グラスファイバーとは、個々のグラスファイバーをさまざまな形に組み合わせて作られた製品群を指します。ガラス繊維は、その形状に応じて 2 つの主要なグループに分類できます。1 つは糸や織物に使用される連続繊維、もう 1 つは断熱材や濾過用のバット、ブランケット、またはボードとして使用される不連続 (短) 繊維です。グラスファイバーはウールや綿と同じように糸に成形され、カーテンに使用される生地に織り込まれます。ガラス繊維織物は、成型および積層されたプラスチックの強化材として一般的に使用されます。グラスファイバーウールは、不連続な繊維から作られた厚くてふわふわした素材で、断熱と吸音に使用されます。これは船や潜水艦の隔壁や船体によく見られます。自動車のエンジンコンパートメントおよびボディパネルライナー。炉や空調ユニット内。吸音壁および天井パネル。そして建築的なパーティション。グラスファイバーは、電気絶縁テープ、織物、補強材として使用されるタイプ E (電気) などの特定の用途に合わせて調整できます。耐酸性に優れたタイプC（化学品）と断熱性に優れたタイプT。
ガラス繊維が商業的に使用されるようになったのは比較的最近ですが、ルネッサンス時代には職人がゴブレットや花瓶を飾るためにガラス繊維を作成していました。フランスの物理学者ルネ・アントワーヌ・フェルショー・ド・レオミュールは、1713 年に細いガラスの糸で装飾された織物を製作し、1822 年にイギリスの発明家がこの偉業を再現しました。イギリスの絹織物職人が 1842 年にガラス織物を作り、別の発明家エドワード・リビーがその作品を展示しました。 1893年にシカゴで開催されたコロンビア博覧会でガラスで織られたドレス。
ランダムな長さの不連続繊維のふわふわした塊であるグラスウールは、ロッドから繊維を回転ドラムに水平に引き出すプロセスを使用して、世紀の変わり目にヨーロッパで最初に製造されました。数十年後、紡績プロセスが開発され、特許を取得しました。ガラス繊維断熱材は、第一次世界大戦中にドイツで製造されていました。1930年代に米国では、オーエンズ・イリノイ・グラス社とコーニング・グラス社の二大企業の指導のもと、ガラス繊維の工業生産を目的とした研究開発が進められました。動作します。これらの企業は、非常に細かいオリフィスを通して溶融ガラスを引き出すことにより、細くて柔軟で低コストのガラス繊維を開発しました。1938 年、これら 2 社は合併して Owens-Corning Fiberglass Corp. を設立しました。現在は単に Owens-Corning として知られる同社は、年間 30 億ドルの企業となり、ファイバーグラス市場のリーダーとなっています。
原材料
グラスファイバー製品の基本原料は、さまざまな天然鉱物と工業薬品です。主な成分は珪砂、石灰石、ソーダ灰です。他の成分としては、特に、焼成アルミナ、ホウ砂、長石、霞石閃長岩、マグネサイト、およびカオリン粘土が挙げられる。シリカ砂はガラス形成剤として使用され、ソーダ灰と石灰石は主に溶解温度を下げるのに役立ちます。耐薬品性のためのホウ砂など、特定の特性を向上させるために他の成分も使用されます。カレットとも呼ばれる廃ガラスも原料として利用されます。原材料は正確な量で慎重に計量し、ガラスに溶かす前に完全に混合する必要があります (バッチングと呼ばれます)。
製造業
プロセス
溶融
バッチが準備されると、溶解のために炉に供給されます。炉は、電気、化石燃料、またはその 2 つの組み合わせによって加熱できます。ガラスのスムーズで安定した流れを維持するには、温度を正確に制御する必要があります。溶融ガラスを繊維に成形するには、他の種類のガラスよりも高い温度 (約 2500°F [1371°C]) に保つ必要があります。ガラスが溶融すると、炉の端にあるチャネル（前炉）を通って成形装置に移送されます。
繊維に成形する
繊維の種類に応じて、繊維を形成するにはいくつかの異なるプロセスが使用されます。織物繊維は、炉から直接溶融ガラスから形成することもできるし、溶融ガラスを最初に直径約 0.62 インチ (1.6 cm) のガラス玉を形成する機械に供給することもできる。これらの大理石を使用すると、ガラスの不純物を視覚的に検査できます。直接溶解プロセスと大理石溶解プロセスの両方で、ガラスまたはガラス大理石は、電気的に加熱されたブッシング (紡糸口金とも呼ばれます) を通して供給されます。ブッシングはプラチナまたは合金でできており、200 ～ 3,000 個の非常に細かいオリフィスが付いています。溶けたガラスはオリフィスを通過し、細いフィラメントとして出てきます。
連続フィラメントプロセス
連続フィラメントプロセスにより、長い連続繊維を製造できます。ガラスがブッシュの穴を通って流れた後、複数のガラスが高速ワインダーに巻き取られます。ワインダーは毎分約 2 マイル (3 km) で回転します。これは、ブッシュからの流れの速度よりもはるかに速いです。張力によってフィラメントがまだ溶融している間に引き抜かれ、ブッシングの開口部の直径の一部のストランドが形成されます。化学結合剤が適用され、後の加工中に繊維が破損するのを防ぎます。次にフィラメントをチューブに巻き付けます。これを撚って撚り合わせて糸にすることができます。
短繊維プロセス
代替方法はステープルファイバープロセスです。溶融ガラスがブッシングを通って流れると、空気のジェットがフィラメントを急速に冷却します。乱流の空気の噴出により、フィラメントも 8 ～ 15 インチ (20 ～ 38 cm) の長さに切断されます。これらのフィラメントは潤滑剤のスプレーを通して回転ドラム上に落下し、そこで薄いウェブを形成します。ウェブはドラムから引き出され、緩く組み立てられた繊維の連続ストランドになります。このストランドは、ウールやコットンに使用されるのと同じプロセスで糸に加工できます。
チョップドファイバー
糸に形成する代わりに、連続ストランドまたは長ステープルストランドを短い長さに切断してもよい。ストランドは、クリールと呼ばれる一連のボビンに取り付けられ、短い断片に切断する機械を通して引っ張られます。チョップドファイバーはマットに形成され、それにバインダーが添加されます。オーブンで硬化した後、マットを丸めます。さまざまな重量と厚さの製品が、屋根板、組立屋根、または装飾マット用に提供されます。
グラスウール
グラスウールの製造には、ロータリーまたはスピナープロセスが使用されます。このプロセスでは、炉から出た溶融ガラスが小さな穴を備えた円筒形の容器に流れ込みます。容器が急速に回転すると、ガラスが穴から水平方向に流れ出します。溶融ガラスの流れは、空気、高温ガス、またはその両方の下向きの噴射によって繊維に変換されます。繊維はコンベアベルト上に落ち、そこで互いに絡み合ってフリース状の塊になります。これは断熱材として使用することも、ウールにバインダーをスプレーして希望の厚さに圧縮し、オーブンで硬化させることもできます。熱によりバインダーが硬化し、得られる製品は硬質または半硬質のボード、または柔軟なバットになります。
保護コーティング
ファイバーグラス製品には、バインダーに加えて、他のコーティングも必要です。潤滑剤は繊維の摩耗を軽減するために使用され、繊維に直接スプレーされるか、バインダーに添加されます。帯電防止組成物は、冷却ステップ中にグラスファイバー断熱マットの表面にスプレーされることもあります。マットを通過する冷却空気により、帯電防止剤がマットの厚さ全体に浸透します。帯電防止剤は、静電気の発生を最小限に抑える材料と、腐食防止剤および安定剤として機能する材料の 2 つの成分で構成されています。サイジングとは、成形作業中に繊維に適用されるコーティングであり、1 つまたは複数の成分が含まれる場合があります。より多くの成分（潤滑剤、結合剤、またはカップリング剤）。カップリング剤は、強化プラスチックとの結合を強化するために、強化プラスチックに使用されるストランドに使用されます。場合によっては、これらのコーティングを除去したり、別のコーティングを追加したりする仕上げ作業が必要になります。プラスチック補強材の場合、熱または化学薬品を使用してサイジングを除去し、カップリング剤を適用することがあります。装飾用途の場合、生地を熱処理してサイジングを除去し、織りを固定する必要があります。次に、染色または印刷の前に、染料ベース コーティングが適用されます。
形を整える
グラスファイバー製品にはさまざまな形状があり、いくつかのプロセスを経て製造されます。たとえば、グラスファイバーパイプの断熱材は、硬化する前に成形ユニットからマンドレルと呼ばれる棒状の型に直接巻き付けられます。次に、長さ 3 フィート (91 cm) 以下の型をオーブンで硬化します。次に、硬化した長さ部分を長さ方向に型から取り出し、指定された寸法に鋸で切断します。必要に応じてフェーシングが適用され、製品は梱包されて出荷されます。
品質管理
グラスファイバー断熱材の製造中、品質を維持するためにプロセス内のさまざまな場所で材料がサンプリングされます。これらの場所には以下が含まれます: 電気溶解装置に供給される混合バッチ。繊維化装置に供給されるブッシングからの溶融ガラス。解繊機から出てくるガラス繊維。そして生産ラインの最後から出てくる最終硬化製品。バルクのガラスと繊維のサンプルは、高度な化学分析装置と顕微鏡を使用して、化学組成と欠陥の存在について分析されます。バッチ材料の粒度分布は、材料を多数の異なるサイズのふるいに通過させることによって得られます。仕様に従って包装後の最終製品の厚さを測定します。厚さの変化は、ガラスの品質が基準を下回っていることを示します。
グラスファイバー断熱材メーカーは、製品の音響抵抗、吸音性、遮音性能を測定、調整、最適化するために、さまざまな標準化された試験手順も使用しています。音響特性は、繊維の直径、嵩密度、厚さ、バインダー含有量などの製造変数を調整することで制御できます。同様のアプローチが熱特性の制御にも使用されます。
未来
グラスファイバー業界は、1990 年代の残りの期間およびそれ以降、いくつかの大きな課題に直面しています。外国企業の米国子会社と米国メーカーの生産性向上により、グラスファイバー断熱材の製造業者の数が増加しました。その結果、現在およびおそらく将来の市場では対応できない過剰生産能力が生じています。
余剰容量に加えて、他の断熱材も競合することになります。ロックウールは、最近のプロセスと製品の改良により広く使用されるようになりました。発泡断熱材は、住宅の壁や商業用屋根におけるグラスファイバーのもう 1 つの代替品です。もう 1 つの競合素材は、屋根裏部屋の断熱材に使用されるセルロースです。
住宅市場の低迷により断熱材の需要が低いため、消費者は低価格を求めています。この需要は、小売業者や請負業者の統合傾向が続いていることの結果でもあります。これに応じて、グラスファイバー断熱業界は、エネルギーと環境という 2 つの主要分野でコスト削減を継続する必要があります。単一のエネルギー源だけに依存しない、より効率的な炉を使用する必要があります。
埋め立て地が最大容量に達しているため、ガラス繊維メーカーはコストを増加させることなく固形廃棄物の生産量をほぼゼロにする必要があります。そのためには、製造プロセスを改善して廃棄物（液体およびガス廃棄物も同様）を削減し、可能な限り廃棄物を再利用する必要があります。
このような廃棄物は、原材料として再利用する前に再処理および再溶解が必要になる場合があります。いくつかのメーカーはすでにこれらの問題に取り組んでいます。
投稿時間: 2021 年 6 月 11 日