关于纤维增强塑料您想知道的一切

关于纤维增强塑料您想知道的一切

这种材料在许多制造领域中越来越重要。但它到底是什么?我们在这篇文章中的目标是让您快速了解您需要了解的所有基础知识。

什么是纤维增强塑料?

纤维增强塑料是一种复合材料,它结合了基体(即塑料部分)和某种增强纤维。嵌入硬化塑料中的纤维帮助它以比单独的基质更大的强度结合在一起。

塑料是聚合物的合成形式,它是一种分子,具有由许多小的重复链接组成的链状结构。聚合物可以在自然界中找到;龟甲就是一个例子。然而,塑料是化学制造的。

因为塑料是聚合物,所以您还会看到术语纤维增强聚合物。这是指同一件事。两者都可以缩写为玻璃钢。您可能还会遇到首字母缩略词G玻璃钢。这代表玻璃纤维增​​强聚合物,它是一种特殊类型的玻璃钢。

纤维增强塑料是什么时候发明的?

很长一段时间以来,人类一直在使用纤维来增强基质。例如,在古代美索不达米亚,他们使用稻草来加固泥砖。但直到1907年,美国化学家利奥·贝克兰(Leo Baekeland)才创造出第一种全合成聚合物,名为Bakelite。发明后不久,Baekeland将石棉纤维添加到电木中作为增强材料。这是玻璃钢的第一个实例。

尽管电木是一种受欢迎的产品,但纤维增强塑料市场的真正爆发要晚一些。在1930年代,Games Slayter和Dale Kleist开创了廉价且大量生产玻璃纤维的新技术。这些纤维与1940年代早期开发的新型聚合物相结合,制成玻璃纤维。这种新型复合材料经济且易于制造,有助于快速扩大玻璃钢的用途。玻璃纤维(或G玻璃钢)是当今使用最广泛的玻璃钢。

哪些类型的纤维可用于增强塑料?

我们刚才提到了玻璃纤维,它是最常用于增强塑料的纤维。然而,并非所有的玻璃纤维都是一样的。化学家开发了不同的玻璃纤维配方,甚至根据成品的所需质量开发了不同的制造技术。例如,一些玻璃配方是特别好的热绝缘体或电绝缘体。其他的是为了抵抗化学腐蚀而创建的。尽管如此,其他人还是特别坚强。

另一种越来越普遍的纤维类型是碳纤维。这些纤维不是玻璃,而是由长链碳原子制成。虽然这取决于我们谈论的特定玻璃纤维,但碳纤维通常比玻璃纤维更坚固、更硬、更轻。

对于特殊应用,有时也会使用芳族聚酰胺(或芳香族聚酰胺)纤维。您可能听说过这种名为Kevlar的纤维。除了用于防弹背心之外,这种坚韧的纤维还出现在航空航天和汽车工业中使用的复合材料中。

当代材料工程师甚至正在回归人类使用了几个世纪的纤维,如大麻,作为可再生和环保增强材料的来源。然而,在这一点上,这些纤维的用途是有限的,因为它们的性能特征无法与合成纤维相媲美。

纤维增强塑料有哪些优点?

说到性能特点,是什么让玻璃钢在许多领域对制造商如此有吸引力?一般来说,复合材料是结合两种或多种材料的优势以最终制成优于任何一种材料的成品的好方法。

增强纤维的主要作用是增加强度。这具有直觉意义。与基质结合并贯穿其中的长链使其更难断裂、弯曲或拉伸。然而,纤维还可以增加许多其他优势。它们可以增加弹性,这意味着复合材料可以弯曲而不会永久变形。它们可以增加抗冲击性并延长磨损时间。它们可以使复合材料充当有效的热绝缘体或电绝缘体。它们可以提高耐久性和对热、湿气和化学品等环境因素的抵抗力。它们可以帮助创造一种就其重量而言非常坚固的材料。

这种用不同种类的增强纤维增强塑料基体的过程的结果是创造出非常坚固、轻便、耐用和耐腐蚀的材料。在许多行业中,这种属性组合非常有用。

纤维增强塑料的主要用途是什么?

具体是哪些行业?玻璃钢广泛应用于:

基础设施和建筑:在这些需要高强度、低重量和耐用性的领域有很多应用。玻璃钢用于人行天桥、复合地板、结构梁中的加固元件以及各种管道。

航空航天和汽车:商用喷气式飞机结构越来越依赖于复合材料来制造机翼等重量更轻的部件,这些部件可以降低油耗,同时提高耐腐蚀性。例如,波音787梦想飞机的80%是复合材料。出于同样的原因,在汽车中使用重量轻、耐用的部件。

体育用品:由于其出色的强度重量比,玻璃钢已被证明是适用于从冲浪板到高尔夫球杆再到网球拍的所有物品的良好材料。

纤维增强塑料是如何制成的?

主要有三种制造形式。第一种是使用模具将纤维(通常在编织垫中)和聚合物制成所需的形状。这些材料可以喷涂或手工涂抹。第二种是使用压缩或注射成型的常见制造技术。在这些情况下,将短增强纤维混入液态聚合物中,然后在模具中硬化成所需的形状。

最后,最坚固的玻璃钢材料通常是使用拉挤成型制造的,这是一种将长增强纤维拉过液态聚合物浴,然后再通过加热模具固化聚合物的工艺,从而制成成品。

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