玻璃钢知识培训讲义

1、第一章 概述第二章 玻璃钢的生产工艺1.1.玻璃钢的概念玻璃钢的概念2.玻璃钢的分类3.玻璃钢的发展4.玻璃钢的应用领域5.玻璃钢的特性玻璃钢是二十世纪四十年代发展起来的新型复合材料。“玻璃钢”是中国的名称，国外称为“玻璃纤维增强塑料”，我们常用FRP(Fiber glass Reinforced Plastic三个英文单词第一个字母)表示，用玻璃纤维增强热塑性树脂的称热塑性玻璃钢(用英文字母FRTP表示)；用玻璃纤维增强热固性树脂的称热固性玻璃钢，即通常所说的FRP。目前所说玻璃钢主要是指热固性而言。FRP的品种由所用的树脂而定。我国目前生产FRP常用的是聚酯，环氧，酚醛这三大树脂。基体材料

2、名称不饱和聚酯树脂聚酯FRP环氧树脂环氧FRP酚醛树脂酚醛FRP脲醛树脂胶粘剂尿醛FRP三聚氰胺与甲醛缩聚而成的热固性树脂 三聚氰胺甲醛FRP聚氨基甲酸酯聚氨酯FRP有机硅化合物有机硅FRP正丁基苯丁苯FRP聚丁二烯环氧树脂聚丁二烯FRP等在我国的应用，从1958年开始兴办大小玻璃纤维工业，带动了玻璃钢工业的兴起，当时主要是环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢。1966年常州253厂引进英国的树脂生产线，国内可以解决原材料，为国内玻璃钢发展提供了原材料，我国玻璃钢工业初步形成。相关资料把我国玻璃钢工业划分为几个阶段：1、19581960开创阶段；2、19601965试验阶段；3、19661978用于军工，如

3、导弹、发动机、飞机等头罩、雷达罩；4、1979至今军民结合阶段。近年来，我国玻璃钢产品在建筑、化工、水陆交通、民用、游乐等领域，都获得了较快的发展，在节能、节水、“代钢”、“代木”中发挥了较好的作用，取得了很大的经济效益和社会效益。1)建筑用玻璃钢自60年代后期以来，我国建筑用玻璃钢已取得长足的发展，目前已初具规模，产品达数十种，用量约占玻璃钢总产值的1/3左右，如玻璃钢波形瓦，地板，墙壁，化工防腐车间地面、玻璃钢门窗等。2)化工、防腐及管道玻璃钢具有较好的耐酸、耐碱、耐油性能，用它代替普通钢材和不锈钢、铜、铅、铝等金属材料，制成各种玻璃钢管道、贮槽、衬里、槽车、阀门、泵、反应釜、反应塔、储罐

4、等，已广泛应用于石油、化工、有色金属冶炼，染料、制药、食品加工、合成纤维、造纸等方面，解决了很多防腐难题。3)船舶用玻璃钢在造船工业中，玻璃钢的应用前景十分广泛。玻璃钢船艇不但能节约木材，而且能耐海水的侵蚀，表面经适当处理后，不易受海蛎子的腐蚀，综合经济十分显著。1958年试制成功了第一条玻璃钢船以来，我国已先后制造了各种工作艇、交通艇、救生艇、巡逻艇、侦察艇、扫雷艇等，其中最大规格的船体长达43m，宽6m。4)陆地交通运输用玻璃钢玻璃钢在交通运输方面的已有30多年的历史。利用玻璃钢可制造汽车壳体及其他部件，全塑微型汽车，大型客车的车体外壳、车门、内板、主柱、地板、底梁、保险杠、仪表屏，小型客

5、货车，以及消防罐车、冷藏车、拖拉机的驾驶室及机器罩等；在铁路运输方面，有火车窗框、车内顶弯板、车顶水箱、厕所地板、行李车车门、车顶通风器、冷藏车门、储水箱，以及某些铁路通讯设施等；在公路建设方面，有交通路标、路牌、隔离墩、公路护栏等等。5)节能和开发性能源用玻璃钢玻璃钢在节能和开发新能源方面的应用前景十分广阔，例如，可制成各种类型的风机叶片，性能良好。用玻璃钢制造电机的护环，可以代替进口的反磁合金钢护环。自1968年我国制成3000千瓦气轮发电机用护环后，经长期运行，效果很好。6)游乐器材用玻璃钢玻璃钢游乐器材，近来发展很快。例如用玻璃钢制作水上滑梯，碰碰车，钓鱼竿等。目前玻璃钢制成的游乐设备

6、占游乐设备总量的1/3。7)其他用途用玻璃钢作餐桌、椅子、凳子、安全帽、电缆桥架等。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。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。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

7、，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。1. 轻质高强，比强度高2. 耐腐蚀性能好3. 电性能好4. 热性能良好5. 可设计性好6. 工艺性优良优点1. 弹性模量低2. 长期耐温性差3. 老化现象4. 湿强度低5. 层间剪切强度低不足与缺点(1)轻质高强，比强度高玻璃钢的密度一般在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

8、。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400MPa以上。(2)耐腐蚀性能好玻璃钢是良好的耐腐材料，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。(3)电绝缘性能好是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保持良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。(4)热绝缘性能良好玻璃钢热导率低，室温下为1.251.67kJ/(mhK)，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。(5)可设

9、计性好可以根据需要，灵活地计出各种结构产品，来满足使用要求可以使产品有很好的整体性。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的、介电性好的、等等。(6)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，尤其对于形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。1)弹性模量低FRP的弹性模量比木材大两倍，但比钢材(E=210GPa)小10倍，因此在产品结构中常刚性不足，容易变形。可以通过做成薄壳结构，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。2)长期耐温性差一般

10、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，一般只能在100以下使用；通用型环氧FRP在60以上，强度明显下降。但可以选择高温树脂，使长期工作温度在200300是可能的。3)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、风沙雪雨、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。4)湿强度低FRP长期在湿态下工作，强度下降50%左右，但是下降有一定限度，而且干燥后又得到很大程度的恢复。可通过选择树脂和工艺、使用偶联剂、增加富树脂层或者设计时增加安全系数来克服。5)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

11、结力，最主要的是在产品设计时，尽量避免使层间受剪。基本上分两大类，即湿法接触型和干法加压成型。如按工艺特点来分，有手糊成型法、 RTM成型法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。1. 手糊成型法2. RTM成型法3. 模压成型法4. 缠绕成型法手糊成型看起来方法简单，不需要过多的设备和工具，但手糊成型恰恰是工艺要求严格，需要熟练的操作技术，并不是简单的工艺方法。手糊成型优点：手糊成型法是手工把玻璃纤维和树脂交互铺层起来的方法。看起来方法原始，但制品的形状及尺寸很少受到制约，模具费用也较低，因此对于品种变化较多、生产数量又少的制品选用手糊法还是适合

12、的。手糊法是目前FRP成型中最为重要的成型方法，估计今后一段时间也会如此。手糊成型不足：手糊成型可以使用便宜而且简单的模具进行。但是，对操作者技能的依赖性较大，所以缺点是制品质量分散、生产效率低。RTM成型法一般是指在一对由钢、铝或FRP制作的阴阳模具的模腔内，预先放置增强材料(包括预埋件)，夹紧后，从设置于适当位置的注入孔以比较低的压力注入树脂，在常温至中温范围内使之与增强材料一起固化，经脱模而得到的FRP制品的方法(注入压力为0.2MPa-1MPa)。将一副阴阳模安装在压力机上，物料在模腔中经过加热加压，使之固化定型。模压法可分为热压法、冷压法。生产工艺：将无规则的短切纤维(可用人工撒)夹

13、在两层平纹布中间，一起通过浸胶机的胶槽浸胶，并烘干。烘干工艺是：温度，90-100；时间，手工制作的先自干一天在烘10min-15min，浸胶机浸胶的洪干25min-35min。烘干后的片毡，包括面布在内都可以成为模压料。布面可作为产品第二面层，可改善产品外观。缠绕成型是在干股无捻粗纱上施以一定张力并浸渍树脂(或已预浸树脂),按一定规律缠在芯轴上，缠到所需要厚度后，经固化脱模而得制品。缠绕、螺旋缠绕及两极缠绕等模式，一般常用螺旋缠绕、环向缠绕以及两者的组合。缠绕法的特点1、由于对纤维加张力后缠绕，故纤缠绕法的特点：2、维含量高，可以获得高强度。玻璃纤维的质量含量约为65%75%；3、调整缠绕角

14、度，可满足不同强度要求；4、机械化、自动化水平高，产品质量稳定5、可根据防腐要求，选用不同的树脂。1)纤维含量由于缠绕FRP的纤维含量高，可达80%，因而强度也高。制成的压力容器比同体积的钢质容器轻40%60%。强度可达4000MPa，强度高的原因是因用了无捻粗纱，无交织点，又无短切纤维的末端应力集中现象。纤维的取向和数量可自由选取，便于大批量生产，质量稳定。2)原材料影响因是树脂和纤维的复合结构，有材料本身的影响，也有用量多少影响，有材料的粘合及排列的影响，总之，有着不可预见的因素影响。3)产品设计设计是综合性很强的技术问题，直接影响到产品质量。4)工艺过程的影响这是直接的影响因素。工艺成型

15、的过程，就是产品质量的形成过程。缠绕工艺的局限性是：刚度低，层间剪切强度低，强度的方向性比较明显，即各向异性。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，是现代材料家族中重要的一员，也是高新技术不可缺少的配套基础材料。它不仅具有不燃、耐高温、电绝缘、拉伸强度高、化学稳定性好等优良性能，还可以采用有机涂覆处理技术来进行制品深加工及扩大制品的应用。用玻璃纤维增强塑料已成为当今最热门的工业领域之一即复合材料工业的主体。因而玻纤已被越来越广泛地用于交通、运输、建筑、环保、石油、化工、电器、电子、机械、航空、航天、核能、兵器等传统产业部门和国防、高新技术部门。玻璃纤维是美国于1893年研究成功的，1938年

16、实现工业化并作为商品出售。国外已有60多年的发展历史，其产量、生产工艺、品种规格和应用领域得到发展。特别是20世纪60年代以来，由于新技术、新工艺的出现，玻璃纤维得到了更广泛的应用，并促进了玻纤工业的飞速发展。国外玻纤自20世纪70年代发展的主要特点是：普遍采用池窑拉丝新技术；大力发展多排孔拉丝工艺；用于玻璃纤维增强塑料其直径逐渐向粗的方向发展，纤维直径达1424m，甚至达27m；大量生产无碱纤维及无纺织玻璃纤维织物；无捻粗纱的短切纤维毡片所占比例增加；重要纤维树脂界面的研究，偶联剂的品种不断增加，玻璃纤维的前处理受到普遍重视。据不完全统计，现在世界上有三十多个国家生产玻璃纤维，品种达4000

17、5000种，用途4万种。玻璃纤维从总体上一直保持着较高的增长速度，发展过程以年总平均3%5%的速度增长，1996年世界总生产量达230万吨。1)有碱玻璃纤维(碱性氧化物含量12%，也称A玻璃纤维)；2)中碱玻璃纤维(碱性氧化物含量6%12%)；3)低碱玻璃纤维(碱性氧化物含量2%6%)；4)无碱玻璃纤维(碱性氧化物含量2%，也称E玻璃纤维；1)粗纤维(单丝直径30m)；2)初级纤维(单丝直径20m)；3)中级纤维(单丝直径1020m)；4)高级纤维，也叫纺织纤维(单丝直径39m)1)连续纤维：无捻粗纱，有捻粗纱(用于纺织)；2)短切纤维；3)空心玻璃纤维；4)玻璃粉；5)磨细纤维。生产目前生产

18、玻璃纤维最常有的方法有玻璃球法(也称为坩埚拉丝法)和直接熔融法(也称为池窑拉丝法)。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，后来扩大到动物身上，如虫胶，再后来从矿物中得到，如沥青。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。这些人工合成的新型的高分子化合物，都称做树脂，但是早就与“树”无关了。1)酚醛树脂；2)环氧树脂；3)聚酯树脂。酚醛树脂是最早的人工合成树脂，是由苯酚和甲醛在催化剂存在下经过缩合而成。酚醛树脂原料丰富，工艺简单，价格便宜。按基本类型可分为热塑性和热固性两种。1、加热可以固化。酸或碱对固化反应有促进作用，如加入乌洛托品可增加交

19、联密度。2、固化时有小分子放出，因此，为防止产生气泡，其FRP一般要加压成型。3、固化时体积收缩率大约为3%-5%。4、对玻纤粘结力差。5、固化后的树脂有良好的抗压强度及介电性能，有良好的耐水性。6、有优良的耐化学腐蚀性。除强氧化酸外，几乎耐一切酸，如任何浓度的盐酸、稀硫酸，部分有机酸及苯、氯苯等有机溶剂，但不耐碱。7、耐烧蚀性能好，是酚醛树脂的特点。短时间内可耐2500，酚醛FRP可耐5500以上，用于宇宙航行材料。环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基团的树脂的总称。1)环氧树脂的分类1、有双酚A型(E型)树脂；2、酚醛多环氧树脂(F型)；3、脂环族环氧树脂；4、其他工业环氧树脂。1、

20、粘结力强，机械强度高。可与多种材料粘结，有“万能胶”之称。2、固化体积收缩率小，约2%。尺寸稳定，其蠕变性能比聚酯、酚醛低。3、耐腐蚀性良好。酚醛、聚酯都不耐碱，而环氧树脂耐碱较好，同时对酸和有机溶剂的抗腐蚀性也良好。用酸酐作固化剂时也能耐酸。4、耐热性较好。热变形温度比聚酯高。特别是热固化产品，通过改变固化剂，可大幅度提高热变形温度，有的热稳定性达到250以上，分子量越大，热稳定性越小。5、良好的电绝缘性。在超高频下和不同温度范围内有良好的电性能，在电机上可作F级绝缘材料。耐电弧、耐表面漏电性能好。6、耐水性好，室温下的吸水率约0.5%以下，经一个月高温作用，强度降低10%以下，可做防水防潮

21、材料。7、固化成型方便。可在室温及接触压力下固化，也可在加热压下固化成型，固化温度范围在5-180，环氧FRP压制温度为150-160，制品1mm厚加压时间为1020min，但总的时间不少于45min。因固化剂品种多，给环氧的制品也带来多种性能。8、能耐大多数霉菌，所以能在较苛刻的热带条件下使用。1、价格较贵；2、树脂粘度较大(双酚A型)，室温下多为高粘度液体或半固体，使用时要加稀释剂，一般不能用于喷射成型；3、某些固化剂有毒(如脂肪胺类)；4、脆性较大，常需加入增塑剂。“树脂”是广义的，前面已讲过。“聚酯”是相对“酚醛”“环氧”等树脂而区分、含有酯键(-C-O-R)的一类高分子化合物聚酯树的

22、原料有两类，一类是二元醇，另一类是二元酸(或酸酐)两者经过缩合反应生成聚酯树脂。当所用二元酸中有含双键的不饱和酸掺进来时，那么就在聚酯树脂中引入了不饱和双键，此时就叫做饱和聚酯树脂，习惯上简称为聚酯。这样，在FRP所用的树脂中，聚酯和酚醛、环氧等树脂就平起平坐了，而且坐了首席。；因为它在工艺等方面有突出的特点，在FRP中用量最多。在国外，FRP中用的聚酯树脂占80%。在聚酯中，因为有了双键存在，具有不饱和性，这样就具备了继续进行化学反应的条件，也就为成型FRP带来了条件，如果用饱和二元酸和二元醇缩聚所得的聚酯，这是线型的饱和聚酯，称为热塑性聚饱和二元酸和三元醇缩聚，其产物称为醇酸树脂，如聚邻苯

23、二甲酸丙三酯，主要用于油漆。环氧树脂所以能取得广泛应用，就是因为这些成分多变配合的结果。尤其是固化剂，一旦环氧树脂确定之后，固化剂对环氧树脂组成物的工艺性和固化产物(产品)的最终性能起决定性作用。与环氧树脂的环氧基进行加成聚合反应，催化聚合反应，生成三维网络结构的化合物或树脂称作固化剂。(1)固化剂种类碱性类固化剂：包括脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺。 酸性类固化剂：包括有机酸、酸酐、和三氟化硼及其络合物。(2)加成型和催化型加成型固化剂：这类固化剂与环氧基发生加成反应构成固化产物一部分链段，并通过逐步聚合反应使线型分子交联成体型结构分子，这类固化剂又称瓜型固化剂。

24、催化型固化剂：这类固化剂仅对环氧树脂发生引发作用，打开环氧基后，催化环氧树脂本身聚合成网状结构，生成以醚键为主要结构的均聚物。(3)显在型和潜伏型显在型固化剂为普通使用的固化剂，又可分为加成聚合型和催化型。所谓加成聚合型即打开环氧基的环进行加成聚合反应，固化剂本身参加到三维网状结构中去。这类固化剂，如加入量过少，则固化产物连接着末反应的环氧基。因此，对这类固化剂来讲，存在着一个合适的用量。而催化型固化剂则以阳离子方式，或者阴离子方式使环氧基开环加成聚合，最终，固化剂不参加到网状结构中去，所以不存在等当量反应的合适用量；不过，增加用量会使固化速度加快。 潜伏型固化剂指的是与环氧树脂混合后，在室温条件下相对长期稳定(环氧树脂一般要求在3个月以上，才具有较大实用价值，最理想的则要求半年或者1年以上)，而只需暴露在热、光、湿气等条件下，即开始固化反应。这类固化剂基本上是用物理和化学方法封闭固化剂活性的。在显在型固化剂中，双氰胺、己二酸二酰肼这类品种，在室温下不溶于环氧树脂，而在高温下溶解后开始固化反应，因而也呈现出一种潜伏状态。所以，在有的书上也把这些品种划为潜伏型固化