增強(qiáng)塑料

玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GRP)俗稱玻璃鋼，是聚合物復(fù)合材料的主要品種。 它比普通塑料具有更強(qiáng)的耐沖擊性;它質(zhì)輕、機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕 玻璃鋼學(xué)名玻璃纖維增強(qiáng)塑料。它是以玻璃纖維及其制品(玻璃布、帶、氈、紗等)作為增強(qiáng)材料，以合成樹脂作基體材料的一種復(fù)合 材料。 復(fù)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復(fù)合在一起，組成另一種能滿足人們要求的材料，即復(fù)合材料。例如，單一種玻璃纖維，雖然強(qiáng)度很高，但纖維間是松散的，只能承受拉力，不能承受彎曲、剪切和壓應(yīng)力，還不易做成固定的幾何形狀，是松軟體。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(jiān)硬制品，既能承受拉應(yīng)力，又可承受彎曲、壓縮和剪切應(yīng)力。這就組成了玻璃纖維增強(qiáng)的塑料基復(fù)合材料。由于其強(qiáng)度相當(dāng)于鋼材，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(gè)通俗易懂的名稱"玻璃鋼"， 這個(gè)名詞是由原國(guó)家建筑材料工業(yè)部部長(zhǎng)賴際發(fā)同志于!")# 年提出的， 由建材系統(tǒng)擴(kuò)至全國(guó)，還普遍地采用著。

由此可見(jiàn)，玻璃鋼的含義就是指玻璃纖維作增強(qiáng)材料、合成樹脂作粘結(jié)劑的增強(qiáng)塑料，國(guó)外稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料。

隨著我國(guó)玻璃鋼事業(yè)的發(fā)展，作為塑料基的增強(qiáng)材料，已由玻璃纖維擴(kuò)大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等，無(wú)疑地，這些新型纖維制成的增強(qiáng)塑料，是一些高性能的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，再用玻璃鋼這個(gè)俗稱就無(wú)法概括了。

考慮到歷史的由來(lái)和發(fā)展，通常采用玻璃鋼* 復(fù)合材料，這樣一個(gè)名稱就較全面了。

用途:玻璃鋼作為一種新型的工程材料，由于它具有一些比較突出的優(yōu)良性能，因此從尖端技術(shù)到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，都有廣闊的應(yīng)用前景，而且隨著生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的需要，玻璃鋼的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。第二次世界大戰(zhàn)期間，玻璃鋼主要用于制造各種軍需品和武器， 如玻璃鋼雷達(dá)罩、飛機(jī)油箱等少量軍需品。第二次世界大戰(zhàn)以后，玻璃鋼產(chǎn)品開始向民用方面發(fā)展，如玻璃鋼花盆、玻璃鋼游艇、汽車、浴盆等。 !"#$ 年以后，玻璃鋼在軍工方面的應(yīng)用又不斷上升，如軍用車輛、船艇、防彈裝備、飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、潛艇等軍需品上的部件。許多國(guó)家(如英、法、德、日本等)相繼在飛機(jī)、導(dǎo)彈、船舶、交通運(yùn)輸、建筑、石油化工、電工機(jī)械等方面廣泛地應(yīng)用了玻璃鋼制品。

1.1 機(jī)械加工法

1.1.1 試樣的取位區(qū)，應(yīng)距板材邊緣(已切除工藝毛邊)20~30mm。若取位區(qū)有氣泡、分層、樹脂淤積、皺褶、翹曲、錯(cuò)誤鋪層等缺陷，

則應(yīng)避開。

1.1.2 若對(duì)取位區(qū)有特殊要求或需從產(chǎn)品中取樣時(shí)，則按有關(guān)技術(shù)要求確定，并在試驗(yàn)報(bào)告中注明。

1.1.3 纖維增強(qiáng)塑料一般為各向異性材料，故應(yīng)按各向異性材料的兩個(gè)主方向或預(yù)先規(guī) 定的方向(例如板的縱向和橫向)切割試樣，相符。

且應(yīng)嚴(yán)格地保證纖維方向和鋪層方向與試驗(yàn)要求

1.1.4 纖維增強(qiáng)塑料試樣應(yīng)采用硬質(zhì)合金刃具或砂輪片等加工。加工時(shí)要防止試樣產(chǎn)生分層、刻痕和局部擠壓等機(jī)械損傷。

1.1.5 加工試樣時(shí)，可采用水冷卻(禁止用油)。但加工后，應(yīng)在適宜的條件下對(duì)試樣及時(shí)進(jìn)行干燥處理。

1.1.6 對(duì)試樣的成型表面盡量不要加工。當(dāng)需要加工時(shí)，一般應(yīng)單面加工，并在試驗(yàn)報(bào)告中注明。

1.2 模塑法

模塑成型的試樣按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行制備。在試驗(yàn)報(bào)告中注明制備試樣的工 藝條件及成型時(shí)受壓的方向。

2.1 試驗(yàn)前，試樣需經(jīng)外觀檢查，如有缺陷和不符合尺寸及制備要求者，應(yīng)予作廢。

2.2 對(duì)所測(cè)材料的性能每組試樣應(yīng)多于5個(gè)。保證同批有5個(gè)有效試樣。

3.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件

溫度:23±2℃;

相對(duì)濕度:50±5%。

3.2 試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)

3.2.1 試驗(yàn)前，試樣在試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下至少放置24h。

3.2.2 若不具備試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件，試驗(yàn)前，試樣可在干燥器內(nèi)至少放置24h。

3.2.3 特殊狀態(tài)調(diào)節(jié)條件按需要而定。

4.1 試樣尺寸小于和等于10mm的，精確到0.02mm;大于10mm的，精確到0.05mm。

4.2 試樣共他量的測(cè)量精度應(yīng)按有關(guān)試驗(yàn)方法中的規(guī)定。

5.1 力學(xué)性能用試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)符合以下要求:

5.1.1 試驗(yàn)機(jī)載荷相對(duì)誤差不得超過(guò)±1%。

5.1.2 機(jī)械式和油壓式試驗(yàn)機(jī)使用噸位的選擇應(yīng)使試樣施加載荷落在滿載的10~90%范圍內(nèi)(盡量落在滿載的一邊)，且不得小于試驗(yàn)機(jī)最

大噸位的4%。

5.1.3 電子拉力試驗(yàn)機(jī)和伺服液壓式試驗(yàn)機(jī)使用噸位的選擇應(yīng)參照該機(jī)的說(shuō)明書。

5.1.4 測(cè)量變形的儀器儀表相對(duì)誤差差均不得超過(guò)±1%。

5.2 物理性能用試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

5.3 試驗(yàn)設(shè)備定期經(jīng)國(guó)家計(jì)量部門進(jìn)行檢定。

6.1 每個(gè)試樣的性能值:X1，X2，…，Xn。必要時(shí)，應(yīng)說(shuō)明每個(gè)試樣的破壞情況。

6.2 算術(shù)平均值X計(jì)算到三位有效數(shù)字。

……………………………………………(1)

式中:Xi--每個(gè)試樣的性能值;

n--試樣數(shù)。

6.3 標(biāo)準(zhǔn)差S計(jì)算到二位有效數(shù)字。

……………………………………………(2)

式中符號(hào)同式(1)

6.4 離散系數(shù)Cv計(jì)算到二位有效數(shù)字。

………………………………………(3)

式中符號(hào)同式(1)、(2)。

6.5 平均值的置信區(qū)間。

試驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容包括以下各項(xiàng)全部或部分:

a.試驗(yàn)項(xiàng)目名稱;

b.試樣來(lái)源及制備情況，材料品種及規(guī)格;

c.試樣編號(hào)、形狀、尺寸、外觀質(zhì)量及數(shù)量;

d.試驗(yàn)溫度、相對(duì)濕度及試樣狀態(tài)調(diào)節(jié);

e.試驗(yàn)設(shè)備及儀器儀表的型號(hào)、量程及使用情況等;

f.試驗(yàn)結(jié)果:

給出每個(gè)試樣的性能值(必要時(shí)，給出每個(gè)試樣的破壞情況)、算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及離散系數(shù)。

若有要求，可按ISO 2602-1980《試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析--平均值的估算--置信區(qū)間》給出一定置信度的平均值置信區(qū)間;

g.試驗(yàn)人員、日期及其他。

增強(qiáng)塑料采用的熱固性樹脂有:不飽和聚酯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂 、醇酸樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂;采用的熱塑性樹脂有:聚酰胺、氟樹脂、聚碳酸酯、聚砜、丙烯酸類樹脂(丙烯酸或甲基丙烯酸及其酯類的聚合物)、聚甲醛、ABS樹脂、聚乙烯和聚丙烯等。所用增強(qiáng)材料有金屬材料、非金屬材料和高分子材料，三者均以纖維狀材料為主。常用的增強(qiáng)纖維有玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維、硼纖維和芳香族聚酰胺纖維。增強(qiáng)材料具有較高的強(qiáng)度和模量。樹脂具有許多固有的優(yōu)良物理、化學(xué)(耐腐蝕、絕緣、耐輻照、耐瞬時(shí)高溫?zé)g等)和加工性能。樹脂與增強(qiáng)材料復(fù)合后，增強(qiáng)材料可以起到增進(jìn)樹脂的力學(xué)或其他性能，而樹脂對(duì)增強(qiáng)材料可以起到粘合和傳遞載荷的作用，使增強(qiáng)塑料具有優(yōu)良性能(見(jiàn)表)。

增強(qiáng)塑料

偶聯(lián)劑 為了提高樹脂與增強(qiáng)材料的粘接能力，有些增強(qiáng)材料在使用前需用偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理。不同樹脂和增強(qiáng)材料選用不同的偶聯(lián)劑。以玻璃纖維為例，所用偶聯(lián)劑主要有鉻絡(luò)合物和硅烷兩類。常用的鉻絡(luò)合物為甲基丙烯酸氯化鉻絡(luò)合物(又稱沃蘭)，它的一端與含硅烷醇基的玻璃纖維(玻璃)作用，即:

另一端可與環(huán)氧樹脂、聚酯和酚醛樹脂等反應(yīng)，從而起粘接樹脂和玻璃纖維的作用。乙烯基三乙氧基硅烷也是常用的硅烷偶聯(lián)劑，它與玻璃纖維的作用同沃蘭類似。

成型方法 按成型壓力低于或高于7MPa可分為低壓法和高壓法;按工藝特點(diǎn)則可分為手糊成型、層壓成型、模壓成型、注射成型和纏繞成型等。手糊成型又稱接觸成型，即先在表面涂有脫膜劑的模具上，噴涂一層樹脂，然后鋪上一層增強(qiáng)材料，每鋪一層排除氣泡一次，直至所需厚度，即進(jìn)行固化處理，然后脫模整修。這種成型方法的優(yōu)點(diǎn)是可以用于制造大型制品，設(shè)備及操作簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低，制品精確度較差。纏繞成型主要用于貯罐、大型管道和耐壓容器等的制造。工藝過(guò)程是將浸有樹脂的纖維(或織物)有規(guī)則地纏繞在相當(dāng)于制品外形的芯?；騼?nèi)襯上，然后加熱固化成型。根據(jù)制法和用途的不同，芯模分為不可卸式金屬芯模、可卸式金屬芯模、可敲碎式芯模(用石膏、石英砂、石蠟或陶土制成)、橡皮袋芯模(用壓縮空氣吹脹的橡皮袋)和組合芯模(金屬-橡膠、金屬-石膏等)。凡用芯模作為內(nèi)襯以提高制品強(qiáng)度或氣密性的，可以采用不可卸式芯模。

組分中含有高強(qiáng)度纖維等增強(qiáng)材料，使某些力學(xué)性能比原樹脂有較大提高的塑料。也是一種高分子復(fù)合材料。隨所用樹脂不同而有熱塑性增強(qiáng)塑料和熱固性增強(qiáng)塑料。所用增強(qiáng)材料多為玻璃纖維、碳纖維、聚芳酰胺纖維，也可用石棉纖維、陶瓷纖維和棉纖維等。增強(qiáng)塑料不僅保留了原樹脂的優(yōu)良特性，而且力學(xué)性能大為提高?？捎米麟娊^緣材料、裝飾材料以及用于機(jī)械、汽車和宇航等方面。

增強(qiáng)塑料的分類

1.按增強(qiáng)材料的外形分為:

1)粒狀增強(qiáng)塑料:如鈣塑塑料。

2)纖維增強(qiáng)塑料:如玻璃纖維或玻璃布增強(qiáng)塑料。

3)片狀增強(qiáng)塑料:如云母增強(qiáng)塑料。

2.按增強(qiáng)材料的材質(zhì)分為:

1)布基、石棉增強(qiáng)塑料:如碎布增強(qiáng)塑料。

2)無(wú)機(jī)礦物填充塑料:如石英、云母填充塑料。

3)玻纖增強(qiáng)塑料:如預(yù)浸漬料。

4)SMC、BMC等特種纖維增強(qiáng)塑料:如碳纖維、凱芙拉纖維增強(qiáng)塑料。

5)金屬纖維增強(qiáng)塑料:如鋼絲增強(qiáng)塑料。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于纖維增強(qiáng)塑料的力學(xué)和物理性能的測(cè)定。

增強(qiáng)塑料原料在外形上可分為粒狀(如鈣塑增強(qiáng)塑料)、纖維狀(如玻璃纖維或玻璃布增強(qiáng)塑料)、片狀(如云母增強(qiáng)塑料)三種。按材質(zhì)可分為布基增強(qiáng)塑料(如碎布增強(qiáng)或石棉增強(qiáng)塑料)、無(wú)機(jī)礦物填充塑料(如石英或云母填充塑料)、纖維增強(qiáng)塑料(如碳纖維增強(qiáng)塑料)三種。