玻璃钢的常见物理性能有哪些?

记得读书的时候学过,分子结构决定了材料性能,而性能又决定了其应用。我们都知道玻璃钢具有密度小,良好的介电绝缘性能和良好的隔热性能以及吸水性、热膨胀性能等。所以今天跟大家一起来学习下玻璃钢的主要物理性能,说不定某一个性能会让你灵机一动,想到一个新的应用领域,开拓一个新的市场。

一、密度

玻璃钢密度介于1.5~2.0之间,只有普通碳钢的1/4~1/5,比轻金属铝还要轻1/3左右,而机械强度却很高,某些方面甚至能接近普通碳钢的水平。例如某些环氧玻璃钢,其拉伸、弯曲和压缩强复均达到400MPa 以上。按比强度计算,玻璃钢不仅大大超过普通碳钢,而且可达到和超过某些特殊合金钢的水平。

玻璃钢与几种金属的密度、抗伸强度和比强度比较见表2-6所示。

表2-6

材料名  密度  拉伸强度( MPa )  比强度
高级合金钢 8.0 1280 160
A3钢 7.85 400 50
LY12铝合金 2.8 420 160
铸铁 7.4 240 32
环氧玻璃钢 1.73 500 280
聚酯玻璃钢 1.8 290 160
酚醛玻璃钢 1.8 290 160

(比强度:即单位密度下的拉伸强度,也就是材料的抗拉强度与密度之比,用以说明其轻质高强的程度。)

二、电性能

玻璃钢有优良的电绝缘性能,可作为仪表、电机及电器中的绝缘零部件,在高频作用下仍然保持良好的介电性能。在绝缘材料中,用玻璃纤维布代替纸及棉布,可提高绝缘材料的绝缘等级,在用相同树脂的情况下,至少能提高一个等级。玻璃钢占绝缘材料用量的1/3~1/2,。在一些大型电机中,如12.5万KW电机,要用几百千克玻璃钢作绝缘材料。此外玻璃钢不受电磁影响,而且有良好的透微波性能.

下表几种玻璃钢的介电性能:

玻璃钢种类 介电常数 介电损失角正切
丁苯玻璃钢 3.5~4.0 (3.5~5.0)*10-3
DAP玻璃钢 4.0~4.8 (0.9~105)*10-2
聚丁二烯玻璃钢 3.5~4.0 (4.5~5.5)*10-3
307聚酯玻璃钢 4.0~4.8 (0.9~1.5)*10-3
6101环氧玻璃钢 4.7~5.2 (1.7~2.5)*10-2

三、热性能

玻璃钢有良好的热性能,它的比热大,是金属的2~3倍,导热系数比较低,只是金属材料的1/100~1/1000。

此外,某些品种玻璃钢的耐瞬时高温性能也十分突出,如酚醛型高硅氧布玻璃钢,在遇极高温度时,产生碳化层,可有效地保护火箭、导弹及宇宙飞船在穿过大气层时需要承受的5000~10000K 高温及高速气流的作用。

表2-8列出了几种材料的热性能

材料 比热
〔KJ(Kg·K)〕
导热系数〔W/(m.K)〕 线膨胀系数
α10-5/℃
聚酯浇铸体 0.17 0.17 6~13
0.46 75.6 1.2
0.92 222 2.4
木材 1.38 0.09~0.19 0.08~0.16
玻璃钢 1.26 0.40 0.7~6

由表2-8可以看出,玻璃钢具有良好的热绝缘性能,这是金属材料无法比拟的。

四、耐老化性能

任何材料都存在老化问题,玻璃钢也不例外,只是速度和程度不同而已。玻璃钢在大气曝晒、湿热、水浸泡及腐蚀介质等作用下,性能有所下降,在长期使用过程中会使光泽减退、颜色变化、树脂脱落、纤维裸露、分层等现象。但随着科学技术进步,人们可以采取必要的防老化措施,改善使用性能,提高产品的使用寿命。例如玻璃钢放在哈尔滨地区进行自然老化试验,板材拉伸强度下降最少,小于20%;弯曲强度次之,一般不超过30% ;压缩强度下降最多,波动也最大,一般为25%~30% 。见下表所示。

力学性能 玻璃钢种类 原始强度(MPa ) 10年后强度 10年后强度
力学性能 玻璃钢种类 原始强度(MPa ) 保留强度(MPa) 强度下降率(%)
拉伸强度 环氧 290.77 244.22 16
聚酯 293.21 228.73 22
弯曲强度 环氧 330.06 260.68 21
聚酯 292.04 224.91 23
压缩强度 环氧 216.58 160.23 26
聚酯 199.43 139.65 30
弯曲模量 环氧 1.73*104 1.11*104 36
聚酯 1.59*104 1.02*104 36

此外,室外风、雨及阳光曝晒,会使玻璃钢表层树脂脱落,应注意定期维护。

五、长期耐温性及耐燃性

玻璃钢的耐温性及耐燃性取决于所用的树脂,长期的使用温度不能超过树脂的热变形温度。

通用的环氧及聚酯玻璃钢,都是易燃的,对于有防火要求的结构物,要用阻燃树脂或加阻燃剂,因此在使用玻璃钢时,应充分注意。

一般玻璃钢不能在高温下长期使用。如聚酯玻璃钢在40℃~45℃以上,环氧玻璃钢在60℃以上,强度开始下降。

近年来出现了一些耐高温的玻璃钢。如脂环族环氧玻璃钢,聚酰亚胺玻璃钢等,但长期工作温度也只能在200-300℃以内,远较金属的长期使用温度为低。

综上所述五个方面的物理性能,可见玻璃钢和金属、陶瓷等材料不同,因此在使用上要发挥其长处,注意合理使用。

例如,玻璃钢低温性能好,强度不下降,因此北方冬季虽然室外气温降到-45℃~50℃ ,可玻璃钢并不发脆。一般冷却塔、防雨棚等室外构筑物,在北方冬季里使用仍很安全。相反,玻璃钢在高温环境下要用专门的树脂和配方,例如在100℃长期使用,就要采用耐高温配方,用专门的工艺条件成型才行、否则玻璃钢在长期100℃以上持续工作,就会遭到破坏。

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