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玻璃钢基础知识--玻璃钢的基本特性

玻璃钢的基本性能主要取决于其两大组分和它们之间的结合，即玻璃纤维、热固性

树脂或热塑性树脂、纤维和树脂间的间面。使用最广泛的热固性树脂是不饱和聚酯树脂。此

外还有环氧树脂、乙烯基树脂和酚醛树脂，以及某些特种用途的树脂（如有机硅、聚酞亚胺、

苯并咪唑等）。由热固性树脂制成的玻璃钢俗称热固性玻璃钢。把不同树脂和各种玻璃纤维

制品复合，就可制成各种不同性能的玻璃钢制品。用玻璃纤维增强热塑性树脂称为热塑性玻

璃钢。常用的热塑性树脂有聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯、饱和树脂、丙烯氰一丁二烯一苯乙

烯（ABS)树脂等。我国目前大量生产的是热固性玻璃钢。常用的玻璃纤维制品有无碱、中

碱的玻璃纤维布、无碱、中碱的无捻玻璃纤维布（方格布），无碱、中碱的无捻玻璃纤维纱

等。

玻璃钢集中了玻璃纤维及合成树脂的特性，具有质量轻、强度高、耐学腐蚀、电绝

缘性好，透过电磁波、隔音、减震和耐瞬时高温烧蚀等特点。因此，玻璃钢己经成为国防和

国民经济建设中不可缺少的重要材料之一。

（一）力学性能

玻璃钢的力学性能突出的一点是比强度高，这是金属材料和其它材料无法相比的。

这里，我们要提一下强度的概念。强度通常是指单位面积所能承受的最大载荷，材料就破坏

了。强度又分为拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、剪切强度。例如说聚酯树脂玻璃钢抗拉强

度290MPa,是指每平方厘米截面可以承受2900kg的拉力。

玻璃钢轻质高强的性能，来源于较低的树脂密度（浇注体密度1.27左右）以及玻

璃纤维的高抗拉强度（普通钢材的5倍以上）。玻璃钢的密度随着树脂含量的不同而有所

不同。从高树脂含量的玻璃纤维毡制品到低树脂含量的玻璃纤维缠绕制品（密度2.2)，玻璃

钢的密度只有普通碳钢的1/4~1/5，比铝还轻1/3。

玻璃经高温熔融，快速拉成细丝时，由于比表面积比较大，玻璃纤维内部及表面就

难以存在大缺陷，所有玻璃纤维的强度就非常高。常用的无碱铝硼硅酸盐纤维，其一般性能

如表2一1所示。

玻璃钢中常用的玻璃纤维直径是8~13μm。近年来各国所用的玻璃纤维趋向向粗直

径发展，通用的是13~18μm，采用池窑拉丝。采用粗直径纤维既不影响玻璃钢的性能，纤

维的产量又可以大幅度提高（因为产量和直径成平方关系）。也有采用直径20以上的玻璃

纤维。玻璃钢所用的玻璃纤维一般是把单丝并成线或粗纱，或进一步制成织物及做成毡来

使用。从表2—2所得的各种纤维强度比较来看，玻璃纤维的强度是非常高的。

玻璃纤维可按三种方向排列。如图2—1所示

（1）单向纤维增强的玻璃钢

这一类玻璃钢，玻璃纤维定向排列在一个方向，它是用连续纱或单丝片铺层的。在

纤维方向上，很很高的弹性模量和强度，其纤维方向的强度可高达1000MPa，但在垂直纤

维方向上，其强度很低。只有严格的单向受力情况下，才能使用这类玻璃钢。其纤维体积

含量高达60%。

(2）双向增强的玻璃钢

这类玻璃钢是用双向织物铺层的，其玻璃纤维体积含量可达50%。在两个正交的

方向上，有较高的强度。它适用于矩形的平板或薄壳的结构物。

(3)准可向同性玻璃钢

几这类玻璃钢是用短切纤维毡或模塑料制成的，制品中各向强度基本接近，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可向同性的

产品。

在玻璃钢/复合材料中，力学性能在相当大的程度上取决于增强材料，有人把它比做

是材料的筋骨。古代增强材料主要是麻和棉纤维以及丝绸类。到了40年代，玻璃纤维开始

占增强材料的绝大多数。在此后相当长的一段时间里，用玻璃纤维作增强材料的复合材料（即

玻璃钢）仍然占主要地位。但随着工业的发展，不同的时期相继出现了新的材料，在50年

代研制了高模量纤维、硼纤维。60年代，又改变了玻璃钢成分，研究了S及R型高强玻璃

纤维。到了70年代，先后又开发了凯芙拉纤维等。见表2—3所示。增强材料多品种的开

发，为复合材料的应用开辟了新的领域和广阔的途径。

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，强度和弹性模量几何完全相同。而对于木材，玻璃钢等，沿纤维方向的强

度和模量就比垂直于纤维方向上的要高得多。象金属那样强度不随方向变化而变化的材料称

为各向同性材料，而