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玻璃钢的发展史

来源:www.ahlulin.com   时间:2023-09-01 03:00   点击:105  编辑:admin   手机版

玻璃钢是玻璃纤维增强塑料的通俗叫法。它是用玻璃纤维(包括玻璃布、毡等制品)作增强“筋”,用合成树脂作为粘合材料,用一定的方法成型把“筋”粘结在一起,而制成的一种复合材料。

这种复合材料有一定的历史发展过程。人类的祖先早在远古时代就懂得采陵旦锋用这种材料, 如运用稻草增强泥坯作墙体材料就是最原始的复合材料。我国元代所制造的箭弓,已经是当时比较先进的复合材料结构物了。它是用木材作夹芯,在受拉面弓背粘上平行纤维,如棉、麻、绢丝等,在受压面弓里粘上牛角,这在当时已是强有力的战斗武器,无论在设计和材料选择上都可称为当时较先进的技术。

作为近代复合材料的玻璃钢,是从本世纪20年代第二次世界大战时发展起来的。当时的 美国已经有了发展玻璃钢的物质基础,一是从1935年起,连续玻璃纤维已有了较大发展,二是 1939年发明了常温常压下成型的不饱和聚酯树脂。当时的玻璃钢首先用在航空工业方面,如飞机的雷达罩、副油箱等。

50 年代以后,美国开始研制玻璃钢火箭发动机外壳。1957 年回收的红石导弹第一节就是用三聚氰氨玻璃钢制造的。1967 年在美国的得克萨斯州试飞了用环氧树脂制造的第一架全玻璃钢结构飞机。进入70 年代,玻璃钢船舶发展较快,西方各主要工业国都趋向于大型化,尤其是玻璃钢扫雷艇,其长度在10m以上。近年迟卖来,玻璃钢渔船发展很快,日本的中小型渔船中,玻璃钢渔船已占40%。

我国玻璃钢发展于1958年,当时着重于国防军工方面研究工作。60年代初期研制成功了超厚尺寸的层压玻璃钢部件,为我国的尖端科研作出了贡献。1968年举办了全国第一次玻璃钢展览会,这是对我国玻璃钢工业战线的首次大检阅。当时,展品有几百种,除军工产品外,还有不少民品,而且已经实现了纤维缠绕工艺的机械化生产。但是,玻璃钢工业的真正发展壮大并形成生产能力,还是在70年代之后。

我国玻璃钢产品试制的进展速度还是很快的。例如,1959年试航了9m 长的游艇;1965 年试用了玻璃钢飞机螺旋桨;1966 年试飞了全玻璃钢水上飞机浮筒和解放7 型滑翔机;1968年安装了第一台直径15m的大型玻璃钢风洞螺旋桨;1971 年安装了直径为44m 的大型全玻璃钢蜂窝夹层结构的地面雷达罩;1974 年颁布了0.4立方米 铝内衬玻璃钢气瓶规范,同年,我国第一艘长度为39.8m的大型玻璃钢船舶下水;1975 年第一个直径18.6m 玻璃钢高山雷达防风罩正式服役;1976 年定型了直径8m 的玻璃钢风机叶片,同年,第一座大型钢筋混凝土断桥用玻璃钢修补成功并通车使用。此后,每年都有新的玻璃钢产品研制成功,如冷却塔、化工贮罐、波形瓦、活动房屋、风力发电机叶片、大型电机护环、管道、体育器材及文娱用品都相继投产。目前玻璃钢产品已在我国石油化工、交通运输、建筑、机械、电气、环保、农业以及国防工程等许多领域得到了推广应用。我个人是搞工程的,其中玻璃钢尺晌用到的蛮多

玻璃钢是一种塑料,是用玻璃纤维增强的塑料,可用英文字母 FRP表示。塑料,

从字面上讲,是指可塑性的材料,现在一般是指人造塑料,即由树脂加上各种添加剂

制成的,如果树脂中没有添加任何添加剂则不能称为塑料,只能叫做树脂。因树脂有

热塑性和热固性之分,所以塑料也分为热塑性和热固数颤行性两种。如果用玻璃纤维去增强

热塑性塑料,可称为热塑性玻璃钢:如果用玻璃纤维增强热固性塑料,就叫做热固性

玻璃钢。目前生产的玻璃钢主要指热固性而言。如果从材料使用角度来看, FRP是一

种复合材料,如果从其本身的复合结构来看,把 FRP又可以看作一种结构。由于玻璃钢主要成分是玻璃纤维和塑料,因而它的性能远远超过塑料。玻璃钢重量轻、强度高,虽然玻璃钢的比重只有碳钢1/4~1/5,但其拉伸强度超过碳钢,比强度可以与高级合金钢相比。因此,玻璃钢在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器、防弹装甲等方面应用广泛,性能卓越。玻璃钢耐腐蚀性能好,对一般浓度的酸、碱、盐、多种油类和溶剂都有较好的抵抗力,玻璃钢正在应用到化工防腐的各个方面,正取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属材料。

玻薯哗璃钢最早出现在国际上是20世纪40年代初,我国则于1958年发展起来,经历了以军代民、军民结合和以民用为主三个阶段。目前,在国防军工、宇宙开发、石油化工、交通运输、建筑造船、机电电器、环境保护、体育器械、卫生洁具、装饰材料等方面形成洞返了一个初具规模的新兴工业部门。

璃钢(FRP)亦称作GRP,即纤维强化塑料,一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料,称谓为玻璃纤维增强塑料,或称谓玻璃钢。

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1958 年提出的,由建材系统扩至全国,现在还普遍地采用着。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。

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。部分材料的密度、强度和比强度见表1-1。

耐腐蚀性能好

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。微波透过性良洞雀好,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℃以上承受高速余羡气流的冲刷。

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。

[编辑本段]不足

弹性模量低

FRP的弹性模量比木材大两倍,但比钢(E=2.1×106)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。

层间剪切强度低

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。

用途

玻璃竖颤拍钢是近五十多年来发展迅速的一种复合材料。玻璃纤维的产量的70%都是用来制造玻璃钢。玻璃钢硬度高,比钢材轻得多。喷气式飞机上用它作油箱和管道,可减轻飞机的重量。登上月球的宇航员们,他们身上背着的微型氧气瓶,也是用玻璃钢制成的。玻璃钢加工容易,不锈不烂,不需油漆。我国已广泛采用玻璃钢制造各种小型汽艇、救生艇、游艇,以及汽车制造业等,节约了不少钢材。 可制作玻璃钢瓦,又称透明瓦.是和钢结构配套使用的采光材料,其主要由高性能上膜、强化聚脂和玻璃纤维组成,其中上膜要起到很好的抗紫外线抗静电的作用,抗紫外线是为了保护FRP采光板的聚酯不发黄老化,过早失透光特性。抗静电是为了保证表面的灰尘轻易被雨水冲走或被风吹走,维持清洁美观的表面。由于其稳定的质量、经久耐用的特点,深受顾客的欢迎,产品可广泛使用在工业/商业/民用建筑额屋面和墙面 电影界用来做道具,既方便快捷,又省成本.可以仿制很多种材料效果.受到人们的欢迎.化工厂也采用酚醛树脂 的玻璃钢代替不锈钢做各种耐腐蚀设备,大大延长了设备寿命。玻璃钢无磁性,不阻挡电磁波通过。用它来做导弹的雷达罩,就好比给导弹戴上了一副防护眼镜,既不阻挡雷达的“视线”,又起到防护作用 。现在,许多导弹和地面雷达站的雷达罩都是玻璃钢制造的。进入21世纪,根据玻璃钢的良好的透波性,这个方面的性能,随着手机通讯的广泛流行,玻璃钢广泛被应用于制造2G和3G天线外罩,玻璃钢以其良好的可成形性能,外观的可美化性,起到了很好的小区美化作用,这方面的产品有方柱线罩,仿真石,野外应用的美化树等玻璃钢还为提高体育运动的水乎立下了汗马功劳。自从有撑竿跳高这项运动以来,运动员使用木制撑竿创造的最高纪录是3.05米。后来使 用了竹竿。到一九四二年,把纪录提高到了4.77米。竹竿的优点是轻而富有弹性,欠缺之处是下端粗而上端细,再要提高记录有很大困难 ,于是人们又用铝合金竿代替竹竿,它虽然轻而牢固,但弹性不足。这样,从一九四二年到一九五七年,十五年时间,撑竿跳高的最高纪录仅仅提高了1厘米。但自从新的玻璃钢撑竿出现以后,由于它轻而富于弹性,纪录飞速上升,如今的撑杆跳高纪录已经超过了6米大关。在今天,玻璃钢也被大量应用在人们的生活方面,人们亲切地把它叫“玻璃钢”,由于它的某些特殊品种仍能保留许多玻璃的优点,如透明性 ,于是人们用它作为窗户玻璃,既能遮挡阳光中的紫外线,又能使居室明亮。人们还把它用来制作各种坚固耐用的生活日常用品。如浴具、厨房用具、梳洗用具等。

[编辑本段]市场应用

玻璃钢是复合材料的一种,玻璃钢材料因其独特的性能优势,已在航空航天、铁道铁路、装饰建筑、家居家具、广告展示、工艺礼品、建材卫浴、游艇泊船、体育用材、环卫工程等等相关十多个行业中广泛应用,并深受赞誉,成为材料行业中新时代商家的需求宠儿。玻璃钢制品也不同于传统材料制品,在性能、用途、寿命属性上大大优于传统制品。其易造型、可定制、色彩随意调配的特点,深受商家和销售者的青睐,占有越来越大的市场比分,前景广阔! 具体有如下这些行业:黑色冶金业、有色冶金业、电力行业、煤炭业、石油化工、化学工业、机电工业、纺织工业、汽车及摩托车制造业、铁路业、船舶工业、建筑业、轻工业、食品工业、电子工业、邮电业、文化、体育及娱乐业、农业、商业、医药卫生业,及军工及民用应用等各个方面的应用领域。 涉及这些产业部门应用的主要玻璃钢产品类别,有:矿山通风设备、炼焦及相关设备、稀土冶炼及铁合金冶炼相关设备、冷轧及电镀设备,输变电设备、风力发电设备、火力发电用水管、冷却水设备、电力管理及维修工器具,煤矿凤筒、隔爆水袋、防爆装置,石油开采相关部件及设备、石油化工设备,化工设备、化工建筑用材、矿山通风设备,电动机部件、零配件、电镀设备、风力发电机及部件,纺织印染设备、设施及部件,汽车制造用材及部件、汽车维修用材、摩托车制造用材及部件,铁路机车车辆用材及相关设施、铁路信号系统用材及相关部件,各种各类江河湖海船艇、大型钢船艇配套零部件及附属设施,建筑设施及用材、卫生间、厨房、门窗、波形瓦、冷却塔、建筑通风空调设施、建筑模板等,轻工日用化学及造纸业用的相关设施、家用电器、酒类、制革、家俱用材,食品贮罐用途,电子工业用设备、生活消费品用材及电子设备配件,邮电电信器材配套设施,体育器械、游乐器材及相关设施,农业喷灌设备、暖房温室、农机具配件、冷库、水产养殖,商业柜台、商业包装箱、商用冷藏库,医药工业设施及医疗卫生用途等等。

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