什麼是GFRP(玻璃纖維強化塑膠)

以樹脂固化玻璃纖維的複合材料。剛性比CFRP低但價格便宜,具電氣絕緣性與電波穿透性,用於船體、浴缸、印刷電路板等。

日文名稱: GFRP(ガラス繊維強化プラスチック)

「GFRP(玻璃纖維強化塑膠)」出現在1領域的1道練習題中(複合材料等)。

這個名詞所屬的領域: 複合材料

玻璃纖維與樹脂的組合

GFRP的纖維主要使用E玻璃(為電氣絕緣而開發的鋁硼矽酸鹽玻璃)纖維,楊氏模數約72 GPa,密度約2.55 g/cm³,直徑約10〜20 µm。也有強度與剛性更高的S玻璃纖維,用於飛機零件等。樹脂除了便宜的不飽和聚酯、耐蝕性高的乙烯基酯、強度與黏著性優異的環氧樹脂等熱固性樹脂之外,也使用聚醯胺等熱塑性樹脂。纖維表面為了提高與樹脂的黏著,以矽烷偶合劑處理。

比剛性與鋼相當或更低

GFRP雖然強,剛性卻沒有那麼高。纖維體積含有率60%的單向材,以混合法則估算纖維方向的楊氏模數約為45 GPa,密度約為2.0 g/cm³,比剛性比鋼稍低。纖維方向雜亂的氈材,楊氏模數還會再降為數分之1。因此GFRP零件的尺寸多半先由撓曲而非強度決定,會加大斷面或以肋補強。一邊發揮強度、一邊如何彌補剛性的不足,是設計的要點。

形態、成型法與用途

玻璃纖維以成束的粗紗、切短撒布的短切纖維氈、織物等形態使用。成型法有在模具中放入纖維並塗疊樹脂的手積層法、以壓機成型纖維與樹脂片狀材料的SMC、纏繞在管或槽上的纖維纏繞法等。用途廣泛,包括船體、浴缸、化糞池、管線、風機葉片、汽車外板、印刷電路板(玻璃布與環氧樹脂的FR-4)等,又因能讓電波通過,也用於雷達罩。

長期使用時需注意的事

玻璃纖維在有水分的環境中持續承受負荷時,表面的微小裂縫會逐漸成長,可能在低於短時間強度的應力下斷裂(靜疲勞)。E玻璃不耐酸,在酸性環境中可能發生纖維破裂的應力腐蝕破裂,因此會使用耐酸的ECR玻璃等。也要注意樹脂因吸水或紫外線造成的劣化。使用熱固性樹脂的GFRP難以回收,廢棄的風機葉片等會被粉碎,作為水泥的原料或燃料使用。

練習GFRP(玻璃纖維強化塑膠)的題目

碳纖維強化塑膠(CFRP)與玻璃纖維強化塑膠(GFRP)的比較,下列何者正確?

  1. AGFRP會導電,因此與CFRP不同,與鋁合金接觸時容易引起電偶腐蝕
  2. BCFRP容易讓電波穿透且絕緣性高,因此適合取代GFRP用於雷達罩與電氣絕緣零件
  3. CCFRP比剛性優異,但會導電,因此與鋁合金接觸時容易引起電偶腐蝕
查看答案與解析

正確答案:C. CFRP比剛性優異,但會導電,因此與鋁合金接觸時容易引起電偶腐蝕

碳纖維的密度約為1.8 g/cm³,比玻璃纖維(約2.5 g/cm³)小,楊氏模數約為230 GPa 以上,是玻璃纖維(約70 GPa)的3倍以上,因此CFRP 的比剛性與比強度優異,用於飛機與運動用品。但價格高,且碳纖維導電、電極電位較惰性,因此與鋁合金接觸時,鋁容易發生電偶腐蝕,需採取在兩者之間夾入玻璃纖維層等對策。導電的是 CFRP,不是 GFRP。容易讓電波穿透且絕緣性高是 GFRP 的特徵,用於雷達罩、電氣絕緣零件、廉價的船體與浴缸等。

常見問題

FRP與GFRP相同嗎?

FRP是指纖維強化塑膠的全體,纖維為玻璃時是GFRP,為碳時是CFRP。在日本單說FRP時,多半是指用於船或浴缸的GFRP。

GFRP的纖維含有率大約多少?

依成型法差異很大,標準為手積層的氈材以體積計約2成左右,拉擠成型或纖維纏繞約5〜6成。含有率越高,強度與剛性越高。

GFRP會導電嗎?

不會。玻璃纖維與樹脂都是絕緣體,因此可用於需要電氣絕緣的零件,以及必須讓電波通過的雷達罩等。這是與使用導電性碳纖維之CFRP的一大差異。

解析中的「GFRP(玻璃纖維強化塑膠)」

出現「GFRP(玻璃纖維強化塑膠)」的題目(1題)

  1. 碳纖維強化塑膠(CFRP)與玻璃纖維強化塑膠(GFRP)的比較,下列何者正確?

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相關名詞

CFRP(碳纖維強化塑膠) 楊氏模數 比剛性 電偶腐蝕 矽烷偶合劑 金屬基複合材料 陶瓷基複合材料 準等向性疊層 層間剝離 臨界纖維長度

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