有机无机玻璃钢技术问答.doc

有机无机玻璃钢技术问答第一章 概述1什么叫玻璃钢？答：“玻璃钢”是中国的名称，国外称为“玻璃纤维增强塑料”，用缩写的英文字母FRP表示，因此玻璃钢实质上是纤维增加塑料。用玻璃纤维去增强热塑性树脂，可称为热塑性玻璃钢，用英文字母FRTP表示；用玻璃纤维去增强热固性树脂，就叫做热固性玻璃钢，即通常说的FEP。目前生产的玻璃钢主要是指热固性而言。我国从1958年开始搞FRP以来，“玻璃钢”的名称已家喻户晓了，到了70年代，在中国的北方又出现了一种“无机玻璃钢”，其主要原料氧化镁来源于辽宁、山东等省。无机玻璃钢出现后，随着我国FEP事业的发展而迅速发展，特别是到了80年代，无机玻璃钢企业像雨后春笋般出现了。无机玻璃钢实质上是将很久以前就在国内外出现的氯氧镁水泥添加某些添加剂后，用玻璃纤维作增强材料而制得的一种复合材料，本书中以英文字母缩写FEIM表示。由于无机玻璃钢用的原料氯氧镁水泥主要是由氧化镁、氯化镁等无机材料组成的，因此将此种复合材料称为无机玻璃钢。而通常所说的玻璃钢（FRP），因为是由有机的不饱和聚酯树脂为原料制成的，因此，为了与无机玻璃钢有所区别，现在习惯上又将FRP称为有机玻璃钢。有机玻璃钢FRP与无机玻璃钢FRIM是两种性能截然不同的材料，各有自己的优缺点，为此，笔者经过数年研究试验，找到了将两者进行复合的办法，而且复合的全过程，是在湿态下一次复合成功。这对改善玻璃钢的性能，对扩大玻璃钢产品的应用，将是十分有益的。2FRP有哪些品种？答：FRP的品种由所用的树脂而定，如用不饱和聚酯树脂制成的，就叫做聚酯FRP；用环氧树脂制成的，就叫环氧FRP。还有酚醛FRP、脲醛FRP、三聚氰胺甲醛FRP、聚氨酯FRP、有机硅FRP、丁苯FRP、聚丁二烯FRP等。我国目前FRP的常用树脂以聚酯、环氧、酚醛三大树脂为主。如果增强材料不用玻璃纤维，而是用棉纤维等其他纤维来增强，因与“玻璃”无缘，当然，不能称为FRP，称为塑料更妥。3FRP有哪些特性和不足？答：FRP有如下特性。（1）轻质高强相对密度在1520之间，只有有碳钢的1/41/5，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。部分材料的密度、强度和比强度见表1-1。表1-1 部分材料的密度、强度和比强度材料密度/（gcm-3）拉伸强度/MPa比强度高级合金钢A3钢LY12铝合金铸铁环氧FRP聚酯FRP酚醛FRPDAP FRP有机硅FRP二苯醚FRP泥土容量混凝土容量87852874173181816516172t/m324t/m31280400420240500290290360（手糊200）17032016005001600320280016001600210010001900（2）耐腐蚀性能好FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。（3）电性能好是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保持良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。（4）热性能良好FRP热导率低，室温下为125167kj/（mhk），只有金属的1/1001/1000，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。（5）可设计性好可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，可以使产品有很好的整体性。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。（6）工艺性优良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。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。不能要求一种FRP来满足所有要求，FRP不是万能的，FRP也有以下一些不足之处。（1）弹性模量低FRP的弹性模量比木材大两倍，但比钢（E=21106）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。（2）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200300是可能的。（3）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。（4）湿强度低FRP长期在湿态下工作，强度下降50%左右，但是下降有一定限度，而且干燥后又得到很大程度的恢复。（5）层间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。4FRP制造者的责任是什么？答：我国FRP工业，在产量、品种、设备、工艺技术、原辅材料的品种及价格等方面，和国外先进国家相比，还有一定差距，需要继续努力，对于FRP的直接制造者而言，对FRP的发展和信誉，更肩负着历史的不可推卸的责任。FRP既被看做一种结构，我们就应当认真地通过设计来使这个结构更趋于合理，使之尽善尽美。 “没有不好的FRP，只有不好的应用”，如果因为FRP耐腐蚀，那就不管什么场合，不管什么FRP拿来就用，这样，无疑会带来失败，FRP不是万能的，要扬长避短，物尽其用。由于心中无底，盲目认为产品越厚越好，结果造成“强度无比、浪费惊人”。实际上，厚度并不和强度成正比。有的FRP制造者，经营思想不正，做样品十分认真，生产时偷工减料，宣传时夸大其辞，经营时运用手段。结果，质量虽差，产品畅销，损害了用户，败坏了FRP的声誉。FRP制造者，要不断引用新技术、新材料、新设备，不能为了眼前利益，使企业长期老面孔，工人的操作环境、加工工具长期得不到改善。应当上规模、上档次、联合起来，集中财力、物力、人力办集团，切勿图一时之利，越分越散，各占山头，这样，势必影响我国FRP工业的发展。FRP的制造者在生产经营中要加强科学管理，提高质量，降低成本。“FRP虽好，价格难以接受”的状况，势必影响到FRP在各个领域的进一步开发和应用。为了FRP工业的发展，各有关方面必须扎扎实实地做些实际工作，要克服在低水平下竞争的状态。希望能够卓有成效地进行行业管理和政策保护，这也是促进FRP发展所必不可少的。5FRP有哪些生产方法？答：基本上分两大类，即湿法接触型和干法加压成型。如按工艺特点来分，有手糊成型、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。目前世界上使用最多的成型方法有以下四种。 手糊法：主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等。 喷射法：主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。 模压法：主要使用国家有德国等。 RTM法：主要使用国家有欧美各国、日本。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（见第十一章）。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。6FRP的主要原材料有哪些？答：主要有：玻璃纤维及其制品；树脂；固化剂，促进剂；其他材料，可根据产品性能需要来决定用不用，用多少，如填料、颜料、稀释剂、光稳定剂等，在以后各章中将分别介绍。第二章 玻璃纤维7玻璃纤维是如何生产的？号数的概念是什么？答：我国目前生产玻璃纤维的方法，主要有两种：一种代铂坩埚法，把玻璃做成球，将球投入到由铂铑合金制成漏板的坩埚熔炉中，玻璃液从漏板上的许多漏嘴中流出，卷绕在高速（线速度约每分钟300m）转动的绕丝筒上；二是池窑法，将玻璃粉料直接投入到池窑中熔化，玻璃液经过安装在若干分道上的漏板漏嘴中流出，拉丝方法同前。从每个漏嘴中流出的是单纤维，所有漏嘴中拉出的单纤维集束在一起，绕在丝筒上，叫做单股纱，即原纱。原纱的好坏是拉丝作业成功与否的标志，这原纱也是下道工序进行深度加工的原料。我国目前生产原丝支数和漏板规格的关系单纤维粗细与卷绕速度、漏嘴直径、炉膛温度有关。原纱粗细与单纤维粗细及孔数有关。玻璃经过高温熔融拉出来的玻璃单纤维直径可以在0530m之间。目前常用的310m。1g重玻璃，拉成直径为5m的单纤维，其长度可达15000m。用于FRP的玻纤直径正向粗直径发展，已由原来的57m逐步增加到1214m。漏板孔数（漏嘴数）由200孔、400孔，发展到600孔、800孔。表2-1 原丝支数和漏板规格的关系漏板孔数400200200孔的排数664单纤维直径/m13118支数/支752145国际上大都用号数表示原纱的粗细，即每100m原纱的重量定长法（代号为TEX）。如45号，即100m长原纱重45g。我国也有用支数（S）来表示原纱粗细的，即每1g重的原纱长度重量法。如45s，表示1g重原纱长45m。换算关系：号数=1000/支数8浸润剂有什么作用？有哪些类型？答：浸润剂的作用基本上有两个：将单纤维集束成原纱，满足拉丝工艺的需求；在单纤维表面成膜，使纤维润滑、耐磨，防止静电，以利后道工序的织造加工。浸润剂的类型可分为三种。纺织型。可以满足纺织上的深度加工需要，品种很多。就其成分，大致有：成膜剂（如石蜡）、柔软剂（如凡士林）、助乳化剂（如硬脂酸）、粘结剂（如淀粉、固色剂）、乳化剂（如平平加、固色剂）。如果成分中含有淀粉或明胶时，为防止霉菌，可以加入萘酚或固色剂。纺织型中目前用得最多的是石蜡型。纤维中浸润剂含量一般25%。前处理型。这类浸润剂在FRP成型时，不必像石蜡型那样要除去，因为不影响树脂对玻纤的浸润，如不饱和聚酯型、聚醋酸乙烯型等，以及用于无捻粗纱方格布的711#型，就属于此类。711#型在纤维中的含量，一般2%。将前处理型进一步改进，加入偶联剂后，可称为增强型浸润剂，在目前是最理想的前处理型浸润剂。如用于无捻方格布生产的811#型浸润剂仍然不能避免纤维在纺织过程中起毛，故目前只能用于无捻粗纱及其织物。9玻璃纤维的化学成分及其品种如何？答：完全不含碱的玻璃是没有的，含碱多少对玻纤性能影响很大，根据碱金属氧化物（用R2O代表Na2O和K2O）含量多少将玻纤大致分成三种：无碱纤维，代号E，R2O08%；中碱纤维，代号C，R2O=12%；有碱纤维，代号A，R2O=142%。A纤维的成分与平板玻璃、玻璃瓶成分相同。有时把C纤维和A纤维统称为有碱纤维。具体化学成分表2-2。表2-2 玻璃纤维成分/%品种SiO2Al2O3CaOMgOB2O3R2O无碱1#中碱5#有碱54.10.556.70.57214.60.46.20.40.616.60.39.50.3104.60.34.20.32.58.80.50.8120.0414.2Femon其他0.50.4余量余量注：其中FeO含量不得超过Femon含量的40%。我国的E纤维系铝硼硅酸盐，C纤维系钙钠硅酸盐。E纤维电性能好，耐老化，吸水率低，强度高，性能比C纤维好，但价格较贵；C纤维耐酸性好，价格便宜，其他性能都低于E纤维；A纤维耐老化差，耐酸性比C纤维差。另有一种高强纤维S纤维。S纤维比E纤维的密度小20%，而拉伸强度高35%，弹性模量高20%，用于缠绕法生产FRP较多。10特种纤维有哪些？答：为了适应FRP的更高需求，已陆续研制出如下几种特种无机纤维，随着科技进步，新的品种还会不断涌现出来，现简单介绍如下几种。（1）耐高温纤维石英纤维软化点温度1250，在400时强度变化不大，1000以后再冷却，强度仅降低50。膨胀系数小，20时约510-7，1200时约1110-7。加热到8001000以后，经水冷却并无损失。导电率只有10-8-1cm-1。介电损耗为610-4，能经受100200下浓酸（H2SO4，HNO3，HC1）侵蚀。但对碱及碱性盐抵抗力差。在2504700nm光谱区内有高透射率，因此，石英纤维广泛用于电机制造、原子能反应堆、火箭、光电通讯等方面。高硅氧玻璃纤维（R纤维）由于石英纤维制取困难，价格昂贵，各国都以SiO2含量96%以上的硅氧玻璃纤维代替。耐热接近石英纤维，强度低，6m的单丝仅为250300MPa，为提高其制品强度，和有机纤维、无机纤维混纺。高硅氧纤维已用于航空、火箭、飞船等。铝硅酸盐玻璃纤维是新型的耐高纤维，含SiO2 46%左右，含A12O3 51%。熔点1760，最高使用温度1260，用作绝缘材料及原子反应堆、火箭等的隔热材料。（2）高强度、高弹性模量的玻璃纤维高强玻璃纤维主要有镁铝硅酸盐纤维（S纤维）、硼硅酸盐纤维。S纤维经过HTS处理（这是一种前处理法）后强度提高30%40%，该纤维拉伸强度4900MPa，弹性模量9104MPa，耐温好，816时强度为860MPa，因拉丝温度高（1400），后来又研究出硼铝硅酸盐纤维，拉伸强度随成分不同而异，比E纤维高10%50%。高模量玻璃纤维氧化铍（BeO）可提高纤维弹性模量，有剧毒。含铍玻璃纤维（M纤维）弹性模量最高，约11.5104MPa；拉伸强度和E纤维相近。不含铍的高弹纤维（含ZnO2，TiO2等）弹性模量为12.6104MPa。（3）特种非金属无机纤维及晶须随着空间技术及电子技术的迅速发展，对结构材料的性能如比强度、比弹性、耐热、绝缘等提出了更高要求，玻璃纤维的弹性模量较低，高温下陡降，限制了FRP的应用，因此，又相继研制出如下新型材料。碳纤维是将有机纤维（如人造丝、聚丙烯腈、木质素、特制沥青等）经过氧化、碳化、石墨化等措施制得。在2000下以碳化制得碳纤维。加热至3000石墨化制得石墨纤维。两者统称为碳纤维。碳纤维在3000下不软化，耐腐蚀，电阻率为10-210-4cm，热膨胀系数小，抗热冲击，无毒，不自燃，密度142163g/cm3，直径66m，含碳991%999%，拉伸强度（112）103MPa，弹性模量（1835）105MPa，断裂延伸率06%07%，因为有了这些性能，将其和树脂、橡胶、金属、陶瓷等材料复合，制品适用于宇宙航行、深海潜水、电子等方面。石墨纤维在增强塑料中，用作耐烧蚀材料，一般用酚醛树脂作粘结剂。比如，用热解人造丝织物增强的酚醛层压板在室温下的性能列于表23。表23 用热解人造丝织物增强的酚醛层压板在室温下的性能织物密度/（gcm-2）弯曲强度/102MPa弯曲模量/105MPa拉伸强度/102MPa拉伸模量/105MPa碳化石墨化1.281.521.281.521.12.51.42.80.110.180.110.140.571.40.711.40.0850.10.10.11石墨纤维经过表面处理后的环氧树脂层压板性能比酚醛的要高得多。近年来我国的碳纤维发展很快，价格也在大幅地下降。硼纤维一般是用卤化硼的氢还原法制得。拉伸强度为28003500MPa，比强度为95106，弹性模量（86420）103MPa，密度为262g/cm3，熔点2050，硬度比铝大6倍，但比铝轻15%，缺点是刚性大、不易弯曲。碳化硅（SiC）纤维在10001200下使用时，强度保持2/3，与金属不起反应，制造方法类似硼纤维。性能见表24。表24 碳化硅和碳化硼纤维性能纤维名称直径/m密度/（gcm-3）拉伸强度/MPa弹性模量/MPa碳化硅碳化硼10010035263180028002730424610542105碳化硼（B4C）纤维特点是耐热，在2200以下，温度变化对强度影响甚小。制造方法类似硼纤维，性能见表2-4。芳纶（KF）即芳香酰胺纤维，是用聚对苯二甲酰对苯二胺由湿纺法制成的纤维，具有高强度、高模量，强度比一般有机纤维高3倍，模量是尼龙的10倍，但是，抗拉不抗压。除强酸强碱外，对其他化学介质都较稳定。热稳定性好，有自熄性，瞬时可耐300以上，可耐170低温。呈金黄色，可制成布、粗纱织物、单向织物，作为FRP的增强材料，用于航天、游艇、体育等领域，特别用在绳索方面，强度比钢绳高50%，在减轻重量、提高冲击强度及纵向刚度方面比较有效。但是，单独使用不如和木材、玻纤、碳纤维等组合使用更能发挥其优点。晶须其强度来源于原子或分子间的引力，材料的破坏也就是削弱这种引力。在实际材料中所表现出来的裂缝、缺口等，就是这种引力削弱的表现，实际强度只能达到理论强度的1/101/100。晶须就是这类机械强度等于邻接原子间引力的新型材料。强度高的原因，主要由于它直径非常小，难以产生空隙、位错，基本上是完整单晶，截面呈多角形，直径从几微米到数厘米，晶须分陶瓷晶须和金属晶须两类，用于增强材料的主要是前者。片状石墨及几种晶须的性能对比如表2-5。表2-5 片状石墨及几种晶须的性能对比材料拉伸强度/MPa弹性模量/MPa材料拉伸强度/MPa弹性模量/MPa石墨块石墨晶须蓝宝石晶须352100028000141047110571105氧化铍碳化硼200007100710545105晶须兼有玻璃纤维和硼纤维二者最好的性能：有玻璃纤维的延伸率（3%4%），又有硼纤维的弹性模量。在已知的晶须材料中，有蓝宝石（氧化铝）、碳化硅、氯化硅和氯化铝等晶须，已小批量生产。其性能随材料不同而异，大致是：密度为24g/cm3，熔点为2000以上，拉伸强度在35007100MPa，弹性模量在（3271）105MPa。目前国际上生产量越来越大的钓鱼杆，所用的增强材料已从过去的玻璃纤维过渡到碳纤维和晶须。12用于FRP的玻纤制品有哪些品种？特点是什么？答：在众多的玻纤制品中，总的说，纱有粗纱，细纱，有捻纱、无捻纱之分；布有细纱薄布和无捻粗纱布之分，如目前手糊FRP中常用的02、04方格布就是无捻粗纱布。现将具体品种介绍如下。（1）无捻粗纱生产：是用无捻平行原纱合股而成，是用增强型或前处理型浸润剂生产的。用途：用于FRP的缠绕、挤拉、喷射成型，或FRP的局部增强；生产无捻方格布；生产无纺布；生产短切纤维毡。用于生产模塑料，也可用于手糊成型时的填充料。特点：因无捻度又未纺织，故强度高，树脂浸透性好。技术指标：浸润剂含量，支数，硬度，浸渍性，集束性，成带性，切断性，分散性，抗静电性，外观等。（2）有捻纱高捻度的可达110捻/m，一般是用石蜡型浸润剂生产的，主要用于生产有捻薄布和玻璃纤维带等。（3）短切纤维毡生产：将无捻粗纱切成5070mm的短切纤维，随机地沉积在传送带上，经过粘结、烘干而成。用途：用于手糊、模压、袋压及各种预浸渍工艺，用此毡成型FRP时，树脂含量可达60%80%，但强度低。聚酯+纤维毡的FRP拉伸强度是聚酯+玻璃布的FRP拉伸强度的30%60%，但层间内聚力和冲击强度较好。特点：铺覆性好，各向同性，价格便宜。技术指标：粘结剂含量，单位质量，浸渍性，拉伸强度，苯乙烯对粘结剂的溶解度，柔软性，外观等。质量指标见表2-6。（4）表面毡生产：单纤维短切后，无规均匀分散，用可溶性粘结剂（如PS）粘成薄毡，厚度为0304mm。对强度几乎不起作用，一般为表2-6 短切纤维毡质量指标名称和种类标称质量/（gm-2）单纤直径/m公制号数（公制支数）幅宽/cm卷重/kg 225ME（c）N-P 90025090010114848（20821）935186510301540 225ME（c）N-S 90025090010114848（20821）935186510301540 225ME（c）N-X 90025090010114848（20821）935186510301540注：1上述短切纤维毡的短切丝长度都为50mm2mm；2含水量都1%；3粘结剂含量都10%；4单位面积质量中，最大不均率35%，平均不均率25%。用途：主要用于手糊FRP的表面（胶衣层下面），使表面光滑，制品含胶量可高达90%，提高了耐水、耐老化性能。特点：浸胶速度快，覆盖性好，能吸收较多树脂。对强度起的作用甚微。技术要求：见表2-7。表2-7 玻璃纤维毡技术要求项目指标项目指标单位质量质量变化率宽度单纤维直径纤维短切长度300900g/m220%90100cm1013m50mm2mm粘结剂类型每卷质量玻璃成分聚酯型、环氧型 宽90cm，30kg/卷；宽18cm，60kg/卷 中碱或无碱中碱表面毡牌号有CFN08、CFN16、CFN24，厚度分别为008mm、016mm、024mm。质量分别为15g/m2、20g/m2、33g/m2，长度都为60m；耐酸性好。无碱表面毡牌号有EFN22等。（5）无纺布生产：用直径为1215m的连续纤维平行（单向）或交叉（双向）排列后，用粘结剂胶粘而成的片状材料。特点：在拉丝过程中直接成型，保持了纤维的新生态，强度高，刚性好，工艺简单。用途：为使用粗纤维制造单向或双向高强度的FRP创造了条件，国外已开始用50100m粗纤维来生产无纺布。无纺布性能见表2-8。表2-8 无纺布性能纤维直径/m纤维强度/MPa粘结剂含量/%布实际强度/MPa纤维计算强度/MPa原始强度利用率/%10152250100320031003000250019001932142191941841800159014891310930270025202360204014208481798175（6）单向布生产：经向用纱多，纬向纤维少，经过纺织成双向布，如41单向布，就是在单位宽度内，经向纤维是纬向纤维用量的4倍。特点：经向纤维多，卷曲小，因此径向强度和刚度都高。用途：主要用于定向强度要求高的产品或部件，可使产品重量下降25%，避免一向强度不足而另一向强度富余，故单向布应提倡应用。规格：经纱/纬纱比有41，71，91等品种，捻度为110捻/m，宽度900mm，单纤维直径为6m。（7）平纹薄布生产：经纱和纬纱都用细纱，经过加捻（经纱110捻/m，纬纱60捻/m），每根纱垂直上下交错一次织成。特点：布面平整，交织点多，布质硬而牢，纱卷曲较大，铺覆性较差，强度比斜布纹小，一般都含石蜡型浸润剂。用途：用途广泛，用于FRP方面时，只能制作简单或平坦的FRP制品，如电绝缘层压板、箔铜板基布等。规格：有01900和0141000等等，纱有80S/2，40S/2等。同样有无碱、中碱之分。（8）无捻粗纱方格布生产：是平纹布，由无捻粗纱织成，含增强型浸润剂或其他无蜡浸润剂。特点：经、纬纱都不加捻，故强度较高，纤维松散，容易被树脂浸润。生产厚的产品节约工时，刚度及耐冲击性能好；但耐压差，表面凹凸大，有方向性，材料利用率低。用途：用于手糊FRP。（9）斜纹布生产：由一根或多根经纱，从二至多根纬纱上有规律地通过，使布面上斜纹横过。特点：交错点比平纹少，织物比较细密，柔软，强度大，光泽及弹性都好，被覆性好，糊制FRP时比较服贴理想。厚度025mm。用途：用于手糊FRP，特别用于异型产品。因浸透性好，FRP负载时纤维能充分发挥作用，故FRP的拉伸强度比平纹的高。可是斜纹布FRP的模量（1910MPa，只是平纹FRP的2/3）。规格：如02900，经纱40S/4，纬纱40S/1，密度径向201，纬向121，经纬纱都有捻度。（10）缎纹布生产：由经纬纱相互以38根搭一交错，形成线条不等而有规则的纹路。组织循环数一般要大于或等于5。特点：纤维卷曲最小，强度是织物中最大的，铺覆性好，外观有光泽，美观。用途：用于铺覆型面复杂的手糊FRP制品。（11）其他织法利诺织法和模利诺织法是把经纬纱在交错点上织起来，同时构成多孔方格结构的一种织法。这种布浸以树脂，被广泛用来夹在金刚砂轮中增强用。也可用于加固屋面顶、矮墙、烟囱、隧道等的沥青保护层等。套形织法织成圆锥形布套，用于雷达罩等，也可织成针织品的套管来成型畸形管道。（12）玻璃纤维带该产品与平纹布结构相同，仅宽度很窄，目前品种很多，厚度为00602mm，甚至03mm厚，随着用户要求，宽度规格越来越多，在850mm之间，甚至更宽的都有。用于包扎管道、管子接头或缠于湿法成型的FRP管子外表层，增加张力和美观。13玻璃纤维的表面状态及密度如何？答：玻璃纤维是光滑的圆柱状，截面多呈圆形，其他有机纤维的外观有深的皱纹，截面呈不规则状态。与树脂粘结时，玻纤表面因光滑造成抱合力小，不利粘结，但是玻纤间的空隙容易填充，这是有利的一面。玻璃纤维的直径越细，柔性越好。玻纤的耐磨性、抗扭折性都很差，只有棉花的1/41/5，在纺织加工过程中容易起毛，从而降低了强度，因此在拉丝时必须使用浸润剂。玻璃纤维及其他纤维的密度见表2-10。表2-10 玻璃纤维及其他纤维的密度纤维名称无碱纤维有碱纤维碳纤维尼龙棉花密度/（gcm-3）262724261411415514玻璃纤维的耐热性如何？答：玻纤的比热容为7942J/（kgK），线膨胀系数约为4810-6/。E纤维比C纤维耐热。E纤维在200左右时强度开始缓降，使用温度可达600700。C纤维在200左右时，强度下降明显。而A纤维在100下强度就下降。软化点：A纤维约500550；C纤维约764；E纤维约850。其他有机纤维的软化点，如醋酸纤维为204230，尼龙为232250。E纤维瞬间耐热（30s）达1000；石英纤维和高硅氧纤维可达2000以上。因玻璃纤维是无机纤维，因此不燃烧、不氧化。要注意玻璃纤维的一个特点，即单丝加热无变化，而纱加热到250时先膨胀，如果再升温反而收缩，而且不能复原。因此，拉紧后升温，会因收缩而断裂。这也是FRP因反复加热和冷却而发生剥离现象的原因。玻璃纤维受热后的强度损失与受热时间有关，时间越长，热损失越大，表2-11是无碱布的例子。温度/05min1min2min5min30min60min100150250300350400600无损无损无损（约4%）61%20%56%无损无损无损（约15%）32%62%无损无损无损82%36%65%（约1%）（约3%）31%16%35%44%（88%）88%215%36%45%13%246%38%51%在FRP中，玻璃纤维的耐热远大于一般树脂，因此要要制造耐热FRP，选择耐热树脂是十分必要的。15玻璃纤维的弹性模量及延伸率是多少？答：玻纤具有弹性，拉断之前服从虎克定律，即伸长和拉力成正比，无永久变形，应力应变关系基本上是直线，无屈服点，A点之后说明股纱中的单纤维受力不一致，而呈现了逐步断裂的过程。断裂延伸率比较低。纤维越粗，延伸率越小，直径为58m时，延伸率约3%，玻璃纤维及其他纤维的弹性模量及断裂延伸率见表2-12。玻璃纤维的弹性模量比木材高，比有机纤维高58倍，但是比钢低得多了。表2-12 不同纤维品种的弹性模量及伸长率纤维种类弹性模量/104MPa断裂伸长率/%伸长率可逆部分/%无碱纤维（E）有碱纤维（A）高弹纤维棉花亚麻尼龙碳钢（块状）铝合金（块状）7611 11403207327782320250050081515816玻璃纤维的强度如何？答：（1）玻纤的最大特点是拉伸强度高，但也受到生产方式、化学成分、温度、湿度等因素影响。普通玻璃的拉伸强度只有40100MPa，而拉成纤维后强度能达到2000MPa。但是，纱或布的强度并不等于所有单纤维强度的总和，甚至要降低80%，原因有以下几点。 测量方法造成误差。纱和单丝的强力，随长度增加而增加，而测定单丝强力时的夹距为10mm，测纱的强力时夹距为500mm。纤维粗细不同造成误差。拉制出来的单纤维直径不均匀率为15%，而受力时细纤维的伸长率大于粗纤维，因而粗的先断。直径相同、强度不同的纤维也不致。分批断裂。（2）纤维越细则强度越高，其关系见表2-13。表2-13 拉伸强度与单纤维直径关系性 能单纤维直径/m4579111519拉伸强度/MPa3000380024002900175021501250170010501250850650其原因可能由于纤维越细，表面上的微裂纹存在的几率也减少，因而断裂的几率也就减少，强度就高。（3）E纤维比A纤维强度高20%，S纤维（高强）比E纤维拉伸强度又高30%。（4）玻纤的捻度越大，则拉伸强度越低，如由40捻/m增加到200捻/m，拉伸强度降3%5%。生产中一般不大于300捻/m。加工过程，包括织造方法也造成强度降低。此时玻纤的剪切强度差，不耐磨，不抗折。（5）玻纤纱或布经过热处理后的强度损失，比单纤维热处理后的损失大，因为浸润剂的存在不仅提高了纤维强度的利用系数，而且使纤维之间存在粘结力。要拉断纤维除要克服纤维本身的强度外，还要克服粘结力。玻纤纱中的单纤维强力利用系数，大约有60%70%。另据资料介绍，玻璃布经过酸处理强度会上长升，可能是因纤维上的“伤痕”被溶解掉，产生硅酸膜起了保护作用。17玻璃纤维的电性能如何？答：玻纤的电性能主要取决于化学成分以及温度和湿度。首先是成分，因碱金属氧化物容易水解生成迁移性较大的Na+、K+，使绝缘性能下降，另外，玻璃骨架中的离子只有在高温下才开始移动，所以温度越高，电阻率越低，从成分来看，无碱E纤维的电绝缘性好，E纤维的电阻为10111013，耐高压。玻纤很细，表面积大，易吸附水分，形成水膜，因此，玻璃布的异电性基本上属于表面导电，使表面电阻下降，只要能保持玻璃布的干燥，玻纤还是绝缘的，尤其石英玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维介电性更好，其体积电阻率可达10161017cm。表2-14 玻璃布的电性能与温度的关系性能温度/50100150 2002501体积电阻率/（cm）1101451013310134101221012介质损失角正切（3106Hz）1710-32310-3410-3610-38810-3表2-15 不同相对湿度下玻璃布表面电阻率的变化/玻璃布成分相对湿度/%20406080100无碱布（E）有碱布（A）2101541012610141.81012710137.51011910129.810103.410112.8109玻璃纤维表面含有浸润剂时，体积电阻和介质损失角正切值随温度升高而下降。玻纤若涂敷金属或石墨可得较好的导电性。18无碱玻璃布中混入中碱纱（或有碱纱）如何鉴别？答：如果电性能要求较高的产品，或者像3240绝缘层压板这类FRP中，怀疑有中碱纱混入时，可用下法找出中碱纱的数量、位置。方法是：将可能含有中碱纱的玻璃布剪一块，放进茂福炉内在650灼烧15min取出；如果已做成FRP，可将这部分FRP在同样温度下灼烧到树脂炭化，即玻璃布基本变白时取出，用毛笔或棉球蘸取指示剂涂在上述的玻璃布上，无碱纱是黄色，中碱纱立即呈现紫色，十分清晰。即使有一根中碱纱，都能显示出来。批示剂配制（质量份）：甲酚红01份 酒精40份 蒸馏水70份19玻璃纤维的吸湿性如何？答：E纤维的耐水性远比有碱纤维好，但是耐酸性却相反。无碱铝硼硅酸盐纤维吸水性比有碱钠钙硅酸盐纤维吸水性要好，吸附水量随空气湿度提高而加大，见表2-16。吸湿后强度下降，在相对湿度为80%的环境中存放，强度就有所下降了；在100%的相对湿度下存放，强度下降50%。因为玻纤是很细的，表面积大，容易吸湿而造成电绝缘性及强度下降。特别对有碱纤维更显著。而且吸湿后，对FRP成型也有影响，因水分影响树脂浸润并有阻聚作用。严重时可造成玻璃布发霉，甚至水解破坏。实践证明，霉斑对透明或浅色FRP极为不利，因为即使少量不明显的霉斑，只要涂上树脂，就能明显地看到黑斑。因此，玻璃布保管时要防潮防霉，使用前烘干是必要的，而且由于在玻璃布的纤维孔隙中能吸收3%4%的水分（比其他纤维吸水要少，比如湿度在65%时，棉花为8%，羊毛为6%）。玻纤中的碱金属含量对树脂与玻纤的粘附不利。湿度大的场合树脂与玻纤的粘附力要降低20%25%。表2-16 玻璃纤维的吸湿性玻璃纤维在相对湿度下的吸水量/ml（100g）-15060657080859095铝硼硅酸盐（E）钠钙硅酸盐（C）016007038030661732420玻璃纤维的化学性能如何？答：玻璃耐腐蚀是众所周知的，可是拉成玻璃纤维以后，耐腐蚀性就下降了，这是因为表面积增加的缘故，如2mm厚、1g重的玻璃表面积只有51cm2，而直径为5m、1g重的E玻璃纤维长15m，表面积达到1000cm2。接触腐蚀介质的面积越大，受腐蚀的程度也就越大，这是很自然的。总的说：除氢氟酸（HF）、浓碱、热浓磷酸以外，玻纤对所有化学药品和有机溶剂都有良好的化学稳定性。下面综合几点。玻纤直径越细，耐腐蚀越差，见表2-17。表2-17 玻纤直径与耐腐蚀性纤维直径/m纤维腐蚀后的失重（常温）/%水2mol/L HC105mol/L NaOH025mol/LNa2CO3681957357273126044154116039603558301052451617622由此看出用于防腐玻璃钢的玻璃纤维应当选择粗直径的玻璃纤维制品。介质的温度对玻纤腐蚀的影响很大。在100以下时，介质每升高10，纤维的破坏速度约增加50%以上；在100以上，破坏速度更加剧烈。介质的体积越大，对纤维的破坏作用也越大，在表面积及其他条件相同的情况下，失重之比，甚至大于介质的体积之比。在一般情况下，介质的浓度越大，玻纤的破坏程度也越大。玻纤成分不同，受腐蚀的程度也不一样。玻纤成分中SiO2含量增加，化学稳定性提高。增加SiO2、Al2O3含量，耐酸性提高，增加Al2O3及ZnO等含量则耐碱性提高，碱金属氧化物含量越低，耐水性越好，因此，无碱纤维耐水性比中碱纤维好。国内的无碱纤维耐碱性稍好，中碱纤维耐酸性好，这是相对比较而言，总的来说耐碱性都不好。见表2-18。表2-18达式 玻璃纤维耐腐蚀性纤维种类耐水性耐酸性耐碱性水煮1h后失重/%试验后水的电阻/05mol/L H2SO4中煮1h失重/%01mol/L NaOH中煮1h失重/%无碱纤维E中碱纤维C有碱纤维A17013111100007200025004820162971215第三章 树脂21什么叫树脂？答：人类最早发现的树脂是从树上分泌物中提炼出来的脂状物，如松香等，后来扩大到动物身上，如虫胶，再后来从矿物中得到，如沥青。直到1906年第一次用人工合成了酚醛树脂，才开辟了人工合成树脂的新纪元。这些人工合成的新型的高分子化合物，都称做树脂，但是早就与“树”无关了。像聚氯乙烯那样可以溶解在溶剂中，加热熔化，冷却变固，而且可以反复进行，将这种可熔可溶的树脂叫做热塑性树脂；像酚醛、聚酯树脂那样，加热固化以后不再可逆，成为既不溶解、又不熔化的固体，人们把这种树脂叫做热固性树脂。这类树脂主要有酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、有机硅树脂、聚氨酯树脂以及目前用得较多的不饱和聚酯树脂。22什么叫塑料？答：对一般树脂来说，还不具备直接作为材料的使用性能和加工性能，往往需要加入各种添加剂以达到使用目的，这些添加剂有：填料、颜料、增强材料、稳定剂、增塑剂、硫化剂等。树脂中加入这些添加剂后，一般称为塑料。根据能否可溶可熔的性质，塑料也同样分为热固性、热塑性两种。我们说的FRP就是热固性塑料。当然，塑料又可根据其状态分为模塑塑料、层压塑料、人造革、泡沫塑料等。23树脂分子的形态和树脂的性质及固化阶段有何关系？答：树脂分子的实际形状并不是像我们写分子式那样长而平直，实际上可分为以下三种状态。（1）线型这种分子像卷曲的线，无规则地空间分布，当然也可能有些带分枝状，这是树脂的固有特性，虽然大家卷曲在一起，但互相并不联接，各自独立，能够自由运动，特别是热运动。具备这种分子状态的树脂是可溶可熔的。（2）分枝状这种分子不仅卷曲，而且有大量分枝，虽未互相交联，但已运动不便，具备这种分子状态的树脂，加热后因热运动作用，基本上是可熔的，在溶剂中也可溶解，但溶解度已大大降低了。（3）网状这种树脂的分子既卷曲又互相交联，类似建造楼房用的脚手架，互相纵横，上下“捆扎”在一起，成为一个三维状的整体。具备这种分子状态的树脂是不溶不熔的，而且“捆扎”点（交联点）越多，整体性越强，刚性越大，越耐热。用于FRP的热固性树脂，如聚酯树脂，本来其分子是线型的，因为固化剂的作用使分子双键打开，互相交联成为一体，成为不可逆的网状结构，即固化。但在成为网状之前，有一个过渡期，即凝胶时间，这个过渡期，实际上从固化剂、促进剂加入就开始了，因为游离基开始形成，在这一期间分子是从线型迅速形成枝状并由小到大、由简到繁，最后形成网状整体。有时将热固性树脂如酚醛树脂的固化过程分为A、B、C三个阶段。直观地说，一般热固性树脂的固化过程都有大致的三个阶段，而且这三个阶段与上述树脂的三种状态也大致相对应。见表3-1。 表3-1 热固性树脂的固化阶段状态A阶段B阶段C阶段分子状态线型分枝状网状溶解性可溶溶解度低不溶熔融性可熔部分可熔不溶物理状态粘流态橡胶态玻璃态固化状态液体粘稠体固体时间性凝胶时间固化时间关于固化过程的阶段性，在聚酯中可借用酚醛树脂的术语，叫它们为A、B、C三个阶段。但实际上有时又不这样说，而是习惯称为如下三个阶段： 凝胶阶段，即从粘流态到失去流动性，即从液态到能够挑出细长丝这一阶段，或者是从粘手到软而不粘手； 定型阶段，即固化阶段，从凝胶失去流动性，到表面有一定硬度可从模上脱下； 熟化阶段，从表面上看，有一定硬度，有一定力学性能，直到具有稳定的物理化学性能而可供使用。聚酯的三个阶段不及环氧、更不及酚醛那样明显，特别是凝胶到定型往往在很短时间内完成，正因这一点，在手糊工艺中凝胶时间的掌握是关键。FRP生产中常用的热固性树脂在通常情况下都是线型分子，有的略带分歧，但是在固化剂或者热的作用下，基本上都按照上述的三个阶段迅速变成网状结构。例如聚酯树脂是经过官能团双键的反应，逐步转为不可逆的网状结构；酚醛树脂是在固化剂或热的作用下，通过羰基（）等官能团进行缩合反