玻璃钢材料【3】ppt课件.ppt

1.3玻璃纤维增强塑料的基本特性,要求：熟悉玻璃钢的基本特性,1,1.3玻璃纤维增强塑料的基本特性,一、玻璃钢的三大要素及其关系（一）主要成分：增强玻璃材料粘结剂(加有各种附加剂的树脂)优点：金属材料及木材相比，强度高、无磁性、比重小、耐腐蚀、能防蛀、色彩鲜艳、表面光滑。,2,（二）三种主要成分,1玻璃纤维是玻璃钢中主要的承力材料它的作用有：提高玻璃钢的强度和弹性模量；减少收缩变形；提高热变形温度；提高低温冲击强度。例如：306聚酯树脂浇铸体，在加入50%的玻纤布后，拉伸强度可由50MPa提高到200MPa，拉伸模量可由3.9GPa提高到14Gpa。,3,2合成树脂,合成树脂是玻璃钢的基体材料其作用(1)在玻璃钢中，树脂主要起传递应力的作用，对玻璃钢的强度起着重要作用。(2)合成树脂对玻璃钢的弹性模量、耐热性、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能，耐气候性能以及耐老化性能等都有影响。,4,玻璃钢性能的影响因素,（1）树脂基体的性能和含量（2）成型方法、增强材料的品种例如，缠绕和模压成型、树脂含量偏低，手糊成型，树脂含量则稍高。强度层树脂含量偏低，通常为25%40%之间在耐腐蚀、防渗漏层的树脂含量就较高，一般要到50%左右甚至超过50%。另外，用玻纤布和玻璃毡相比，树脂的含量毡比布高，如用玻纤表面毡作增强材料，其树脂含量可达85%以上，造成富树脂层。,5,3粘合界面,影响粘接力的大小及耐久性浸润剂：玻璃从拉丝到纺织过程中，为了达到集束、润滑和消除静电等目的，在玻纤表面常需涂浸润剂。,6,二、玻璃钢的基本特性,（一）力学性能目前，玻璃钢的部分力学性能测试方法已列入国家标准，但船用玻璃钢还无力学性能规范，设计者可利用的材料数据极少。,7,1强度,所谓强度，通常是指材料单位面积可能承受的最大载荷，超过这个载荷，材料就破坏了。强度根据受力状态又可分：拉伸强度、压缩强度弯曲强度剪切强度。,8,（1）拉伸强度,拉伸载荷P杆的横截面积：F拉伸应力：拉伸到杆破坏时的载荷PB称为最大荷载或极限荷载则材料的极限强度拉伸强度等于：弹性阶段:在材料开始受力后的一段时间内，它的应力与其应变（拉伸长变形与原长度之比）成正比。这阶段应力与应变的关系为：=E弹性模数E:它只与材料有关，是一个常数。如果我们再考虑截面积F，弹性模量E与面积F之积，即EF称之为抗拉刚度。,9,压缩情况的定义与拉伸一样，仅是载荷的方向相反而已。注意玻璃钢/复合材料层间强度和弹性模量低d特点。因为层间没有纤维连接，其层间剪切强度和拉伸强度都较低。为此，在造船时，我们提倡层间交叉45糊层或MR糊层。从试验也可证明上述结论，例如用306#聚酯玻璃钢的层间剪切强度只有8.926MPa，而层间抗拉伸强度还要低些。玻璃钢的弹性模量E比木材大2倍，但比一般结构钢小10倍.在玻璃钢结构中，常感到刚性不足，会出现较大的变形。在我们玻璃钢船艇中，常用合理的结构和壳板的夹层结构。当然，也可用高模量纤维或中空纤维来解决。,10,（2）不同玻纤排列的玻璃钢强度,在玻璃钢生产中，玻璃纤维的排列方向大致有三种：第一种：单向纤维增强的玻璃钢增强材料品种：连续粗纱，单向布适用工艺：连续挤拉、缠绕、手糊特点：在纤维方向上有很高的弹性模量和强度。在纤维方向上的强度可高达1000MPa。但在垂直纤维方向上，其强度是很低的。在造船上，可以用在平板龙骨、龙骨、舭弯处以及舷侧顶板和甲板以及骨架上部分使用。,11,第二种：双向纤维玻璃钢,增强材料品种：双向织物适用工艺：手糊、层压这一类玻璃钢，纤维体积含量可达50%。在两个正交的纤维方向上，有较高的强度。它适用于矩形平板或薄壳结构上。所以我们在船艇制造中基本上用这种形式。,12,第三种：准各向同性玻璃钢,增强材料品种：连续毡、短切毡、模塑料适用工艺：模压、注射、喷射这一类玻钢制品，各向强度基本接近，纤维体积含量一般小于30%。适用于强度、刚度要求不高或载荷不很清楚，而只能要求各向同性的产品。在造艇上仅用于注射和喷射成型的小船。,13,2.塑性,塑性是衡量船体结构材料好坏的重要标志之一。材料具有良好的塑性，才能在制造过程中承受冷、热加工，在航行过程中避免船舶因局部受力而破坏。玻璃钢材料的断裂伸长率很小，塑性较差。因此，设计人员在设计间断处尺寸和开孔形式时必须满足某些严格的要求。例如构件在间断处的几何形状及尺寸光滑地变化，在开孔处材料以适当方式增强及增加厚度等。,14,3韧性,缺口韧性是造船钢材的一个极其重要的性能。大量造船实践资料表明，当材料带有缺口时，如果在温度低于“脆性破坏临界温度”条件下，即使应力低于屈服点，也会发生脆性破坏。而大多数复合材料层合板的疲劳实验数据表明，缺口所引起的疲劳强度降低是不明显的。缺口试件的良好抗疲劳性能主要是由于损伤降低了缺口尖端附近的应力集中。玻璃钢材料在这一点上优于钢材，但如果让试件在接近基体断裂应变的高应变环境下工作，其疲劳寿命会有所降低。,15,（二）物理性能,1密度玻璃钢密度在1.52.0之间，是普通碳钢的1/41/5，比铝还要轻1/3左右，但其机械强度却很高，在某些方面甚至可以接近普通碳水平。例如：环氧玻璃钢，其拉伸、弯曲和压缩强度均可达到400MPa以上，其比强度大大超过普通碳钢，而且可达到和超过某些特殊合金钢的水平。,16,2电性能,玻璃钢有优良的电绝缘性能，而且有良好的透微波性能，因此，玻璃钢占绝缘材料用量的1/31/2。,17,3热性能,玻璃钢有良好的热性能，它的比热大，是金属的2-3倍。导热系又比较低，仅是金属材料的1/1001/1000。某些品种玻璃钢耐瞬时高温的性能也很好。如酚醛型高硅氧布玻璃钢，在遇到极高温度时，产生碳化层，可有效地保护火箭导弹及宇宙飞船在穿越大气层时需要承受的500010000K高温及高速气流的作用。,18,4耐老化性能,玻璃钢材料在大气中曝晒、湿热、水浸泡及腐蚀介质等作用下，性能有所下降；长期使用中，表面光泽减退、颜色淡化、树脂脱落、纤维裸露、分层等现象。玻璃钢老化对表面影响较大，试验表明玻璃钢船体最初三年老化快，此后老化逐渐减慢，所以老化对厚玻璃钢的影响相对薄的而言要小的多，这对大型玻璃钢船来说是十分有利的。,19,5长期耐温性能和耐燃性能,玻璃钢的耐温性及耐燃性取决于其所使用的基体（树脂）材料。长期使用的温度不能超过树脂的热变形温度。一般玻璃钢不能在高温下长期使用。聚酯玻璃钢在4050以上，环氧玻璃钢在60以上，强度开始下降。即使近几年来出现的如脂环族环氧玻璃钢，聚酰亚胺玻璃钢等其长期工作温度也只能在200300以内，比金属材料低的多。由于通用的环氧及聚酯玻璃钢都是易燃的材料，对于有防火要求的结构，要选用阻燃树脂，或在使用树脂中加阻燃剂。玻璃钢材料低温性能较好。即使在-40-50气温环境下，玻璃钢并不发脆，强度也不下降。对玻璃钢船艇而言，虽不怕低温，但要防止在结冰河道或有移动冰凌的河道中航行。因为冰凌会擦伤船体表面胶底层，损坏内部增强层。,20,（三）化学性能,材料腐蚀是材料受环境介质的化学作用而破坏的现象。玻璃钢的耐腐蚀性能优良。它不像钢铁那样易生锈，也不像木材会腐烂，而且几乎不被水、油等介质侵蚀，所以在化工厂中常用来代替不锈钢使用。在国外工业发达国家，在耐腐蚀制品方面玻璃钢占到13%以上。在我国仅用于金属结构的衬里，如运送有腐蚀性物资的钢质船艇内衬。玻璃钢不仅对多种低浓度的酸、碱、盐介质及溶剂有较好的稳定性，而且有抗大气、海水和微生物作用的良好性能。不过对不同的腐蚀性介质，应选择适当的树脂和玻璃纤维及其制品。,21,（四）使用性能,由于玻璃钢具有良好的抗磁、隔音、电绝缘性能和不反射雷达波等特点，所以被广泛应用于扫雷艇和快艇。在同一艘船中，用于不同部位的玻璃钢要满足不同的需要。例如，用作甲板时除了要能承重外，还要求有较好的弹性，以提高人们行走时的舒适性，并能够隔离甲板下的火源。这些都可以通过选用合适的树脂达到，而且树脂的耐水、耐油性好，烟蒂重烫不留痕迹，易清洁，有助于提高甲板的使用寿命。玻璃钢要有好的阻燃性能，取决于它的组分材料。玻璃纤维本身不燃烧，而树脂易燃。树脂的比例、增强纤维的性质和编织形式将决定火灾的危险程度。当玻璃钢在接触火焰时，温度升高，进而发生热分解、着火、持续燃烧等现象。因此在选取材料时应选取燃烧性能弱的树脂，或者自熄、燃烧无烟的树脂。在制造玻璃钢时，在保证力学性能的前提下，使玻璃纤维的含量越高越好，以便提高阻燃性。,22,（五）经济性,据统计，在船舶的建造费用中，材料费用约占75左右，用量大、品种多。玻璃钢的密度只有钢材14左右，大量使用玻璃钢，可以有效地减轻质量，减少动力消耗，降低成本。船体自身质量减轻，可以增加载货量，对于载重型船舶来说收益匪浅。此外，采用手糊法与模压法制造玻璃钢船体及其构件，加工简单，成型时间短，可降低造船成本。,23,三、增强材料和基体树脂的选用原则,玻璃钢的物理、机械性能主要取决于玻璃纤维增强材料的形式和数量，也取决于基体树脂的种类和性能；同时，树脂还决定着玻璃钢的毒性、耐热性和蠕变性，并在很大程度上决定了玻璃钢的工艺性能。,24,1玻璃纤维的选用原则,选择增强材料，一是根据最终产品的性能要求，二是要满足工艺需要，同时应尽量降低成本。玻璃纤维增强材料有多种形态，按照价格由高到低的顺序，依次为：合股玻璃纱、玻璃毡、无捻粗纱布和玻璃布。合股玻璃纱定向强度高，应用于轴向正应力起决定作用的构件。玻璃毡制得的玻璃钢强度相对来说不是很高，但层间剪切强度和刚度以及抗冲击能力却很高，宜于制造承载较小的小船和船体结构。无捻粗纱布的性能介于玻璃布和玻璃毡之间，往往与玻璃布或玻璃毡配合使用。为获得高强度的玻璃钢材料可以用玻璃布作为其增强材料。加工工艺一般要求增强材料能在无皱折、不撕裂、不断裂的情况下容易成型，重量均匀