玻璃钢是由玻璃纤维、树脂和填料所组成,它兼有结构材料和功能材料的特性,其组分中的纤维、树脂和填料的性能、用最对玻璃钢的性能影响很大,因此, 我们可以根据玻璃钢使用条件对材料性能的要求,通过合理选材进行设计。
玻璃钢性能设计分力学性能和物理化学性能两部分内容。前者是根据产品所承受荷载的大小和方向,去选择原材料的含量比例和纤维的铺层形式。不同的原材科及其台量比例和铺层形式,构成了具有不同力学性能的玻璃钢;后者则主要取决于原材树本身的物理化学性能。
在力学性能方面,玻璃钢可以设计成如下三种典型形式。
(一)准各向同性玻璃钢
它可以由短切纤维的预混料和短纤维毡制成,也可以用玻璃布作0°,土45°,90°或0°,±60°,90°铺设而成,这类玻璃钢在铺层平面内的各个方向有大致相同的性能,因其数值较低,对于一些强度和刚度要求不高或载荷不准确的产品可以使用这类玻璃钢,如透明波形瓦,酸泵叶轮、汽车外壳等。
(二)正交平衡型玻璃钢
这种类型玻璃钢是由1:l玻璃布或单向布作0°,90°铺设而成,在0°和90°两个垂直方向上有相同的强度和刚度,数值较高,但在士45°方向上较弱,对于方形或近似于方形的平板、薄壳构件,可以采用这类玻璃钢,但对于长宽比较大的板壳构件,还应该没置±45°铺层,这样可以充分发挥纤维的作用,也可以提供较大的抗剪能力。 用无始粗纱布成型正交平衡型玻璃钢极为方遍,目前中小型玻璃钢厂所生产的产品几乎都采用这类玻璃钢制成,但是应该指出,这是一种不正常的现象,因为对有些产品采用正交平衡型铺层不能很好地发挥纤维的作用,比如承受横向荷载的梁,主要应力发生在梁的轴向,那么大部分的纤维也应该放置在轴向,如果用1:1无捻粗纱布正交铺设成型 势必造成横向纤维的浪费,增加了粱的壁厚。
(三)单向玻璃钢
单向玻璃钢是用单向布或股纱沿一个方向铺设而成,在纤维方向有很高的强度和刚度,但在垂宜纤维的方向却是很弱的,如单向玻璃钢挤拉棒,只有在载荷非常清楚的情况下才能使用这类材料,在设计这类构件时应特别谨慎小心,比如一根受弯的范壁圆管,由于弯矩的作用,主要应力发生在管轴方向,但是由于作用在轴向玻璃钢平面上的弯曲应力有压扁范壁管的趋势,产生了环向拉应力,如果圆管的横向强度不够时,就会使圆管沿轴向产生破裂,所以,在玻璃钢结构设计中,次应力的影响是不能忽略的,在纤维铺设不当时,次应力就有可能上升为主要矛盾。