玻璃鋼是多種復(fù)合材料中的一種。玻璃鋼是玻璃纖維增強塑料的俗稱,是目前技術(shù)比較成熟且應(yīng)用最為廣泛的一類復(fù)合材料。玻璃鋼于1932年在美國出現(xiàn),1940年以手糊成型制成了玻璃纖維增強聚酯的軍用飛機的雷達(dá)罩,其后不久,美國萊特空軍發(fā)展中心設(shè)計制造了一架以玻璃鋼為機身和機翼的飛機,并于1944年3月在萊特一帕特空軍基地試飛成功。從此纖維增強復(fù)合材料開始受到軍界和工程界的注意。第二次世界大戰(zhàn)以后這種材料迅速擴展到民用,風(fēng)靡一時,發(fā)展很快,1946年纖維纏繞成型技術(shù)在美國出現(xiàn),為纖維纏繞壓力容器的制造提供了技術(shù)貯備。1949年研究成功玻璃纖維預(yù)混料并制出了表面光潔,尺寸、形狀準(zhǔn)確的玻璃鋼模壓件。1950年真空袋和壓力袋成型工藝研究成功,并制成直升機的螺旋漿。60年代在美國利用纖維纏繞技術(shù),制造出北極星、土星等大型固體火箭發(fā)動機的殼體,為航天技術(shù)開辟了輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)的最佳途徑。在此期間,玻璃纖維-聚酯樹脂噴射成型技術(shù)得到了應(yīng)用,使手糊工藝的質(zhì)量和生產(chǎn)效率大為提高。1961年,片狀模塑料(簡稱SMC)在法國問世,利用這種技術(shù)可制出大幅面表面光潔,尺寸、形狀穩(wěn)定的制品,如汽車、船的殼體以及衛(wèi)生潔具等大型制作,從而更擴大了玻璃鋼的應(yīng)用領(lǐng)域。1963年前后在美、法、日等國先后開發(fā)了高產(chǎn)量、大幅寬、連續(xù)生產(chǎn)的玻璃鋼板材生產(chǎn)線,使玻璃鋼制品形成了規(guī)模化生產(chǎn)。拉擠成型工藝的研究始于50年代,60年代中期實現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn),在70年代拉擠技術(shù)又有了重大的突破,近年來發(fā)展更快。除圓棒狀制品外,還能生產(chǎn)管、箱形、槽形、工字形等復(fù)雜截面的型材,并帶有環(huán)向纏繞纖維以增加型材的側(cè)向強度。在70年代樹脂反應(yīng)注射成型(簡稱RIM)和增強樹脂反應(yīng)注射成型(簡稱RRIM)兩種成型技術(shù)研究成功,進一步改善了手糊工藝,使產(chǎn)品兩面光潔,現(xiàn)已大量用于衛(wèi)生潔具和汽車的零件生產(chǎn)。1972年美國PPG公司研究成功熱塑性片狀模型料成型技術(shù),1975年投入生產(chǎn)。這種玻璃鋼最大的特點改變了熱固性基體復(fù)合材料生產(chǎn)周期長、廢料不能回收的問題,并能充分利用塑料加工的技術(shù)和設(shè)備,因而發(fā)展快。制造管狀構(gòu)件的工藝除纏繞成型外,80年代又發(fā)展了離心澆鑄成型法,英國曾使用這種工藝生產(chǎn)10m長的復(fù)合材料電線桿、大口徑受外壓的管道等。從上述可知,新生產(chǎn)工藝的不斷出現(xiàn)推動著玻璃鋼工業(yè)的發(fā)展。
進入20世紀(jì)70年代,對玻璃鋼的研究改變了僅僅采用玻璃纖維增強樹脂的局面,人們一方面不斷開辟玻纖—樹脂復(fù)合材料的新用途,同時也發(fā)現(xiàn),這類復(fù)合材料的比剛度、比強度不夠理想,滿足不了對重量敏感,強度和剛度要求很高的尖端技術(shù)要求,因而開發(fā)了一批如碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、硼纖維、芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維等高性能增強材料,并使用高性能樹脂、金屬與陶瓷為基體,制成先進復(fù)合材料(簡稱ACM)。這種先進復(fù)合材料具有比玻璃纖維復(fù)合材料更好的性能,是用于飛機、火箭、衛(wèi)星、飛船等航空航天飛行器的理想材料。
在飛機上培育的碳纖維技術(shù)的應(yīng)用逐漸擴大到體育用品(網(wǎng)球拍、高爾夫桿、釣魚桿、比賽用汽車、比賽用快艇等)、由于地震而引進的道路或橋梁的修建。碳纖維增強塑料需求量逐年增長,目前世界上碳纖維的需求量大約在4萬噸左右,F(xiàn)在,研究開發(fā)汽車、高速鐵路車輛、舟船、風(fēng)力發(fā)電機、高速轉(zhuǎn)動的制紙機、機器人、高層建筑、大橋、開采深海石油等方向的應(yīng)用取得了進步。今天,在地球方面必須解決的一個問題是如何防止地球環(huán)境的惡化。人口的增長和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,化學(xué)燃料的使用量的增大,這些都導(dǎo)致空氣中的二氧化碳的含量增高及氣溫上升,為了有效地利用石油、煤炭、天燃?xì),需要移動的器械必須輕量化。玻璃鋼/復(fù)合材料可以使重量變輕,高性能玻璃鋼/復(fù)合材料的應(yīng)用將越來越廣泛。