玻璃鋼的基本特性
    玻璃鋼的基本性能主要取決于其兩大組分和它們之間的結合，即玻璃纖維、熱固性樹脂或熱塑性樹脂、纖維和樹脂間的間面。使用廣泛的熱固性樹脂是不飽和聚酯樹脂。此外還有環氧樹脂、乙烯基樹脂和酚醛樹脂，以及某些特種用途的樹脂（如有機硅、聚酞亞胺、苯并咪唑等）。由熱固性樹脂制成的玻璃鋼俗稱熱固性玻璃鋼。把不同樹脂和各種玻璃纖維制品復合，就可制成各種不同性能的玻璃鋼制品。用玻璃纖維增強熱塑性樹脂稱為熱塑性玻璃鋼。常用的熱塑性樹脂有聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯、飽和樹脂、丙烯氰一丁二烯一苯乙烯（ABS)樹脂等。我國目前大量生產的是熱固性玻璃鋼。常用的玻璃纖維制品有無堿、中堿的玻璃纖維布、無堿、中堿的無捻玻璃纖維布（方格布），無堿、中堿的無捻玻璃纖維紗等。
    玻璃鋼集中了玻璃纖維及合成樹脂的特性，具有質量輕、強度高、耐學腐蝕、電絕緣性好，透過電磁波、隔音、減震和耐瞬時高溫燒蝕等特點。因此，玻璃鋼己經成為國防和國民經濟建設中不可缺少的重要材料之一。
    （一）力學性能
    玻璃鋼的力學性能突出的一點是比強度高，這是金屬材料和其它材料無法相比的。這里，我們要提一下強度的概念。強度通常是指單位面積所能承受的大載荷，材料就破壞了。強度又分為拉伸強度、壓縮強度、彎曲強度、剪切強度。例如說聚酯樹脂玻璃鋼抗拉強度290MPa,是指每平方厘米截面可以承受2900kg的拉力。
    玻璃鋼輕質高強的性能，來源于較低的樹脂密度（澆注體密度1.27左右）以及玻璃纖維的高抗拉強度（普通鋼材的5倍以上）。玻璃鋼的密度隨著樹脂含量的不同而有所不同。從高樹脂含量的玻璃纖維氈制品到低樹脂含量的玻璃纖維纏繞制品（密度2.2)，玻璃鋼的密度只有普通碳鋼的1/4~1/5，比鋁還輕1/3。
    玻璃經高溫熔融，快速拉成細絲時，由于比表面積比較大，玻璃纖維內部及表面就難以存在大缺陷，所有玻璃纖維的強度就非常高。常用的無堿鋁硼硅酸鹽纖維，其一般性能如表2一1所示。

     

    玻璃鋼中常用的玻璃纖維直徑是8~13μm。近年來各國所用的玻璃纖維趨向向粗直徑發展，通用的是13~18μm，采用池窯拉絲。采用粗直徑纖維既不影響玻璃鋼的性能，纖維的產量又可以大幅度提高（因為產量和直徑成平方關系）。也有采用直徑20以上的玻璃纖維。玻璃鋼所用的玻璃纖維一般是把單絲并成線或粗紗，或進一 步制成織物及做成氈來使用。從表2―2所得的各種纖維強度比較來看，玻璃纖維的強度是非常高的。

      玻璃纖維可按三種方向排列。如圖2―1所示
    （1）單向纖維增強的玻璃鋼
    這一類玻璃鋼，玻璃纖維定向排列在一個方向，它是用連續紗或單絲片鋪層的。在纖維方向上，很很高的彈性模量和強度，其纖維方向的 強度可高達1000MPa，但在垂直纖維方向上，其強度很低。只有嚴格的 單向受力情況下，才能使用這類玻璃鋼。其纖維體積含量高達60%。
    (2）雙向增強的玻璃鋼
    這類玻璃鋼是用雙向織物鋪層的，其玻璃纖維體積含量可達50 %。在兩個正交的方向上，有較高的強度。它適用于矩形的平板或薄殼的結構物。
    (3)準可向同性玻璃鋼
   幾這類玻璃鋼是用短切纖維氈或模塑料制成的，制品中各向強度基本接近，纖維體積含量一般小于30％，適用于強度、剛度要求不高或載荷不很清楚而只能要求可向同性的產品。

 

    在玻璃鋼/復合材料中，力學性能在相當大的程度上取決于增強材料，有人把它比做是材料的筋骨。古代增強材料主要是麻和棉纖維以及絲綢類。到了40年代，玻璃纖維開始占增強材料的絕大多數。在此后相當長的一段時間里，用玻璃纖維作增強材料的復合材料（即玻璃鋼）仍然占主要地位。但隨著工業的發展，不同的時期相繼出現了新的材料，在50年代研制了高模量纖維、硼纖維。60年代，又改變了玻璃鋼成分，研究了S及R型高強玻璃纖維。到了70年代，先后又開發了凱芙拉纖維等。見表2―3所示。增強材料多品種的開發，為復合材料的應用開辟了新的領域和廣闊的途徑。

    玻璃鋼/復合材料的力學性能具有明顯的方向性，這是與金屬材料不同的。金屬材料，不論在任何方向，強度和彈性模量幾何完全相同。而對于木材，玻璃鋼等，沿纖維方向的強度和模量就比垂直于纖維方向上的要高得多。象金屬那樣強度不隨方向變化而變化的材料稱為各向同性材料，而象玻璃鋼、木材、鋼筋混凝土等，它們的強度隨著方向不同而變化，稱它們是各向異性材料。玻璃鋼等人造的復合材料還以人為地變化纖維方向和數量來達到某種特定的強度要求。例如，我們采用1：1玻璃布（指經向纖維和緯向纖維量為1：1)制造的玻璃鋼，其經向和緯向強度幾何是相等的。但在其它方向上強度則較低，如在45°方向上強度比經、緯向強度1/2還有低，見表2-4所示。

    如果我們采用經向和緯向纖維量為4: 1的玻璃布制成環氧玻璃鋼，它們經向和緯向差別較大，因此在這兩個方向上的拉伸、壓縮、扭曲都大不相同，如表2-5所示。

     強度的概念前面己經講過，它是指材料破壞時，物體內的大應力值，按照受力情況分為拉伸、彎曲、壓縮、扭轉、剪切等。

   

    不同的材料，當應力σ一定時，彈性模量E大，應變ε就?。粡椥阅Ａ縀小，應變ε就大。這說明常數E是反映材料抵抗變形能力大小的參數。若把截面積F的大小也考慮在內，那么EF又稱為抗拉剛度。用剛度概念來具體說明該構件抵抗拉伸變形的能力就更全面了。
   當圖2-2構件上作用的是它與相反的方向載荷時，這時構件就會就會受壓縮，見圖2-3所示。
    構件受壓縮時也有應力、應變、強度、彈性模量、剛度等，其定義和拉伸時一樣，只是荷載方向相反而己。
    值得注意的是人們常常有一種誤解，認為資料中所列舉的強度數據就是實際構件的強度數據。其實這兩者截然不同，差異較大的如手糊聚酯玻璃，小試件抗拉伸強度可達20～250MPa,而在同樣原材料的3m X 9m的大型構件上取下一塊試樣，它的抗伸強度只有100MPa。這是因為兩者一的制造操作條件不同，大塊板工藝條件不如小試件那樣理想。因此，在采用各類資料、書籍所給出的強度數據時，一定要注意你所設計的構件工藝制造條件和一般小試件之間的差異，否則將會出現問題。
    此外，還要注意玻璃鋼／復合材料層間強度和彈性模量低的特點。層間是薄弱環節，因為層間沒有增強纖維，所以它的層間剪切和層間抗拉伸強度都較低，充其量也只是樹脂本身的強度。這個特點告誡人們在設計和制造玻璃鋼制品時，除工藝制造時盡量使布層間粘牢外，設計上應使居間應力降到低，防止層間破壞情況出現。例如。306#聚酯玻璃鋼的層間剪切強度只有8. 9～26MPa，層間抗拉伸強度還要低些。
    玻璃鋼的彈性模量比木材大2倍，但比一般結構鋼小10倍。因此，在玻璃鋼結構中，常盛剛性不足，會出現較大的變形。為了改善這一缺 點。可采用夾層結構，亦可通過應用高模量纖維或中空纖維等來解決。
    可以認為FRP剛性＞木材=竹材。
?。ǘ┪锢硇阅?BR>    玻璃鋼具有密度小，良好的介電絕緣性能、隔熱性能、抗吸水和抗熱膨脹性能等。
   （1)密度
    玻璃鋼密度介于2.5~2.0之間，只有普通炭的1／4～1/5比輕金屬鋁還要輕1/3左右，而機械強度卻很高，某些方面甚至能接近普通碳鋼的水平。例如某些環氧玻璃鋼，其拉伸、彎曲和壓縮強度均達到400MPa以上。按比強度計算，玻璃鋼不僅大大超過普通碳鋼，而且可達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、拉伸和比強度比較見表2-6所示。

   （2）電性能
    玻璃鋼有優良的電絕緣性能，可作為儀表、電機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。在任絕緣材料中，用玻璃纖維布代替紙及棉布，可提高絕緣材料的絕緣等級，在用相同樹脂的情況下，至少能提高一個等級。玻璃鋼占絕緣材料用量的1／3~1/2。在一些大型電機中，如12.5萬kW電機，要用幾百公斤玻璃鋼作絕緣材料。此外玻璃鋼不受電磁影響，而且有良好的透微波性能。

     （3)耐熱性能
    玻璃鋼有良好的耐熱性能，它的比熱大。是金屬的2~3倍。導熱系數比較低，只是金屬材料的1/00~1／1000。此外，某些品種玻璃鋼的耐瞬時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，產生碳化層，可有效地保護火箭、導彈及宇宙飛船在穿過大氣層時需要承受的5000~10000K高溫及高速氣流的作用。表2-8列出了幾
一種材料的熱性能。

    從表中可以看出，玻璃鋼具有良好的絕熱性能，這是金屬材料無法
比擬的。
    （4）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己。玻璃鋼在大氣曝曬、濕熱、水浸泡及腐蝕介質等作用下，性能有所下降，在長期使用過程中會使光澤減退、顏色變化、樹脂脫落、纖維裸露、分層等現象。但隨著科學技術進步。人們可以采取必要的防老化措施，改善使用性能。提高產品的使用壽命。例如玻璃鋼放在哈爾濱地區進行自然老化試驗。板材拉伸強度下降少，小于20%；彎曲強度次之，一般不超過30%；壓縮強度下降多，波動也大一般為25％~50％。見表2一9所示。

    此外，室外風、而及陽光曝曬，會使玻璃鋼表層樹脂脫落，應注意定期維護。
    （5）長期耐溫性及耐熱性
    玻璃鋼的酸溫性及耐熱性取決于所用的樹脂。長期的使用溫度不能超過樹脂的熱變形溫度。
    通用的環氧及聚酯玻璃鋼。都是易燃的，對于有防火要求的結構物，要用阻燃樹脂或加阻燃劑，因此在使用玻璃鋼時。應充分注意。
    一般玻璃鋼不能在高溫下長期使用。如聚酷玻璃鋼在0-500℃以上，環氧玻璃鋼在60℃以上。強度開始下降。近年來出現了一些耐高溫的玻璃鋼，如脂環族環氧玻璃鋼，聚酞亞胺玻璃鋼等。但長期工作溫度也只能在200~3000℃以內，遠較金屬的長期使用溫度為低。
    綜上所述五個方面的物理性能，可見玻璃鋼和金屬、陶瓷等材料不同，因此在使用上要發揮其長處，注意合理使用。
    例如，玻璃鋼低溫性能好，強度不下降，因此北方冬季雖然室外氣溫降到一40-50℃，可玻璃鋼并不發脆。一般冷卻塔、防雨棚等室外構筑物，在北方冬季里使用仍很安全。相反。玻璃鋼在高溫環境下要用專門的樹脂和配方，例如在100℃長期使用，就要采用耐高溫配方，用專門的工藝條件成型才行，否則玻璃鋼在長期1000℃以上持續工作，就會遭到破壞。
    （三）化學性能
    玻璃鋼主要的化學性能就是它有突出的耐腐蝕性。它不僅不會象金屬材料那樣生銹腐蝕；同時：也不會象木材那樣腐爛，而且幾乎不被水、油等介質所侵蝕，可以代替不銹鋼在化工廠中用來制造貯罐、管道、泵、閥等，不僅使用壽命長，而且不需采取防腐、防銹或防蟲蛀等防護措施，減少了維修費用。玻璃鋼在耐腐蝕方面的應用是很廣泛的，國外一些主要工業，玻璃鋼用作耐腐制品方面都在13％以上，其用量有逐年增高趨勢。國內用量也不少。大都用作金屬設備的襯里，以保護金屬。
    玻璃鋼的耐腐蝕性，主要取決于樹脂，作為玻璃鋼用的樹脂，其耐腐蝕性是好的，但單純的樹脂涂覆在金屬表面上，會出現較嚴重的龜裂裂縫，起不到防滲漏和保護金屬的作用。在樹脂中添加一定量的玻璃纖維后，將樹脂中出現較嚴重龜裂的可能性轉化為數量眾多的微小裂縫，而這些小裂縫形成一個貫串裂縫機率是很小的，而相互間還有止裂作用，這樣可以阻止化學溶液介質的滲透腐蝕。