玻璃鋼的基本性能-物理性能
魔猴君 行業(yè)資訊 2381天前
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玻璃鋼雕塑在我們生活中是比較常見的一種雕塑類型。玻璃鋼雕塑具有質(zhì)輕，耐腐蝕，成本相對(duì)較低的特點(diǎn)。又稱FRP，學(xué)稱纖維增強(qiáng)塑料，國(guó)內(nèi)在習(xí)慣上稱之為玻璃鋼。它是以合成樹脂為基體材料，以玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料。
玻璃鋼雕塑成品制作前，先將所要制作的產(chǎn)品用特定泥巴材料塑造出相應(yīng)要制作的產(chǎn)品，在泥塑稿制作完后，翻制石膏外模，然后將玻璃鋼（即樹脂和玻璃絲布的結(jié)合物）涂刷在外模內(nèi)部。等其干透后打開外模，經(jīng)過合模的程序，獲得玻璃鋼雕塑成品。但玻璃鋼雕塑在室外經(jīng)過太陽的暴曬和風(fēng)蝕，一般五年以上就開始有變形，脆弱易裂的缺點(diǎn)。
玻璃鋼雕塑生產(chǎn)方法基本上分為兩大類，即濕法接觸型和干法加壓成型。如按工藝特點(diǎn)來分，有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。手糊成型又包括手糊法、袋壓法、噴射法、濕糊低壓法和無模手糊法。
我國(guó)有90%以上的FRP產(chǎn)品是手糊法生產(chǎn)的，其他有模壓法、纏繞法、層壓法等。日本的手糊法仍占50%。從世界各國(guó)來看，手糊法仍占相當(dāng)比重，說明它仍有生命力。手糊法的特點(diǎn)是用濕態(tài)樹脂成型，設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用少，一次能糊10m以上的整體產(chǎn)品。缺點(diǎn)是機(jī)械化程度低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，質(zhì)量不穩(wěn)定，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了擠拉、噴涂、纏繞等工藝設(shè)備，隨著FRP工業(yè)的發(fā)展，新的工藝方法將會(huì)不斷出現(xiàn)。
一、密度
玻璃鋼密度介于1.5～2.0之間，只有普通碳鋼的1/4～1/5,比輕金屬鋁還要輕1/3左右，而機(jī)械強(qiáng)度卻很高，某些方面甚至能接近普通碳鋼的水平。例如某些環(huán)氧玻璃鋼，其拉伸、彎曲和壓縮強(qiáng)復(fù)均達(dá)到400MPa 以上。按比強(qiáng)度計(jì)算，玻璃鋼不僅大大超過普通碳鋼，而且可達(dá)到和超過某些特殊合金鋼的水平。
玻璃鋼與幾種金屬的密度、抗伸強(qiáng)度和比強(qiáng)度比較見表2-6所示。
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材料名 |
密度 |
拉伸強(qiáng)度（ MPa ） |
比強(qiáng)度 |
|
高級(jí)合金鋼 |
8.0 |
1280 |
160 |
|
A3鋼 |
7.85 |
400 |
50 |
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LY12鋁合金 |
2.8 |
420 |
160 |
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鑄鐵 |
7.4 |
240 |
32 |
|
環(huán)氧玻璃鋼 |
1.73 |
500 |
280 |
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聚酯玻璃鋼 |
1.8 |
290 |
160 |
|
酚醛玻璃鋼 |
1.8 |
290 |
160 |
（比強(qiáng)度：即單位密度下的拉伸強(qiáng)度，也就是材料的抗拉強(qiáng)度與密度之比，用以說明其輕質(zhì)高強(qiáng)的程度。）
二、電性能
玻璃鋼有優(yōu)良的電絕緣性能，可作為儀表、電機(jī)及電器中的絕緣零部件，在高頻作用下仍然保持良好的介電性能。在絕緣材料中，用玻璃纖維布代替紙及棉布，可提高絕緣材料的絕緣等級(jí)，在用相同樹脂的情況下，至少能提高一個(gè)等級(jí)。玻璃鋼占絕緣材料用量的1/3～1/2,。在一些大型電機(jī)中，如12.5萬KW電機(jī)，要用幾百千克玻璃鋼作絕緣材料。此外玻璃鋼不受電磁影響，而且有良好的透微波性能．
下表幾種玻璃鋼的介電性能：
|
玻璃鋼種類 |
介電常數(shù) |
介電損失角正切 |
|
丁苯玻璃鋼 |
3.5～4.0 |
(3.5～5.0)*10-3 |
|
DAP玻璃鋼 |
4.0～4.8 |
(0.9～105)*10-2 |
|
聚丁二烯玻璃鋼 |
3.5～4.0 |
(4.5～5.5)*10-3 |
|
307聚酯玻璃鋼 |
4.0～4.8 |
(0.9～1.5)*10-3 |
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6101環(huán)氧玻璃鋼 |
4.7～5.2 |
(1.7～2.5)*10-2 |
三、熱性能
玻璃鋼有良好的熱性能，它的比熱大，是金屬的２～３倍，導(dǎo)熱系數(shù)比較低，只是金屬材料的1/100～1/1000。
此外，某些品種玻璃鋼的耐瞬時(shí)高溫性能也十分突出，如酚醛型高硅氧布玻璃鋼，在遇極高溫度時(shí)，產(chǎn)生碳化層，可有效地保護(hù)火箭、導(dǎo)彈及宇宙飛船在穿過大氣層時(shí)需要承受的5000～10000K 高溫及高速氣流的作用。
表2-8列出了幾種材料的熱性能
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材料 |
比熱 |
導(dǎo)熱系數(shù)〔W/（m．K）〕 |
線膨脹系數(shù) |
|
聚酯澆鑄體 |
0.17 |
0.17 |
6～13 |
|
鐵 |
0.46 |
75.6 |
1.2 |
|
鋁 |
0.92 |
222 |
2.4 |
|
木材 |
1.38 |
0.09～0.19 |
0.08～0.16 |
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玻璃鋼 |
1.26 |
0.40 |
0.7～6 |
由表2-8可以看出，玻璃鋼具有良好的熱絕緣性能，這是金屬材料無法比擬的。
四、耐老化性能
任何材料都存在老化問題，玻璃鋼也不例外，只是速度和程度不同而已。玻璃鋼在大氣曝曬、濕熱、水浸泡及腐蝕介質(zhì)等作用下，性能有所下降，在長(zhǎng)期使用過程中會(huì)使光澤減退、顏色變化、樹脂脫落、纖維裸露、分層等現(xiàn)象。但隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，人們可以采取必要的防老化措施，改善使用性能，提高產(chǎn)品的使用壽命。例如玻璃鋼放在哈爾濱地區(qū)進(jìn)行自然老化試驗(yàn)，板材拉伸強(qiáng)度下降最少，小于20%；彎曲強(qiáng)度次之，一般不超過30% ；壓縮強(qiáng)度下降最多，波動(dòng)也最大，一般為25%～30% 。見下表所示。
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力學(xué)性能 |
玻璃鋼種類 |
原始強(qiáng)度（MPa ） |
10年后強(qiáng)度 |
10年后強(qiáng)度 |
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力學(xué)性能 |
玻璃鋼種類 |
原始強(qiáng)度（MPa ） |
保留強(qiáng)度(MPa) |
強(qiáng)度下降率(%) |
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拉伸強(qiáng)度 |
環(huán)氧 |
290.77 |
244.22 |
16 |
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|
聚酯 |
293.21 |
228.73 |
22 |
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彎曲強(qiáng)度 |
環(huán)氧 |
330.06 |
260.68 |
21 |
|
|
聚酯 |
292.04 |
224.91 |
23 |
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壓縮強(qiáng)度 |
環(huán)氧 |
216.58 |
160.23 |
26 |
|
|
聚酯 |
199.43 |
139.65 |
30 |
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彎曲模量 |
環(huán)氧 |
1.73*104 |
1.11*104 |
36 |
|
|
聚酯 |
1.59*104 |
1.02*104 |
36 |
此外，室外風(fēng)、雨及陽光曝曬，會(huì)使玻璃鋼表層樹脂脫落，應(yīng)注意定期維護(hù)。
五、長(zhǎng)期耐溫性及耐燃性
玻璃鋼的耐溫性及耐燃性取決于所用的樹脂，長(zhǎng)期的使用溫度不能超過樹脂的熱變形溫度。
通用的環(huán)氧及聚酯玻璃鋼，都是易燃的，對(duì)于有防火要求的結(jié)構(gòu)物，要用阻燃樹脂或加阻燃劑，因此在使用玻璃鋼時(shí)，應(yīng)充分注意。
一般玻璃鋼不能在高溫下長(zhǎng)期使用。如聚酯玻璃鋼在40℃～45℃以上，環(huán)氧玻璃鋼在60℃以上，強(qiáng)度開始下降。
近年來出現(xiàn)了一些耐高溫的玻璃鋼。如脂環(huán)族環(huán)氧玻璃鋼，聚酰亞胺玻璃鋼等，但長(zhǎng)期工作溫度也只能在200-300℃以內(nèi)，遠(yuǎn)較金屬的長(zhǎng)期使用溫度為低。
綜上所述五個(gè)方面的物理性能，可見玻璃鋼和金屬、陶瓷等材料不同，因此在使用上要發(fā)揮其長(zhǎng)處，注意合理使用。
例如，玻璃鋼低溫性能好，強(qiáng)度不下降，因此北方冬季雖然室外氣溫降到－45℃～50℃ ,可玻璃鋼并不發(fā)脆。一般冷卻塔、防雨棚等室外構(gòu)筑物，在北方冬季里使用仍很安全。相反，玻璃鋼在高溫環(huán)境下要用專門的樹脂和配方，例如在100℃長(zhǎng)期使用，就要采用耐高溫配方，用專門的工藝條件成型才行、否則玻璃鋼在長(zhǎng)期100℃以上持續(xù)工作，就會(huì)遭到破壞。
本文提到的3D打印材料簡(jiǎn)介
大型雕塑，大型設(shè)備原型
