玻璃纖維增強的復合材料(玻璃鋼)是電絕緣材料，其體積電阻率為1013～1015(Ω.㎝)，表面電阻率為1012～1014(Ω)，具體根據不同樹脂配方、不同成型工藝、不同樹脂含量而不同。同時纖維增強復合材料的電性能具有方向性，垂直纖維鋪設平面方向和平行纖維方向的電性能是很不相同的。

隨著復合材料在航天航空、軍工、各工業部門等應用的快速發展，由于摩擦、擠壓、化學介質等原因，使復合材料產品表面積累電荷而產生靜電，引起靜電放電，導致生產障礙、火災、爆炸現象時有發生，給社會帶來巨大的經濟損失。因此，既要降低復合材料(玻璃鋼)的電阻率以使其具有良好的抗靜電性能，又要提高復合材料的阻燃性能，以減少火災事故的發生。同時，在提高這兩個性能時，盡量不影響產品的強度性能。

有一些復合材料產品要求抗靜電，其體積電阻率為105～106(Ω.㎝)，表面電阻率為104～105(Ω)。主要采用添加導電性能特別好的石墨粉、炭黑粉、金屬粉等填料。某些產品由于使用性能要求不能加太多的填料，而要求混雜一些導電的碳纖維、金屬纖維等，這同樣可以達到抗靜電的要求。

以玻璃纖維纏繞的船用玻璃鋼管為例，為了抗靜電，也可以在纏繞過程中加一些碳纖維， 既可抗靜電，又提高管子的剛度和強度。玻璃纖維的電阻率在1011～1013范圍，碳纖維的電阻率在10-2量級，石墨等填料在10-3量級。各類樹脂的電阻率在1013～1016范圍。

2 電性能分析計算

2.1 玻璃鋼電阻率分析計算

玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)是透波材料，其重要的介電常數和介電損耗角正切的實驗數據和理論分析詳見文獻[1] ～[3]，本文專討論電阻率的分析計算。玻璃鋼是電絕緣材料，其電阻率已有大量實驗數據，至于理論分析，還是較少見到。

對于單向玻纖復合材料，沿纖維方向和垂直纖維鋪層方向的電阻率，可以采用電容器并聯、串聯的原理進行理論分析計算。當沿著纖維方向，加在試樣兩端的電壓是相同的，可以采用并聯電容器模式。并聯電容器系統的總電容量為[6]：

C=C1+C2+…+ Cn (1)

又根據電容與電壓、電流，直至與電阻的關系，最后可以得出普通玻璃鋼的電阻率計算公式：

ρ11 =ρg ρR ρO /(ρgρOvR+ρRρOvg+ρgρRvO) (2)

式中ρ為電阻率，v為體積百分比，下標g代表玻璃纖維，R代表樹脂基體;o代表界面及孔隙率。ρ11表示平行纖維方向的電阻率。

對于垂直纖維鋪層方向的電阻率，產品使用的主要是這個方向的電阻率。由于纖維的截面基本上是圓的，詳細分析計算此方向的電阻率較復雜，以下僅以平行排列的方式，得出簡單的電阻率計算公式為：

ρ⊥=ρgvg+ρRvR+ρOvO (3)

由上述式(1)～(2)可知，復合材料中的界面及孔隙的性能ρOvO，對電阻率有較大影響。對于透波性能有極大關系的介電常數和損耗角正切，更是如此，見文獻[1]～[4]。

2.2 混有碳纖維玻璃鋼電阻率分析計算

當導電的碳纖維混合在玻璃纖維中，這樣制成的玻璃鋼(復合材料)電阻率，同樣采用并聯、串聯電容器模式，最后得到如下計算公式：

ρ11 =ρg ρcρR ρO /(ρgρcρOvR+ρcρRρOvg+ρgρRρOvc +ρcρgρRvO) (4)

ρ⊥=ρgvg+ρcvc+ρRvR+ρOvO (5)

2.3 加有填料時玻璃鋼電阻率分析計算

當在上述的玻璃鋼中又加填料時，由于填料分布是比較均勻的，即使在垂直玻璃鋼平面方向的電阻率，仍有一部分填料起著并聯電容器作用，特別是當填料加之較多時。仍暫列出并聯、串聯電容器模式的計算公式：

ρ11 =ρg ρcρR ρO ρs /(ρgρcρsρOvR+ρsρcρRρOvg+ρsρgρRρOvc +ρsρcρgρRvO+ρOρgρcρRvs) (6)

ρ⊥=ρgvg+ρcvc+ρRvR+ρsvs+ρOvO (7)

式中下標s代表填料。

3 抗靜電分析計算

要達到抗靜電，必須在電絕緣的玻璃鋼產品中加進導電的纖維和填料。由于玻璃鋼是層狀材料，而產品的抗靜電要求，對于不同的使用環境條件，有的僅要求表面抗靜電，只要求表面的電阻率達104～105(Ω)或更低。對于這種產品，根據產品的結構及使用，可以在產品表面涂上導電涂料、導電膠衣層即可。若對強度要求較高，也可以在表面層鋪設(或纏繞)一定的導電纖維、布或表面氈等。而有一些產品，一定要求體積電阻率也要達到抗靜電的電阻率。從上述各ρ⊥公式可知，僅加導電纖維(碳纖維或金屬纖維)，效果是很差的，必須加很多導電纖維，用量達70%～90% 。而對沿著纖維方向的電阻率，從上述各ρ11公式可知，僅加很少的導電纖維就可以，用量在幾千至萬分之一即可。

相對而言，導電纖維價較貴，效果又不明顯。因此，目前為了達到玻璃鋼的抗靜電要求，多數采用導電的石墨、炭黑及金屬粉的填料。

從實驗資料[5]可知，當加石墨時，需加24%及以上時，才能達到體積電阻率為抗靜電的要求。當加炭黑時，僅需1%～2%即可。最好使用乙炔碳黑，這種填料對玻璃鋼的彎曲強度影響小，在填料用量小于1%時，彎曲強度還有增加的現象[5]。

加導電填料，可以在垂直玻璃鋼產品平面方向形成通電通道，實現并聯電容器模式，其電阻率可按ρ11的公式計算。若同時又加導電纖維，效果更好。在公式(6)中，電阻率量級很小(10-2～10-3)的ρs、ρc 可以起著很大的作用，這是由于加了導電填料，使導電纖維也能達到沿垂直方向的電通道。這樣，在產品一定要求有導電纖維的要求下，可以大大降低導電纖維的含量，從而降低產品成本。

從導電碳纖維而言，隨著碳纖維橫截面積增加(即纖維粗一些)，軸向電阻率增加，而軸向彈性模量降低。

對于填料，效果最好的是乙炔炭黑，避免采用片狀的石墨，適當加一點導電金屬粉也是有好處，關鍵是填料要均勻，盡可能使玻璃鋼產品沿垂直方向產生電通道。

若采用部分導電碳纖維、金屬纖維，必須把這些纖維分散各玻璃纖維紗或布中。采用整股碳纖維紗，其效果等于零，特別對于體積電阻率，這種加法毫無作用。

從成本及使用效果來看，對于要求抗靜電的體積電阻率而言，最好是加填料。為了達到抗靜電又滿足產品的強度要求，必須①加乙炔炭黑，不是加片狀石墨;②對填料進行表面處理，能有一個很好的界面;③填料粒度細、分散均勻，能較好地包圍在玻璃纖維周圍，增大玻璃纖維與樹脂的摩擦，甚至與樹脂形成交聯網絡結構，從而形成電通道及提高強度;④在可能的條件，減少樹脂含量。

4 結 論

對于玻璃鋼產品，僅要求表面抗靜電要求，可以采用導電涂料、導電膠衣層、導電表面氈或布或纖維紗。

當要求抗靜電的體積電阻率時，一定要加導電的填料。目前，效果較好的是加乙炔炭黑，金屬粉的效果也較好。對填料，必須經表面化學處理，粒度細，分散均勻。對強度要求高的產品，盡量減少樹脂，適當加一些導電纖維，并進行科學、合理的鋪層設計。單純地加導電纖維紗，對于體積電阻率的作用等于零，除非加數量很大的導電纖維，這從成本而言，是不合算的，也是不現實的。