《复合材料概论》课程论文论文题目：玻璃纤维增强材料姓名：郑显波学院：材料科学与工程学院班级：材料121班学号：2012141010玻璃纤维增强材料郑显波（齐齐哈尔大学材料科学与工程学院）摘要：本文从玻璃纤维增强材料的特点用途开篇，通过介绍玻璃纤维国内外的发展现状，与玻璃纤维增强材料生产中所体现出的问题，进而对玻璃纤维增强材料的发展前景做出预测。
Glass fiber reinforced materialsXianbo Zheng(Qiqihar University of Science and Technolog)Abstract:this article from the characteristics of glass fiber reinforced materials use, through the introduction of the current situation of the development of glass fiber at home and abroad, and in the production of glass fiber reinforced materials reflects the problems, and make prediction on the development of glass fiber reinforced materials关键词：玻璃纤维增强材料发展现状发展前景特点引言：玻璃纤维增强材料简称（GFRP）俗名玻璃钢。
它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。
复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起．组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。
单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力．不能承受弯曲、剪切和压应力，还不做成固定的几何形状．是松软体。
如果用合成树脂把它们粘合在一起，就可以做成各种具有固定形状的坚硬制品．既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。
根据合成树脂的不同玻璃钢主要有环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢、聚酯玻璃钢。
1.玻璃纤维增强材料的特点、用途玻璃纤维增强复合材料强度高、质量轻,具有减震性、抗疲劳性、耐化学品腐蚀性等优点,并且具有优异的抗弹、降噪性能,而且是价格低廉[1]。
在汽车中应用玻璃纤维增强材料,可以提高汽车用材料的力学性能,降低汽车零部件的制造成本,加快汽车的装配速度,减轻汽车的重量,节省燃料. 随着汽车工业的迅速发展,对玻璃纤维及其复合材料的市场需求量将与日俱增,因此对玻璃纤维增强材料研究有很大的现实意义。
2.玻璃纤维增强材料成型工艺喷射成型技术是手糊成型的改进，半机械化程度。
喷射成型技术在复合材料成型工艺中所占比例较大，如美国占9.1%，西欧占11.3%，日本占21%。
目前国内用的喷射成型机主要是从美国进口。
(1)喷射成型工艺原理及优缺点喷射成型工艺是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯分别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱，由喷枪中心喷出，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上，当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。
喷射成型的优点：①用玻纤粗纱代替织物，可降低材料成本；②生产效率比手糊的高2～4倍；③产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，抗腐蚀、耐渗漏性好；④可减少飞边，裁布屑及剩余胶液的消耗；⑤产品尺寸、形状不受限制。
其缺点为：①树脂含量高，制品强度低；②产品只能做到单面光滑；③污染环境，有害工人健康。
喷射成型效率达15kg/min，故适合于大型船体制造。
已广泛用于加工浴盆、机器外罩、整体卫生间，汽车车身构件及大型浮雕制品等。
（2）生产准备场地，喷射成型场地除满足手糊工艺要求外，要特别注意环境排风。
根据产品尺寸大小，操作间可建成密闭式，以节省能源。
材料准备，原材料主要是树脂（主要用不饱和聚酯树脂）和无捻玻纤粗纱。
模具准备，准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。
喷射成型设备，喷射成型机分压力罐式和泵供式两种：①泵式供胶喷射成型机，是将树脂引发剂和促进剂分别由泵输送到静态混合器中，充分混合后再由喷枪喷出，称为枪内混合型。
其组成部分为气动控制系统、树脂泵、助剂泵、混合器、喷枪、纤维切割喷射器等。
树脂泵和助剂泵由摇臂刚性连接，调节助剂泵在摇臂上的位置，可保证配料比例。
在空压机作用下，树脂和助剂在混合器内均匀混合，经喷枪形成雾滴，与切断的纤维连续地喷射到模具表面。
这种喷射机只有一个胶液喷枪，结构简单，重量轻，引发剂浪费少，但因系内混合，使完后要立即清洗，以防止喷射堵塞。
②压力罐式供胶喷射机是将树脂胶液分别装在压力罐中，靠进入罐中的气体压力，使胶液进入喷枪连续喷出。
安是由两个树脂罐、管道、阀门、喷枪、纤维切割喷射器、小车及支架组成。
工作时，接通压缩空气气源，使压缩空气经过气水分离器进入树脂罐、玻纤切割器和喷枪，使树脂和玻璃纤维连续不断的由喷枪喷出，树脂雾化，玻纤分散，混合均匀后沉落到模具上。
这种喷射机是树脂在喷枪外混合，故不易堵塞喷枪嘴。
（3）喷射成型工艺控制喷射工艺参数选择：①树脂含量喷射成型的制品中，树脂含量控制在60%左右。
②喷雾压力当树脂粘度为0.2Pa²s，树脂罐压力为0.05～0.15MPa时，雾化压力为0.3～0.55MPa，方能保证组分混合均匀。
③喷枪夹角不同夹角喷出来的树脂混合交距不同，一般选用20°夹角，喷枪与模具的距离为350～400mm。
改变距离，要高速喷枪夹角，保证各组分在靠近模具表面处交集混合，防止胶液飞失。
喷射成型应注意事项：①环境温度应控制在（25±5）℃，过高，易引起喷枪堵塞；过低，混合不均匀，固化慢；②喷射机系统内不允许有水分存在，否则会影响产品质量；③成型前，模具上先喷一层树脂，然后再喷树脂纤维混合层；④喷射成型前，先调整气压，控制树脂和玻纤含量；⑤喷枪要均匀移动，防止漏喷，不能走弧线，两行之间的重叠富庶小于1/3，要保证覆盖均匀和厚度均匀；⑥喷完一层后，立即用辊轮压实，要注意棱角和凹凸表面，保证每层压平，排出气泡，防止带起纤维造成毛刺；⑦每层喷完后，要进行检查，合格后再喷下一层；⑧最后一层要喷薄些，使表面光滑；⑨喷射机用完后要立即清洗，防止树脂固化，损坏设备。
3.玻璃纤维的发展现状国外情况：美国是世界上生产玻璃纤维及复合材料数量最多的国家。
它的玻璃纤维产量占全世界玻纤总产量的 32%（1992）,1992年它所生产的复合材料包括热塑性及热固性玻璃钢为113万吨, 占全世界总产量的33.2%[2], 据国外最新报道，2003年全球玻璃纤维总产能已达到300万吨，实际生产总值为250万吨，其中地窑拉丝产量已占总产量85-90%，在250万吨总产量中用于增强热固性塑料的制品越有100万吨，热塑性的制品有70万吨。
其中纺织产品及湿法薄毡共80万吨，共占总产量的32%，玻璃纤维纺织纱及机织物针织物，网格织物，缝编织物，与多轴向织物，是玻璃纤维制品中品种最多的一类玻纤制品，发展速度很快，具有广阔的市场前景。
据国外专家预测，今后几年内，全球玻璃纤维总产量平均年递增速率将保持在5%左右，即全球玻纤总产量平均每年递增12-13万吨左右，其中美从2002年到2007年的年增长率为2.5%，欧洲为4%，亚洲为7%。
国外玻纤制品的分类主要有纺织制品，增强制品，其中增强制品包括增强用纱，增强用毡，增强用布，增强热固性热塑性材料等。
4.国内情况据我国玻璃纤维工业协会报道，2003年全国玻璃纤维总产量 47.3万吨，同比增长32.7%，其中池窑玻纤产量为27.8万吨，同比增长73.75%，纺织玻璃纤维占31.72%，增强玻璃纤维占68.28%。
按产品品种分类，则纺织玻璃纤维中有各种工业用布6万吨、电子电器布5万吨、各种纺织用纱2万吨等等。
我国玻璃纤维制品的应用领域包括电子电器领域，目前我国已经成为世界印制电路板生产中心，成为世界第二大印制电路生产国。
建筑防水应用领域，由于玻璃纤维具有耐水耐碱拉伸强度高化学性能未定等优点，可以通过表面处理方式，与树脂沥青等材料结合成为较为理想的的防水材料。
化工环保应用领域，由于玻璃纤维耐高温抗腐蚀，具有很高的抗拉强度，所以在化工及环保等工业部门得到了越来越广泛的应用。
航空航天及通讯领域，玻璃纤维作为一种新型功能材料和结构材料，目前已经成为航空航天通讯部门不可缺少的基础材料。
5.玻璃纤维增强材料的生产上存在的问题采用传统的切削方法加工纤维增强复合材料，还存在很多问题，普遍存在刀具磨损快、加工精度低、粉尘污染严重等问题。
对以GFRP材料的加工特性进行了研究分析，主要表现在以下几方面：（1）刀具磨损快，寿命低。
玻璃纤维材料含硅、铝等元素，易形成二氧化硅和三氧化二铝等高硬度、难切削的物质，由于摩擦(钻头、孔壁和切屑三者之间相互摩擦)的存在，这些物质不断变碎，排屑比较困难，未排出的切屑在孔内变成研磨料，研磨刀具表面，致使刀具急剧磨损;切削加工时产生的切削热随刀具、切屑、空气传散出去的很少，致使切削区域温度升高，而且大多集中在刃口部位，在这样的条件下进行切削加工，刀具刃口更容易被磨钝。
（2）加工质量差。
刀具的几何参数、刀具材料、切削工艺参数、操作方式、冷却方式等都会影响纤维增强复合材料的加工精度。
除孔尺寸误差、圆度误差、位置误差等几何缺陷外，孔壁周围经常出现材料抽丝、毛边、分层、撕裂、裂纹等加工缺陷，尤其是在孔的进口和出口处，由于没有外层材料的约束，纤维增强复合材料的最外侧(顶面层和底面层)材料刚度弱，抵抗变形能力差，在切削力和切削热的共同作用下，很容易发生由于变形和退让形成的孔口撕裂及分层现象;孔径收缩也很严重，甚至会卡住、咬死钻头，使得刀具无法退出己加工孔，破坏了孔的加工表面，深孔钻削时尤为严重:这些特有缺陷是GFRI钻孔技术研究的重点。
（3）粉尘污染严重，玻璃纤维增强复合材料切削形成的粉尘是以一种不均匀、无规则运动状态而存在的，具有一定的附着能力，无论是在机床上、工件表面上、操作者身上，还是除尘装置中，都可以看见一层附着物，对皮肤有一定的刺激性，有刺痒的感觉。
吸入大量粉尘还对呼吸系统造成损害，严重时可能会得矽肺，让人丧失劳动能力。
因此，在复合材料进行加工过程中一定要采取有效的除尘防护措施，避免粉尘污染环境和操作间的空气。
6.玻璃纤维增强材料的发展前景目前，美国复合材料的年平均增长率为4%，我国比美国的增长速度较快约为9%，是全球复合材料增长较快的国家。
在复合材料行业中，玻璃纤维增强材料中的热塑性塑料远远超过热固性塑料，其原因是热塑性材料的所具有的独特的可回收再利用的特性，可采用注射，挤出，压制，层压等各种方式，同时具有成型周期短，生产效率高等优点，其应用范围不断扩大。