[科普中国]-玻璃纤维增强塑料

玻璃纤维增强塑料（也称玻璃钢，国际公认的缩写符号为GFRP或FRP），是一种品种繁多，性能较好，用途广泛的复合材料。它是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺，制作而成的一种功能型的新型材料，在国民经济建设中发挥了重要的作用。

简介玻璃纤维增强塑料（FRP）是一种以玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂为基体材料的复合塑料。作为复合材料的一种，玻璃钢因其独特的性能优势，在航空航天、铁道铁路、装饰建筑、家居家具、建材卫浴和环卫工程等等相关行业中得到了广泛应用。

根据所采用的纤维不同，玻璃纤维增强塑料分为玻璃纤维增强复合塑料（GFRP）、碳纤维增强复合塑料（CFRP）和硼纤维增强复合塑料等。它以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）为增强材料，以合成树脂为基体材料。纤维增强复合材料是由增强纤维和基体组成的。纤维（或晶须）的直径很小，一般小于10微米，是脆性材料，易损伤、断裂和受腐蚀。基体具有黏弹性和弹塑性，是韧性材料。

玻璃纤维增强塑料的相对密度在1.5～2.0之间，只有碳钢的1/4～1/5，但拉伸强度却接近甚至超过碳素钢，强度可以与高级合金钢媲美。某些环氧玻璃钢的拉伸、弯曲和压缩强度甚至能达到400兆帕以上。

主要缺点：

1．弹性模量小 ；2.长期耐温性差；3.层间剪切强度低。

主要优点：

1.耐腐蚀性能好；2.介电性能好；3.热性能良好；4.可设计性强；5.工艺性优良。

特点玻璃钢材料具有重量轻，比强度高，耐腐蚀，电绝缘性能好，传热慢，热绝缘性好，耐瞬时超高温性能好，以及容易着色，能透过电磁波等特性。与常用的金属材料相比，它还具有如下的特点∶

由于玻璃钢产品，可以根据不同的使用环境及特殊的性能要求，自行设计复合制作而成，因此只要选择适宜的原材料品种，基本上可以满足各种不同用途对于产品使用时的性能要求。因此，玻璃钢材料是一种具有可设计性的材料品种。

玻璃钢产品，制作成型时的一次性，更是区别于金属材料的另一个显著的特点。只要根据产品的设计，选择合适的原材料铺设方法和排列程序，就可以将玻璃钢材料和结构一次性地完成，避免了金属材料通常所需要的二次加工，从而可以大大降低产品的物质消耗，减少了人力和物力的浪费。

玻璃钢材料，还是一种节能型材料。若采用手工糊制的方法，其成型时的温度一般在室温下，或者在100℃以下进行，因此它的成型制作能耗很低。即使对于那些采用机械的成型工艺方法，例如模压、缠绕、注射、RTM、喷射、挤拉等成型方法，由于其成型温度远低于金属材料，及其他的非金属材料，因此其成型能耗可以大幅度降低。这种技术是利用化学性质而制成的。1

前景与传统的金属材料及非金属材料相比，玻璃钢材料及其制品，具有强度高，性能好，节约能源，产品设计自由度大，以及产品使用适应性广等特点。因此，在一定意义上说，玻璃钢材料是一种应用范围极广，开发前景极大的材料品种之一。

我国的玻璃钢工业，已经具备了一定的规模，在产品的品种数量及产量方面，以及在技术水平方面，均已经取得了巨大的进展，在国民经济建设中发挥了重要的作用。

工艺玻璃钢的成型工艺方法，有很多种方法。其中有最简单易学的手工糊制方法，也有比较容易建立的模压工艺成型方法；也有必须经过专门设计、专业制造的纤维缠绕成型方法；更有一些综合注射、真空、预成型增强材料或预设垫料的几种模塑方法；以及为了达到制品高性能指标而设计制造的，由计算机进行程序控制的先进的自动化成型方法。

由此可见，玻璃钢制品的制作成型方法有很多种，它们的技术水平要求相差很大，其对原材料、模具、设备投资等的要求，也各不相同，当然它们所生产产品的批量和质量，也不会相同。

国内外常用的玻璃钢制作成型方法，有手糊成型工艺、喷射成型工艺、模压成型工艺、模压料成型工艺、纤维缠绕成型工艺、卷管成型工艺、袋压成型工艺、树脂浇铸及注射成型工艺、RTM成型工艺、拉挤成型工艺、板材及管道连续成型工艺、增强反应注射模塑成型工艺、弹性体贮脂模塑成型工艺，以及胶接和连接技术、夹层结构制作技术等。2

现把几种常用的玻璃钢的成型方法的特点介绍如下∶

制作设备投资低，产品形状的限制因素少，适合小批量生产。它的生产条件是需要制作产品的模具，并掌握手糊工艺的技术要领。但是，这种制作方法所制成的产品，质量不够稳定，产品的质量档次不够高，较难满足某些产品的性能要求。

成型一种借助于喷射机器的手工积层的方法。该方法具有效率高、成本低的特点，有逐步取代传统的手糊工艺的趋势。其产品的整体性强，没有搭接缝，且制品的几何尺寸基本上没有受到限制，成型工艺不复杂，材料配方能保持一定的准确性。其不足之处，在于制品的质量在很大程度上，取决于操作工人的生产技能。另外，喷射所造成的污染，一般均大于其他的工艺方法。

缠绕将浸渍过树脂的连续纤维，按一定的规律缠绕到芯模上，层叠至所需的厚度，固化后脱模，即成制品。该方法的特点，是可按产品承受应力情况来设计纤维的缠绕规律，使之充分发挥纤维的抗拉强度，并且容易实现机械化和自动化，产品质量较为稳定，若配用不同的树脂基体和纤维的有机复合，则可获得最佳的技术经济效果。纤维缠绕工艺，可成功地应用于制作玻璃钢管道、贮罐、气瓶、风机叶片、撑高跳竿、电线竿、羽毛球拍等的制品。

成型其压制工艺和设备条件基本相同，前者采用浸胶布作为模压料，而后者采用片状、团状、散状的模压料，首先将一定量的模压料置于金属对模中，而后在一定温度和压力下成型制得所需的玻璃钢制品。这种生产成型方法，所制得的产品尺寸精确，表面光洁，可一次成型，生产效率较高，且产品质量较为稳定，适合于大批量制作各种小型玻璃钢制品。其不足之处是模具的设计和制造较为复杂，生产初期的投资较高，且制件受设备的限制较为突出。

拉挤在牵引装置牵引下，使浸渍树脂的纤维增强材料，先在模具中预成型，并经加热使之固化成型，制成玻璃钢型材，最后切割成所需长度的玻璃钢制品。该种成型工艺方法，具有以下明显的特点∶首先它可以制作几何形状复杂的制品，尤其对于特小型或特大型制品，该工艺方法具有其他方法所无法比拟的优越性；其次只要经过合理的产品设计、工艺设计，某些高性能复合材料的制作，在拉挤工艺中就可得以实现；另外，拉挤工艺方法，尤其适合于开发制作各种热塑性玻璃钢制品；加之由于拉挤速度日趋加快，因此拉挤工艺的生产效率很高，作为连续生产的先进方法之一，为实现玻璃钢的工业化生产开辟了一条有效的途径。但是也必须指出，建立拉挤生产工艺方法的要求比较高，例如其设备投资较大，模具设计较为复杂，工艺条件的控制及对原材料的性能要求较为严格，这些都是建立拉挤成型工艺的困难之处。

工艺选择在上述玻璃钢的制作成型技术方法中，每一种技术均有其自身的特点。生产企业在选择确定采用何种工艺方法时，需根据企业的基本情况及生产产品的情况，如生产产品的批量及其质量要求，以及企业的技术基础和生产资金情况等因素进行综合考虑。

假如，企业拟准备签订一批玻璃钢桌椅的业务，由于采用手糊、模压、RTM工艺均可以制作玻璃钢桌椅，这时需根据企业和产品的实际情况来加以确定，以便获得最适宜的生产投入、产品质量及经济效益之间的关系。3

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学