玻璃鋼的發(fā)展簡史

玻璃鋼學名纖維增強塑料（FRP）樹脂基復合材料（Resin Matrix Composite），是目前技術比較成熟且應用的一類復合材料。這種材料是用短切的或連續(xù)纖維及其織物增強熱固性或熱塑性樹脂基體，經(jīng)復合而成。以玻璃纖維作為增強相的樹脂基復合材料在世界范圍內(nèi)已形成了產(chǎn)業(yè)，在我國俗稱玻璃鋼。玻璃鋼于1932年在美國出現(xiàn)，1940年以手糊成型制成了玻璃纖維增強聚酯的軍用飛機的雷達罩，其后不久，美國萊特*發(fā)展中心設計制造了一架以玻璃纖維增強樹脂為機身和機翼的飛機，并于1944年3月在萊特-帕特*基地試飛成功。從此纖維增強復合材料開始受到軍界和工程界的注意。第二次世界大戰(zhàn)以后這種材料迅速擴展到民用，風靡一時，發(fā)展很快。1946年纖維纏繞成型技術在美國出現(xiàn)，為纖維纏繞壓力容器的制造提供了技術貯備。1949年研究成功玻璃纖維預混料并制出了表面光潔，尺寸、形狀準確的玻璃鋼模壓件。1950年真空袋和壓力袋成型工藝研究成功，并制成直升飛機的螺旋槳。60年代在美國利用纖維纏繞技術，制造出北極星、土星等大型固體火箭發(fā)動機的殼體，為航天技術開辟了輕質(zhì)高強結構的*途徑。在此期間，玻璃纖維-聚酯樹脂噴射成型技術得到了應用，使手糊工藝的質(zhì)量和生產(chǎn)效率大為提高。1961年片狀模塑料（Sheet Molding Compound, 簡稱SMC）在法國問世，利用這種技術可制出大幅面表面光潔，尺寸、形狀穩(wěn)定的制品，如汽車、船的殼體以及衛(wèi)生潔具等大型制件，從而更擴大了樹脂基玻璃鋼的應用領域。1963年前后在美、法、日等國先后開發(fā)了高產(chǎn)量、大幅寬、連續(xù)生產(chǎn)的玻璃纖維復合材料板材生產(chǎn)線，使玻璃鋼制品形成了規(guī)模化生產(chǎn)。拉擠成型工藝的研究始于50年代，60年代中期實現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，在70年代拉擠技術又有了重大的突破，近年來發(fā)展更快。除圓棒狀制品外，還能生產(chǎn)管、箱形、槽形、工字形等復雜截面的型材，并還有環(huán)向纏繞纖維以增加型材的側向強度。上前拉擠工藝生產(chǎn)的制品斷面可達76cm×20cm。在70年代樹脂反應注射成型（Reaction Injection Molding, 簡稱RIM）和增強樹脂反應注射成型（Reinforced Reaction Injection Molding, 簡稱RRIM）兩種技術研究成功，進一步改善了手糊工藝，使產(chǎn)品兩面光潔，現(xiàn)已大量用于衛(wèi)生潔具和汽車的零件生產(chǎn)。1972年美國PPG公司研究成功熱塑性片狀模型料成型技術，1975年投入生產(chǎn)。這種復合材料zui大特點是改變了熱固性基體復合材料生產(chǎn)周期長、廢料不能回收問題，并能充分利用塑料加工的技術和設備，因而發(fā)展得很快。制造管狀構件的工藝除纏繞成型外，80年代又發(fā)展了離心澆鑄成型法，英國曾使用這種工藝生產(chǎn)10m長的復合材料電線桿、大口徑受外壓的管道等。從上述可知，新生產(chǎn)工藝的不斷出現(xiàn)推動著聚合物復合材料工業(yè)的發(fā)展。
　　進入20世紀70年代，對玻璃鋼的研究發(fā)展到不僅僅采用玻璃纖維增強樹脂的局面，人們一方面不斷開辟玻纖樹脂復合材料的新用途，同時也發(fā)現(xiàn)，這類玻璃鋼的比剛度要求很高的技術的要求，因而開發(fā)了一批如碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、硼纖維、芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維等高性能增強材料，并使用高性能樹脂、金屬與陶瓷為基體，制成*復合材料（Advanced Composite Materials, 簡稱ACM）。這種*復合材料具有比玻璃纖維復合材料更好的性能，是用于飛機、火箭、衛(wèi)星、飛船等航空航天飛行器的理想材料。
　　自從*玻璃鋼投入應用以來，有三件值得一提的成果。*件是美國全部用碳纖維復合材料制成一架八座商用飛機--里爾芳2100號，并試飛成功，這架飛機僅重567kg，它以結構小巧重量輕而稱奇于世。第二件是采用大量*玻璃鋼制成的哥倫比亞號航天飛機，這架航天飛機用碳纖維/環(huán)氧樹脂制作長18.2m、寬4.6m的主貨艙門，用凱芙拉纖維/環(huán)氧樹脂制造各種壓力容器，用硼/鋁復合材料制造主機身隔框和翼梁，用碳/碳復合材料制造發(fā)動機的噴管和喉襯，發(fā)動機組的傳力架全用硼纖維增強鈦合金玻璃鋼制成，被覆在整個機身上的防熱瓦片是耐高溫的陶瓷基玻璃鋼。在這架代表近代zui技術成果的航天收音機上使用了樹脂、金屬和陶瓷基玻璃鋼。第三件是在波音-767大型客機上使用了*玻璃鋼作為主承力結構，這架可載80人的客運飛機使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的玻璃鋼制造了機翼前緣、壓力容器、引擎罩等構件，不僅使收音機結構重量減輕，還提高了飛機的各種飛行性能。
　　玻璃鋼在這幾個飛行器上的成功應用，表明了玻璃鋼的良好性能和技術的成熟，這對于玻璃鋼在重要工程結構上的應用是一個極大的推動。