關於玻璃纖維複合材料在建築中的應用

篇一：玻璃纖維複合材料在建築中的應用

玻璃纖維的化學組成主要為二氧化硅、三氧化硼，它們對玻璃纖維的性質和工藝特點其 決定作用。玻璃纖維具有高強度、低伸縮、耐腐蝕、電絕緣、不燃燒等許多優異性能。將特定組分的玻璃熔融後經小孔流出，再抽拉成極細的纖維，可以製成織物，品種繁多。常的有玻璃纖維布、玻璃纖維氈及無紡布等。但短纖維增強複合材料在強度、剛度和抗疲勞性能等

方面，遠不如同類長纖維增強複合材料在纖維方向的性能。但由於短纖維生產率高，可以製成形狀複雜的部件且價格便宜，因而具有廣泛的應用。短切玻璃氈鋪復性好，無定向性，增強的複合材料比沒有纖維增強的基體材料(工程塑料)在強度尤其是剛度和熱穩定性方面要好得多；比單向連續纖維增強複合材料的橫向拉伸強度和剪切強度要高得多；比單向(和疊層)複合材料的層間拉伸強度和剪切強度要高很多。

近年來，長玻纖增強熱塑性複合材料得到迅速發展，它是將長玻璃纖維通過特製的

浸潤裝置，在一定條件下用樹脂充分浸潤製得的，常用的熱塑性樹脂有聚丙烯、尼龍、 聚酯和聚碳酸酯等。長纖維增強熱塑性塑料以其優異的特性成為汽車工業實現低成本高 效益目標的理想材料[12]。而且在航天航空、化工及電子行業也得到了廣泛應用，在國際 上有很多學者、專家致力於這種複合材料。

1.2.1長纖維增強熱塑性複合材料的.發展歷史

最初的長纖維增強熱塑性複合材料是由美國於20世紀60年代初製得的。10年之後， 一種商品名稱為Azdel的中長玻璃纖維氈增強PP的片材出現在市場上，從此，長纖維 增強熱塑性複合材料受到越來越多學者的關注。特別是近些年來，隨着長纖維增強熱塑 性複合材料製品越來越受到各國產業界的重視，熱塑性樹脂對長玻璃纖維的浸漬技術， 長玻璃纖維增強熱塑性複合材料製品的成型工藝及應用等方面得到長足發展。國內外先 後發展起了熔融浸漬技術、粉體浸漬技術、溶液浸漬技術和纖維共織等技術，近年來還 有學者發明了在線共混技術，省去了擠出造粒的中間過程。在解決了長纖維的浸漬問題 後，長纖維增強熱塑性複合材料得以實現工業化，並廣泛應用於航天、航空、汽車、化 工、電子/電器等領域。近10年來，每年均以25%的速度增長，發展速度比熱固性複合 材料高數倍[13]。表明了長纖維增強熱塑性複合材料近年來的發展速度之快，它將在塑料 複合材料中佔有越來越重要的地位。

近幾年，美國、德國、法國、日本等發達工業國家發展長玻纖增強熱塑性複合材料， 並走在世界前列。許多國際知名企業都有長纖維增強熱塑性複合材料問世，如美國的杜 邦公司、Ticona公司、法國的SaintGobian公司、美國的LNP公司、日本帝人公司等。 其中美國LNP公司成功開發了長纖維增強PET複合材料，這種材料以其高性能低價格

有希望在汽車上大規模應用，代替部分金屬材料，減輕汽車的重量。Ticona公司在國際 性的展覽會和汽車專業會議上大力推薦他們名為Celstran的產品，這是一系列玻纖質量 分數為30%、40%或50%熱塑性複合材料，基體樹脂為PBT或PP，這種產品的拉伸強 度、衝擊強度和彎曲強度與增強尼龍改性料幾乎相同。以聚丙烯為基體的長玻纖複合材料比短玻纖複合材料的衝擊強度高10MJ/m2，彎曲強度和拉伸強度分別高100Mpa以上； 以聚酯為樹脂基體的長玻纖增強材料比短玻纖增強材料的衝擊強度高3倍。這是因為 Celstran中的玻纖長度約為11mm，比傳統玻纖增強配混料中的長度(2mm)長5倍以上， 而且這些玻纖是沿着粒子長度方向排列的。Ticona公司負責人聲稱，這種產品的表面質 量佳、製品翹曲很小，能夠應用於汽車機罩下部件和工業部件。法國SaintGobian Vetrotex 公司推出的長玻纖增強熱塑性複合材料命名為Teintex系列。該公司於2002年推向美國 市場的Twintex PET產品大受歡迎[14]，這種產品的衝擊強度與Twintex PP相當，能夠滿 足汽車結構部件的性能要求，並且在耐疲勞性和剛性等方面還能滿足電子、運動和休閒 設施、風車部件等的要求。我國的LFRTP研製工作起步較晚，20世紀80年代後期才取得了一些成果。楊衞疆[15]提出了聚丙烯樹脂浸漬連續玻璃纖維氈的工藝路線，並研究了該工藝與複合材料性能的關係；高志秋[16]採用熔體浸漬工藝製備了長玻纖增強尼龍6(LGF/PA6)預浸料，並且對玻纖初始長度、含量、增韌劑等方面對複合材料性能的影響做了研究；鹹貴軍[17]等研究了模具和注塑工藝對注塑試樣拉伸強度的影響，並在此基礎上開發出一種長玻纖增強聚丙烯預浸裝置；姜潤喜、餘木火[18]等利用另一種浸潤裝置製備了長玻璃纖維增強PET複合材料，並研究了產品的機械性能。近年來，國內多所重點大學如浙江大學、東華大學等都開展了相關內容的研發工作。另外國內幾家技術力量雄厚的大型塑料企業如航天 科技集團等也致力於該項目的研究開發。

1.2.2長玻璃纖維增強熱塑性複合材料特性

a、作為纖維增強複合材料的樹脂基體，熱塑性樹脂較熱固性樹脂有許多優勢[19]：

熱塑性樹脂的種類多，且具有良好的耐化學藥品和耐水性；韌性和衝擊去強度高；可熱 成型，成型週期短，生產效率高；可以選擇多種成型方法，工藝簡單；可重複加工、回 收再利用；並且採用熱塑性樹脂製備的預浸料保存期限幾乎不受限制。

b、長纖維增強複合材料表現出比短纖維增強複合材料更佳的剛性和耐蠕變性，它

的壓縮強度、彎曲強度以及熱變形温度都比短纖維增強材料高。同時長纖維增強能使復 合材料的衝擊強度成倍的提高，並且在高温高濕下仍能保持良好的力學性能。在長纖維

增強複合材料中，長纖維相互纏結、翻轉和彎曲，在製品中呈三維立體結構，不像短纖 維混合料那樣沿流動方向排列，因此長纖維增強複合材料製品與短纖維增強複合材料相 比，各向同性程度較高，平直度較好，翹曲較小。

c、玻璃氈增強熱塑性複合材料是長纖維增強熱塑性複合材料的早期形式，它的成

型方法單一，因此玻璃氈增強熱塑性複合材料製品雖然具有良好的力學性能，但應用領 域卻相對有限。與之相比，長纖維增強複合材料不僅具有較高的力學性能，而且具有良 好的成型加工性能，它可以採用注射、擠出、壓制層壓等多種成型方法加工，可用於成 型形狀非常複雜的構件。