第三節　常用玻璃鋼的成型加工特點

一、玻璃鋼加工的性能

（1）輕質高強　相對密度在1.5～2.0之間，只有碳鋼的1/5～1/4，可是拉伸強度卻接近，甚至超過碳素鋼，而比強度可以與高級合金鋼相比。因此，在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應用中，都具有卓越成效。某些環氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到400MPa以上。

（2）耐腐蝕性能好　FRP是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已應用到化工防腐的各個方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。

（3）電性能好　是優良的絕緣材料，用來制造絕緣體。高頻下仍能保護良好介電性。微波透過性良好，已廣泛用于雷達天線罩。

（4）熱性能良好　FRP熱導率低，室溫下為1.25～1.67kJ/（m·h·K），只有金屬的1/1000～1/100，是優良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護和耐燒蝕材料，能保護宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。

（5）可設計性好

①可以根據需要，靈活地設計出各種結構產品，來滿足使用要求，可以使產品有很好的整體性。

②可以充分選擇材料來滿足產品的性能，如可以設計出耐腐的、耐瞬時高溫的、產品某方向上有特別高強度的、介電性好的產品，等等。

（6）工藝性優良　

①可以根據產品的形狀、技術要求、用途及數量來靈活地選擇成型工藝。

②工藝簡單，可以一次成型，經濟效果突出，尤其對形狀復雜、不易成型的數量少的產品，更突出它的工藝優越性。

一般不能要求一種FRP來滿足所有要求，FRP不是萬能的，FRP也有以下一些不足之處。

（1）彈性模量低　FRP的彈性模量比木材大兩倍，但比鋼（E=2.1×10⁶）小10倍，因此在產品結構中常感到剛性不足，容易變形。

可以做成薄殼結構、夾層結構，也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。

（2）長期耐溫性差　一般FRP不能在高溫下長期使用，通用聚酯FRP在50℃以上強度就明顯下降，一般只在100℃以下使用；通用型環氧FRP在60℃以上，強度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹脂，使長期工作溫度在200～300℃是可能的。

（3）老化現象　老化現象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降。

（4）層間剪切強度低　層間剪切強度是靠樹脂來承擔的，所以很低。可以通過選擇工藝、使用偶聯劑等方法來提高層間黏結力，最主要的是在產品設計時，盡量避免使層間受剪。

二、各種樹脂基材的性能

1.手糊成型工藝用不飽和聚酯樹脂

玻璃鋼手糊成型工藝又稱為接觸成型或低壓成型，是將加有固化劑（常溫下固化還要添加促進劑）的樹脂和玻璃纖維氈或玻璃布在模具上手工鋪放層合，使兩者黏結在一起形成制品的方法。

手糊成型工藝用不飽和聚酯樹脂的物化性能：在守護成型時，樹脂要容易浸透纖維增強材料，容易排出氣泡，與纖維黏結力強；在常溫下，全年樹脂的凝膠、固化特性不要變化太大，而且要求收縮率小，揮發物少；黏度一般為0.2～0.75Pa·s，對于施工有斜面的制品，樹脂要有促變度，不能產生流膠現象。

手糊成型工藝用不飽和聚酯樹脂的特性及選用：不飽和聚酯樹脂是守護成型中用量最大的樹脂，占各種樹脂用量的80%以上，樹脂品種多，應根據玻璃鋼制品所要求的性能合理選用樹脂，如造船用的樹脂應該具有很好的耐水性能，澆注體吸水率小，抗沖擊性能好，在船發生沖撞事故時不易產生微裂紋而發生滲水現象。

手糊成型樹脂的交聯劑一般都采用苯乙烯，但由于苯乙烯在常溫下的蒸氣壓比較高，易于揮發，在玻璃鋼的成型過程中，散發到空氣中的量較大，造成環境污染和影響人身的健康。不少國家陸續規定了在車間空氣中苯乙烯含量的極限值。

2.手糊成型工藝用環氧樹脂

透明玻璃鋼樹脂牌號很多，普通的196#、191#都可以，當然環氧樹脂也是透明的，不過造價就高多了。

一般低黏度手糊樹脂應用于葉片、模型、玻璃鋼、碳纖維制造等方面。

其中PRO-SET系列環氧樹脂為復合材料積層專用樹脂，能對纖維束之間起到良好的黏合作用，特別適用于制作碳纖維、芳綸纖維等高性能纖維增強材料的復合材料。

已經被廣泛應用于大型帆船、高速艇、太空船、小型的結構件制造，并且可以滿足各層次的設計需求。與手糊成型工藝用環氧樹脂配套如有125低黏度手糊樹脂、224快速固化劑、226中速固化劑、229慢速固化劑。如模型專用手糊環氧樹脂SST-2331系低黏度雙組分環氧樹脂，A組為無色透明液體，B組為淡黃色透明液體，特別適用于玻纖、碳纖的無溶劑刷涂，在浸潤性、硬度、強度等方面特別優于市場上通用的E51樹脂+593固化劑體系。質量比A∶B=4∶1混合，70～90℃ 10～30min即可固化，國內手糊成型工藝用環氧樹脂有一項發明專利涉及風力發電機葉片，是一種風電葉片用的環氧樹脂組合物，其的樹脂組分包括雙酚A型環氧樹脂128 70%～90%，雙酚F型環氧樹脂170 5%～15%，環氧稀釋劑BDGE 5%～15%；固化劑組分包括聚醚胺固化劑D230 30%～50%，聚酰胺1250 20%～40%，酚醛胺固化劑T31 20%～30%，叔胺促進劑K54 2%～10%。樹脂組分和固化劑組分按照100∶30的比例混合后即為所述組合物。這種手糊樹脂固化速率快，有助于提高葉片的生產效率。

HJ-815環氧樹脂體系技術數據單如下：HJ-815環氧樹脂體系具有良好的浸潤性、中等固化活性和適中的黏度，成型后制品具有優良的機械性能、較高的韌性和良好的耐腐蝕性，綜合性能達到和超過了進口的同類環氧樹脂，適用于手糊成型、真空灌注、樹脂傳遞模塑等工藝。目前廣泛用于制造高檔汽車零部件、兆瓦級風電葉片（38～62m）、航空航天零部件和民用船舶、復合材料模具等。

（1）樹脂體系

HJ815樹脂

樹脂黏度（25℃）：1300MPa·s

密度：1.13～1.16g/cm³

閃點：230℃

GC815固化劑

黏度（25℃）：19MPa·s

密度：0.9～1.0g/cm³

閃點：>200℃

（2）混合特性

重量配比：HJ-815環氧樹脂：GC-815固化劑=100∶30

凝膠時間（25℃）：90min

玻璃化轉變溫度：80℃

（3）力學性能

常溫固化，后處理50℃，3h

①澆注體性能：

拉伸性能（ISO 527—2）

拉伸強度：≥63MPa

拉伸模量：≥2.9GPa

拉伸斷裂應變：≥4.0%

彎曲性能（ISO 178）

彎曲模量：≥2.9GPa

彎曲強度：≥105MPa

②復合材料性能 （玻璃纖維單軸UD1200）

拉伸性能（ISO 527—5）

拉伸強度：≥930MPa

拉伸模量：≥44GPa　　

壓縮性能（ISO 14126）

壓縮強度：≥630MPa

壓縮模量：≥42GPa

3.手糊成型工藝用酚醛樹脂

酚醛樹脂是最早工業化的合成樹脂，已經有100年的歷史。由于原料易得，合成方便以及樹脂固化后性能能滿足很多使用要求，因此它在模塑料、絕緣材料、涂料、木材粘接等方面得到廣泛應用。

近年來，隨著人們對安全等要求的提高，具有阻燃、低煙、低毒等特性的酚醛樹脂重新引起人們重視，尤其在飛機場、火車站、學校、醫院等公共建筑設施及飛機的內部裝飾材料等方面的應用越來越多，與不飽和聚酯樹脂相比，酚醛樹脂的反應活性低，固化反應放出縮合水，使得固化必須在高溫高壓條件下進行，長期以來一般只能先浸漬增強材料制作預浸料（布），然后用于模壓工藝或纏繞工藝，嚴重限制了其在復合材料領域的應用。為了克服酚醛樹脂固有的缺陷，進一步提高酚醛樹脂的性能，滿足高新技術發展的需要，人們對酚醛樹脂進行了大量的研究，改進酚醛樹脂的韌性、提高力學性能和耐熱性能、改善工藝性能成為研究的重點。

近年來國內相繼開發出一系列新型酚醛樹脂，如硼改性酚醛樹脂、烯炔基改性酚醛樹脂、氰酸酯化酚醛樹脂和開環聚合型酚醛樹脂等。可以用于拉擠、噴射、手糊等復合材料成型工藝。

目前國內可用于手糊成型的酚醛樹脂牌號有哪些？一般手糊成型的此類樹脂在常溫條件下貯存期不超過2年，此類樹脂生產廠家很多，而且各家都有自己的編號品牌，可選擇使用，選擇的前提是要能夠手糊并冷卻固化成型。

三、玻璃鋼復合材料橋架成型加工工藝特點

與其他材料加工工藝相比，復合材料成型工藝具有如下特點：

（1）材料制造與制品成型同時完成　一般情況下，玻璃鋼橋架的生產過程，也就是制品的成型過程。材料的性能必須根據制品的使用要求進行設計，因此在制造材料、設計配比、確定纖維鋪層和成型方法時，都必須滿足制品的物化性能、結構形狀和外觀質量要求等。

（2）制品成型比較簡便　一般熱固性玻璃鋼橋架的樹脂基體，成型前是流動液體，增強材料是柔軟纖維或織物，因此，用這些材料生產玻璃鋼橋架，所需工序及設備要比其他材料簡單得多，對于某些制品僅需一套模具便能生產。

四、常用的玻璃鋼品種比較

目前市場上較常見的幾種玻璃鋼制品種類，大致分為三種：環氧玻璃鋼、聚酯玻璃鋼和無機玻璃鋼，其中環氧玻璃鋼和聚酯玻璃鋼又統稱為有機玻璃鋼，即FRP（fiber reinforced plastics）玻璃纖維增強塑料。

環氧玻璃鋼和聚酯玻璃鋼是以環氧樹脂或不飽和聚酯樹脂等有機樹脂為基體，以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼之稱。

這兩種玻璃鋼同樣具有輕質高強、耐腐蝕性能良好、介電性能優異、獨特的絕熱性能、加工工藝性能優異、材料的可設計性好等優點；特別是聚酯玻璃鋼，因為價格比環氧玻璃鋼更低廉，同時性能又優越，被廣泛地應用于生產生活中的各個領域。兩者的不同在于環氧玻璃鋼的剛性更好一些，硬度和強度都要比聚酯玻璃鋼大，當然環氧樹脂的價格是不飽和聚酯樹脂的一倍。而聚酯玻璃鋼耐候性更好，更耐老化，且固化時不會揮發酸霧，污染小，更加環保。

無機玻璃鋼又名FRIM（fiber reinforced ionorganic material）玻璃纖維增強氯氧鎂水泥無機復合材料。嚴格來說，無機玻璃鋼不是玻璃鋼，無機玻璃鋼只是相對于人們所熟知的有機玻璃鋼（FRP）而言的一種叫法。主要區別在于：它不是由有機樹脂而是用無機材料作為增強材料的一種復合材料。它的主要材料是：無機原料菱苦土（主要成分為氧化鎂）和鹵水（氯化鎂水溶液），以及中堿玻纖布。

無機玻璃鋼的最大優點就是不燃、耐熱、成本低、耐老化，可廣泛應用于防火板、通風管道等的制作；但是無機玻璃鋼的耐水性差，一直以來都是無機玻璃鋼的生產者迫切需要解決的問題。常見玻璃鋼品種優缺點比較（見表1-1）。

五、影響玻璃鋼產品好壞的四種因素

玻璃鋼產品廣泛應用于各個行業中，所以玻璃鋼產品生產企業在行業中的數量也在不斷增長，但是玻璃鋼制作方法對操作者技能的依賴性較大，因而生產的玻璃鋼質量的不穩定性也是最大的，正是由于這種原因，在所有的玻璃鋼成型工藝中，玻璃鋼的發展速度是最慢的，解決玻璃鋼質量的穩定性的問題，也就成了解決玻璃鋼發展問題的一個當務之急。影響玻璃鋼產品好壞的主要四種因素如下。

1.施工人員因素

制作玻璃鋼，施工人員自始至終都在參與玻璃鋼生產過程，是玻璃鋼生產的直接執行者，施工人員的責任心、技術水平、工作情緒及素質的高低、好壞都將直接影響到玻璃鋼的質量好壞，因此，在影響玻璃鋼質量的因素中，施工人員對玻璃鋼質量的影響是最主要的，同時因為施工人員的各個相異性，所以這個因素的問題最為復雜也最為困難，因而解決這個問題，我們需要花費更多的精力從多方面來做工作。

首先，經常和施工人員進行思想交流，多做宣傳，多擺事實，讓員工了解現在社會中行業面臨的市場競爭的激烈性，明白產品質量對企業的重要性，明白企業立足的根本就是要有過硬的產品質量，沒有了質量，企業就會失去市場，企業也將無法生存，員工本人也將失去工作，失去生活的來源，明白產品質量的好壞實際關系到施工人員的自身利益。其次，就是要加強企業的內部管理，相應制定一些企業質量管理的規章制度，形成一套完整的質量管理模式，明確個人在施工過程中的職責和責任，明確獎優罰劣、優勝劣汰的準則，個人酬勞與個人所做的貢獻的大小直接掛鉤，激勵員工形成積極向上的態勢，在內部形成一種良好的競爭意識，也使企業的產品質量可以有基本的保障，保證企業具有較強的競爭實力。

施工前，給施工人員進行技術交底時，要做到盡可能地詳盡細致，讓施工人員清楚工藝要求，明白在施工過程中應該達到的具體要求，而在進行工作安排時，還要根據施工人員的水平高低和不同的特長，對施工人員進行合理的安排搭配。盡可能地做到人盡其能，充分發揮他們的才能，同時對施工人員進行定期培訓，組織員工學習現在的先進技術，開展技術比武活動，讓員工在比較中看到自己存在的差距，從而幫助施工人員提高業務能力和操作技能。最后，還要多關心員工的思想動態，關心員工的生活，體貼員工，做好生產后勤工作，盡可能地為員工創造出一個平和良好的工作環境，讓員工更安心地工作，可以把更多的精力投入到生產中。

2.施工工藝的影響

施工工藝包括玻璃鋼生產用的模具設計和施工方法的制定。生產玻璃鋼制品用的模具的質量好壞以及模具的選用關系到玻璃鋼制品質量的好壞。玻璃鋼是在預先設計好的模具上成型制成的，因此，設計制作完成的模具好壞直接關系到制品的外表的美觀、物理尺寸的精確、施工過程質量控制的難易、施工的方便與否和玻璃鋼成型后脫模的難易，這些都會對玻璃鋼制品的最終質量產生影響。玻璃鋼生產使用的模具基本都應該滿足以下一些要求：模具工作面光滑平整以使得制品獲得光潔表面；有足夠的剛度以保證模具成型面基準不變；較小的熱容量以便有效地利用熱能；質量輕且利于運輸，成本低而易于制造；維護簡便且使用壽命較長；盡量使用與工件熱膨脹系數相近的材料以減少變形；足夠的熱穩定性以抵抗熱沖擊。因此，我們在選擇玻璃鋼生產使用的模具時，要根據所須生產的玻璃鋼制品的具體需要，來確定選用何種材質，以及確定模具的制作方法，這樣制作的模具才可以更好地適應手糊法生產玻璃鋼的要求，從而更好地保證玻璃鋼制品的質量。

玻璃鋼生產的施工方法也可以分為連續法和多次法。連續施工法就是采用連續施工作業，一次就完成玻璃鋼制品的制作。這種施工方法的施工周期短，一次就可以按要求完成制品，施工的工作效率比較高，玻璃鋼的層間粘接力較好，不易出現由于污染而產生的分層現象，有利于獲得要求較高的表面和節約成本，但對于一些厚度較大的玻璃鋼制品，由于是一次成型，玻璃鋼中的樹脂進行聚合固化的放熱反應同時發生，就會產生大量的反應熱，使得玻璃鋼的內部因為樹脂發生暴聚產生很大的內力，導致玻璃鋼制品出現扭曲變形，玻璃鋼內部產生裂紋，從而影響玻璃鋼的質量。而采用多次施工成型法，玻璃鋼的成型是分幾次施工才完成，玻璃鋼樹脂固化的放熱分散，避免了由于玻璃鋼暴聚而產生的集中內應力，減少內應力引起的裂紋，同時在進行后續施工時，對前面階段施工產生的一些缺陷還可以消除一些，進行一定的彌補，不過進行多次成型施工時，每次都要對前一次施工的玻璃鋼表面進行處理，清理灰塵雜物和補平，這就會增加額外的工作量，降低生產效率，增加產品的成本，而且還有可能在清理修整過程中，由于沒有處理完全，兩次施工的玻璃鋼層間粘接不好而出現分層現象，降低玻璃鋼承力性能，影響玻璃鋼的質量。

從上面的情況來看，我們在選擇玻璃鋼施工工藝時，要進行多方面的考慮，根據玻璃鋼具體使用情況來選擇合適的工藝方法，這樣才可以在保證玻璃鋼的質量的情況下，既滿足節約生產成本的要求，同時又可以提高工作效益。

3.原材料的影響

合格的原材料是保證制品合格的首要條件，只有保證了生產中的原材料的合格性，玻璃鋼制品的質量才有了最基本的保障，所以，對于我們選擇的用于生產玻璃鋼的材料必須有出廠合格證、產品檢驗合格報告、生產許可證、生產廠家的廠名和地址、產品技術指標說明書，并且盡可能地選擇一些有影響的知名廠家的產品用于生產，這些廠家生產歷史時間長，生產規模大，他們的產品比較可靠穩定。同時我們對進廠的材料進行抽檢，送檢驗部門進行檢查化驗，看產品是否合格，確保是合格的材料才可以用于生產中。

4.施工環境的影響

玻璃鋼的生產環境的濕度和溫度對玻璃鋼的質量也有著一定的影響。當生產環境的濕度大時，由于生產用的玻璃纖維吸濕性強，玻璃纖維表面就會吸附空氣中的水分，在玻璃纖維的表面形成一層水膜，影響到樹脂和玻璃纖維的結合，就會降低玻璃鋼的強度和抗蝕性能。而當生產環境的溫度過低時，不能夠提供玻璃鋼中的樹脂反應所需要的足夠多的活化能，樹脂固化反應需要的時間過長，因為流掛原因而使得玻璃鋼中的樹脂不均勻，甚至還會出現分層現象。而生產溫度太高時，配好的樹脂的待用時間過短，用于施工中時，很快就發生凝膠反應，這樣也不利于施工操作，沒有足夠的時間用于完成生產任務，同時還會使玻璃鋼出現分層。

因此，生產玻璃鋼時，要盡可能地選擇合適的環境，一般情況下，玻璃鋼生產環境的相對濕度不應超過75%、溫度應該控制在15～25℃比較適宜。而在環境條件達不到所需要求，又必須進行施工時，就要采取一些必要的措施，比如加強施工現場的通風、加接紅外燈和封閉施工場所等，以便降低濕度和控制溫度，給玻璃鋼的生產創造更好的施工環境，以便可以保證玻璃鋼的質量。