基本介紹
- 中文名：纖維增強熱同性塑膠
- 外文名：reinforced thermosetting plastics
- 學科：化學
- 領域：高分子材料
- 材料類型：複合材料
- 特點：耐熱、分子量大
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增強纖維分類
常用的增強纖維有玻璃纖維、碳纖維、塑膠等。作為纖維增強材料的還有硼纖維、碳化矽纖維、氧化鋁纖維和芳綸纖維等。土木工程領域常用的FRP材料主要有；碳纖維增強聚合物複合材料( CFRP)、玻璃纖維增強聚合物複合材料(GFRP)、芳綸纖維增強聚合物複合材料( AFRP)。
舉例
玻璃纖維增強塑膠
玻璃纖維增強塑膠（GFRP，也稱玻璃鋼），是由合成樹脂和玻璃纖維或其織物經複合工藝、製作而成的一種用途廣泛的複合材料。它具有玻璃般的透明性或半透明性，又具有鋼鐵般的高強度而得名。如用玻璃纖維去增強熱塑性塑膠，可稱為熱塑性玻璃鋼；如用玻璃纖維增強熱同性塑膠，就叫做熱同性玻璃鋼。目前生產的玻璃鋼主要指熱同性而言。
性能特點
玻璃鋼有兩大優點：一是玻璃鋼的密度小，強度大，比鋼鐵結實，比鋁輕，比重只有普通鋼材的1/4~1/16，而機械強度卻為鋼的3~4倍；二是玻璃鋼具有瞬間耐高溫特性；是具有良好的耐酸鹼腐蝕特性及不具有磁性。另外，玻璃鋼容易著色，能透過電磁波等特性；玻璃鋼的強度可以用鋼筋混凝土作比喻。在鋼筋混凝土中，承受外力的主要是鋼筋，但混凝土卻是不可缺少的，它將鋼筋粘結為一個整體，不但賦予建築構件以一定的外形，而且增加了強度。在玻璃鋼中，玻璃纖維的作用猶如鋼筋，而合成樹脂則起著膠結的作用，兩者的結合使玻璃鋼具有驚人的強度。
成型特點
玻璃鋼產品可以根據不同的使用環境及特殊的性能要求，自行設計複合製作而成，因此只要選擇適宜的原材料品種，基本上可以滿足各種不同用途對於產品使用時的性能要求，因此，玻璃鋼材料是一種具有可設計性的材料品種。
玻璃鋼的成型工藝方法有多種，最簡單的是手工糊制方法，其他方法有模壓工藝成型方法，經過專門設計、專業製造的纖維纏繞成型方法；綜合注射、真空、預成型增強材料或預設墊料的模塑方法達到製品高性能指標、由計算機進行程式控制的先進的自動化成型方法，玻璃鋼產品製作成型時可一次性完成。
只要根據產品的設計，選擇合適的原材料鋪設方法和排列程式，就可以將玻璃鋼材料和結構一次性地完成，避免了金屬材料通常所需要的二次加工，從而大大降低產品的物質消耗，減少人力和物力的浪費。
玻璃鋼成型溫度低，節約能源。若採用手工糊制的方法，其成型時的溫度一般在室溫下，或者在100℃以下進行，其成型溫度遠低於金屬材料，及其他的非金屬材料，因此其成型能耗可以大幅度降低。
用途
纖維增強熱固性塑膠的用途如下：用量最大的是玻纖增強不飽和聚酯樹脂，其次是玻纖或碳纖及其他纖維增強的環氧樹脂、改性酚醛樹脂等。主要用途有：
（1）用於比強度比模量方面：玻纖增強塑膠的高壓容器、螺旋漿,汽車保險槓殼體、葉片；碳纖維增強塑膠的飛機機翼、起落架、壓氣機葉片、汽車驅動軸、片彈簧、分離軸的高速離心轉筒、大型電機護環、紡織機械中的劍桿；硼纖增強環氧樹脂用於戰鬥機的水平穩定器、方向舵、直升飛機的旋翼；硼纖+碳纖，芳香纖紙+碳纖增強塑膠用於機翼、水平及垂直穩定器以及航天、飛機上的其他許多零件或部件；
（2）用於高級體育用品中需要高強度、高模量的製品：網球拍、撐桿跳用桿、賽車、賽艇、雪橇、高爾夫球棍、釣魚竿等；
（3）用於耐腐蝕方面：泵、閥、風機、管道、管配件、化工容器、貯槽、酸洗槽、槽車、設備村里、反應塔、吸收塔、過濾器、攪拌器、涼水塔、船體等；
（4）用於儀器儀表、電氣電器等絕緣材料、開關、插座、殼體、手柄、印刷線路板電機套環、絕緣板材標準尺；
（5）用於醫療用品：人造關節、X—射線床板；
（6）其他方面：如刮片電瓶殼、汽車方向盤、安全帽、大型水池、煙囪以及浴缸等家庭用品。
碳纖維增強塑膠的性能
碳纖維增強塑膠( CFRP)是南合成樹脂和碳纖維纖維或其織物經複合工藝、製作而成的一種用途廣泛的複合材料，與鋼材相比，CFRP的主要特點有：
（1）抗拉強度高：CFRP的順纖維方向抗拉強度遠大於普通鋼筋，與高強鋼絲接近，且在達到抗拉強度之前，幾乎沒有塑性變形產生。但均勻性較鋼材較差，各向異性，抗剪和抗多軸向力強度低，CFRP抗剪強度通常不超過其抗拉強度的10%左右，在將CFRP用作預應力筋及進行CFRP的材性試驗時，相應的錨、夾具需專門研製；
（2）抗腐蝕性和耐久性好：CFRP具有很好的抗腐蝕性和耐久性，因而可提高結構使用壽命，尤其用於腐蝕性較大的環境效果更為顯著。除了強氧化劑外，一般如濃鹽酸、30%的硫酸、鹼等對其均不起作用；
（3）自重輕：CFRP密度僅為鋼材的25%左右，建築結構中採用時，施工非常方便，可降低勞動力費用，當用於舊有結構的維修加固時效果更為明顯；
（4）熱膨脹係數與}昆凝土相近：當環境溫度發生變化時，CFRP與混凝土協同工作，兩者問不會產生大的溫度應力；
（5）彈性模量小：CFRP的彈性模量約為普通鋼筋的25%~70%，這樣，CFRP混凝土結構的撓度較大和裂縫開展較寬將不可避免；
（6）其他的性能包括：應力一應變曲線呈線性分布；減震性能好，其自振頻率很高，可避免早期共振，且內阻很大，若發生激振，衰減快：材料柔軟，產品形狀幾乎不受限制，還可以任意著色，將結構形式和材料美學統一起來。
碳纖維增強塑膠的種類
（1）碳纖維增強熱同性塑膠
熱同性塑膠是碳纖維增強塑膠套用較早的基體材料，它的主要成分是熱同性合成樹脂，此外還加入一些添加劑二主要包括碳纖維增強環氧樹脂、碳纖維增強聚丙烯酞胺樹脂、碳纖維增強聚酞亞胺、碳纖維增強聚丙烯酞胺樹脂、碳纖維增強酚醛樹脂等。
碳纖維增強的熱同性樹脂主要用於強度和剛性要求較高、而密度要求較小的器械或設備中，用酚醛樹脂和碳纖維製成的複合材料可作為宇宙飛行器外表面的防熱層、火箭嗩嘴等．而碳纖維與環氧樹脂製成的複合材料由於強度高，多用於飛機和宇宙飛行器上作為結構材料。
（2）碳纖維增強熱塑性塑膠
熱塑性塑膠作為纖維增強塑膠的基體，比熱同性塑膠晚些。由於熱塑性塑膠只靠加熱熔融，不需要製成預成形材料就可以製成複合材料，成形工藝比熱同性塑膠簡單，成形時間短、損壞部分比較容易修補等原因，近年來的套用開發較快。主要有碳纖維增強聚丙烯、碳纖維增強聚甲醛、碳纖維增強聚醚礬、碳纖維增強聚苯硫醚、碳纖維增強聚醚醚酮等。
