玻璃鋼材料特點

常用樹脂分為熱固性、熱塑性兩種。熱固性樹脂目前用的較多的有酚醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、聚氨酯樹脂等；熱塑性樹脂有聚氯乙烯、聚丙烯等。 通常在各種樹脂中通常還需要加入各種添加劑以達到提高其使用性能和加工性能的目的。各種添加劑有：填料、顏料、穩定劑、增塑劑等，另外還有引發劑、促進劑、交聯劑等。引發劑和促進劑合稱固化劑，以控制樹脂的固化速度（固化速度過快或過慢都可能造成制品缺陷），固化劑還能夠起到使固化趨于完全，穩定制品質量的作用。交聯劑能使樹脂固化后形成體型網狀結構，以改善樹脂性能并能調節樹脂溶液的粘度，起稀釋作用，使樹脂更易于浸潤玻璃纖維。耐腐蝕、耐老化、不生銹、防水、密封效果好。樹脂成分具有良好的耐腐蝕性能，在酸堿、有機溶劑、海水等介質中性能穩定，其耐腐蝕性能超過了不銹鋼。 吸振、隔音、隔熱。由于玻璃纖維與基體界面之間具有吸振的能力，其振動阻力高，減振效果好，抗沖擊力強，電絕緣性能優良抗磁電性能強。玻璃鋼不受電磁作用影響，它不反射電磁波，微波透過性好。
    玻璃纖維增強熱塑性復合材料根據纖維增強方式的不同，分為短玻纖（ＳＦＴ）、長玻纖（ＬＦＴ）和玻璃纖維氈（ＧＭＴ）增強三種類型。 ＳＦＴ是目前應用玻璃纖維增強熱塑性復合材料， 但其材料性能不高。ＳＦＴ常用的基體塑料有聚酰胺、聚丙烯，聚碳酸酯、聚乙烯等，在汽車中多使用聚丙烯和聚酰胺，近年來又擴展到ＡＢS、熱塑性聚酯（ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＴＴ）等。ＳＦＴ中的玻璃纖維含量為３０％左右。材料中的纖維能賦予制品良好的熱力學性能，因而適用制作靠近熱源的器件，主要用作非結構零部件。 ＬＦＴ的基體塑料主要為聚丙烯 目前占（７０％以上），還有聚酰胺、ＰＢＴ、聚氨酯等。ＬＦＴ的玻璃纖維長度控制在４ｍｍ以上，其玻璃纖維較長，可以提高制品的力學性能，特別是能夠顯著提高沖擊強度。剛度與質量比高，變形??；韌性高；抗蠕變性能好，尺寸穩定；耐疲勞性能優良；其成形性能好，可采用注塑和其他成型方法 （而ＧＭT只能采用壓塑）；其模塑成型性能比ＳＦＴ好。 目前在歐洲，ＬＦT已成為前端托架、車門部件、儀表盤支架、車地防護件及其他結構間的標準材料。 ＧＭＴ是連續纖維或者長纖維氈增強熱塑性復合材料。ＧＭＴ所用基體塑料主要是聚丙烯，其他還有聚酰胺、聚乙烯等。ＧＭＴ中玻璃纖維含量一般為２０％－４５％。ＧＭＴ具有質量輕、比強度高、韌性好、可回收利用等優點，因而躋身于金屬、工程塑料等材料之間，具有很強的競爭力。 尤其是ＧＭＴ抗沖擊強度好，蠕變小小，耐熱性好，成型收縮小，特別適合于汽車制造業，其典型制品有前端組件、 保險杠、儀表盤、發動機罩、車底防護板、座椅靠背、備胎倉、蓄電池支架、車門組件等。

   玻璃纖維增強熱固性塑料與玻璃纖維增強熱塑性塑 料性能比較 樹脂基復合材料幾十年來主要是熱固性樹脂基材料，進入２０世紀９０年代，隨著科學技術的迅猛發展，以通用和高性能的工程塑料為基體樹脂的熱塑性復合材料受到人們的關注，并已成為復合材料異?；钴S的研究開發熱點。人們普遍認為，熱塑性樹脂復合材料具有很大的應用潛力，其與熱固性樹脂復合材料相比具有：韌性比較高；成型加工周期短；加工工藝簡單，無環境污染，可重復使用；維修方便；有類似于金屬的加工特性；成本低等優點。

      玻璃鋼新技術的應用，納米技術的應用 納米技術的應用將使玻璃纖維增強熱固性塑料性能到進一步的提高，有機或無機納米粉分散在熱固性聚合物基體中，能夠有效地阻礙其團聚傾向；顯著改善其熱性能，使其熱膨脹系數降低，熱導系數增加，可為汽車發動機零件的制造提供良好的發展前景。ＦｌｏｒｉａｎＨ．Ｇｏｊｎｙ等人研究了碳納米管對玻璃鋼性能的影響，研究表明：少量碳納米管就可顯著提

高玻璃鋼的力學性能，這主要是能夠大大改善玻璃鋼基體的性能，但其拉伸性能不受影響（因為復合材料的拉伸性能是玻璃纖維起主導作用）。

   低密度ＳＭＣ玻璃鋼復合材料的應用， 低密度ＳＭＣ玻璃鋼的比重為１．３，比標準的材料（比重為１．８－２．０）重量輕３０％

以上。使用這種低密度ＳＭＣ與用鋼制作的同類部件相比可減少質量大約４５％。低密度ＳＭＣ發動機罩比鋼件減少質量達３５％。

     高含量玻璃纖維增強的片狀模塑料的應用， 高含量玻璃纖維增強的片狀模塑料由于具有多種功能，被廣泛認為在結構設計方面具有很大的優勢，因此推廣應用于汽車儀表板、轉向機、散熱器系統及電子裝置上。

       天然纖維增強塑料的研究應用，由于天然纖維價格比玻璃纖維更便宜，而且密度更低，這就可能降低材料成本和制件重量；天然纖維復合材料還具 有顯著的環保優越性，天然纖維來自可再生資源，可生物降解，極易回收處理。所以天然纖維增強塑料的研究在國內、外正開展的如火如荼，已有部分產品用于輕便客貨兩用車的門板、儀表盤、小件行李架、駕駛室后壁板等部件?？梢灶A見，不久的將來天然纖維增強熱塑性樹脂復合材料應用將得到更快速的發展。

                                                                             玻璃鋼成型工藝簡介

       不同種類的玻璃鋼，其成形工藝方法亦不同。 玻璃纖維增強熱固性塑料的成型工藝手糊成型工藝 ，手糊成型工藝是早期采用的一種簡單成熟的成型工藝，其典型工藝過程是：在涂有脫模劑的模具上，將加有固化劑的樹脂混合料和玻璃纖維織物手工逐層鋪放，浸膠并排除氣泡，疊層至要求的厚度后固化，形成所需的制件。 手糊成型技術的優點是：無需專用設備，投資少；不受制品形狀和尺寸的限制，操作方便，容易掌握，便于推廣，成本低等。缺點是：制品質量不易控制，人為因素大；制品的強度和尺寸精度較低；勞動條件差，開模麻煩，污染較嚴重；人工操作，生產效率低，邊角料廢渣較多等。

     噴射成型工藝 ，噴射成型工藝是手糊成型的改進，屬于半機械化成型工藝。它是將混有引發劑和促進劑的兩種聚酯樹脂分別從噴槍兩側噴出，同時將切斷的玻纖粗紗由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，沉積到模具上；當沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使纖維浸透樹脂，排除氣泡固化后成制品。 噴射成型的優點是：用玻纖粗紗代替織物，可降低材料成本；生產效率比手糊的高２－４倍；產品整體好，無接縫，層間剪切強度高，制品耐腐蝕、耐滲漏性好；產品尺寸、形狀不受限制。缺點是：樹脂含量高，制品強度低；產品只能做單面光滑。

      模壓法 ，模壓法又分為熱壓法、冷壓法。熱壓法目前常用的有酚醛坯料模壓和ＳＭＣ、ＢＭＣ模壓兩種。模壓工藝要嚴格控制兩個工藝參數，即壓力和溫度。下面主要介紹ＳＭＣ及ＢＭＣ成型工藝和低溫模壓法。 ＳＭC （片狀模塑料）及ＢＭＣ（團狀模塑料）成型藝：將片狀模塑料和團狀模塑料兩面的薄膜撕去，按制品的尺寸裁剪、疊層，放入金屬模具中加溫加壓，即可得到所需要的制品。ＳＭＣ可在加熱的模具中流動，便于制造帶有筋、凸起及不等厚的覆蓋件。其成型時間取決于成型溫度、壓力和所用樹脂、引發劑系統及制件壁厚（一般１ｍｍ壁厚為１ｍｉｎ）。成型溫度為１３０℃－１５０℃，還可根據需要對模具的上下部設置不同的溫度，要求光潔的一面模，溫度應高出１０℃－１５℃。它是目前國際上應用廣泛的成型材料之一。ＳＭＣ／ＢＭＣ成型工藝的主要優點是：生產效率高，成型周期短，易于實現自動化生產；產品尺寸精度高，重復性好；閉模成型。制品表面光潔，無需二次修飾；模具壽命可達100萬次，大批量生產時可獲得較好的經濟效益。 
       按化學成分分為無堿、中堿、高堿玻璃纖維。分別用E、C、A表示。E玻強度高，耐堿、耐水、耐熱性、電絕緣性好，耐酸性差些；C玻A玻耐酸性較好，但其它性能不如E玻。
                                                                      不飽和聚脂樹脂的分類

     不飽和聚脂樹脂的分類通常分為通用型、耐熱型、耐化學腐蝕型、光穩型、自熄型及紉性型。按化學成分又分為鄰苯型、間苯型、雙酚A型、乙烯基型。

       常用牌號中，192N、P65－901，191、189、886都屬于鄰苯型樹脂，多用于結構層制作；2028、972屬于間苯型，既可作內襯也可作結構層用；9503為對苯型；3301、197、382、941屬于雙酚A型，用于內襯制作，用于耐化學腐蝕要求高的地方；470、430、590、3201、MFE-2、W2-1屬于乙烯基型或改良型樹脂，用于耐化學腐蝕、耐溫要求更高的場合；2028、382、976A屬于食品級樹脂，用于制作輸送或存放自來水或食品的玻璃鋼管道或容器。X-41屬于二甲苯型樹脂，用于內襯制作。不飽和聚脂樹脂的固化，聚脂樹脂中含有一定比例的交聯劑，常用苯乙烯，它也相當于溶劑，在樹脂中加入引發劑（也叫催化劑、固化劑）和促進劑，使樹脂在常溫下固化。固化特征表現為樹脂從粘稠狀凝膠不溶不熔的固體，同時伴有發熱現象。常用引發劑：過氧化甲乙酮、過氧化環已酮，一般用量小于4％； 促進劑：萘酸鈷、環烷酸鈷，用量小于4％；NN－二甲基苯胺，10％苯乙 烯溶液的用量小于2％。

                                                                不飽和聚酯樹脂結構與性能的關系

   迄今，國內外用作復合材料基體的不飽和聚酯（樹脂）基體基本上是鄰苯二 甲酸型（簡稱鄰苯型）、間苯二甲酸型（簡稱間苯型）、雙酚A型和乙烯基酯型、鹵代不飽和聚酯樹脂等。鄰苯型不飽和聚酯和間苯型不飽和聚酯鄰苯二甲酸和間苯二甲酸互為異構體，由它們合成的不飽和聚酯分子鏈分別為鄰苯型和間苯型，雖然它們的分子鏈化學結構相似，但間苯型不飽和聚酯和鄰苯型不飽和聚酯相比，具有下述一些特性：①用間苯型二甲酸可以制得較高分子量的間苯二甲酸不飽和致辭酯，使固化制品有較好的力學性能、堅韌性、耐熱性和耐腐蝕性能；②間苯二甲酸聚酯的純度度，樹脂中不殘留有間苯二甲酸和低分子量間苯二甲酸酯雜質；③間苯二甲酸聚酯分子鏈上的酯鍵受到間苯二甲酸立體位阻效應的保護，鄰苯二甲酸聚酯分子鏈上的酯鍵更易受到水和其它各種腐蝕介質的侵襲，用間苯二甲酸聚酯樹脂制得的玻璃纖維增強塑料在71℃飽和氯化鈉溶液中浸泡一年后仍具有相當高的性能。雙酚A型不飽和聚酯與鄰苯型不飽和聚酸及間苯型不飽和聚酯大分子鏈的化學結構相比，分子鏈中易被水解遭受破壞的酯鍵間的間距增大，從而降低了酯鍵密度；雙酚A不飽和聚酯與苯乙烯等交聯劑共聚固化后的空間效應大，對酯基起屏蔽保護作用，阻礙了酯鍵的水解；而在分子結構中的新戊基，連接著兩個苯環，保持了化學瓜的穩定性，所以這類樹脂有較好的耐酸、耐堿及耐水解性能。乙烯基樹脂乙烯基樹脂又稱為環氧丙烯酸樹脂，是60年代發展起來的一類新型樹脂，其特點是聚合物中具有端基不飽和雙鍵。乙烯基樹脂具有較好的綜合性能：①由于不飽和雙鍵位于聚合物分子鏈的端部，雙鍵非?；顫?，固化時不受空間障礙的影響，可在有機過氧化物引發下，通過相鄰分子鏈間進行交聯固化，也可與單體苯乙烯其聚固化；②樹脂鏈中的R基團可以屏蔽酯鍵，提高酯鍵的耐化學性能和耐水解穩定性；③乙烯基樹脂中，每單位相對分子質量中的酯鍵比普通不飽和聚酯中少

35%～50%左右，這樣就提高了該樹脂在酸、堿溶液中的水解穩定性；④樹脂鏈上的仲羥基與玻璃纖維或其它纖維的浸潤性和粘結性從而提高復合材料的強度；⑤環氧樹脂主鏈，它可以賦與乙烯基樹脂韌性，分子主鏈中的醚鍵可使樹脂具有優異的耐酸性。  乙烯基樹脂的品種和性能，隨著所用原料的不同而有廣泛的變化，可按復合材料對樹脂性能的要求設計分子結構。鹵代不飽和聚酯是指由氯茵酸酐（

HET酸酐）作為飽和二元酸（酐）合成得到的一種氯代不飽和聚酯。氯代不飽和聚酯樹脂一直是當作具有優良自熄性能的樹脂來使用的。但近年來研究表明氯代不飽和聚酯樹脂亦具有相當好的耐腐蝕性能，它在上些介質中耐 腐蝕性能與雙酚A不飽和聚酯樹脂和乙烯基樹脂基本相當，而在某些例（例如濕氯）中的耐腐蝕性能則優于乙烯基樹脂和雙酚A不飽和聚酯樹脂。熱濕氯在不飽和聚酯樹脂接觸后會發生反應而產生氯代的不飽和聚酯樹脂或稱"氯奶油"。由雙酚A不飽和聚酯樹脂和乙烯基酯樹脂產生"氯奶油"性狀柔軟，濕氯可以通過該"氯奶油"

層進一步（腐蝕）滲透，但由氯代不飽和聚酯產生"氯奶油"性狀堅硬，可以阻止濕氯的進一步（腐蝕）滲透。不飽和聚酯樹脂的固化過程可分為三個階段，分別是：1、凝膠階段（A階段）：從加入固化劑、促進劑以后算起，直到樹脂凝結成膠凍狀而失去流動性的階段。該結段中，樹脂能熔融，并可溶于某些溶劑（如乙 醇、丙酮等）中。這一階段大約需要幾分鐘至幾十分鐘。2、硬化階段（B階段）：從樹脂凝膠以后算起，直到變成具有足夠硬度，達到基本不粘手狀態的階段。該階段中，樹脂與某些溶劑（如乙醇、丙酮等）接觸時能溶脹但不能溶解，加熱時可以軟化但不能完全熔化。這一階段大約需要幾十分鐘至幾小時。3、熟化階段（C階段）：在室溫下放置，從硬化以后算起，達到制品要求硬度，具有穩定的物理與化學性能可供使用的階段。該階段中，樹脂既不溶解也不熔融。我們通常所指的后期固化就是指這個階段。這個結段通常是一個很漫長的過程。通常需要幾天或幾星期甚至更長的時間。

     影響樹脂固化程度的因素，不飽和聚酯樹脂的固化是線性大分子通過交聯劑的作用，形成體型立體網絡過程，但是固化過程并不能消耗樹脂中全部活性雙鍵而達到100%的固化度。也就是說樹脂的固化度很難達到完全。其原因在于固化反應的后期，體系粘度急劇增加而使分了擴散受到阻礙的緣故。一般只能根據材料性能趨于穩定時，便認為是固化完全了。樹脂的固化程度對玻璃鋼性能影響很大。固化程度越高，玻璃鋼制品的力學性能和物理、化學性能得到充分發揮。（有人做過實驗，對UPR樹脂固化后的不同階段進行物理性能測試，結果表明，其彎曲強度隨著時間的增長而不段增長，一直到一年后才趨于穩定。而實際上，對于已經投入使用的玻璃鋼制品，一年以后，由于熱、光等老化以及介質的腐蝕等作用，機械性能又開始逐漸下降了。）影響固化度的因素有很多，樹脂本身的組分，引發劑、促進劑的量，固化溫度、后固化溫度和固化時間等都可以影響聚酯樹脂的固化度。
      輔助材料，著色劑（如顏料糊），耐磨劑（石英粉，金剛粉等），阻燃劑（鹵化物）、增加剛 度的加石英砂、抗靜電劑（石墨）等
      E-玻璃亦稱無堿玻璃，是一種硼硅酸鹽玻璃。目前是應用廣泛的一種玻璃纖維用玻璃成分，具有良好的電氣絕緣性及機械性能，廣泛用于生產電絕緣用玻璃纖維，也大量用于生產玻璃鋼用玻璃纖維，它的缺點是易被無機酸侵蝕，故不適于用在酸性環境。C-玻璃亦稱中堿玻璃，其特點是耐化學性特別是耐酸性優于無堿玻璃，但電氣性能差，機械強度低于無堿玻璃纖維10%～20%，通常國外的中堿玻璃纖

維含一定數量的三氧化二硼，而我國的中堿玻璃纖維則完全不含硼。在國外，中堿玻璃纖維只是用于生產耐腐蝕的玻璃纖維產品，如用生產玻璃纖維表面氈等，也用于增強瀝青屋面材料，但在我國中堿玻璃纖維占據玻璃纖維產量的一大半（6 0%），廣泛用于玻璃鋼的增強以及過濾織物，包扎織物等的生產，因為其價格低于無堿玻璃纖維而有較強的競爭力。高強玻璃纖維其特點是高強度、高模量，它的單纖維抗拉強度為2800MPa，比無堿玻纖抗拉強度高25%左右，彈性模量86000MPa，比E-玻璃纖維的強度高。用它們生產的玻璃鋼制品多用于軍工、空間、防彈盔甲及運動器械。但是由于價格昂貴，目前在民用方面還不能得到推廣，全世界產量也就幾千噸左右。AR玻璃纖維亦稱耐堿玻璃纖維，主要是為了增強水泥而研制的。A玻璃亦稱高堿玻璃，是一種典型的鈉硅酸鹽玻璃，因耐水性很差，很少用于生產玻璃纖維。E-CR玻璃是一種改進的無硼無堿玻璃，用于生產耐酸耐水性好的玻璃纖維，其耐水性比無堿玻纖改善7～8倍，耐酸性比中堿玻纖也優越不少，是專為地下管道、貯罐等開發的新品種。D玻璃亦稱低介電玻璃，用于生產介電強度好的低介電玻璃纖維。除了以上的玻璃纖維成分以外，近年來還出現一種新的無堿玻璃纖維，它完全不含硼，從而減輕環境污染，但其電絕緣性能及機械性能都與傳統的E玻璃相

似。另外還有一種雙玻璃成分的玻璃纖維，已用在生產玻璃棉中，據稱在作玻璃鋼增強材料方面也有潛力。此外還有無氟玻璃纖維，是為環保要求而開發出來的改進型無堿玻璃纖維。