玄武岩は世界中で産出される火山性火成岩で、歴史的にはタイルやスラブなどの建築用鋳造材やコンクリート骨材として使用されてきました。この種類の岩石は強度が高く、耐摩耗性、耐熱性に優れています。工業用途や軍事用途において様々な用途で研究・利用されており、特に第二次世界大戦後には戦時におけるその応用可能性について広範な研究が行われました。
玄武岩繊維製造に関する最初の特許は、1923年にフランス人のポール・デーによって取得され、それ以来、工業用途に応用されてきました。この強固な素材は、細い繊維に加工して糸に紡ぐことで強度を高め、将来の用途に備えることが可能です。
玄武岩繊維糸で織られた製品、例えば 玄武岩の袖, 排気テープ, 玄武岩ロープ, 玄武岩窓チャンネルガスケット非常に強度が高く、柔軟性があり、耐熱性があり、リサイクル可能であるため、高温用途の多用途部品として、ガラス繊維などの類似素材よりも好まれることが多いです。排気断熱材の一般的な用途としては、乗用車やオートバイの過剰な熱を低減するためのヒートラッピングや、高温のオーブンの扉を密閉するための熱封じ込めなどがあります。
玄武岩繊維の歴史
玄武岩繊維は、その軍事的、産業的応用性ゆえに多彩な歴史を誇っています。この歴史は、冷戦時代に米国とソビエト連邦の両当局が軍事装備品への玄武岩のさまざまな用途を調査し始めたときに特に重要になりました。
大規模な玄武岩層はアメリカ合衆国北西部に集中しており、ワシントン州立大学はそこで、玄武岩繊維の化学的特性と抽出プロセス、そしてその応用範囲の拡大に関する理解を深めるための研究を行っていました。コーニング社やオーウェンズ社といったアメリカのガラス会社も、1970年代に玄武岩繊維の研究が放棄され、S-2ガラスやEガラスといった他のガラス製品に重点が置かれるまで、玄武岩繊維に関する独自の研究と特許取得に取り組んでいました。
東ヨーロッパでは、第二次世界大戦後、モスクワ、プラハ、その他のソ連都市のグループが独自の研究を実施し、その研究はソ連国防省によって国有化されてウクライナのキエフに集中され、そこで玄武岩の研究と軍事製品の設計、試験、製造が行われました。
1911年のソビエト連邦崩壊後、研究は機密解除され、一般公開されました。例えば、玄武岩繊維の研究は、玄武岩テープ技術の発展に不可欠な役割を果たしました。
玄武岩繊維はどのように作られるのでしょうか?
玄武岩繊維はガラス繊維に似ており、同様の製造プロセスを共有していますが、重要な違いがあり、最終的には玄武岩繊維の作成がガラスよりも簡単です。
まず、原料の玄武岩を粉砕、洗浄、分離し、高熱ガス炉の溶融槽に投入します。ガラス繊維製造では、主原料である珪砂に加えて複数の派生品が使用されますが、玄武岩繊維は単一の玄武岩から製造されます。これにより、原料を炉に投入する前に各原料を個別に計量する必要があるガラス繊維製造とは異なり、原料を一度に炉に投入するプロセスが効率化されます。しかし、玄武岩繊維製造の欠点の一つは、メーカーが原料の玄武岩の純度と均一性を直接管理しにくいことです。そのため、質の高い採石場からの調達が不可欠です。
粉砕された玄武岩は炉に入り、1500℃/2732℉の温度で液化されます。透明なガラスとは異なり、不透明な玄武岩は赤外線エネルギーを透過するのではなく吸収します。そのため、従来のガラス炉で使用されるオーバーヘッドガスバーナーでは、玄武岩混合物全体を均一に加熱することが困難です。オーバーヘッドガスバーナーでは、均一な温度を保つために、溶融玄武岩をガラスに比べて長時間、リザーバー内に保持する必要があります。
次に、ガラスと同様に、プラチナ・ロジウムブッシングによって玄武岩フィラメントが形成されます。フィラメントが冷却されると、サイジング剤が塗布され、速度制御された繊維延伸装置へと送られ、その後、巻き取り装置へと送られます。ここで玄武岩繊維は巻き取られ、将来の使用に備えて巻き取られます。
玄武岩フィラメントはガラスフィラメントよりも摩耗性が高いため、ブッシングの交換頻度が高く、コストも高くなります。しかし、玄武岩繊維製造用の最新のブッシングは、ガラス製造用のブッシングと同等のライフサイクルを備えています。
繊維は生産後、玄武岩繊維製の排気管スリーブなどの最終製品に組み込まれます。これがこの加工材料の最も一般的な用途ですが、もう一つの一般的な用途は 家と囲炉裏 業界、どこ ロープ or 窓チャンネルガスケット が活用されています。
玄武岩繊維の生産は最終段階ではガラス生産よりも時間とコストがかかりますが、玄武岩排気テープやスリーブに使用される繊維は、複合材や極度の温度保護を必要とする用途において、耐久性、強度、寿命に優れています。
玄武岩繊維の利点は何ですか?
玄武岩繊維には、この材料を産業的に応用できる主な利点がいくつかあります。
- 熱抵抗
- 耐腐食性と耐火性
- 低吸水
- 電気伝導防止
- UV抵抗
- 電磁放射線耐性
- 耐酸性
エポキシガラス繊維と、同じプロセスで作られた玄武岩繊維を比較した最近の研究では、玄武岩繊維にも次のような特徴があることがわかりました。
- より高い引張弾性率
- より高い引張強度
- より高い層間せん断強度
- 比強度が40%向上
- 比剛性20%向上
玄武岩繊維の耐衝撃性は、ガラスや炭素繊維とは大きく異なります。例えば、玄武岩繊維糸は、同様の構造を持つガラスハイブリッド素材と比較して約35%、同様の織り込みカーボンハイブリッド素材と比較して17%高い比エネルギー吸収能力を示すことが確認されています。
玄武岩は、作業員の安全と大気質の向上にも貢献します。玄武岩繊維の製造工程は、火山活動の副産物であるガラス繊維よりも環境的に安全であるためです。これにより、繊維製造工程で排出される温室効果ガスを削減できます。また、玄武岩は地球上に自然に存在する不活性で不燃性の素材であるため、他の強化繊維よりもリサイクル性に優れています。これは、自動車産業をはじめとする様々な産業で考慮される要素です。
玄武岩とガラスの選択
残念ながら、現代の技術革新にもかかわらず、玄武岩繊維製品はEガラスなどの類似のガラス由来製品よりも高価です。しかし、玄武岩スリーブなどの性能向上によるメリットを考えると、コスト増は製品の性能向上への価値ある投資となります。
玄武岩繊維はEガラスに比べて、強度、剛性、耐衝撃性、耐腐食性、耐水性、耐熱性に優れています。これらの特性により、玄武岩繊維製のスリーブ、排気管テープ、ロープなどの素材は、断熱性能において最適な選択肢となっています。
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