玻璃钢力学性能.docx
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玻璃钢力学性能
玻璃钢的基赋功能——力学功能之相礼和热创作
玻璃钢的力学功能突出的一点是比强度高，这是金属材料和别的材料无法相比的.
这里，我们要提一下强度的概念.强度通常是指单位面积所能承受的最大荷载，超出这个荷载，材料就毁坏了.强度又分为拉伸强度、紧缩强度、弯曲强度和剪切强度.例如说聚酯玻璃钢抗拉强度290MPa，是指每平方厘米截面可承受2900Kg的拉力.
玻璃钢轻质高强的功能，来源于较低的树脂密度（浇铸体密度1.27左右）以及玻璃纤维的高抗伸强度（平凡钢材的5倍以上）.玻璃钢的密度随着树脂含量的分歧而有所分歧.从高树脂含量的玻璃毡制品到低树脂含量的玻璃钢环绕纠缠制品（密度2.2），玻璃钢的密度只要普碳钢的1/4-1/5，比铝还轻1/3左右.
玻璃经高温熔融、快速拉成细丝时，由于比概况积增大，玻璃纤维外部及概况就难以存在大缺陷，以是玻璃纤维的强度就非常高，经常运用的是无碱铝硼硅酸盐纤维，其一样平常功能如表下所示.
功能：
密度（g/cm3）
功能：
折射率（25℃）
折射率（25℃）
功能：
拉伸强度（MPa））
功能数据：
100-300
功能：
介电常数
102赫兹
功能数据：
赫兹
功能：
拉伸弹性模量（MPa）
功能数据：
7000
功能：
介电常数
106赫兹
功能：
断裂时的伸长率（%）
功能：
介电常数
1010赫兹
功能功能数据功能功能数据
比热〔KJ/（Kg/.K）〕
体积电阻（Ω·cm）
体积电阻（Ω·cm）
1011-1013
导热系数〔W/m·K）〕
声速ｍ／ｓ
声速ｍ／ｓ
5500
硬化温度（℃）850
玻璃钢中经常运用的玻璃纤维直径是８－１３µｍ.近年来各国所用的玻璃纤维趋向于向粗直径进展，通用的是１３∼18µｍ，采取池窑拉丝.采取粗直径纤维既不影响玻璃钢的功能，纤维的产量又可以大幅度进步（由于产量和直径成平方关系）.也有采取直径２０µｍ以上的玻璃纤维.玻璃钢所用的玻璃纤维一样平常是把单丝并成线或粗纱，或进一步制成织物及做成毡来运用.从下表所得的各种纤维强度比较来看，玻璃纤维的强度是相当高的.
功能：
拉伸强度MPa
羊毛：
-
亚麻：
35
尼龙：
30-60
生丝：
44
玻纤：
100-300
钢：
50-200
功能：
延伸率%
羊毛：
24-28
棉纱：
6-12
亚麻：
-
尼龙：
15-40
生丝：
15-86
钢：
-
玻璃纤维可按三种方向陈列:
（一）单向纤维加强的玻璃钢
这一类玻璃钢，玻璃纤维定向陈列在一个方向，它是用连续纱或单丝片展层的.在纤维方向上，有很高的弹性模量和强度，其纤维方向的强度可高达１０００ＭＰａ，但在垂直纤维方向上，其强度很低.只要严厉的单向受力状况下，才运用这类玻璃钢.其纤维体积含量可以高达６０％．
（二）双向纤维加强的玻璃钢
这类玻璃钢是用双向织物展展的，其玻璃纤维体积含量可达５０％.在两个正交的纤维方向上，有较高的强度.它适用于矩形的平板或薄壳结构物.
（三）准各向异性玻璃钢
这类玻璃钢是用短切纤维毡或模塑料制成的，制品中各向强度基本接近，纤维体积含量一样平常小于３０％，适用于强度、刚度要求不高或荷载不很清楚而只能要求各向异性的产品.在玻璃钢／复合材料中，力学功能在相当大的程度上取决于加强材料，有人把它比做是材料的筋骨.古代加强材料次要是麻和棉纤维以及丝绸类.到了４０年代，玻璃纤维开始占加强材料的尽大多数.在此后相当长一段时期里，用玻璃纤维作加强材料的复合材料（即玻璃钢）依然占次要地位、但随着工业的进展，分歧的时期相继出现了新的材料，在５０年代研制了高模量碳纤维、硼纤维.６０年代，又改变了玻璃成分，研讨了Ｓ及Ｒ型高强玻璃纤维.到了７０年代，先后又开发了凯芙拉纤维等.见表下所示.加强材料多种类的开发，为复合材料的运用开辟了新的领域和广阔的途径.
纤维种类：
A—玻璃纤维
拉伸强度极限GPa：
3.1
拉伸膜量GPa：
72
比拉伸强度GPa：
1.26
比膜量GPa：
29
纤维种类：
E—玻璃纤维
拉伸强度极限GPa：
3.6
拉伸膜量GPa：
76
比膜量GPa：
29
纤维种类：
R—玻璃纤维
密度：
2.58
拉伸强度极限GPa：
4.4
拉伸膜量GPa：
85
比膜量GPa：
33
纤维种类：
S—玻璃纤维
拉伸强度极限GPa：
4.9
拉伸膜量GPa：
86
比拉伸强度GPa：
1.8
比膜量GPa：
34
纤维种类：
I型高模量碳纤维
密度：
1.87
拉伸强度极限GPa：
2.1
拉伸膜量GPa：
330
比拉伸强度GPa：
1.12
比膜量GPa：
176
纤维种类：
II型高强度碳纤维
拉伸强度极限GPa：
2.6
拉伸膜量GPa：
235
比膜量GPa：
133
纤维种类：
聚芳香酰胺纤维kevlar-29
拉伸强度极限GPa：
2.76
拉伸膜量GPa：
58
比拉伸强度GPa：
1.92
比膜量GPa：
10
纤维种类：
聚芳香酰胺纤维kevlar-29
拉伸强度极限GPa：
2.94
拉伸膜量GPa：
130
比拉伸强度GPa：
2.03
比膜量GPa：
90
纤维种类：
剑麻
密度：
1.3
拉伸膜量GPa：
-
比膜量GPa：
-
纤维种类：
硼纤维
拉伸强度极限GPa：
3.4
拉伸膜量GPa：
344
比拉伸强度GPa：
1.30
比膜量GPa：
130
纤维种类：
碳化硅纤维
拉伸强度极限GPa：
3.0
拉伸膜量GPa：
2000
比拉伸强度GPa：
比膜量GPa：
玻璃钢!
复合材料的力学功能具有分明的方向性，这是与金属材料分歧的.金属材料，不管在任何方向，强度和弹性模量几乎完全相反.而对于木材、玻璃钢等，沿纤维方向的强度和弹性模量就比垂直于纤维方向上的要高得多.象金属那样强度不随方向变更而变更的材料称为各向异性材料，而象玻璃钢、木材、钢筋混凝土等，它们的强度随方向分歧而变更，称它们是各向异性材料.玻璃钢等天然的复合材料还可以人为地变更纤维方向和数量来达到某种特定的强度要求.例如，我们采取１：
１玻璃布（指经向纤维和纬向纤维量为１：
１）制造的玻璃钢，其经向和纬向强度几乎是相称的.但在别的方向上强度则较低，如在４５℃方向上强度比经、纬向强度１／２还要低．见下表：
功能
0℃15℃30℃45℃60℃75℃90℃
拉伸强度MPa比例极限1788450455080160
拉伸强度MPa毁坏强度269210173158163194263
拉伸弹性模量（GPa）16.713.311.11011.112.515.2
伸长率%1.62.54.84.84.52.61.9
假如我们采取经向和纬向纤维量为$#"的玻璃布制成环氧玻璃钢，它们经向和纬向纤维量不同较大，因而在这两个方向上的拉伸、紧缩、改变强度都大不相反，如下表所列.
功能
拉伸拉伸紧缩紧缩改变改变
功能
经向
纬向
经向
纬向
经向
纬向
极限强度MPa
373
142.4
310
230
67
43
弹性模量MPa
26
12
24
13
2.9
2.9
强度的概念后面曾经讲过，它是指材料毁坏时，物体内的最大应力值，按照受力状况可分为拉伸、紧缩、弯曲、改变、剪切等.
如图下图所示矩形杆的受力形态称为拉伸.此时我们取拉伸荷载等于Ｐ，杆的横断面积为Ｆ，那么拉伸应力就等于σ＝Ｐ／Ｆ
假如杆件在拉伸到毁坏时的荷载（称为最大荷载或极限荷载）为ＰＢ，则材料的极限强度，即拉伸强度σＢ等于
σＢ＝ＰＢ／Ｆ
超出极限强度杆件就要毁坏，以是又称它为毁坏强度.
材料在初始受力时，有一段工夫内它的应力σ与其应变（受拉伸长变形与原长度之比）成反比，我们称它为弹性阶段.弹性阶段的最大应力值，称为比例极限.材料在比例极限内是不会毁坏的.以是，也常称之为计划强度.
在弹性阶段，应力!
和应变"成反比，酿成等式后加进一个常数!
，就是弹性模数，是常数值，它只与材料有关：
σ＝ＥＳ（２－３）
分歧的材料，当应力σ肯定时，弹性模量Ｅ大，应变ε就小；弹性模量Ｅ小，应变就ε大.这阐明常数Ｅ是反映材料抵抗变形才能大小的参数.若把截面积Ｆ的大小也考虑在内，那么ＥＦ又称为抗拉刚度.用刚度概念来具体阐明该构件抵抗抗伸变形的才能就更片面了.
当图２－２构件上作用的是与它相反方向荷载时.这时构件就受紧缩，见图２－３所示.
构件受紧缩时也有应力、应变、强度、弹性模量、刚度等，其定义和拉伸时一样，只是荷载方向相反而已.
值得留意的是人们经常有一种曲解，以为材料中所列举的强度数据就是实践构件的强度数据.其实这两者截然分歧，差别较大.例如手糊聚酯玻璃钢板，小试件抗伸强度可达２００－２５０ＭＰａ，而在异样原材料的３ｍ＊９ｍ的大型构件上取下一块试样，它的抗伸强度只要１００ＭＰａ.这是由于两者的制造操纵条件分歧，大块板工艺条件不如小试件那样理想.因而，在采取各类材料、书籍所给出的强度数据时，肯定要留意你所计划的构件工艺制造条件和一样平常小试件之间的差别，否则将会出现成绩.
此外，还要留意玻璃钢/复合材料层间强度和弹性模量低的特点.层间是单薄环节，由于层间没有加强纤维，以是它的层间剪切和层间抗伸强度都较低，充其量也只是树脂本人的强度.这个特点告诫人们在计划和制造玻璃钢制品时，除工艺制造时尽量使布层间粘牢外，计划上应使层间应力降到最低，防止层间毁坏状况出现.例如，３０６＃聚酯玻璃钢的层间剪切强度只要８．９－２６ＭＰａ，层间抗伸强度还要低些.
玻璃钢的弹性模量比木材大２倍，但比一样平常结构钢小１０倍.因而，在玻璃钢结构中，常感刚性缺乏，会出现较大的变形.为了改善这一缺陷，可采取夹层结构，亦可经过运用高模量纤维或中空纤维等来处理.
可以看成：
ＥＲＰ刚性＞优质木材≈竹材
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