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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。
玻璃钢雕塑金属模
金属模特别是钢模,一般用于尺寸小、批量大的模压产品。如制作玻璃钢平板时表面光洁的不锈钢板;制作型材时用角钢、槽钢。因为模压产品不仅要加压,还要加热。也有用于外形不复杂的大型产品。黄铜虽是常见金属,但因易受树脂辅助剂侵蚀,并会对树脂固化产生不利影响,除非在工作面已镀铬或其他金属的场合,否则不宜采用。金属模具的制造加工很困难、成本高。另有低熔点合金模其成分是:Z九93%、A14%、Cu3%、M合0.5%,当温度为50~80℃时,合金硬度(HB)为100左右。其流动性好,耐磨性差,适于制造形状复杂、花纹精细的塑料成型模腔,使用温度一般>80℃。另一种低熔点金属是58%铋,42%锡,熔点135℃。低熔点合金模的优点是制模周期短、工艺简单,可重复使用。
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。
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。
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