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代、青銅時代和鐵器時代，而21世紀(jì)社會成為復(fù)合材料時代。
　　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，其中以長纖維復(fù)合而成的，各個方向的力學(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。所以對于玻璃鋼／復(fù)合材料產(chǎn)品必須進(jìn)行鋪層設(shè)計，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，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，及試驗夾具的對中和平行度等，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。為此，有一整套測夾層結(jié)構(gòu)的試驗方法國標(biāo)。
      1.3　物理特性
　　玻璃鋼／復(fù)合材料有優(yōu)越的透無線電波、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　測試手段

對于玻璃鋼，復(fù)合材料各組成部分的測試手段是不同的，對于纖維，有單絲、復(fù)纖、紗線、織物一套類似紡織行業(yè)一樣的測試設(shè)備。對于基體和復(fù)合材料的拉、壓、彎、剪的力學(xué)性能，用一般萬能試驗機(jī)，對于不同產(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)電子萬能試驗機(jī)。
　　對于沖擊，有不同型號沖擊試驗機(jī)，功能較全的，如英斯特朗的CEAST9300系列落鍾沖擊示波試驗機(jī)。還有專門的疲勞試驗機(jī)，如英斯特朗FAST TRACK5900系列電液伺服動態(tài)疲勞試驗機(jī)。
　　對于大管子的壓縮性能，有大行程的拉、壓試驗機(jī)。
　　測試手段中，除試驗機(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)性能測試的夾具和測變形儀器，在各有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定。目前，如英斯特朗公司生產(chǎn)的均有較高的自動化水平的配件。

3　測試方法

玻璃鋼／復(fù)合材料力學(xué)性能的測試方法包括增強(qiáng)材料、基體及復(fù)合材料的測試方法。
       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，測試方法有GB／T 7690.3“玻璃纖維強(qiáng)度斷裂伸長的測定”和GB／T3362"碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗方法”。
       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試方法。對于其它均勻材料基體，可以采用相應(yīng)材料的測試方法。
       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，其測試方法有許多與常規(guī)材料不同的獨到之處。同一個力學(xué)性能，有不同的試樣形狀和尺寸，有不同的測試夾具和方法。
       3.3.1　拉伸性能測試
　　按玻璃鋼／復(fù)厶材料的成型工藝及鋪層設(shè)計，其拉伸性能的測試方法是不同的，有以下幾種：
　　(1)纖維纏繞增強(qiáng)塑料環(huán)形試樣拉伸試驗方法：GB／T 1458。
　　(2)纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗方法：GB／T 1447。
　　(3)定向纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗方法：GB／T 3354。
　　(4)纖維增強(qiáng)熱固性塑料管軸向拉伸性能試驗方法：GB／T 5349。
　　(5)拉擠玻璃纖維增強(qiáng)塑料桿拉伸性能試驗方法：GB／T 13096.1。
　　(6)玻璃纖維增強(qiáng)塑料層合板層間拉伸強(qiáng)度試驗方法：GB／T 4944。
       3.3.2　壓縮性能測試
　　(1)纖維增強(qiáng)塑料壓縮性能試驗方法：GB／T 1448。
　　(2)單向纖維增強(qiáng)塑料平板壓縮性能試驗方法：GB／T 3856。
　　(3)纖維增強(qiáng)塑料薄層板壓縮性能試驗方法：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方法：GB／T 5352。
　　(6)紡織玻璃纖維無捻粗紗棒狀復(fù)合材料壓縮強(qiáng)度的測定：GB／T 14209。
       3.3.3　彎曲性能測試
　　(1)纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗方法：GB／T 1449。
　　(2)單向纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗方法：GB／T 3356。
　　(3)拉擠玻璃纖維增強(qiáng)塑料桿彎曲性能試驗方法：GB／T 13096.2。
　　(4)紡織玻璃纖維無捻粗紗棒狀復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的測定：GB／T 14208。
       3.3.4　剪切性能測試
　　(1)纖維增強(qiáng)塑料層間剪切強(qiáng)度試驗方法：GB／T 1450.1。
　　(2)纖維增強(qiáng)塑料沖壓式剪切強(qiáng)度試驗方法：GB／T 1450.2。
　　(3)纖維增強(qiáng)塑料環(huán)形試樣剪切試驗方法：GB／T 1461。
　　(4)纖維增強(qiáng)塑料縱橫剪切試驗方法：GB／T 3355。此方法，同時可以測出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)度試驗方法：GB／T 3357(JC／T 773)。
       3.3.5　沖擊強(qiáng)度測試
　　纖維增強(qiáng)塑料簡支梁式?jīng)_擊韌性試驗方法：GB／T 1451。
　　有關(guān)落鍾沖擊試驗，上海玻璃鋼研究院有限公司已有英斯特朗落鍾沖擊試驗機(jī)，有待制訂有關(guān)試驗方法國標(biāo)。
       3.3.6　蠕變、疲勞等測試
　　有待今后完善有關(guān)試驗方法國標(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)的測試方法有其獨特之處，對試驗設(shè)備要求較高。我國的一套夾層結(jié)構(gòu)性能試驗方法國標(biāo)，優(yōu)于國際上先進(jìn)國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國際ISO還無此標(biāo)準(zhǔn)，我們正準(zhǔn)備向ISO推薦我國的國家標(biāo)準(zhǔn)。有平拉、平壓、剪切、側(cè)壓、彎曲、滾筒剝離等國標(biāo)；GB／T1452～GB／T1457等。其中，特別是側(cè)壓性能、彎曲性能的國標(biāo)，比美國ASTM的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)越和實用許多。

4　需求和展望

      隨著我國玻璃鋼／復(fù)合材料產(chǎn)量逐漸取代美國，占世界第一，特別是在能源部門的應(yīng)用，如風(fēng)電行業(yè)。我國風(fēng)力發(fā)電量已是世界上最大的國家，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，要達(dá)到風(fēng)力發(fā)電的最高效率，對玻璃鋼／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，更需要動態(tài)疲勞性能和長期力學(xué)性能，因此對試驗機(jī)的要求很高，也很全面，英斯特朗公司生產(chǎn)的試驗機(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，有一個緩慢開裂過程，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、更全面地測試和研究玻璃鋼／復(fù)合材料的真實力學(xué)性能及受力的整個過程的特性，我們展望今后試驗機(jī)具備有聲發(fā)射和透視功能，為世界的新材料的開發(fā)研究作出貢獻(xiàn)。