不安定な玄武岩原料組成が実際の生産と改善対策に与える影響
2025年6月20日
カーボンファイバーに似ており、 ガラス繊維連続玄武岩繊維の製造には、原料の標準化が不可欠です。玄武岩繊維製品の品質と適用効果は、産地によって大きく異なります。同じ産地であっても、同じ鉱山でも産地によって玄武岩の品質にばらつきが見られます。
実際には、主に 3 つの問題が確認されています。
（1）玄武岩鉱石原料の中には、延伸温度範囲が狭く、結晶化温度に非常に近いものがあり、延伸直後に結晶化し、繊維の連続性が損なわれ、引張強度が低下する傾向がある。
（２）玄武岩鉱石原料の中には、オリビンやコランダムなどの耐高温性結晶粒子を多く含むものがあり、均質な溶融物を得ることが困難である。
（３） 化学薬品 玄武岩鉱石原料の異なるバッチの組成は異なり、それが生産される連続玄武岩繊維の性能の安定性に影響を与えます。
原材料組成の不安定性に対処するために、前述の点を踏まえて、以下の改善策を講じることができます。
- 高品質の玄武岩鉱石原料を厳選。 玄武岩鉱石は均質で、結晶化度が低く、大きな斑晶がなく、亀裂が少なく、風化度が低く、石英やチャートなどの外部不純物を含まないものでなければなりません。玄武岩鉱石の化学組成は妥当な範囲内である必要があります。さらに、適切な酸度係数（）の範囲で 、粘度（） の 粘度（）は温度、圧力、組成の関数であり、アレニウスの式で表すことができます。 、 どこ は定数（指数関数前係数）であり、 は溶融物の粘性流動の活性化エネルギーです。玄武岩鉱石は引抜工程において広い温度範囲を維持できるため、溶融と引抜が比較的容易であり、また、オリビンやコランダムなどの耐高温性結晶粒子をほとんど含まないはずです。
- 原材料の均質化を強化する。 合格した原料は、専用の装置を用いて粉砕、ふるい分け、均質化され、窯前サイロに送られます。鉱石原料の品質を確保するためには、粒子径をほぼ一定に保つ必要があります。粒子が大きすぎると溶解が困難になり、粒子が小さすぎると溶解物の品質が低下する可能性があります。
- 高品質の玄武岩鉱石原料を配合。 天然玄武岩は様々な鉱物が共存する複雑な組成をしており、鉱物によって融点が異なるため、原料が完全に均質であるかどうかは、延伸結果を左右する決定的な要因の一つとなります。原料の溶融効率を高め、得られる繊維の性能安定性を向上させるため、一部の生産企業はガラス繊維製造に倣った「人工バッチング」法を採用しています。これは、規格に従って原料を調製し、高品質の純粋な天然玄武岩を選別し、「不足分を補う」「純粋から純粋へ」というアプローチを用いて規格値に合わせて調整する手法です。例えば、カルシウムが不足している場合はカルシウムを補充します。さらに、耐アルカリ性繊維、耐高温性繊維、高強度・高弾性率繊維など、特殊な性能要件を持つ製品については、選択的なドーピング改質を行うことで、すべての性能指標が設計要件を満たすようにすることができます。これには、純粋な玄武岩原料を適切に「ドーピング修正」するために、対応する単一成分鉱物材料またはその他の玄武岩鉱石を選択する必要があります。
