玻璃纖維增強(qiáng)塑料簡論匯編

科目復(fù)合材料院（系）材化學(xué)院專業(yè)無極非金屬材料工程姓名龐麗麗學(xué)號13461025指導(dǎo)教師張西玲二一六年五月十九日玻璃纖維增強(qiáng)塑料簡論龐麗麗學(xué)號13461925班級13無極非金屬材料1班摘要介紹玻璃纖維增強(qiáng)塑料的性能和優(yōu)缺點(diǎn)；討論玻璃纖維增強(qiáng)改性工程塑料的影響因素；及其應(yīng)用發(fā)展概況。關(guān)鍵詞玻璃纖維；增強(qiáng)塑料。SUMMARYINTRODUCESTHEPERFORMANCEOFGFRP,ADVANTAGESANDDISADVANTAGESDISCUSSIONTHEINFLUENCINGFACTORSOFGLASSFIBERREINFORCEDMODIFIEDENGINEERINGPLASTICSDEVELOPMENTSURVEYANDITSAPPLICATIONKEYWORDGLASSFIBERREINFORCEDPLASTICS1前言1玻璃纖維增強(qiáng)塑料（也稱玻璃鋼，國際公認(rèn)的縮寫符號為GFRP或FRP），是一種品種繁多，性能各別，用途廣泛的復(fù)合材料。它是由合成樹脂和玻璃纖維經(jīng)復(fù)合工藝，制作而成的一種功能型的新型材料。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，熱塑性塑料在汽車、電子、電器、通訊等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，而這些行業(yè)的發(fā)展又對塑料的綜合性能提出了新的要求。工程塑料自身具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，如密度小、加工性好、可回收再利用等，但也有一些不足之處，如強(qiáng)度不夠高、注塑后的成品收縮率較大、尺寸穩(wěn)定性較差、耐溫性不夠好等等。以適應(yīng)市場的需要，在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)會(huì)同時(shí)使用兩種或者多種改性手段，以提高材料性能和適用性，玻璃纖維作為塑料共混改性的一個(gè)組分，利用其優(yōu)異的增強(qiáng)效果來改善塑料的性能，同時(shí)也利于降低成本。本文將重點(diǎn)討論玻璃纖維增強(qiáng)塑料的主要影響因素及工程塑料改性用玻纖的發(fā)展動(dòng)向。2性能2玻璃鋼材料具有重量輕，比強(qiáng)度高，耐腐蝕，電絕緣性能好，傳熱慢，熱絕緣性好，耐瞬時(shí)超高溫性能好，以及容易著色，能透過電磁波等特性。與常用的金屬材料相比，它還具有如下的特點(diǎn)A玻璃鋼材料是一種具有可設(shè)計(jì)性的材料品種。B玻璃鋼產(chǎn)品，制作成型時(shí)的一次性，更是區(qū)別于金屬材料的另一個(gè)顯著的特點(diǎn)。C玻璃鋼材料，還是一種節(jié)能型材料。采用機(jī)械的成型工藝方法，例如模壓、纏繞、注射、RTM、噴射、擠拉等成型方法，由于其成型溫度遠(yuǎn)低于金屬材料，及其他的非金屬材料，因此其成型能耗可以大幅度降低。3成型工藝3玻璃鋼制品的制作成型方法有很多種，它們的技術(shù)水平要求相差很大，其對原材料、模具、設(shè)備投資等的要求，也各不相同，當(dāng)然它們所生產(chǎn)產(chǎn)品的批量和質(zhì)量，也不會(huì)相同。目前，國內(nèi)外常用的玻璃鋼制作成型方法，有手糊成型工藝、噴射成型工藝、模壓成型工藝、模壓料成型工藝、纖維纏繞成型工藝、卷管成型工藝、袋壓成型工藝、樹脂澆鑄及注射成型工藝、RTM成型工藝、拉擠成型工藝、板材及管道連續(xù)成型工藝、增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑成型工藝、彈性體貯脂模塑成型工藝，以及膠接和連接技術(shù)、夾層結(jié)構(gòu)制作技術(shù)等。幾種常用的玻璃鋼的成型方法的特點(diǎn)如下A手糊制作方法設(shè)備投資低，產(chǎn)品形狀的限制因素少，適合小批量生產(chǎn)。它的生產(chǎn)條件是需要制作產(chǎn)品的模具，并掌握手糊工藝的技術(shù)要領(lǐng)。但是，這種制作方法所制成的產(chǎn)品，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，產(chǎn)品的質(zhì)量檔次不夠高，較難滿足某些產(chǎn)品的性能要求。B噴射成型方法一種借助于噴射機(jī)器的手工積層的方法。該方法具有效率高、成本低的特點(diǎn)，有逐步取代傳統(tǒng)的手糊工藝的趨勢。其產(chǎn)品的整體性強(qiáng)，沒有搭接縫，且制品的幾何尺寸基本上沒有受到限制，成型工藝不復(fù)雜，材料配方能保持一定的準(zhǔn)確性。其不足之處，在于制品的質(zhì)量在很大程度上，取決于操作工人的生產(chǎn)技能。另外，噴射所造成的污染，一般均大于其他的工藝方法。C纖維纏繞工藝方法將浸漬過樹脂的連續(xù)纖維，按一定的規(guī)律纏繞到芯模上，層疊至所需的厚度，固化后脫模，即成制品。該方法的特點(diǎn)，是可按產(chǎn)品承受應(yīng)力情況來設(shè)計(jì)纖維的纏繞規(guī)律，使之充分發(fā)揮纖維的抗拉強(qiáng)度，并且容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，產(chǎn)品質(zhì)量較為穩(wěn)定，若配用不同的樹脂基體和纖維的有機(jī)復(fù)合，則可獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。纖維纏繞工藝，可成功地應(yīng)用于制作玻璃鋼管道、貯罐、氣瓶、風(fēng)機(jī)葉片、撐高跳竿、電線竿、羽毛球拍等的制品。D模壓成型工藝和模塑料成型工藝其壓制工藝和設(shè)備條件基本相同，前者采用浸膠布作為模壓料，而后者采用片狀、團(tuán)狀、散狀的模壓料，首先將一定量的模壓料置于金屬對模中，而后在一定溫度和壓力下成型制得所需的玻璃鋼制品。這種生產(chǎn)成型方法，所制得的產(chǎn)品尺寸精確，表面光潔，可一次成型，生產(chǎn)效率較高，且產(chǎn)品質(zhì)量較為穩(wěn)定，適合于大批量制作各種小型玻璃鋼制品。其不足之處是模具的設(shè)計(jì)和制造較為復(fù)雜，生產(chǎn)初期的投資較高，且制件受設(shè)備的限制較為突出。E拉擠成型方法在牽引裝置牽引下，使浸漬樹脂的纖維增強(qiáng)材料，先在模具中預(yù)成型，并經(jīng)加熱使之固化成型，制成玻璃鋼型材，最后切割成所需長度的玻璃鋼制品。該種成型工藝方法，具有以下明顯的特點(diǎn)首先它可以制作幾何形狀復(fù)雜的制品，尤其對于特小型或特大型制品，該工藝方法具有其他方法所無法比擬的優(yōu)越性；其次只要經(jīng)過合理的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)，某些高性能復(fù)合材料的制作，在拉擠工藝中就可得以實(shí)現(xiàn)；另外，拉擠工藝方法，尤其適合于開發(fā)制作各種熱塑性玻璃鋼制品；加之由于拉擠速度日趨加快，因此拉擠工藝的生產(chǎn)效率很高，作為連續(xù)生產(chǎn)的先進(jìn)方法之一，為實(shí)現(xiàn)玻璃鋼的工業(yè)化生產(chǎn)開辟了一條有效的途徑。但是也必須指出，建立拉擠生產(chǎn)工藝方法的要求比較高，例如其設(shè)備投資較大，模具設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，工藝條件的控制及對原材料的性能要求較為嚴(yán)格，這些都是建立拉擠成型工藝的困難之處。4玻璃纖維的拉伸性能測試4玻璃纖維的拉伸性能測試有兩種方法單絲拉伸，絲束拉伸。前者得到的結(jié)果離散性很大。這與單絲中的缺陷有關(guān)試樣越長、單絲直徑越大，則存在缺陷的幾率越大，測出的數(shù)據(jù)越小，已有大量的試驗(yàn)研究表明，玻璃纖維的單絲拉伸強(qiáng)度基本符合正態(tài)分布。玻璃纖維絲束的拉伸測試得到數(shù)據(jù)離散很小，更直觀的反應(yīng)了玻璃纖維作為增強(qiáng)相在FRP材料中所做的貢獻(xiàn)，其結(jié)果對實(shí)際工程更有利用價(jià)值。5玻纖增強(qiáng)塑料優(yōu)缺點(diǎn)251優(yōu)點(diǎn)A玻纖增強(qiáng)以后，玻纖是耐高溫材料，因此，增強(qiáng)塑料的耐熱溫度比不加玻纖以前提高很多，尤其是尼龍類塑料。B玻纖增強(qiáng)以后，由于玻纖的加入，限制了塑料的高分子鏈間的相互移動(dòng)，因此，增強(qiáng)塑料的收縮率下降很多，剛性也大大提高。C玻纖增強(qiáng)以后，增強(qiáng)塑料不會(huì)應(yīng)力開裂，同時(shí)，塑料的抗沖性能提高很多。D玻纖增強(qiáng)以后，玻纖是高強(qiáng)度材料，從而也大提了塑料的強(qiáng)度，如拉伸強(qiáng)度，壓縮強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度，提高很多。E玻纖增強(qiáng)以后，由于玻纖和其它助劑的加入，增強(qiáng)塑料的燃燒性能下降很多，大部分材料不能點(diǎn)燃，是一種阻燃材料。52缺點(diǎn)A玻纖增強(qiáng)以后，由于玻纖的加入，不加玻纖前是透明，都會(huì)變成不透明的。B玻纖增強(qiáng)以后，所有塑料的韌性降低，而脆性增加。C玻纖增強(qiáng)以后，由于玻纖的加入，所有材料的熔融粘度增大，流動(dòng)性變差，注塑壓力比不加玻纖的要增加很多。D玻纖增強(qiáng)以后，由于玻纖的加入，流動(dòng)性差，為了正常注塑，所有增強(qiáng)塑料的注塑溫度要比不加玻纖以前提高1030。E玻纖增強(qiáng)以后，由于玻纖和助劑的加入，增強(qiáng)塑料的吸濕性能大加強(qiáng)，原來純塑料不吸水的也會(huì)變得吸水，因此，注塑時(shí)都要進(jìn)烘干。F玻纖增強(qiáng)以后，在注塑過程中，玻纖能進(jìn)入塑料制品的表面，使得制品表面變得很粗糙，斑斑點(diǎn)點(diǎn)。為了取得較高的表面質(zhì)量，最好注塑時(shí)使用模溫機(jī)加熱模具，使得塑料高分子進(jìn)入制品表面，但不能達(dá)到純塑料的外觀質(zhì)量。G玻纖增強(qiáng)以后，玻纖是硬度很高的材料，助劑高溫?fù)]發(fā)后是腐蝕性很大的氣體，對注塑機(jī)的螺桿和注塑模具的磨損和腐蝕很大，因此，生產(chǎn)使用這類材料的模具和注塑機(jī)時(shí)，要注意設(shè)備的表面防腐處理和表面硬度處理。6玻璃纖維表面處理劑、玻璃纖維在樹脂中的分散性和長徑保留比、玻璃纖維含量等對玻璃纖維增強(qiáng)改性工程塑料的影響161玻璃纖維表面處理劑玻璃纖維與樹脂間的良好潤濕是獲得優(yōu)異增強(qiáng)效果的前提。無機(jī)的玻璃纖維與有機(jī)的樹脂之間通常較難良好潤濕，則需要借助于玻璃纖維表面處理劑，以提高玻璃纖維與樹脂的潤濕性、結(jié)合性、反應(yīng)性，搭建玻璃纖維與樹脂間的連接橋梁?？梢哉f，表面處理劑是決定玻璃纖維品質(zhì)的核心要素之一。62玻璃纖維在樹脂中的分散均勻性和長徑保留比玻璃纖維在樹脂中具有良好的分布均勻性和分散均勻性，對保證增強(qiáng)效果十分重要。對于同一種玻璃纖維，可以采用不同的螺桿組合，提高玻璃纖維在工程塑料中分布均勻性和分散均勻性。為了提高性能，可以采用合適的螺桿組合，并且選擇直徑更小的玻璃纖維，提高玻璃纖維長徑比，以達(dá)到更好的增強(qiáng)效果。63樹脂中的玻璃纖維含量由于玻璃纖維的模量高于基體樹脂的模量，所以在一定條件下，隨著樹脂中的玻璃纖維含量增高，復(fù)合材料的力學(xué)性能通常也會(huì)提高。但影響其結(jié)晶過程，玻璃纖維含量的增加降低了其結(jié)晶性能。此外，玻璃纖維的加入也顯著提高了LFT復(fù)合材料的耐熱性。同時(shí)也需要注意，玻璃纖維含量不宜過高，否則復(fù)合材料的力學(xué)性能、擠塑工藝、復(fù)合材料制品的外觀質(zhì)量等均會(huì)受到影響。7應(yīng)用及發(fā)展5、6對腐蝕環(huán)境中的普通鋼筋混凝土構(gòu)件,裂縫的存在將導(dǎo)致鋼筋的銹蝕,進(jìn)而使得結(jié)構(gòu)的耐久性能受到嚴(yán)重影響。玻璃纖維增強(qiáng)塑料筋GFRP筋具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn),用GFRP筋代替鋼筋,將改善腐蝕環(huán)境中普通混凝土構(gòu)件的耐久性,從而延長其使用壽命。主要應(yīng)用領(lǐng)域是汽車行業(yè)，一般用作非結(jié)構(gòu)零件，由于復(fù)合材料中纖維賦予制品良好的熱力學(xué)性能。還適用于制造靠近熱源的器件，另外在電氣電子和家用器具方面也應(yīng)用較廣，其玻璃纖維含量為左右。由于各種纖維分布均勻、制成品壓均勻、無孔隙，力學(xué)性能穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于汽車制造行業(yè)，復(fù)合纖維還可制成型材，具有良好的外觀和韌性，使用壽命長且易加工，常見制品為工具手柄、圍欄、窗框等，此外在船舶、建材、電子器件等領(lǐng)域也被成功地應(yīng)用。8結(jié)語玻璃纖維種類、纖維直徑、纖維斷面形貌、表面處理劑以及玻璃纖維最終的形態(tài)等，都可能影響最終的使用工藝性及增強(qiáng)效果?；谏鲜鲈颍糜谒芰显鰪?qiáng)改性的玻璃纖維在近幾年得到了快速的發(fā)展，在數(shù)量與品種上具有明顯的增長態(tài)勢。為充分發(fā)揮玻璃纖維的增強(qiáng)效果，一些國際大公司和外資企業(yè)不僅要求不同的樹脂采用不同的玻璃纖維產(chǎn)品，而且同類樹脂的粘度不同或用途不同，都要求有專門的玻璃纖維產(chǎn)品與之對應(yīng)，這對工程塑料用玻璃纖維的開發(fā)提出了較高的要求。由于各種纖維分布均勻、制成品壓均勻、無孔隙，力學(xué)性能穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。參考資料1任玉華,梁珊,曾慶文,等工程塑