1. 主な用途
1.1ツイストレスロービング
日常生活で人々が接する撚りのないロービングは、単純な構造で、平行なモノフィラメントが束ねられたものです。撚りのないロービングは、主にガラス組成の違いによって、アルカリフリーと中アルカリの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が12～23μmである必要があります。その特性から、巻き取りや引抜成形などの複合材料の成形に直接使用できます。また、張力が非常に均一であるため、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用途も非常に広範です。
1.1.1ジェット加工用無撚糸ロービング
FRP射出成形プロセスにおいて、無撚ロービングは以下の特性を備えている必要があります。
（１）生産においては連続切断が必要となるため、切断中に発生する静電気を少なくする必要があり、そのためには良好な切断性能が求められる。
（２）切断後、可能な限り多くの生糸が確実に生産されるため、絹糸形成の効率が高くなることが保証されます。切断後のロービングを糸に分散させる効率が高くなります。
（３）切断後、原糸が金型に完全に覆われるように、原糸は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）気泡を抜くために平らに伸ばしやすいことが求められるため、樹脂を非常に速く浸透させる必要がある。
（５）各種スプレーガンのモデルが異なるため、異なるスプレーガンに合うように、生線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、自動車部品、バスタブ、SMCロービングを使用した各種シートなど、生活のあらゆる場面で見られます。SMCの製造においては、ロービングに多くの要件があります。製造されるSMCシートの品質を確保するためには、良好なチョッピー性、優れた帯電防止性、そしてウールの含有量が少ないことが不可欠です。着色SMCの場合、ロービングに対する要件は異なり、顔料含有量で樹脂に容易に浸透する必要があります。一般的に、一般的なグラスファイバーSMCロービングは2400texですが、4800texの場合もあります。
1.1.3巻き取り用の撚りのない粗糸
異なる厚さのFRPパイプを製造するために、貯蔵タンク巻き取り法が考案された。巻き取り用のロービングには、以下の特性が求められる。
（１）テープで留めやすいものでなければならず、通常は平らなテープの形をしている。
（２）一般的な撚りのない粗糸は、ボビンから引き出す際にループから外れやすいので、分解性が比較的良好で、結果として得られる絹糸が鳥の巣のように乱雑にならないようにしなければならない。
（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、張り出し現象は発生しない。
（４）撚りのない粗糸の線密度は均一で、規定値以下でなければならない。
（５）樹脂タンクを通過する際に容易に濡れるようにするためには、ロービングの透過性が良好であることが求められる。
1.1.4プルトルージョン用ロービング
引抜成形法は、断面形状が均一な様々な形状の製品製造に広く用いられています。引抜成形用のロービングは、ガラス繊維含有量と一方向強度が高いことが求められます。製造に使用される引抜成形用ロービングは、複数の生糸を組み合わせたものですが、直接ロービングを用いる場合もあり、どちらの形態も可能です。その他の性能要件は、巻取り用ロービングと同様です。
1.1.5 織物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の生地や、同じ方向に糸が張ら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、つまり織物への利用を具体的に示しています。織物に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成形において重要な役割を果たします。織物用ロービングには、以下の要件を満たす必要があります。
（１）比較的耐摩耗性に優れている。
（２）テープで留めやすい。
（３）主に織物に使用されるため、織物の前に乾燥工程が必要です。
（４）張力に関しては、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主に保証される。また、張り出しに関しては一定の条件を満たす必要がある。
（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、透過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ロービング
いわゆるプリフォーム製法は、一般的に言えば、成形前の予備成形を行い、適切な工程を経て製品を得るものです。製造工程では、まずロービングを細断し、細断したロービングを所定の形状のネットに噴霧します。次に樹脂を噴霧して成形します。最後に、成形された製品を金型に入れ、樹脂を注入して熱プレスすることで製品を得ます。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の性能要件とほぼ同様です。
1.2 ガラス繊維ロービング生地
ロービング生地には多くの種類があり、ギンガムチェックはその一つです。ハンドレイアップFRPプロセスでは、ギンガムチェックは最も重要な基材として広く使用されています。ギンガムチェックの強度を高めたい場合は、生地の縦糸と横糸の方向を変える必要があり、これにより一方向ギンガムチェックにすることができます。チェック柄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、端と角はまっすぐで、汚れがないことが求められます。
（２）生地の長さ、幅、品質、重量、密度は一定の基準を満たさなければならない。
（３）ガラス繊維フィラメントはきれいに巻かなければならない。
（４）樹脂が速やかに浸透できること。
（５）各種製品に織り込まれる生地の乾燥度と湿度は一定の要件を満たさなければならない。
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、ガラス繊維を細かく切断し、用意したメッシュベルトに散布します。次に、バインダーを散布し、加熱して溶かし、冷却して固化させることで、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繊維マットは、ハンドレイアッププロセスやSMC膜の織物に使用されます。チョップドストランドマットの最適な使用効果を得るために、製造においては、チョップドストランドマットに以下の要件が課せられます。
（１）チョップドストランドマット全体が平らで均一である。
（２）チョップドストランドマットの穴は小さく、サイズが均一である。
（４）一定の基準を満たすこと。
（５）樹脂を素早く吸収することができる。
1.3.2 連続ストランドマット
ガラス繊維は、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の字型に平らに敷くことが規定されています。次に、粉末接着剤を上から振りかけ、加熱して硬化させます。連続繊維マットは、複合材料の強化において、チョップド繊維マットよりもはるかに優れています。これは主に、連続繊維マットのガラス繊維が連続しているためです。その優れた強化効果により、さまざまなプロセスで使用されています。
1.3.3表面マット
表面マットの用途は日常生活でも一般的で、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用いられています。FRPを例にとると、表面マットが中アルカリガラスでできているため、FRPの化学的安定性が向上します。同時に、表面マットは非常に軽量で薄いため、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兼ね備えています。
1.3.4ニードルマット
ニードルマットは主に2つのカテゴリーに分けられ、1つ目は短繊維ニードルパンチです。製造工程は比較的簡単で、まずガラス繊維を約5cmに切断し、それを基材にランダムに散布し、次に基材をコンベアベルトに載せ、かぎ針で基材を刺します。かぎ針の効果により、繊維が基材に刺さり、立体構造が形成されます。選択する基材にも一定の要件があり、ふわふわした感触で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、遮音材や断熱材として広く使用されています。もちろん、FRPにも使用できますが、得られる製品の強度が低く、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マットと呼ばれ、製造工程も非常に簡単です。まず、フィラメントをワイヤー投げ装置で事前に用意したメッシュベルトにランダムに投げます。同様に、かぎ針編みの針は鍼治療に用いられ、立体的な繊維構造を形成する。ガラス繊維強化熱可塑性樹脂では、連続した針状のマットがよく用いられる。
ステッチボンディング機の縫製作用により、一定の長さ範囲内で、切断されたガラス繊維を2種類の形状に加工することができます。1つ目は、バインダーで結合された切断繊維マットに代わる、切断繊維マットです。2つ目は、連続繊維マットに代わる、長繊維マットです。これら2種類の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、汚染や廃棄物の発生を抑え、資源の節約と環境保護という人々のニーズを満たすことができます。
1.4 粉砕繊維
粉砕繊維の製造工程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、細かく切断した繊維を投入するだけです。粉砕繊維は、製造工程において多くの用途があります。反応射出成形プロセスでは、粉砕繊維は補強材として機能し、他の繊維よりも優れた性能を発揮します。鋳造品や成形品の製造において、ひび割れを防ぎ、収縮率を改善するために、粉砕繊維を充填材として使用することもできます。
1.5 グラスファイバー生地
1.5.1ガラスクロス
これはガラス繊維織物の一種です。異なる場所で生産されるガラスクロスには異なる規格があります。我が国のガラスクロスの分野では、主にアルカリフリー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範囲に及び、アルカリフリーガラスクロスの図では、車両のボディ、船体、一般的な貯蔵タンクなどが見られます。中アルカリガラスクロスは耐食性が優れているため、包装や耐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、縦糸と横糸の方向、織物のパターンの4つの側面から始める必要があります。縦糸と横糸の方向では、密度は糸の構造と織物のパターンによって異なります。織物の物理的特性は、縦糸と横糸の密度とガラス繊維糸の構造に依存します。
1.5.2 ガラスリボン
ガラスリボンは主に2種類に分けられ、1つ目は耳付きタイプ、2つ目は平織りパターンで織られた不織布耳付きタイプです。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 一方向性生地
日常生活で使われる一方向性織物は、太さの異なる2本の糸を織り合わせて作られており、その結果、主方向において高い強度を持つ織物となる。
1.5.4 立体織物
立体織物は平面織物の構造とは異なり、立体構造であるため、一般的な平面繊維よりも効果が高い。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持っている。繊維が立体であるため、全体的な効果が高く、耐損傷性も強くなる。科学技術の発展に伴い、航空宇宙、自動車、船舶における需要の高まりにより、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る。立体織物の種類は主に5つのカテゴリーに分けられ、形状も多岐にわたる。立体織物の開発空間は非常に大きいことがわかる。
1.5.5 成形生地
成形布は複合材料の補強材として使用され、その形状は主に補強対象物の形状に依存します。また、適合性を確保するため、専用の織機で織る必要があります。製造においては、対称形状または非対称形状を低制約で製造でき、良好な将来性が期待できます。
1.5.6 溝付きコアファブリック
溝付き芯材の製造も比較的簡単である。2枚の布地を平行に配置し、垂直のバーで接続することで、断面が正三角形または正長方形になるようにする。
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、編みマットや織マットとも呼ばれますが、私たちが一般的に知っているような生地やマットとは異なります。特筆すべきは、縦糸と横糸を織り合わせるのではなく、縦糸と横糸を交互に重ね合わせて縫い合わせた生地があることです。
1.5.8 グラスファイバー断熱スリーブ
製造工程は比較的単純です。まず、ガラス繊維糸を選定し、それを管状に織り上げます。次に、絶縁等級の要件に応じて、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
科学技術博覧会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る。一般的には以下の通りである。
（１）チョップドストランドマット＋撚りなしロービング＋チョップドストランドマット
（２）撚りのないロービング生地＋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）一方向性炭素繊維＋短繊維マットまたは布
（６）表面マット＋細かく刻んだ繊維
（７）ガラスクロス＋ガラス細棒または一方向性ロービング＋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最初に発見されたものではありません。最も初期の技術はヨーロッパで開発されました。その後、人の移動により、この技術は米国、韓国、その他の国々にもたらされました。ガラス繊維産業の発展を促進するため、我が国は比較的規模の大きな工場をいくつか設立し、いくつかのハイレベルな生産ラインの設立に多額の投資を行ってきました。我が国では、ガラス繊維湿式マットは主に以下のカテゴリーに分類されます。
（１）屋根用マットはアスファルト膜や着色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：名前の通り、この製品は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十分に保護できます。
（３）表面マットは主にFRP製品の表面を保護します。
（４）化粧板は、塗料のひび割れを効果的に防ぐことができるため、主に壁や天井に使用されます。壁をより平らにすることができ、長年トリミングする必要がありません。
（５）フロアマットは主にPVC床材の基材として使用されます
（６）カーペットマット。カーペットの基材として使用される。
（７）銅被覆積層板に取り付けられた銅被覆積層板マットは、その打ち抜きおよび穴あけ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 ガラス繊維強化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支え、微細なひび割れの拡大を遅らせたり、防止したりします。コンクリートにひび割れが発生する際、骨材として機能する材料がひび割れの発生を抑制します。骨材の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ありません。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します。ひび割れがガラス繊維の近傍まで広がると、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。その結果、ひび割れの拡大領域が拡大し、損傷に必要なエネルギーも増加します。
2.2 ガラス繊維強化コンクリートの破壊メカニズム
ガラス繊維強化コンクリートが破壊する前は、コンクリートにかかる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。ひび割れが発生する過程で、応力はコンクリートから隣接するガラス繊維へと伝達されます。引張力がさらに増加すると、ガラス繊維は損傷を受け、その損傷方法は主にせん断損傷、引張損傷、および引き抜き損傷です。
2.2.1 せん断破壊
ガラス繊維強化コンクリートにかかるせん断応力は、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るため、ガラス繊維構造が損傷を受ける。しかし、ガラス繊維には独自の利点がある。長さが長く、せん断抵抗面積が小さいため、ガラス繊維によるせん断抵抗の向上効果は小さい。
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、引張変形によってガラス繊維が過度に伸び、横方向の体積が縮小するため、引張力がより速やかに破断します。
2.2.3 引き剥がしによる損傷
コンクリートが破損すると、ガラス繊維の引張力が大幅に増大し、その引張力がガラス繊維とコンクリート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る。
2.3 ガラス繊維強化コンクリートの曲げ特性
鉄筋コンクリートが荷重を受けると、その応力-ひずみ曲線は、図に示すように、力学的解析から3つの異なる段階に分けられます。第1段階：弾性変形が最初に発生し、初期亀裂が生じます。この段階の主な特徴は、変形が点Aまで直線的に増加することであり、これはガラス繊維強化コンクリートの初期亀裂強度を表します。第2段階：コンクリートに亀裂が生じると、コンクリートが負担する荷重は隣接する繊維に伝達され、その耐荷重能力はガラス繊維自体とコンクリートとの結合力によって決定されます。点B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、残りの繊維は荷重の一部を負担し、脆性破壊が発生しないようにします。
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投稿日時：2022年7月6日
