玻璃纖維增強(qiáng)塑料簡(jiǎn)論

1、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(hào)： 1 3 4 6 1 0 2 5 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(jiǎn)論龐麗麗 學(xué)號(hào)：13461925 班級(jí):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。 Summary: Introduces the performance of GFRP, advantages and disadvantages. Discussion the infl

2、uencing factors of glass fiber reinforced modified engineering plastics. Development survey and its application.Keyword: Glass fiber. Reinforced plastics.1前言1玻璃纖維增強(qiáng)塑料（也稱玻璃鋼，國(guó)際公認(rèn)的縮寫符號(hào)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(duì)

3、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(chǎng)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

4、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(duì)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(guó)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

5、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(shì)。

6、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

7、、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(duì)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(zhǎng)

8、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(duì)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(duì)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

9、。4玻璃纖維的拉伸性能測(cè)試4玻璃纖維的拉伸性能測(cè)試有兩種方法：?jiǎn)谓z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(zhǎng)、單絲直徑越大，則存在缺陷的幾率越大，測(cè)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(cè)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(duì)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)25.1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

10、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。5.2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

11、有增強(qiáng)塑料的注塑溫度要比不加玻纖以前提高10-30。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(duì)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

12、在樹脂中的分散性和長(zhǎng)徑保留比、玻璃纖維含量等對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)改性工程塑料的影響16.1玻璃纖維表面處理劑玻璃纖維與樹脂間的良好潤(rùn)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(rùn)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(rùn)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。6.2玻璃纖維在樹脂中的分散均勻性和長(zhǎng)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(duì)保證增強(qiáng)效果十分重要。對(duì)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

13、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(zhǎng)徑比，以達(dá)到更好的增強(qiáng)效果。6.3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(duì)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

14、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(zhǎng)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(zhǎng)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

15、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(zhǎng)態(tài)勢(shì)。為充分發(fā)揮玻璃纖維的增強(qiáng)效果，一些國(guó)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(duì)應(yīng)，這對(duì)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. 工程塑料增強(qiáng)改性用玻璃纖維及其發(fā)展動(dòng)向?J. 玻璃纖維, 2014(6):1-5.2T里舍, J魏卡德, T費(fèi)勒,等.