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玻璃钢格栅(FRP)从何而来?

人气:      发表时间: 2017/2/9 13:43:41

玻璃纤维增强塑料,也称树脂复合材料(Resin Matrix Composite),俗称“玻璃钢”,是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种复合材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体,经复合而成。以玻璃纤维作为增强树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业。 

树脂基复合材料最早于1932年在美国,在最初的几年中,这种材料主要应用于军事领域。

1938年欧文斯·康宁玻璃纤维公司成立,这是世界上第一家玻璃纤维企业。

1939年,低压不饱和聚酯树脂问世。

1940年,美国军方以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机雷达罩。

1944年3月,美国军方在来特伯特空军基地试飞成功一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机。

1946年,美国海军建造了世界上最早的聚酯玻璃钢工作艇,这艘工作艇的长为8.53米。以后美军又规定凡是长30米以下的船体一律采用玻璃纤维复合材料制造。

二战以后,这种材料的应用范围开始从军用逐渐向民用扩展。

1946年,纤维缠绕技术在美国出现,这种工艺为制造纤维缠绕压力容器提供了技术储备。

1949年,玻璃纤维预混料研制成功,同时人们成功制造出了表面光洁,尺寸、形状准确的复合材料模压件。

1950年,真空袋和压力袋成型工艺研究成功,采用玻璃纤维增强塑料制成的直升机螺旋桨也在这一年问世。

1960年,美国利用纤维缠绕技术,制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体,为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间,玻璃纤维聚酯树脂喷射成型技术得到了应用,使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。

1961年,片状模塑料(Sheet Moulding Compound 简称SMC)在法国问世,利用这种技术可制成大幅表面光洁,尺寸、形状稳定的制品,如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件,从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。

1963年前后,美、法、日等国先后开发了高质量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产线,复合材料制品形成了规模化生产。

 拉挤成型工艺的研究始于五十年代、六十年代中期实现了连续化生产,在七十年代有了重大突破,近年来发展更快。除可生产圆棒制品外,还能生产管、箱形、槽形、工字形等复杂截面的型材,并带有环向缠绕纤维以增加型材的侧向强度。目前,拉挤成型工艺生产的制品断面可达76cm*20cm。

1970年,树脂反应注射成型(Reacion Injection Moling 简称RTM)和增强树脂反应注射成型(Reinforced Reaction Injection Moling,简称RRTM)技术研究成功,进一步改善了手糊工艺,使产品两面光洁,现大量应用于卫生洁具和汽车零部件的生产。

1972年,美国PPG公司研究成功热塑性片状模型料成型技术,1975年投入生产。这种复合材料的最大特点是改变了热固性基体复合材料生产周期长、废料不能回收的问题,同时该材料还能充分利用塑料加工的技术和设备,因而发展很快。

从20世纪70年代开始,人们在不断开辟玻纤-树脂复合材料新用途的同时,也逐渐发现了这类复合材料的比刚度、比强度还不够理想,满足不了对重量敏感、强度和刚度要求很高的尖端技术的要求。因而人们又开发了一批如碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料,并使用高性能树脂、金属与陶瓷为基体,制成先进复合材料(Advanced Composite Materials简称ACM)。这种先进复合材料具有比玻璃纤维复合材料更好的性能,是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。

20世纪80年代初,加拿大首先成功开发了玻璃钢门窗。这种门窗被视作继木、钢、铝、塑钢之后的“第五代门窗”。

1980s,离心浇铸成型法开始用于制造管件,这是继缠绕成型法之外发展起来的又一种管件制造工艺。英国曾使用这种工艺生产10cm长的复合材料电线杆、大口径受外压的管道等。由此可见,新生产工艺的不断出现推动着聚合物基复合材料的发展。

1980s以后,先进复合材料(ACM)在航空、航天等领域得到了较为广泛的应用。其中有三项成果特别值得注意:

“里尔芳2100号” 八座商用飞机:这架飞机全部采用碳纤维复合材料制作而成,飞机全部重量仅为567kg,它以结构小巧重量轻而称奇于世。

“哥伦比亚”号航天飞机:这架航天飞机长18.2m、宽4.6m的主货舱门使用碳纤维环氧树脂制作而成,各种压力容器采用凯芙拉纤维环氧树脂制造,主机身隔框和翼梁使用的是硼-铝复合材料,发动机的喷管和喉衬使用碳-碳复合材料制造,发动机组的传力架全部采用硼纤维增强钛合金复合材料制成,机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复合材料。在这架代表近代最尖端技术成果的航天飞机上使用了树脂、金属和陶瓷基复合材料。

波音-767大型客机:这架可载80人的客运飞机使用了先进复合材料作为主承力结构,使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件,不仅使飞机结构重量减轻,还提高了飞机的各种飞行性能。

从20世纪90年代开始,玻璃钢开始大量应用在民用建筑领域。

90年代初,玻璃钢门窗迅速扩展到美国、俄罗斯、德国、日本等国家。同期,我国也开始自行研制玻璃钢门窗,1994年,我国从美国引进玻璃钢门窗生产设备。

进入21世纪以后,以玻璃钢门窗为代表的玻璃钢产品在建筑领域得到了更为广泛的应用。尤其是玻璃钢门窗,它在许多国家都被当作未来主要的门窗种类而得到了大量应用。

玻璃钢从问世到现在,也不过几十年的时间。但就是在这短短的几十年时间内,玻璃钢在性能、应用领域等方面都有了较大幅度的进步。可以预见,作为一种在军事领域得到广泛应用的复合材料,玻璃钢在建筑领域或者化工领域的前景也一定非常广阔。




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