FRP船艇建造材料与制造工艺

船体表面能达到镜面光滑，并可具有 各种色彩。 船舶的可设计性好。 整体性好，船体无接缝和缝隙。 成型简便，批量生产性特别好。 维修保养方便，全寿命期的经济性 能好。
FRP船艇建造材料与制造工艺
玻璃钢的不足
弹性模量低 长期耐温性差 老化现象 层间剪切强度低
FRP船艇建造材料与制造工艺
第二讲 玻璃钢的力学性能
FRP船艇建造材料与制造工艺
Ⅰ强度
性能 羊毛 棉纱 亚麻 尼龙 生丝 玻纤 钢 拉伸强度 （MPa）
——
34.5
35
30~60
44
100-300
50-200
延伸体 （%）
24-28
6-12
——
15~40
15~86
2.5~4
——
FRP船艇建造材料与制造工艺
提问
为什么FRP材料只在小 型船舶中使用？
FRP船艇建造材料与制造工艺
经济性
玻璃钢的密度只有钢材1／4 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。
FRP船艇建造材料与制造工艺
增强材料
玻璃纤维的种类划分 根据含碱量，可将玻纤分为： （1）无碱纤维 （2）中碱纤维 （3）高碱纤维
FRP船艇建造材料与制造工艺
FRP船艇建造源自文库料与制造工艺
FRP船艇建造材料与制造工艺
FRP船艇建造材料与制造工艺
FRP船艇建造材料与制造工艺
玻璃钢的优点
1. 2. 3. 4. 5. 6. 质轻、高强。 耐腐蚀，抗海生物附着。 无磁性。 介电性和微波穿透性好。 能吸收高能量，冲击韧性好。 导热系数低，隔热性好。
FRP船艇建造材料与制造工艺
压缩强度
弯曲模量
原始强度 （MPa） 保留强度 强度下降 （MPa） 率（%） 290.77 244.22 16 293.21 228.73 22 330.06 260.68 21 292.04 224.91 23 216.58 160.23 26 199.43 139.65 30
1.73 10
FRP船艇建造材料与制造工艺
玻璃纤维制品及其术语
1．纤维、单丝、原丝。
纤维：长度比直径大得多，且具有一定 柔软性的纤细物质。 单丝：一根细而极长的可认为连续长度 的纺织单元。 原丝：几十根甚至上千根平行排列的纤 维，无捻度靠浸润剂粘结集束而成的长 丝。
FRP船艇建造材料与制造工艺
我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的 。 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
FRP船艇建造材料与制造工艺
材料名称 高级合金钢 A3钢 LY12铝合金 密度 8.0 7.85 2.8
拉伸强度（ MPa）
1280 400 420
比强度 160 50 160
铸铁
环氧玻璃钢 聚酯玻璃钢 酚醛玻璃钢
7.4
1.73 1.8 1.8
240
500 290 290
32
280 160 160
FRP船艇建造材料与制造工艺
FRP船艇建造材料与制造工艺
玻璃纤维的排列方向
（2）双向纤维玻璃钢
FRP船艇建造材料与制造工艺
（2）双向纤维玻璃钢
特点：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。 用处：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。
FRP船艇建造材料与制造工艺
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1/3~1/2。在一个12.5万kw电机中要 用几百千克的玻璃钢作绝缘材料，不受电 磁的影响。
FRP船艇建造材料与制造工艺
热性能
材料 聚酯浇铸体
比热 （KJ/（Kg.k ）
0.17 0.46 0.92 1.38 1.26
FRP船艇建造材料与制造工艺
目前世界上使用最多的成型方法有以下四种。 ①手糊法：主要使用国家有挪威、日本、英国 、丹麦等。 ②喷射法：主要使用国家有瑞典、美国、挪威 等。 ③模压法：主要使用国家有德国等。 ④RTM法（树脂传递模塑）：主要使用国家有 欧美各国、日本。
FRP船艇建造材料与制造工艺
问题：为什么FRP材料只在小型 船舶中使用？
船舶来说，以波浪为主的环境载荷，产生 的结构响应为弯曲和变形。当船长与波长 相等时，船舶所受的载荷形成中垂和中拱 现象最为危险。 FRP材料的强度有余，刚性不足。玻璃钢 船弯曲刚度仅是钢船、铝船的三分之一。 往往会碰到强度有余、刚度不足的情况， 所以目前只限于中小型船舶和特殊船使用
合成树脂是玻璃钢的基体材料，它将松 散的玻璃纤维粘接成整体，相当于钢筋 混泥土中的混泥土的作用。 在玻璃钢中，树脂主要起传递应力的作 用，所以对玻璃钢的强度起着重要作用 。尤其是对抗压、弯曲、扭转、剪切强 度更为显著。
FRP船艇建造材料与制造工艺
复合材料的三大要素
复合材料的三大要素 玻璃纤维 合成树脂 界面
4
10年后强度
1.11 10 4
1.02 10 4
36
聚酯
1.59 10 4
36
FRP船艇建造材料与制造工艺
长期耐温性能和耐燃性能
一般玻璃钢不能在高温下长期使用。聚酯 玻璃钢在40℃~50℃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 200~300℃以内，比金属材料低的多。
导热系数 [w/(m.k)] 0.17 75.6 222 0.09-0.19 0.40
线膨胀系数 α（10-5/℃） 6-13 1.2 2.4 0.08-0.16 0.7-6
铁
铝 木材
玻璃钢
FRP船艇建造材料与制造工艺
耐老化性能
1.59 10 4 02 11 73
力学性能 拉伸强度 弯曲强度
玻璃钢 种类 环氧 聚酯 环氧 聚酯 环氧 聚酯 环氧
FRP船艇建造材料与制造工艺
增强材料
FRP船艇建造材料与制造工艺
增强材料
玻璃纤维 碳纤维 硼纤维 芳纶纤维 氧化铝纤维 碳化硅纤维等

FRP
FRP船艇建造材料与制造工艺
玻璃纤维 玻璃纤维是玻璃钢中主要的承力材料 ，与钢筋混泥土中钢筋的作用相似。 它的作用是： （1）提高玻璃钢的强度和弹性模量； （2）减少收缩变形； （3）提高热变形温度； （4）提高低温冲击强度。 例如：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。
FRP船艇建造材料与制造工艺
玻璃钢等人造复合材料，可以人为地改变 纤维方向和数量以达到某种特定的强度要 求。如我们采用经向纤维和纬向纤维量为 1：1的布制造的玻璃钢，则其经向和纬向 强度几乎是相等的，但在其它方向上就较 低。如在45°方向上的强度，比经、纬向 强度低1/2还要多。
FRP船艇建造材料与制造工艺
什么是玻璃钢？
玻璃+钢材？
玻璃钢是形象的中国式称谓，因其以玻璃 纤维为主要原料，具有一定程度类似玻璃 的透光性（不加色时），强度与钢材相近 而得名。 它的正式学名应为玻璃纤维增强塑料。
FRP船艇建造材料与制造工艺
什么是玻璃钢？
1. 什么是玻璃纤维增强塑料？ Glass Fiber Reinforced Plastics (GFRP) 是一种复合材料 增强材料（玻璃纤维布等） 粘合材料（树脂等基体材料） 组合在一起就成了玻璃钢
FRP船艇建造材料与制造工艺
第一讲
FRP船艇建造材料与制造工艺
概述
本门课程主要的内容：
1. 玻璃钢材料； 2. 玻璃钢船舶的制造工艺。
FRP船艇建造材料与制造工艺
生活中的玻璃钢制品
FRP船艇建造材料与制造工艺
生活中的玻璃钢制品
FRP船艇建造材料与制造工艺
FRP船艇建造材料与制造工艺
FRP船艇建造材料与制造工艺
FRP船艇建造材料与制造工艺
第三讲
玻璃钢的其他性能
FRP船艇建造材料与制造工艺
化学性能
玻璃钢的耐腐蚀性能是它一项突出的化 学性能。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。 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。
FRP船艇建造材料与制造工艺
粘合材料
FRP船艇建造材料与制造工艺
粘合材料
树脂，目前主要指合成树脂。 用于粘结纤维，把松散的纤维粘拢形 成一个整体，并保护其不受水份的破 坏。 船用玻璃钢的粘结剂主要采用冷固化 不饱和聚酯树脂。也可以采用环氧树 脂基玻璃钢来制造结构。
FRP船艇建造材料与制造工艺
玻璃纤维的排列方向
（3）准各向同性玻璃钢（随机向纤维）
FRP船艇建造材料与制造工艺
（3）准各向同性玻璃钢（随机 向纤维）
特点：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各种公园 游玩的小船。
纤维增强材料在复合材料中的地位 纤维增强材料是复合材料的骨架 玻璃钢的拉伸强度、刚度主要是 由玻璃纤维决定的
FRP船艇建造材料与制造工艺
增强材料的选用原则
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。 合股玻璃纱 玻璃毡 无捻粗纱布 玻璃布
FRP船艇建造材料与制造工艺
玻璃钢的工艺性能
FRP船艇建造材料与制造工艺
玻璃钢成型工艺性能好。可用手糊法和树 脂传递模压法制造船舶及其构件，并且从 原理上和设备上讲，其制造工艺比较简单 ，适合于大批量连续生产。 玻璃钢结构的发展方向是实现结构的整体 性。
FRP船艇建造材料与制造工艺
物理性能
FRP船艇建造材料与制造工艺
Ⅱ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。
FRP船艇建造材料与制造工艺
Ⅲ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。
FRP船艇建造材料与制造工艺
玻璃纤维的排列方向
（1） 单向纤维增强的玻璃钢
FRP船艇建造材料与制造工艺
（1） 单向纤维增强的玻璃钢
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。制品中，其纤维体积含量可以 高达60%。 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。
FRP船艇建造材料与制造工艺
使用性能
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 。
FRP船艇建造材料与制造工艺
制品成形的特殊性 1．制品结构形状的无限制性 2．成形工艺的方便性
FRP船艇建造材料与制造工艺
可设计性 1．功能可设计性 2．结构强度的可设计性
FRP船艇建造材料与制造工艺
3、界面
所谓界面，实质上就是任何两种物 质间的分界面。 玻璃钢的性能不仅与所用增强材料 、合成树脂有关，同时，在很大程度 上还和纤维与树脂之间界面粘合的好 坏，即其粘接力的大小及其耐久性有 重大的关系。
FRP船艇建造材料与制造工艺
FRP的生产方法
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。
FRP船艇建造材料与制造工艺
总结
玻璃钢/复合材料的力学性能具有明显的方 向性，这是与金属材料不同的。 金属材料不论在任何方向，强度和弹性模 量几乎完全相同，这种不随方向变化的材 料，我们称之为各向同性材料 。 玻璃钢、木材、竹材、钢筋混凝土等，它 们的强度随方向不同而变化。我们称它们 为各向异性材料。