新型复合材料玻璃钢在工程机械上的应用探析

新型复合材料玻璃钢在工程机械上的应用探析

【摘要】玻璃钢作为一种新型复合材料，由于工艺性好、设计灵活、易成型、低成本、重量轻等优点，在工程机械领域得到了广泛的应用，成为现代工业发展至关重的新材料。本文从新型复合材料玻璃钢的优势入手，分析了新型复合材料玻璃钢的成型方法，探讨了玻璃钢在工程机械上的应用。

【关键词】新型复合材料;玻璃钢;工程机械

复合材料是指将两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料通过复合手段组合而成的一种多相材料。玻璃钢，是一种新型复合材料，主要由玻璃纤维和合成树脂（粘合剂）组成，其中玻璃纤维是一种增强材料，合成树脂是一基本的塑料基复合材料，再根据实际需要掺加一些填料，可压制而成、可注塑而成，可手工叠粘，因而被称为玻璃纤维增强塑料。合成树脂是玻璃钢中至关重要的材料，其性能直接影响着玻璃钢的整体性能。目前，玻璃钢中普遍使用的粘合剂主要是热固性树脂和热塑性树脂，而由热固性树脂制成的玻璃钢被称为热固性玻璃钢，由热塑性树脂制成的玻璃钢被称为热塑性玻璃钢。目前我国工业上普遍采用的玻璃钢制品以玻璃纤维和不饱和聚脂树脂的复合材料为主，不仅成本较低,而且工艺性好。

1.新型复合材料玻璃钢的优势

玻璃钢作为一种新型复合材料，由于工艺性好、设计灵活、易成型、低成本、重量轻等优点，是工业机械上以塑代钢的理想加工材料，因此被广泛应用到工业机械上。与金属材料相比，玻璃钢具有以下显著的特点：

（1）轻质高强。这是玻璃钢最大的优势，相对密度在1.5-2.0范围内，是碳钢的1/4-1/5，拉伸强度超过碳素钢，比强度可以与高级合金钢相媲美。

（2）可设计性好。玻璃钢制成品通常为一次成型品，设计灵活，可以根据要求设计所需要的各种结构产品，并且具有良好的整体性，对于产品的流线型设计和变厚度设计特别适用，且对设计的更改适用性强。

（3）防电性能好。玻璃钢是一种优质的绝缘材料，在高频条件下能够保持良好的介电性能。

（4）振动衰减性能强。玻璃钢的振动衰减性能明显优于金属材料，同时降低噪音的效果较好。

（5）耐腐蚀性能好。玻璃钢是一种优良的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐、溶剂都有良好的抵抗能力。

（6）热性能好。玻璃钢热导率低，室温下为1.25～1.67kJ/（m·h·K），只有金属的1/100～1/1000，在有温差时所产生的热应力比金属小，在瞬时超高温的情况下，是一种理想的热防护和耐烧蚀材料。

（7）工艺性优良。玻璃钢制作工艺简单，极易造型，不易变形，制品外观质量佳，而且经济效果突出，对于那些形状较复杂的零件可以大大降低模具投资费用,而且生产周期短。

2.新型复合材料玻璃钢的成型方法

目前，玻璃钢常见的成型方法主要有以下几种：

（1）手糊法：是指通过人工手段，将基地浸渍在增强材料上，并且将其拉升展平在模具上，达到一定的厚度后，在室温常压下逐渐固化成型。目前我国的玻璃钢产品大多通过手糊法生产而成的。其特点是以湿态树脂成型为主，操作简单，成本低，投资少，通过手糊工艺可对有特殊性能要求、高难度、高技术的产品进行设计，但生产周期长、质量不稳定、机械化程度低。

（2）喷射法：通过切磨粗砂将其喷洒在模具中，堆积至所需高度后，进行压紧成型。

（3）模压法：安装阴阳模至压力机上，通过浸胶玻璃纤维布叠后放在模腔中进行加热加压，使之固化成型。

（4）缠绕法：是指在浸胶槽中浸泡了树脂胶液后的连续纤维束缠绕至芯模上，然后加热固化，脱模制成。

（5）RTM法（树脂传递模塑）：该成型方法是树脂流动成型工艺中一种较为先进的复合材料闭模生产工艺技术。ＲＴＭ法实际上是机械化的手糊工艺，是玻璃钢成型方法中未来最具发展前途的成型方法。它是预先在模具腔内制作好胶衣层，再铺设增强材料，增强材料可以是预成型制品也可是直接铺层织物，在低压机自动合模的作用下，通过专用的注射设备将达到工艺要求的树脂注入模腔内，固化成型。成型过程中采用的模具基本上是复合材料模具。

3.玻璃钢在工程机械上的应用

玻璃钢最早在工程机械上被广泛使用在装载机、压路机发动机罩上。

为了便于机器的维修，发动机罩以翻转式结构为主，由于考虑到玻璃钢轻质高强的优点，于是将玻璃钢作为可翻转式机罩首选材料。为保证结构强度和刚度要求，该发动机罩的骨架支撑采用钢板焊制而成，并且在受力较大部位进行金属填埋。同时在散热水箱前部两侧各开了一个铁丝网状侧门，这样便于散热；在发动机罩侧板上凸起的地方加强筋，有利于减轻薄板的振动，使机罩的刚度得以增加。与金属机罩相比，玻璃钢机罩表面光滑平整，棱边、棱角均通过圆弧过渡，外观整体性好，视觉效果佳，减振降噪作用突出。该发动机罩的另一个好处是将翻转机构上的销轴拆下后，便可轻易拆卸水箱。

几年来，我们成功地采用玻璃钢自制了工程机械上的一些零部件，如各类产品的护罩、排挡板、标牌、工具箱等，收到较好的效果。这些零部件如果采用金属材料制作，不仅工艺复杂，制作难度大，而且成本过高，表面质量不佳。采用玻璃钢后，不仅工艺简单，易成型，而且生产成本低，表面质量也显著提高，同时各种技术指标也能满足设计要求。尤其在强度方面，对玻璃钢制作的长350mm 、宽180mm、深220mm、厚5mm的工具箱进行了试验。试验结果表明：玻璃钢的强度指标并不比普通碳钢低，若以比强度（强度和比重之比 ）来衡量，玻璃钢明显优于普通碳钢。试验数据如下图所示。

试验所检测到的玻璃钢力学性能的一组数据

经过多年的实践与探索，玻璃钢在工程机械上的使用范围正日益扩大，如驾驶室的顶盖和围板、轮胎挡泥板、仪表盘壳体等均成功地使用到玻璃钢这一重要材料。众所周知，过去使用的仪表盘壳体大多是由多件金属件焊接而成的，焊道纵横,难度大，费用高。单就金属件的成形工装而言，至少需要10套，同时还需要一套整形工装。在改用玻璃钢后，由于玻璃钢具有易成形这一重要特点，直接采用整体成形工艺，手工制作较为方便，只需

具有一套木质模型即可。在进行工艺设计时，可将该仪表盘壳体的整体厚度调为5mm（原仪表盘焊接件厚度为3mm），再按照各部位的受力情况，合理添加增强材料。可适当在受力大的部位添加一些玻璃纤维，使玻璃纤维的层数得以增大，这样可将其作用充分发挥出来。选用的粘合剂尽量以不饱和聚脂树脂为主，这种粘合剂流动性、工艺性好、成本较低，而且易于操作，可增强仪表盘壳体的整体性能强。

尽管玻璃钢具有众多的优点，但并非是万能材料，玻璃钢的剪切强度只有其拉伸强度的50%,层剪切强度较低，只有其拉伸强度的5%-10%，这样在进行构件连接时，连接处便是一个明显的薄弱环节，因此为了弥补玻璃钢在这些方面的不足，我们在制作仪表盘壳体时，应把握好以下几个环节：

（1）所有螺纹部分均以埋置金属螺母的结构形式为主，以确保螺扣具有良好的耐磨性。

（2）对某些部位进行埋置金属筋板，以增加其剪切强度和刚度。

（3）在仪表盘的前沿与护罩连接部位应添加金属筋板，从而使连接强度得以增加。

（4）在轴套部分埋置金属钢板时，要确保在操纵油门时有足够的刚度，同时不易变形。

经过有效地处理后，仪表盘壳体性能明显得到了改善。改用玻璃钢制作的仪表盘壳体，表面质量大大得以提升，整体外观线条流畅，视觉效果更佳，使用效率更高。 [科]

【参考文献】

［１］胡振渭,王兴业,我国纤维增强复合材料的发展概况和前景[J].国防科技大学学报,1984(02).

［２］李庆章，任宝国，柏玉霞.浅谈玻璃钢在农业机械上的应用[J].农机科技推广，2006（08）.