玻璃鋼

玻璃鋼

玻璃鋼(英語:Fiber-reinforced plastic,FRP)亦稱玻璃纖維或纖維增強塑膠,是一種以高分子量的環氧樹脂或不飽和聚酯樹脂為基質,玻璃纖維(英語:Glass fiber)、碳纖維或硼纖維等為增強材料,經過複合工藝而製成的複合材料。優點包括輕巧、耐腐蝕、抗老化、防水及絕緣,故用於製造各種運動用具、管道、造船、汽車與電子產品之外殼與印刷電路板。

基本信息

簡介

玻璃鋼(FRP)亦稱作GFRP,即纖維強化塑膠, 以玻璃纖維或其製品作增強材料的增強塑膠,稱謂為玻璃纖維增強塑膠,或稱為玻璃鋼,不同於鋼化玻璃

由於所使用的樹脂品種不同,因此有聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之別。質輕而硬,不導電,性能穩定,機械強度高,回收利用少,耐腐蝕。可以代替鋼材製造機器零件和汽車、船舶外殼等。

玻璃鋼學名纖維增強塑膠,俗稱FRP(FiberReinforcedPlastics),即纖維增強複合塑膠。根據採用的纖維不同分為玻璃纖維增強複合塑膠(GFRP),碳纖維增強複合塑膠(CFRP),硼纖維增強複合塑膠等。它是以玻璃纖維及其製品(玻璃布、帶、氈、紗等)作為增強材料,以合成樹脂作基體材料的一種複合材料。纖維增強複合材料是由增強纖維和基體組成。纖維(或晶須)的直徑很小,一般在10μm以下,缺陷較少又較小,斷裂應變約為千分之三十以內,是脆性材料,易損傷、斷裂和受到腐蝕。基體相對於纖維來說,強度、模量都要低很多,但可以經受住大的應變,往往具有粘彈性和彈塑性,是韌性材料。

原理

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複合材料的概念是指一種材料不能滿足使用要求,需要由兩種或兩種以上的材料複合在一起,組成另一種能滿足人們要求的材料,即複合材料。例如,單一種玻璃纖維,雖然強度很高,但纖維間是鬆散的,只能承受拉力,不能承受彎曲、剪下和壓應力,還不易做成固定的幾何形狀,是鬆軟體。如果用合成樹脂把它們粘合在一起,可以做成各種具有固定形狀的堅硬製品,既能承受拉應力,又可承受彎曲、壓縮和剪下應力。

這就組成了玻璃纖維增強的塑膠基複合材料。由於其強度相當於鋼材,又含有玻璃組分,也具有玻璃那樣的色澤、形體、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能,象玻璃那樣,歷史上形成了這個通俗易懂的名稱“玻璃鋼”,這個名詞是由原國家建築材料工業部部長賴際發同志於1958年提出的,由建材系統擴至全國。玻璃鋼的含義就是指玻璃纖維作增強材料、合成樹脂作粘結劑的增強塑膠,國外稱玻璃纖維增強塑膠。

隨著我國玻璃鋼事業的發展,作為塑膠基的增強材料,已由玻璃纖維擴大到碳纖維硼纖維芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化矽纖維等,無疑地,這些新型纖維製成的增強塑膠,是一些高性能的纖維增強複合材料,再用玻璃鋼這個俗稱就無法概括了。考慮到歷史的由來和發展,通常採用玻璃鋼複合材料,這樣一個名稱就較全面了。

分類

玻璃鋼產品分類:

玻璃鋼罐:玻璃鋼儲罐,鹽酸儲罐,硫酸儲罐,反應罐,防腐儲罐,化工儲罐,運輸儲罐,食品罐,消防罐等;

玻璃鋼管:玻璃鋼管道,玻璃鋼夾砂管,玻璃鋼風管,玻璃鋼電纜管,玻璃鋼頂管,玻璃鋼工藝管等;

塔器:乾燥塔,洗滌塔脫硫塔酸霧淨化塔,交換柱等;

衛生間:衛生間底盤,衛生間頂板。

其他:角鋼線槽,拉擠型材,三通,四通,玻璃鋼格柵等。

性能

優點

玻璃鋼冷卻塔玻璃鋼冷卻塔
玻璃鋼罩殼玻璃鋼

輕質高強

相對密度在1.5~2.0之間,只有碳鋼的1/4~1/5,可是拉伸強度卻接近,甚至超過碳素鋼,而比強度可以與高級合金鋼相比。因此,在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的製品套用中,都具有卓越成效。某些環氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到400Mpa以上。

耐腐蝕

FRP是良好的耐腐材料,對大氣、水和一般濃度的酸、鹼、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已套用到化工防腐的各個方面,正在取代碳鋼、不鏽鋼、木材、有色金屬等。

電性能好

是優良的絕緣材料,用來製造絕緣體。高頻下仍能保護良好介電性。微波透過性良好,已廣泛用於雷達天線罩。

熱性能良好

FRP熱導率低,室溫下為1.25~1.67kJ/(m·h·K),只有金屬的1/100~1/1000,是優良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下,是理想的熱防護和耐燒蝕材料,能保護宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。

可設計性好

(1)可以根據需要,靈活地設計出各種結構產品,來滿足使用要求,可以使產品有很好的整體性。

(2)可以充分選擇材料來滿足產品的性能,如:可以設計出耐腐的,耐瞬時高溫的、產品某方向上有特別高強度的、介電性好的,等等。

工藝性優良

(1)可以根據產品的形狀、技術要求、用途及數量來靈活地選擇成型工藝。

(2)工藝簡單,可以一次成型,經濟效果突出,尤其對形狀複雜、不易成型的數量少的產品,更突出它的工藝優越性。

缺點

彈性模量低

FRP的彈性模量比木材大兩倍,但比鋼(E=2.1E5)小10倍,因此在產品結構中常感到剛性不足,容易變形。

可以做成薄殼結構、夾層結構,也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。

長期耐溫性差

一般FRP不能在高溫下長期使用,通用聚酯FRP在50℃以上強度就明顯下降,一般只在100℃以下使用;通用型環氧FRP在60℃以上,強度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹脂,使長期工作溫度在200~300℃是可能的。

老化現象

老化現象是塑膠的共同缺陷,FRP也不例外,在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降。

剪下強度低

層間剪下強度是靠樹脂來承擔的,所以很低。可以通過選擇工藝、使用偶聯劑等方法來提高層間粘結力,最主要的是在產品設計時,儘量避免使層間受剪。

生產方法

基本上分兩大類,即濕法接觸型和乾法加壓成型。如按工藝特點來分,有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。手糊成型又包括手糊法、袋壓法、噴射法、濕糊低壓法和無模手糊法。

目前世界上使用最多的成型方法有以下四種。

①手糊法:主要使用國家有挪威、日本、英國、丹麥等。

肯尼手糊製品:玻璃鋼風機肯尼手糊製品:玻璃鋼風機

②噴射法:主要使用國家有瑞典、美國、挪威等。

③模壓法:主要使用國家有德國等。

④RTM法(樹脂傳遞模塑):主要使用國家有歐美各國、日本。

還有:纖維纏繞成型法、拉擠成型法和熱壓灌成型法等等。

我國有90%以上的FRP產品是手糊法生產的,其他有模壓法、纏繞法、層壓法等。日本的手糊法仍占50%。從世界各國來看,手糊法仍占相當比重,說明它仍有生命力。手糊法的特點是用濕態樹脂成型,設備簡單,費用少,一次能糊10m以上的整體產品。缺點是機械化程度低,生產周期長,質量不穩定。我國從國外引進了擠拉、噴塗、纏繞等工藝設備,隨著FRP工業的發展,新的工藝方法將會不斷出現。

套用

雕塑模具

通過先製作出玻璃鋼雕塑模具,來製作生產玻璃鋼製品,滿足人們現實生產生活中的需要。

一、玻璃鋼雕塑石膏模

石膏模特點是耐熱、價廉、導熱係數小、複印性好。一般用於製作母模。製造方便,適於大型製品。但是不耐用,怕衝擊,乾燥慢。多用於單一產品以及線型複雜的產品,如浮雕等。所用的石膏多為半水石膏即熟石膏。與水泥模一樣,可用磚頭、木材做骨架基礎,再復以石膏層造型。為了提高剛度,防止裂紋,可在石膏中加入足夠的填料,如加入石英,可減少收縮和裂紋,加入水泥(石膏:水泥=7:3)增加強度。也有人提出用石膏加入適量乳膠,用水稀釋來制模,強度好,不起粉等。 石膏模可用作低熔點合金模的母模,在熱態下澆鑄合金。用石膏母模翻制石膏鑄型(子模)時,母模表面要塗以分離劑,如鉀皂溶液、變壓器油、食用油、20%硬脂酸十80%煤油,或汽油十凡士林等。石膏模可用帶水筆蘸取石膏粉進行修補。石膏模烘乾工藝是:(60~120)℃/(4~5)L,自然冷卻後用金相砂紙輕輕拋光,然後再烘(100~150)℃/(8~10)L,(200~230)℃/(20~24)L。

二、玻璃鋼雕塑橡膠模

橡膠模一般用矽橡膠、聚氨酯樹脂製作,用於製作造型複雜的浮雕、圓雕及各種造型,並不單獨使用,須與石膏套模等其他材料組成,通常用於模具中因線型倒入或重疊而不能直接脫模的某一部位,因它有一定軟性,當外模脫模後,它能隨意拉出,如獅子、龍等動物或菩薩、卡通人物。批量不大時,用此方法。

三、玻璃鋼雕塑石蠟膜

石蠟膜用於數量不多或者線型複雜、不易脫模的產品。比如,要製造一個整體式彎管,包括90°彎管,可用兩個彎頭哈夫作母模,在內90°腔注滿石蠟後,脫去哈夫母模後,將石蠟模芯稍加修整,然後在外壁包復玻璃鋼,固化後加熱,使石蠟熔化流出,即可得到一個整體的玻璃鋼產品。 為了減少收縮變形,提高剛度,可在石蠟中加入5%左右的硬脂酸。製造方便,脫模容易,石蠟可反覆利用。但精度不高。另一種用法:濕法卷管時,可將鋼管浸到70~80℃熔化的石蠟中,提起來冷卻後再浸,反覆進行,直到所需厚度時,表面稍加修整,即可包復玻璃鋼,為防止石蠟開裂,可在蠟中加入少量黃油。也可在蠟的外面包復一層薄的玻璃紙,以此作為模芯,玻璃鋼固化後,加熱鋼管石蠟熔化即可脫模。

四、混凝土模

混凝土模多用於線型規則和重複使用次數少的產品,如螺鏇形、波形、圓形、拱形或立體槽狀產品。成本低,剛性好,可用磚頭砌成基礎,再復以水泥砂漿,進行打磨、上膩子,再經過打磨、拋光、噴漆等措施。這種水泥模可直接用於生產玻璃鋼製品,也可用於翻制玻璃鋼模具的母模。水泥模乾燥慢,即使在正常條件下,也要一周以上才能進行塗漆等表面施工。

五、玻璃鋼雕塑木模

木模主要用於線形較平直的大型產品。木模可以直接用來作為玻璃鋼產品的成型模具,也可作為翻制玻璃鋼模具的過渡母模。用於製作模具的木材有紅松、銀杏、杉木等,要求含水量達15%,並且不易收縮變形,無節。木模製作後,可塗上0.2~0.3垃垃厚度的樹脂(表面膩子),再用水砂紙由粗到細打磨四次,最後一次用800#或1000#砂紙打光,再塗上拋光膏用拋光器拋光,再打上石蠟,木模即成。也可直接在木模上刷油漆、罩光來製造木模。

六、玻璃鋼雕塑金屬模

金屬模特別是鋼模,一般用於尺寸小、批量大的模壓產品。如製作玻璃鋼平板時表面光潔的不鏽鋼板;製作型材時用角鋼、槽鋼。因為模壓產品不僅要加壓,還要加熱。也有用於外形不複雜的大型產品。黃銅雖是常見金屬,但因易受樹脂輔助劑侵蝕,並會對樹脂固化產生不利影響,除非在工作面已鍍鉻或其他金屬的場合,否則不宜採用。金屬模具的製造加工很困難、成本高。另有低熔點合金模其成分是:Z九93%、A14%、Cu3%、M合0.5%,當溫度為50~80℃時,合金硬度(HB)為100左右。其流動性好,耐磨性差,適於製造形狀複雜、花紋精細的塑膠成型模腔,使用溫度一般>80℃。另一種低熔點金屬是58%鉍,42%錫,熔點135℃。低熔點合金模的優點是制模周期短、工藝簡單,可重複使用。

用途

玻璃鋼儲罐玻璃鋼儲罐

玻璃鋼是近五十多年來發展迅速的一種複合材料。玻璃纖維的產量的70%都是用來製造玻璃鋼。玻璃鋼硬度高,比鋼材輕得多。噴氣式飛機上用它作油箱和管道,可減輕飛機的重量。登上月球的太空人們

,他們身上背著的微型氧氣瓶,也是用玻璃鋼製成的。玻璃鋼加工容易,不銹不爛,不需油漆。我國已廣泛採用玻璃鋼製造各種小型汽艇、救生艇、遊艇,以及汽車製造業等,節約了不少鋼材。由於玻璃鋼是一種複合材料,其性能的適應範圍非常廣泛,因此它的市場開發前景十分廣闊。據有關統計資料,世界各國開發的玻璃鋼產品的種類已達4萬種左右。雖然各國均根據本國的經濟發展情況,開發的方向各有側重,但基本上均已涉及到各個工業部門。我國玻璃鋼工業經過四十多年來的發展,也已在國民經濟各個領域中取得了成功的套用,在經濟建設中發揮了重要的作用。現將玻璃鋼主要的套用領域,粗略地概括如下:

1、建築行業:冷卻塔、玻璃鋼門窗New、建築結構、圍護結構、室內設備及裝飾件、玻璃鋼平板、波形瓦、裝飾板、衛生潔具及整體衛生間、桑拿浴室、衝浪浴室,建築施工模板、儲倉建築、混凝土模板、筋材,以及太陽能利用裝置等等。

2、化學化工行業:耐腐蝕管道、貯罐貯槽、耐腐蝕輸送泵及其附屬檔案、耐腐閥門、格柵、通風設施,以及污水和廢水的處理設備及其附屬檔案等等。

3、汽車及鐵路交通運輸行業:汽車殼體及其他部件,全塑微型汽車,大型客車的車體外殼、車門、內板、主柱、地板、底梁、保險槓、儀表屏,小型客貨車,以及消防罐車、冷藏車、拖拉機的駕駛室及機器罩等。

4、鐵路運輸方面,有火車窗框、車內頂彎板、車頂水箱、廁所地板、行李車車門、車頂通風器、冷藏車門、儲水箱,以及某些鐵路通訊設施等。

5、公路建設方面,有交通路標、隔離墩、標誌樁、標誌牌、公路護欄等等,船艇及水上運輸行業。

6、內河客貨船、捕漁船、氣墊船、各類遊艇、賽艇、高速艇、救生艇、交通艇,以及玻璃鋼航標浮鼓及繫船浮筒等等。

7、電氣工業及通訊工程:有滅弧設備、電纜保護管,發電機定子線圈和支撐環及錐殼,絕緣管、絕緣桿,電動機護環,高壓絕緣子,標準電容器外殼,電機冷卻用套管,發電機擋風板等強電設備;配電箱及配電盤,絕緣軸,玻璃鋼罩等電器設備;印刷線路板、天線、雷達罩等電子工程套用。

隨著科學技術的發展,以及人民生活水平的提高,許多民用玻璃鋼產品大量地被開發,例如許多城市雕塑、工藝美術造型,快餐桌椅、機車部件、玻璃鋼花盆、安全帽、高級遊樂設備、家用電器外殼等,都成功地被大量套用。

可製作玻璃鋼瓦,又稱透明瓦.是和鋼結構配套使用的採光材料,其主要由高性能上膜、強化聚脂和玻璃纖維組成,其中上膜要起到很好的抗紫外線抗靜電的作用,抗紫外線是為了保護FRP採光板的聚酯不發黃老化,過早失透光特性。抗靜電是為了保證表面的灰塵輕易被雨水沖走或被風吹走,維持清潔美觀的表面。由於其穩定的質量、經久耐用的特點,深受顧客的歡迎,產品可廣泛使用在工業/商業/民用建築額屋面和牆面。

電影界用來做道具,既方便快捷,又省成本.可以仿製很多種材料效果.受到人們的歡迎.化工廠也採用酚醛樹脂的玻璃鋼代替不鏽鋼做各種耐腐蝕設備,大大延長了設備壽命。玻璃鋼無磁性,不阻擋電磁波通過。用它來做飛彈的雷達罩,就好比給飛彈戴上了一副防護眼鏡,既不阻擋雷達的“視線”,又起到防護作用 。許多飛彈和地面雷達站的雷達罩都是玻璃鋼製造的。

進入21世紀,根據玻璃鋼的良好的透波性,這個方面的性能,隨著手機通訊的廣泛流行,玻璃鋼廣泛被套用於製造2G和3G天線外罩,玻璃鋼以其良好的可成形性能,外觀的可美化性,起到了很好的小區美化作用,這方面的產品有方柱線罩,仿真石,野外套用的美化樹等玻璃鋼還為提高體育運動的水平立下了汗馬功勞。自從有撐竿跳高這項運動以來,運動員使用木製撐竿創造的最高紀錄是3.05米。後來使 用了竹竿。到一九四二年,把紀錄提高到了4.77米。竹竿的優點是輕而富有彈性,欠缺之處是下端粗而上端細,再要提高記錄有很大困難 ,於是人們又用鋁合金竿代替竹竿,它雖然輕而牢固,但彈性不足。這樣,從一九四二年到一九五七年,十五年時間,撐竿跳高的最高紀錄僅僅提高了1厘米。但自從新的玻璃鋼撐竿出現以後,由於它輕而富於彈性,紀錄飛速上升,如今的撐桿跳高紀錄已經超過了6米大關。

在今天,玻璃鋼也被大量套用在人們的生活方面,人們親切地把它叫“玻璃鋼”,由於它的某些特殊品種仍能保留許多玻璃的優點,如透明性 ,於是人們用它作為窗戶玻璃,既能遮擋陽光中的紫外線,又能使居室明亮。人們還把它用來製作各種堅固耐用的生活日常用品。如浴具、廚房用具、梳洗用具等。

發展前景

玻璃鋼是複合材料的一種,玻璃鋼材料因其獨特的性能優勢,已在航空航天、鐵道鐵路、裝飾建築、家居家具、廣告展示、工藝禮品、建材衛浴、遊艇泊船、體育用材、環衛工程等等相關十多個行業中廣泛套用,並深受讚譽,成為材料行業中新時代商家的需求寵兒。玻璃鋼製品也不同於傳統材料製品,在性能、用途、壽命屬性上大大優於傳統製品。其易造型、可定製、色彩隨意調配的特點,深受商家和銷售者的青睞,占有越來越大的市場比分,前景廣闊!

具體有如下這些行業:黑色冶金業、有色冶金業、電力行業、煤炭業、石油化工、化學工業、機電工業、紡織工業、汽車及機車製造業、鐵路業、船舶工業、建築業、輕工業、食品工業、電子工業、郵電業、文化、體育及娛樂業、農業、商業、醫藥衛生業,及軍工及民用套用等各個方面的套用領域。

涉及這些產業部門套用的主要玻璃鋼產品類別,有:礦山通風設備、煉焦及相關設備、稀土冶煉及鐵合金冶煉相關設備、冷軋及電鍍設備,輸變電設備、風力發電設備、火力發電用水管、冷卻水設備、電力管理及維修工器具,煤礦鳳筒、隔爆水袋、防爆裝置,石油開採相關部件及設備、石油化工設備,化工設備、化工建築用材、礦山通風設備,電動機部件、零配件、電鍍設備、風力發電機及部件,紡織印染設備、設施及部件,汽車製造用材及部件、汽車維修用材、機車製造用材及部件,鐵路機車車輛用材及相關設施、鐵路信號系統用材及相關部件,各種各類江河湖海船艇、大型鋼船艇配套零部件及附屬設施,建築設施及用材、衛生間、廚房、門窗、波形瓦、冷卻塔、建築通風空調設施、建築模板等,輕工日用化學及造紙業用的相關設施、家用電器、酒類、製革、家俱用材,食品貯罐用途,電子工業用設備、生活消費品用材及電子設備配件,郵電電信器材配套設施,體育器械、遊樂器材及相關設施,農業噴灌設備、暖房溫室、農機具配件、冷庫、水產養殖,商業櫃檯、商業包裝箱、商用冷藏庫,醫藥工業設施及醫療衛生用途等等。

玻璃分類

玻璃是由二氧化矽和其他化學物質熔融在一起形成的(主要生產原料為:純鹼、石灰石、石英)。在熔融時形成連續網路結構,冷卻過程中粘度逐漸增大並硬化致使其結晶的矽酸鹽類非金屬材料。一下是按工藝、生產和成分分類
按工藝 按生產 按成分
lowe玻璃 鋼化玻璃 普通玻璃
熱熔玻璃 磨砂玻璃 石英玻璃
浮雕玻璃 噴砂玻璃 鋼化玻璃
鍛打玻璃 壓花玻璃 鉀玻璃
晶彩玻璃 夾絲玻璃 硼酸鹽玻璃
琉璃玻璃 中空玻璃 變色玻璃
夾絲玻璃 夾層玻璃 光學玻璃
聚晶玻璃 防彈玻璃 彩虹玻璃
玻璃馬賽克 熱彎玻璃 防護玻璃
鋼化玻璃 玻璃磚 微晶玻璃
夾層玻璃 玻璃紙 玻璃纖維
中空玻璃 LED光電玻璃 玻璃絲
調光玻璃 調光玻璃 玻璃鋼
發光玻璃 節能玻璃 玻璃紙
水玻璃
金屬玻璃
螢石

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