复合材料原理第7章

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1、复合材料物理和化学性能的复合规律复合材料物理和化学性能的复合规律8.1 密度密度 8.2 热性能热性能 8.3 燃烧特性燃烧特性8.4 光学性能光学性能 8.5 耐化学性耐化学性 复合材料中，基体或填料的含量通常以质量百分复合材料中，基体或填料的含量通常以质量百分率表示，必须将质量百分率换算成体积百分率，率表示，必须将质量百分率换算成体积百分率，才能应用复合规则来估算复合材料的密度。才能应用复合规则来估算复合材料的密度。 fffmcVV)1 (8.1 密度密度c复合材料的密度；复合材料的密度；m基体的密度；基体的密度；f增强体的密度；增强体的密度；Vf增强体的体积分数。增强体的体积分数。 复合

2、材料的最基本物复合材料的最基本物性性(8.1)如果以基体在复合材料中的质量分数如果以基体在复合材料中的质量分数Wm为已知数：为已知数：)1 ()1 (fmfffmmVVVWfmmmfmmmffmVVWWVW)1 ()1 (mmmmfmfWWWVmmfmmmfWWWV)1 ()1 (mmfmmmfmmfmmmmcWWWWWW)1 ()1 ()1 ()1 (1 mmfmmmffmmWWWW)1 ()1 (mmfmfmWW)1 ( 对于聚合物基复合材料，对于聚合物基复合材料，由于由于m对大多数聚合物来对大多数聚合物来说差别不大，当填料一定说差别不大，当填料一定时，复合材料的密度主要时，复合材料的密度

3、主要取决于填料的含量。取决于填料的含量。 fffmcVV)1 (8.1)mmfmmmfWWWV)1 ()1 (8.2 热性能热性能热性能热性能热基础物性热基础物性耐热性耐热性热膨胀系数热膨胀系数导热系数导热系数 比热比热热功能复合材料热功能复合材料的最重要性质的最重要性质与力学性能并列为结构与力学性能并列为结构复合材料最重要的特性复合材料最重要的特性 热膨胀系数；热膨胀系数；Vf增强体的容积分数；增强体的容积分数；角标角标c、m、f分别代表复合材料、基体和增强体。分别代表复合材料、基体和增强体。fffmcVV)1 (8.2.1 热基础物性热基础物性基本上可按复合规则加以估算：基本上可按复合规则

4、加以估算： 一般无机填料的热膨胀系数较聚合物的要小得多，一般无机填料的热膨胀系数较聚合物的要小得多，所以，填充无机填料的复合塑料其热膨胀系数要较纯所以，填充无机填料的复合塑料其热膨胀系数要较纯聚合物的小，其数值接近于金属的热膨胀系数。聚合物的小，其数值接近于金属的热膨胀系数。 聚合物、填料及其复合材料的热膨胀系数聚合物、填料及其复合材料的热膨胀系数( (1010-5-5) )聚合物聚合物热膨胀系数热膨胀系数（1/）填料填料热膨胀系数热膨胀系数（1/）复合材料复合材料热膨胀系数热膨胀系数（1/）PP10-11玻璃纤维玻璃纤维E0.5PP(含含30GF，质，质量比量比)3.2PVC(硬质硬质)7-

5、8碳纤维（碳纤维（PAN系）系）（0.3-0.5）PC（含（含30GF，质量比）质量比）2.7PC7滑石粉滑石粉0.8尼龙尼龙66（含（含30GF，质量比）质量比）2.2尼龙尼龙68CaCO31AS（含（含30GF，质量比）质量比）2.8尼龙尼龙6610-15铝铝2.4PP（含（含33CaCO3，质量比），质量比）4.2AS6-7铁铁1.2PVC（含（含33木粉，木粉，质量比）质量比）3.2材料材料热膨胀系数热膨胀系数（10-5/）流动方向流动方向垂直流动方向垂直流动方向尼龙尼龙-6 非增强非增强11.713.7FRTP（含（含GF30）0.8712.0PC 非增强非增强7.67.6FRTP（

6、含（含GF30）1.96.8改性改性 PPO 非增强非增强7.78.5FRTP（含（含GF30）2.37.1PET FRTP（含（含GF30）0.754.5膨胀系数的各向异性膨胀系数的各向异性 由于纤维在流动方向的取向，使流动方向上及由于纤维在流动方向的取向，使流动方向上及与之垂直方向上的热膨胀系数产生很大的差异。与之垂直方向上的热膨胀系数产生很大的差异。 影响成型速度影响成型速度制备导热或隔热性制品制备导热或隔热性制品 塑料的成型工艺几乎都伴随着加热和冷却过程。塑料的成型工艺几乎都伴随着加热和冷却过程。填料的加入，如果提高混合物的导热系数，可缩短加填料的加入，如果提高混合物的导热系数，可缩短

7、加热或冷却时间，也就是提高成型速度。热或冷却时间，也就是提高成型速度。 随着填料的不同，复合塑料可用作隔热或导热材随着填料的不同，复合塑料可用作隔热或导热材料。以空气为填料的泡沫塑料是良好的隔热材料，而料。以空气为填料的泡沫塑料是良好的隔热材料，而以碳纤维、金属粉等为填料的复合塑料则可作为导热以碳纤维、金属粉等为填料的复合塑料则可作为导热性复合材料使用。性复合材料使用。复合材料的导热系数在理想情复合材料的导热系数在理想情况下可由下列复合规则估算：况下可由下列复合规则估算： fffmcVV)1 (Pf填料的最填料的最高填充容积分数高填充容积分数ffmcVBABV11)() 1(ABmfmffff

8、VPP211 实际的复合材料由于填料的形态等因素的影响，其导热实际的复合材料由于填料的形态等因素的影响，其导热系数各异。系数各异。Nielsen考虑了这些因素后提出下列公式：考虑了这些因素后提出下列公式：AKE1KE爱因斯坦系数爱因斯坦系数各种材料的导热系数各种材料的导热系数 聚合物聚合物导热系数导热系数W/(mK)填料填料导热系数导热系数W/(mK)复合材料复合材料导热系数导热系数W/(mK)尼龙尼龙-660.25E玻纤玻纤1.30尼龙尼龙-66（含（含40玻纤）玻纤）0.50尼龙尼龙-120.29碳纤维碳纤维2.10-10.45尼龙尼龙-66（含（含40碳纤）碳纤）1.21PPS0.28碳

9、酸钙碳酸钙2.34尼龙尼龙-12（含（含30玻纤）玻纤）0.24PSU0.26滑石粉滑石粉2.10PPS（含（含30玻纤）玻纤）0.40PP0.13铁（钢）铁（钢）58.52PPS（含（含30碳纤）碳纤）0.75 铝铝209PSU（含（含30玻纤）玻纤）0.31 杉（纵向）杉（纵向）0.42PPS（含（含30碳纤）碳纤）0.80 杉（横向）杉（横向）0.11PP（含（含30玻纤）玻纤）0.33 PP（含（含30CaCO3）0.35填料的导热系数一填料的导热系数一般比聚合物的大，般比聚合物的大，可预计，复合塑料可预计，复合塑料的导热系数要比单的导热系数要比单纯聚合物的大。纯聚合物的大。 fffm

10、cVcVcc)1 (复合材料在一定温度下的比热基本上可由复合规则估算：复合材料在一定温度下的比热基本上可由复合规则估算：使单位物量的某种物质升使单位物量的某种物质升高单位温度所需的热量高单位温度所需的热量质量比热质量比热容量比热容量比热摩尔比热摩尔比热 填料的质量比热一般比聚合物的稍小，因此复填料的质量比热一般比聚合物的稍小，因此复合材料的质量比热也比单一聚合物的稍小。但两者合材料的质量比热也比单一聚合物的稍小。但两者的容量比热则无大差异。的容量比热则无大差异。设各元素在处于液体和固体时的摩尔比热：设各元素在处于液体和固体时的摩尔比热：元素元素液体液体固体固体C2.81.8H4.82.3O6.

11、04.0S、P7.45.4F7.05.0Si5.83.8B4.72.7其他元素其他元素8.06.2以碳酸钙为例，其比热可计算如下：以碳酸钙为例，其比热可计算如下：Ca C O3(固体固体)6.21.834.020碳酸钙的分子质量碳酸钙的分子质量40.08 + 12.0l + 316100.09故其质量比热故其质量比热cf20100.090.20calg8.38Jg这个值与碳酸钙在这个值与碳酸钙在20时的实测值为时的实测值为8.57Jg基本吻合。基本吻合。 一般表现为随着填料一般表现为随着填料的加入，玻璃化温度升高，的加入，玻璃化温度升高，玻璃化温度的升高程度与玻璃化温度的升高程度与填料加入量成

12、正比。填料加入量成正比。8.2.2 耐热性耐热性表征非结晶性聚合物表征非结晶性聚合物耐热性的物理量是玻耐热性的物理量是玻璃化温度璃化温度Tg，结晶性，结晶性聚合物是熔点聚合物是熔点Tm。聚合基复合材料的聚合基复合材料的T Tg g与与填充物含量的关系填充物含量的关系在聚甲基丙烯酸甲酯中在聚甲基丙烯酸甲酯中加入加入10白垩，玻璃化白垩，玻璃化温度可下降温度可下降10左右。左右。 在界面上由于填料在界面上由于填料-聚合物分子聚合物分子间作用力的存在，使聚合物大分子间作用力的存在，使聚合物大分子链段运动受到阻碍，因而使聚合物链段运动受到阻碍，因而使聚合物的玻璃化温度升高。这种聚合物大的玻璃化温度升高

13、。这种聚合物大分子链段运动受阻的程度随着填料分子链段运动受阻的程度随着填料-聚合物分子间作用力增大而增高。聚合物分子间作用力增大而增高。填料的加入引填料的加入引起聚合物微观起聚合物微观结构的改变结构的改变 引起界面层引起界面层 聚合物大分子敛集密聚合物大分子敛集密度的改变度的改变(一般情况下是密度降低一般情况下是密度降低)，随着大分子敛集密度的改变，改变了随着大分子敛集密度的改变，改变了分子间作用力，因而改变分子链段的分子间作用力，因而改变分子链段的活动能力，使聚合物的玻璃化温度随活动能力，使聚合物的玻璃化温度随之而发生变化。之而发生变化。基体聚合物的耐热性和基体聚合物的耐热性和FRTP的热变

14、形温度的热变形温度 基体聚合物基体聚合物FRTP(含含GF20)热热变形温度变形温度T2()T2T1()类别类别名称名称熔点熔点()玻璃化玻璃化温度温度()热变形热变形温度温度()结晶性结晶性树脂树脂PP176 601211496189HDPE1374912778尼龙尼龙-622549218149尼龙尼龙-6626571255184POM16511016353PET267124227123非结晶非结晶性树脂性树脂PS 1059310411PC15013214311PSU1901741828材料在材料在1.86MPa或或0.46MPa的受压负荷的受压负荷下，材料变形达一下，材料变形达一定尺寸时的

15、温度。定尺寸时的温度。经填料填充经填料填充后热变形温后热变形温度明显上升度明显上升经填料填充经填料填充后热变形温后热变形温度上升不大度上升不大 一般来讲，如果填料具有高的表面能，或一般来讲，如果填料具有高的表面能，或聚合物分子的极性较大，则填料聚合物分子的极性较大，则填料-聚合物分子间聚合物分子间引力也较大，即提高聚合物玻璃化温度较明显。引力也较大，即提高聚合物玻璃化温度较明显。如在填料如在填料聚合物界面能形成氢键，则填料的聚合物界面能形成氢键，则填料的加入促使聚合物玻璃化温度的升高就更加明显。加入促使聚合物玻璃化温度的升高就更加明显。例如，玻璃纤维增强尼龙塑料，由于玻璃例如，玻璃纤维增强尼龙

16、塑料，由于玻璃尼尼龙界面上可能形成氢键，因此，玻璃纤维加入龙界面上可能形成氢键，因此，玻璃纤维加入后可使尼龙的玻璃化温度有显著的提高。后可使尼龙的玻璃化温度有显著的提高。 热变形温度的负荷依赖性热变形温度的负荷依赖性 材料材料热变形温度（热变形温度（）0.46 MPa1.86MPaPP10560PP/滑石粉（滑石粉（30）14595PP/GF（20）162150尼龙尼龙-6619070尼龙尼龙-66/GF(30%)255250AS10090AS/GF(30%)115105 聚合物的燃烧过程由两个相继的化学过程聚合物的燃烧过程由两个相继的化学过程分解分解和燃烧所组成，两者通过着火和热反馈相互联系

17、。和燃烧所组成，两者通过着火和热反馈相互联系。8.3 燃烧特性燃烧特性8.3.1 聚合物的燃烧特性聚合物的燃烧特性聚合物聚合物热分解热分解热散失热散失不燃物不燃物可燃物可燃物焦焦熔融物熔融物燃烧燃烧气体气体烟烟碳粒碳粒-Q1+Q2+Q2热散失热散失热反馈热反馈 以氧指数作为聚合物阻燃性的判据是以氧指数作为聚合物阻燃性的判据是Fenimore和和Martin于于1966年引入的。它是年引入的。它是指聚合物着火后刚够维持燃烧时氧气在试指聚合物着火后刚够维持燃烧时氧气在试验气体验气体(氧、氮混合气体氧、氮混合气体)中的最小百分含中的最小百分含量。试验用标准试样在标准条件量。试验用标准试样在标准条件2

18、5和气和气流线速度为流线速度为(4土土1)cms下进行。下进行。 一些聚合物的氧指数一些聚合物的氧指数聚合物聚合物氧指数氧指数聚合物聚合物氧指数氧指数聚甲醛聚甲醛15羊毛羊毛25聚环氧乙烷聚环氧乙烷15聚碳酸酯聚碳酸酯27聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯17聚间苯二甲酰苯聚间苯二甲酰苯二胺二胺28.5聚丙稀腈聚丙稀腈18聚苯醚聚苯醚29聚乙烯聚乙烯18聚砜聚砜30聚丙烯聚丙烯18酚醛树脂酚醛树脂35聚异戊二烯聚异戊二烯18.5氯丁橡胶氯丁橡胶40聚丁二烯聚丁二烯18.5聚苯骈咪唑聚苯骈咪唑41.5聚苯乙烯聚苯乙烯18.5聚氯乙稀聚氯乙稀42纤维素纤维素19聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯44聚对苯二甲酸乙

19、二酯聚对苯二甲酸乙二酯21聚偏氯乙烯聚偏氯乙烯60聚乙烯醇聚乙烯醇22石墨石墨60尼龙尼龙-6623聚四氟乙烯聚四氟乙烯95聚聚3，3-二（氯甲二（氯甲基）环氧丙烷基）环氧丙烷23环氧树脂环氧树脂19.88 83 32 2 填料对聚合物基复合材料燃烧性的影响填料对聚合物基复合材料燃烧性的影响 8 83 32 21 1 三氧化二锑三氧化二锑 三氧化二锑三氧化二锑(Sb(Sb2 2O O3 3) )是最常用的阻燃填料之一，它是很多家是最常用的阻燃填料之一，它是很多家电部件的难燃塑料基本配方的核心。三氧化二锑在单独使用时电部件的难燃塑料基本配方的核心。三氧化二锑在单独使用时几乎没有阻燃效果，但与有机

20、卤化物并用时却具有明显的阻燃几乎没有阻燃效果，但与有机卤化物并用时却具有明显的阻燃效果。效果。 SbSb2 2O O3 3- -有机卤化物的阻燃机理相当复杂，一般认为三氧化二锑有机卤化物的阻燃机理相当复杂，一般认为三氧化二锑和有机卤化物发生以下反应。和有机卤化物发生以下反应。 三氧化二锑与含氯有机物分解生成的氯化氢相作用生成三三氧化二锑与含氯有机物分解生成的氯化氢相作用生成三氯化锑氯化锑 SbSb2 2O O3 33HCl3HCl2SbOCl2SbOClH H2 2O O5SbOCl 2SbOCI5SbOCl 2SbOCISbSb2 2O O3 3(固固) )SbClSbCl3 3( (气气)

21、 )42SbOCl42SbOClSbSb2 2O O3 3(固固) 5SbOCl) 5SbOClSbSb2 2O O3 3(固固) ) SbClSbCl3 3( (气气) )3SbOCl3SbOClSbSb2 2O O3 3(固固) 4 Sb) 4 Sb2 2O O3 3 ( (固固) )SbClSbCl3 3( (气气) )2 Sb2 Sb2 2O O3 3 ( (固固) Sb) Sb4 4O O6 6( (液液) )生成的三氯化锑在气相捕捉生成的三氯化锑在气相捕捉H H 、HOHO和和CHCH3 3等活性自由基从等活性自由基从而减缓燃烧过程的进行：而减缓燃烧过程的进行： SbCl SbCl

22、3 3H HHClHClSbClSbCl2 2 SbCl SbCl3 3 C1C1SbClSbCl2 2 SbCl SbCl3 3CHCH3 3CHCH3 3C1C1SbClSbCl2 2 SbClSbCl2 2H(H(CHCH3 3) HCl(CH) HCl(CH3 3C1)C1)SbClSbCl SbClSbClH(H(CHCH3 3) HCl(CH) HCl(CH3 3C1)C1)SbSb Sb SbO OMSbOMSbOM M Sb SbOHOHMSbOHMSbOHM M SbOH SbOHH HSbOSbOH H2 2 SbO SbOH HSbOH SbOH 表表8 87 Sb7 S

23、b2 2O O3 3卤化物的阻燃效果卤化物的阻燃效果 组成组成配方（，质量比）配方（，质量比）PEPEPPPPPSPS聚合聚合物物1001006060100100606085851001008585SbSb2 2O O3 3131310105 55 5全氯全氯环戊环戊癸烷癸烷27273030溴代溴代联苯联苯醚醚10101010氧指氧指数数17.417.424.024.017.417.427.027.027.027.018.318.324.524.58 83 32 2。2 2 钼化物钼化物 三氧化钼和钼酸锑等钼化物通常被用作三氧化钼和钼酸锑等钼化物通常被用作PVCPVC和含卤聚酯等和含卤聚酯等塑

24、料的阻燃剂。塑料的阻燃剂。 钼化物的阻燃效果虽略低于三氧化二锑，但它具有抑制燃钼化物的阻燃效果虽略低于三氧化二锑，但它具有抑制燃烧时发烟的特点。表烧时发烟的特点。表8.88.8为钼化物在玻璃纤维增强卤化聚酯中为钼化物在玻璃纤维增强卤化聚酯中的阻燃效果。从表中数据可见，无论钼化物单独使用，或与的阻燃效果。从表中数据可见，无论钼化物单独使用，或与SbSb2 2O O3 3或与氢氧化铝并用都能发挥出优异的阻燃效果和明显的或与氢氧化铝并用都能发挥出优异的阻燃效果和明显的抑制发烟效果。抑制发烟效果。 钼化物之所以有与钼化物之所以有与SbSb2 2O O3 3如此不同的效果，可从与如此不同的效果，可从与P

25、VCPVC复合复合塑料燃烧残渣的元素分析结果来看，钼化物的阻燃机理主要不塑料燃烧残渣的元素分析结果来看，钼化物的阻燃机理主要不是通过气相反应，而是在固相上促进碳化层的生成或者促进卤是通过气相反应，而是在固相上促进碳化层的生成或者促进卤素或卤化氢的生成以实现其阻燃效果。素或卤化氢的生成以实现其阻燃效果。表表8.8 8.8 钼化物在玻璃纤维增强卤化聚酯中的阻燃效果钼化物在玻璃纤维增强卤化聚酯中的阻燃效果 阻燃剂阻燃剂氧指数氧指数发烟量（相对值）发烟量（相对值）无无33.08.41三氧化二锑三氧化二锑34.514.03三氧化二锑三氧化二锑42.016.25三氧化钼三氧化钼36.05.47三氧化钼三氧

26、化钼39.04.31三氧化二锑三氧化二锑1三氧化钼三氧化钼39.53.91三氧化二锑三氧化二锑2三氧化钼三氧化钼40.07.15辛钼酸锑辛钼酸锑36.52.75二钼酸锑二钼酸锑34.02.615氢氧化铝氢氧化铝35.04.38氢氧化铝氢氧化铝2三氧化钼三氧化钼40.01.28氢氧化铝氢氧化铝2二钼酸锑二钼酸锑38.51.08 83 32 23 3 含磷化合物含磷化合物 用作聚合物阻燃添加剂的含磷化合物是多种多样的，例如用作聚合物阻燃添加剂的含磷化合物是多种多样的，例如，红磷、多磷酸铵、有机磷酸酯和亚磷酸酪、含磷聚合物等等，红磷、多磷酸铵、有机磷酸酯和亚磷酸酪、含磷聚合物等等。它们的阻燃机理不尽

27、相同，取决于含磷阻燃剂的类别和被阻。它们的阻燃机理不尽相同，取决于含磷阻燃剂的类别和被阻燃对象的类别。燃对象的类别。 不同含磷化合物对燃烧时不成焦的聚合物不同含磷化合物对燃烧时不成焦的聚合物( (聚乙烯、聚甲基聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲醛丙烯酸甲酯和聚甲醛) )和成焦聚合物和成焦聚合物( (环氧树脂环氧树脂) )的阻燃效果见的阻燃效果见表表8 89 9。 表表8 89 9 含磷化合物的阻燃效果含磷化合物的阻燃效果 聚合物聚合物阻燃剂阻燃剂氧指数氧指数聚乙烯聚乙烯无无17.5三苯基磷酸酯三苯基磷酸酯19.4三苯基亚磷酸酯三苯基亚磷酸酯19.5三甲酚基磷酸酯三甲酚基磷酸酯19.8三（三（2，3

28、-二氯丙基）磷酸酯二氯丙基）磷酸酯20.0三苯基膦三苯基膦19.3聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯无无17.4三甲酚基磷酸酯三甲酚基磷酸酯18.8聚甲醛聚甲醛无无15.7三甲酚基磷酸酯三甲酚基磷酸酯17.9环氧树脂环氧树脂无无19.8三苯基膦三苯基膦31.7 8 83 32 24 4 氢氧化铝氢氧化铝( (三水合氧化铝三水合氧化铝) ) 对大多数热塑性和热固性聚合物，氢氧化铝是最常用的阻对大多数热塑性和热固性聚合物，氢氧化铝是最常用的阻燃性填料之一。燃性填料之一。 egeg：添加添加4040( (质量比质量比) )的氢氧化铝即可显著地减缓聚乙烯的氢氧化铝即可显著地减缓聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和

29、、聚丙烯、聚氯乙烯和ABSABS等聚合物的热分解速度，对热分解等聚合物的热分解速度，对热分解温度较低的聚苯乙烯，氢氧化铝的阻燃效果要差一些。温度较低的聚苯乙烯，氢氧化铝的阻燃效果要差一些。 一般认为氢氧化铝的阻燃作用一般认为氢氧化铝的阻燃作用主要由于主要由于它脱水时的吸热效它脱水时的吸热效应，降低了凝聚相的温度，因而有效地减缓了聚合物的分解速应，降低了凝聚相的温度，因而有效地减缓了聚合物的分解速度。其次，氢氧化铝脱水放出的水稀释了由聚合物热解所生成度。其次，氢氧化铝脱水放出的水稀释了由聚合物热解所生成的可燃性气体并减少了烟雾的生成。的可燃性气体并减少了烟雾的生成。 除氢氧化铝外，凡在受热时可产

30、生大量的水和二氧化除氢氧化铝外，凡在受热时可产生大量的水和二氧化碳气体的无机填料都具有一定的阻燃作用，例如，氢氧化碳气体的无机填料都具有一定的阻燃作用，例如，氢氧化镁、碱性碳酸镁镁、碱性碳酸镁(3MgCO(3MgCO3 3Mg(OH)Mg(OH)2 23H3H2 2O)O)、碱式碳酸钠铝、碱式碳酸钠铝(Na(Na2 2O OA1A12 2O O3 32CO2CO2 2。2H2H2 20)0)和硼酸锌和硼酸锌(2ZnO(2ZnO2B2B2 20 03 33.5H3.5H2 2O)O)等。等。 当然，并不是所有可产生不燃性气体的填料都有良好当然，并不是所有可产生不燃性气体的填料都有良好的阻燃效果，

31、只有满足以下条件的才能成为有效的阻燃剂的阻燃效果，只有满足以下条件的才能成为有效的阻燃剂：产生不燃性气体的温度略低于聚合物热分解温度；在复：产生不燃性气体的温度略低于聚合物热分解温度；在复合塑料的混炼、成型温度下不产生不燃性气体。合塑料的混炼、成型温度下不产生不燃性气体。8 84 4 光学性能光学性能 金属和陶瓷基复合材料都不透光，唯独聚合物基复合材料金属和陶瓷基复合材料都不透光，唯独聚合物基复合材料可制成透光性复合材料。由于透明玻璃钢具有轻质、高强、透可制成透光性复合材料。由于透明玻璃钢具有轻质、高强、透入光柔和和具有透过紫外线的能力，目前已少量用于农用温室入光柔和和具有透过紫外线的能力，目

32、前已少量用于农用温室、养殖场和工厂采光等场合。、养殖场和工厂采光等场合。 玻璃钢属于光学上非均一物体，当可见光通过玻璃钢时便玻璃钢属于光学上非均一物体，当可见光通过玻璃钢时便产生散射现象。由于玻璃纤维的直径产生散射现象。由于玻璃纤维的直径(6(610um)10um)要比可见光的要比可见光的波长波长(0.4-0.76um)(0.4-0.76um)大好几倍，且相邻两根纤维之间的距离一般大好几倍，且相邻两根纤维之间的距离一般都不超过纤维直径的都不超过纤维直径的2 2倍，因此，需要用多次散射理论来描述倍，因此，需要用多次散射理论来描述光通过玻璃钢介质时的现象。光通过玻璃钢介质时的现象。根据多次散射理论

33、，一束平行光经过厚度为根据多次散射理论，一束平行光经过厚度为h h的散射层后，的散射层后，其透过部分其透过部分T(T(透光率透光率) )可用可用其中其中 式中式中 P P吸收系数；吸收系数； S S反射系数。反射系数。 LhLheReRT2221)1 (PSPL22SLSPR对于玻璃钢，可取：对于玻璃钢，可取：式中式中 n nf f玻璃纤维的折射指数；玻璃纤维的折射指数； n nm m粘结剂的折射指数；粘结剂的折射指数； K Kf f玻璃纤维的吸收系数；玻璃纤维的吸收系数； K Km m粘结剂的吸收系数；粘结剂的吸收系数； V Vf f玻璃纤维的体积含量；玻璃纤维的体积含量； d d玻璃纤维的

34、直径。玻璃纤维的直径。)1 (fmffVKVKPdnnVSfmf)(48 85 5 耐化学性耐化学性 在复合材料中，玻璃钢作为非金属耐腐蚀材料目前已在国在复合材料中，玻璃钢作为非金属耐腐蚀材料目前已在国内外得到广泛的应用。这是由于玻璃钢与金属耐腐蚀材料相比内外得到广泛的应用。这是由于玻璃钢与金属耐腐蚀材料相比具有以下的优点：对大多数酸、碱、盐等化学介质稳定，轻质具有以下的优点：对大多数酸、碱、盐等化学介质稳定，轻质高强，成型工艺简单，使用安全可靠和维修方便。一般说来，高强，成型工艺简单，使用安全可靠和维修方便。一般说来，采用合理设计所制得的玻璃钢耐腐蚀制品，在采用合理设计所制得的玻璃钢耐腐蚀制

35、品，在100100以下的介质以下的介质侵蚀下，其使用寿命可达侵蚀下，其使用寿命可达5 5年以上。但是，如果设计不合理或选年以上。但是，如果设计不合理或选材不恰当，所制得的耐腐蚀玻璃钢制品，在介质的侵蚀下也可材不恰当，所制得的耐腐蚀玻璃钢制品，在介质的侵蚀下也可能在短期内损坏报废。能在短期内损坏报废。 耐腐蚀玻璃钢制品的材料设计主要应考虑以下两个问题：耐腐蚀玻璃钢制品的材料设计主要应考虑以下两个问题：材料是否经得起介质的长期侵蚀材料是否经得起介质的长期侵蚀? ?材料在受力情况下是否渗漏材料在受力情况下是否渗漏? ? 8 85 51 1 玻璃钢的耐蚀性玻璃钢的耐蚀性 玻璃纤维由于其巨大的比表面，易

36、受到水、酸和碱的侵蚀玻璃纤维由于其巨大的比表面，易受到水、酸和碱的侵蚀，它相对于聚合物基体是较不耐腐蚀的，因此，在耐腐蚀玻璃，它相对于聚合物基体是较不耐腐蚀的，因此，在耐腐蚀玻璃钢的材料设计中应选择耐蚀性良好的树脂作基体材料，使其不钢的材料设计中应选择耐蚀性良好的树脂作基体材料，使其不易被介质所侵蚀，并提高其体积含量使其足以保护玻璃纤维不易被介质所侵蚀，并提高其体积含量使其足以保护玻璃纤维不为腐蚀介质所接触。为腐蚀介质所接触。 玻璃钢的耐蚀性不仅与所选用的聚合物基体和玻纤本身玻璃钢的耐蚀性不仅与所选用的聚合物基体和玻纤本身的耐蚀性有关，而且在很大程度上与玻纤的耐蚀性有关，而且在很大程度上与玻纤- -聚合物基体间的界聚合物基体间的界面粘接状况有关。在一些特殊应用场合，例如，透明玻璃钢在面粘接状况有关。在一些特殊应用场合，例如，透明玻璃钢在农业温室上的应用，由于透光率对界面依赖的敏感性，玻纤与农业温室上的应用，由于透光率对界面依赖的敏感性，玻纤与基体间界面粘接状况更是影响透明玻璃钢使用寿命的主要因素基体间界面粘接状况更是影响透明玻璃钢使用寿命的主要因素。