玻璃钢力学性能

玻璃钢的基本性能——力学性能

玻璃钢的力学性能突出的一点是比强度高，这是金属材料和其它材料无法相比的。

这里，我们要提一下强度的概念。强度通常是指单位面积所能承受的最大荷载，超过这个荷载，材料就破坏了。强度又分为拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和剪切强度。例如说聚酯玻璃钢抗拉强度290MP a，是指每平方厘米截面可承受2900Kg的拉力。

玻璃钢轻质高强的性能，来源于较低的树脂密度（浇铸体密度1.27左右）以及玻璃纤维的高抗伸强度（普通钢材的5倍以上）。玻璃钢的密度随着树脂含量的不同而有所不同。从高树脂含量的玻璃毡制品到低树脂含量的玻璃钢缠绕制品（密度2.2），玻璃钢的密度只有普碳钢的1/4-1/5，比铝还轻1/3左右。

玻璃经高温熔融、快速拉成细丝时，由于比表面积增大，玻璃纤维内部及表面就难以存在大缺陷，所以玻璃纤维的强度就非常高，常用的是无碱铝硼硅酸盐纤维，其一般性能如表下所示。

性能：密度（g/cm3 ）

性能数据： 2.53-2.55

性能：折射率（25℃）

折射率（25℃）

性能数据： 1.454-1.549

性能：拉伸强度（MPa)）

性能数据： 100-300

性能：介电常数

102赫兹

性能数据：赫兹

性能：拉伸弹性模量（MPa）

性能数据： 7000

性能：介电常数

106赫兹

性能数据： 6.32

性能：断裂时的伸长率（% ）

性能数据： 1.5-4

性能：介电常数

1010赫兹

性能数据： 6.11

性能性能数据性能性能数据

泊松比（块玻璃） 0.22 正切损失 102赫兹 0.0042

线膨胀系数℃-1 4.8*10-4 正切损失 1010赫兹 0.006

比热〔KJ/(Kg/.K)〕

0.80

体积电阻（Ω·cm ）

体积电阻（Ω·cm ）

1011-1013

导热系数〔W/m·K）〕

1.0

声速ｍ／ｓ

声速ｍ／ｓ

5500

软化温度（℃） 850

玻璃钢中常用的玻璃纤维直径是８－１３μｍ。近年来各国所用的玻璃纤维趋向于向粗直径发展，通用的是１３～18μｍ，采用池窑拉丝。采用粗直径纤维既不影响玻璃钢的性能，纤维的产量又可以大幅度提高（因为产量和直径成平方关系）。也有采用直径２０μｍ以上的玻璃纤维。玻璃钢所用的玻璃纤维一般是把单丝并成线或粗纱，或进一步制成织物及做成毡来使用。从下表所得的各种纤维强度比较来看，玻璃纤维的强度是相当高的。

性能：拉伸强度MPa

羊毛： -

棉纱： 34.54

亚麻： 35

尼龙： 30-60

生丝： 44

玻纤： 100-300

钢： 50-200

性能：延伸率%

羊毛： 24-28

棉纱： 6-12

亚麻： -

尼龙： 15-40

生丝： 15-86

玻纤： 2.5-4

钢： -

玻璃纤维可按三种方向排列:

（一）单向纤维增强的玻璃钢

这一类玻璃钢，玻璃纤维定向排列在一个方向，它是用连续纱或单丝片铺层的。在纤维方向上，有很高的弹性模量和强度，其纤维方向的强度可高达１０００ＭＰａ，但在垂直纤维方向上，其强度很低。只有严格的单向受力情况下，才使用这类玻璃钢。其纤维体积含量可以高达６０％．

（二）双向纤维增强的玻璃钢

这类玻璃钢是用双向织物铺展的，其玻璃纤维体积含量可达５０％。在两个正交的纤维方向上，有较高的强度。它适用于矩形的平板或薄壳结构物。

（三）准各向同性玻璃钢

这类玻璃钢是用短切纤维毡或模塑料制成的，制品中各向强度基本接近，纤维体积含量一般小于３０％，适用于强度、刚度要求不高或荷载不很清楚而只能要求各向同性的产品。在玻璃钢／复合材料中，力学性能在相当大的程度上取决于增强材料，有人把它比做是材料的筋骨。古代增强材料主要是麻和棉纤维以及丝绸类。到了４０年代，玻璃纤维开始占增强材料的绝大多数。在此后相当长一段时期里，用玻璃纤维作增强材料的复合材料（即玻璃钢）仍然占主要地位、但随着工业的发展，不同的时期相继出现了新的材料，在５０年代研制了高模量碳纤维、硼纤维。６０年代，又改变了玻璃成分，研究

了Ｓ及Ｒ型高强玻璃纤维。到了７０年代，先后又开发了凯芙拉纤维等。见表下所示。增强材料多品种的开发，为复合材料的应用开辟了新的领域和广阔的途径。

纤维种类： A—玻璃纤维

密度： 2.45

拉伸强度极限GPa： 3.1

拉伸膜量GPa： 72

比拉伸强度GPa ： 1.26

比膜量GPa ： 29

纤维种类： E—玻璃纤维

密度： 2.56

拉伸强度极限GPa： 3.6

拉伸膜量GPa： 76

比拉伸强度GPa ： 1.40

比膜量GPa ： 29

纤维种类： R—玻璃纤维

密度：2.58

拉伸强度极限GPa： 4.4

拉伸膜量GPa： 85

比拉伸强度GPa ： 1.70

比膜量GPa ： 33

纤维种类： S—玻璃纤维

密度： 2.49

拉伸强度极限GPa： 4.9

拉伸膜量GPa： 86

比拉伸强度GPa ： 1.8

比膜量GPa ： 34

纤维种类： I型高模量碳纤维

密度：1.87

拉伸强度极限GPa： 2.1

拉伸膜量GPa： 330

比拉伸强度GPa ： 1.12

比膜量GPa ： 176

纤维种类：II型高强度碳纤维

密度： 1.76

拉伸强度极限GPa： 2.6

拉伸膜量GPa： 235

比拉伸强度GPa ： 1.48

比膜量GPa ： 133

纤维种类：聚芳香酰胺纤维kevlar-29

密度： 1.44