玻璃纖維增強塑料簡論匯編

科目復合材料院（系）材化學院專業(yè)無極非金屬材料工程姓名龐麗麗學號13461025指導教師張西玲二一六年五月十九日玻璃纖維增強塑料簡論龐麗麗學號13461925班級13無極非金屬材料1班摘要介紹玻璃纖維增強塑料的性能和優(yōu)缺點；討論玻璃纖維增強改性工程塑料的影響因素；及其應用發(fā)展概況。關鍵詞玻璃纖維；增強塑料。SUMMARYINTRODUCESTHEPERFORMANCEOFGFRP,ADVANTAGESANDDISADVANTAGESDISCUSSIONTHEINFLUENCINGFACTORSOFGLASSFIBERREINFORCEDMODIFIEDENGINEERINGPLASTICSDEVELOPMENTSURVEYANDITSAPPLICATIONKEYWORDGLASSFIBERREINFORCEDPLASTICS1前言1玻璃纖維增強塑料（也稱玻璃鋼，國際公認的縮寫符號為GFRP或FRP），是一種品種繁多，性能各別，用途廣泛的復合材料。它是由合成樹脂和玻璃纖維經(jīng)復合工藝，制作而成的一種功能型的新型材料。隨著人們環(huán)保意識的增強，熱塑性塑料在汽車、電子、電器、通訊等行業(yè)得到廣泛的應用，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，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。以適應市場的需要，在實際應用中，有時會同時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組分，利用其優(yōu)異的增強效果來改善塑料的性能，同時也利于降低成本。本文將重點討論玻璃纖維增強塑料的主要影響因素及工程塑料改性用玻纖的發(fā)展動向。2性能2玻璃鋼材料具有重量輕，比強度高，耐腐蝕，電絕緣性能好，傳熱慢，熱絕緣性好，耐瞬時超高溫性能好，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A玻璃鋼材料是一種具有可設計性的材料品種。B玻璃鋼產(chǎn)品，制作成型時的一次性，更是區(qū)別于金屬材料的另一個顯著的特點。C玻璃鋼材料，還是一種節(jié)能型材料。采用機械的成型工藝方法，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，它們的技術水平要求相差很大，其對原材料、模具、設備投資等的要求，也各不相同，當然它們所生產(chǎn)產(chǎn)品的批量和質(zhì)量，也不會相同。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、增強反應注射模塑成型工藝、彈性體貯脂模塑成型工藝，以及膠接和連接技術、夾層結構制作技術等。幾種常用的玻璃鋼的成型方法的特點如下A手糊制作方法設備投資低，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要領。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器的手工積層的方法。該方法具有效率高、成本低的特點，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，沒有搭接縫，且制品的幾何尺寸基本上沒有受到限制，成型工藝不復雜，材料配方能保持一定的準確性。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，是可按產(chǎn)品承受應力情況來設計纖維的纏繞規(guī)律，使之充分發(fā)揮纖維的抗拉強度，并且容易實現(xiàn)機械化和自動化，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復合，則可獲得最佳的技術經(jīng)濟效果。纖維纏繞工藝，可成功地應用于制作玻璃鋼管道、貯罐、氣瓶、風機葉片、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計和制造較為復雜，生產(chǎn)初期的投資較高，且制件受設備的限制較為突出。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材料，先在模具中預成型，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首先它可以制作幾何形狀復雜的制品，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)品設計、工藝設計，某些高性能復合材料的制作，在拉擠工藝中就可得以實現(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)的先進方法之一，為實現(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，例如其設備投資較大，模具設計較為復雜，工藝條件的控制及對原材料的性能要求較為嚴格，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。前者得到的結果離散性很大。這與單絲中的缺陷有關試樣越長、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，已有大量的試驗研究表明，玻璃纖維的單絲拉伸強度基本符合正態(tài)分布。玻璃纖維絲束的拉伸測試得到數(shù)據(jù)離散很小，更直觀的反應了玻璃纖維作為增強相在FRP材料中所做的貢獻，其結果對實際工程更有利用價值。5玻纖增強塑料優(yōu)缺點251優(yōu)點A玻纖增強以后，玻纖是耐高溫材料，因此，增強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，因此，增強塑料的收縮率下降很多，剛性也大大提高。C玻纖增強以后，增強塑料不會應力開裂，同時，塑料的抗沖性能提高很多。D玻纖增強以后，玻纖是高強度材料，從而也大提了塑料的強度，如拉伸強度，壓縮強度，彎曲強度，提高很多。E玻纖增強以后，由于玻纖和其它助劑的加入，增強塑料的燃燒性能下降很多，大部分材料不能點燃，是一種阻燃材料。52缺點A玻纖增強以后，由于玻纖的加入，不加玻纖前是透明，都會變成不透明的。B玻纖增強以后，所有塑料的韌性降低，而脆性增加。C玻纖增強以后，由于玻纖的加入，所有材料的熔融粘度增大，流動性變差，注塑壓力比不加玻纖的要增加很多。D玻纖增強以后，由于玻纖的加入，流動性差，為了正常注塑，所有增強塑料的注塑溫度要比不加玻纖以前提高1030。E玻纖增強以后，由于玻纖和助劑的加入，增強塑料的吸濕性能大加強，原來純塑料不吸水的也會變得吸水，因此，注塑時都要進烘干。F玻纖增強以后，在注塑過程中，玻纖能進入塑料制品的表面，使得制品表面變得很粗糙，斑斑點點。為了取得較高的表面質(zhì)量，最好注塑時使用模溫機加熱模具，使得塑料高分子進入制品表面，但不能達到純塑料的外觀質(zhì)量。G玻纖增強以后，玻纖是硬度很高的材料，助劑高溫揮發(fā)后是腐蝕性很大的氣體，對注塑機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時，要注意設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)異增強效果的前提。無機的玻璃纖維與有機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、結合性、反應性，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，以達到更好的增強效果。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，復合材料的力學性能通常也會提高。但影響其結晶過程，玻璃纖維含量的增加降低了其結晶性能。此外，玻璃纖維的加入也顯著提高了LFT復合材料的耐熱性。同時也需要注意，玻璃纖維含量不宜過高，否則復合材料的力學性能、擠塑工藝、復合材料制品的外觀質(zhì)量等均會受到影響。7應用及發(fā)展5、6對腐蝕環(huán)境中的普通鋼筋混凝土構件,裂縫的存在將導致鋼筋的銹蝕,進而使得結構的耐久性能受到嚴重影響。玻璃纖維增強塑料筋GFRP筋具有強度高、耐腐蝕性好、質(zhì)輕等優(yōu)點,用GFRP筋代替鋼筋,將改善腐蝕環(huán)境中普通混凝土構件的耐久性,從而延長其使用壽命。主要應用領域是汽車行業(yè)，一般用作非結構零件，由于復合材料中纖維賦予制品良好的熱力學性能。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，力學性能穩(wěn)定，被廣泛應用于汽車制造行業(yè)，復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、電子器件等領域也被成功地應用。8結語玻璃纖維種類、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效果。基于上述原因，用于塑料增強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，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，力學性能穩(wěn)定，被廣泛應用于各種領域。參考資料1任玉華,梁珊,曾慶文,等工程塑