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玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料。
以合成树脂作基体材料的一种复合材料。复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求,需要由两种或两种以上的材料复合在一起,组成另一种能满足人们要求的材料,即复合材料。例如,单一种玻璃纤维,虽然强度很高,但纤维间是松散的,只能承受拉力,不能承受弯曲、剪切和压应力,还不易做成固定的几何形状,是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起,可以做成各种具有固定形状的坚硬制品,既能承受拉应力,又可承受弯曲、压缩和剪切应力。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材,又含有玻璃组分,也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能,象玻璃那样,历史上形成了这个通俗易懂的名称“玻璃钢”,这个名词是由原国家建筑材料工业部部长赖际发同志于1958 年提出的,由建材系统扩至全国,玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑料,国外称玻璃纤维增强塑料。随着我国玻璃钢事业的发展,作为塑料基的增强材料,已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等,无疑地,这些新型纤维制成的增强塑料,是一些的纤维增强复合材料,再用玻璃钢这个俗称就无法概括了。考虑到历史的由来和发展,通常采用玻璃钢复合材料,这样一个名称就较全面了。
玻璃具有硬而易碎,具有很好的透明性以及耐高温、耐腐蚀等性能;同时钢铁很硬并且不易碎,也具有耐高温的特点。于是人们开始想,如果能制造一种既具有玻璃的硬度、耐高温、抗腐蚀的性质,又具有钢铁一样坚硬不碎的特点,那这种材料一定会大有用途。
经过研究试验,终于制出了这样一种复合材料。它,就是能与钢铁比肩而立的玻璃钢。
我们先来看一个试验,了解了解它的性能优良与否。
在一个群山环抱、绿树成荫的山谷里,一次试验正在进行。远在二百米以外的掩体后的人们,眼睛都盯着山谷中央放着的一个氧气瓶。空气压缩机有节奏地转动着,通过合金钢管道向那氧气瓶不断地充气。压力表上的指针牵动着每个人的心。读数从100—200—400—500渐渐上升,直到700公斤1平方厘米时,只听得一声震天巨响,氧气瓶爆炸了!周围的人们欢呼着跳起来:“成功了!”
氧气瓶是一种耐高压容器。它所承受的工作压力是150公斤/平方厘米。为了使用安全,制造时要求它能忍受三倍的工作压力,即450公斤/平方厘米。不爆裂,才算合格。上面试验的氧气瓶,远远超出了设计要求。这是用什么钢材制成的呢?是玻璃钢,更为确切的说,是玻璃与塑料复合在一起制成的。
玻璃是硬而脆的材料,一摔就碎,这带有玻璃名的玻璃钢经得起摔吗?于是又进行了新的试验。
将另一只玻璃钢氧气瓶充气到150公斤/平方厘米,然后从山顶上滚下山谷。它与嶙峋的岩石碰撞着,一直滚到谷底仍然没有爆裂。玻璃钢氧气瓶经过了质量鉴定考试。
一般玻璃的耐拉强度只有普通钢材的八分之一。把玻璃融化,拉成只有头发直径的十几分之一那么细的玻璃纤维,原来又硬又易碎的玻璃就变成了又软又耐拉的玻璃纤维,其耐拉强度可增加十几倍。
大家都知道,水泥块耐压,钢材耐拉。用钢材作筋骨,水泥砂石作肌肉,让它们凝为一体,互相取长补短,变得坚强无比——这就是钢筋混凝土。
同样,如我们用玻璃纤维作筋骨,用合成树脂(酚醛塑料、环氧树脂及聚酯树脂)作肌肉,让它们凝为一体,制成的材料,其抗拉强度可与钢材相媲美—因此得名叫玻璃钢。
玻璃钢雕塑石膏模
石膏模特点是耐热、、导热系数小、复印性好。一般用于制作母模。制造方便,适于大型制品。但是不,怕冲击,干燥慢。多用于单一产品以及线型复杂的产品,如浮雕、中小型尺寸圆雕等。所用的石膏多为半水石膏即熟石膏。与水泥模一样,可用砖头、木材做骨架基础,再覆以石膏层造型。为了提高刚度,防止裂纹,可在石膏中加入足够的填料,如加入石英,可减少收缩和裂纹,加入水泥(石膏:水泥=7:3)增加强度。也有人提出用石膏加入适量乳胶,用水稀释来制模,强度好,不起粉等。
石膏模可用作低熔点合金模的母模,在热态下浇铸合金。用石膏母模翻制石膏铸型(子模)时,母模表面要涂以分离剂,如钾皂溶液、变压器油、食用油、20%硬脂酸十80%煤油,或汽油十凡士林等。石膏模可用带水笔蘸取石膏粉进行修补。石膏模烘干工艺是:(60~120)℃/(4~5)L,自然冷却后用金相砂纸轻轻抛光,然后再以(100~150)℃/(8~10)L,(200~230)℃/(20~24)L烘干。
玻璃钢的优点
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,而比强度可以与合金钢相比。因此,在航空、火箭、宇宙、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中,都具有成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。部分材料的密度、强度和比强度见表1-1。
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。已应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。
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。但可以选择耐高温树脂,使长期工作温度在200~300℃是可能的。
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。
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,主要的是在产品设计时,尽量避免使层间受剪。
生产方法:
基本上分两大类,即湿法接触型和干法加压成型。如按工艺特点来分,有手糊成型、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。
世界上使用多的成型方法有以下四种。①手糊法:主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等。
②喷射法:主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。
③模压法:主要使用国家有德国等。
④RTM法(树脂传递模塑):主要使用国家有欧美各国、日本。
还有:纤维缠绕成型法 拉挤成型法 和 热压灌成型法 等等
我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的,其他有模压法、缠绕法、层压法等。日本的手糊法仍占50%。从来看,手糊法仍占相当比重,说明它仍有生命力。手糊法的特点是用湿态树脂成型,设备简单,费用少,一次能糊10m以上的整体产品。缺点是机械化程度低,生产周期长,质量不稳定,我国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备,随着FRP工业的发展,新的工艺方法将会不断出现。
制作流程:
1、是裁料。一般所用工具是电剪刀,它可裁2mm以下的薄板,但裁出后平整程度不好。还有裁板机,厚板、薄板均可裁出,但只能裁直线,遇到弧线就无能为力了。要让不锈钢板料裁下既平整又多种形状的话,就要用等离子切割机了。等离子切割机能利用高等离子去切割用普通氧气切割法难以切割的金属。由于将电流和气体通入用水冷却的特种喷嘴内,造成强烈的压缩电弧而形成温度(一万度以上)等离子流,所以切割出来的不锈钢板料即整齐又不变形。注意,下料时手一定要稳,否则就会把料割坏。材料切割完毕后,就要根据作品所要求的形体进行刨制。不要让板面留有硬伤,以免在作品抛光后留下缺憾。
2、 是制作碳钢板雕塑、不锈钢板雕塑的一种方法。碳钢板、不锈钢板不拿到模具上实打实地去敲,而是根据石膏模型每个部分不同的形状把料下出,依照其起伏变化,进行有意识地敲打,该弯的地方敲弯,该棱的地方敲棱,可在任何有形的结实的物体上进行敲打,然后把敲好的不锈钢板拿到模具上去比较,认为形体正确并完全可以与模型合上,再把这些零散的碳钢板、不锈钢板从上至下一块块焊接起来,每接上一块都要对着模具进行调整,每块不锈钢板表面的肌理效果都要保持相同,这须在做形的同时锻制上去。也可以先把点锻好再下料。锻点时要用铁锤的圆头均匀地有规律地一排排锻上,宽窄距离、用力大小都要一致,不要知乱敲,否则会破坏雕塑的整体感。
3、 形体锻造正确后,就要依照作品要求把它们焊接到一起(有电焊和氩弧焊)。电焊要准备电焊机、焊把、焊条。由于焊接时产生高度的光,对眼睛有强刺激,所以要戴好防护罩,避免被强光打伤。用电焊焊接,不锈钢板遇热变形程度较大,因此要采取一些措施,如可行点焊或一边焊一边进行冷却等。氩弧焊接相对电焊就要一些,它是一种气保护电弧焊接法,用氩气保护连接处受电弧熔化的金属,避免空气中的氧和氮的有害作用。氩弧焊按所用电极材料不同,又可分为有熔化极氩弧焊和非熔化极弧焊或钨极氩弧焊,在不锈钢雕塑焊接中,常用钨极氩弧焊,可得到优良焊接质量。由于它不易导热,所以不锈钢变形较上。
4、 碳钢板、不锈钢抛光用砂轮片把制作作品的焊缝和多余的地方磨平,然后用软轮(布轮)进行抛制,抛光时作品涂上抛光膏增加润滑,使作品抛出来更光亮,从而给人一种良好的视觉美感。
5、 较大型的造型简易的不锈钢雕塑,也可不用焊接。可根据作品的形体比例直接做好钢筋骨架,用电钻在设计好的位置上打眼,把不锈钢板用铆钉固定在骨架上就可以了。这种方法要求骨架比例尺寸计算得非常准确,接缝要对的很准,否则就会产生差异,达不到预期的效果。
电影界用来做道具,既方便快捷,又省成本.可以仿制很多种材料效果.受到人们的欢迎.化工厂也采用酚醛树脂 的玻璃钢代替不锈钢做各种耐腐蚀设备,大大延长了设备寿命。玻璃钢无磁性,不阻挡电磁波通过。用它来做导弹的雷达罩,就好比给导弹戴上了一副防护眼镜,既不阻挡雷达的“视线”,又起到防护作用 。许多导弹和地面雷达站的雷达罩都是玻璃钢制造的。进入21世纪,根据玻璃钢的良好的透波性,这个方面的性能,随着手机通讯的广泛流行,玻璃钢广泛被应用于制造2G和3G天线外罩,玻璃钢以其良好的可成形性能,外观的可美化性,起到了很好的小区美化作用,这方面的产品有方柱线罩,仿真石,野外应用的美化树等玻璃钢还为提高体育运动的水乎立下了汗马功劳。自从有撑竿跳高这项运动以来,运动员使用木制撑竿创造的高纪录是3.05米。后来使 用了竹竿。到一九四二年,把纪录提高到了4.77米。竹竿的优点是轻而富有弹性,欠缺之处是下端粗而上端细,再要提高记录有很大困难 ,于是人们又用铝合金竿代替竹竿,它虽然轻而牢固,但弹性不足。这样,从一九四二年到一九五七年,十五年时间,撑竿跳高的高纪录仅仅提高了1厘米。但自从新的玻璃钢撑竿出现以后,由于它轻而富于弹性,纪录飞速上升,如今的撑杆跳高纪录已经超过了6米大关。在今天,玻璃钢也被大量应用在人们的生活方面,人们亲切地把它叫“玻璃钢”,由于它的某些特殊品种仍能保留许多玻璃的优点,如透明性 ,于是人们用它作为窗户玻璃,既能遮挡阳光中的紫外线,又能使居室明亮。人们还把它用来制作各种坚固的生活日常用品。如浴具、厨房用具、梳洗用具等。