ガラス繊維は、広義には無機非金属材料という認識が一般的でしたが、研究が深まるにつれて、実際には多くの種類のガラス繊維があり、優れた性能を持ち、多くの優れた利点があることがわかってきました。例えば、機械的強度が特に高く、耐熱性や耐腐食性も特に優れています。しかし、完璧な材料は存在しないのは事実であり、ガラス繊維にも無視できない欠点があります。つまり、耐摩耗性が低く、脆くなりやすいということです。そのため、実用化においては、長所を活かし、短所を回避する必要があります。
ガラス繊維の原料は入手しやすく、主に廃棄された古いガラスやガラス製品です。ガラス繊維は非常に細く、20本以上のガラスモノフィラメントを合わせると髪の毛の太さに相当します。ガラス繊維は通常、複合材料の強化材として使用されます。近年のガラス繊維研究の深化により、ガラス繊維は私たちの生産と生活においてますます重要な役割を果たしています。次の数記事では、主にガラス繊維の製造プロセスと用途について説明します。この記事では、ガラス繊維の特性、主要成分、主な特徴、および材料分類を紹介します。次の数記事では、その製造プロセス、安全保護、主な用途、安全保護、業界の現状、および発展の見通しについて説明します。
Iはじめに
1.1 ガラス繊維の特性
ガラス繊維のもう一つの優れた特徴は、その高い引張強度です。標準状態では6.9g/d、湿潤状態では5.8g/dに達します。こうした優れた特性から、ガラス繊維は補強材として広く用いられています。A密度は2.54です。また、ガラス繊維は耐熱性にも優れており、300℃でも通常の特性を維持します。さらに、ガラス繊維は電気絶縁性と耐腐食性を備えているため、断熱材や遮熱材としても広く使用されています。
1.2 主な成分
ガラス繊維の組成は比較的複雑です。一般的に、誰もが認識している主な成分は、シリカ、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化カルシウムなどです。ガラス繊維のモノフィラメントの直径は約10ミクロンで、髪の毛の直径の1/10に相当します。各繊維束は数千本のモノフィラメントで構成されています。延伸工程は若干異なります。通常、ガラス繊維中のシリカ含有量は50％～65％です。酸化アルミニウム含有量が20％を超えるガラス繊維は引張強度が比較的高く、通常は高強度ガラス繊維ですが、無アルカリガラス繊維の酸化アルミニウム含有量は通常約15％です。ガラス繊維の弾性率を高めたい場合は、酸化マグネシウムの含有量を10％以上にする必要があります。ガラス繊維には少量の酸化鉄が含まれているため、耐食性がさまざまな程度に向上しています。
1.3 主な特徴
1.3.1 原材料と用途
ガラス繊維は無機繊維に比べて優れた特性を有し、難燃性、耐熱性、断熱性、安定性、引張強度に優れています。しかし、脆く、耐摩耗性に劣ります。強化プラスチックの製造やゴムの強化に用いられ、強化材としてのガラス繊維には以下の特性があります。
（１）引張強度は他の材料に比べて優れているが、伸びは非常に低い。
（２）弾性係数がより適切である。
（３）ガラス繊維は弾性限界内で長時間伸びることができ、引張強度が非常に強いため、衝撃を受けた際に大きなエネルギーを吸収することができます。
（４）ガラス繊維は無機繊維であるため、燃えにくく化学的性質が比較的安定しており、多くの利点を有する。
（５）水を吸収しにくい。
（６）耐熱性があり、性質が安定しており、反応しにくい。
（７）加工性が非常に良く、ストランド、フェルト、束、織物など様々な形状の優れた製品に加工できます。
（８）光を透過できる。
（９）材料が入手しやすいので価格も高くない。
（10）高温になると、燃える代わりに溶けて液体のビーズになります。
1.4 分類
ガラス繊維は、様々な分類基準によって様々な種類に分類されます。形状と長さの違いから、長繊維、綿繊維、定長繊維の3種類に分けられます。また、アルカリ含有量などの成分の違いから、無アルカリガラス繊維、中アルカリガラス繊維、高アルカリガラス繊維の3種類に分けられます。
1.5 生産原材料
実際の工業生産において、ガラス繊維を生産するためには、アルミナ、石英砂、石灰石、パイロフィライト、ドロマイト、ソーダ灰、芒硝、ホウ酸、蛍石、粉砕ガラス繊維などが必要となります。
1.6 製造方法
工業的な製造方法は2つのカテゴリーに分けられます。1つは、まずガラス繊維を溶融し、次に直径の小さい球状または棒状のガラス製品を作る方法です。その後、様々な方法で加熱・再溶融し、直径3～80μmの細い繊維を作ります。もう1つは、ガラスを溶融しますが、棒状や球状ではなくガラス繊維を作ります。その後、サンプルを白金合金板を通して機械的に引き抜きます。得られた製品は連続繊維と呼ばれます。ローラーで引き抜いた繊維は、不連続繊維（カット・トゥ・レングス・ガラス繊維とも呼ばれます）や短繊維と呼ばれます。
1.7 グレーディング
ガラス繊維は、その組成、用途、特性の違いにより、様々なグレードに分類されます。国際的に商品化されているガラス繊維は以下の通りです。
1.7.1 Eガラス
これはホウ酸塩ガラスで、日常生活では無アルカリガラスとも呼ばれています。多くの利点があるため、最も広く使用されています。現在最も広く使用されているガラスですが、無機塩と反応しやすいため、酸性環境での保管が難しいという欠点もあります。
1.7.2 Cガラス
実際の生産では、中アルカリガラスとも呼ばれ、化学的性質が比較的安定しており、耐酸性が良好です。欠点は、機械的強度が高くなく、電気的性能が悪いことです。場所によって基準が異なります。国内のガラス繊維業界では、中アルカリガラスにホウ素元素は含まれていません。しかし、海外のガラス繊維業界では、ホウ素を含む中アルカリガラスを生産しています。含有量が異なるだけでなく、国内外で中アルカリガラスが果たす役割も異なります。海外で生産されるガラス繊維表面マットやガラス繊維ロッドは、中アルカリガラスで作られています。生産において、中アルカリガラスはアスファルトでも活躍しています。わが国では、価格が非常に安いため広く使用されており、包装布やフィルター布業界のいたるところで活躍していることが客観的な理由です。
1.7.3 ガラス繊維 ガラス
製造上は高アルカリガラスとも呼ばれ、ケイ酸ナトリウムガラスに属しますが、耐水性があるため、一般的にはガラス繊維としては生産されません。
1.7.4 グラスファイバーDガラス
誘電体ガラスとも呼ばれ、一般的に誘電体ガラス繊維の主原料となります。
1.7.5 ガラス繊維高強度ガラス
強度はEガラス繊維の1/4程度高く、弾性率もEガラス繊維よりも高い。様々な利点があるため、広く利用されるはずだが、コストが高いため、現在は軍事産業や航空宇宙産業など、一部の重要な分野にしか利用されていない。
1.7.5 ガラス繊維ARガラス
耐アルカリガラス繊維とも呼ばれる純粋な無機繊維で、ガラス繊維補強コンクリートの補強材として使用されます。特定の条件下では、鉄鋼やアスベストの代替として用いることもできます。
1.7.6 ガラス繊維E-CRガラス
これは改良されたホウ素フリー、無アルカリガラスです。耐水性が無アルカリガラス繊維の約10倍であるため、耐水性製品の製造に広く使用されています。さらに、耐酸性も非常に強く、地下パイプラインの製造と応用において主要な地位を占めています。前述の一般的なガラス繊維に加えて、科学者たちは現在、新しいタイプのガラス繊維を開発しています。これはホウ素を含まない製品であるため、人々の環境保護への追求を満たしています。近年、より人気のある別の種類のガラス繊維があります。それは、二重ガラス組成のガラス繊維です。現在のグラスウール製品では、その存在を感じることができます。
1.8 ガラス繊維の識別
ガラス繊維の見分け方は特に簡単で、ガラス繊維を水に入れ、沸騰するまで加熱し、6～7時間放置します。ガラス繊維の縦糸と横糸の密度が下がっている場合は、高アルカリガラス繊維です。様々な規格に基づき、ガラス繊維の分類方法は数多くありますが、一般的には長さと直径、組成、性能の観点から分類されます。
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投稿日時: 2022年6月22日
