広義には、ガラス繊維は無機非金属材料であるという認識が一般的でしたが、研究が進むにつれて、実際には多くの種類のガラス繊維が存在し、それぞれ優れた性能と多くの際立った利点を持っていることが分かってきました。例えば、機械的強度が非常に高く、耐熱性や耐腐食性も非常に優れています。もちろん、完璧な材料は存在せず、ガラス繊維にも無視できない欠点があります。それは、耐摩耗性が低く、脆いことです。したがって、実用化においては、長所を活かし、短所を克服していく必要があります。
ガラス繊維の原料は入手が容易で、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本以上のガラス単繊維を合わせたものが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、ガラス繊維の研究が深まったことにより、生産や生活においてますます重要な役割を果たしています。次のいくつかの記事では、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、主な構成要素、主な特徴、および材料分類を紹介します。次のいくつかの記事では、その製造プロセス、安全対策、主な用途、安全対策、業界の現状と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、引張強度が高いことです。標準状態では6.9g/d、湿潤状態では5.8g/dに達します。このような優れた特性により、ガラス繊維は補強材として広く使用されています。密度は2.54です。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。また、電気絶縁性と腐食しにくさから、断熱材や遮蔽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。繊維の束は、数千本のモノフィラメントで構成されています。引き抜き工程は若干異なります。通常、ガラス繊維中のシリカの含有量は50%から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の引張強度は比較的高く、通常は高強度ガラス繊維ですが、アルカリフリーガラス繊維の酸化アルミニウム含有量は一般的に約15%です。ガラス繊維の弾性率を大きくするには、酸化マグネシウムの含有量が10%以上であることを確認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で向上しています。
1.3 主な特徴
1.3.1 原材料と用途
無機繊維と比較すると、ガラス繊維の特性はより優れています。燃えにくく、耐熱性、断熱性に優れ、安定性が高く、引張強度にも優れています。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使用される強化材としてのガラス繊維は、以下の特徴を持っています。
（１）引張強度は他の材料より優れているが、伸びは非常に低い。
（２）弾性係数の方がより適切である。
（３）弾性限界内では、ガラス繊維は長時間伸びることができ、非常に引張強度が高いため、衝撃を受けた際に大量の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、無機繊維には多くの利点があり、燃えにくく、化学的性質が比較的安定しています。
（５）水を吸収しにくい。
（６）耐熱性があり、性質上安定しており、反応しにくい。
（７）加工性が非常に優れており、撚糸、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る。
（８）光を透過できる。
（９）材料が入手しやすいので、価格は高くない。
（１０）高温では、燃焼する代わりに液体のビーズに溶ける。
1.4 分類
分類基準によって、ガラス繊維は様々な種類に分けられます。形状や長さによって、連続繊維、繊維綿、固定長繊維の3種類に分類できます。また、アルカリ含有量などの成分によって、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種類に分類できます。
1.5 生産原料
実際の工業生産において、ガラス繊維を製造するためには、アルミナ、石英砂、石灰石、葉ろう石、ドロマイト、炭酸ナトリウム、芒硝、ホウ酸、蛍石、粉砕ガラス繊維などが必要です。
1.6 製造方法
工業的な製造方法は大きく2種類に分けられます。1つは、まずガラス繊維を溶融し、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、加熱と再溶融を様々な方法で行い、直径3～80μmの微細な繊維を作ります。もう1つの方法は、ガラスを最初に溶融しますが、棒状や球状ではなくガラス繊維を作ります。その後、サンプルを機械引き抜き法を用いて白金合金板に通します。こうして得られた製品は連続繊維と呼ばれます。繊維をローラー装置に通して引き抜くと、得られる製品は不連続繊維、または切断済みガラス繊維、短繊維とも呼ばれます。
1.7 成績評価
ガラス繊維は、その組成、用途、特性の違いに応じて、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とおりです。
1.7.1 Eガラス
これはホウ酸ガラスで、日常生活ではアルカリフリー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、広く使用されている一方で、避けられない欠点もあります。無機塩と反応しやすいため、酸性環境での保管は困難です。
1.7.2 Cガラス
実際の製造においては、中アルカリガラスとも呼ばれ、比較的安定した化学的性質と優れた耐酸性を有しています。欠点は、機械的強度が低く、電気特性が劣ることです。地域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が製造されています。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。海外で製造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。製造においては、中アルカリガラスはアスファルトにも使用されています。我が国では、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で広く使用されています。
1.7.3 ガラス繊維 ガラス
製造現場では、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分類されるが、耐水性が高いため、一般的にはガラス繊維としては製造されない。
1.7.4 グラスファイバー D グラス
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る。
1.7.5 ガラス繊維高強度ガラス
その強度はEガラス繊維の1/4であり、弾性率もEガラス繊維より高い。こうした様々な利点から広く利用されるべきだが、高コストのため、現状では軍事産業や航空宇宙産業など一部の重要な分野でのみ使用されている。
1.7.5 ガラス繊維ARガラス
これは耐アルカリ性ガラス繊維とも呼ばれ、純粋な無機繊維であり、ガラス繊維強化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、鋼材やアスベストの代替としても使用できます。
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・アルカリフリーガラスです。耐水性はアルカリフリーガラス繊維の約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使用において支配的な地位を占めています。上記で述べたより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ました。これはホウ素フリー製品であるため、環境保護を求める人々の要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、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、その存在を確認できます。
1.8 ガラス繊維の識別
ガラス繊維を識別する方法は特に簡単で、ガラス繊維を水に入れ、水が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方向が緩くなっている場合は、高アルカリガラス繊維です。 さまざまな規格に応じて、ガラス繊維の分類方法は多数あり、一般的には長さと直径、組成と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
