玻璃钢与复合材料之间的关系
一、玻璃钢的两大组成材料
谈到玻璃钢与复合材料之间关系,我们先来看看玻璃钢的两大组成材料。
(1)玻璃纤维一般认为它主要起承载作用。
(2)树脂目前主要指合成树脂,它起粘结纤维,把松散纤维粘拢在一起,形成整体的作用。
由玻璃纤维和合成树脂两种组分构成玻璃钢。这两种组分关系十分密切,缺一不可。它们之间就好象人体上骨骼和肉的关系。
玻璃钢是复合材料的一种,我们把玻璃钢扩大到复合材料范围来看,复合材料也至少有两种组分。下面我们先从一般概念来谈复合材料。
(一)广义复合材料
广义复合材料由填料和基体组成。
填料―――骨料,如粒状、块状、线状、片状等。
基体―――胶粘剂,如有机、天然会成树脂;天然、人工无机胶粘剂等。
混凝土就属于这种广义的复合材料。这里,砂粒、石子均属于填料,基体是无机材料水泥作胶粘剂,可称为无机复合材料。与玻璃钢接近的树脂混凝土有人造大理石等。这种复合材料,填料有细粉状无机填料、颜料,基体胶粘剂是合成树脂,属有机材料,亦称有机复合材料。
(二)增强复合材料
增强复合材料由增强材料和基体组成。
增强材料―――填料为增强材料,如片、线状的有一定强度的材料。
基体―――胶粘剂,有机或无机材料。
象钢筋混凝土,钢筋为增强材料,水泥为粘结材料,两种组分形成整体,是一种无机增强复合材料。而和玻璃钢很接近的天然生成的增强复合材料有木材和竹材等。它的增强材料是木纤维和竹纤维,有方向性;粘接材料是植物本身的一种胶接细胞,把纤维连接成整体,形成有机增强复合材料。
(三)纤维增强复合材料
纤维增强复合材料由纤维增强材料和基体组成。
纤维增强材料―――如连续纤维、短切纤维、纤维织物或毡等。
基体―――胶粘剂包括有机或无机非金属以及金属等。
象用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等作增强材料,合成树脂作胶粘材料制成的复合材料,称为非金属基或树脂基纤维增强复合材料,也有人称为塑料基纤维增强复合材料。
而用碳化硅、氧化铝、陶瓷纤维等作增强材料,金属作基体制成的纤维增强复合材料称为金属基纤维增强复合材料。
综上所述,玻璃钢只是树脂基纤维增强复合材料的一部分。
二、玻璃钢/ 复合材料的三大要素
玻璃钢是由玻璃纤维和合成树脂两大组分构成整体的,那么树脂作为粘结剂它是怎样把松散的玻璃纤维连成坚硬的玻璃钢体呢?玻璃钢在成型制作过程中,呈液体状的树脂液包围和浸渍了玻璃纤维,然后树脂固化,形成固定形状的坚硬体。如果玻璃纤维表面和树脂不亲合,就不能做成强度高的整体,增强材料的作用就无法发。由此可见,玻璃纤维表面,即玻璃纤维和树脂的交界面称为界面,是极其重要的部分。所以把玻璃纤维、合成树脂及界面称为复合材料的三大要素。
三、三大要素的作用和相互关系
(一)玻璃纤维
玻璃纤维是玻璃钢中的主要承力部分,它不仅能够提高玻璃钢的强度和弹性模量,而且能够减少收缩变形,提高热变形温度和低温冲击强度等。例如306#聚酯树脂浇铸体,在加入50%的玻璃布后。拉伸强度可由50MPa提高到200MPa,拉伸模量可由3.9GPa提高到14GPa。
(二)合成树脂
合成树脂是玻璃钢的基体,松散的玻璃纤维靠它粘接成整体。树脂主要起传递应力作用,因此树脂对玻璃钢的强度起重要作用,尤其是抗压、弯曲、扭转、剪切强度更为显著。由于树脂是基体材料,它对玻璃钢的弹性模量、耐热性、电绝缘性、透电磁波性、耐化学腐蚀性、耐气候性、耐老化性等都有影响。例如玻璃钢的耐化学液体浸蚀性和耐水性,主要取决于树脂基体的性能。通常不饱和聚酯树脂170# 耐化学腐蚀较好,而189 #耐水较好。不同类型、不同牌号树脂其性能是不相同的。树脂含量对玻璃钢性能也有影响,通常树脂含量为20%-35%,这和成型方法、增强材料品种有关。例如,缠绕和模压成型,树脂含量偏低,而手糊成型、树脂含量则稍高。强度层树脂含量稍低,通常可在25%-40%之间;耐腐蚀、防渗层树脂含量较高,一般要超过50%用玻璃布作增强材料,树脂含量低于用玻璃毡。用玻璃纤维表面毡作增强材料时,可达80%以上的富树脂含量。
(三)界面
所谓界面就是任何两相物质间的分界面。
玻璃钢的性能不仅与所用的增强材料、合成树脂有关,同时,很大程度上还和纤维与树脂之间界面粘合的好坏及耐久性有关。众所周知,玻璃纤维是一种圆柱状玻璃,表面也象玻璃那样光滑,而且表面还常牢固地吸附着一层薄的水膜,这当然要影响玻璃纤维和树脂的粘接性能。尤其是玻璃纤维在拉丝纺织过程中,为了达到集束、润滑、消除静电等目的,常涂上一层浸润剂,这种浸润剂多数是石蜡类物质,它们存留在玻璃纤维表面上,对合成树脂与玻璃纤维起隔离作用,妨碍两者粘接。可见界面对玻璃钢的性能影响很大。界面有问题就需要处理。如在玻璃纤维表面覆盖一层表面处理剂,从而使玻璃纤维和树脂可以牢固地粘接在一起。这种方法是提高玻璃钢基本性能很有效的途径,国内外都在大力研究和采用。实践证明,玻璃纤维及其织物,在经过表面处理剂处理后,不仅改善了玻璃纤维的耐磨、耐水、电绝缘性能,对玻璃钢的强度,特别是潮湿情况下的强度提高更为显著。
此外,玻璃钢与其它材料或玻璃钢本身多次铺层粘贴等也都有界面问题。例如往金属罐里层做玻璃钢防腐贴,就需要把金属罐内表面处理干净,如去掉污垢、油污、水分和锈蚀层等,常采用喷砂、酸洗等处理办法。如果金属表面处理不好,玻璃钢贴衬就会失败。有时,还会遇到固化了的玻璃钢层,再行粘接玻璃钢,也会有界面问题。如采用分层固化工艺或者玻璃钢破损维修等,都需要把玻璃钢层表面进行处理,除去掉污垢、油、水等外,还需要把表面用砂纸打毛以增大粘贴面积,否则,就会出现分层疵病。
由此可见,影响玻璃钢及其制品质量的因素,除了玻璃纤维和树脂这两大组分之外,界面也是非常重要的。这三大要素,缺一不可,它们之间是密切关联的,不可分割。我们所以称它们为三大要素,这是长期实践总结出来的。
经验告诉我们,纤维、树脂和界面这是玻璃钢制品成败的三项要素。可以说,凡是玻璃钢制品出现事故时,人们皆可从三大要素上找原因。例如某啤酒厂的钢筋混凝土发酵池,原系沥青贴衬,短期用后脱落失效。采用玻璃钢贴衬,由于原混凝土池表面没有清洗干净,糊后脱落失效,经济损失巨大。还有一些玻璃钢厂为降低造价追求高利润,竟采用陶土坩埚生产的玻璃纤维,生产的玻璃钢波形瓦不到半年树脂便脱落。因为陶土坩埚拉出的纤维表面未经处理,玻璃纤维外表面有一层蜡膜,使树脂无法粘牢,细检查该波形瓦边缘可见有露出的玻璃丝,一根根很干净,一点胶也粘不上。这种未经处理的玻璃布是坚决不能用在玻璃钢上的,如果要用必须经高温脱蜡处理。








































