第七节 复合材料
玻璃纤维复合材料,俗称玻璃钢。具有轻质高强、耐高温、耐烧蚀和隔热的特点。广泛
应用于经济建设和国防建设。
60年代初,玻璃钢工业在国内尚属空白。1960年,国家建筑工程部决定,在哈尔滨建筑
工程学院设立玻璃钢研究室,对外称哈尔滨建筑工程学院科研所,开展复合材料的研制。
1964年,哈尔滨建筑工程学院科研所玻璃钢研究室同北京工艺研究所、北京玻璃钢研究所共
同研制成功玻璃钢耐烧蚀端头,获国家工业新产品一等奖。
1964年起,玻璃钢的研制侧重于纤维缠绕技术的研究,并初步取得一批成果,1965年在
全国玻璃钢专业会议上,展出我国第一台缠绕成型的玻璃钢大型压力容器。得到好评。
1971~1975年间,该所在纤维缠绕技术研究工作的基础上,进行了中小型玻璃钢壳体的
研制工作,结果如期完成了国家交给的研究任务,总结提出异形制品缠绕规律。
1974年,为了提高我国的大型压力容器和化工容器的生产技术水平,经省科委和建材部
请示国家计委批准,从西德引进WE—250型大型液压伺服数控缠绕机。
中共十一届三中全会以后,我国的玻璃钢工业进入一个新的发展时期,玻璃钢试制和批
量生产也取得明显进展。
1978年全国科技大会和建材部科技大会的召开,哈尔滨玻璃钢研究所有17项科研成果获
奖,一批先进人物受表彰。1979年又一项大型壳体的科研任务为该所承担。经集中力量合力
攻关,在过去研制工作的基础上,于1980年第一台大型壳体研制成功,玻璃钢壳体强度达到
8 700公斤力/平方厘米,质量比达到0.9以上,在国内居于领先地位,从1979年以来,对碳/
环氧锥壳连结裙研制进行攻关。通过对1∶4、1∶2缩比件的探索研究,于1983年试制成1∶1
大部件,满足了设计部门提出的技术指标,它的研制成功为碳纤维复合材料大型结构件在宇
航工业中的应用,奠定了技术基础。
碳/环氧复合材料结构体系,是由航天部509所设计,哈尔滨玻璃钢研究所研制成功的,
用它代替铝合金结构件,重量减少3%以上。它的研制成功,对提高产品质量有很大意义。玻
璃钢管、球罐,经使用部门鉴定,符合要求并通过了部级鉴定。碳/环氧联结裙和大型发动
机壳体两个项目也于1985年通过部级技术鉴定,分别获得全国建材系统技术进步一等奖和二
等奖。
哈尔滨玻璃钢研究所在开展国家重点项目研制的同时,努力发展民用复合材料,并由上
级部门确定为全国民用碳纤维复合材料羽毛球拍杆、纺织机用剑杆、医疗器械用X光床板,
波导管等已通过有关部门的技术鉴定。
一、玻璃纤维复合材料
1961年,玻璃纤维复合材料首先由哈尔滨建筑工程学院玻璃钢室和玻璃陶瓷院玻璃钢室,
各自采取不同的技术方案进行研制。不到半年即在有关部门的配合和支持下,研制成功玻璃
钢块,经试验达到了技术要求。
与此同时,玻陶院玻璃钢室作了大量的系统的研究工作,先后解决了616酚醛树脂、高
硅氧布、浸胶技术,压制工艺、胶接工艺、布带缠绕、玻璃钢给加工等工业生产关键技术,
于是1963年试制成功耐烧蚀玻璃钢。这些玻璃钢新材料与试验件,于1964年正式投入小批量
生产。
二、纤维缠绕技术
1964年开始,哈尔滨玻璃钢研究所开始从事纤维缠绕成型技术的研究。当时研究设计了
纤维缠绕机,并总结出螺旋缠绕基本规律,设计制造了几种机械式缠绕机,使用这种设备研
制了各种类型的压力容器。1965年10月27日,国家召开玻璃钢专业会议,并举办展览会。哈
尔滨玻璃钢研究所在会议上提出纤维缠绕基本规律的研究报告,并在展览会上展出缠绕成型
的大型容器,受到有关领导部门的重视和好评。
1970~1975年间,哈尔滨玻璃钢研究所进行中小型壳体的研制工作,结果为重大工程配
套作出了贡献,完成了国家下达的耐烧蚀衬套,并通过部级技术鉴定,受到省政府的奖励。
后在该所建成小批量生产线正式投产。
1976年以后,利用进口设备成功地完成了碳/环氧连裙、大型玻璃钢发动机壳体、碳/环
氧结构件(锥壳、柱壳、杆件)、管、球形气瓶高压电容器壳体、化工贮藏等项任务,已通过
部级技术鉴定,受到国家有关部门的表彰。
三、复合材料产品
(一)碳/环氧高速转筒
碳/环氧高速离心转筒是离心机转子的核心部件,转筒材料对大型离心机,普遍采用纤
维复合材料,使高速转筒的转速度达到600米/秒以上,要求转筒材料轻质高强,高模量、耐
腐蚀、热性能好、高温蠕变小、有长期工作的高度量寿命。
哈尔滨玻璃钢研究所1981年研制出6件碳/环氧高速转筒,并进行超高速旋转试验,转数
达63 000转/分,速度为330米/秒,转数达试验设备的极限,试车件未能破坏。这批高速转
筒的研制,为我国解决大型离心机所需的碳/环氧高速转筒,提供了可行性验证。
1983年国家明确将此项目列为国家重点攻关项目,并责成哈尔滨玻璃钢研究所,做为碳
复合材料离心转筒研制归口单位。
(二)玻璃钢发动机壳体
1979年,哈尔滨玻璃钢研究所,承担了国家火箭发动机壳体的研制任务,该所1980年第
一台大型发动机壳体研制成功,强度达8 700公斤力/平方厘米,质量比达到0.9以上,达到
世界先进水平。
哈尔滨玻璃钢研究所,在结合研制大型发动机壳体的同时,也进行小型发动机壳体的研
制工作。从1977年开始研制,至1981年共进行几十次的多种试验,成功地进行各种考核,于
1982年通过部级鉴定。
(三)民用制品
我国玻璃钢工业开始是面向军工,为军工配套服务。随着国民经济的发展需要,玻璃钢
由军工逐步转向民用工业服务。
利用玻璃钢不导磁、不导电的特点,1984年将其用于制造中型发电机护环和大型绑环,
代替价格昂贵的无磁钢环,使用效果良好。其它如高压电容器外壳、磁选机筒皮等都应用玻
璃钢为原料。
1982年,哈尔滨玻璃钢研究所用碳纤维复合材料制成纺织机上的剑杆,重量仅为木梭的
1/6,频率提高1/3,噪音减少13分贝,改善了纺织机的工作环境。从1984年起,已批量生产。
利用玻璃钢重量轻和贮能大的特点,哈尔滨玻璃钢研究所已生产出羽毛球拍杆,在医疗
器械方面,已用碳纤维复合材料作X光床板,由于它对X射线的低吸收特性,可大量减少X
光对病人的健康损害。