玻璃具(ju)有(you)(you)(you)硬而(er)易(yi)碎,具(ju)有(you)(you)(you)很(hen)好的透明性(xing)(xing)以(yi)及(ji)耐高溫、耐腐蝕等性(xing)(xing)能(neng);同時鋼鐵很(hen)硬并且不易(yi)碎,也(ye)具(ju)有(you)(you)(you)耐高溫的特點(dian)。于(yu)是人們開始想,如(ru)果能(neng)制造一(yi)(yi)種既具(ju)有(you)(you)(you)玻璃的硬度、耐高溫、抗腐蝕的性(xing)(xing)質,又具(ju)有(you)(you)(you)鋼鐵一(yi)(yi)樣堅硬不碎的特點(dian),那這種材料一(yi)(yi)定會(hui)大有(you)(you)(you)用途。
人(ren)們(men)經(jing)過研究試(shi)驗(yan),終(zhong)于制出了這樣一(yi)種復合材料。它,就(jiu)是能與鋼鐵(tie)比肩(jian)而(er)立(li)的玻璃鋼。
隨州(zhou)市巨鑫(xin)玻璃鋼制(zhi)品有限(xian)公司制(zhi)作的(de)風格管道,得到了廣大客戶的(de)信賴及肯定。
我們先來看(kan)一個試驗,了解它的性能優良(liang)與否(fou)。
在一(yi)個群山(shan)環抱、綠樹(shu)成蔭的(de)山(shan)谷里,一(yi)次試驗(yan)正在進行。遠在二百(bai)米以外的(de)掩體(ti)后的(de)人(ren)們(men),眼睛都盯著(zhu)山(shan)谷中央放著(zhu)的(de)一(yi)個氧氣(qi)(qi)瓶。空氣(qi)(qi)壓(ya)縮機有(you)節(jie)奏地轉動(dong)著(zhu),通(tong)過合金鋼(gang)管道(dao)向那(nei)氧氣(qi)(qi)瓶不斷地充(chong)氣(qi)(qi)。壓(ya)力表上的(de)指(zhi)針牽動(dong)著(zhu)每個人(ren)的(de)心(xin)。讀數從100—200—400—500漸漸上升,直到700公斤1平方厘米時,只聽得一(yi)聲震天巨響,氧氣(qi)(qi)瓶爆炸了!周圍的(de)人(ren)們(men)歡呼著(zhu)跳(tiao)起來:“成功了!”
氧氣瓶(ping)是(shi)一種耐高(gao)壓(ya)容器。它所承受(shou)(shou)的(de)工作(zuo)壓(ya)力是(shi)150公(gong)斤/平(ping)方厘(li)米。為了(le)使用安全(quan),制造時要求它能忍受(shou)(shou)三倍的(de)工作(zuo)壓(ya)力,即450公(gong)斤/平(ping)方厘(li)米。不(bu)爆裂,才算合格。上面(mian)試驗的(de)氧氣瓶(ping),遠遠超(chao)出了(le)設(she)計要求。這是(shi)用什么鋼材(cai)制成(cheng)(cheng)的(de)呢?是(shi)玻璃鋼,更(geng)為確切的(de)說,是(shi)玻璃與(yu)塑料復(fu)合在一起制成(cheng)(cheng)的(de)。
玻(bo)璃(li)是硬(ying)而脆的材料,一摔就碎(sui),這帶有玻(bo)璃(li)名(ming)的玻(bo)璃(li)鋼(gang)經得(de)起摔嗎(ma)?于是又進行了(le)新的試驗。
將另一只玻璃鋼氧氣(qi)瓶(ping)充(chong)氣(qi)到(dao)150公斤/平方厘米,然后從山(shan)頂(ding)上滾(gun)(gun)下山(shan)谷。它與嶙峋的巖石碰撞著,一直滾(gun)(gun)到(dao)谷底仍(reng)然沒有爆(bao)裂(lie)。玻璃鋼氧氣(qi)瓶(ping)經過了質(zhi)量鑒定考(kao)試。
一(yi)般(ban)玻(bo)(bo)璃的(de)耐拉(la)(la)強(qiang)度只(zhi)(zhi)有(you)普(pu)通鋼(gang)材的(de)八分之一(yi)。把玻(bo)(bo)璃融化,拉(la)(la)成(cheng)只(zhi)(zhi)有(you)頭發直徑的(de)十幾(ji)分之一(yi)那(nei)么細的(de)玻(bo)(bo)璃纖維,原(yuan)來又(you)硬又(you)易碎的(de)玻(bo)(bo)璃就變成(cheng)了(le)又(you)軟(ruan)又(you)耐拉(la)(la)的(de)玻(bo)(bo)璃纖維,其耐拉(la)(la)強(qiang)度可增加十幾(ji)倍。
大家都知(zhi)道,水泥(ni)塊耐壓,鋼材耐拉。用鋼材作筋骨,水泥(ni)砂石作肌肉,讓它們凝(ning)為一體,互(hu)相取長補短,變得(de)堅強無比——這(zhe)就是鋼筋混凝(ning)土(tu)。
同樣,如我們用(yong)玻璃纖維作(zuo)筋骨,用(yong)合成樹(shu)脂(zhi)(酚醛塑(su)料、環氧(yang)樹(shu)脂(zhi)及聚酯樹(shu)脂(zhi))作(zuo)肌肉,讓它們凝為一(yi)體(ti),制(zhi)成的材(cai)料,其抗拉強度(du)可與鋼材(cai)相媲美—因此得名叫(jiao)玻璃鋼。
優點和不足
一、FRP有如(ru)下(xia)特性(xing)。
(1)輕質(zhi)高強
相對密度(du)(du)(du)在1.5~2.0之間(jian),只(zhi)有碳(tan)鋼的1/4~1/5,可(ke)是拉(la)伸強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)卻接近,甚至(zhi)超(chao)過碳(tan)素鋼,而比(bi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)可(ke)以與高級合金鋼相比(bi)。因此,在航(hang)空、火箭、宇宙飛行器(qi)、高壓容(rong)器(qi)以及(ji)在其他需要減(jian)輕自重的制(zhi)品應(ying)用中(zhong),都(dou)具有卓越成效。某些環(huan)氧FRP的拉(la)伸、彎曲和(he)壓縮強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)均能達到(dao)400Mpa以上。部(bu)分材料的密度(du)(du)(du)、強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)和(he)比(bi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)見表(biao)1-1。
(2)耐腐蝕性能好
FRP是良(liang)好的耐腐材料(liao),對(dui)大(da)氣、水和一般濃(nong)度的酸、堿(jian)、鹽以及多種油(you)類和溶劑都(dou)有(you)較好的抵抗能力。已應(ying)用到(dao)化工防(fang)腐的各個方面,正在取(qu)代(dai)碳鋼、不銹鋼、木材、有(you)色金屬(shu)等。
(3)電性(xing)能好(hao)
是優良(liang)的(de)絕緣(yuan)材料,用來(lai)制(zhi)造絕緣(yuan)體。高頻下仍(reng)能保護(hu)良(liang)好介電性。微波透過性良(liang)好,已(yi)廣泛用于雷(lei)達(da)天(tian)線(xian)罩(zhao)。
(4)熱(re)性能良好
FRP熱(re)導率低(di),室(shi)溫(wen)下為1.25~1.67kJ/(m•h•K),只有金屬的(de)1/100~1/1000,是(shi)優良(liang)的(de)絕熱(re)材料(liao)。在(zai)瞬時超(chao)高(gao)溫(wen)情(qing)況下,是(shi)理想的(de)熱(re)防護和(he)耐(nai)燒蝕材料(liao),能保護宇宙飛行器在(zai)2000℃以上承受高(gao)速(su)氣流的(de)沖刷。
(5)可(ke)設計性好(hao)
①可以根據需要,靈活地設(she)計出(chu)各種(zhong)結構產品(pin)(pin),來(lai)滿足使(shi)用要求,可以使(shi)產品(pin)(pin)有很好的整體性。
②可(ke)以(yi)充分(fen)選擇材料來滿(man)足產品的(de)(de)性能,如(ru):可(ke)以(yi)設計出耐腐的(de)(de),耐瞬時(shi)高溫的(de)(de)、產品某方向上有特別高強(qiang)度的(de)(de)、介電性好的(de)(de),等(deng)等(deng)。
(6)工藝性優良
①可以根據產品的形狀、技術要(yao)求、用途及數(shu)量來靈活地(di)選擇成型(xing)工藝(yi)。
②工藝(yi)簡單(dan),可以一次成型(xing),經濟效果突出,尤(you)其對形狀復(fu)雜(za)、不易成型(xing)的(de)數(shu)量少的(de)產品,更(geng)突出它的(de)工藝(yi)優越性(xing)。
二、不能要求一種FRP來(lai)滿(man)足所(suo)有(you)要求,FRP不是萬(wan)能的,FRP也有(you)以下一些不足之處。
(1) 彈性模量低
FRP的(de)彈(dan)性(xing)模量比木材(cai)大兩倍,但比鋼(E=2.1×106)小10倍,因此在(zai)產品結構中(zhong)常感到剛性(xing)不足,容易變(bian)形。
可(ke)以做成薄(bo)殼結構(gou)、夾層結構(gou),也(ye)可(ke)通過(guo)高模量纖維或者做加(jia)強筋等形式來彌補。
(2) 長(chang)期耐(nai)溫性差
一般(ban)(ban)FRP不能在(zai)高溫(wen)下(xia)(xia)長(chang)期使(shi)用,通用聚酯FRP在(zai)50℃以(yi)上強度就明顯下(xia)(xia)降(jiang)(jiang),一般(ban)(ban)只在(zai)100℃以(yi)下(xia)(xia)使(shi)用;通用型環氧FRP在(zai)60℃以(yi)上,強度有明顯下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)。但可以(yi)選擇(ze)耐高溫(wen)樹(shu)脂,使(shi)長(chang)期工(gong)作(zuo)溫(wen)度在(zai)200~300℃是(shi)可能的。
(3) 老化現象
老化(hua)現象(xiang)是塑料的共同缺陷,FRP也不例(li)外(wai),在紫外(wai)線、風沙雨(yu)雪(xue)、化(hua)學(xue)介質、機械(xie)應力等作用下(xia)容(rong)易導致性能下(xia)降。
(4) 層間剪切(qie)強度低
層間(jian)剪切強度是(shi)靠樹脂來承(cheng)擔的,所以(yi)很低。可以(yi)通過(guo)選擇工藝、使(shi)用偶聯劑等方法(fa)來提高層間(jian)粘(zhan)結(jie)力,最(zui)主要的是(shi)在(zai)產品設計(ji)時(shi),盡量(liang)避免使(shi)層間(jian)受剪。
三、FRP有哪些生產方法(fa)?
答:基(ji)本上分兩(liang)大類(lei),即濕法(fa)(fa)(fa)接觸型(xing)和干法(fa)(fa)(fa)加壓(ya)成型(xing)。如按工藝特點來分,有(you)手(shou)(shou)糊(hu)成型(xing)、層壓(ya)成型(xing)、RTM法(fa)(fa)(fa)、擠拉法(fa)(fa)(fa)、模(mo)壓(ya)成型(xing)、纏繞(rao)成型(xing)等。手(shou)(shou)糊(hu)成型(xing)又包括手(shou)(shou)糊(hu)法(fa)(fa)(fa)、袋壓(ya)法(fa)(fa)(fa)、噴(pen)射法(fa)(fa)(fa)、濕糊(hu)低壓(ya)法(fa)(fa)(fa)和無(wu)模(mo)手(shou)(shou)糊(hu)法(fa)(fa)(fa)。
目前(qian)世界上使用最多的成型方法有(you)以(yi)下(xia)四種。
①手糊法:主要使用(yong)國家有挪威、日本、英國、丹麥等。
②噴射(she)法:主(zhu)要使用國家有瑞典、美國、挪威(wei)等。
③模壓法:主要使(shi)用國家有德(de)國等。
④RTM法(fa)(樹脂傳遞模塑):主要使用國(guo)家(jia)有歐美各國(guo)、日(ri)本(ben)。
還有:纖維纏繞成型(xing)法 拉擠成型(xing)法 和 熱壓灌成型(xing)法 等等
我國有90%以(yi)上的FRP產(chan)品是手糊法(fa)(fa)生產(chan)的,其他有模壓(ya)法(fa)(fa)、纏(chan)繞法(fa)(fa)、層壓(ya)法(fa)(fa)等(deng)。日本的手糊法(fa)(fa)仍(reng)占50%。從世界各國來看,手糊法(fa)(fa)仍(reng)占相當(dang)比重(zhong),說明它(ta)仍(reng)有生命力。手糊法(fa)(fa)的特點是用濕態樹脂成型(xing),設備簡單,費用少(shao),一次能(neng)糊10m以(yi)上的整(zheng)體產(chan)品。缺點是機械化程度低,生產(chan)周期長,質量不穩定。近年來,我國從國外引進了擠拉(la)、噴涂、纏(chan)繞等(deng)工(gong)藝(yi)設備,隨(sui)著FRP工(gong)業的發(fa)展,新的工(gong)藝(yi)方法(fa)(fa)將會不斷出現。