玻璃钢材料特点

常用树脂分为热固性、热塑性两种。热固性树脂目前用的较多的有酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、聚氨酯树脂等；热塑性树脂有聚氯乙烯、聚丙烯等。 通常在各种树脂中通常还需要加入各种添加剂以达到提高其使用性能和加工性能的目的。各种添加剂有：填料、颜料、稳定剂、增塑剂等，另外还有引发剂、促进剂、交联剂等。引发剂和促进剂合称固化剂，以控制树脂的固化速度（固化速度过快或过慢都可能造成制品缺陷），固化剂还能够起到使固化趋于完全，稳定制品质量的作用。交联剂能使树脂固化后形成体型网状结构，以改善树脂性能并能调节树脂溶液的粘度，起稀释作用，使树脂更易于浸润玻璃纤维。耐腐蚀、耐老化、不生锈、防水、密封效果好。树脂成分具有良好的耐腐蚀性能，在酸碱、有机溶剂、海水等介质中性能稳定，其耐腐蚀性能超过了不锈钢。 吸振、隔音、隔热。由于玻璃纤维与基体界面之间具有吸振的能力，其振动阻力高，减振效果好，抗冲击力强，电绝缘性能优良抗磁电性能强。玻璃钢不受电磁作用影响，它不反射电磁波，微波透过性好。
    玻璃纤维增强热塑性复合材料根据纤维增强方式的不同，分为短玻纤（ＳＦＴ）、长玻纤（ＬＦＴ）和玻璃纤维毡（ＧＭＴ）增强三种类型。 ＳＦＴ是目前应用玻璃纤维增强热塑性复合材料， 但其材料性能不高。ＳＦＴ常用的基体塑料有聚酰胺、聚丙烯，聚碳酸酯、聚乙烯等，在汽车中多使用聚丙烯和聚酰胺，近年来又扩展到ＡＢS、热塑性聚酯（ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＴＴ）等。ＳＦＴ中的玻璃纤维含量为３０％左右。材料中的纤维能赋予制品良好的热力学性能，因而适用制作靠近热源的器件，主要用作非结构零部件。 ＬＦＴ的基体塑料主要为聚丙烯 目前占（７０％以上），还有聚酰胺、ＰＢＴ、聚氨酯等。ＬＦＴ的玻璃纤维长度控制在４ｍｍ以上，其玻璃纤维较长，可以提高制品的力学性能，特别是能够显著提高冲击强度。刚度与质量比高，变形小；韧性高；抗蠕变性能好，尺寸稳定；耐疲劳性能优良；其成形性能好，可采用注塑和其他成型方法 （而ＧＭT只能采用压塑）；其模塑成型性能比ＳＦＴ好。 目前在欧洲，ＬＦT已成为前端托架、车门部件、仪表盘支架、车地防护件及其他结构间的标准材料。 ＧＭＴ是连续纤维或者长纤维毡增强热塑性复合材料。ＧＭＴ所用基体塑料主要是聚丙烯，其他还有聚酰胺、聚乙烯等。ＧＭＴ中玻璃纤维含量一般为２０％－４５％。ＧＭＴ具有质量轻、比强度高、韧性好、可回收利用等优点，因而跻身于金属、工程塑料等材料之间，具有很强的竞争力。 尤其是ＧＭＴ抗冲击强度好，蠕变小小，耐热性好，成型收缩小，特别适合于汽车制造业，其典型制品有前端组件、 保险杠、仪表盘、发动机罩、车底防护板、座椅靠背、备胎仓、蓄电池支架、车门组件等。

   玻璃纤维增强热固性塑料与玻璃纤维增强热塑性塑 料性能比较 树脂基复合材料几十年来主要是热固性树脂基材料，进入２０世纪９０年代，随着科学技术的迅猛发展，以通用和高性能的工程塑料为基体树脂的热塑性复合材料受到人们的关注，并已成为复合材料异常活跃的研究开发热点。人们普遍认为，热塑性树脂复合材料具有很大的应用潜力，其与热固性树脂复合材料相比具有：韧性比较高；成型加工周期短；加工工艺简单，无环境污染，可重复使用；维修方便；有类似于金属的加工特性；成本低等优点。

      玻璃钢新技术的应用，纳米技术的应用 纳米技术的应用将使玻璃纤维增强热固性塑料性能到进一步的提高，有机或无机纳米粉分散在热固性聚合物基体中，能够有效地阻碍其团聚倾向；显著改善其热性能，使其热膨胀系数降低，热导系数增加，可为汽车发动机零件的制造提供良好的发展前景。ＦｌｏｒｉａｎＨ．Ｇｏｊｎｙ等人研究了碳纳米管对玻璃钢性能的影响，研究表明：少量碳纳米管就可显著提

高玻璃钢的力学性能，这主要是能够大大改善玻璃钢基体的性能，但其拉伸性能不受影响（因为复合材料的拉伸性能是玻璃纤维起主导作用）。

   低密度ＳＭＣ玻璃钢复合材料的应用， 低密度ＳＭＣ玻璃钢的比重为１．３，比标准的材料（比重为１．８－２．０）重量轻３０％

以上。使用这种低密度ＳＭＣ与用钢制作的同类部件相比可减少质量大约４５％。低密度ＳＭＣ发动机罩比钢件减少质量达３５％。

     高含量玻璃纤维增强的片状模塑料的应用， 高含量玻璃纤维增强的片状模塑料由于具有多种功能，被广泛认为在结构设计方面具有很大的优势，因此推广应用于汽车仪表板、转向机、散热器系统及电子装置上。

       天然纤维增强塑料的研究应用，由于天然纤维价格比玻璃纤维更便宜，而且密度更低，这就可能降低材料成本和制件重量；天然纤维复合材料还具 有显著的环保优越性，天然纤维来自可再生资源，可生物降解，极易回收处理。所以天然纤维增强塑料的研究在国内、外正开展的如火如荼，已有部分产品用于轻便客货两用车的门板、仪表盘、小件行李架、驾驶室后壁板等部件。可以预见，不久的将来天然纤维增强热塑性树脂复合材料应用将得到更快速的发展。

                                                                             玻璃钢成型工艺简介

       不同种类的玻璃钢，其成形工艺方法亦不同。 玻璃纤维增强热固性塑料的成型工艺手糊成型工艺 ，手糊成型工艺是早期采用的一种简单成熟的成型工艺，其典型工艺过程是：在涂有脱模剂的模具上，将加有固化剂的树脂混合料和玻璃纤维织物手工逐层铺放，浸胶并排除气泡，叠层至要求的厚度后固化，形成所需的制件。 手糊成型技术的优点是：无需专用设备，投资少；不受制品形状和尺寸的限制，操作方便，容易掌握，便于推广，成本低等。缺点是：制品质量不易控制，人为因素大；制品的强度和尺寸精度较低；劳动条件差，开模麻烦，污染较严重；人工操作，生产效率低，边角料废渣较多等。

     喷射成型工艺 ，喷射成型工艺是手糊成型的改进，属于半机械化成型工艺。它是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯树脂分别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱由喷枪中心喷出，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上；当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡固化后成制品。 喷射成型的优点是：用玻纤粗纱代替织物，可降低材料成本；生产效率比手糊的高２－４倍；产品整体好，无接缝，层间剪切强度高，制品耐腐蚀、耐渗漏性好；产品尺寸、形状不受限制。缺点是：树脂含量高，制品强度低；产品只能做单面光滑。

      模压法 ，模压法又分为热压法、冷压法。热压法目前常用的有酚醛坯料模压和ＳＭＣ、ＢＭＣ模压两种。模压工艺要严格控制两个工艺参数，即压力和温度。下面主要介绍ＳＭＣ及ＢＭＣ成型工艺和低温模压法。 ＳＭC （片状模塑料）及ＢＭＣ（团状模塑料）成型艺：将片状模塑料和团状模塑料两面的薄膜撕去，按制品的尺寸裁剪、叠层，放入金属模具中加温加压，即可得到所需要的制品。ＳＭＣ可在加热的模具中流动，便于制造带有筋、凸起及不等厚的覆盖件。其成型时间取决于成型温度、压力和所用树脂、引发剂系统及制件壁厚（一般１ｍｍ壁厚为１ｍｉｎ）。成型温度为１３０℃－１５０℃，还可根据需要对模具的上下部设置不同的温度，要求光洁的一面模，温度应高出１０℃－１５℃。它是目前国际上应用广泛的成型材料之一。ＳＭＣ／ＢＭＣ成型工艺的主要优点是：生产效率高，成型周期短，易于实现自动化生产；产品尺寸精度高，重复性好；闭模成型。制品表面光洁，无需二次修饰；模具寿命可达100万次，大批量生产时可获得较好的经济效益。 
       按化学成分分为无碱、中碱、高碱玻璃纤维。分别用E、C、A表示。E玻强度高，耐碱、耐水、耐热性、电绝缘性好，耐酸性差些；C玻A玻耐酸性较好，但其它性能不如E玻。
                                                                      不饱和聚脂树脂的分类

     不饱和聚脂树脂的分类通常分为通用型、耐热型、耐化学腐蚀型、光稳型、自熄型及纫性型。按化学成分又分为邻苯型、间苯型、双酚A型、乙烯基型。

       常用牌号中，192N、P65－901，191、189、886都属于邻苯型树脂，多用于结构层制作；2028、972属于间苯型，既可作内衬也可作结构层用；9503为对苯型；3301、197、382、941属于双酚A型，用于内衬制作，用于耐化学腐蚀要求高的地方；470、430、590、3201、MFE-2、W2-1属于乙烯基型或改良型树脂，用于耐化学腐蚀、耐温要求更高的场合；2028、382、976A属于食品级树脂，用于制作输送或存放自来水或食品的玻璃钢管道或容器。X-41属于二甲苯型树脂，用于内衬制作。不饱和聚脂树脂的固化，聚脂树脂中含有一定比例的交联剂，常用苯乙烯，它也相当于溶剂，在树脂中加入引发剂（也叫催化剂、固化剂）和促进剂，使树脂在常温下固化。固化特征表现为树脂从粘稠状凝胶不溶不熔的固体，同时伴有发热现象。常用引发剂：过氧化甲乙酮、过氧化环已酮，一般用量小于4％； 促进剂：萘酸钴、环烷酸钴，用量小于4％；NN－二甲基苯胺，10％苯乙 烯溶液的用量小于2％。

                                                                不饱和聚酯树脂结构与性能的关系

   迄今，国内外用作复合材料基体的不饱和聚酯（树脂）基体基本上是邻苯二 甲酸型（简称邻苯型）、间苯二甲酸型（简称间苯型）、双酚A型和乙烯基酯型、卤代不饱和聚酯树脂等。邻苯型不饱和聚酯和间苯型不饱和聚酯邻苯二甲酸和间苯二甲酸互为异构体，由它们合成的不饱和聚酯分子链分别为邻苯型和间苯型，虽然它们的分子链化学结构相似，但间苯型不饱和聚酯和邻苯型不饱和聚酯相比，具有下述一些特性：①用间苯型二甲酸可以制得较高分子量的间苯二甲酸不饱和致辞酯，使固化制品有较好的力学性能、坚韧性、耐热性和耐腐蚀性能；②间苯二甲酸聚酯的纯度度，树脂中不残留有间苯二甲酸和低分子量间苯二甲酸酯杂质；③间苯二甲酸聚酯分子链上的酯键受到间苯二甲酸立体位阻效应的保护，邻苯二甲酸聚酯分子链上的酯键更易受到水和其它各种腐蚀介质的侵袭，用间苯二甲酸聚酯树脂制得的玻璃纤维增强塑料在71℃饱和氯化钠溶液中浸泡一年后仍具有相当高的性能。双酚A型不饱和聚酯与邻苯型不饱和聚酸及间苯型不饱和聚酯大分子链的化学结构相比，分子链中易被水解遭受破坏的酯键间的间距增大，从而降低了酯键密度；双酚A不饱和聚酯与苯乙烯等交联剂共聚固化后的空间效应大，对酯基起屏蔽保护作用，阻碍了酯键的水解；而在分子结构中的新戊基，连接着两个苯环，保持了化学瓜的稳定性，所以这类树脂有较好的耐酸、耐碱及耐水解性能。乙烯基树脂乙烯基树脂又称为环氧丙烯酸树脂，是60年代发展起来的一类新型树脂，其特点是聚合物中具有端基不饱和双键。乙烯基树脂具有较好的综合性能：①由于不饱和双键位于聚合物分子链的端部，双键非常活泼，固化时不受空间障碍的影响，可在有机过氧化物引发下，通过相邻分子链间进行交联固化，也可与单体苯乙烯其聚固化；②树脂链中的R基团可以屏蔽酯键，提高酯键的耐化学性能和耐水解稳定性；③乙烯基树脂中，每单位相对分子质量中的酯键比普通不饱和聚酯中少

35%～50%左右，这样就提高了该树脂在酸、碱溶液中的水解稳定性；④树脂链上的仲羟基与玻璃纤维或其它纤维的浸润性和粘结性从而提高复合材料的强度；⑤环氧树脂主链，它可以赋与乙烯基树脂韧性，分子主链中的醚键可使树脂具有优异的耐酸性。  乙烯基树脂的品种和性能，随着所用原料的不同而有广泛的变化，可按复合材料对树脂性能的要求设计分子结构。卤代不饱和聚酯是指由氯茵酸酐（

HET酸酐）作为饱和二元酸（酐）合成得到的一种氯代不饱和聚酯。氯代不饱和聚酯树脂一直是当作具有优良自熄性能的树脂来使用的。但近年来研究表明氯代不饱和聚酯树脂亦具有相当好的耐腐蚀性能，它在上些介质中耐 腐蚀性能与双酚A不饱和聚酯树脂和乙烯基树脂基本相当，而在某些例（例如湿氯）中的耐腐蚀性能则优于乙烯基树脂和双酚A不饱和聚酯树脂。热湿氯在不饱和聚酯树脂接触后会发生反应而产生氯代的不饱和聚酯树脂或称"氯奶油"。由双酚A不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂产生"氯奶油"性状柔软，湿氯可以通过该"氯奶油"

层进一步（腐蚀）渗透，但由氯代不饱和聚酯产生"氯奶油"性状坚硬，可以阻止湿氯的进一步（腐蚀）渗透。不饱和聚酯树脂的固化过程可分为三个阶段，分别是：1、凝胶阶段（A阶段）：从加入固化剂、促进剂以后算起，直到树脂凝结成胶冻状而失去流动性的阶段。该结段中，树脂能熔融，并可溶于某些溶剂（如乙 醇、丙酮等）中。这一阶段大约需要几分钟至几十分钟。2、硬化阶段（B阶段）：从树脂凝胶以后算起，直到变成具有足够硬度，达到基本不粘手状态的阶段。该阶段中，树脂与某些溶剂（如乙醇、丙酮等）接触时能溶胀但不能溶解，加热时可以软化但不能完全熔化。这一阶段大约需要几十分钟至几小时。3、熟化阶段（C阶段）：在室温下放置，从硬化以后算起，达到制品要求硬度，具有稳定的物理与化学性能可供使用的阶段。该阶段中，树脂既不溶解也不熔融。我们通常所指的后期固化就是指这个阶段。这个结段通常是一个很漫长的过程。通常需要几天或几星期甚至更长的时间。

     影响树脂固化程度的因素，不饱和聚酯树脂的固化是线性大分子通过交联剂的作用，形成体型立体网络过程，但是固化过程并不能消耗树脂中全部活性双键而达到100%的固化度。也就是说树脂的固化度很难达到完全。其原因在于固化反应的后期，体系粘度急剧增加而使分了扩散受到阻碍的缘故。一般只能根据材料性能趋于稳定时，便认为是固化完全了。树脂的固化程度对玻璃钢性能影响很大。固化程度越高，玻璃钢制品的力学性能和物理、化学性能得到充分发挥。（有人做过实验，对UPR树脂固化后的不同阶段进行物理性能测试，结果表明，其弯曲强度随着时间的增长而不段增长，一直到一年后才趋于稳定。而实际上，对于已经投入使用的玻璃钢制品，一年以后，由于热、光等老化以及介质的腐蚀等作用，机械性能又开始逐渐下降了。）影响固化度的因素有很多，树脂本身的组分，引发剂、促进剂的量，固化温度、后固化温度和固化时间等都可以影响聚酯树脂的固化度。
      辅助材料，着色剂（如颜料糊），耐磨剂（石英粉，金刚粉等），阻燃剂（卤化物）、增加刚 度的加石英砂、抗静电剂（石墨）等
      E-玻璃亦称无碱玻璃，是一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分，具有良好的电气绝缘性及机械性能，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。C-玻璃亦称中碱玻璃，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%～20%，通常国外的中碱玻璃纤

维含一定数量的三氧化二硼，而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外，中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品，如用生产玻璃纤维表面毡等，也用于增强沥青屋面材料，但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半（6 0%），广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。高强玻璃纤维其特点是高强度、高模量，它的单纤维抗拉强度为2800MPa，比无碱玻纤抗拉强度高25%左右，弹性模量86000MPa，比E-玻璃纤维的强度高。用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲及运动器械。但是由于价格昂贵，目前在民用方面还不能得到推广，全世界产量也就几千吨左右。AR玻璃纤维亦称耐碱玻璃纤维，主要是为了增强水泥而研制的。A玻璃亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻璃纤维。E-CR玻璃是一种改进的无硼无碱玻璃，用于生产耐酸耐水性好的玻璃纤维，其耐水性比无碱玻纤改善7～8倍，耐酸性比中碱玻纤也优越不少，是专为地下管道、贮罐等开发的新品种。D玻璃亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。除了以上的玻璃纤维成分以外，近年来还出现一种新的无碱玻璃纤维，它完全不含硼，从而减轻环境污染，但其电绝缘性能及机械性能都与传统的E玻璃相

似。另外还有一种双玻璃成分的玻璃纤维，已用在生产玻璃棉中，据称在作玻璃钢增强材料方面也有潜力。此外还有无氟玻璃纤维，是为环保要求而开发出来的改进型无碱玻璃纤维。