高性能繊維の出現により、テキスタイルの新しい市場が開かれました。 これらの繊維は、通常の繊維に比べて非常に高価ですが、使用される代替素材に比べて性能や軽さなどに優れているため、一般的に好まれています。
これらの繊維は、通常の繊維と比較して、非常に高価で利益率の高い繊維と定義されています。 高性能繊維に関する最初の研究は、1960 年代初頭にデュポンの傘下でクオレック、ブレイズらによって米国で行われました。
これらの研究に続いて、1970 年代に高性能ポリエチレン繊維が開発されました。 1980 年代以降、炭素繊維の開発に伴い、高機能繊維の商業市場が徐々に形成され始めました。 1970 年代から 1980 年代初頭の複合材での使用向け アラミド、 炭素繊維、ガラス繊維、高分子量ポリエチレン繊維、セラミック繊維の開発は多岐にわたり、これらの繊維の市場は急速な発展過程に入っています。 1992 年までに、合成繊維と再生繊維の生産量は約 3% 増加しましたが、高性能繊維の生産量の増加は 10% などの値に達していました。 これらの繊維の生産と消費は、一般的にヨーロッパ、アメリカ、日本に限定されていました。 日本での生産と開発は、他の国よりも速いです。
この分野の発展は、おそらくこれまでよりもはるかに速くなるでしょう。 セラミックと超高強度および弾性率のポリエチレン繊維が最大の発展を遂げるために必要になっています。 さらに、p-アラミドは、防護服業界や光ファイバー ケーブル用途などの分野で市場シェアを拡大すると考えられています。
一般的な機能と利点
1980 年代になると、高性能繊維の商業化の時代が始まり、これらの繊維は一般にその機械的性能 (一般に高強度、中弾性率および高弾性率) で際立っていました。 これとは別に、高温への耐性により、さまざまな産業での使用分野を見つけることもできました。 高性能繊維は、金属や重い素材よりも優れています。 これらは、高強度、高弾性率、軽さ、耐熱性、耐薬品性などです。 McIntyre は、これらの繊維を熱抵抗と機械的強度として最初のグループに分類しました。
アラミド繊維
芳香族ポリアミド クラスは、脂肪族ポリアミドとはまったく異なる特性を持っているため、1974 年に米国連邦取引委員会によって定義されました。 「アラミド」 と名付けられました。 アラミド繊維は、1965 年に米国のデュポン社によって初めて市販されました。 このメタアラミドの名前は Nomex でした。 McIntyre は、高性能ファイバーを大きく XNUMX つのグループに分けました。
- 第XNUMX群不燃繊維、
- 第 XNUMX グループの高強度および高弾性繊維
それはカバーします。
アラミド グループには、両方のクラスに適合する繊維があります。 現在、商業的に成功しているアラミドには 600 つのタイプがあります。 これらは両方とも、技術的には高性能繊維に分類されます。 最初のグループはメタ アラミド グループに属し、中程度のモジュラスと強度を備えていますが、優れた耐熱性を備えています。 800～XNUMX℃まで分解や融解は見られません。 熱や電気に対する保護が必要な用途に優れた性能を発揮します。 Dupont の Nomex や Teijin の Conex がその例です。 これらのアラミドは、マッキンタイアの最初のクラスに入れることができます。
1970 番目のクラスのアラミドは、XNUMX 年代初頭にデュポンが導入したパラ系アラミド繊維の XNUMX つであるケブラーです。 この繊維は、高弾性・高強度繊維のクラスで、高温に耐える繊維として際立っていました。 当時の市況では、「石綿のような耐熱性とガラスのような硬さ」を兼ね備えた繊維が市場の大きなギャップを埋め、1992年のパラ系アラミド繊維の総消費量は18.000トンに達しました。 かなりの数に見えたが、その日の定員の半分に過ぎなかった。 デュポンのアラミドは、ポリ (p-フェニレン テレファルアミド) でできており、さまざまな種類があります。 これらは：
ケブラー 29、
ケブラー 49、
ケブラー 149
ケブラー 981
あなた。
Dupont 以外では、Akzo Nobel 社が Twaron 製品で市場に参入し、Teijin 社がコポリマー アラミドの Technora で市場に参入しました。 テクノーラは、ポリ（p-フェニレンテレフタルアミド）とポリ（3,4-オキシジフェニレンテレフタルアミド）の共重合体です。 この分野の後半で、ヘキストはテクノーラと構造が非常によく似た製品で市場に参入しました。
ガラス繊維
ガラス素材は、文明とほぼ同じくらい古い歴史を持っています。 しかし、補強材としてガラスを使用することは比較的新しいアイデアです。 ガラスは 16 世紀から 17 世紀にかけて装飾材料として使用されました。 1893年の「コロンビア博覧会」で、カリファイン製のドレスが発表されました。
ガラスは、配向性や結晶性を持たない無機材料です。 グリフィスの研究により、1920 年にガラスの高性能特性が明らかになりました。 ガラスの混合物を構成する一般的な物質は、二酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ホウ素、およびいくつかの金属酸化物です。 構造として、ガラスは等方的な三次元網目構造を持っています。
高性能繊維としてのグラスファイバーの商業化の歴史は、オーエンズ イリノイとコーニング グラスの共同投資から始まります。 これを皮切りに、ガラス繊維の生産量は 1970 年代まで毎年平均 15 ～ 25% 増加しました。 その後数年間で、グラスファイバー市場からアラミド、炭素繊維、強化複合材料へと移行しました。
それでも、ガラスは現在最も重要な補強材の XNUMX つです。 高性能ガラス繊維の最も重要なメーカーは、Owens Corning、Wentrotex、Ashltrom、Pilkinton です。
すべての種類の商用ガラスの基本的な構成要素はシリカです。 シリカは、さまざまな酸化物を 1300 ～ 1600 °C で溶融することによって得られます。 多種多様な構造と特性で入手可能な市販のグラスファイバー製品があります。
1.A-ガラス：アルカリを含むガラス組成物です。 繊維生産に使用されることはほとんどありません。
2. AR - ガラス: 耐アルカリ性 (AR: Alkaline Resistant) ガラス組成です。 セメントは支持要素として使用されます。
3. C – ガラス: 耐薬品性 (C: Chemical Resistant) ガラス組成です。 繊維の生産に使用されます。
4. E – ガラス: 電気抵抗の高いガラス組成です。 （E：耐電性）
5. HS - ガラス: 高強度 (HS: High Strength) ガラス繊維です。
マグネシウム - シリカ - アルミナおよび少量のその他の酸化物が含まれています。
6. S – ガラス: HS – ガラスと同様の構造をしています。 この繊維の使用は増加しています。
ガラス繊維の総生産量の約 90% は E ガラスです。 このタイプのガラスは、ガラス強化プラスチック (GRP: Glass Reinforced Plastics) 業界でよく使用されます。 新しい繊維である AR 繊維は、スキニングや破損に対して要素をサポートする際の油圧充填材として使用されます。
炭素繊維
炭素繊維の最初の使用は、エジソンが 1879 年にランプに炭素フィラメントを使用する特許を取得したことと一致します。 しかし、実際に最初に使用されたのは 1950 年代後半です。 航空機および宇宙産業のニーズは、これにおいて最も重要な要因となっています。 最初の成功した商用アプリケーションは、イギリスのファーンバラにあるロイヤル エアクラフト エスタブリッシュメントのウィリアム ワットと彼のチームによって実行されました。
炭素繊維の本当の歴史は 1960 年代初頭に始まり、炭素繊維とその複合材の使用は、その高性能のために徐々に増加しました。
カーボン構造とグラファイト構造はどちらも、主要な構成要素として炭素元素で構成されています。 繊維の定義によると、炭素繊維は、その構造に少なくとも 90% の炭素を含む繊維です。 さまざまな形態と特性を持つ炭素繊維は、さまざまな方法で前駆体と呼ばれるさまざまな原材料を処理することによって生成されます。
前駆体に期待されることは、炭素繊維構造への容易な変換を確保するために、含まれる炭素元素の量を可能な限り多くする必要があるということです。 主要な材料は、炭素繊維の生産形態、構造、特性、および最終用途において非常に重要な要素です。
セラミックファイバー
セラミック繊維は、金属酸化物、金属炭化物、金属亜硝酸塩および類似の混合物からなる、容易に加工できない多結晶繊維として定義されます。 この定義では、シリコンとホウ素は金属と見なされます。 1950 年代以降、航空宇宙、金属、原子力、化学産業の発展により、ガラス繊維よりも高い温度に耐えられる材料が必要になりました。 さらに、航空宇宙産業のさまざまな機械構造では、軽くて強くて硬い材料が必要でした。
炭化ケイ素、酸化ケイ素、亜硝酸ケイ素、ケイ酸アルミナなどの非溶融材料が広く使用されています。 1980 年代から研究されてきたセラミック繊維は、一般的にアルミナ、アルミノケイ酸塩、炭化ケイ素をベースとしています。
アルミナ ベースのセラミック繊維の最も重要なメーカーは、ICI (SAFIMAX)、3M (Nextel)、
デュポン (PRD-166) と住友 (ALF)。 シリコンベースのセラミック繊維の最も重要な生産者は、日本カーボン (NICALON)、ダウコーニング / セラニーズ (MPS)、宇部化学品 (TYRANO)、ローヌ プーランクです。 (繊維状)
ポリエチレン繊維
高性能 PE 繊維は、強度と剛性の値が高く、強度と重量の比率が高く、世界中の多くの企業で商業的に生産されています。 PE繊維から高い強度を得るには、次の要素が重要です。
- (-CH2-) ビルディング ブロックは、高い結晶性と配向性によってサポートされる必要があります。
- 鎖のねじれを最小限に抑えて、柔軟性の高い分子を得る必要があります。 分子は硬くなく、結晶性でなければなりません。
- 非常に高分子量の直鎖状分子を取得する試みを行う必要があります。
メーカーは、さまざまな特性を提供するために、さまざまな種類の PE 繊維を開発してきました。 PE は、溶融物と溶液の両方から取り出すことができます。 重要な生産者は、オランダのテイト マインズ (DYNEEMA)、アリアッド シグナル プロダクション (SPECTRA)、三井 (TEKMİLON)、セラニーズ、モンテファイバーです。
溶融紡糸システムまたは溶液紡糸システムの両方が、高性能 PE 繊維の製造に使用されます。 高分子量の PE 繊維は溶融紡糸システムで得られますが、このシステムは低分子量の PE 繊維により適しています。 このプロセスにより、弾性率は高いが強度が比較的低い繊維が得られます。 溶液からの抽出では、特殊な抽出処理を行うことで超高分子量PEが得られます。 このシステムにより、高強度と高弾性率の両方の繊維が得られます。
エラストマー
ASTM (American Society of Testing and Materials) によると、エラストマーは天然または合成のポリマーであり、特定の負荷がかかるとその長さの少なくとも XNUMX 倍に弾性的に伸び、負荷が取り除かれるとすぐに回復します。
このグループには、ゴム、ゴム、スパンデックス、アニデックスが含まれます。 入ります。 アニデックスは現在販売を終了しています。
繊維分野では、XNUMX 種類の弾力性が必要です。 XNUMXつ目は「パワーストレッチ」 動的弾性. このタイプの弾性には、リサイクル耐性の高いエラストマーが使用されます。 最も重要な使用分野は、医療サポート製品、女性用水着、サスペンダー、ベルト、ストッキング ハンガーです。
「コンフォートストレッチ」快適伸縮素材 弾力性が必要な製品にのみ使用されます。 これらの製品は、外観は通常の生地と変わらず、一般的に動的伸縮性のある生地よりも軽量です。
その他の繊維
1. PBZT および PBO: それらは高強度のポリマーです。
2. 石英： 熱や化学薬品に非常に強い99%シリコンベースの素材です。 航空宇宙産業やミサイル産業で使用されています。
3. 共重合体ポリエステル – ベクトラ / ベクトラン: 高強度で耐熱性に優れたポリエステルの一種です。
4. ポリ(p-キシリレン): PPX繊維とも呼ばれます。 それらは高い強度と弾性率を持っています。 複合材や船舶用ロープに使用されます。
5. アズロン: タンパク質ベースのポリマーです。 単独で使用されることはなく、その使用領域はごくわずかです。
6. 金属繊維: これは、金属、プラスチックでコーティングされた金属、金属で覆われたプラスチック、または金属で覆われたコアで構成される製造されたファイバーです。 室内装飾目的で使用されます。 （静電気カーペット等）
7. ノボロイド： ノボラックを85%以上含む人工繊維です。 それらは不燃性（防護服）に使用されます。
8. ニトリル: それらは、ビニルジニトリルビルディングブロックで構成される繊維です。 水は現在生産されていません。
9. PBI: 宇宙プログラムで使用されるファイバーの一種です。 熱や薬品に強いです。
10.サラン: それらは、ビルディングブロックがビニルジエンクロライトである繊維です。 商業的にはあまり一般的ではありません。 湿気の影響を受けにくく、汚れにくいです。 工業用繊維に使用されています。
11. 硫黄： その構成要素はポリスルフィドです。 フィルター生地、消防服、電気絶縁材に使用されています。
12. ビニール: その構成要素はビニルアルコールです。 現在は生産されていません。 フィルター要素などの形で、さまざまな漁網が使用されてきました。
13. ビニール: その構成要素は塩化ビニルです。 構造によって、強度伸びなどの値が大きく異なります。 防火生地から毛布まで幅広く使用されています。
14. アスベスト： がんのリスクがあるため、繊維分野での使用は減少しています。
15. ポリアクリレート: ほとんどの化学薬品に耐性があります。 しかし、硝酸や硫酸などの化学薬品によって損傷を受けます。
16. 多色繊維: 温度によって色が変わります。
17. ポリウレア: 尿素のポリマーです。 強度があり、密度が低く、湿気が少なく、耐薬品性があり、熱による影響も少ない繊維です。 それらは一般に工業目的で使用されます。
18. テトラフルオロエチレン: テフロンという名前でデュポンドによって製造されています。 ゴアテックス構造にも使用されています。 それらの機械的特性は非常に優れており、燃えません。 絶縁テープは、フィルタなどの形で使用されます。
19. 二成分繊維: これらは、シノン、コーデラン、ハイドロフィル、カーメル、ミラフィ、ノボラックなどの繊維です。 XNUMX つの異なるビルディング ブロックがあり、このようにしてさまざまな新しい機能が得られます。
