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引言

玻璃鋼是我國的一種習(xí)慣用語，其確切的名稱是玻璃纖維增強(qiáng)塑料。它是由玻璃纖維氈、玻璃纖維物與合成樹脂（如聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂等）復(fù)合而成的新型材料，因此稱復(fù)合材料。

近年來，隨著化工產(chǎn)品性能的進(jìn)一步提高和制作工藝的不斷完善，非金屬材料在汽車車身上的應(yīng)用越來越廣泛，塑料、橡膠等新型材料，正在越來越多地走進(jìn)汽車家族。就汽車零部件的使用而言，目前汽車車身應(yīng)用較廣泛的非金屬材料有玻璃鋼板件，人們熟悉的“中華子彈頭”車的殼體就是用玻璃鋼做成的，美國的雪佛蘭子彈頭車身殼體也采用了玻璃鋼材料。國外從80年代開始大量使用玻璃鋼材料制作車身，如歐洲Fiar轎車以玻璃鋼的片狀模塑料制作外翼板、后蓋及前后門，并用聚碳酸酯及改性聚苯醚制造前后保險(xiǎn)杠、內(nèi)翼板之類的車身部件。英國的四座轎車，甚至采用了全玻璃鋼車身（不飽和聚酯玻璃鋼）。我國車身局部玻璃鋼化已較普及，如保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩及彎度較大形狀復(fù)雜的車身部件等。隨著原材料的不斷開發(fā)利用，玻璃鋼材料在汽車上的應(yīng)用日益增多。

玻璃鋼的功能、種類和成分

玻璃鋼具有玻璃般的透明性或半透明性，具有鋼鐵般的高強(qiáng)度。  

玻璃鋼的基體樹脂種類很多，常用的熱塑性樹脂有:聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、熱塑性聚酯、聚苯醚、ABS樹脂等。常用的熱固性樹脂有:不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂、氨基樹脂等。

目前使用的玻璃鋼材料大多是不飽和聚酯樹脂和添加劑、以及玻璃纖維。不飽和聚酯樹脂一般是不飽和二元酸和二元醇的聚合產(chǎn)物，如乙二醇、環(huán)己醇、鄰苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐等。不飽和聚酯樹脂必須加交聯(lián)劑、引發(fā)劑及促進(jìn)劑后才能固化，此外還常加一些其它附加成分，如觸變劑、阻燃劑、填料和顏料等。常用的玻璃纖維是將熔融的玻璃在柑鍋中以極快速度，從柑鍋底部漏板的漏孔中拉成很細(xì)的連續(xù)纖維并集束成原紗，再加捻、退解、拼股成玻璃纖維線。玻璃纖維具有抗拉強(qiáng)度高、收縮率、熱穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)。

國內(nèi)生產(chǎn)的玻璃纖維有無堿纖維和中堿纖維兩種。中堿纖維中含較多的堿金屬氧化物，絕緣性能和力學(xué)強(qiáng)度稍差，但耐酸性能較好，價(jià)格便宜。一般在制造強(qiáng)度要求高、絕緣性能好的玻璃鋼時(shí)多用無堿纖維。但制造汽車車身構(gòu)件時(shí)一般用中堿纖維，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足要求，而價(jià)格低廉，且防酸性能好。

玻璃鋼的性能特點(diǎn)

玻璃鋼是一種強(qiáng)度很高的結(jié)構(gòu)材料。具有以下優(yōu)點(diǎn):密度小、強(qiáng)度高，導(dǎo)熱系數(shù)小是優(yōu)良的絕熱材料。玻璃鋼在超高溫時(shí)產(chǎn)生大量氣體，吸收大量熱量，是一種良好的熱防護(hù)和耐燒蝕材料。具有優(yōu)良的耐磨蝕性和良好的電絕緣性，能透過高頻電波;非磁性。當(dāng)然，玻璃鋼材料也有它自身的缺點(diǎn):如彈性模量低，一般只有鋼的1/10～1/20;長期耐高溫性能較差，一般不超過200℃;剪切強(qiáng)度及長期循環(huán)負(fù)荷強(qiáng)度較低。玻璃鋼的性能是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。它包括玻璃纖維和塑料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、含量及組合方式、界面間結(jié)合狀況。具體性能特點(diǎn)如下:

1、玻璃鋼的力學(xué)性能。

玻璃鋼力學(xué)性能的突出特點(diǎn)是質(zhì)輕高強(qiáng)。玻璃鋼的密度小，其密度為1.5～2.0，只有鋼鐵的1/4～1/5，比鋁的密度(2.7)還要小; 此強(qiáng)度比某些特殊合金鋼還高，強(qiáng)度大，比鋼鐵結(jié)實(shí)，比鋁輕，而機(jī)械強(qiáng)度卻為鋼的3～4倍。

玻璃鋼的彈性模量低，層間剪切強(qiáng)度低。彈性模量只比木材大兩倍，比一般鋼材小十倍;而其層間剪切強(qiáng)度只有抗拉強(qiáng)度的十分之一。玻璃鋼耐腐蝕、不生銹，防水、密封效果好;隔音、隔熱、電絕緣性能優(yōu)良，抗磁電性能強(qiáng);耐老化，玻璃鋼制件在室外一般可使用15～20年。

① 抗疲勞強(qiáng)度。玻璃鋼的抗疲勞強(qiáng)度幾乎接近鋼材的一半。

② 抗拉強(qiáng)度。組成玻璃鋼的玻璃纖維其抗拉強(qiáng)度為200MPa左右，玻璃鋼的抗拉強(qiáng)度略低于碳鋼的強(qiáng)度。

③ 剛度。將玻璃鋼與08F鋼材相比，2.5mm左右厚度的玻璃鋼與1.0mm厚度的鋼板具有相同的剛度。

④ 比強(qiáng)度。玻璃鋼比強(qiáng)度較一般碳鋼大2～5倍，比強(qiáng)度大說明零件自重小。

⑤ 比模量。玻璃鋼比模量較一般碳鋼大得多，比模量大即零件的剛性大。

玻璃鋼為各向異性非均質(zhì)材料，其應(yīng)力一應(yīng)變曲線上無明顯屈服點(diǎn)，故材料呈脆性破壞。

玻璃纖維含量與分布情況不同，力學(xué)性能也不同。當(dāng)玻璃纖維含量為50%時(shí)，性能優(yōu)良。選擇經(jīng)緯強(qiáng)度不等的單向玻璃布或單向玻璃帶做增強(qiáng)材料，可滿足結(jié)構(gòu)件不同方向受力不等的要求。纖維和界面粘結(jié)狀況也嚴(yán)重影響玻璃鋼的力學(xué)性能。選擇流動(dòng)性好、對(duì)玻璃纖維浸潤性好、與纖維表面處理劑反應(yīng)活性大、固化時(shí)吸縮率小的塑料作基體，可有效地保證界面黏接質(zhì)量。

2、玻璃鋼的老化性能。

玻璃鋼與其它材料一樣，在長期使用和貯存過程中，由于各種因素的影響，其性能老化。但其具有良好的耐酸堿腐蝕特性及不具有磁性。

耐候性是玻璃鋼在自然環(huán)境中，受日光、風(fēng)雨作用后性能的變化。一般玻璃鋼制品在3～8年內(nèi)不致于影響使用效果。通過施加表面涂層（漆、膠層）和改善表面狀態(tài)（采用表面氈、粘貼薄膜）等方法，可有效地提高玻璃鋼的耐候性。

玻璃鋼耐酸性介質(zhì)腐蝕的性能較好，但耐堿性介質(zhì)腐蝕能力較差。玻璃鋼耐化學(xué)腐蝕能力取決于纖維、樹脂、固化劑和表面處理劑。應(yīng)根據(jù)工作介質(zhì)條件選擇復(fù)合材料所用原料。因?yàn)闃渲炔ＡЮw維更耐酸、堿腐蝕，故要求以耐腐蝕性能為主的玻璃鋼一般樹脂所占比例要大。水能侵蝕玻璃纖維表面，加速微裂紋擴(kuò)展，還能使樹脂發(fā)生溶脹，并有增塑劑的作用。水有時(shí)還可使大分子水解(如聚酯水解)。這些影響使玻璃鋼性能隨之惡化。玻璃鋼的耐水性差別很大，同樣經(jīng)過三年浸泡，對(duì)加壓成型的酚醛類玻璃鋼性能無明顯變化;而環(huán)氧玻璃鋼則下降20%～40%;聚酯類玻璃鋼耐水性更差，其性能可下降40%～60%。

3、玻璃鋼的熱性能。

玻璃鋼導(dǎo)熱系數(shù)低， 是一種優(yōu)良的絕熱材料。

玻璃鋼在超高溫作用下，能吸收大量熱量，而且熱傳導(dǎo)很慢，故可作熱防護(hù)材料和熱燒蝕材料。玻璃鋼還具有瞬間耐高溫特性。玻璃纖維在300℃以下性能穩(wěn)定，故玻璃鋼的耐熱溫度主要取決于樹脂與固化劑等系統(tǒng)。

4、玻璃鋼的工藝性能。

玻璃鋼具有優(yōu)良的成型工藝性和可設(shè)計(jì)性能，原料流動(dòng)性能極佳，可一次性成型。在常溫下即可糊制成型，因偶然因素或事故損壞，易于迅速修補(bǔ)。另外，玻璃鋼制件還具有較好的機(jī)械加工性能，可以像金屬制件一樣進(jìn)行機(jī)加工。玻璃鋼的成型方法有十多種，普遍使用的手糊成型工藝因工藝簡(jiǎn)單、成本低、在玻璃鋼的各種成型工藝中占有相當(dāng)重要的地位。

玻璃鋼在汽車制造方面的應(yīng)用

由于玻璃鋼具有上述許多優(yōu)異的特性，各種新產(chǎn)品在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用與日俱增，不僅在國防尖端技術(shù)領(lǐng)域中得到應(yīng)用，而且在各工業(yè)部門及民用方面也得到日趨廣泛的應(yīng)用。

1953年美國通用汽車公司首先制造了第一輛全玻璃鋼車身，此后意大利、法國等也相繼使用玻璃鋼制造汽車車身。尤其是運(yùn)輸具有腐蝕性的石油產(chǎn)品或其它液體的罐車發(fā)展更快。此外，汽車的其它零部件，如汽車底盤、車門、車窗、車座、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和駕駛室、擋泥板、電瓶框架等， 歐洲、美國及日本等汽車制造業(yè)發(fā)達(dá)國家，已普遍采用了玻璃鋼材料，特別是SMC片狀模壓塑料（SMC 是一種干法制造玻璃鋼制品的模壓用材料）。1958年我國開始研制玻璃鋼汽車外殼及其零部件。這種汽車制造方法簡(jiǎn)單，方便、省時(shí)、省力，可降低造價(jià)，減輕汽車自重，外觀設(shè)計(jì)美觀，保溫隔熱。尤其是應(yīng)用于引進(jìn)車型相關(guān)部件的國產(chǎn)化配套上。如將玻璃鋼用于切諾基后舉升門，使切諾基的整車國產(chǎn)化率提高了0.67至0.94個(gè)百分點(diǎn)（各車型不同）。

目前，我國用玻璃鋼生產(chǎn)一些如保險(xiǎn)杠、車頂蓋、阻流板、太陽罩、電瓶托架等較低檔的產(chǎn)品。而美國則早在70年代即用SMC材料制造轎車的前臉格柵和車身殼體，如今，SMC已成為美國汽車保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、擋泥板等部件的主要材料。在歐、美、日等發(fā)達(dá)國家的轎車、客車、貨車、拖拉機(jī)、摩托車以及運(yùn)動(dòng)車、農(nóng)用車等所有車種中均大量使用SMC材料，主要應(yīng)用的部件包括懸架零件、車身及車身部件、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋下部件、車內(nèi)裝飾部件等。其中，尤以保險(xiǎn)杠、車頂、前臉部件、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、發(fā)動(dòng)機(jī)隔音板等部件為多，產(chǎn)量也最大。

玻璃鋼特別適宜于大面積整體成型、外形復(fù)雜（凹凸型）的薄壁型零部件，可設(shè)計(jì)制造流線型極佳的客車車身，同時(shí)能減少零部件及緊固件數(shù)目；成型工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，成品開發(fā)周期短。采用手糊玻璃鋼工藝，模具開發(fā)簡(jiǎn)單，不需要大型沖壓設(shè)備，成本費(fèi)用僅為鋼模的1/20，對(duì)于小批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)，其優(yōu)越性更加突出；玻璃鋼制件與油漆的結(jié)合力較差。涂裝時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的前處理，或添加摻合劑。若采用先進(jìn)技術(shù)，無需涂漆就能達(dá)到理想效果；生產(chǎn)率低。用于客車車身的玻璃鋼制件仍然以手工為主，所以僅適于小批量生產(chǎn)。

玻璃鋼行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

玻璃鋼工業(yè)自20世紀(jì)40年代初起步，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，目前全世界已形成了從原輔材料、成型工藝、技術(shù)裝備到相關(guān)性能檢測(cè)等較為完善的工業(yè)體系。美國GM公司首先采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料和預(yù)浸料坯成型工藝．使車身外板件實(shí)現(xiàn)了商品化。開創(chuàng)了玻璃鋼技術(shù)在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的歷史。

目前全世界玻璃鋼產(chǎn)量約為3500kt。其中汽車用玻璃鋼接近于1200kt，是玻璃鋼最大的應(yīng)用領(lǐng)域。美國50％以上的汽車用玻璃鋼部件為復(fù)合材料制品，目前實(shí)用化的復(fù)合材料汽車部件已有375種。

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