グラスファイバーとは、個々のガラス繊維を様々な形に組み合わせて作られた製品群を指します。グラスファイバーは、その形状によって2つの主要なグループに分けられます。1つは糸や織物に使用される連続繊維で、もう1つは断熱材や濾過用の詰め綿、毛布、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、ウールや綿のように糸にすることができ、もう1つはカーテンに使用される布に織り込むことができます。グラスファイバー織物は、成形プラスチックやラミネートプラスチックの補強材として一般的に使用されています。グラスファイバーウールは不連続繊維から作られた厚手でふわふわした素材で、断熱材や吸音材として使用されます。グラスファイバーウールは、船舶や潜水艦の隔壁や船体、自動車のエンジンルームや車体パネルのライナー、炉や空調装置、防音壁や天井パネル、建築間仕切りなどによく使用されています。グラスファイバーは、タイプE（電気用）など特定の用途に合わせて調整でき、電気絶縁テープ、織物、補強材として使用されます。耐酸性に優れたCタイプ（化学用）と断熱性に優れたTタイプ。
ガラス繊維の商業利用は比較的最近のことですが、ルネサンス時代には職人たちがゴブレットや花瓶の装飾用にガラス繊維を製造していました。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年に細いガラス繊維で装飾された織物を開発し、イギリスの発明家も1822年に同じ偉業を成し遂げました。イギリスの絹織工は1842年にガラス織物を開発し、別の発明家エドワード・リビーは1893年のシカゴ万国博覧会でガラスで織ったドレスを出品しました。
グラスウールは不連続で不規則な長さの繊維のふわふわした塊で、世紀の変わり目にヨーロッパで初めて生産されました。当時は、繊維を棒から水平に回転ドラムに引き出す方法を使用していました。数十年後、紡糸方法が開発され、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ました。ガラス繊維の工業生産を目指した研究開発は、1930年代に米国で、オーウェンス・イリノイ・グラス社とコーニング・グラス・ワークスという2つの大手企業の指導の下で進められました。両社は、非常に細い穴から溶融ガラスを引き出す方法で、細く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つの企業が合併して、オーウェンス・コーニング・ファイバーグラス社が設立されました。現在では単にオーウェンス・コーニングとして知られ、年間30億ドルの売り上げを誇る企業に成長し、グラスファイバー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、様々な天然鉱物と合成化学物質です。主な原料は珪砂、石灰石、ソーダ灰です。その他の原料としては、焼成アルミナ、ホウ砂、長石、霞石閃長岩、マグネサイト、カオリンクレーなどがあります。珪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融点を下げるのに役立ちます。その他の原料は、ホウ砂が耐薬品性を向上させるなど、特定の特性を向上させるために使用されます。廃ガラス（カレットとも呼ばれます）も原料として使用されます。原料は、ガラスに溶かす前に、正確な量を慎重に計量し、よく混ぜ合わせる（バッチング）必要があります。
製造業
プロセス
溶融
バッチが準備されると、それは溶解炉に投入され、そこで溶解されます。炉は電気、化石燃料、あるいはその両方で加熱されます。ガラスの流れがスムーズで一定に保たれるように、温度を正確に制御する必要があります。溶融ガラスは、繊維状に成形するために、他の種類のガラスよりも高い温度（約2500°F [1371°C]）に保たれなければなりません。溶融したガラスは、炉の端にある通路（前炉）を通って成形装置へと送られます。
繊維状に成形
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用いられます。繊維は、溶融ガラスを炉から直接取り出して成形する場合と、溶融ガラスをまず直径約0.62インチ（1.6cm）のガラス玉を形成する機械に送り込む場合があります。これらのガラス玉は、ガラスに不純物が混入していないかを目視で検査することができます。直接溶融法とガラス玉溶融法のどちらの場合も、ガラスまたはガラス玉は電気加熱されたブッシング（スピナレットとも呼ばれます）を通して供給されます。ブッシングはプラチナまたは金属合金製で、200～3,000個の非常に微細なオリフィスが開いています。溶融ガラスはこれらの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。
連続フィラメント法
連続フィラメント法では、長く連続した繊維を生産できます。ガラスがブッシングの穴を通り抜けた後、複数のストランド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3キロメートル（2マイル）の速度で回転し、ブッシングからの流速よりもはるかに高速です。張力によってフィラメントは溶融状態のまま引き出され、ブッシングの開口部の直径の数分の1の小さなストランドが形成されます。化学バインダーが塗布され、後の加工工程で繊維が切れるのを防ぎます。その後、フィラメントはチューブに巻き取られます。そして、撚り合わせて糸にすることができます。
ステープルファイバープロセス
もう一つの方法は、ステープルファイバー法です。溶融ガラスがブッシングを通過する際に、空気の噴流がフィラメントを急速に冷却します。同時に、乱流の空気噴流によってフィラメントは8～15インチ（20～38cm）の長さに切断されます。切断された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。このウェブはドラムから引き出され、緩く集合した繊維の連続ストランドへと引き伸ばされます。このストランドは、ウールや綿と同じ工程で糸に加工できます。
チョップドファイバー
連続繊維または長繊維のストランドは、糸状に成形する代わりに、短い長さに切断されることがあります。ストランドはクリールと呼ばれるボビンに巻き付けられ、機械に通されて短い断片に切断されます。切断された繊維はマット状に成形され、これにバインダーが加えられます。オーブンで硬化させた後、マットは巻き取られます。様々な重量と厚さの製品があり、屋根板、積層屋根材、装飾用マットなどに使用されます。
グラスウール
グラスウールの製造には、ロータリー式またはスピナー式が用いられます。この工程では、炉から出た溶融ガラスを小さな穴の開いた円筒形の容器に流し込みます。容器が高速回転すると、穴から水平方向にガラスの流れが流れ出ます。溶融ガラスの流れは、下向きの空気、高温ガス、またはその両方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下し、互いに絡み合って綿状の塊を形成します。この繊維は断熱材として使用したり、グラスウールにバインダーを吹き付け、必要な厚さに圧縮した後、オーブンで硬化させたりすることもできます。熱によってバインダーが固まり、結果として硬質または半硬質の板材、あるいは柔軟な芯地が得られます。
保護コーティング
バインダーに加えて、グラスファイバー製品には他のコーティングが必要です。潤滑剤は繊維の摩耗を軽減するために使用され、繊維に直接噴霧されるか、バインダーに添加されます。また、冷却工程では、グラスファイバー断熱マットの表面に帯電防止剤が噴霧されることもあります。マットを通して引き込まれる冷却空気によって、帯電防止剤がマットの厚み全体に浸透します。帯電防止剤は、静電気の発生を最小限に抑える物質と、腐食防止剤および安定剤として機能する物質の2つの成分で構成されています。サイジングとは、成形工程で繊維に塗布されるコーティングのことで、1つ以上の成分（潤滑剤、バインダー、またはカップリング剤）を含む場合があります。カップリング剤は、プラスチックの強化に使用されるストランドに使用され、強化材料との結合を強化します。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ために、仕上げ工程が必要になる場合があります。プラスチックの強化材の場合、サイジングは熱または化学薬品で除去され、カップリング剤が塗布されることがあります。装飾用途では、糊を除去し、織りを定着させるために生地を熱処理する必要があります。その後、染色またはプリントの前に染料ベースコーティングを施します。
形を作る
グラスファイバー製品は多様な形状をしており、複数の工程を経て製造されます。例えば、グラスファイバー製のパイプ断熱材は、硬化前に成形ユニットから直接マンドレルと呼ばれる棒状の型に巻き取られます。長さ3フィート（91cm）以下の型は、オーブンで硬化されます。硬化した製品は、長さ方向に型から外され、所定の寸法に切断されます。必要に応じて表面仕上げが施され、製品は出荷用に梱包されます。
品質管理
グラスファイバー断熱材の製造工程では、品質維持のため、工程の複数の箇所で材料のサンプルを採取します。採取箇所には、電気溶解炉に供給される混合バッチ、ファイバーライザーに供給するブッシングからの溶融ガラス、ファイバーライザー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が含まれます。バルクガラスおよび繊維サンプルは、高性能化学分析装置と顕微鏡を用いて、化学組成と欠陥の有無について分析されます。バッチ材料の粒度分布は、材料を複数の異なるサイズのふるいに通すことで得られます。最終製品は、仕様に従って包装後、厚さを測定します。厚さの変化は、ガラスの品質が基準を満たしていないことを示します。
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、様々な標準化された試験手順を用いています。音響特性は、繊維径、嵩密度、厚さ、バインダー含有量といった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用いられています。
未来
グラスファイバー業界は、1990年代後半以降、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の設立や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生産者数が増加しました。その結果、過剰生産能力が生じ、現在の市場、そしておそらく将来の市場も対応できなくなる可能性があります。
過剰供給に加え、他の断熱材との競合も予想されます。ロックウールは、近年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、住宅の壁や商業施設の屋根において、グラスファイバーの代替として使用されています。もう一つの競合材料は、屋根裏の断熱材として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迷しているため、消費者はより低価格を求めています。この需要は、小売業者と施工業者の統合が進む傾向にあることも一因です。これに対応して、グラスファイバー断熱材業界は、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に頼らない、より効率的な炉の導入も必要になるでしょう。
埋立地の容量が限界に達しているため、グラスファイバーメーカーはコストを増やすことなく固形廃棄物の排出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（液体廃棄物やガス廃棄物も含む）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、原料として再利用する前に再処理と再溶解が必要になる場合があります。複数のメーカーがすでにこれらの問題に取り組んでいます。
投稿日時: 2021年6月11日