淺析新型復(fù)合材料玻璃鋼的應(yīng)用

蒲明花 楊澤平 劉永

摘 要：一種新型復(fù)合材料玻璃鋼產(chǎn)品，其具有產(chǎn)品多樣化、耐腐蝕、質(zhì)量輕、價格低廉、可以任意設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在各個行業(yè)及領(lǐng)域得到了大量的應(yīng)用，成為新世紀(jì)工業(yè)化發(fā)展中舉足輕重的復(fù)合材料。本文主要探討玻璃鋼作為一種新型的復(fù)合材料具有哪些優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：玻璃鋼;FRP;復(fù)合材料

中圖分類號：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）22-0079-02

1 玻璃鋼制造工藝簡介

玻璃鋼制造工藝主要包括以下幾種：手糊制作方法、噴射成型方法、模壓成型工藝和模塑料成型工藝、拉擠成型方法等。

（1）手糊制作方法，優(yōu)點(diǎn)：投資低、產(chǎn)品形狀限制因素較少，適合小批量生產(chǎn)。該制作方法相對簡單，需操作人員掌握工藝要領(lǐng)及配備產(chǎn)品模具就可以規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn)：該制作方法做出的產(chǎn)品的質(zhì)量級別較低，很難滿足某些特定產(chǎn)品的質(zhì)量需求。

（2）噴射成型方法，是一種借助于噴射機(jī)器的手工積層的方法。優(yōu)點(diǎn)：成本低、效率高，整體性強(qiáng)，沒有搭接縫，制品的幾何尺寸基本上沒有受到其他因素的限制，成型工藝相對簡單，材料配方準(zhǔn)確性相對較高，在未來的發(fā)展趨勢中看，將逐步取代傳統(tǒng)的手糊工藝。缺點(diǎn)，產(chǎn)品的質(zhì)量過度依賴于操作人員的技術(shù)能力、噴射所造成的污染大于其他的工藝方法。

（3）成型工藝與成型復(fù)合成型工藝，兩種成型工藝及設(shè)備條件基本相同。成型過程的成型材料是浸布，成型過程的成型材料是松散的，薄片狀的和生面團(tuán)的。將一定數(shù)量的模制材料放入金屬模具中，然后在一定溫度和壓力下模制以生產(chǎn)所需的FRP產(chǎn)品。該生產(chǎn)成型方法具有尺寸準(zhǔn)確，表面光滑，一次成型的生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，適用于各種小型玻璃鋼產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。缺點(diǎn)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，零件更受設(shè)備的限制。

（4）拉擠成型法，在牽引裝置的牽引下，浸漬樹脂的纖維增強(qiáng)材料，首先在模具中預(yù)成型，然后通過熱處理固化以形成復(fù)合FRP型材，最后加工鋼材的比例企業(yè)所需。上述的制作工藝只是眾多玻璃鋼制作工藝中的幾種，在繁多的玻璃鋼制作工藝中，根據(jù)企業(yè)的不同需求，如產(chǎn)品的幾何形狀、產(chǎn)品質(zhì)量、以及企業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)及投入資金的不同，玻璃鋼制品也會在幾何形狀、質(zhì)量、及各項(xiàng)參數(shù)均有不同。

2 玻璃鋼的應(yīng)用

玻璃鋼纏繞管道是一種質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、高耐腐蝕的復(fù)合材料管道。它是在芯模上將具有樹脂基體的玻璃纖維按照纏繞工藝逐層纏繞上，且在纖維之間均勻的鋪上一層石英砂，作為夾砂層。其管壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是非常合理的，在滿足用戶使用強(qiáng)度的前提下，提高了材料的鋼度，大大提升了產(chǎn)品使用的穩(wěn)定性及可靠性。

玻璃鋼管道應(yīng)用于化工、石油、排水等多個行業(yè)。近年來，我國玻璃鋼管道發(fā)展速度非?？?，數(shù)量呈逐年遞漲趨勢，隨著發(fā)展市場應(yīng)用也會越來越廣闊。玻璃鋼纏繞管道采用樹脂（輸送飲用水采用食品級樹脂）、玻璃纖維、石英砂為原料，用特殊工藝制作而成。玻璃鋼市場應(yīng)用如圖1所示。

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）耐腐蝕性：化學(xué)惰性材料的耐腐蝕性優(yōu)異?？梢愿鶕?jù)用戶輸送的不同介質(zhì)選擇不同參數(shù)的耐腐蝕材料管。

（2）高機(jī)械強(qiáng)度：耐液壓，良好的外壓強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，并根據(jù)所需壓力設(shè)計(jì)和制造管道及配件。

（3）溫度適應(yīng)性：使用溫度范圍：大于負(fù)70攝氏度且小于250攝氏度，管道在冷凍介質(zhì)下仍不會破裂。

（4）流體阻力?。汗艿纼?nèi)壁光滑，粗糙度系數(shù)為0.0084。在相同的流量下，可以減小管徑。

（5）重量輕，壽命長：重量輕，運(yùn)輸方便，施工成本低，無需維護(hù)，使用壽命超過50年。

（6）保持水質(zhì)：無毒，可飲用飲用水，并保持長期水質(zhì)。

2.2 玻璃鋼管道壁厚表（表1）

3 玻璃鋼在其他行業(yè)上的應(yīng)用

早在上個世紀(jì)八十年代，各種工程機(jī)械的發(fā)動機(jī)保護(hù)罩就已廣泛使用玻璃鋼材料。作為早期使用的鋼材質(zhì)的發(fā)動機(jī)罩，因其質(zhì)量重，在機(jī)器維修過程中不便于翻轉(zhuǎn)，并且易腐蝕，故可翻轉(zhuǎn)保護(hù)罩大部分采用玻璃鋼材質(zhì)。

由于CNG車輛的逐步推廣，CNG氣瓶將具有廣闊的前景。CNG氣瓶有合金氣瓶或復(fù)合氣瓶。CNG復(fù)合氣瓶是纏繞在金屬或塑料襯里上的纖維增強(qiáng)樹脂。根據(jù)結(jié)構(gòu)，可分為全繞組和環(huán)形繞組。根據(jù)內(nèi)部材料，可分為塑料內(nèi)膽，鋁合金內(nèi)膽和鈦合金內(nèi)膽，不銹鋼內(nèi)膽。根據(jù)襯套的內(nèi)壁厚度，可分為軸承襯套和非軸承襯套。內(nèi)槽根據(jù)幾何形狀被分為圓筒形和球形。與鋼瓶相比，玻璃鋼/復(fù)合氣瓶具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）高比強(qiáng)度。復(fù)合材料（玻璃鋼）的比強(qiáng)度是鋼的4倍，比模量僅比鋼低22%。比強(qiáng)度是鋁3倍，比模量僅比鋁低19%?？梢钥闯?，由玻璃鋼制成的壓縮天然氣氣瓶的重量將顯著下降。如果使用薄鋁襯，則環(huán)氧樹脂將玻璃纖維或碳纖維浸漬，并且瓶子的重量比繞線機(jī)的重量輕40%。比鋁線輕10%。因此，使用復(fù)合CNG氣瓶可以增加汽車的有效載荷并提高行駛速度。（2）良好的斷裂安全性FRP由大量的纖維增強(qiáng)而成，每平方厘米最多可增加數(shù)萬根纖維。從機(jī)械角度來看，它是一個典型的靜態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)FRP滾筒超載且少量光纖斷裂時，其負(fù)載會迅速重新分配到未斷裂的光纖上，這不會導(dǎo)致滾筒在短時間內(nèi)甚至在相當(dāng)長的時間內(nèi)失去其承載能力。（3）良好的減震性能復(fù)合材料中纖維與樹脂基體之間的界面具有減震能力，較高的減振性能和良好的抗振動疲勞性能。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，許多民用玻璃纖維增強(qiáng)塑料產(chǎn)品得到了廣泛的開發(fā)和利用。例如，玻璃鋼磚，也稱為透明磚。它是與鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合使用的采光材料。它主要由高性能薄膜，增強(qiáng)聚酯纖維和玻璃纖維組成。該產(chǎn)品可廣泛用于工業(yè)/商業(yè)/民用建筑的屋頂和墻壁;它方便，快捷且具有成本效益。該化工廠還使用酚醛樹脂F(xiàn)RP代替不銹鋼來制造各種耐腐蝕設(shè)備，從而大大延長了設(shè)備的使用壽命。FRP是非磁性的，不會阻止電磁波的通過。用它制造導(dǎo)彈天線罩就像為導(dǎo)彈戴上防護(hù)眼鏡一樣，它不會擋住雷達(dá)的“視線”并對其進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)FRP的良好滲透性，在這方面的性能，隨著手機(jī)通訊的廣泛普及，F(xiàn)RP被廣泛用于2G和3G天線罩的制造;由于它輕巧而靈活，因此可以用作撐桿跳的撐桿。

4 結(jié)語

玻璃鋼產(chǎn)品的興起并非一朝一夕，是幾代人通過堅(jiān)持不懈的努力，共同促進(jìn)而成，玻璃鋼產(chǎn)品也越來越貼近我們的生活，相信在不久的將來，玻璃鋼產(chǎn)品一定會大放異彩。