玻璃纖維增強的樹脂基復合材料

    樹脂基復合材料亦稱聚合物基復合材料,是目前應用廣、消耗量大的一類復合材料?，F在的樹脂基復合材料，根據增強體的種類，可分為玻璃纖維增強樹脂基復合材料、碳纖維增強樹脂基復合材料、硼纖維增強樹脂基復合材料、碳化硅纖維增強樹脂基復合材料等類型。
    下面我僅以玻璃纖維增強的樹脂基復合材料的研究進度以及應用為例,來介紹一下樹脂基復合材料的情況。
     什么是玻璃纖維？玻璃脆性很大，但是將融熔態玻璃以極快的速度拉制成纖維，就具有一定的柔韌性，可紡織成紗或各種形式的玻璃布。玻璃纖維的性能特點有：①抗拉強度很高。纖維越細，強度越高。②耐熱性低。250℃以上開始軟化，不宜用來增強金屬基復合材料。③化學穩定性高。除氫氟酸和濃堿等少數介質外，對絕大多數化學介質都有較好的穩定性。④脆性較大。伸長率只有3%左右，表面光滑，不易與基體結合，需經表面處理來提高與基體的結合力。
     什么是玻璃纖維增強的樹脂基復合材料？復合材料的概念是指一種材料不能滿足使用要求，需要由兩種或兩種以上的材料復合在一起，組成另一種能滿足人們要求的材料，即復合材料。例如，單一種玻璃纖維，雖然強度很高，但纖維間是松散的，只能承受拉力，不能承受彎曲、剪切和壓應力，還不易做成固定的幾何形狀，是松軟體。如果用合成樹脂把它們粘合在一起， 可以做成各種具有固定形狀的堅硬制品，既能承受拉應力，又可承受彎曲、壓縮和剪切應力。這就組成了玻璃纖維增強的塑料基復合材料。由于其強度相當于鋼材，又含有玻璃組分，也具有玻璃那樣的色澤、形體、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能，像玻璃那樣，歷史上形成了這個通俗易懂的名稱“玻璃鋼”，這個名詞是 由建材系統擴至，現在還普遍地采用著。由此可見，玻璃鋼的含義就是指玻璃纖維作增強材料、合成樹脂作粘結劑的增強塑料，國外稱玻璃纖維增強塑料。玻璃鋼分為熱固性玻璃鋼和熱塑性玻璃鋼兩類。①熱固性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強材料和以熱固性樹脂為基體的復合材料。這種材料具有成形工藝簡單、強度高、密度低、耐腐蝕、介電性高等特點，與熱塑性玻璃鋼相比，耐熱性較高。這類玻璃鋼的主要缺點是彈性模量低，剛性差。②熱塑性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強材料和以熱塑性樹脂為基體的復合材料。熱塑性玻璃鋼與熱固性玻璃鋼相比，強度和疲勞性能可提高2~3倍以上，沖擊韌度提高2~4倍，抗蠕變能力提高2~5倍。
     玻璃鋼的用途： 玻璃鋼作為一種新型的工程材料，由于它具有一些比較突出的優良性能，因此從尖端技術到國民經濟各個部門，都有廣闊的應用前景，而且隨著生產技術發展的要，玻璃鋼的應用將越來越廣泛。第二次大戰期間，玻璃鋼主要用于制造各種軍需品和武器，如玻璃鋼雷達罩、飛機油箱等少量軍需品。第二次大戰以后，玻璃鋼產品開始向民用方面發展，如玻璃鋼游艇、汽車、浴盆等。幾年以后，玻璃鋼在軍工方面的應用又不斷上升，如軍用車輛、船艇、防彈裝備、飛機、火箭、導彈、潛艇等軍需品上的部件。許多（如英、法、德、日本等）相繼在飛機、導彈、船舶、交通運輸、建筑、石油化工、電工機械等方面廣泛地應用了玻璃鋼制品。目前各國玻璃鋼產品品種已達幾萬種。在我國，玻璃鋼的發展雖然起步較晚，但發展速度很快，在國防、科技和工農業各部門的應用不斷擴大，產量逐年增長，因此，我國的玻璃鋼工業在不久的將來將會形成一種新興的產業。
     21世紀我國玻璃鋼發展戰略的思考 我國玻璃鋼事業經歷了40年的發展,取得了一定的成績,打下了一定基礎。根據玻璃鋼工業協會的統計，去年我國玻璃鋼年產量達到了２８．５萬噸占第四位；我國已成為玻璃鋼機械化成型工藝裝備的大國：然而，我們又不能否認，總的來說我們的發展速度還不夠快。
     以下數據或許可以說明：美國1940年開發玻璃鋼，復合材料人均占有量為６．１ＫＧ。日本1954年開發玻璃鋼，人均占有量６．２ＫG。1958年發展玻璃鋼，人均占有量０．２ＫＧ。發展玻璃鋼需要正確認識玻璃鋼，充分發揮出它的優勢：
     １． 用常規材料的觀念看待玻璃鋼是玻璃鋼發展的極大障礙
     １９８８年美國國會技術評價局發表了一份供政府決策指導的三百多頁的研究報告，題為，“可設計的先進材料”。在“影響先進材料更廣泛應用的原因”，一節中認為，其原因不僅僅是技術問題，還要解決包括研究人員和用戶的看法，他們總是習慣于用更適合于常規材料的觀念來考慮問題。美國是復合材料科學技術發展先進，復合材料的應用廣、用量大的，可是他們仍然認為不能正確認識和看待復合材料，是影響它的發展的重要原因。其實道理很清楚：只有認識材料，才能用好材料，才能更好、更快地發展材料。
     ２．玻璃鋼與常規材料確確實實有著完全不同的材料概念
     常規材料的抽象材料定義是：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，玻璃鋼制品不是用“玻璃鋼材料”直接做出來的?！安Ａт摬牧稀笔窃谧霾Ａт撝破窌r，才和其制品一起制造出來的。正是由于這一點不同，給玻璃鋼帶來很大的優勢，使玻璃鋼的用法，玻璃鋼制品的設計思想和觀念與使用常規材料時完全不同。再看具體常規材料的定義。什么陶瓷材料，什么叫高分子材料？什么叫鐵、銅、金等等？它們都是根據材料的物質成分來分類和定義的。但是，什么叫復合材料呢（玻璃鋼是其中的一類），定義是兩種或兩種以上的物質，主要以物理結合的方式（各自保持其原有屬性）組成的物質，稱為復合材料。顯然，復合材料沒有什么材料物質成分的概念。它以其構成方式定義，是一個材料使用方法的概念。這一不同又給復合材料帶來很大的優勢。
     ３．玻璃鋼相對常規材料有很大的優勢
     ①玻璃鋼有“一張白紙”的材料性能
     玻璃鋼材料因為不是特定物質的概念，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，我們就可以很自由地玻璃鋼設計各種各樣的材料性能。例如，通過選擇不同的組分材料，它可被設計成具有：輕質高強、防腐、絕緣、導電、吸波、透波、透波、透光、耐磨、耐燒蝕等功能；通過設計不同的細觀結構，它可被設計成具有各種各樣的力學性能。因此我們說玻璃鋼的材料性能如同“一張白紙”，可以由你自己去畫出“新美的性能圖案”。也正因為如此，玻璃鋼的應用領域幾乎遍及國民經濟的各個部門。
     ②從要求結構服從材料，變為可以由材料來滿足結構要求
     采用常規材料設計產品時，因為先有了材料，它的性能也就確定了，因此結構設計時只能根據確定了性能進行；玻璃鋼產品設計觀念完全不同，由于事先沒有玻璃鋼，就使得可以根據優結構設計的需要，來對玻璃鋼的材料性能進行設計。這一改變意味著大大提高玻璃鋼產品開發能力，可以大大提高玻璃鋼產品的性能和效益。
     ③玻璃鋼可以更隨意、更自由地塑造制品
     由于制造玻璃鋼制品時，不是玻璃鋼，而是用柔軟的玻璃鋼纖維和尚能流動的樹脂，因此玻璃鋼制品無論是其外觀結構形狀，還是內在結構都比較容易塑造。這就意味著我們可以根據不同制品的特點，更自由地優化設計它的外觀和內在結構；更自由地發展五花八門的制造工藝技術，以求得高的產品質量和生產效率。
     ④玻璃鋼使得有條件進行整體綜合優化設計
     這里所說的是整體綜合設計含兩層意思：一是產品結構的整體化；另一是指材料設計、結構設計和制造工藝設計相結合的綜合優化。通過整體綜合優化設計，可以為玻璃鋼產品帶來性能、質量、效率和效益上的很大優勢。
     從人類發展的歷史來看，材料是社會進步的物質基礎。綜觀人類使用材料的歷史，可以清楚地看出，每一種重要材料的誕生和利用，都會把人類的生產力提高到一個新的水準，從而大大改善人類的生活水平。