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玻璃鋼是什么材料？ |
不是鋼，勝似鋼
剛柔相濟的跳高撐桿
你看過撐桿跳高比賽嗎？那真是一種力量與藝術的完美結合。只見運動員雙手緊握撐桿，先是疾速飛跑，當跑到橫桿前時，撐桿觸地，借著助跑的一股沖力，身體騰空而起，如矯健的雄鷹，掠過橫桿，輕輕落在泡沫軟墊上。顯然，在這一過程中，撐桿起到了決定性的作用。你看那撐桿先是彎曲，而且彎的弧度非常大，然后挺直，將運動員彈向空中。這細長、神奇的撐桿，它柔中帶剛，又富有彈性，比竹桿強韌，較鋼棒輕巧，真可謂“剛柔相濟”。它是用什么材料做的呢？
現在世界上絕大多數撐桿跳高運動員所用的撐桿，都是用玻璃鋼做的。但玻璃鋼是怎樣一種材料？它是怎樣誕生的？玻璃鋼是鋼嗎？玻璃鋼里有玻璃成分嗎？
玻璃鋼是怎樣誕生的
玻璃鋼誕生于本世紀40年代。那時，正值第二次世界大戰。戰爭需要大量的武器裝備，迅速發展的軍事工業對材料提出了越來越高的要求。例如，制造飛機的材料要求密度小而強度高；制造潛艇的材料，既要耐海水腐蝕，又要能防磁，以避開魚雷的襲擊。同一種零件要求同時具有好幾種優異的性能，有時這些性能看起來是相互矛盾而不能兼有的。顯然，這樣的要求是任何一種單一材料所無法滿足的。于是，人們設法把兩種或兩種以上的材料結合起來，讓它們取長補短，相得益彰，制成兼有幾種優良性能的新材料，這就是復合材料。
雖然“復合”的思想可以追溯到久遠的古代，但用到人工材料的復合材料則直到本世紀上半葉才出現。先是1907年世界上第一家人工合成酚醛樹脂廠建立，接著一大批人工合成樹脂，如脲醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂等熱固性樹脂相繼出現。樹脂材料容易成形，比重小，耐磨，耐腐蝕，但它們脆性較大。于是人們用天然纖維與之復合，產生了最初的含有人工材料的復合材料。其中天然纖維稱為增強材料，人工合成樹脂稱為基體材料。如在無線電通信設備和軍事器械中常用的“電木”，就是用木粉、布、紙或其他纖維作為增強材料，經浸漬酚醛樹脂層壓而成的復合材料。
1938年，人們制成了玻璃纖維。到二次大戰，出于軍事的需要，在“比鋁輕，比鋼強”的要求下，人們把玻璃纖維作為增強材料，以一類熱固性樹脂作為基體材料，復合成了現在所稱的“玻璃鋼”，用于制造飛機零件。從此以后，人工復合材料便一發而不可收，成了當前材料技術的一個主要發展方向。
不是鋼的“鋼”
你別望文生義，以為“玻璃鋼”是鋼的一種。鋼是金屬材料，是由鐵和碳這兩種基本元素組成的合金。玻璃鋼中沒有金屬元素，更不是鐵碳合金，它是一種復合材料。之所以稱它為“玻璃鋼”，是因為它具有鋼一般的剛強性格，真可謂“不是鋼，勝似鋼”。
玻璃鋼同一切復合材料一樣，由兩部分材料組成。一部分稱為增強材料，在復合材料中起骨架作用；另一部分稱為基體材料，在復合材料中起粘結作用。
玻璃鋼中的增強材料就是玻璃纖維。玻璃纖維是由熔融的玻璃拉成或吹成的無機纖維材料，其主要化學成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等。制成的纖維有長絲、短絲及絮狀物，直徑一般為3～80微米，最粗也只有頭發絲那樣粗細。直徑為10微米的玻璃纖維，抗拉強度為3600兆帕，相當于在每平方毫米的截面積上能承受360千克的拉力而不斷。這種強度比高強度鋼還高出2倍。
我們知道，玻璃是很脆的，不小心掉到地上，“啪”的一聲便粉身碎骨。為什么拉成玻璃纖維后會有如此高的強度呢？大塊玻璃強度不高，是因為其內部存在許多微裂縫、氣孔和夾雜物等。如果把大塊玻璃比作一塊布滿小洞的破布，把玻璃制成玻璃纖維就相當于把這塊破布撕成許多細小的布條。我們知道，把破布隨意撕成布條時總是在有洞的地方撕開，這樣，撕下來的布條上小洞就減少了，就變得比破布還結實。玻璃纖維比一般玻璃強度高，甚至比鋼還高，道理就在于此。
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