。这种成型方法的优点是可以用于制造大型制品，设备及操作简单;缺点是生产效率低，制品精确度较差。缠绕成型主要用于贮罐、大型管道和耐压容器等的制造。工艺过程是将浸有树脂的纤维(或织物)有规则地缠绕在相当于制品外形的芯模或内衬上，然后加热固化成型。根据制法和用途的不同，芯模分为不可卸式金属芯模、可卸式金属芯模、可敲碎式芯模(用石膏、石英砂、石蜡或陶土制成)、橡皮袋芯模(用压缩空气吹胀的橡皮袋)和组合芯模(金属-橡胶、金属-石膏等)。凡用芯模作为内衬以提高制品强度或气密性的，可以采用不可卸式芯模。

组分中含有高强度纤维等增强材料，使某些力学性能比原树脂有较大提高的塑料。也是一种高分子复合材料。随所用树脂不同而有热塑性增强塑料和热固性增强塑料。所用增强材料多为玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维，也可用石棉纤维、陶瓷纤维和棉纤维等。增强塑料不仅保留了原树脂的优良特性，而且力学性能大为提高。可用作电绝缘材料、装饰材料以及用于机械、汽车和宇航等方面。

1.1 机械加工法

1.1.1 试样的取位区，应距板材边缘(已切除工艺毛边)20~30mm。若取位区有气泡、分层、树脂淤积、皱褶、翘曲、错误铺层等缺陷，

则应避开。

1.1.2 若对取位区有特殊要求或需从产品中取样时，则按有关技术要求确定，并在试验报告中注明。

1.1.3 纤维增强塑料一般为各向异性材料，故应按各向异性材料的两个主方向或预先规 定的方向(例如板的纵向和横向)切割试样，相符。

且应严格地保证纤维方向和铺层方向与试验要求

1.1.4 纤维增强塑料试样应采用硬质合金刃具或砂轮片等加工。加工时要防止试样产生分层、刻痕和局部挤压等机械损伤。

1.1.5 加工试样时，可采用水冷却(禁止用油)。但加工后，应在适宜的条件下对试样及时进行干燥处理。

1.1.6 对试样的成型表面尽量不要加工。当需要加工时，一般应单面加工，并在试验报告中注明。

1.2 模塑法

模塑成型的试样按产品标准或技术规范的规定进行制备。在试验报告中注明制备试样的工 艺条件及成型时受压的方向。

2.1 试验前，试样需经外观检查，如有缺陷和不符合尺寸及制备要求者，应予作废。

2.2 对所测材料的性能每组试样应多于5个。保证同批有5个有效试样。

3.1 试验标准环境条件

温度:23±2℃;

相对湿度:50±5%。

3.2 试样状态调节

3.2.1 试验前，试样在试验标准环境条件下至少放置24h。

3.2.2 若不具备试验标准环境条件，试验前，试样可在干燥器内至少放置24h。

3.2.3 特殊状态调节条件按需要而定。

4.1 试样尺寸小于和等于10mm的，精确到0.02mm;大于10mm的，精确到0.05mm。

4.2 试样共他量的测量精度应按有关试验方法中的规定。

5.1 力学性能用试验设备应符合以下要求:

5.1.1 试验机载荷相对误差不得超过±1%。

5.1.2 机械式和油压式试验机使用吨位的选择应使试样施加载荷落在满载的10~90%范围内(尽量落在满载的一边)，且不得小于试验机最

大吨位的4%。

5.1.3 电子拉力试验机和伺服液压式试验机使用吨位的选择应参照该机的说明书。

5.1.4 测量变形的仪器仪表相对误差差均不得超过±1%。

5.2 物理性能用试验设备应符合有关标准的规定。

5.3 试验设备定期经国家计量部门进行检定。

6.1 每个试样的性能值:X1，X2，…，Xn。必要时，应说明每个试样的破坏情况。

6.2 算术平均值X计算到三位有效数字。

……………………………………………(1)

式中:Xi--每个试样的性能值;

n--试样数。

6.3 标准差S计算到二位有效数字。

……………………………………………(2)

式中符号同式(1)

6.4 离散系数Cv计算到二位有效数字。

………………………………………(3)

式中符号同式(1)、(2)。

6.5 平均值的置信区间。

试验报告的内容包括以下各项全部或部分:

a.试验项目名称;

b.试样来源及制备情况，材料品种及规格;

c.试样编号、形状、尺寸、外观质量及数量;

d.试验温度、相对湿度及试样状态调节;

e.试验设备及仪器仪表的型号、量程及使用情况等;

f.试验结果:

给出每个试样的性能值(必要时，给出每个试样的破坏情况)、算术平均值、标准差及离散系数。

若有要求，可按ISO 2602-1980《试验结果的统计分析--平均值的估算--置信区间》给出一定置信度的平均值置信区间;

g.试验人员、日期及其他。

本标准适用于纤维增强塑料的力学和物理性能的测定。

增强塑料原料在外形上可分为粒状(如钙塑增强塑料)、纤维状(如玻璃纤维或玻璃布增强塑料)、片状(如云母增强塑料)三种。按材质可分为布基增强塑料(如碎布增强或石棉增强塑料)、无机矿物填充塑料(如石英或云母填充塑料)、纤维增强塑料(如碳纤维增强塑料)三种。