まとめ
過去半世紀以上にわたり、繊維強化複合材料はその優れた特性により広く使用されており、複合材料における強化繊維の重要な役割は自明です。 の出現以来、複合材料、強化繊維は天然繊維から合成繊維への移行を経ています。
現在、最も一般的な強化繊維には、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、など、複合強化用ガラス繊維の特徴と用途について紹介します。
とはグラスファイバー?
ガラス繊維は、そのコスト効率と優れた特性により、主に複合材料業界で広く使用されています。 ヨーロッパ人は 18 世紀にはすでに、ガラスを繊維に紡いで織ることができることに気づきました。 フランス皇帝ナポレオンの棺には、すでにグラスファイバー製の装飾布地が使用されていました。 ガラス繊維にはフィラメントと短繊維またはフロックの両方があります。 ガラスフィラメントは、複合材料、ゴム製品、コンベアベルト、防水シートなどに一般的に使用されます。短繊維は主に不織布フェルト、エンジニアリングプラスチックおよび複合材料に使用されます。
ガラス繊維の魅力的な物理的および機械的特性、製造の容易さ、および炭素繊維と比較した低コストにより、ガラス繊維は高性能複合材料用途に最適な材料となっています。 ガラス繊維はシリカの酸化物で構成されています。 ガラス繊維は、脆くない、高強度、低剛性、軽量などの優れた機械的特性を持っています。
ガラス繊維強化ポリマーは、縦方向繊維、チョップド繊維、織物マットなど、さまざまな形状のガラス繊維の大規模なクラスで構成されています。チョップドストランドマット 、ポリマー複合材料の機械的特性と摩擦学的特性を向上させるために使用されます。 ガラス繊維は高い初期アスペクト比を実現できますが、脆性により加工中に繊維が破損する可能性があります。
次の表は、さまざまな種類のガラス繊維と組成を示しています。
ガラス繊維の特性
ガラス繊維の主な特徴には次のような側面が含まれます。
水を吸収しにくい：ガラス繊維は撥水性があり、汗を吸収せず濡れた感じがするため衣服には適していません。 素材は水の影響を受けないため、縮むことはありません。
弾性中:伸縮性がないため、生地には固有の伸縮性と回復性がほとんどありません。 したがって、しわを防ぐための表面処理が必要です。
高強度：グラスファイバーは非常に強く、ケブラーとほぼ同じ強度です。 ただし、繊維が互いに擦れると破損し、生地が毛羽立った外観になります。
絶縁：ガラス繊維は、短い繊維の形状で優れた絶縁体です。
ドレープ性:繊維はドレープ性が高く、カーテンに最適です。
耐熱性:ガラス繊維は耐熱性が高く、315℃までの温度に耐えることができ、日光、漂白剤、バクテリア、カビ、昆虫、アルカリなどの影響を受けません。
影響を受けやすいです：ガラス繊維はフッ酸や熱リン酸の影響を受けます。 ファイバーはガラスベースの製品であるため、家庭用断熱材など、一部の生のガラスファイバーは慎重に取り扱う必要があります。ファイバーの端が壊れやすく、皮膚を突き刺す可能性があるため、ファイバーグラスを扱うときは手袋を着用する必要があります。
典型的な市販のガラス繊維の物理的および機械的特性を以下の表に示します。
ガラス繊維の製造工程
ガラス繊維は、現在産業用素材として広く使用されている非金属繊維です。 一般に、ガラス繊維の基本原料にはさまざまな天然鉱物と人造化学物質が含まれており、主成分は珪砂、石灰石、ソーダ灰です。
シリカ砂はガラス形成剤として機能し、ソーダ灰と石灰石は溶解温度を下げるのに役立ちます。 アスベストや有機繊維と比較して、熱膨張係数が低く、熱伝導率も低いため、グラスファイバーは熱を素早く放散する寸法安定性の高い材料となっています。
ガラス繊維製造工程フロー図
ガラス繊維は、配合、溶解、紡糸、コーティング、乾燥、包装などの工程を経る直接溶解法で製造されます。 バッチはガラス製造の初期状態であり、材料の量が完全に混合され、混合物が炉に供給されて 1400°C の高温で溶解されます。 この温度は、砂やその他の成分を溶融状態に変えるのに十分な温度です。 溶融ガラスはリファイナーに流れ込み、温度は 1370°C まで下がります。
ガラス繊維の紡糸中、溶融ガラスは非常に細かい穴のあるスリーブを通って流れ出します。 ライナープレートは電子的に加熱され、粘度を一定に保つために温度が制御されます。 フィラメントが約 1204°C の温度でスリーブから出るときに、ウォーター ジェットを使用してフィラメントを冷却しました。
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押し出された溶融ガラスの流れは、機械的に引き抜かれて直径 4 μm ～ 34 μm のフィラメントになります。 高速ワインダーを使用して張力を与え、溶融ガラスをフィラメントに引き込みます。 最終段階では、潤滑剤、バインダー、カップリング剤の化学コーティングがフィラメントに塗布されます。 潤滑剤は、フィラメントが収集されてパッケージに巻き取られる際に、フィラメントを摩耗から保護するのに役立ちます。 サイジング後、繊維はオーブンで乾燥されます。 フィラメントはその後、細断繊維、ロービング、または糸にさらに加工する準備が整います。
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グラスファイバーは無機材料であり、燃焼せず、540°C で初期強度の約 25% を保持します。 ほとんどの化学物質はガラス繊維にほとんど影響を与えません。 無機ガラス繊維はカビが生えたり劣化したりしません。 ガラス繊維はフッ酸、熱リン酸、強アルカリ物質の影響を受けます。
電気絶縁性に優れた材料です。 グラスファイバー生地は、低吸湿性、高強度、耐熱性、低誘電率などの特性を備えており、プリント基板や絶縁ワニスの補強材として最適です。
グラスファイバーは強度対重量比が高いため、高い強度と最小限の重量が必要な用途に最適な素材です。 繊維の形態では、この強度は一方向または双方向であり、自動車市場、土木建設、スポーツ用品、航空宇宙、海洋、エレクトロニクス、家庭用および風力エネルギーの幅広い用途で設計とコストの柔軟性が可能になります。
これらは、構造用複合材、プリント基板、およびさまざまな特殊用途製品の製造にも使用されます。 世界の年間ガラス繊維生産量は約 450 万トンで、主な生産国は中国 (市場シェア 60%)、米国、欧州連合です。 （出典：炭素繊維とその複合材料技術）
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投稿時間: 2021 年 7 月 21 日
