FRP材料有哪些特性優點和不足

行業磚家

一、FRP有如下特性。

　　(1)輕質高強

　　相對密度在1.5~2.0之間，只有碳鋼的1/4~1/5，可是拉伸強度卻接近，甚至超過碳素鋼，而比強度可以與高級合金鋼相比。因此，在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應用中，都具有卓越成效。某些環氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到400Mpa以上。部分材料的密度、強度和比強度見表1-1。

　　(2)耐腐蝕性能好

　　FRP是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已應用到化工防腐的各個方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。

　　(3)電性能好

　　是優良的絕緣材料，用來制造絕緣體。高頻下仍能保護良好介電性。微波透過性良好，已廣泛用于雷達天線罩。

　　(4)熱性能良好

　　FRP熱導率低，室溫下為1.25~1.67kJ/（m·h·K），只有金屬的1/100~1/1000，是優良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護和耐燒蝕材料，能保護宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。

　　(5)可設計性好

　　①可以根據需要，靈活地設計出各種結構產品，來滿足使用要求，可以使產品有很好的整體性。

　　②可以充分選擇材料來滿足產品的性能，如：可以設計出耐腐的，耐瞬時高溫的、產品某方向上有特別高強度的、介電性好的，等等。

　　(6)工藝性優良

　　①可以根據產品的形狀、技術要求、用途及數量來靈活地選擇成型工藝。

　　②工藝簡單，可以一次成型，經濟效果突出，尤其對形狀復雜、不易成型的數量少的產品，更突出它的工藝優越性。

　　二、不能要求一種FRP來滿足所有要求，FRP不是萬能的，FRP也有以下一些不足之處。

　　(1) 彈性模量低

　　FRP的彈性模量比木材大兩倍，但比鋼（E=2.1×106）小10倍，因此在產品結構中常感到剛性不足，容易變形。

　　可以做成薄殼結構、夾層結構，也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。

　　(2) 長期耐溫性差

　　一般FRP不能在高溫下長期使用，通用聚酯FRP在50℃以上強度就明顯下降，一般只在100℃以下使用；通用型環氧FRP在60℃以上，強度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹脂，使長期工作溫度在200~300℃是可能的。

　　(3) 老化現象

　　老化現象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降。

　　(4) 層間剪切強度低

　　層間剪切強度是靠樹脂來承擔的，所以很低。可以通過選擇工藝、使用偶聯劑等方法來提高層間粘結力，最主要的是在產品設計時，盡量避免使層間受剪。

　　三、FRP有哪些生產方法？

　　答：基本上分兩大類，即濕法接觸型和干法加壓成型。如按工藝特點來分，有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。手糊成型又包括手糊法、袋壓法、噴射法、濕糊低壓法和無模手糊法。

　　目前世界上使用最多的成型方法有以下四種。

　　①手糊法：主要使用國家有挪威、日本、英國、丹麥等。

　　②噴射法：主要使用國家有瑞典、美國、挪威等。

　　③模壓法：主要使用國家有德國等。

　　④FTM法：主要使用國家有歐美各國、日本。

　　我國有90%以上的FRP產品是手糊法生產的，其他有模壓法、纏繞法、層壓法等（見第十一章）。日本的手糊法仍占50%。從世界各國來看，手糊法仍占相當比重，說明它仍有生命力。手糊法的特點是用濕態樹脂成型，設備簡單，費用少，一次能糊10m以上的整體產品。缺點是機械化程度低，生產周期長，質量不穩定。近年來，我國從國外引進了擠拉、噴涂、纏繞等工藝設備，隨著FRP工業的發展，新的工藝方法將會不斷出現。