玻璃鋼

　　玻璃鋼（FRP）亦稱作GRP，即纖維強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚脂、環氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，或稱謂玻璃鋼。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。質輕而硬，不導電，機械強度高，回收利用少，耐腐蝕。可以代替鋼材制造機器零件和汽車、船舶外殼等。

含義

　　玻璃鋼學名玻璃纖維增強塑料。它是以玻璃纖維及其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強材料，以合成樹脂作基體材料的一種復合材料。復合材料的概念是指一種材料不能滿足使用要求，需要由兩種或兩種以上的材料復合在一起，組成另一種能滿足人們要求的材料，即復合材料。例如，單一種玻璃纖維，雖然強度很高，但纖維間是松散的，只能承受拉力，不能承受彎曲、剪切和壓應力，還不易做成固定的幾何形狀，是松軟體。如果用合成樹脂把它們粘合在一起，可以做成各種具有固定形狀的堅硬制品，既能承受拉應力，又可承受彎曲、壓縮和剪切應力。這就組成了玻璃纖維增強的塑料基復合材料。由于其強度相當于鋼材，又含有玻璃組分，也具有玻璃那樣的色澤、形體、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能，象玻璃那樣，歷史上形成了這個通俗易懂的名稱“玻璃鋼”，這個名詞是由原國家建筑材料工業部部長賴際發同志于1958 年提出的，由建材系統擴至全國，現在還普遍地采用著。由此可見，玻璃鋼的含義就是指玻璃纖維作增強材料、合成樹脂作粘結劑的增強塑料，國外稱玻璃纖維增強塑料。隨著我國玻璃鋼事業的發展，作為塑料基的增強材料，已由玻璃纖維擴大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等，無疑地，這些新型纖維制成的增強塑料，是一些高性能的纖維增強復合材料，再用玻璃鋼這個俗稱就無法概括了。考慮到歷史的由來和發展，通常采用玻璃鋼復合材料，這樣一個名稱就較全面了。

理化性能

　　玻璃具有硬而易碎，具有很好的透明性以及耐高溫、耐腐蝕等性能；同時鋼鐵很硬并且不易碎，也具有耐高溫的特點。于是人們開始想，如果能制造一種既具有玻璃的硬度、耐高溫、抗腐蝕的性質，又具有鋼鐵一樣堅硬不碎的特點，那這種材料一定會大有用途。

　　人們經過研究試驗，終于制出了這樣一種復合材料。它，就是能與鋼鐵比肩而立的玻璃鋼。

　　我們先來看一個試驗，了解了解它的性能優良與否。在一個群山環抱、綠樹成蔭的山谷里，一次試驗正在進行。遠在二百米以外的掩體后的人們，眼睛都盯著山谷中央放著的一個氧氣瓶。空氣壓縮機有節奏地轉動著，通過合金鋼管道向那氧氣瓶不斷地充氣。壓力表上的指針牽動著每個人的心。讀數從100—200—400—500漸漸上升，直到700公斤1平方厘米時，只聽得一聲震天巨響，氧氣瓶爆炸了！周圍的人們歡呼著跳起來：“成功了！”

　　氧氣瓶是一種耐高壓容器。它所承受的工作壓力是150公斤/平方厘米。為了使用安全，制造時要求它能忍受三倍的工作壓力，即450公斤/平方厘米。不爆裂，才算合格。上面試驗的氧氣瓶，遠遠超出了設計要求。這是用什么鋼材制成的呢？是玻璃鋼，更為確切的說，是玻璃與塑料復合在一起制成的。

　　玻璃是硬而脆的材料，一摔就碎，這帶有玻璃名的玻璃鋼經得起摔嗎？于是又進行了新的試驗。

　　將另一只玻璃鋼氧氣瓶充氣到150公斤/平方厘米，然后從山頂上滾下山谷。它與嶙峋的巖石碰撞著，一直滾到谷底仍然沒有爆裂。玻璃鋼氧氣瓶經過了質量鑒定考試。

　　一般玻璃的耐拉強度只有普通鋼材的八分之一。把玻璃融化，拉成只有頭發直徑的十幾分之一那么細的玻璃纖維，原來又硬又易碎的玻璃就變成了又軟又耐拉的玻璃纖維，其耐拉強度可增加十幾倍。

　　大家都知道，水泥塊耐壓，鋼材耐拉。用鋼材作筋骨，水泥砂石作肌肉，讓它們凝為一體，互相取長補短，變得堅強無比——這就是鋼筋混凝土。

　　同樣，如我們用玻璃纖維作筋骨，用合成樹脂（酚醛塑料、環氧樹脂及聚酯樹脂）作肌肉，讓它們凝為一體，制成的材料，其抗拉強度可與鋼材相媲美—因此得名叫玻璃鋼。

優點和不足

輕質高強

　　相對密度在1.5~2.0之間，只有碳鋼的1/4~1/5，可是拉伸強度卻接近，甚至超過碳素鋼，而比強度可以與高級合金鋼相比。因此，在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應用中，都具有卓越成效。某些環氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到400Mpa以上。部分材料的密度、強度和比強度見表1-1。

耐腐蝕性能好

　　FRP是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已應用到化工防腐的各個方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。

電性能好

　　是優良的絕緣材料，用來制造絕緣體。高頻下仍能保護良好介電性。微波透過性良好，已廣泛用于雷達天線罩。

熱性能良好

　　FRP熱導率低，室溫下為1.25~1.67kJ/（m·h·K），只有金屬的1/100~1/1000，是優良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護和耐燒蝕材料，能保護宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。

可設計性好

　　①可以根據需要，靈活地設計出各種結構產品，來滿足使用要求，可以使產品有很好的整體性。

　　②可以充分選擇材料來滿足產品的性能，如：可以設計出耐腐的，耐瞬時高溫的、產品某方向上有特別高強度的、介電性好的，等等。

工藝性優良

　　①可以根據產品的形狀、技術要求、用途及數量來靈活地選擇成型工藝。

　　②工藝簡單，可以一次成型，經濟效果突出，尤其對形狀復雜、不易成型的數量少的產品，更突出它的工藝優越性。

不足

彈性模量低

　　FRP的彈性模量比木材大兩倍，但比鋼（E=2.1×106）小10倍，因此在產品結構中常感到剛性不足，容易變形。

　　可以做成薄殼結構、夾層結構，也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。

長期耐溫性差

　　一般FRP不能在高溫下長期使用，通用聚酯FRP在50℃以上強度就明顯下降，一般只在100℃以下使用；通用型環氧FRP在60℃以上，強度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹脂，使長期工作溫度在200~300℃是可能的。

老化現象

　　老化現象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降。

層間剪切強度低

　　層間剪切強度是靠樹脂來承擔的，所以很低。可以通過選擇工藝、使用偶聯劑等方法來提高層間粘結力，最主要的是在產品設計時，盡量避免使層間受剪。

FRP的生產方法

　　基本上分兩大類，即濕法接觸型和干法加壓成型。如按工藝特點來分，有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。手糊成型又包括手糊法、袋壓法、噴射法、濕糊低壓法和無模手糊法。

　　目前世界上使用最多的成型方法有以下四種。

　　①手糊法：主要使用國家有挪威、日本、英國、丹麥等。

　　②噴射法：主要使用國家有瑞典、美國、挪威等。

　　③模壓法：主要使用國家有德國等。

　　④RTM法（樹脂傳遞模塑）：主要使用國家有歐美各國、日本。

　　還有：纖維纏繞成型法 拉擠成型法 和 熱壓灌成型法 等等

　　我國有90%以上的FRP產品是手糊法生產的，其他有模壓法、纏繞法、層壓法等（見第十一章）。日本的手糊法仍占50%。從世界各國來看，手糊法仍占相當比重，說明它仍有生命力。手糊法的特點是用濕態樹脂成型，設備簡單，費用少，一次能糊10m以上的整體產品。缺點是機械化程度低，生產周期長，質量不穩定。近年來，我國從國外引進了擠拉、噴涂、纏繞等工藝設備，隨著FRP工業的發展，新的工藝方法將會不斷出現。

用途

　　玻璃鋼是近五十多年來發展迅速的一種復合材料。玻璃纖維的產量的70%都是用來制造玻璃鋼。玻璃鋼硬度高，比鋼材輕得多。噴氣式飛機上用它作油箱和管道，可減輕飛機的重量。登上月球的宇航員們，他們身上背著的微型氧氣瓶，也是用玻璃鋼制成的。玻璃鋼加工容易，不銹不爛，不需油漆。我國已廣泛采用玻璃鋼制造各種小型汽艇、救生艇、游艇，以及汽車制造業等，節約了不少鋼材。由于玻璃鋼是一種復合材料，其性能的適應范圍非常廣泛，因此它的市場開發前景十分廣闊。據有關統計資料，目前世界各國開發的玻璃鋼產品的種類已達4萬種左右。雖然各國均根據本國的經濟發展情況，開發的方向各有側重，但基本上均已涉及到各個工業部門。我國玻璃鋼工業經過四十多年來的發展，也已在國民經濟各個領域中取得了成功的應用，在經濟建設中發揮了重要的作用。現將玻璃鋼主要的應用領域，粗略地概括如下： 建筑行業：冷卻塔、玻璃鋼門窗New、建筑結構、圍護結構、室內設備及裝飾件、玻璃鋼平板、波形瓦、裝飾板、衛生潔具及整體衛生間、桑拿浴室、沖浪浴室，建筑施工模板、儲倉建筑，以及太陽能利用裝置等等。 化學化工行業：耐腐蝕管道、貯罐貯槽、耐腐蝕輸送泵及其附件、耐腐閥門、格柵、通風設施，以及污水和廢水的處理設備及其附件等等。 汽車及鐵路交通運輸行業：汽車殼體及其他部件，全塑微型汽車，大型客車的車體外殼、車門、內板、主柱、地板、底梁、保險杠、儀表屏，小型客貨車，以及消防罐車、冷藏車、拖拉機的駕駛室及機器罩等；在鐵路運輸方面，有火車窗框、車內頂彎板、車頂水箱、廁所地板、行李車車門、車頂通風器、冷藏車門、儲水箱，以及某些鐵路通訊設施等；在公路建設方面，有交通路標、路牌、隔離墩、公路護欄等等。 船艇及水上運輸行業：內河客貨船、捕漁船、氣墊船、各類游艇、賽艇、高速艇、救生艇、交通艇，以及玻璃鋼航標浮鼓及系船浮筒等等。 電氣工業及通訊工程：有滅弧設備、電纜保護管，發電機定子線圈和支撐環及錐殼，絕緣管、絕緣桿，電動機護環，高壓絕緣子，標準電容器外殼，電機冷卻用套管，發電機擋風板等強電設備；配電箱及配電盤，絕緣軸，玻璃鋼罩等電器設備；印刷線路板、天線、雷達罩等電子工程應用。 近年來，隨著科學技術的發展，以及人民生活水平的提高，許多民用玻璃鋼產品大量地被開發，例如許多城市雕塑、工藝美術造型，快餐桌椅、摩托車部件、玻璃鋼花盆、安全帽、高級游樂設備、家用電器外殼等，都成功地被大量應用。

　　可制作玻璃鋼瓦，又稱透明瓦.是和鋼結構配套使用的采光材料，其主要由高性能上膜、強化聚脂和玻璃纖維組成，其中上膜要起到很好的抗紫外線抗靜電的作用，抗紫外線是為了保護FRP采光板的聚酯不發黃老化，過早失透光特性。抗靜電是為了保證表面的灰塵輕易被雨水沖走或被風吹走，維持清潔美觀的表面。由于其穩定的質量、經久耐用的特點，深受顧客的歡迎，產品可廣泛使用在工業/商業/民用建筑額屋面和墻面

　　電影界用來做道具，既方便快捷，又省成本．可以仿制很多種材料效果．受到人們的歡迎．化工廠也采用酚醛樹脂 的玻璃鋼代替不銹鋼做各種耐腐蝕設備，大大延長了設備壽命。玻璃鋼無磁性，不阻擋電磁波通過。用它來做導彈的雷達罩，就好比給導彈戴上了一副防護眼鏡，既不阻擋雷達的“視線”，又起到防護作用 。現在，許多導彈和地面雷達站的雷達罩都是玻璃鋼制造的。進入21世紀，根據玻璃鋼的良好的透波性，這個方面的性能，隨著手機通訊的廣泛流行，玻璃鋼廣泛被應用于制造2G和3G天線外罩，玻璃鋼以其良好的可成形性能，外觀的可美化性，起到了很好的小區美化作用，這方面的產品有方柱線罩，仿真石，野外應用的美化樹等玻璃鋼還為提高體育運動的水乎立下了汗馬功勞。自從有撐竿跳高這項運動以來，運動員使用木制撐竿創造的最高紀錄是3．05米。后來使 用了竹竿。到一九四二年，把紀錄提高到了4．77米。竹竿的優點是輕而富有彈性，欠缺之處是下端粗而上端細，再要提高記錄有很大困難 ，于是人們又用鋁合金竿代替竹竿，它雖然輕而牢固，但彈性不足。這樣，從一九四二年到一九五七年，十五年時間，撐竿跳高的最高紀錄僅僅提高了1厘米。但自從新的玻璃鋼撐竿出現以后，由于它輕而富于彈性，紀錄飛速上升，如今的撐桿跳高紀錄已經超過了6米大關。在今天，玻璃鋼也被大量應用在人們的生活方面，人們親切地把它叫“玻璃鋼”，由于它的某些特殊品種仍能保留許多玻璃的優點，如透明性 ，于是人們用它作為窗戶玻璃，既能遮擋陽光中的紫外線，又能使居室明亮。人們還把它用來制作各種堅固耐用的生活日常用品。如浴具、廚房用具、梳洗用具等。

市場應用

　　玻璃鋼是復合材料的一種，玻璃鋼材料因其獨特的性能優勢，已在航空航天、鐵道鐵路、裝飾建筑、家居家具、廣告展示、工藝禮品、建材衛浴、游艇泊船、體育用材、環衛工程等等相關十多個行業中廣泛應用，并深受贊譽，成為材料行業中新時代商家的需求寵兒。玻璃鋼制品也不同于傳統材料制品，在性能、用途、壽命屬性上大大優于傳統制品。其易造型、可定制、色彩隨意調配的特點，深受商家和銷售者的青睞，占有越來越大的市場比分，前景廣闊！

　　具體有如下這些行業：黑色冶金業、有色冶金業、電力行業、煤炭業、石油化工、化學工業、機電工業、紡織工業、汽車及摩托車制造業、鐵路業、船舶工業、建筑業、輕工業、食品工業、電子工業、郵電業、文化、體育及娛樂業、農業、商業、醫藥衛生業，及軍工及民用應用等各個方面的應用領域。

　　涉及這些產業部門應用的主要玻璃鋼產品類別，有：礦山通風設備、煉焦及相關設備、稀土冶煉及鐵合金冶煉相關設備、冷軋及電鍍設備，輸變電設備、風力發電設備、火力發電用水管、冷卻水設備、電力管理及維修工器具，煤礦鳳筒、隔爆水袋、防爆裝置，石油開采相關部件及設備、石油化工設備，化工設備、化工建筑用材、礦山通風設備，電動機部件、零配件、電鍍設備、風力發電機及部件，紡織印染設備、設施及部件，汽車制造用材及部件、汽車維修用材、摩托車制造用材及部件，鐵路機車車輛用材及相關設施、鐵路信號系統用材及相關部件，各種各類江河湖海船艇、大型鋼船艇配套零部件及附屬設施，建筑設施及用材、衛生間、廚房、門窗、波形瓦、冷卻塔、建筑通風空調設施、建筑模板等，輕工日用化學及造紙業用的相關設施、家用電器、酒類、制革、家俱用材，食品貯罐用途，電子工業用設備、生活消費品用材及電子設備配件，郵電電信器材配套設施，體育器械、游樂器材及相關設施，農業噴灌設備、暖房溫室、農機具配件、冷庫、水產養殖，商業柜臺、商業包裝箱、商用冷藏庫，醫藥工業設施及醫療衛生用途等等。