景觀雕塑——玻璃鋼雕塑質保期詳解

作者：眾象雕塑

　　因為玻璃鋼雕塑的輕質高強、耐腐性能高、電性能好、熱性能好、可設計性好、工藝性優良等特點，成為城市廣場雕塑公司的寵兒，但玻璃鋼雕塑質保期有多長，成為很多人關心的問題。

　　專業的雕塑廠家不斷在玻璃鋼材質、漆面、保護措施等方面研究實驗，了解到玻璃鋼雕塑質保期主要與以下方面有重要影響。

　　玻璃鋼雕塑質保期的三大要素

　　我們所看到的玻璃鋼雕塑內部都是有玻璃纖維、樹脂、界面所組成，所以在這三方面一定要在質量與制作上非常精良，才能夠延長玻璃鋼雕塑質保期，當然漆面也非常重要，我們放在后面講解。

　　(一) 玻璃纖維對玻璃鋼雕塑質保期影響

　　玻璃纖維是玻璃鋼中的主要承力部分,它不僅能夠提高玻璃鋼的強度和彈性模量,而且能夠減少收縮變形,提高熱變形溫度和低溫沖擊強度等.列如306#聚酯樹脂澆鑄體,在加入50%的玻璃布后.拉伸強度可由50MPa提高到200MPa,拉伸模量可由3.9GPa提高到14GPa.

　　(二)合成樹脂對玻璃鋼雕塑質保期影響

　　合成樹脂是玻璃鋼的基體,松散的玻璃纖維靠它粘接成整體。合成樹脂的好壞直接影響玻璃鋼雕塑質保期限。

　　樹脂主要起傳遞應力作用,因此樹脂對玻璃鋼的強度起重要作用,尤其是抗壓、彎曲、扭轉、剪切強度更為顯著。

　　由于樹脂是基體材料,它對玻璃鋼的彈性模量、耐熱性、電絕緣性、頭電磁波性、耐化學腐蝕性、耐氣候性、耐老化性等都有影響。

　　列如玻璃鋼的耐化學液體侵蝕性和耐水性,主要取決于樹脂基體的性能。通常不飽和聚酯樹脂197#耐化學腐蝕較好,而1289#耐水較好。不同類型、不同牌號樹脂其性能是不相同的。

　　樹脂含量對玻璃鋼性能也有影響,通常樹脂含量為20%-35%,這和成型方法、曾強材料品種有關。列如,纏繞和模壓成型,樹脂含量偏低,而手糊成型、樹脂含量則稍高。強度層樹脂含量稍低,通常可在25%-40%之間;耐腐蝕、防滲層樹脂含量較高一般要超過50%用玻璃布作增強材料,樹脂含量低于用玻璃氈。

　　用玻璃纖維表面氈作增強材料時。可達85%以上的富樹脂含量。

　　(三)界面對玻璃鋼雕塑質保期影響

　　所謂界面就是任何兩相物質間的分界面。

　　玻璃鋼雕塑質保期的性能不僅與所用的增強材料、合成樹脂有關,同時,很大程度上還和纖維與樹脂之間界面粘合的好壞及耐久性有關。

　　眾所周知,玻璃纖維是一種圓柱狀玻璃,表面也像玻璃那樣光滑,而且表面還常牢固地吸附著一層薄的水膜,這當然要影響玻璃纖維和樹脂的粘接性能。

　　尤其是玻璃纖維在拉絲紡織過程中,為了達到集束、潤滑、消除靜電等目的,常涂上一層侵潤劑,這種侵潤劑多數是石蠟類物質,它們存留在玻璃纖維表面上,對合成樹脂與玻璃纖維起隔離作用,妨礙兩者粘接。可見界面對玻璃鋼的性能影響很大。

　　界面有問題就需要處理。如在玻璃纖維表面覆蓋一層表面處理劑,從而使玻璃纖維和樹脂可以牢固地粘接在一起。這種方法是提高玻璃鋼基本性能很有效的途徑,國內外都在大力研究和采用。實踐證明,玻璃纖維及其織物,在經過表面處理劑處理后,不僅改善了玻璃纖維的耐磨、耐水、電絕緣性能,對玻璃鋼的強度,特別是潮濕情況下的強度提高更為顯著。

　　此外,玻璃鋼與其它材料或玻璃鋼本身多次鋪層粘貼等也都有界面問題。

　　列如往金屬罐里層做玻璃鋼防腐貼襯,就需要把金屬罐內表面處理干凈,如去掉污垢、油污、水分和銹蝕層等,常采用噴砂、酸洗等處理辦法。

　　如果金屬表面處理不好,玻璃鋼貼襯就會失敗。有時,還會遇到固化了的玻璃鋼層,再行粘接玻璃鋼,也會有界面問題。如采用分層固化工藝或者玻璃鋼破損維修等,都需要把玻璃鋼層表面進行處理,除去掉污垢、油、水等外,還需要把表面用的砂紙打毛以增大粘貼面積,否則,就會出現分層疵病。

　　由此可見,影響玻璃鋼及其制品質量的因素,除了玻璃纖維和樹脂這兩大組分之外,界面也是非常重要的。這三大要素,缺一不可,它們之間是密切關聯的,不可分割。我們所以稱它們為三大要素,這是長期實踐總結出來的，這也是玻璃鋼雕塑質保期長短的核心問題。

　　玻璃鋼雕塑質保期與彈性影響

　　由于玻璃鋼材質的彈性模量低，所以導致玻璃鋼雕塑會容易變形損壞，(FRP的彈性模量比木材大兩倍，但比鋼(E=2.1E5)小10倍，因此在產品結構中常感到剛性不足，容易變形。)

　　解決方法：我們可以將玻璃鋼雕塑做成薄殼結構、夾層結構，也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補變形情況。

　　玻璃鋼輕質高強的性能，來源于較低的樹脂密度(澆鑄體密度1.27左右)以及玻璃纖維的高抗伸強度(普通鋼材的5倍以上)。玻璃鋼的密度隨著樹脂含量的不同而有所不同。從高樹脂含量的玻璃氈制品到低樹脂含量的玻璃鋼纏繞制品(密度2.2)，玻璃鋼的密度只有普碳鋼的1/4-1/5，比鋁還輕1/3左右。 玻璃經高溫熔融、快速拉成細絲時，由于比表面積增大，玻璃纖維內部及表面就難以存在大缺陷，所以玻璃纖維的強度就非常高，常用的是無堿鋁硼硅酸鹽纖維。

　　長期耐溫性與玻璃鋼雕塑質保期

　　一般玻璃鋼材質(FRP)不能在高溫下長期使用，通用聚酯FRP在50℃以上強度就明顯下降，一般只在100℃以下使用;通用型環氧FRP在60℃以上，強度有明顯下降。

　　我們在制作玻璃鋼雕塑時可以選擇耐高溫樹脂，使長期工作溫度在200~300℃是可能的，但比起金屬材質還是有很大差別。

　　選用碳纖維，有機硅樹脂，雙馬等樹脂復合耐溫比較高，環氧樹脂+玻璃纖維復合耐溫200度以下，不飽和聚酯樹脂+玻璃纖維復合耐溫100度以下。與所接觸介質還有密切關系。

　　老化現象與玻璃鋼雕塑質保期

　　老化現象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降。

　　為防止或延緩玻璃鋼制品的老化,延長制品的使用壽命,通常有兩種方法:

　　一為在制品表面進行涂裝，使其表面有一種保護層,可抵抗光、氧、風吹雨打的侵蝕,從而延長制品的使用壽命;

　　二為在基體樹脂中添加穩定劑(紫外線吸收劑、抗氧劑等)使樹脂穩定化。無論那種方法都需要穩定劑。用于玻璃鋼的穩定劑大多為傳統的有機穩定劑。

　　玻璃鋼制品的耐候性、耐磨性較差,硬度低,限制了其應用范圍。某些特殊應用環境,例如,外殼、容器、蓋子、貼面板等,對其表面質量的要求很高。

　　隨著經濟的發展,市場上要求外觀美、性價比高的玻璃鋼制品。表面涂裝可使其表面美觀,經久耐用，提高產品的附加值,因此該類技術受到國內外的重視,成為該領域的一個研究熱點。

　　聚三***乙烯涂層、防老化薄膜、富樹脂保護層對透明玻璃鋼的老化性能的影響。

　　結果表明,聚三***乙烯涂層對紫外線的防護效果更好,防老化薄膜次之,富樹脂保護層最差。

　　熱塑性丙烯酸纖維素聚酯漆用于汽車、摩托車的面漆,取得良好的效果,涂層與基體樹脂粘合牢固,并通過一系列物理、化學指標的測驗,可滿足行業的要求,已工業化應用。

　　聚烯烴降解歷程主要是熱氧游離基歷程,而聚酯除熱氧降解外,還發生醇解、水解等反應,這些反應在一定條件下可能成為主要因素。

　　不飽和聚酯樹脂的玻璃鋼制品是一類通用型結構材料,其綜合性能好,用途廣泛,由于其耐候性較差,限制了其戶外應用,研究改善其老化性,延緩其老化進程,提高其附加值,擴大其應用范圍是提高其經濟效益的重要途徑。

　　剪切強度與玻璃鋼雕塑質保期

　　層間剪切強度是靠樹脂來承擔的，所以很低。可以通過選擇工藝、使用偶聯劑等方法來提高層間粘結力，最主要的是在產品設計時，盡量避免使層間受剪。

　　1. 將斷開的部位打磨成斜角(刨面)。

　　2. 觀察原材料是由幾層材料鋪成，及材料型號(雙軸向，單軸向，三軸向和材料單位面積重量)。

　　3. 鋪上對應材料，斷開的兩端重疊20mm左右。

　　4. 刷上樹脂，注意樹脂要完全浸潤干玻纖和固化劑配比。

　　5. 鋪上滲透膜

　　6. 鋪上吸脂棉

　　7. 修復區四周粘口香糖膠，鋪上真空膜，插入真空管，接入真空機(或大功率吸塵器可達-0.2bar)

　　8. 用電熱毯加熱固化樹脂，固化時間根據樹脂型號而定。

　　9. 固化后拆除真空包，打磨噴漆。

　　玻璃鋼的老化機理與玻璃鋼雕塑質保期

　　玻璃鋼的老化，基本上是樹脂的老化。不飽和聚酯樹酯固化后，在長期使用中會發生老化現象，顏色變黃，發脆以致龜裂，表面失去光澤，強度下降，其他物理、化學性能也隨之下降。

　　影響樹脂老化的因素很多，與制品的使用條件如溫度、受力情況等直接相關。以下著重分析紫外光的作用、空氣中氧和臭氧的作用兩個方面的因素，并提出防老化的措施。

　　(一)紫外光的作用

　　不飽和聚酯樹脂固化后，在長期曝曬下會老化。光老化的原因來自兩方面：一方面，光的能量使樹脂的共價鍵發生斷裂;另一方面樹脂本身的不純性，造成了受破壞的突破口。結果使樹脂加速降解。

　　通過大氣層以后的太陽光有不同的波長。不同波長的光有不同的能量。樹脂中各種共價鍵有不同的鍵能，當一定波長的光，其能量超過某種共價鍵的鍵能時，就會使之斷裂。紫外光波長3，000―4，000A°，如被樹脂充分吸收后，能量可達71.5―95.3kcal/mol。

　　有些共價鍵的斷裂需能量40―100kcal/mol，其相應波長為7，100―2，900A。可見紫外光足可打斷這些共價鍵。這部分光的能量占整個太陽光能量的12%左右。它首先危害樹脂中的O―O鍵、C―Br鍵、C―C1鍵、C―O鍵。因此含鹵素的阻燃樹脂易變黃。

　　樹脂中的酯鍵成為受攻擊薄弱點。致于C―C鍵，能打斷它的光能只占5%，對于C―H、O―H、C = C、C = O鍵，其鍵能大于98kcal/mol，故不會遭到破壞。

　　(二)空氣中氧和臭氧的作用

　　氧化和臭氧使樹脂發生氧化降解、變色、表面龜裂以致剝落，電性能下降。在熱與光的聯合作用下老化加速。在室溫及避光時，老化進展緩慢。

　　玻璃鋼鋼老化的主要特征

　　玻璃鋼的老化性能，即長期性能，如耐腐蝕性能，就是在化學介質中工作時的長期性能，這種稱為“介質老化”，在大氣中的性能衰退叫“大氣老化”。 自1970年起，在廣州、哈爾濱10年玻璃鋼的老試驗就說明了老化的存在，總結老化試驗數據，可以 得出如下結論：

　　(一)彎曲強度，壓縮強度，沖擊韌性等性能變化不明顯，強度保留率高，拉伸強度次之;彈性模量的降低尤為緩慢。

　　(二)氣候條件對玻璃鋼力學性能影響很大，高溫、高濕、太陽光強輻射會加速玻璃鋼的老化，同樣的玻璃鋼在不同地區使用，其壽命是不一樣的，北方地區老化速度較南方要慢。

　　(三)與基體材料 、增強材料、成型工藝有關，其中作為基體材料樹脂起關鍵作用。

　　(四)增強材料對老化性能也有很大影響，無堿纖維比中堿的要好;高堿纖維最次。纖維的浸潤劑在其中影響很大。尤其是在濕熱條件下使用最為明顯，差的纖維與樹脂親和差，對于濕熱條件下使用比較容易浸入水分，加速老化。

　　(五)外觀變化最顯著，大氣曝曬后，光澤減退，顏色改變，個別的會發白，出現纖維裸露現象，但防護好的或選用適當材料的確能使用相當長的時間，而變化甚微。

　　玻璃鋼常用的防老化措施

　　對于玻璃鋼的耐候性問題，國內外同行都在做深入細致的研究，在查清老化機理的前提下，探索了很多抗老化的辦法，其主要辦法如下。

　　(一)注意選擇樹脂、增強材料，把好選材設計關。

　　(二)在樹脂中加入紫外光吸收劑，也稱光穩定劑。

　　(三)在玻璃鋼外表面涂刷膠衣樹脂、油漆、涂料，是保護玻璃鋼的方便而常用的方法，可有效控制其老化速度，大大提高其耐候性。

　　(四)表面覆以織物，如施以1―2層有機纖維織物或玻璃纖維薄氈，樹脂量要飽和，也可增強其耐候性。

　　玻璃鋼雕塑質保期老化的防治

　　從前面的分析和總結可以看出，影響玻璃鋼耐老化性能的自然因素很復雜，但歸納起來有三種：物理因素，包括熱、光、電、高能輻射、機械應力等;化學作用，包括空氣、水、酸、堿、鹽霧等;生物因素包括微生物，昆蟲等。

　　研究證明：在一般情況下，其中對玻璃鋼老化起主要作用的因素是陽光、空氣(主要是氧)、濕(包括水)、熱四種。

　　玻璃鋼的老化主要表現在表面層的老化，因此可以對玻璃鋼施加表面涂層，如刷油漆，加膠衣樹脂，使用表面氈等措施，改善玻璃鋼的老化性能。用氈制成的聚酯玻璃鋼有膠衣和無膠衣兩種情況下的自然老化情況，可以看出，加膠衣的玻璃鋼經五年大氣老化，光澤基本沒有消失，不加膠衣的玻璃鋼，經五年大氣老化后光澤降低到20%左右。

　　由此看來，玻璃鋼管、罐的自然老化除與自然因素有關外，還與樹脂與玻璃纖維有關，特別是樹脂已是影響老化更大的因素，因而治理大氣老化問題，主要從樹脂著手。

　　玻璃鋼雕塑質保期使用壽命探討

　　玻璃鋼的耐老化及耐風化性能總體來講是好的，其耐腐蝕不生銹，低溫不脆，輕質高強等諸多性能還是非常優異的，經過多年的使用實踐證明，自然老化并未影響到玻璃鋼的使用，況且可以采取一些有效措施來防止和延緩老化。

　　應用實踐證明：在常態下使用的玻璃鋼機械強度經過8―10年仍保持70―80%，電性能沒有明顯變化，美國有的雷達罩使用10年后，盡管外觀變化大，如樹脂脫落(無保護層)，光澤變差，表面受到污染等，但介質損失角正切仍無變化;上海的工作艇下海10年，拉伸強度仍保留80%，彎曲強度60%以上，沖擊強度變化不大。

　　十幾年來，材料工業發生了很大變化，無堿纖維的使用已非常普遍，樹脂的各性能有了更大的改善，其玻璃鋼產品預計會有更長的使用壽命。

　　玻璃鋼的耐候性，可以基本表現其老化性能，玻璃鋼的耐老化性能直接涉及到玻璃鋼雕塑的使用壽命。那么玻璃鋼雕塑質保期究竟能使用多少年，研究表明，只要采用正確的樹脂體系，對制品表面采取合理的防護措施，保證玻璃纖維與樹脂浸潤良好，工藝合理，就可以使聚酯玻璃鋼制品在室外條件下的使用壽命超過20年以上。

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