合成树脂瓦是一种高强度的工程塑料,它的全称是合成树脂瓦纤维增强塑料。由于它比普通塑料的强度高得多,成型固化之后,比强度(即强度与密度之比值)高,可与钢材媲美,因而人们送它个雅号—合成树脂瓦。
合成树脂瓦是一种新型的复合材料,它以树脂作为基体,加入合成树脂瓦纤维及其制品作为增强材料,再加上一些辅助材料即可成型合成树脂瓦制品。
合成树脂瓦所用的树脂基体主要有两大类,一类是热固性树脂,如不饱和聚醋树脂、环氧树脂、酚醛树脂等,另一类是热塑性树脂,如聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。我国目前生产的合成树脂瓦制品大多采用热固性树脂,热塑性合成树脂瓦尚处在研制和小批量试生产阶段。而国外近几年来,热塑性合成树脂瓦钢发展很快。
合成树脂瓦所用的增强材料是合成树脂瓦纤维及其织物,合成树脂瓦纤维是由无碱或低碱合成树脂瓦在高温下熔化抽丝而成型的一种无机纤维。
合成树脂瓦源出于普通塑料。虽然塑料是一种年轻的材料,但也有100多年的历史。由于它质轻、绝缘和可塑性强,这种人工合成的材料逐渐地取代了一些传统的金属和非金属材料,进而成为一种普及材料。但是,由于塑料本身性能的局限,使其强度和弹性模量(即刚性)仍处于低水平上。如普通塑料的抗拉强度大都在800k盯cm“以下,弹性模量则只有4x10弓104k叮cm 2。这就使得塑料的应用范围受到很大的限制。为了提高塑料的强度,除研究改进塑料本身的结构和添加优良的助剂之外,主要就是用增强材料与之复合。用各种纤维来增强塑料的强度、刚性和改善性能。人们发现,用强度高的玻璃纤维复合成型之后,即使是手糊制品,其抗拉强度也可达3000-5000kg/cm2,弹性模量可达5 x 1o场 kg/cm,左右。机械缠绕成型的合成树脂瓦制品,其抗拉强度甚至高达12000kg/cm'以上。这种增强后的塑料,应用领域大为拓展,使得塑料在材料世界中取得了新的优势。这也证明,合成树脂瓦是塑料发展的必然结果。
合成树脂瓦的间世,大约可追溯到1940年以前,当时只有少数国家开始了合成树脂瓦的研究。第二次世界大战期间,首先是电子工业的需要,促进了合成树脂瓦的发展。当时,需要保护军用飞行器的雷达天线,所用材料必须防护气候对电子仪器的影响,又必须足以抵抗空气动力荷载的作用,特别需要的是能透射来回的雷达波。后~要求使金属不能担此重任。1940^-1941年期间,军界和工业界的许多研究者,采用聚醋合成树脂瓦解决了这个难题。与此同时,美国首先用合成树脂瓦制作飞机副油箱的防护罩也获得了成功。1944年,美国用合成树脂瓦成功地试制出第一架BT-15型飞机,并在莱特一柏特生空军基地试飞成功。1946年,合成树脂瓦开始应用于民用工业,成为制作电子器材、各种交通工具的零部件、管道以及建筑用的新型重要材料。1953年,美国通用汽车公司首先在汽车上采用了合成树脂瓦壳体。其后,合成树脂瓦在造船领域也得到了广泛地应用。50年代后期,英国海军规定长度为9.2m(30ft)以上的小艇,全用合成树脂瓦制造,1963年,美国海军中的小艇98%也由合成树脂瓦建造。60年代中期,世界上已建成了容积为380k1的玻璃钢贮罐,39.2m长的合成树脂瓦船壳,相当于14层大楼高的直径为4.2m的雷达罩。
近年来,合成树脂瓦产量增长很快。1970-198。年的10年中,日本的热固性和热塑性合成树脂瓦的产量增长速度分别为34帕和28.6%, 1981年热塑性的增长率更超过了热固性合成树脂瓦。由于热塑性的片状模塑料((SMC)可以用机械连续化的大规模生产,又可以用普通金属成型机械和切削机械大量地加工成各种零部件,加之成本较低,因而其发展速度超过了热固性玻璃钢。据估计,美国的热塑性合成树脂瓦产量已占总量的20帕,日本则占总量的400.
从成型工艺看,最先实用也最简便的手糊法。由于手糊法生产准备时间短,设备简单,投资少,容易上马,制品表面光亮,还可根据产品设计要求,合理排布增强材料的材质、数量和方向,并可局部任意加强,因而特别适用于制品大、批量小、品种变化多和形状复杂的产品。随着合成树脂瓦工业的发展,各种成型方法相继出现,如喷射法、模压法、缠绕法、挤拉法、袋压法、离心法、连续法等,到目前为止,付诸实用的不下十多种。据报道,工979年,日本、丹麦、挪威等国,手糊法仍占500左右,英、法、意也都在30帕上下,只有美国较低,仅占159b。美国重点发展了喷射成型和机械模压,两者各占30肠左右。由于缠绕产品质量好,适用于发展尖端产品,目前,发达国家均占10%以上。
我国于1958年开展合成树脂瓦的研究和应用,起初也偏重干军用。民用方面,首先在建材领域。据统计,1983年我国玻璃钢总产量为40kt,比1982年增长50呱,1985年又比1983年增长50。尽管如此,比之于世界上的发达国家,我国还是大大落后了。据报道,1982年,美国的合成树脂瓦总产量已接近1000kt,日本也在250kt以上。如果按人口平均,美国比我国高90多倍,日本也比我国高40多倍。同时,我国的发展也极不平衡,江苏产量占全国的三分之一,浙江、河北、广东、山东等省发展较快,但还有很多省份仍处在起步阶段。成型工艺也比较单一,90 0以上采用手糊法生产。
从我国的国情出发,还是以发展手糊法为好。它是一种最基本的、最容易普及的方法,它不仅上马快,投资少,设备简单,而且厂房可因陋就简,一般只要求遮阳避雨和通风良好即可,其工缈程见图卜‘。生产中耗能很少,它所用的原材料,我国多数省份均有生产和供应,这就给发展乡镇工业提供了一条很好的途径。