1　特性

1.1　玻璃鋼／復(fù)合材料的材料特性
　　由纖維和基體組成經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后形成的玻璃鋼／復(fù)合材料，可定義為“由兩種或兩種以上不同材料人工復(fù)合而成的新型細(xì)觀結(jié)構(gòu)材料”。這里強(qiáng)調(diào)的是人工復(fù)合而成，又強(qiáng)調(diào)的是細(xì)觀上是一種結(jié)構(gòu)的新型材料，這種材料稱現(xiàn)代復(fù)合材料。
　　現(xiàn)代玻璃鋼，復(fù)合材料是從上世紀(jì)四十年代使用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(俗稱玻璃鋼)開(kāi)始，現(xiàn)已有了各種先進(jìn)復(fù)合材料。從材料角度講，人類歷史上有石器時(shí)代、青銅時(shí)代和鐵器時(shí)代，而21世紀(jì)社會(huì)成為復(fù)合材料時(shí)代。
　　玻璃鋼／復(fù)合材料的材料特性還有：(1)材料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是一次成型，不需要像普通金屬材料一樣，制造產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要經(jīng)過(guò)許多工藝程序；(2)成型的方便性和整體性。
       1.2　力學(xué)特性
       1.2.1　各向異性
　　玻璃鋼／復(fù)合材料，其中以長(zhǎng)纖維復(fù)合而成的，各個(gè)方向的力學(xué)性能是不同的。沿纖維方向的拉伸、壓縮、彎曲性能最高，而面內(nèi)剪切、管子扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、泊松比是沿著45°方向最高或最大。所以對(duì)于玻璃鋼／復(fù)合材料產(chǎn)品必須進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳力學(xué)性能。
       1.2.2　低剪切性能和低層間拉伸性能
　　玻璃鋼，復(fù)合材料不同于均勻材料，各方向的剪切性能是大不一樣的，典型的有面內(nèi)剪切、層間剪切和斷紋剪切三種。其中，層間剪切性能特別低，與所采用的基體的品種、成型工藝、纖維表面處理(也稱界面質(zhì)量)等有關(guān)。以剪切強(qiáng)度而言，充其量也只是基體的剪切強(qiáng)度，對(duì)于樹脂基體，為(20～60)MPa范圍，約為拉伸強(qiáng)度的1／10左右。而面內(nèi)剪切，與纖維方向有關(guān)，一般的縱橫剪切強(qiáng)度，或管子扭轉(zhuǎn)剪切度僅為縱向拉伸強(qiáng)度的1／7～1／5左右。當(dāng)纖維是45°時(shí)，其面內(nèi)剪切強(qiáng)度約為拉伸強(qiáng)度的1／2。
　　層間拉伸性能更低一些，特別與基體品種、成型工藝及界面質(zhì)量關(guān)系更為密切，充其量為基體的拉伸強(qiáng)度。由于材料質(zhì)量的不均勻性，試樣制備，及試驗(yàn)夾具的對(duì)中和平行度等，層間拉伸強(qiáng)度往往低于基體的拉伸強(qiáng)度。對(duì)于樹脂基體，其拉伸強(qiáng)度在(20～40)MPa范圍，層間拉伸強(qiáng)度常出現(xiàn)在20MPa以下。
　　要改進(jìn)此性能，只有采用三維織物增強(qiáng)物來(lái)復(fù)合成玻璃鋼／復(fù)合材料，在此方面，已有很大進(jìn)展。
       1.2.3　彈性模量
　　普通玻璃鋼的彈性模量是低的，為(10～20)GPa，僅為鋼的(1／20～1／10)左右。但先進(jìn)復(fù)合材料，采用高模量的碳纖維制成的復(fù)合材料，其彈性模量超過(guò)鋼材。由于玻璃鋼／復(fù)合材料的易成型性，可采用夾層結(jié)構(gòu)形式，大大提高產(chǎn)品的剛度，這也是特點(diǎn)。為此，有一整套測(cè)夾層結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)方法國(guó)標(biāo)。
      1.3　物理特性
　　玻璃鋼／復(fù)合材料有優(yōu)越的透無(wú)線電波、電絕緣或抗靜電、非磁性、隔熱保溫、隔聲吸音、吸波、抗震、耐沖擊等，還有優(yōu)異耐腐蝕等
 
2　測(cè)試手段

對(duì)于玻璃鋼，復(fù)合材料各組成部分的測(cè)試手段是不同的，對(duì)于纖維，有單絲、復(fù)纖、紗線、織物一套類似紡織行業(yè)一樣的測(cè)試設(shè)備。對(duì)于基體和復(fù)合材料的拉、壓、彎、剪的力學(xué)性能，用一般萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，對(duì)于不同產(chǎn)品，不同用戶，采用不同的噸位和機(jī)型即可，5噸、10噸的較常用，如英斯特朗的5900系列靜態(tài)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。
　　對(duì)于沖擊，有不同型號(hào)沖擊試驗(yàn)機(jī)，功能較全的，如英斯特朗的CEAST9300系列落鍾沖擊示波試驗(yàn)機(jī)。還有專門的疲勞試驗(yàn)機(jī)，如英斯特朗FAST TRACK5900系列電液伺服動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)。
　　對(duì)于大管子的壓縮性能，有大行程的拉、壓試驗(yàn)機(jī)。
　　測(cè)試手段中，除試驗(yàn)機(jī)外，很重要的是要有一套適應(yīng)不同成型工藝的玻璃鋼／復(fù)合材料力學(xué)性能測(cè)試的夾具和測(cè)變形儀器，在各有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定。目前，如英斯特朗公司生產(chǎn)的均有較高的自動(dòng)化水平的配件。

3　測(cè)試方法

玻璃鋼／復(fù)合材料力學(xué)性能的測(cè)試方法包括增強(qiáng)材料、基體及復(fù)合材料的測(cè)試方法。
       3.1　增強(qiáng)材料
　　目前增強(qiáng)材料主要的是玻璃纖維和碳纖維，測(cè)試方法有GB／T 7690.3“玻璃纖維強(qiáng)度斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)定”和GB／T3362"碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗(yàn)方法”。
       3.2　基體
　　復(fù)合材料的基體有很多種類，主要有聚合物、碳基、陶瓷基、金屬基。聚合物基體中用得最多的是樹脂，有專門一套力學(xué)性能測(cè)試方法，如GB／T 2567～GB／T 2571及GB／T 4726，包括拉伸、壓縮、彎曲和沖擊性能的測(cè)試方法。對(duì)于其它均勻材料基體，可以采用相應(yīng)材料的測(cè)試方法。
       3.3　復(fù)合材料
　　由于玻璃鋼／復(fù)合材料具有各向異性的特點(diǎn)，其測(cè)試方法有許多與常規(guī)材料不同的獨(dú)到之處。同一個(gè)力學(xué)性能，有不同的試樣形狀和尺寸，有不同的測(cè)試夾具和方法。
       3.3.1　拉伸性能測(cè)試
　　按玻璃鋼／復(fù)厶材料的成型工藝及鋪層設(shè)計(jì)，其拉伸性能的測(cè)試方法是不同的，有以下幾種：
　　(1)纖維纏繞增強(qiáng)塑料環(huán)形試樣拉伸試驗(yàn)方法：GB／T 1458。
　　(2)纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法：GB／T 1447。
　　(3)定向纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法：GB／T 3354。
　　(4)纖維增強(qiáng)熱固性塑料管軸向拉伸性能試驗(yàn)方法：GB／T 5349。
　　(5)拉擠玻璃纖維增強(qiáng)塑料桿拉伸性能試驗(yàn)方法：GB／T 13096.1。
　　(6)玻璃纖維增強(qiáng)塑料層合板層間拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)方法：GB／T 4944。
       3.3.2　壓縮性能測(cè)試
　　(1)纖維增強(qiáng)塑料壓縮性能試驗(yàn)方法：GB／T 1448。
　　(2)單向纖維增強(qiáng)塑料平板壓縮性能試驗(yàn)方法：GB／T 3856。
　　(3)纖維增強(qiáng)塑料薄層板壓縮性能試驗(yàn)方法：GB／T 5258。
　　(4)纖維增強(qiáng)熱固性塑料管軸向壓縮性能試驗(yàn)方法：GB／T 5350。
　　(5)纖維增強(qiáng)熱固性塑料管平行板外載性能試驗(yàn)方法：GB／T 5352。
　　(6)紡織玻璃纖維無(wú)捻粗紗棒狀復(fù)合材料壓縮強(qiáng)度的測(cè)定：GB／T 14209。
       3.3.3　彎曲性能測(cè)試
　　(1)纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法：GB／T 1449。
　　(2)單向纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法：GB／T 3356。
　　(3)拉擠玻璃纖維增強(qiáng)塑料桿彎曲性能試驗(yàn)方法：GB／T 13096.2。
　　(4)紡織玻璃纖維無(wú)捻粗紗棒狀復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的測(cè)定：GB／T 14208。
       3.3.4　剪切性能測(cè)試
　　(1)纖維增強(qiáng)塑料層間剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法：GB／T 1450.1。
　　(2)纖維增強(qiáng)塑料沖壓式剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法：GB／T 1450.2。
　　(3)纖維增強(qiáng)塑料環(huán)形試樣剪切試驗(yàn)方法：GB／T 1461。
　　(4)纖維增強(qiáng)塑料縱橫剪切試驗(yàn)方法：GB／T 3355。此方法，同時(shí)可以測(cè)出45°方向的性能及泊松比等。
　　(5)拉擠玻璃纖維增強(qiáng)塑料桿面內(nèi)剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法：GB／T 13096.3。
　　(6)拉擠玻璃纖維增強(qiáng)塑料表觀水平剪切強(qiáng)度短梁剪切試驗(yàn)方法：GB／T 13096.4。
　　(7)單向纖維增強(qiáng)塑料層間剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法：GB／T 3357(JC／T 773)。
       3.3.5　沖擊強(qiáng)度測(cè)試
　　纖維增強(qiáng)塑料簡(jiǎn)支梁式?jīng)_擊韌性試驗(yàn)方法：GB／T 1451。
　　有關(guān)落鍾沖擊試驗(yàn)，上海玻璃鋼研究院有限公司已有英斯特朗落鍾沖擊試驗(yàn)機(jī)，有待制訂有關(guān)試驗(yàn)方法國(guó)標(biāo)。
       3.3.6　蠕變、疲勞等測(cè)試
　　有待今后完善有關(guān)試驗(yàn)方法國(guó)標(biāo)。
       3.4　夾層結(jié)構(gòu)
　　夾層結(jié)構(gòu)大大提高產(chǎn)品的彎曲剛度和強(qiáng)度，已廣泛應(yīng)用于航空航天、建筑、交通、能源等各部門。夾層結(jié)構(gòu)的測(cè)試方法有其獨(dú)特之處，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求較高。我國(guó)的一套夾層結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)方法國(guó)標(biāo)，優(yōu)于國(guó)際上先進(jìn)國(guó)家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際ISO還無(wú)此標(biāo)準(zhǔn)，我們正準(zhǔn)備向ISO推薦我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。有平拉、平壓、剪切、側(cè)壓、彎曲、滾筒剝離等國(guó)標(biāo)；GB／T1452～GB／T1457等。其中，特別是側(cè)壓性能、彎曲性能的國(guó)標(biāo)，比美國(guó)ASTM的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)越和實(shí)用許多。

4　需求和展望

      隨著我國(guó)玻璃鋼／復(fù)合材料產(chǎn)量逐漸取代美國(guó)，占世界第一，特別是在能源部門的應(yīng)用，如風(fēng)電行業(yè)。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電量已是世界上最大的國(guó)家，在風(fēng)電行業(yè)，使用玻璃鋼／復(fù)合材料的量是很大的，同時(shí)，要達(dá)到風(fēng)力發(fā)電的最高效率，對(duì)玻璃鋼／復(fù)合材料的力學(xué)性能要求特別高及很全面，不僅要求有較全面的靜態(tài)力學(xué)性能，更需要?jiǎng)討B(tài)疲勞性能和長(zhǎng)期力學(xué)性能，因此對(duì)試驗(yàn)機(jī)的要求很高，也很全面，英斯特朗公司生產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī)能滿足這需求。
　　玻璃鋼／復(fù)合材料不同于普通的均質(zhì)材料，有較高的疲勞極限和抗振性能。產(chǎn)品中若有裂紋，有一個(gè)緩慢開(kāi)裂過(guò)程，不像金屬材料產(chǎn)品，一出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)品馬上失效或破壞。因此，為了更好、更全面地測(cè)試和研究玻璃鋼／復(fù)合材料的真實(shí)力學(xué)性能及受力的整個(gè)過(guò)程的特性，我們展望今后試驗(yàn)機(jī)具備有聲發(fā)射和透視功能，為世界的新材料的開(kāi)發(fā)研究作出貢獻(xiàn)。