复合材料玻璃钢

玻璃钢的发展、应用和展望

【摘要】随着科技技术的发展，玻璃钢复合材料已成为新材料领域的重要先导材料，是发展现代工业、国防和科学技术不可或缺的基础材料，行业发展潜力巨大。文章重点介绍了玻璃钢复合材料的材料性能、行业发展、应用现状、趋势展望。

通过这学期“航空复合材料”这门课的学习，我开始了解并接触到一些复合材料，由于复合材料领域家族庞大，我特地选择一种常用的复合材料-玻璃钢展开进一步的学习。受到老师上课介绍复合材料的启发，我将从材料的成型，性能，国内外进展，应用和未来趋势进行引述。

近年来各种复合材料在工业技术中获得了日益广泛的应用。其中玻璃钢复合材料就是目前使用比较广泛的有机高分子基复合材料,简称玻璃钢，是以高分子有机树脂为基体,采用玻璃纤维进行性能增强的复合材料。用玻璃纤维增强热固性塑料的玻璃钢叫做热固性玻璃钢(FRP);用玻璃纤维增强热塑性塑料的玻璃钢叫做热塑性玻璃钢(FIP)。目前在生产中使用比较多的是热固性塑料玻璃钢。那么我简要介绍FRP的成型方法，其中有手糊成型工艺、喷射成型工艺、模压法、RTM（树脂传递模塑）成型工艺。手糊成型工艺主要是在涂有脱模剂的模具上,将加有固化剂的树脂混合料和玻璃纤维织物手工逐层铺放,浸胶并排除气泡,叠层至要求的厚度后固化,形成所需的制件。喷射成型工艺是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯树脂分别从喷枪两侧喷出,同时将切断的玻纤粗纱由喷枪中心喷出,使其与树脂均匀混合,沉积到模具上，当沉积到一定厚度时,用辊轮压实,使纤维浸透树脂,排除气泡固化后成制品。模压法分为热压法和冷压法，模压工艺主要控制两个关键参数，即温度和压力。RTM成型工艺

基本原理是将璃纤维增强材料放到封闭的模腔内,用压力将树脂胶液注入腔,浸透玻纤增强材料,然后固化,脱模后成制品。玻璃钢的密度小，耐腐蚀、耐老化、不生锈、防水、密封效果好，甚至还有吸振、隔音、隔热的效果。其力学性能也十分出色，抗拉强度略低于碳钢，比强度较一般碳钢大2-5倍，比模量较一般碳钢大得多，刚度也比较大，抗疲劳强度几乎接近钢材的一半，且发生疲劳破坏前有明显的征兆。

1958年第一块玻璃钢板的成功压制，标志着中国玻璃钢工业正式诞生，改革开放后，特别是“十五”计划以来，我国玻璃钢在生产技术、产品种类、生产规模等方面迈过了由小到大的台阶，形成了较为完善的工业体系。工艺技术及装备已与国际同步，产品种类齐全，产量已超过德国、日本和美国，居全球第一，标准化体系和研发生产测试体系不断完善。产品应用领域不断扩大，由最初的航天耐烧蚀防热部件发展到现在的航天、航空、船舶、交通运输、能源、建筑、石油、化工、节能环保、电子电器、医疗、体育运动器械等国防和国民经济各领域。玻璃钢复合材料经过70多年的发展，在全球范围内已经成为一个重要的技术产业，产量大幅提升，2013年全球产量已达1060万t，是1978年产量的 5.3倍;产值大幅提高，2013年产值达900亿欧元。北美、欧洲和亚洲为主要的生产和应用地区，2011年，三个地区分别占全球产量的35%、22%和43%，占全球产值的36%、33%和31%;最近两年，美国玻璃钢产量和产值均有所下降，2013年占全球产量的28%，占全球产值的32%;欧洲玻璃钢产量增长缓慢，

但其产品附加值高，曾以全球22%的产量，获取了全球33%的产值，不断研发新技术、新工艺和新产品。全球玻璃钢产量的增长主要源于亚洲地区玻璃钢产业的快速发展，其中中国增长尤为迅速，数据显示，1978～2013年，中国玻璃钢产量增长了683倍，由0.6万t增长至410万t。

国民经济的增长，带动了玻璃钢产业的发展，推动了其在基础工程、建筑与结构、陆上交通运输、船艇、风能、工业设备等领域的应用。

（1）基础工程：高速公路、桥梁、码头、水工建筑、输变电线路等都需要使用大量的复合材料，目前复合材料的桥梁、输变电塔、灯杆都已获实际应用，还有在管、罐制品中应用十分广泛。

（2）建筑与结构：结构加固补强，建筑模板、墙板，配筋混凝土，桥面板、路面等领域对具有轻质、高强、耐腐蚀性能的玻璃钢需求不断增大，此外在传统的玻璃钢整体卫生间、浴缸、净化槽等均有应用。

（3）陆上交通运输：随着我国交通运输业的发展，玻璃钢在汽车、高铁、地铁上的应用也越来越广泛。其在汽车领域的应用由车身壳体等车身部件逐步向前端支架等结构件和发动机气门罩盖等功能件方向发展，高速列车车头等部件也都大量采用玻璃钢。

（4）船艇：船艇对玻璃钢对需求巨大，材料上，开始采用先进的多轴向缝编织物和乙烯基酯树脂等高性能树脂，工艺上实现了复合材料真空辅助成型工艺在船体制造中的应用突破。

（5）风能：风电作为一种可持续的绿色能源，发展前景良好，风机叶片需求巨大，大型碳纤维复合材料叶片以及热塑性复合材料叶片将成为风电叶片行业下一步研究的重点。

（6）工业设备：玻璃钢作为工业设备，其产品主要有各类拉挤型材、格栅等。自20世纪80年代，我国引进英、美、意、加等国拉挤机30余台，南京玻璃纤维研究设计院引进拉挤技术后，在沪宁一带兴建了众多拉挤型材生产企业。

我国玻璃钢工业经过50多年的发展，已得到高度认同，发展成为新材料领域的重要主导材料，也是国家战略性新兴产业之一，产量已跃居全球第一，工艺技术水平和工业装备也有很大提升，相关专利数量逐年快速增加，标准体系不断完善，但与国际先进水平相比，还有很大差距。国内几大生产商主要分布在北京、浙江、江苏、河北、山东等地，各个厂商主攻方向也有不同，可以看出，玻璃钢的市场十分广大，具有很深的潜力。从趋势上看，未来的复合材料将应用高端化和产品化，以航空航天为主要方向，包括通用航空飞机和新能源汽车，有可能爆发式增长。但是在我国FRP行业存在有“轻原材料、重产品”、“重学术研究、轻商品化”的倾向，这是极不利于行业健康发展的。现在原辅材料的重要性已为世界逐渐认识，国家提倡“产、学、研相结合”，即企业、学校、研究单位相结合发展产业，有的企业因此而取得了显著的成功。所以，想要健康发展，就需要顺应行情，找到正确的方法，“产、学、研”相结合，设计先行，制造自动化和绿色复合材料将成为行业发展的必然趋势。