纤维增强塑料
-
2023年3月17日发(作者：二次根式的化简)1
玻璃钢
一、玻璃钢的主要成分
玻璃钢同一切复合材料一样，由两部分材料组成。一部分称为增强材料，
在复合材料中起骨架作用；另一部分称为基体材料，在复合材料中起粘结作用。
玻璃钢中的增强材料就是玻璃纤维。玻璃纤维是由熔融的玻璃拉成或吹成
的无机纤维材料，其主要化学成分为二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化镁、氧
化钠等。制成的纤维有长丝、短丝及絮状物，直径一般为3～80微米，最粗也
只有头发丝那样粗细。直径为10微米的玻璃纤维，抗拉强度为3600兆帕，相
当于在每平方毫米的截面积上能承受360千克的拉力而不断。这种强度比高强
度钢还高出2倍。
我们知道，玻璃是很脆的，不小心掉到地上，“啪”的一声便粉身碎骨。
为什么拉成玻璃纤维后会有如此高的强度呢？大块玻璃强度不高，是因为其内
部存在许多微裂缝、气孔和夹杂物等。如果把大块玻璃比作一块布满小洞的破
布，把玻璃制成玻璃纤维就相当于把这块破布撕成许多细小的布条。我们知道，
把破布随意撕成布条时总是在有洞的地方撕开，这样，撕下来的布条上小洞就
减少了，就变得比破布还结实。玻璃纤维比一般玻璃强度高，甚至比钢还高，
道理就在于此。
二、纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺
复合材料主要由增强材料与基体材料两大部分组成：
增强材料：在复合材料中不构成连续相赋于复合材料的主要力学性能，如
玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP（碳纤维增强塑料）中的碳纤维素就是增强材料。
基体：构成复合材料连续相的单一材料如玻璃钢（GRP）中的树脂（本文谈
到的环氧树脂）就是基体。
按基体材料不同，复合材料可分为三大类：
树脂复合材料
金属基复合材料
无机非金属基复合材料，如陶瓷基复合材料。
本文讨论环氧树脂基复合材料。
1、为什么采用环氧树脂做基体？
2
固化收缩率较低，仅1%～3%，而不饱和聚酯树脂却高达7%～8%；
粘结力强；
有B阶段，有利于生产工艺；
可低压固化，挥发份甚低；
固化后力学性能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。
值得指出的是环氧树脂耐有机溶剂、耐碱性能较常用的酚醛与不饱和聚酯
权势脂为佳，然耐酸性差；固化后一般较脆，韧性较差。
2、环氧玻璃钢性能（按ASTM）
以FW（纤维缠绕）法制造的玻纤增强环氧树脂的产品为例，将其与钢比较。
表1GF/EPR与钢的性能比较
玻璃含量GF/EPR（玻纤
含量80wt%)
AISI1008冷轧
钢
相对密度2.087.86
拉伸强度551.6Mpa331.0Mpa
拉伸模量27.58GPa206.7Gpa
伸长率1.6%37.0%
弯曲强度689.5Mpa
弯曲模量34.48Gpa
压缩强度310.3MPa331.0Mpa
悬臂冲击强度2385J/m
燃烧性
（UL-94）
V-O
比热容535J/kg•k233J/kg•k
膨胀系数4.0×10-6k-16.7×10-6k-1
热变形温度204º
C(1.82MPa)
热导率1.85W/m•k33.7W/m•k
介电强度11.8×106V/m
吸水率0.5%(24h)
3
表2几种常用材料与复合材料的比强度和比模量
材料名称密度
g/cm3
拉伸强度×
104MPa
弹性模量×
106MPa
比强度×
106cm
比模
量×109cm
钢7.810.1020.590.130.27
钛4.59.4111.180.210.25
铝2.84.617.350.170.26
碳纤维/环
氧树脂
1.4514.7113.73
碳纤维/环
氧树脂
1.6104923.54
芳纶纤维/
环氧树脂
1.413.737.85
硼纤维/环
氧树脂
2.113.5320.59
硼纤维/铝2.659.8119.610.75c2
三、纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺简介
1、手糊成型（handlayup)
（1）概要依次在模具表面上施加
脱模剂
胶衣
一层粘度为0.3-0.4PaS的中等活性液体热固性树脂（须待胶衣凝结后）
一层纤维增强材料（玻纤、芳纶、碳纤维......），纤维增强材料有表面毡、
无捻粗纱布（方格布）等几种。以手持辊子或刷子使树脂浸渍纤维增强材料，
并驱除气泡，压实基层。铺层操作反复多次，直到达到制品的设计厚度。
树脂因聚合反应，常温固化。可加热加速固化。
4
（2）原材料FgbNG^
树脂不饱和聚酯树脂、已烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。
纤维玻纤、碳纤、芳纶等。虽然厚的芳纶织物难于手工将树脂浸透，亦可用。
芯材任意。
（3）优点
1）适合少量生产；
2）可室温成型，设备投资少，模具折旧费低；
3）可制造大型制品和型状复杂产品；
4）树脂和增强材料可自由组合，易进行材料设计；
5）可采用加强筋局部增强，可嵌入金属件；
6）可用胶衣层获得具有自由色彩和光泽的表面（如开模成型则一面不平滑）；
7）玻纤含量较喷射成型高。
无捻粗纱布50%左右
织物35%-45%
短切原丝毡30%-40%
（4）缺点
1）属于劳动密集型生产，产品质量由工人训练程度决定；
2）玻纤含量不可能太高；树脂需要粘度较低才易手工操作，溶剂/苯乙烯量高，
力学与热性能受限制；
3）手糊用树脂分子量低；通常可能较分子量高的树脂有害于人的健康和安全。
（5）典型产品
舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。
玻璃钢的理化性能、用途、优点、缺点和生产方法
玻璃钢的理化性能、用途、优点、缺点和生产方法的摘要：玻璃钢即即纤
维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。
以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称
谓玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚
醛玻璃钢之称。
5
FRP(FiberReinforcedPlastics)即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增
强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的
增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。由于所使用的树品种不
同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。
目录1理化性能2用途3优点4缺点5生产方法6参考资料
玻璃钢-理化性能
玻璃钢制成品：玻璃具有硬而易碎，具有很好的透明性以及耐高温、耐
腐蚀等性能；同时钢铁很硬并且不易碎，也具有耐高温的特点。于是人们开始
想，如果能制造一种既具有玻璃的硬度、耐高温、抗腐蚀的性质，又具有钢铁
一样坚硬不碎的特点，那这种材料一定会大有用途。
人们经过研究试验，终于制出了这样一种复合材料。它，就是能与钢铁比
肩而立的玻璃钢。
我们先来看一个试验，了解了解它的性能优良与否。
在一个群山环抱、绿树成荫的山谷里，一次试验正在进行。远在二百米以
外的掩体后的人们，眼睛都盯着山谷中央放着的一个氧气瓶。空气压缩机有节
奏地转动着，通过合金钢管道向那氧气瓶不断地充气。压力表上的指针牵动着
每个人的心。读数从100—200—400—500渐渐上升，直到７００公斤1平方厘
米时，只听得一声震天巨响，氧气瓶爆炸了！周围的人们欢呼着跳起来：“成
功了！”
氧气瓶是一种耐高压容器。它所承受的工作压力是１５０公斤/平方厘米。
为了使用安全，制造时要求它能忍受三倍的工作压力，即４５０公斤/平方厘米。
不爆裂，才算合格。上面试验的氧气瓶，远远超出了设计要求。这是用什么钢
材制成的呢？是玻璃钢，更为确切的说，是玻璃与塑料复合在一起制成的。
玻璃是硬而脆的材料，一摔就碎，这带有玻璃名的玻璃钢经得起摔吗？于
是又进行了新的试验。
将另一只玻璃钢氧气瓶充气到１５０公斤/平方厘米，然后从山顶上滚下山
谷。它与嶙峋的岩石碰撞着，一直滚到谷底仍然没有爆裂。玻璃钢氧气瓶经过
了质量鉴定考试。
6
一般玻璃的耐拉强度只有普通钢材的八分之一。把玻璃融化，拉成只有头发直
径的十几分之一那么细的玻璃纤维，原来又硬又易碎的玻璃就变成了又软又耐
拉的玻璃纤维，其耐拉强度可增加十几倍。
大家都知道，水泥块耐压，钢材耐拉。用钢材作筋骨，水泥砂石作肌肉，
让它们凝为一体，互相取长补短，变得坚强无比——这就是钢筋混凝土同样，
如我们用玻璃纤维作筋骨，用合成树脂（酚醛塑料、环氧树脂及聚酯树脂）作
肌肉，让它们凝为一体，制成的材料，其抗拉强度可与钢材相媲美—因此得名
叫玻璃钢。
四、玻璃钢-用途
玻璃钢是近五十多年来发展迅速的一种复合材料。玻璃纤维的产量的７
０％都是用来制造玻璃钢。玻璃钢古硬度高，比钢材轻得多。喷气式飞机上用
它作油箱和管道，可减轻飞机的重量。登上月球的宇航员们，他们身上背着的
微型氧气瓶，也是用玻璃钢制成的。玻璃钢加工容易，不锈不烂，不需油漆。
我国已广泛采用玻璃钢制造各种小型汽艇、救生艇、游艇，以及汽车制造业等，
节约了不少钢材。艺术界还用玻璃钢来做雕塑，电影界用来做道具，既方便快
捷，又省成本．可以仿制很多种材料效果．受到人们的欢迎．化工厂也采用酚
醛树脂的玻璃钢代替不锈钢做各种耐腐蚀设备，大大延长了设备寿俞。玻璃钢
元磁性，不阻挡电磁波通过。用它来做导弹的雷达罩，就好比给导弹戴上了一
副防护眼镜，既不阻挡雷达的“视线”，又起到防护作用。现在，许多导弹和
地面雷达站的雷达罩都是玻璃钢制造的。进入21世纪，根据玻璃钢的良好的透
波性，这个方面的性能，随着手机通讯的广泛流行，玻璃钢广泛被应用于制造
2G和3G天线外罩，玻璃钢以其良好的可成形性能，外观的可美化性，起到了很
好的小区美化作用，这方面的产品有方柱线罩，仿真石，野外应用的美化树等
玻璃钢还为提高体育运动的水乎立下了汗马功劳。自从有撑竿跳高这项运动以
来，运动员使用木制撑竿创造的最高纪录是３．０５米。后来使用了竹竿。到
一九四二年，把纪录提高到了４．７７米。竹竿的优点是轻而富有弹性，欠缺
之处是下端粗而上端细，再要提高记录有很大困难，于是人们又用铝合金竿代
替竹竿，它虽然轻而牢固，但弹性不足。这样，从一九四二年到一九五七年，
7
十五年时间，撑竿跳高的最高纪录仅仅提高了１厘米。但自从新的玻璃钢撑竿
出现以后，由于它轻而富于弹性，纪录飞速上升，如今的撑杆跳高纪录已经超
过了６米大关。在今天，玻璃钢也被大量应用在人们的生活方面，人们亲切地
把它叫“玻璃钢”，由于它的某些特殊品种仍能保留许多玻璃的优点，如透明
性，于是人们用它作为窗户玻璃，既能遮挡阳光中的紫外线，又能使居室明亮。
人们还把它用来制作各种坚固耐用的生活日常用品。如浴具、厨房用具、梳洗
用具等。
五、玻璃钢板的特点及性能
玻璃钢-优点
(1)轻质高强
相对密度在1.5~2.0之间，只有碳钢的1/4~1/5，可是拉伸强度却接近，甚
至超过碳素钢，而比强度可以与高级合金钢相比。因此，在航空、火箭、宇宙
飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。
某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。部分材料的密度、
强度和比强度见表1-1。
(2)耐腐蚀性能好
FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类
和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、
不锈钢、木材、有色金属等。
(3)电性能好
是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波
透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。
(4)热性能良好
FRP热导率低，室温下为1.25~1.67kJ/（m〃h〃K），只有金属的1/100~1/1000，
是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能
保护宇宙飞行器在2000℃以上承受高速气流的冲刷。
(5)可设计性好
①可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，可以使
产品有很好的整体性。
8
②可以充分选择材料来满足产品的性能，如：可以设计出耐腐的，耐瞬时
高温的、产品某方向上有特别高强度的、介电性好的等等。
(6)工艺性优良
①可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。
②工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型
的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。
玻璃钢-缺点
玻璃钢
(1)弹性模量低
FRP的弹性模量比木材大两倍，但比钢（E=2.1×106）小10倍，因此在产
品结构中常感到刚性不足，容易变形。
可以做成薄壳结构、夹层结构，也可通过高模量纤维或者做加强筋等形式
来弥补。
(2)长期耐温性差
一般FRP不能在高温下长期使用，通用聚酯FRP在50℃以上强度就明显下
降，一般只在100℃以下使用；通用型环氧FRP在60℃以上，强度有明显下降。
但可以选择耐高温树脂，使长期工作温度在200~300℃是可能的。
(3)老化现象
老化现象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外线、风沙雨雪、化学介
质、机械应力等作用下容易导致性能下降。
(4)层间剪切强度低
层间剪切强度是靠树脂来承担的，所以很低。可以通过选择工艺、使用偶
联剂等方法来提高层间粘结力，最主要的是在产品设计时，尽量避免使层间受
剪。
玻璃钢-生产方法
玻璃钢管道
9
基本上分两大类，即湿法接触型和干法加压成型。如按工艺特点来分，有
手糊成型、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包
括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。
目前世界上使用最多的成型方法有以下四种。
①手糊法：主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等。
②喷射法：主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。
③模压法：主要使用国家有德国等。
④FTM法：主要使用国家有欧美各国、日本。
我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的，其他有模压法、缠绕法、层压
法等（见第十一章）。日本的手糊法仍占50%。从世界各国来看，手糊法仍占相
当比重，说明它仍有生命力。手糊法的特点是用湿态树脂成型，设备简单，费
用少，一次能糊10m以上的整体产品。缺点是机械化程度低，生产周期长，质
量不稳定。近年来，我国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备，随着FRP
工业的发展，新的工艺方法将会不断出现。
六、请问玻璃钢的国家质量标准
GB／T1747.0—1998玻璃纤维短切原丝毡
GB／T1836.9—2001玻璃纤维无捻粗纱
GB／T1837.0—2001玻璃纤维无捻粗纱布
GB／T1837.1——2001连续玻璃纤维纱
GB／T1837.2—2001玻璃纤维导风筒基布
GB／T1837.3—2001印制板用E玻璃纤维布
QB/T1476--1992玻璃钢钓鱼竿
玻璃钢导热系数试验方法GB/T3139-2005
玻璃钢制品卫生标准分析方法GB13117－91
GB/T7190.1-1997玻璃纤维增强塑料冷却塔第1部分：中小型玻璃纤维
增强塑料冷却塔
GB/T7190.2-1997玻璃纤维增强塑料冷却塔第2部分：大型玻璃纤维增
强塑料冷却塔
10
GB/T8237-2005纤维增强塑料用液体不饱和聚酯树脂
GB/T13095.1-2000整体浴室
GB/T13095.2-2000整体浴室类型和尺寸系列
GB/T13095.3-2000整体浴室防水盘
GB/T13095.4-2000整体浴室试验方法
GB/T14205-1993玻璃纤维增强塑料养殖船
GB/T14206-2005玻璃纤维增强聚酯波纹板
GB/T14354-1993玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂食品容器
GB/T15568-1995通用型片状模塑料（SMC）
JC552-1994纤维缠绕增强热固性树脂压力管
JC/T553-1994玻璃纤维增强塑料离心通风机
JC/T587-1995纤维缠绕增强塑料贮罐
JC/T658.1-1997玻璃纤维增强塑料水箱第1部分：SMC组合式水箱
JC/T658.2-1997玻璃纤维增强塑料水箱第2部分：手糊成型整体式水箱
JC692-1998反渗透水处理装臵用玻璃纤维增强塑料压力壳体
JC/T695-1998离心浇铸玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂夹砂管
JC/T696-1998离心浇铸玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂夹砂管管件
JC/T717-1990（1996）地面用玻璃纤维增强塑料压力容器（原ZBQ23
004-1990）
JC/T718-1990（1996）玻璃纤维增强聚酯树脂耐腐蚀卧式容器（原ZBQ23
005-1990）
JC/T779-2000玻璃纤维增强塑料浴缸
JC/T783-2004玻璃纤维增强改性酚醛塑料球阀
JC/T838-1998玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管
JC/T941-2004门、窗用玻璃纤维增强塑料拉挤中空型材
JC/T944-2005彩喷片状模塑料（SMC）瓦
JC/T988-2006电缆用玻璃钢保护管
JC/T1009-2006玻璃纤维增强塑料复合检查井盖
JC/T1010-2006卫星地球接收站用片状模塑料（SMC）天线反射面
11
二、基础标准
GB/T3961-1993纤维增强塑料术语
三、方法标准
GB/T1446-2005纤维增强塑料性能试验方法总则
GB/T1447-2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法
GB/T1448-2005纤维增强塑料压缩性能试验方法
GB/T1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法
GB/T1450.1-2005纤维增强塑料层间剪切强度试验方法
GB/T1450.2-2005纤维增强塑料冲压式剪切强度试验方法
GB/T1451-2005纤维增强塑料简支梁式冲击韧性试验方法
GB/T1452-2005夹层结构平拉强度试验方法
GB/T1453-2005夹层结构或芯子平压性能试验方法
GB/T1454-2005夹层结构侧压性能试验方法
GB/T1455-2005夹层结构或芯子剪切性能试验方法
GB/T1456-2005夹层结构弯曲性能试验方法
GB/T1457-2005夹层结构滚筒剥离强度试验方法
GB/T1458-1988纤维缠绕增强塑料环形试样拉伸试验方法
GB/T1461-1988纤维缠绕增强塑料环形试样剪切试验方法
GB/T1462-2005纤维增强塑料吸水性试验方法
GB/T1463-2005纤维增强塑料密度和相对密度试验方法
GB/T1464-2005夹层结构或芯子密度试验方法
GB/T2567-1995树脂浇铸体性能试验方法总则
GB/T2568-1995树脂浇铸体拉伸性能试验方法
GB/T2569-1995树脂浇铸体压缩性能试验方法
GB/T2570-1995树脂浇铸体弯曲性能试验方法
GB/T2571-1995树脂浇铸体冲击试验方法
GB/T2572-2005纤维增强塑料平均线膨胀系数试验方法
GB/T2573-1989玻璃纤维增强塑料大气暴露试验方法
GB/T2574-1989玻璃纤维增强塑料湿热试验方法
12
GB/T2575-1989玻璃纤维增强塑料耐水性试验方法
GB/T2576-2005纤维增强塑料树脂不可溶分含量试验方法
GB/T2577-2005玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法
GB/T2578-1989纤维缠绕增强塑料环形试样制作方法
GB/T3139-2005纤维增强塑料导热系数试验方法
GB/T3140-2005纤维增强塑料平均比热容试验方法
GB/T3354-1999定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法
GB/T3355-2005纤维增强塑料纵横剪切试验方法
GB/T3356-1999单向纤维增强塑料弯曲性能试验方法
GB/T3362-2005碳纤维复丝拉伸性能试验方法
GB/T3363-1982碳纤维复丝纤维根数检验方法（显微镜法）
GB/T3364-1982碳纤维直径和当量直径检验方法（显微镜法）
GB/T3365-1982碳纤维增强塑料孔隙含量检验方法（显微镜法）
GB/T3366-1996碳纤维增强塑料纤维体积含量试验方法
GB/T3854-2005增强塑料巴柯尔硬度试验方法
GB/T3855-2005碳纤维增强塑料树脂含量试验方法
GB/T3856-2005单向纤维增强塑料平板压缩性能试验方法
GB/T3857-2005玻璃纤维增强热固性塑料耐化学介质性能试验方法