玻璃纤维增强的树脂基复合材料

    树脂基复合材料亦称聚合物基复合材料,是目前应用广、消耗量大的一类复合材料。现在的树脂基复合材料，根据增强体的种类，可分为玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维增强树脂基复合材料、硼纤维增强树脂基复合材料、碳化硅纤维增强树脂基复合材料等类型。
    下面我仅以玻璃纤维增强的树脂基复合材料的研究进度以及应用为例,来介绍一下树脂基复合材料的情况。
     什么是玻璃纤维？玻璃脆性很大，但是将融熔态玻璃以极快的速度拉制成纤维，就具有一定的柔韧性，可纺织成纱或各种形式的玻璃布。玻璃纤维的性能特点有：①抗拉强度很高。纤维越细，强度越高。②耐热性低。250℃以上开始软化，不宜用来增强金属基复合材料。③化学稳定性高。除氢氟酸和浓碱等少数介质外，对绝大多数化学介质都有较好的稳定性。④脆性较大。伸长率只有3%左右，表面光滑，不易与基体结合，需经表面处理来提高与基体的结合力。
     什么是玻璃纤维增强的树脂基复合材料？复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起，组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。例如，单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力，不能承受弯曲、剪切和压应力，还不易做成固定的几何形状，是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起， 可以做成各种具有固定形状的坚硬制品，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材，又含有玻璃组分，也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，像玻璃那样，历史上形成了这个通俗易懂的名称“玻璃钢”，这个名词是 由建材系统扩至，现在还普遍地采用着。由此可见，玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑料，国外称玻璃纤维增强塑料。玻璃钢分为热固性玻璃钢和热塑性玻璃钢两类。①热固性玻璃钢是以玻璃纤维为增强材料和以热固性树脂为基体的复合材料。这种材料具有成形工艺简单、强度高、密度低、耐腐蚀、介电性高等特点，与热塑性玻璃钢相比，耐热性较高。这类玻璃钢的主要缺点是弹性模量低，刚性差。②热塑性玻璃钢是以玻璃纤维为增强材料和以热塑性树脂为基体的复合材料。热塑性玻璃钢与热固性玻璃钢相比，强度和疲劳性能可提高2~3倍以上，冲击韧度提高2~4倍，抗蠕变能力提高2~5倍。
     玻璃钢的用途： 玻璃钢作为一种新型的工程材料，由于它具有一些比较突出的优良性能，因此从尖端技术到国民经济各个部门，都有广阔的应用前景，而且随着生产技术发展的要，玻璃钢的应用将越来越广泛。第二次大战期间，玻璃钢主要用于制造各种军需品和武器，如玻璃钢雷达罩、飞机油箱等少量军需品。第二次大战以后，玻璃钢产品开始向民用方面发展，如玻璃钢游艇、汽车、浴盆等。几年以后，玻璃钢在军工方面的应用又不断上升，如军用车辆、船艇、防弹装备、飞机、火箭、导弹、潜艇等军需品上的部件。许多（如英、法、德、日本等）相继在飞机、导弹、船舶、交通运输、建筑、石油化工、电工机械等方面广泛地应用了玻璃钢制品。目前各国玻璃钢产品品种已达几万种。在我国，玻璃钢的发展虽然起步较晚，但发展速度很快，在国防、科技和工农业各部门的应用不断扩大，产量逐年增长，因此，我国的玻璃钢工业在不久的将来将会形成一种新兴的产业。
     21世纪我国玻璃钢发展战略的思考 我国玻璃钢事业经历了40年的发展,取得了一定的成绩,打下了一定基础。根据玻璃钢工业协会的统计，去年我国玻璃钢年产量达到了２８．５万吨占第四位；我国已成为玻璃钢机械化成型工艺装备的大国：然而，我们又不能否认，总的来说我们的发展速度还不够快。
     以下数据或许可以说明：美国1940年开发玻璃钢，复合材料人均占有量为６．１ＫＧ。日本1954年开发玻璃钢，人均占有量６．２ＫG。1958年发展玻璃钢，人均占有量０．２ＫＧ。发展玻璃钢需要正确认识玻璃钢，充分发挥出它的优势：
     １． 用常规材料的观念看待玻璃钢是玻璃钢发展的极大障碍
     １９８８年美国国会技术评价局发表了一份供政府决策指导的三百多页的研究报告，题为，“可设计的先进材料”。在“影响先进材料更广泛应用的原因”，一节中认为，其原因不仅仅是技术问题，还要解决包括研究人员和用户的看法，他们总是习惯于用更适合于常规材料的观念来考虑问题。美国是复合材料科学技术发展先进，复合材料的应用广、用量大的，可是他们仍然认为不能正确认识和看待复合材料，是影响它的发展的重要原因。其实道理很清楚：只有认识材料，才能用好材料，才能更好、更快地发展材料。
     ２．玻璃钢与常规材料确确实实有着完全不同的材料概念
     常规材料的抽象材料定义是：可以直接制造成品的物料。例如：木制品是直接用木材做的，塑料制品是直接用塑料做的等等。但是，玻璃钢制品不是用“玻璃钢材料”直接做出来的。“玻璃钢材料”是在做玻璃钢制品时，才和其制品一起制造出来的。正是由于这一点不同，给玻璃钢带来很大的优势，使玻璃钢的用法，玻璃钢制品的设计思想和观念与使用常规材料时完全不同。再看具体常规材料的定义。什么陶瓷材料，什么叫高分子材料？什么叫铁、铜、金等等？它们都是根据材料的物质成分来分类和定义的。但是，什么叫复合材料呢（玻璃钢是其中的一类），定义是两种或两种以上的物质，主要以物理结合的方式（各自保持其原有属性）组成的物质，称为复合材料。显然，复合材料没有什么材料物质成分的概念。它以其构成方式定义，是一个材料使用方法的概念。这一不同又给复合材料带来很大的优势。
     ３．玻璃钢相对常规材料有很大的优势
     ①玻璃钢有“一张白纸”的材料性能
     玻璃钢材料因为不是特定物质的概念，而是材料使用方法的概念，所以它不受特定材料性能的限制，我们就可以很自由地玻璃钢设计各种各样的材料性能。例如，通过选择不同的组分材料，它可被设计成具有：轻质高强、防腐、绝缘、导电、吸波、透波、透波、透光、耐磨、耐烧蚀等功能；通过设计不同的细观结构，它可被设计成具有各种各样的力学性能。因此我们说玻璃钢的材料性能如同“一张白纸”，可以由你自己去画出“新美的性能图案”。也正因为如此，玻璃钢的应用领域几乎遍及国民经济的各个部门。
     ②从要求结构服从材料，变为可以由材料来满足结构要求
     采用常规材料设计产品时，因为先有了材料，它的性能也就确定了，因此结构设计时只能根据确定了性能进行；玻璃钢产品设计观念完全不同，由于事先没有玻璃钢，就使得可以根据优结构设计的需要，来对玻璃钢的材料性能进行设计。这一改变意味着大大提高玻璃钢产品开发能力，可以大大提高玻璃钢产品的性能和效益。
     ③玻璃钢可以更随意、更自由地塑造制品
     由于制造玻璃钢制品时，不是玻璃钢，而是用柔软的玻璃钢纤维和尚能流动的树脂，因此玻璃钢制品无论是其外观结构形状，还是内在结构都比较容易塑造。这就意味着我们可以根据不同制品的特点，更自由地优化设计它的外观和内在结构；更自由地发展五花八门的制造工艺技术，以求得高的产品质量和生产效率。
     ④玻璃钢使得有条件进行整体综合优化设计
     这里所说的是整体综合设计含两层意思：一是产品结构的整体化；另一是指材料设计、结构设计和制造工艺设计相结合的综合优化。通过整体综合优化设计，可以为玻璃钢产品带来性能、质量、效率和效益上的很大优势。
     从人类发展的历史来看，材料是社会进步的物质基础。综观人类使用材料的历史，可以清楚地看出，每一种重要材料的诞生和利用，都会把人类的生产力提高到一个新的水准，从而大大改善人类的生活水平。