玻璃纖維增強(qiáng)塑料簡論

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1、精品文檔 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： 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

2、 。 1歡迎下載 精品文檔 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。 Summary: Introduces the performance of GFRP, advantages and disadvantages. Discussion the influencing factors of

3、 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)保意識的增強(qiáng)，熱塑性塑料在汽車

4、、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)展動向。 2 性能 [2] 玻璃鋼材料具

5、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 。 2歡迎下載 精品文檔 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。

6、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

7、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

8、. 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， 。 3歡迎下載 精品文檔 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

9、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

10、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

11、， 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 。 4歡迎下載 精品文檔 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。

12、 5 玻纖增強(qiáng)塑料優(yōu)缺點(diǎn) [2] 5.1 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，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

13、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 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

14、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。 。 5歡迎下載 精品文檔 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

15、對玻璃纖維增強(qiáng)改性工程塑料 的影響 [1] 6.1 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。 可以說，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，

16、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。 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)量等均會受到影響

17、。 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。 。 6歡迎下載 精品文檔 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

18、方面也應(yīng)用較廣，其玻璃纖維含量為３０％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。 基于上述原因，用于塑料增強(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

19、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. 工程塑料增強(qiáng)改性用玻璃纖維及其發(fā)展動向 ?[J]. 玻璃纖 維 , 2014(6):1-5. [2]T 里舍 , J 魏卡德 , T 費(fèi)勒 , 等. 玻璃

20、纖維增強(qiáng)塑料 :, CN 1326918 C[P]. 2007 [3] 瞿安萍 . 玻璃纖維增強(qiáng)塑料錨桿 [J]. 玻璃纖維 , 2004(2):32-32. [4] 姚輝 , 張旭 , 陸曉峰 . 玻璃纖維絲束拉伸性能試驗(yàn)研究 [J]. 纖維復(fù)合材料 , 2008(2):11-18. [5] 楊慶國 , 涂志忠 , 張玉偉 . 玻璃纖維增強(qiáng)塑料 (GFRP)筋混凝土梁抗彎性能的研究[J]. 公路交通科技 , 2011, 28(2):88-92. 。 7歡迎下載 精品文檔 [6] 李星明 . 玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的發(fā)展概述 [J]. 太原科技 , 2006(8):9-9. 。 8歡迎下載