特集 国際ガラス年 2022 ～ SDGs に貢献するガラス～

ガラス繊維とSDGs
How Glass Fiber Products Relate to SDGs
Key-words：Glass fiber, FRP, SDGs

ができ，SDGs の目標「11．住み続けられるまちづくりを」および「13．気候変動に具体的な対策を」の実現に寄与している．
また，ガラス短繊維の主原料の 80％以上にリサイ
クルガラスを使用していることから 2），SDGs の目標「12．

大谷つくる責任つかう責任」の実現にも貢献している．

昌功

2.2

Masanori OTANI（Nippon Electric Glass Co. Ltd.）フィルタ

高性能フィルタの代名詞とも言える HEPA フィル
タの HEPA とは High Efficiency Particulate Air の略で，清浄な空気が求められる分野で使用される超高性能フィ

1. はじめにルタのことである．一般に，直径 0.1～3 μm の極細ガ
ラス繊維と，強度や剛性の付与を目的とした繊維をブ

ガラス繊維は人類が初めて工業生産した無機繊維とレンドして水中で分散させ，紙を漉くのと同じ湿式抄言われており，細く，長く，屈曲性に富み，引張に強紙法でつくられた濾材を，丈夫な外枠の内側に数 mmいという繊維の特徴と，ガラスの強度，剛性，耐熱性，の間隔を取りながら蛇腹状にして取り付ける．JIS 規

化学的耐久性とを併せもつ材料である．

格（JIS Z 8122）では『定格流量で粒径が 0.3 μm の一般的に，ガラス繊維は製造方法や形態の違いによ粒子に対して 99.97％以上の粒子捕集率をもち，かつり「ガラス短繊維」と「ガラス長繊維」の二つに大別

初期圧力損失が 245 Pa｛25 mmH2O｝以下の性能をもされ，それぞれの特徴に応じその機能を活かすようにつエアフィルタ』と規定されている．

幅広い分野で使用されている．

2. ガラス短繊維と SDGs

半導体や医薬品，食品など高いクリーン度を要求される分野のクリーンルームやクリーンブース，あるいは精密空調機器・装置組込み用のファンユニットに専ガラス短繊維はグラスウールとも呼ばれ，ガラス繊ら使用されていたものであるが，その性能から空気清維でできた綿状の素材である．一般に，融けたガラス浄機やエアコン，掃除機などの家電の排気フィルタにを綿菓子と同様に遠心力で吹き飛ばすことによってでも搭載されて久しく，以前と比べかなり身近なものときた平均径 4～8 μm の細い繊維を集めて製造される．

なった．空気中の塵埃やウイルスの付着した飛沫等を

2.1

断熱，保温，吸音材

綿状であるガラス短繊維の特長は優れた断熱性や吸音性にある．グラスウールは単体で用いられることは少なく，一般的には繊維化されたガラス表面にフェノール樹脂を主成分とする接着剤を少量吹き付けフェルト捕捉， 除去することができる HEPA フィルタは，SDGs の目標「3．すべての人に健康と福祉を」の実現に寄与している．

3. ガラス長繊維と SDGs状に集綿した後，熱をかけ接着剤を固化させることに

ガラス長繊維は，溶融したガラスの素地をノズルかより所定の形状に成形される．各種施工方法に合わせら高速で引き出し，連続的に巻き取ることによって一て板状や円筒状に加工されたグラスウールは，建築用・定の径となるように成形されたガラスの糸であり，要設備用の断熱材，保温材として今や欠かすことのでき求特性に応じて数μm から 30 数μm の径が選択される．

ない素材となっている．また，各種の機能を備えたフィ

この連続巻き取り方法で造られるガラス繊維は，短くルムやクラフト紙，ガラスクロス等のフェーシング材

切断加工されて使用されるものも含め，ガラス長繊維1）を貼り合わせた製品もある ．主用途である住宅用断と呼ばれている．

熱材の他にも，各種配管・ダクト・タンク・冷凍倉庫綿状物の形態のまま使用され，外観を目視できるガの保温保冷材，船舶・航空機・車両の断熱材，コンサー

ラス短繊維と異なり，ガラス長繊維は他の材料と混ぜ

トホール・放送スタジオの吸音材，鉄道線路・高速道られて強化材として用いられるものがほとんどである路の防音壁等の断熱吸音材として幅広い用途に使用さため，日常生活の中でガラス長繊維そのものを実際にれている．

目の当たりにし，それが SDGs の目標実現に貢献してこれらガラス短繊維製品が有する優れた断熱性能はいると認識する機会に恵まれることは少ないのではな

冷暖房効果を高め，消費エネルギーを減少させることいかと思われる．そこで本稿では幾つかの代表的な使により，地球環境に優しい居住空間を実現させること

用例を取上げ，ガラス長繊維が SDGs にどのように関© 日本セラミックス協会
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セラミックス57（2022）No. 3

わり，その実現に向けどのように貢献しているのかをる“キャリア”には極めて高い剛性や耐衝撃性が必要概説する．とされる．平均径 10～20 数μm の連続繊維の束を円3.1

プラスチック強化用ガラス繊維

筒状に巻き上げたロービングから繊維束をほどき出し，ガラス長繊維の代表的な用途は，プラスチックの弾溶融した熱可塑性樹脂を含浸させ，冷却固化後に 5～性率や耐熱性等の向上を目的とした強化材料，すなわ

20 mm に切断していく方法で作製された長繊維ペレッ

ちガラス繊維強化プラスチック（GFRP: glass fiber

トを用いて射出成形する技術が確立され，成形品中のreinforced plastic）用の強化繊維である．GFRP に利繊維を長く残すことが可能となった．この技術と低比用されるガラス材料は，電気絶縁性に優れ化学耐久性重である PP（polypropylene）とを組み合わせることの高い汎用ガラスである低アルカリの E ガラスが一によって，樹脂化が難しいとされていたフロントエン般的である．

ドモジュールのキャリアの材料にガラス長繊維強化

近年，プラスチック強化用の繊維としては，ガラスPP が採用されるに至った．軽量化と同時に小型化，繊維と比較してより高弾性で低密度である炭素繊維が設計の自由度向上，一体成形による省力化・コストダ注目を集めているが，ガラス繊維の場合，シランカッウンにも貢献し，樹脂の優れた造形性を活かした高いプリング剤を用いることによって容易に表面に有機官デザイン性の実現も可能となった．

能基を導入でき，さらに適切な結束剤を選ぶことで樹天井材は車内の天井に設置される部材で，剛性や断脂とガラス繊維を強固に結合させることが可能となる．

熱性，優れた寸法安定性が必要とされる．平均径 10このため，短い繊維長であっても補強効果が得られや数μm のガラス繊維束を約 50 mm に切断したチョッすく，良好な成形性と高い複合材強度の両立が達成でプドストランドを，およそ 100 g/m2 の目付となるよきる．また，炭素繊維と比較し，破断までの伸び量がうに均一な厚みで散布し，バインダーを用い繊維同士大きいことから衝撃負荷下での引張強度が大幅に向上を固定したガラスマット（不織布）を発泡ウレタン材

3）する ．このような理由から，ガラス繊維製品の工業生産が始まって 80 年あまりが経過した現在もなお，ガラス長繊維は FRP の基幹素材となっている．
3.1.1

自動車軽量化部材

GFRP の代表的な使用例の一つに，自動車分野における軽量化を目的とした金属代替部品がある．車へのの両面に貼り合わせた複合材である．
以上のように，自動車産業における車体の軽量化を主目的とした GFRP の採用は，燃費性能の向上をもたらし，環境保全への寄与を示す典型的な例である．
SDGs の目標「13．気候変動に具体的な対策を」の実現に向けて大きく貢献している．

プラスチックの使用量は，軽量化への要求が高まるに3.1.2

従って増加し，2015 年には自動車構成材料の 11 wt％

現代は，かつてない環境危機の時代と言われ，とり風力発電風車ブレード（翼）程度を占めるまでになった 4）．その多くは GFRP 材料

わけ気候変動問題はその深刻度を増している．温室効であると考えられ，その強化材として利用されるガラ

果ガスの排出を減少に転じさせ，将来ゼロを目指すと

ス繊維には，自動車の安全性・信頼性の保証という重すれば，エネルギーの大量消費に依存し今後もエネル責の一端を担うことが求められる．

ギーの消費拡大を前提として発展してきた現代の社会

エアーインテークマニホールドはエンジンの燃焼用や経済，インフラ整備の在り方を抜本的に変える必要の空気を各シリンダーに送り込む多岐管で，一個で数があり，それも出来るだけ早く取組み始めなければな

kg もある大型部品である．従来アルミ鋳物製であっらない．このような背景の下，再生可能エネルギーにたが，1992 年にゼネラルモーターズ社により初めてよる発電が脚光を浴びている．

ガラス繊維強化 PA（Polyamide）素材が採用され，再生可能エネルギーの一つである風力発電は，40％およそ 30％の軽量化が図られた．これが GFRP の商を超える高いエネルギー変換効率であることを背景に，業利用の端緒となり，その後の世界規模での自動車部代表的な電力供給源として世界各国で普及が進んでい品における金属から GFRP への置換への道筋を作る

る．2017 年の世界における電力供給量に占める風力こととなった．強化繊維としては，平均径約 10 μm発電の割合は 4.4％であり 5），2030 年までに電力供給のガラス繊維の束を長さ 3～4.5 mm に切断したチョッの 20％を風力発電により供給し得るという報告例もプドストランドが一般に用いられる．

ある 6）．

フロントエンドモジュールは，ラジエターやファン，現在，この風力発電用風車のブレードには，主に Eヘッドランプなどの機能部品を一つのユニットに取りガラス繊維を使用した FRP が用いられている．炭素まとめた集合構造体であり，その骨組みの構造物であ繊維は導電性による落雷のリスクがあり，また，弾性セラミックス

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率が高いがゆえに僅かな繊維配向の不均一やヨレ，リ

表1ンクル（しわ）から応力集中が発生し，破壊基点となっカーテンウォール 1 m2 当たり7）て疲労寿命の予測が困難となるため ，現時点で適用は限定的である．ガラス繊維の場合，適度な弾性変形が応力を各繊維に分散し，応力集中を回避することができる．
一般に平均径 10 数～20 数μm のガラス繊維を 800～4000 本程度の束とし，それを円筒状に巻き上げたロー

GRC とプレキャストコンクリートの環境影響評価 9）
GRC

PCkg

90294

環境負荷排出量
CO2
SOxkg
g

52.1
46.1

110.6
168.9

NOxg

81.8

160.6

ばいじんg

65.1

1005.8

重量ビングが用いられる．このロービングは各種織物に加工され，所望の厚みとなるように種々積層された後，セメントは水和過程でアルカリ成分を溶出するため，成形加工に供される．ロービングには，良好な製織性

混合使用する材料には耐アルカリ性が必要となる．と樹脂含浸性，高い剛性や強度，優れた長期信頼性（耐ARG（alkali resistant glass）はガラス成分に高濃度疲労性等）が求められる．のジルコニアを含ませることによりアルカリ性のみな陸上設置から普及が進んだ風力発電は，沿岸部の適らず酸性にも優れた耐久性を有し，セメント強化用の地の減少等に伴い，年間を通して安定的に風が吹いて材料として開発されたガラスである．6～25 mm の長いる洋上へと設置の場を移しており，それと同時に大型さに切断した ARG 繊維をセメント中で均一に分散さ化が進められている．2019 年にプロトタイプとして稼せることにより，セメントの収縮による引張応力を分働を開始したゼネラルエレクトリック社の「Haliade-X散させて耐衝撃性が向上する．このため，鉄筋を埋設12MW」は 12 MW の発電容量を誇り，直径 220 m のしなくても欠けやひび割れを生じず，デザイン性に富ローターを構成する長さ 107 m のブレードを有するんだ造形が可能となる．

8）

ものである ．ブレードの大型化に伴い，たわみ変形

ARG 繊維で強化された GRC は同じ目的で使用されが小さいことがより重要となり，強化繊維にはより高るプレキャストコンクリート（PC: precast concrete）

い剛性が求められる．そこで既に複数の製造業者から，と比べて重量を約 1/3 にでき，セメントや骨材等のE ガラスよりも引張弾性率が高いガラス材料を用いた使用量が少なくなるため省資源材料であると言える．

ガラス繊維が商業生産・上市されており，ブレードへまた，GRC の環境負荷への影響を LCA（life cycleの適用が始まっている．この高弾性ガラス繊維は，今assessment）手法により試算した結果，GRC におけ後本格的な需要拡大が見込まれており，このような風る CO2, NOx, SOx, ばいじんの各排出量はプレキャス

力発電風車ブレードに代表される再生可能エネルギー

トコンクリートのそれよりもいずれも大幅に下回るこの分野にもガラス繊維の活躍の場がある．とが確かめられ（表 1），ライフサイクルの観点からこれらは SDGs の目標「7．エネルギーをみんなにそしてクリーンに」や「9．産業と技術革新の基盤をつくろう」の実現に向け貢献している．
3.2

セメント強化用ガラス繊維

も環境に優しい材料であることが示された 9）．
環境問題への関心が高まる中，リサイクル材料を用いた GRC の基本物性や耐久性の調査が行われ 10），11），スラグ粉砕物やフライアッシュ等の利用に際しての技

セメント硬化体であるモルタルやコンクリート構造術情報が整い，実際にリサイクル材として商業利用さ物は，圧縮力には強いものの，引張や曲げの力には弱いれるに至った例も多い．環境負荷の少ない持続可能なため，柱，梁，壁などの構造体に使用する場合には鉄社会の構築に向け，土木・建築分野における ARG 繊筋を埋設する，いわゆる鉄筋コンクリートとする必要維への期待は大きい．

がある．また，靭性に乏しいため，使用部位によってARG 繊維は SDGs の目標「9．産業と技術革新の基は欠けや脱落の問題が生じることがあり，さらには硬盤をつくろう」および「12．つくる責任つかう責任」

化収縮時，応力が集中する箇所でひび割れが起こりやの実現に向け貢献している．

すい．このようなセメント硬化体のもつ弱点を改善する目的で，ガラス繊維で強化したセメント，すなわち

4. おわりにガラス繊維強化セメント（GRC: glass fiber reinforced

本稿では SDGs の目標実現に向け，ガラス繊維がどcement）が利用されており，特に複雑な形状を有すのように貢献しているのかを述べてきた．特に GFRPる建築用構造材料に対し，自由度の高い設計と優れたを構成する基幹素材であるガラス長繊維は，地味では耐久性の両立を可能としている．

ありながらも「縁の下の力持ち」としての役割を担い，

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セラミックス57（2022）No. 3

日々の暮らしを支える素材として現代社会の発展に寄や課題の解決が急務であることを，本稿執筆にあたり与してきているが，直接目にする機会に乏しいため多改めて実感した次第である．

くのスペースを割いての概説となった．
優れた断熱性，吸音性を有するガラス短繊維（グラスウール）は，今後も建築や設備の断熱材・保温材・吸音材に好適な材料として使用され続けていくであろうし，高性能フィルタも健康志向の高まりやウイルス感染症蔓延防止等のニーズにも後押しされ，一般家庭や医療分野での益々の普及が進むのではないかと想定される．また，ガラス長繊維を使用した GFRP は，軽量で且つ成形の自由度がもたらす意匠性の良さというメリットから，広範な分野で一層の普及，用途拡大が期待される．
ただし，今後は，これまでのように要求特性やターゲットコストを満足させることだけを目標とする材料設計にとどまらず，SDGs の目標達成や低炭素・脱炭素社会の実現に寄与，貢献することを意識した素材選定やプロセス設計を避けては通れなくなるのであろう．
また，持続可能な社会の構築に向け，業界や企業に対してそのような点にも配慮した総合的なモノづくりが求められ，対応力が問われるような日が，そう遠くない将来に訪れるのではないかと考えられる．
そういった時代の潮流を意識して定めた目標の達成

セラミックス57（2022）No. 3

文献1） 蓬莱啓之，繊維学会誌（繊維と工業），64，17-19（2008）.
2） 硝子繊維協会パンフレット，What’s “グラスウール”？，
https://www.glass-fiber.net/pdf/download_2012_1.pdf
3） 谷口憲彦ほか，日本複合材料学会誌，38，137-143（2012）.
4） 岩野昌夫，プラスチックエージ，63，34-43，表 3（2017）.
5） IEA: Data and statistics, Explore energy data by category,indicator, country or region から算出，https://www.iea.
org/data-and-statistics/data-tables?country=WORLD&energy=Electricity&year=2017
6） Global Wind Energy Outlook 2016，https://gwec.net/
global-wind-energy-outlook-2016/7） 前田太佳夫ほか，日本風力エネルギー学会誌，38，264-267（2014）.
8） GE REPORT JAPAN：洋上風力発電の更なる拡大へ─世界 最 大 出 力 の 風 力 タ ー ビ ン が 稼 働 開 始，2019/11/15，
https://www.gereports.jp/power-up-the-worlds-mostpowerful-wind-turbine-generates-first-electrons/9） 日 本 GRC 工 業 会，GRC レ ビ ュ ー 26 号，1-3（2001），
http://www.grc.gr.jp/product/pdf/no26_01.pdf
10） 日 本 GRC 工 業 会，GRC レ ビ ュ ー 29 号，1-5（2004），
http://www.grc.gr.jp/product/pdf/no29_02.pdf
11） 日 本 GRC 工 業 会，GRC レ ビ ュ ー 30 号，1-5（2005），
http://www.grc.gr.jp/product/pdf/no30_02.pdf
筆 者 紹 介大谷 昌功（おおたに まさのり）［連絡先］ 〒 521-1295 滋賀県東近江市今町 906 番地
日本電気硝子株式会社（ガラス繊維事業部 開発部）

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