玻璃纤维增强塑料是什么？

玻璃纤维增强塑料是什么？

玻璃纤维增强塑料（GFRP），俗称玻璃钢，是一种以合成树脂为粘接剂基体，以玻璃纤维及其制品作增强材料而制成的纤维增强复合材料。它具有质轻高强、耐腐蚀性好、电性能优良等特点，在航空航天、建筑、交通等多个领域都有广泛应用。本文将详细介绍GFRP的组成成分、特性、生产工艺及其应用领域。

组成成分

玻璃纤维：是主要的受力材料，具有高强轻质的特点，性能突出。可提高复合材料低温抗冲击性及刚度，减少聚合物基体的低温收缩。常见的玻璃纤维种类有 E - 玻璃纤维、S - 玻璃纤维等，E - 玻璃纤维具有良好的电绝缘性和耐腐蚀性，是最常用的一种；S - 玻璃纤维的强度更高，但成本也相对较高。

合成树脂：将纤维粘结在一起，起到保护纤维的作用。当复合材料受到载荷时，聚合物基体通过剪切作用均匀地将应力分配给纤维，使纤维受力均匀，同时还能赋予制品一定的柔韧性和化学稳定性。常用的合成树脂有聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。聚酯树脂成本较低，加工性能好；环氧树脂粘结强度高，耐腐蚀性和耐热性较好；酚醛树脂则具有更高的耐热性和阻燃性。

特性

优点

• 质轻高强：相对密度在 1.5-2.0 之间，只有碳钢的 1/4-1/5，但是拉伸强度却接近甚至超过碳素钢，强度可以与高级合金钢相比，被广泛应用于航空航天、高压容器以及其他需要减轻自重的制品中。
• 耐腐蚀性好：对于大气、水和一般浓度的酸碱、盐及多种油类和溶剂都有较好的抵抗力，已被广泛应用于化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等材料。
• 电性能好：是优良的绝缘材料，可用于制造绝缘体，在高频下仍能保持良好的电绝缘性能。
• 热性能好：导电率低，室温下为 1.25-1.67KJ，只有金属的 1/100-1/1000，是优良的绝热材料，在瞬间超高热情况下，是理想的热保护和耐烧蚀材料。
• 工艺性能优良：可以根据产品的形状来选择成型工艺，且工艺简单，可以一次成型，能够制造出形状复杂的制品。
• 可设计性好：可根据需求充分选择材料来满足产品的性能和结构等要求，如通过调整玻璃纤维的含量、铺层方式以及树脂的种类等，来实现不同的力学性能、物理性能和化学性能。

缺点

• 弹性模量低：比木材的大 2 倍但比钢材小 10 倍，因此在产品结构中常感到刚性不足，容易变形，通常需要做成薄壳结构、夹层结构或通过高模量纤维或加强筋形式来弥补。
• 长期耐温性差：一般不能在高温下长期使用，通用聚酯树脂的 FRP 在 50 度以上强度就会明显下降。
• 老化现象：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，所以较低，可以通过选择工艺、使用偶联剂等方法来提高层间粘结力，在产品设计时尽量避免使层间受剪。

生产工艺

• 手糊成型技术：用不饱和聚酯、环氧树脂等室温固化的热固性树脂，将玻璃纤维及其织物等增强材料粘结在一起的一种无压或低压成型技术，主要工序是在涂有脱模剂的模具上，交替地刷或喷一层树脂胶液，然后铺一层纤维增强材料，如此重复操作，直至达到产品尺寸要求。
• 喷射成型技术：从手糊成型工艺发展而来，利用喷枪将玻璃纤维切断、喷散，使纤维和雾化的树脂胶液在空间混合后，喷射到模具上，然后用压辊压实，固化而得制品。
• 模压成型技术：将模压料预热、预成型后，装入已预热并涂有脱模剂的模具中，压制后脱模，经过修饰得到成品。
• 反应注塑成型技术：将液体树脂经过计量混合后注入模具中，在模具中发生化学变化并固化成一定形状的制品。
• 拉挤成型技术：将浸渍过树脂胶液的连续玻璃纤维束或布带，通过成型模具模塑成型，在模具中或加热炉中进行固化，在牵引机构拉力作用下，连续拉拔出无限长度的玻璃钢型材。

应用领域

• 建筑行业：用于结构加固补强、建筑模板、墙板、配筋混凝土、桥面板、路面等领域。
• 交通运输领域：在汽车上用于车身壳体、硬顶、天窗大灯反光板、前端支架、保险杠骨架、发动机气门罩盖、进气歧管等部件；高速列车机车车头、车内装修装饰件等也大多采用玻璃钢材料；在船艇方面，玻璃钢渔船、游艇、帆船等得到了广泛应用。
• 工业设备领域：可制作各类拉挤型材、格栅等，如门窗、格栅型材、梯子、电缆桥架等，还可用于制造管、罐制品，如玻璃钢 FW 工艺管、夹砂管、高压管等。