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1、玻璃纤维增强塑料成型工艺第一章 绪论FRP（FiberglassReinforcedPlastics）或GRP（GlassReinforcedPlastics）或GFRP（Glassfibrereinforcedplastics）。玻璃钢是玻璃纤维增强塑料的习惯叫法，是一种新型工程材料。它是以玻璃纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作基体材料，通过一定的成型工艺而制成的一种复合材料。三十年代在美国出现后，到二次世界大战期间由于战争的需要才发展起来。战后逐渐转到了民用工业方面，并获得了迅速发展。 由于玻璃钢具有许多特殊优良的性能（如机械强度高、比重小、耐化学腐蚀、绝缘性能好等等）。因此被普遍应用
2、于火箭、导弹、航空、造船、汽车、化工、电器、铁路以及一般民用等工农业部门中。目前世界各国都非常重视研究和发展玻璃钢材料，迄今为止，人们不但研究试制成功各种各样有特殊性能的玻璃钢材料产品，而且研究成功各种各样的成型工艺。 第二章玻璃钢基础知识1、玻璃钢的发展历史1940年，美国一家实验室的技术人员不小心将加有催化剂的不饱和聚酯树脂倾倒在玻璃布上，第二天发现固化后的这种复合材料强度很高，玻璃钢遂应运而生。1942年第一艘玻璃钢渔船问世；玻璃钢管试制成功并投入使用。二战其间，美国以手工接触成型与抽真空固化工艺，制造了收音机雷达罩与副油箱；利用胶接技术制作了玻璃钢夹芯结构的收音机机翼。1946年发明了
3、以纤维缠绕法生产压力容器的方法。1949年预混料DMC（BMC）模压玻璃钢面试。1950年真空袋与压力袋成型工艺研究成功；手糊环氧玻璃钢直升收音机旋翼面市。20世纪50年代末，前苏联成功将玻璃钢用于炮弹引信体等军品及化工器材的生产。1961年德国率先开发片状模塑料（SMC）及其模压技术。1963年玻璃钢波形瓦开始机械化生产，美、法、日先后有高生产率的边疆生产线投生。1972年美国研究成功干法生产的热塑性片状模塑料。20世纪80年代，开发了湿法生产的热塑性片大辩论模塑料。瑞士、奥地利离心法成型玻璃钢管得到发展；意大利工业化纤维缠绕玻璃钢管生产线技术成熟，产品大量使用于石化、轻工、轮船等领域。19
4、56年，时任重工业部副部长、后任建材工业部长的赖际发同志赴前苏联考察玻璃钢。俄文称玻璃钢为“玻璃塑料”（CTEKJIOIIJIACTHHK），当时中文里没有相应的词。想到材料内有玻璃，强度又高，就叫“玻璃钢”。这就是“玻璃钢”一词的由来。2、主要材料2.1树脂：玻璃钢所使用的树脂主要分为热塑性树脂和热固性树脂两大类。通常玻璃钢以热固性树脂为主，根据结构成分的不同，热固性树脂分为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧改性乙烯基树脂。环氧树脂主要用于耐腐蚀、高强的领域，像航空航天领域一般就是用的这类树脂。酚醛树脂主要用于防腐领域。现在用的最多的则是不饱和聚酯树脂和乙烯基树脂，这类树脂在常温下即可
5、成型，操作比较方便。同时性价比较高，所以被广泛应用。树脂树脂本义上为一种高分子聚合物，其定义是：相对分子量不确定但通常较高，常温下呈固态、中固态、假固态，有时也可以是液态的有机物质。具有软化或熔融温度范围，在外力作用下有流动倾向，破裂时常呈贝壳状。广义上是指用作塑料基材的聚合物或预聚物。一般不溶于水，能溶于有机溶剂。按来源可分为天然树脂和合成树脂；按其加工行为不同的特点又有热塑性树脂和热固性树脂之分。从定义中可以看出树脂是一种混合物，用于制造玻璃钢的为热固性树脂，其特点是在加热、加压下或在固化剂、紫外光作用下，进行化学反应，交联固化成为不溶不熔的物质。常见的热固性树脂有：不饱和树脂（UP）、乙
6、烯基树脂（VE）、环氧树脂（EP）、聚氨酯树脂（PU）、酚醛树脂（PF）、呋喃树脂等。热塑性树脂的特点是具有受热软化、冷却硬化的性能，而且不起化学反应，无论加热和冷却重复进行多少次，均能保持这种性能。凡具有热塑性树脂其分子结构都属线型。常见的热塑性树脂有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET、PBT）、聚酰胺（PA）、聚甲醛（POM）、聚苯乙烯（PS）等等。2.2胶衣gel coat：胶衣是在不饱和聚酯树脂中加入颜料和触变剂等分散而成的。主要作用是对玻璃钢制品表面的装饰和对结构层的保护。胶衣英文名称gel coat，它是在树脂中加入颜料和触变剂等分散
7、而成的玻璃钢（FRP）及台面面漆用来开发的着色触变性产品。所谓触变性指物体（如树脂、涂料）受到剪切时，稠度变小，停止剪切时，稠度又增加。或受到剪切时，稠度变大，停止剪切时，稠度又变小的性质。即一触即变的性质。胶衣本质上也属于一种特殊的树脂，其主要作用是对玻璃钢制品的表面装饰和对结构层的保护。按树脂基体不同分不饱和聚酯类、乙烯基类、环氧类胶衣。2.3阻燃剂（填料）：阻燃剂是通过若干机理发挥其阻燃作用的，如吸热作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。阻燃剂分为添加型和反应型。添加型阻燃剂主要是通过在树脂中添加阻燃剂发挥阻燃剂的作用。反应型阻燃剂则是通过
8、化学反应在高分子材料中引入阻燃基团，从而提高材料的抗燃性。在阻燃剂类型中，添加型阻燃剂占主导地位，使用范围比较广。常用阻燃剂类型有氢氧化铝、玻璃微珠等。 2.4促进剂：可以提高树脂反应速率的一种用量较少的物质。促进剂：与催化剂或固定剂并用时，可以提高反应速率的一种用量较少的物质。2.5固化剂：树脂的固化是经过缩合、闭环等化学反应使热固性树脂发生不可逆的变化过程。固化剂能使树脂（胶衣）发聚合或交联作用而转变成硬化材料。固化剂又名硬化剂、熟化剂或变定剂，是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。树脂固化是经过缩合、闭环、加成或催化等化学反应，使热固性树脂发生不可逆的变化过程，固化是通过添加固化（交联
9、）剂来完成的。说到固化剂与促进剂，必须着重强调一下安全问题。固化剂具有很强的腐蚀性，因此要做好防护措施，不能直接接触到人体。另外，与树脂或胶衣专用的促进剂混合会发生起火，甚至爆炸。因此为了避免发生事故，两者一定要分开储存。往树脂或胶衣中添加时一定要先加促进剂，搅拌均匀后，再添加固化剂。（这一点需要切记，关乎到人身安全）2.6玻璃纤维：玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺。最后形成各类产品，玻璃纤维单丝的直径从几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每
10、束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成，通常作为复材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等，广泛应用于国民经济各个领域。玻璃纤维（fiberglass或Glass fiber）是一种无机非金属材料，由矿石（主要成分为二氧化硅）或玻璃球，经高温熔融，拉制成直径为几微米到二十几个微米的单丝，再络成原丝。原丝又可加工成各种玻璃纤维制品，包括常见的短切毡、方格布、轴向布、复合毡等。3、玻璃钢的理化性能 3.1玻璃钢的特性3.1.1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
11、、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。3.1.2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。3.1.3电性能好是优良的绝缘材料体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。3.1.4热性能良好FRP热导率低，室温下为1.25-1.67kJ/（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
12、宙飞行器在2000以上承受高速气流的冲刷。3.1.5可设计性好可以根据需要，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；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、介电性好的等产品。3.1.6工艺性优良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；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。3.2玻璃钢的不足3.2.1弹性模量低FRP的弹性模量比木材大两倍，但比钢（E=2.1106）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
13、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。3.2.2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。3.2.3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、风沙雨雪、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。3.2.4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切力。4.玻璃钢有哪些市场应用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
14、居家具、广告展示、工艺礼品、建材卫浴、游艇泊船、体育用材、环卫工程等十多个行业中广泛应用并深受赞誉。玻璃钢制品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！第三章常见玻璃纤维毡的种类1、玻璃纤维针刺毡玻璃纤维针刺毡广泛用于碳黑、钢铁、有色金属、化工、焚烧等行业。在国内，工业过滤材料是玻纤针刺毡的主要应用领域。玻璃纤维针刺毡用于汽车内的装饰以及吸音、隔热、减震、阻燃等方面，它有助于汽车的轻量化与空间的有效利用；针刺毡可以与再生纤维复合，可以作车顶和车门的衬垫、发动机车盖（粘附于内侧）发
15、动机与车厢的隔板、行李箱的衬垫。利用针刺毡的微孔性所具有的保温、隔热的效果，可以将其用于管道各种发热件的保温隔热。利用针刺毡的过滤、吸音效果，可以用于汽车、摩托车通用汽油机等的消音除尘器，广泛用于宾馆、娱乐场所、专业音房的隔音、消潮、防火。此外玻纤针刺毡还可用于土工布，绝缘材料等。2、玻璃纤维连续原丝毡玻璃纤维连续原丝毡是以连续玻璃纤维原丝为主要原料，该种含非溶性粘结剂的无纺连续原丝毡可在非填充或填充树脂系统中，可与不饱和聚酯、环氧、酚醛及聚胺脂树脂相容。产品可用于树脂传递模塑成型(RTM)真空成型及拉挤成型等加工工艺，如汽车车顶内饰，变压器用绝缘材料。3、玻璃纤维短切原丝毡玻璃纤维短切原丝毡
16、由玻璃纤维短切原丝通过粉末或乳液粘结剂粘结而成。短切毡主要通过手糊成型工艺，缠绕成型工艺，模压成型工艺用于加工制作玻璃钢产品。典型的产品包括卫浴器具、管道、建筑材料、汽车、家具、冷却塔及其他玻璃钢产品。4、玻璃纤维表面毡玻璃纤维表面毡主要用于玻璃钢制品的表层，产品本身具有纤维分散均匀，质地柔软，纤维表面平整性好，胶水含量低，树脂浸透速度快以及贴模性好等特点。该产品可显著改善制品的表面耐腐蚀性能，耐压性能和抗渗漏性，且具有持久的使用寿命等优点。此外，该产品也适合于喷射，模压及其它玻璃钢成型技术。5、玻璃纤维屋面毡RGM 是制作SBS、APP改性沥青防水卷材和彩色沥青玻纤瓦的良好胎基，并自由于整幅毡的纵向加筋，充分提高了毡
