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玻璃钢应用

2021-04-08 14:44

夹砂管道缠绕加砂车.jpg

玻璃钢英文即FRP,别名:玻璃纤维增强复合塑料,是用玻璃纤维增强剂和不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂粘合剂为基本组成。由于所使用的树脂品种不同,因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。玻璃钢的特点质轻而硬,不导电,机械强度高,回收利用少,耐腐蚀等可以代替钢材制作的各种机器零件、汽车、船舶外壳等。玻璃纤维直径很小,一般在10μm以下,缺陷较少又较小,断裂应变约为千分之三十以内,是脆性材料,易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说,强度、模量都要低很多,但可以经受住大的应变,往往具有粘弹性和弹塑性,是韧性材料。折叠编辑本段理化性能玻璃具有硬而易碎,具有很好的透明性以及耐高温、耐腐蚀等性能;同时钢铁很硬并且不易碎,也具有耐高温的特点。于是人们开始想,如果能制造一种既具有玻璃的硬度、耐高温、抗腐蚀的性质,又具有钢铁一样坚硬不碎的特点,那这种材料一定会大有用途。人们经过研究试验,终于制出了这样一种复合材料。它,就是能与钢铁比肩而立的玻璃钢。

我们先来看一个试验,了解了解它的性能优良与否。

在一个群山环抱、绿树成荫的山谷里,一次试验正在进行。远在二百米以外的掩体后的人们,眼睛都盯着山谷中央放着的一个氧气瓶。空气压缩机有节奏地转动着,通过合金钢管道向那氧气瓶不断地充气。压力表上的指针牵动着每个人的心。读数从100—200—400—500渐渐上升,直到700公斤1平方厘米时,只听得一声震天巨响,氧气瓶爆炸了!周围的人们欢呼着跳起来:“成功了!”氧气瓶是一种耐高压容器。它所承受的工作压力是150公斤/平方厘米。为了使用安全,制造时要求它能忍受三倍的工作压力,即450公斤/平方厘米。不爆裂,才算合格。上面试验的氧气瓶,远远超出了设计要求。这是用什么钢材制成的呢?是玻璃钢,更为确切的说,是玻璃与塑料复合在一起制成的。

玻璃是硬而脆的材料,一摔就碎,这带有玻璃名的玻璃钢经得起摔吗?于是又进行了新的试验。

将另一只玻璃钢氧气瓶充气到150公斤/平方厘米,然后从山顶上滚下山谷。它与嶙峋的岩石碰撞着,一直滚到谷底仍然没有爆裂。玻璃钢氧气瓶经过了质量鉴定考试。

一般玻璃的耐拉强度只有普通钢材的八分之一。把玻璃融化,拉成只有头发直径的十几分之一那么细的玻璃纤维,原来又硬又易碎的玻璃就变成了又软又耐拉的玻璃纤维,其耐拉强度可增加十几倍。大家都知道,水泥块耐压,钢材耐拉。用钢材作筋骨,水泥砂石作肌肉,让它们凝为一体,互相取长补短,变得坚强无比——这就是钢筋混凝土。

同样,如我们用玻璃纤维作筋骨,用合成树脂(酚醛塑料、环氧树脂及聚酯树脂)作肌肉,让它们凝为一体,制成的材料,其抗拉强度可与钢材相媲美—因此得名叫玻璃钢。

折叠编辑本段行业发展前景玻璃钢(FRP),也称玻璃纤维增强塑料,是指用玻璃纤维增强热固性树脂生产的塑料制品。根据国家统计局制定的《国民经济行业分类与代码》,中国把玻璃钢归入非金属矿物制品业(国统局代码30)中的玻璃纤维和玻璃纤维增强塑料制品制造(C306),其统计4级码为C3062。前瞻产业研究院发布的《中国玻璃钢行业产销需求与投资预测分析报告前瞻》指出我国玻璃纤维及其制品制造业主要由政府部门和行业协会共同进行管理。政府主管部门原为国家发改委,现为工信部;行业协会主要是中国玻璃纤维工业协会和中国复合材料工业协会。

中国玻璃纤维工业协会的主要职责为:建立行业信息资料库,提供国内外经济技术情报和市场信息;制定行规、公约和行业道德规范,维护会员单位的合法权益和行业声誉、协调行业在生产经营中发生的有关争议和问题;向政府部门提出制定行业规划、经济技术政策和标准、经济立法等方面的建议;总结会员单位的先进经验、组织协作交流等。

中国复合材料工业协会的主要职责为:向政府主管部门提出制定行业发展规划、技术、经济政策和立法等方面的建议;协调行业内的经济活动、规范企业行为,维护公平竞争秩序;行业经济指标统计和调查研究工作,以及质量监督和评价工作;推动整个复合材料市场及应用领域的扩大和发展。折叠编辑本段生产工艺

目前世界上使用最多的成型方法有以下几种:

1、手糊法:主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等;

2、喷射法:主要使用国家有瑞典、美国、挪威等;

3、模压法:主要使用国家有德国等;

4、RTM法(树脂传递模塑):主要使用国家有欧美各国、日本;

5、纤维缠绕成型法;玻璃钢

6、拉挤成型法和热压灌成型法等等。

我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的,其他有模压法、缠绕法、层压法等。日本的手糊法仍占50%。

从世界各国来看,手糊法仍占相当比重,说明它仍有生命力。

手糊法的特点是用湿态树脂成型,设备简单,费用少,一次能糊10m以上的整体产品。

缺点是机械化程度低,生产周期长,质量不稳定。

近年来,我国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备,随着FRP工业的发展,新的工艺方法将会不断出现。

折叠编辑本段优势特点

玻璃钢具有以下特点性质:

耐腐蚀性好

玻璃钢(FRP)是一种具有良好耐腐蚀性能的复合材料,对大气和水的氧化以及一般浓度的酸碱盐等多种溶剂具有较强的抵抗能力,已经运用到环保、化工防腐各个方面,正在逐渐取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。轻质高强相对密度在1.5~2.0之间,只有碳钢的1/4~1/5,可是拉伸强度却接近,甚至超过碳素钢,而比强度可以与高级合金钢相比。因此,在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中,都具有卓越成效。某些环氧

FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。

绝缘性能好

是优良的绝缘材料,用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好,已广泛用于雷达天线罩。

导热性能良好

FRP热导率低,室温下为1.25~1.67kJ/(m·h·K),只有金属的1/100~1/1000,是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下,是理想的热防护和耐烧蚀材料,能保护宇宙飞行器在2000℃以上承受高速气流的冲刷。

可设计性强

1、可以根据需要,灵活地设计出各种结构玻璃钢制品满足使用要求,具有很好的整体性。

2、可以充分选择材料来满足产品的性能,如:可以设计出耐腐的,耐瞬时高温的、产品某方向上有特别高强度的、介电性好的,等等。

工艺性优良

1、可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。

2、工艺简单,可以一次成型,经济效果突出,尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品,更突出它的工艺优越性。

折叠编辑本段不足之处

弹性模量低

FRP的弹性模量比木材大两倍,但比钢(E=2.1E5)小10倍,因此在产品结构中常感到刚性不足,容易变形。

可以做成薄壳结构、夹层结构,也可通过高模量纤维或者做加强筋等形式来弥补。

长期耐温性差

一般FRP不能在高温下长期使用,通用聚酯FRP在50℃以上强度就明显下降,一般只在100℃以下使用;通用型环氧FRP在60℃以上,强度有明显下降。但可以选择耐高温树脂,使长期工作温度在200~300℃是可能的。

老化现象  

老化现象是塑料的共同缺陷,FRP也不例外,在紫外线、风沙雨雪、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。

剪切强度低

层间剪切强度是靠树脂来承担的,所以很低。可以通过选择工艺、使用偶联剂等方法来提高层间粘结力,最主要的是在产品设计时,尽量避免使层间受剪。

折叠编辑本段检测项目

力学性能:弯曲强度、拉伸强度、抗压强度、冲击强度等;[1]

光学性能:透光率、折射率等;

热学性能:比热、导热系数、热变形温度、耐燃性、自熄性等;

电学性能:表面电阻、体积电阻、击穿电阻、介电常数、耐电弧性等;

化学性能和耐介质性能等:如耐水性、耐溶剂性、耐碱性、耐油性。等;

其他性能:如比重、硬度、密度、树脂含量、吸水性、耐磨耗性、孔隙含量等等;

折叠编辑本段主要用途

玻璃钢是近五十多年来发展迅速的一种复合材料。玻璃纤维的产量的70%都是用来制造玻璃钢。玻璃钢硬度高,比钢材轻得多。喷气式飞机上用它作油箱和管道,可减轻飞机的重量。登上月球的宇航员们,他们身上背着的微型氧气瓶,也是用玻璃钢制成的。玻璃钢加工容易,不锈不烂,不需油漆。我国已广泛采用玻璃钢制造各种小型汽艇、救生艇、游艇,以及汽车制造业等,节约了不少钢材。由于玻璃钢是一种复合材料,其性能的适应范围非常广泛,因此它的市场开发前景十分广阔。据有关统计资料,目前世界各国开发的玻璃钢产品的种类已达4万种左右。虽然各国均根据本国的经济发展情况,开发的方向各有侧重,但基本上均已涉及到各个工业部门。我国玻璃钢工业经过四十多年来的发展,也已在国民经济各个领域中取得了成功的应用,在经济建设中发挥了重要的作用。

现将玻璃钢主要的应用领域,粗略地概括如下:

1、建筑行业:冷却塔、玻璃钢门窗New、建筑结构、围护结构、室内设备及装饰件、玻璃钢平板、波形瓦、装饰板、卫生洁具及整体卫生间、桑拿浴室、冲浪浴室,建筑施工模板、储仓建筑,以及太阳能利用装置等等。

2、化学化工行业:耐腐蚀玻璃钢储罐、玻璃钢搅拌罐、玻璃钢管道、贮罐贮槽、耐腐蚀输送泵及其附件、耐腐阀门、玻璃钢格栅、通风设施,以及污水和废水的处理设备及其附件等等。

3、汽车及铁路交通运输行业:汽车壳体及其他部件,全塑微型汽车,大型客车的车体外壳、车门、内板、主柱、地板、底梁、保险杠、仪表屏,小型客货车,以及消防罐车、冷藏车、拖拉机的驾驶室及机器罩等;

4、铁路运输方面,有火车窗框、车内顶弯板、车顶水箱、厕所地板、行李车车门、车顶通风器、冷藏车门、储水箱,以及某些铁路通讯设施等;

5、公路建设方面,有交通路标、路牌、隔离墩、公路护栏等等。 船艇及水上运输行业:

6、内河客货船、捕渔船、气垫船、各类游艇、赛艇、高速艇、救生艇、交通艇,以及玻璃钢航标浮鼓及系船浮筒等等。

7、电气工业及通讯工程:有灭弧设备、电缆保护管,发电机定子线圈和支撑环及锥壳,绝缘管、绝缘杆,电动机护环,高压绝缘子,标准电容器外壳,电机冷却用套管,发电机挡风板等强电设备;配电箱及配电盘,绝缘轴,玻璃钢罩等电器

设备;印刷线路板、天线、雷达罩等电子工程应用。

近年来,随着科学技术的发展,以及人民生活水平的提高,许多民用玻璃钢产品大量地被开发,例如许多城市雕塑、工艺美术造型,快餐桌椅、摩托车部件、玻璃钢花盆、安全帽、高级游乐设备、家用电器外壳等,都成功地被大量应用。

可制作玻璃钢瓦,又称透明瓦.是和钢结构配套使用的采光材料,其主要由高性能上膜、强化聚脂和玻璃纤维组成,其中上膜要起到很好的抗紫外线抗静电的作用,抗紫外线是为了保护FRP采光板的聚酯不发黄老化,过早失透光特性。抗静电是为了保证表面的灰尘轻易被雨水冲走或被风吹走,维持清洁美观的表面。由于其稳定的质量、经久耐用的特点,深受顾客的欢迎,产品可广泛使用在工业/商业/民用建筑额屋面和墙面。

电影界用来做道具,既方便快捷,又省成本.可以仿制很多种材料效果.受到人们的欢迎.化工厂也采用酚醛树脂的玻璃钢代替不锈钢做各种耐腐蚀设备,大大延长了设备寿命。玻璃钢无磁性,不阻挡电磁波通过。用它来做导弹的雷达罩,就好比给导弹戴上了一副防护眼镜,既不阻挡雷达的“视线”,又起到防护作用 。现在,许多导弹和地面雷达站的雷达罩都是玻璃钢制造的。

进入21世纪,根据玻璃钢的良好的透波性,这个方面的性能,随着手机通讯的广泛流行,玻璃钢广泛被应用于制造2G和3G天线外罩,玻璃钢以其良好的可成形性能,外观的可美化性,起到了很好的小区美化作用,这方面的产品有方柱线罩,仿真石,野外应用的美化树等玻璃钢还为提高体育运动的水平立下了汗马功劳。自从有撑竿跳高这项运动以来,运动员使用木制撑竿创造的最高纪录是3.05米。后来使 用了竹竿。到一九四二年,把纪录提高到了4.77米。竹竿的优点是轻而富有弹性,欠缺之处是下端粗而上端细,再要提高记录有很大困难 ,于是人们又用铝合金竿代替竹竿,它虽然轻而牢固,但弹性不足。这样,从一九四二年到一九五七年,十五年时间,撑竿跳高的最高纪录仅仅提高了1厘米。但自从新的玻璃钢撑竿出现以后,由于它轻而富于弹性,纪录飞速上升,如今的撑杆跳高纪录已经超过了6米大关。

在今天,玻璃钢也被大量应用在人们的生活方面,人们亲切地把它叫“玻璃钢”,由于它的某些特殊品种仍能保留许多玻璃的优点,如透明性 ,于是人们用它作为窗户玻璃,既能遮挡阳光中的紫外线,又能使居室明亮。人们还把它用来制作各种坚固耐用的生活日常用品。如浴具、厨房用具、梳洗用具等。

折叠编辑本段相关工艺

玻璃钢酸雾净化塔的结构和工艺:

第一,玻璃钢酸雾中和塔中需要有填料层的设计,该填料层有其适合的高度,φ50毫米的塑料环或者有许多个面的空心球体,这样的作用在于塔中的碱液能与酸雾增大接触面积,并且长时间的接触,很自然的就增加了吸收的效率了,化学反应后生成的废气从净化塔的顶风冒放掉。

第二,碱液泵内置氟塑料或塑料味离心泵,这样的设计的作用在于其耐腐蚀,且运转效果很好,设备在定期检查或修理的时候也很方便;

第三,排风这点比较重要,所选排风机A式传动,配备的是由聚酯聚丙烯制成的风机。

第四,碱液箱的旁边安装了能上下的梯子和排污管道,检修方便很多。

玻璃钢酸雾净化塔用途很明显,是工业领域中酸雾净化环节所必须的,玻璃钢制成的净化塔效率高,成本低,耐用,节能环保,深受各企业的喜爱。

手糊工艺流程

(一)、手糊操作即手工操作,通过使用简单的工具,将加入过配方的玻璃钢原材料糊制到模具上,固化后经脱模、修整,即为玻璃钢产品。可见,产品质量受人、模具、原材料、环境影响最大。

1、模   具:常用的有钢、水泥、玻璃钢模,木模、石膏模等。

2、脱模剂:常用的有石蜡、黄油、聚乙烯醇、聚脂薄膜等。

3、工   具:常用工具有打磨机、切割机、压棍、搅拌棒、毛刷、提桶、塑料小盆、腻刀、剪刀、卷尺、锉刀、钻孔机、台秤(磅秤)、量杯、括板、锤、钳子、温度计、操作台等。

4、我公司常见手糊制品

1)、弯头、法兰、三通、大小头、对接件等;

2)、平板、封头、非标件等。

(二)、手糊玻璃钢的成型工艺规程

1、准备工作

  1)、准备好清洁、正常的工具;

2)、认真阅读工艺单,熟悉其材料、数量、工艺铺层等要求,并按工艺单要求的品种、尺寸准备好合格的材料(毡、布、内衬及结构层树脂、配方等)。

3)、剪布要求:A)检查布是否受潮、污染,不合格的布不得剪裁;

B)按工艺单尺寸剪裁,工艺单无尺寸的应通过测量模具确定,复杂形状的,应先制成纸样的。

C)可以单层剪裁也可多层剪裁;

D) 剪裁要考虑纵横交替铺层,布的搭接应有余量,一般50mm左右。有时也可对接,但无论是对接或搭接,接缝要错开。

E)布应尽量减少开剪,如表面要求高,则应剪去布边。对于圆环或圆锥形制品,布可剪成布带(45°方向)或扇形。

F)可在开剪处先抽一根纱再开剪。

G)布剪好后,注明用途、编号、日期并用塑料袋装好。

H)毡尽量不要用手撕。

2、模具清理

1)、检查尺寸及完好程度,保证其与要求的规格相符;弯头模具应按要求角度划线。

2)、对水泥模具,认真清理模具,应干净无杂物,如有凹坑、裂纹应予修补,均匀打上一层脱膜蜡,并进行抛光处理,反复三次以上,两小时后方可使用;钢模具应除完锈后再打蜡抛光,不得出现脱膜剂淤积未干情况;其它模具略。

3、短管的切割及对接

   短管法兰、管道对接、三通等糊制前都要作切割打磨,   短管长度应符合相关要求,   短管应无缺陷。短管打磨到坡口并打到内衬,坡度应平滑,不要太陡;打磨宽度略大于糊制宽度10~15mm。管道对接应在一条轴线上,双法兰管要注意法兰孔对称、分中;管道、三通对接时尽量加内套管;两片弯头壳对接时,要合缝,按要求尺寸修整。对接件接缝要小,按规定角度,不得出现偏心、扭曲。

4、手糊铺层

          1)、根据工艺单大致确定树脂用量,称好后按配比用量杯量好后加入红配方,充分搅拌后加入量好的白配方,再充分搅拌后使用。配方用量,应根据树脂的种类、温度高低、湿度大小、糊制时间长短等确定。一般地,内衬树脂的配方用量大于结构层树脂,温度高的湿度小的糊制时间长的用量少,反之则多;湿度大的要增加红配方用量。糊制大制品时,可一次性在大容器中予加入红配方;加过红配方的树脂必须在三天内用完。对未用过的树脂或环境、工艺发生变化时,使用前要进行小试。配方用量一般为树脂的0.5~2.0%。固化时间40分钟左右为宜。

2)、在模具表面均匀地刷上一层树脂,按工艺单要求的铺层顺序,上相应的材料(表面毡、短切毡、布等)并注意搭接或错开接缝,布要采用正交铺层。毡、布(0.4布)铺层不得超过两层,铺层时要层层浸透,充分赶压气泡,不得出现气泡、干斑等缺陷。糊到最外层时,贴上标签,标签应写明产品名称、尺寸、制作人、生产日期等。

3)、毛刷、压棍、毛辊使用时要将丙酮甩尽;不用时,挤尽树脂,放入丙酮桶中。大面积制品铺层时,尽量用括板。

4)、厚制品必须采用两次以上成型,两次以上成型的制品,应检查前一次有无不平、气泡、干斑等缺陷,如有应在处理后方可进行下一次成型。

5)、大制品(或垂直面)糊制时,为防止流胶,在固化前应一直有人看守直至固化。

5、脱膜

1)、不得提前脱膜,尤其是压力等级高、要求耐腐蚀好的产品,应待制品产生一定硬度(巴士硬度35以上)方可脱膜,脱膜应尽量轻,不得用力硬物(如铁锤)敲打,可用木锤、橡胶锤。

2)、脱膜速度不要过快,要仔细观察有无异样,一旦出现发白、开裂等情况应立即停止。

3)、将脱膜后的制品搬至打磨场所,注意不要碰或摔,轻搬轻放。

6、处理

1)、切去毛边,修整端口,切割时,应在线外从光面处进行;法兰按标准打孔,孔眼分中、分布均匀,孔距误差小于1mm。

2)、对制品表面、内衬进行检查,如有缺陷要进行处理,打磨的地方应刷胶,刷胶用树脂和打磨地方用树脂相同。法兰面严尽刷胶,制品刷胶要做到匀而少,不得挂滴。

3)、修整合格后,进行自检,合格后填好三检单,经检验后入库。

7、工作结束后,应清洗工具、容器等。打磨机、切割机等工具放在指定地点。整理工作现场,打扫卫生,保持良好的工作环境。

(三)、手糊制品常见缺陷

1、表面发粘

原因及解决方法:

a)空气湿度大,阻聚造成;

b)空气中氧气阻聚(树脂中加蜡液0.02%;或表面涂一层蜡液,蜡液=苯乙烯100+石蜡5+水4;或树脂中加5%异氰酸酯涂之;或表面喷聚乙烯醇酒精液或表面喷环氧树脂丙酮液或覆盖薄膜、冷干漆);

c)、苯乙烯挥发多,控制通风;

d)、固化剂、促进剂配错;

2、气泡多

原因及解决方法:

a)树脂用量过多,改进搅拌方法,减少胶液中气泡;

b)树脂粘度过大,增加苯乙烯或稀释剂,提高温度;或加消泡剂;

c)选用易浸透的布、毡

d)操作时多赶压气泡;

3、流胶

原因及解决方法:

a)树脂粘度小或垂直面施工,可加2-3%活性sio2或触变树脂,或适当加大配方并多赶压;

b)配料不均匀或固化剂用量不足;

4、分层

a)材料受潮或未脱蜡;

b)树脂用量不足或玻璃布未压紧或赶气泡不足;

c)加热过早、过急、温度过高;

d)凝胶过早或多次成型时未打磨处理或局部不平;

5、固化不良

a)温度过低

b)湿度过大

c)固化剂、促进剂用量不足

d)树脂质量有问题

6、炸裂

a)配方过大

b)树脂含量太高

c)树脂质量问题

7、颜色不均

a)局部红配方未搅匀,含量过大;

b)两次成型选材不同或配方不一;

c)配方过大;

8、尺寸误差

a) 模具尺寸不准;

b)加工精度不够;

c) 未按工艺要求加工;