玻璃纤维强化塑胶(FRP)特性及应用

項目
用途舉例
航空機/軍事方面
航空機用椅子，空對空飛彈彈體，導管，急風器，小型飛機機身及翼，宇宙計畫中會合用的雷達部門以及住宅類，直昇機，圓錐彈頭，鐘形汽室，火箭引擎箱，各種飛彈彈身，壓力容器。
建築
浴室（主要是單浴缸），圍牆，化妝板，樹脂混凝土用。導水管，揉光板，通風筒，三明治崁板，水池，空氣流通管，沐浴室，天窗，隔熱隔音窗，工業用以及家庭用換氣裝置。
桶槽類
化學藥品儲藏用，汽油桶，肥料桶，油槽，水槽，鐵路火車及卡車用桶類。
輸送機器
汽車車體，汽車零件，公共汽車車體及零件，牽引車的工作台，滑行車和機車零件，鐵路貨車，道路標誌，冷凍車車體，屋櫞，座席，卡車拖車的車體，貨車工作台，擋板。
其他
市售冷凍機外殼，洗淨塔，附有圓形填充物的送風機，管路，安全帽，各種板用。
作為補強用之玻璃主要為e玻璃，其他尚有許多特殊用途之玻璃分述如下：
1. c玻璃
c由chemical而來，使用於需有耐酸性之化學品作為被覆
(lining)之用，其鹼土金屬含量約為10％。
2. a玻璃
a由aklali而來，耐酸性與c玻璃相近、耐風蝕性較差，鹼
土金屬含量約達14％，故為含鹼玻璃。
3. s玻璃
(二)補強材：一般使用e玻璃纖維，其功用在使成品具有高彈性數(剛性)及高強度。e玻璃e由electrical之頭一個字母而來，為電氣用之意，因其具有電氣絕緣之特性，多用於電氣用品，為無鹼玻璃(Non-Alkali)，其氧化鈉(Na2O)、氧化鉀(K2O)等鹼土金屬之總含量只有0～1％程度，其耐熱性及耐風蝕性(weathering)佳。
7.加工性佳，可作成股、束、氈、織布等不同形態之產品。
8.透明可透過光線.
9.與樹脂接著性良好之表面處理劑之開發完成。
10.價格便宜。
(三)玻璃之抽絲工程
玻璃纖維是由熔化之玻璃抽絲而成，其方法有直接熔融法
(direct melt)係由玻璃原料熔融後直接抽絲而成，間接熔融法
(indirect melt)則先作成玻璃珠,再重新熔融抽絲而成，故亦稱
各種構造材料的性能比較詳下表：
各種構造材料的性能比較
種類
比重
抗拉強度MPa
張力對抗MPa
彈性係數MPa
衝擊強度kj/平方公尺
硬鋁板
2.8
370~430
133~154
69000~ 74000
200~400
鋁
2.7
70~110
24~40
69000
600~900
硬鋼
7.85
570~700
73wenku.baidu.com87
205000
由strength而來，因其具有特別高之強度特性，使用於航太
等特殊用途。
4. m玻璃
是由modulus而來，因其具有高彈性係數之故。
5. g玻璃
為改善一般玻璃纖維耐鹼性差之缺點而作成者。
(二)玻璃纖維之特性：
玻璃一般人之觀念為質硬易碎物體，並不適於作為結構用材但如其抽成絲後，則其強度大為增加且具有柔軟性，故配合樹脂賦與形狀以後終於可以成為優良之結構用材。
400
強化木
1.3~
1.4
190~200
140~143
24000~ 28000
80~90
FRP板材
1.8~
1.9
290~470
164~247
1600~ 2400
100~160
硬質聚氯乙烯樹脂
1.4
60
-
3000
3
（註）張力對抗（拉力/比重）
(三)優越的耐熱性、耐寒性、難燃性、透光性及電氣的特性
耐寒性為-40℃因此可以充分使用於各場所，一般而言耐熱性約為100℃左右，可以 依據用途不同選擇不同樹脂。又可以選擇難燃性的樹脂製作出符合各種規格的FRP材質。電氣的特性為優越的絕緣性與耐電弧性。
(三)副資材：除基材塑膠及玻璃纖維外，於施工過程中所需使用之其他材料，譬如觸煤，促進劑、填充劑、丙酮及構造或成型用芯材等皆是。
四、玻璃纖維之種類及用途：
纖維之種類很多，大體而言有天然纖維與人造纖維，及有機纖維與無機纖維之分；自然生成之纖維稱為天然纖維，如木材及其他動植物之毛皮肌肉等組織之纖維皆是。相對於此由人工作成之纖維稱為人造纖維，如金屬、玻璃等抽絲而成之礦物纖維，及經化學合成之合成纖維等皆屬之。至於由有機物質(其構成之主要成份為碳)形成之有機纖維包括羊毛、麻等之天然纖維，嫘縈等化學纖維及維尼龍、耐綸、克維拉(kevlar)等合成纖維，相對地由無機物質形成之無機纖維則有玻璃
作為補強材玻璃纖維具有以下之特點，使玻璃纖維之使用遠較其他種類纖維來得廣泛，發展速度亦遙遙領先，其特性列舉如下：
1.拉伸強度高，伸長小(3%)。
2.彈性係數高，剛性佳。
3.彈性限度內伸長量大且拉伸強度高，故吸收衝擊能量大。
4.為無機纖維，具不燃性，耐化學性佳。
5.吸水性小。
6.尺度安定性，耐熱性均佳。
二、FRP主要特性如下：
(一)優越的化學性能
為安定的化學材質，耐水性、耐酸鹼性、耐腐蝕性、耐藥品性等都相當優越。配合樹脂與玻璃纖維的特性種類使用會成為耐蝕FRP、耐蝕尼龍等。
(二)機械強度大
以玻璃纖維補強而加強強度的FRP與其他類的塑膠比較，不只可以明顯看出其抗拉強度與衝擊強度的優越，與金屬材質的比較也相當優越。特別是張力對抗這一點可看出超越硬鋁板，可以說是現代工業中容易取得最高級的高性能輕質量構造材。
三、FRP之主要原料：
FRP之原材一般包括三類：即基材(matrix)之塑膠，補強材(reinforcement)之玻璃纖維，以及其他配合之材料─副資材。
(一)基材：一般使用不飽和聚酯樹酯，其功能為：結合補強材以維持所需之形狀。於玻璃纖維之間傳遞並分散所承受之負荷，特別是使成品具有耐壓強度，防止補強材被磨損，使成品具有水密、耐化學等特性。
玻璃纖維強化塑膠(FRP)特性及用途介紹
內容大綱
1、FRP簡介
2、FRP主要特性
3、FRP之主要原料
4、玻璃纖維之種類及用途
5、FRP之應用
1、FRP簡介
FRP (Fiberglass Reinforced Plastics)是玻璃纖維強化塑膠的簡稱。
成型的材質，使用的原材料為「不飽和聚脂樹脂」，是一種複合性的流動性黏液物體，加上硬化劑或適度加熱與指定的促進劑放置於室溫下，經過一定時間後會產生熱度而起化學反應而膠化，遂成為不溶且不融具彈性的樹脂狀硬化材質。此種液體樹脂加上玻璃纖維的補強材含浸後便成為強化塑膠（FRP）。
船舶
遊艇船體，船的上部構造各種材料，甲板，浮標，蒸汽機外殼，浮動碼頭，燃料槽，通風筒的無緣帽。
食品、衛生
藥品箱，管路及容器，穀物，蔬菜的各種儲存容器，食品工業管路。
座椅
劇場，運動場用，有草地的庭院用傢俱，辦公座椅，公園，車站之長凳，學校用桌椅，火車及公共汽車的座椅。
運動用品
洋弓，箭，釣桿，高爾夫球棍，運動用安全帽，高爾夫道具之搬運車，曲棍球，遊樂場所的遊樂道具，步槍的把手，游泳池，滑雪板，衝浪板，跳高用竿子。
(四)優越的耐候性
整體的耐候性佳，選擇長時間可以暴露於戶外的膠殼材質更可以提高優越的耐候性。
(五)尺寸精準度良好
一般不飽和聚脂樹脂的硬化體積縮水率約為6~10％，配合各種樹脂與玻璃纖維的用途可以互相選擇並交叉使用。因此其成型後縮水率幾乎為零，並可以製作出美觀及尺寸精準的產品。
(六)成型方法比較簡單
FRP可依產品不同分為多種成型方法，硬化方法可以分為常溫及加熱兩種方式使其硬化。
家庭用
空氣調節部門，洗衣機覆蓋，乾燥機空氣流通管，各種住宅，曬衣服用竹竿，臉盆，洗衣機的洗槽。
電機機器方面
電子工業部門，保險管，馬達用絕緣板，發電機絕緣板，印刷配線基板，雷達室，配電盤開關，端子板，變壓器絕緣板。
住宅類
事務機器，計算機外殼，割草機外殼，機械收發箱，郵件箱，屋外用馬達外殼，照片盒，泵室，電話線架箱。
短纖維直徑在2～3μ以上，20μ以上者作為絕熱及吸音材料使用，因其絕熱性佳、吸音性能優良，其壓縮性,耐震及耐衝擊性亦佳。長纖維作為FRP船用補強材者為10～18μ，噴佈法用玻璃纖維紗束(roving)纖度約在10μ左右，切股氈(chopped strand mat)使用10～16μ，編織布則為12～18μ。20μ以上則用於拉擠成型法、纏絲法等特殊FRP玻璃紗束。
以前FRP用玻璃纖維使用9～10μ者，後因重視作業性，特別是含浸性與製造之經濟性，而使用較粗者(13～18μ)，但使用太粗之纖維積層時易發生彈回現象(spring back)，對於複雜形狀之物品具作業性反而低下，又17μ時對於皮膚之刺激較強亦須顧及。
五、FRP之應用：
利用FRP之特性如高強度、重量輕、耐蝕性、耐候性、電氣性能、維護費低及可成型複雜形狀等，於市場發展成的各項成品，列舉如下：
為再熔融法(remelt)或玻璃珠法(marble)，一般均使用直接法。
玻璃纖維有長纖維與短纖維之分，但實際並非以纖維之長短
來分，二者之根本差異在於製造方法，短纖維係使熔融之玻璃漿
由融爐流出以高壓空氣或蒸汽吹出製造而成；直接法之長纖維則是將玻璃以1,300度以上之高溫融化後由白金製之抽絲口高速抽出，抽絲口之數量與成品玻璃股之絲數相當，將此多數之玻璃纖維同時抽出，使其通過集束器塗上集束劑、表面處理劑等集成股，作為氈、織布等之基礎材料。
、碳纖維等。作為塑膠之補強用纖維中，以玻璃纖維用得最廣泛，其用量亦遠高於其他纖維。
(1)玻璃之種類
玻璃依其組成之主要成份大略可分為矽酸鹽玻璃、磷酸鹽玻
璃、硼酸鹽玻璃等三類，一般多使用矽酸鹽玻璃，而以矽酸鹽
以外之其他成份中較重要者命名之，如石英玻璃、鹹玻璃等，板及瓶使用之玻璃為鹹，石英玻璃加上少量之氧化鋁而成者。