ガラス繊維

ガラス繊維（Glass Fiber）

ガラス繊維は、ガラスを溶融して繊維状に加工した材料で、主に2つのタイプに分かれます。ひとつは短繊維の「グラスウール」であり、もうひとつは長繊維の「グラスファイバー」です。

グラスウールとグラスファイバー

グラスウールは、その高い断熱性と不燃性から、住宅や工業用の断熱材や吸音材として広く用いられています。一方、グラスファイバーは機械的特性が他の繊維、例えばポリマーや炭素繊維と同等であるため、繊維強化プラスチック（GFRP）として利用されています。この材料は軽量でありながら高い強度を持つため、構造材として非常に役立つのです。炭素繊維よりも剛性は劣りますが、コストはずっと安価である点も魅力です。

使用されるガラスの種類についても考慮が必要です。一般的なアルカリガラスは劣化しやすく強度が低下するため、石英ガラスなどの無アルカリガラスが原料として好まれます。グラスウールでは一般のガラスが使われる場合もあります。さらに、ガラス繊維は自然界にも存在し、ペレーの毛のような形態で見られます。

用途

ガラス繊維の主な用途には、プリント基板や繊維強化プラスチック（FRP）があり、これによりプラスチック単体にはない高い強度と靱性を持つ軽量な材料を作り出すことができます。ただし、時間の経過と共に強度が低下する可能性があるため、スポーツ用具やヘルメットなど命に関わる製品への使用には注意が必要です。

1970年代後半以降、日本ではガラス繊維が建築用の採光屋根材、小型船舶の船体、釣り竿に広く普及しました。さらに、グラスウールとして加工されることで耐熱断熱材や、スタッドレスタイヤの材料にも利用されています。ガラス繊維は高い引張強度を持ち、膜構造の建物などに応用されることもありますが、耐候性が低いため通常はコーティングが施されます。

特性

熱的特性

ガラス繊維は重量に対して表面積が大きいため、断熱材として非常に優れています。特に空気を閉じ込めたグラスウールは、熱伝導率が0.05 W/(m・K)程度であり、優れた断熱効果を発揮します。

機械的特性

ガラス繊維は水分を吸着しやすく、微細な亀裂や表面欠陥を引き起こしやすい性質を持っています。表面の傷は靭性に大きく影響します。また、ガラスは破断するまでの伸びが大きく、細い繊維ほど延性が高くなります。アモルファスな構造も特徴の一つです。

安全性

無機素材であるため、ガラス繊維はアスベストと同様の健康懸念があるとして、ドイツなどでは使用制限が提案されています。国際がん研究機関は、グラスウールやFRPに使用される長繊維を発がん性の判断ができない区分3に分類しており、特殊なフィルター用途向けの極細繊維は区分2Bに分類されています。これらは異なる用途であるため注意が必要です。

製造方法

ガラス繊維の製造は主に2段階に分かれており、最初にガラスを溶融します。溶解法には直接溶解法とマーブルメルト法があり、いずれも原料を炉で溶かして使用します。次に、繊維を形成しています。この工程ではブッシングプレートやノズルが重要で、生産性に大きな影響を与えます。

繊維の製造方法には長繊維の製法と短繊維の製法があり、用途によって適した方法で加工されます。サイジングと呼ばれる加工も行われ、最終的に所定の形状へと成形されます。

まとめ

ガラス繊維は、優れた特性と多様な用途を持つ材料であり、今後も更なる技術革新とともに、その活用範囲は広がることでしょう。

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