1 主な用途
1.1ツイストレスロービング
日常生活で目にする無撚ロービングは、構造が単純で、平行なモノフィラメントが束になった構造をしています。無撚ロービングは、主にガラス組成の違いにより、無アルカリと中アルカリの2種類に分けられます。良質なガラスロービングを製造するには、使用するガラス繊維の直径を12～23μmにする必要があります。その特性により、ワインディングやプルトルージョン加工など、複合材料の成形に直接使用することができます。また、非常に均一な張力を持つため、ロービング織物に織り込むこともできます。さらに、チョップドロービングの応用分野も非常に広範囲です。
1.1.1ジェッティング用ツイストレスロービング
FRP 射出成形プロセスでは、ツイストレスロービングには次の特性が必要です。
（１）生産工程では連続的な切断が必要となるため、切断中に発生する静電気を低減する必要があり、良好な切断性能が求められる。
（2）裁断後、可能な限り多くの生糸が生産されるため、製糸効率が高く、また、裁断後の粗糸をストランドに分散させる効率も高くなります。
（３）細断後、原糸が金型上で十分に覆われるようにするためには、原糸に良好なフィルムコーティングが施されていなければならない。
（４）気泡を抜いて平らに伸ばしやすいことが求められるため、樹脂を非常に素早く浸透させることが求められる。
（５）各種スプレーガンには様々なモデルがあるため、さまざまなスプレーガンに適合させるためには、生ワイヤの太さが適度であることを確認してください。
1.1.2SMC用ツイストレスロービング
SMC（シートモールディングコンパウンド）は、よく知られている自動車部品、浴槽、各種シートなど、生活のあらゆる場所で使用されています。生産において、SMC用ロービングには多くの要件があります。良好な切れ味、優れた帯電防止性、そしてウールの少ない繊維が、製造されたSMCシートの品質を保証するために不可欠です。着色SMCの場合、ロービングへの要件は異なり、顔料含有量に応じて樹脂への浸透性を高める必要があります。通常、一般的なガラス繊維SMCロービングは2400Texですが、4800Texのものもあります。
1.1.3巻き取り用の撚りのないロービング
異なる厚みのFRP管を製造するために、貯槽巻き工法が考案されました。巻き取り用のロービングには、以下の特性が必要です。
（１）テープで貼り付けやすく、通常は平らなテープ状であること。
（２）一般に無撚糸はボビンから引き出す際にループから外れやすいので、その分解性が比較的良好で、得られるシルクが鳥の巣のように乱雑にならないようにする必要がある。
（３）張力が急激に大きくなったり小さくなったりすることはなく、オーバーハング現象は発生しない。
（４）無撚糸の線密度要件は均一で規定値未満であることが必要である。
（５）樹脂槽を通過する際に濡れやすくなるように、ロービングの通気性が良好であることが必要である。
1.1.4プルトルージョン用ロービング
プルトルージョン法は、均一な断面形状を持つ様々な形状の製品の製造に広く用いられています。プルトルージョン用のロービングは、ガラス繊維含有量と一方向強度を高いレベルで確保する必要があります。生産に使用されるプルトルージョン用のロービングは、複数の生糸ストランドを組み合わせたものですが、一部は直接ロービングを使用する場合もあります。どちらの方法も可能です。その他の性能要件は、巻き取りロービングと同様です。
1.1.5 織り用無撚糸ロービング
日常生活では、厚みの異なるギンガムチェック生地や、同じ方向に織り込まれたロービング生地を目にしますが、これらはロービングのもう一つの重要な用途、すなわち織物に用いられるロービングの典型です。使用されるロービングは、織物用ロービングとも呼ばれます。これらの生地の多くは、ハンドレイアップFRP成形でよく使用されます。ロービングを織るには、以下の要件を満たす必要があります。
（１）耐摩耗性が比較的優れている。
（２）テープで貼り付けやすい。
（３）主に織物に使われるため、織る前に乾燥の工程が必要です。
（4）張力に関しては、主に張力が急激に大きくなったり小さくなったりせず、均一に保たれることが保証されます。また、張力に関しては一定の条件を満たす必要があります。
（５）分解性が優れている。
（６）樹脂タンクを通過する際に樹脂が浸透しやすいので、通気性が良好でなければならない。
1.1.6 プリフォーム用無撚糸ロービング
一般的にプリフォーム工程と呼ばれる工程は、予備成形のことであり、適切な工程を経て製品が得られます。製造工程では、まずロービングをチョップし、チョップしたロービングをネットにスプレーします。このネットは所定の形状のネットである必要があります。次に、樹脂をスプレーして成形します。最後に、成形された製品を金型に入れ、樹脂を注入した後、熱圧成形して製品を得ます。プリフォームロービングの性能要件は、ジェットロービングと同様です。
1.2 ガラス繊維ロービング織物
ロービング生地には様々な種類があり、ギンガムチェックもその一つです。ハンドレイアップFRP工程において、ギンガムチェックは最も重要な基材として広く用いられています。ギンガムチェックの強度を高めたい場合は、生地の経糸と緯糸の方向を変えることで、一方向ギンガムチェックにすることができます。チェック生地の品質を確保するためには、以下の特性を保証する必要があります。
（１）生地は、全体的に平らで、膨らみがなく、端や角が真っ直ぐで、汚れがないことが必要です。
（２）生地の長さ、幅、品質、重量及び密度等が一定の基準に適合していなければならない。
（３）ガラス繊維フィラメントはきれいに巻かれていなければならない。
（４）樹脂が速やかに浸透すること。
（５）各種製品に織り込まれる織物の乾燥度や湿度は一定の要件を満たす必要がある。
1.3 ガラス繊維マット
1.3.1チョップドストランドマット
まずガラスストランドを細断し、用意したメッシュベルトの上に散布します。次にバインダーを散布し、加熱溶融した後、冷却固化させることで、チョップドストランドマットが形成されます。チョップドストランドマットは、ハンドレイアップ工程やSMCメンブレンの製織工程で使用されます。生産工程において、チョップドストランドマットの最大限の利用効果を得るために、チョップドストランドマットには以下の要件が求められます。
（１）チョップドストランドマット全体が平坦で均一である。
（２）チョップドストランドマットの穴は小さく均一な大きさである
（4）一定の基準を満たす
（５）樹脂を素早く浸透させることができる。
1.3.2 連続ストランドマット
ガラスストランドは、一定の要件に従ってメッシュベルト上に平らに敷かれます。一般的には、8の字を描くように平らに敷かれます。その後、粉末接着剤を散布し、加熱して硬化させます。連続ストランドマットは、主にガラス繊維が連続しているため、複合材料の補強においてチョップドストランドマットよりもはるかに優れています。その優れた補強効果により、様々なプロセスで使用されています。
1.3.3表面マット
表面マットは日常生活にも広く利用されています。例えば、FRP製品の樹脂層には中アルカリガラス表面マットが使用されています。FRPを例に挙げると、表面マットは中アルカリガラスで作られているため、化学的に安定しています。同時に、表面マットは非常に軽く薄いため、より多くの樹脂を吸収することができ、保護機能だけでなく美観も向上させます。
1.3.4ニードルマット
ニードルマットは主に2つのカテゴリに分けられ、1つはチョップドファイバーニードルパンチングです。製造プロセスは比較的簡単で、まずガラス繊維を約5cmに切り刻み、基材の上にランダムに散布します。次に、コンベアベルトに基材を置き、かぎ針で基材を突き刺します。かぎ針の効果により、繊維が基材に突き刺さり、立体構造を形成します。選択した基材にも一定の要件があり、ふわふわした感触がなければなりません。ニードルマット製品は、その特性に基づいて、防音材や断熱材に広く使用されています。もちろん、FRPにも使用できますが、得られた製品の強度が低く、破損しやすいため、普及していません。もう1つのタイプは連続フィラメントニードルパンチングマットと呼ばれ、製造プロセスも非常に簡単です。まず、ワイヤースローイング装置を使用して、事前に準備されたメッシュベルトにフィラメントをランダムにスローします。同様に、かぎ針は鍼治療に用いられ、三次元繊維構造を形成します。ガラス繊維強化熱可塑性プラスチックでは、連続ストランドニードルマットがよく使用されます。
チョップドガラス繊維は、ステッチボンディング機のステッチング作用により、一定の長さの範囲内で2つの異なる形状に変化します。1つはチョップドストランドマットとなり、バインダー結合チョップドストランドマットの代替として機能します。もう1つは長繊維マットとなり、連続ストランドマットの代替として機能します。これら2つの異なる形状には共通の利点があります。製造工程で接着剤を使用しないため、汚染や廃棄物を回避でき、資源節約と環境保護という人々の追求に応えます。
1.4 ミルドファイバー
粉砕繊維の製造プロセスは非常にシンプルです。ハンマーミルまたはボールミルに細断された繊維を投入するだけです。繊維の粉砕と粉砕は、生産において様々な用途に用いられます。反応射出成形プロセスにおいて、粉砕繊維は補強材として機能し、その性能は他の繊維に比べて著しく優れています。鋳造製品や成型品の製造において、ひび割れを防止し、収縮率を改善するために、粉砕繊維は充填材として使用することができます。
1.5 グラスファイバー生地
1.5.1ガラスクロス
ガラス繊維織物の一種です。生産地によってガラスクロスの規格は異なります。わが国のガラスクロス分野では、主に無アルカリガラスクロスと中アルカリガラスクロスの2種類に分けられます。ガラスクロスの用途は非常に広く、車体、船体、共用貯蔵タンクなどは無アルカリガラスクロスの図で見ることができます。中アルカリガラスクロスは耐食性が優れているため、包装材や耐腐食製品の製造に広く使用されています。ガラス繊維織物の特性を判断するには、主に繊維自体の特性、ガラス繊維糸の構造、経糸と緯糸の方向、織物の模様の4つの側面から始める必要があります。経糸と緯糸の方向では、密度は糸の構造と織物の模様によって異なります。織物の物理的性質は、経糸と緯糸の密度とガラス繊維糸の構造によって決まります。
1.5.2 ガラスリボン
ガラスリボンは主に2つの種類に分けられます。1つはセルビッジリボン、もう1つは平織りのパターンに従って織られた不織布セルビッジリボンです。ガラスリボンは、高い誘電特性が求められる電気部品や高強度電気機器部品に使用できます。
1.5.3 一方向織物
日常生活で使われる一方向織物は、太さの異なる2本の糸で織られており、その結果得られる織物は主方向に高い強度を持っています。
1.5.4 立体織物
立体織物は平面織物の構造とは異なり、立体的であるため、一般的な平面繊維よりも効果が優れています。立体繊維強化複合材料は、他の繊維強化複合材料にはない利点を備えています。繊維が立体的であるため、全体的な効果が向上し、耐損傷性がより強くなります。科学技術の発展に伴い、航空宇宙、自動車、船舶などの分野での需要が高まり、この技術はますます成熟し、現在ではスポーツや医療機器の分野でも一定の地位を占めています。立体織物の種類は主に5つのカテゴリに分けられ、形状も多様です。立体織物の開発空間は広大であることがわかります。
1.5.5 成形生地
成形織物は複合材料の補強に使用され、その形状は主に補強対象物の形状に依存し、コンプライアンスを確保するためには専用の機械で織る必要があります。生産においては、制約が少なく、見通しの良い対称形または非対称形を製造できます。
1.5.6 溝付きコアファブリック
溝コア織物の製造も比較的簡単です。2層の織物を平行に配置し、垂直の縦棒で接続することで、断面積が正三角形または長方形になることが保証されます。
1.5.7 グラスファイバーステッチ生地
これは非常に特殊な生地で、編みマットや織りマットとも呼ばれますが、私たちが普段知っているような生地やマットとは異なります。経糸と緯糸で織り合わされるのではなく、経糸と緯糸が交互に重ねられたステッチ生地があることは特筆に値します。
1.5.8 グラスファイバー断熱スリーブ
製造工程は比較的シンプルです。まず、ガラス繊維糸を選別し、管状に織り上げます。その後、様々な断熱グレードの要件に応じて、樹脂でコーティングすることで、目的の製品が製造されます。
1.6 ガラス繊維の組み合わせ
科学技術展の急速な発展に伴い、ガラス繊維技術も著しい進歩を遂げ、1970年代から現在に至るまで、様々なガラス繊維製品が登場しています。一般的には、以下のものがあります。
（１）チョップドストランドマット＋無撚ロービング＋チョップドストランドマット
（2）無撚ロービング生地＋チョップドストランドマット
（３）チョップドストランドマット＋連続ストランドマット＋チョップドストランドマット
（4）ランダムロービング＋チョップドオリジナル比率マット
（５）一方向炭素繊維＋チョップドストランドマットまたは布
（6）表面マット＋チョップドストランド
（７）ガラスクロス＋ガラス細棒または一方向ロービング＋ガラスクロス
1.7 ガラス繊維不織布
この技術は我が国で初めて発見されたわけではありません。最も古い技術はヨーロッパで生み出されました。その後、人類の移動により、この技術はアメリカ合衆国、韓国、その他の国々にもたらされました。我が国はガラス繊維産業の発展を促進するため、比較的大規模な工場を複数設立し、複数の高水準生産ラインの建設に多額の投資を行ってきました。我が国では、ガラス繊維ウェットレイドマットは主に以下のカテゴリーに分類されます。
（１）ルーフィングマットは、アスファルトシートやカラーアスファルトシングルの特性を向上させ、より優れたものにする上で重要な役割を果たします。
(2) パイプマット：その名の通り、主にパイプラインに使用されます。ガラス繊維は耐腐食性があるため、パイプラインを腐食から効果的に保護します。
（３）表面マットは主にFRP製品の表面を保護するために使用されます。
(4) ベニヤマットは、塗装のひび割れを効果的に防ぐため、主に壁や天井に使用されます。壁をより平坦にし、長年にわたり仕上げの手間を省くことができます。
（５）フロアマットは主にPVC床のベース材として使用される。
（６）カーペットマット；カーペットの基礎材料として用いられる。
（７）銅張積層板に銅張積層板マットを貼り付けることで、打ち抜き加工や穴あけ加工の性能を向上させることができる。
2 ガラス繊維の具体的な用途
2.1 ガラス繊維補強コンクリートの補強原理
ガラス繊維強化コンクリートの原理は、ガラス繊維強化複合材料の原理と非常によく似ています。まず、コンクリートにガラス繊維を添加すると、ガラス繊維が材料の内部応力を負担し、微小ひび割れの拡大を遅らせたり防止したりします。コンクリートのひび割れ形成時には、材料が骨材として作用し、ひび割れの発生を防ぎます。骨材効果が十分であれば、ひび割れは拡大して貫通することはできません。コンクリートにおけるガラス繊維の役割は骨材であり、ひび割れの発生と拡大を効果的に防止できます。ひび割れがガラス繊維付近まで広がると、ガラス繊維がひび割れの進行を阻止し、ひび割れを迂回させます。これにより、ひび割れの拡大面積が拡大し、損傷に必要なエネルギーも増加します。
2.2 ガラス繊維補強コンクリートの破壊メカニズム
ガラス繊維補強コンクリートが破断するまで、その引張力は主にコンクリートとガラス繊維によって分担されます。ひび割れの過程では、コンクリートから隣接するガラス繊維に応力が伝達されます。引張力がさらに増加すると、ガラス繊維が損傷し、その損傷形態は主にせん断損傷、引張損傷、引き剥がし損傷となります。
2.2.1 せん断破壊
ガラス繊維補強コンクリートが受けるせん断応力は、ガラス繊維とコンクリートで分担され、コンクリートを介してガラス繊維に伝達され、ガラス繊維構造が損傷を受ける可能性があります。しかし、ガラス繊維には独自の利点があり、繊維長が長く、せん断抵抗面積が小さいため、ガラス繊維自体のせん断抵抗の向上効果は弱いです。
2.2.2 張力破壊
ガラス繊維の引張力が一定レベルを超えると、ガラス繊維は破断します。コンクリートにひび割れが生じると、ガラス繊維は引張変形により長くなりすぎ、横方向の体積が収縮し、引張力がより速く破断します。
2.2.3 引き剥がしによる損傷
コンクリートが破断すると、ガラス繊維の引張力が大幅に増加し、引張力がガラス繊維とコンクリートの間の力よりも大きくなるため、ガラス繊維が損傷して引き抜かれます。
2.3 ガラス繊維補強コンクリートの曲げ特性
鉄筋コンクリートが荷重を支えるとき、その応力-ひずみ曲線は、図に示すように、機械分析から3つの異なる段階に分けられます。第1段階：初期ひび割れが発生するまで、最初に弾性変形が発生します。この段階の主な特徴は、変形がA点まで直線的に増加することです。A点はガラス繊維強化コンクリートの初期ひび割れ強度を表します。第2段階：コンクリートにひび割れが発生すると、コンクリートが支える荷重は隣接する繊維に伝達され、支持力はガラス繊維自体とコンクリートとの結合力に応じて決まります。B点はガラス繊維強化コンクリートの極限曲げ強度です。第3段階：極限強度に達すると、ガラス繊維が破断または引き抜かれますが、残りの繊維は依然として荷重の一部を支え、脆性破壊が発生しないことを保証します。
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投稿日時: 2022年7月6日
