유리섬유
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
유리섬유는 가늘고 작은 직경의 유리 섬유로, 다양한 용도로 사용되는 재료이다. 유리섬유는 주로 실리카 기반의 유리를 압출하여 제조되며, 직접 용융법과 마블 멜트법 두 가지 주요 제조 방식을 가진다. 유리섬유는 단열재, 전기 절연체, 섬유 강화 플라스틱(FRP) 등 다양한 분야에서 활용되며, 특히 FRP는 플라스틱보다 높은 강도와 인성을 제공한다. 유리섬유는 안전성 논란이 존재하며, 석면과 유사한 독성을 가질 수 있다는 우려가 있으나, 재활용이 가능하며 최대 40%의 재활용 유리를 포함할 수 있다.
더 읽어볼만한 페이지
- 1938년 도입 - 슈퍼맨
슈퍼맨은 제리 시걸과 조 슈스터가 창작한 DC 코믹스의 슈퍼히어로로, 크립톤 행성 출신의 외계인 칼-엘이 지구에서 클라크 켄트라는 이름으로 이중 생활을 하며 초인적인 힘과 비행 능력 등 뛰어난 능력을 지녔지만 크립토나이트와 마법에 취약하고, 다양한 미디어를 통해 재해석되며 사회 정의와 인간애를 중시하는 영웅의 상징으로 여겨진다. - 1938년 도입 - 스크래블
스크래블은 알프레드 모셔 버츠가 개발한 단어 게임으로, 보드에 글자 타일을 놓아 단어를 만들고 타일 점수를 합산하여 승패를 겨루는 방식으로, 현재 해즈브로와 매텔이 제조 및 판매하며 다양한 변형 게임과 온라인 버전, 클럽 및 토너먼트 경기가 존재한다. - 합성섬유 - 케블라
케블라는 듀폰이 개발한 고강도 아라미드 섬유로, 강철보다 강하고 내열성, 내화학성이 뛰어나 방탄복 등에 사용되지만 자외선에 약하고 가공이 어려운 단점이 있으며, 테이진, 코오롱 등의 경쟁 제품이 있다. - 합성섬유 - 폴리에스터
폴리에스터는 주쇄 구성 성분과 분자 구조에 따라 분류되며, 섬유, 페트병 등 다양한 용도로 사용되고, 내열성, 강도, 염색성이 우수하지만, 환경 문제 발생으로 재활용 기술 개발 및 생분해성 연구가 진행된다. - 복합 재료 - 중밀도 섬유판
중밀도 섬유판(MDF)은 목재 섬유에 접착제를 첨가하여 고압으로 성형한 판상 재료로, 가공 용이성과 내후성이 우수하여 가구 및 건축 자재 등 다양한 분야에 사용되지만, 포름알데히드 방출에 대한 주의가 필요하다. - 복합 재료 - 파티클보드
파티클보드는 나무 조각이나 톱밥을 수지와 혼합하여 성형한 목재 제품으로, 가구 제작에 널리 사용되지만 습기에 약하고 유해 물질 방출의 위험이 있다.
| 유리섬유 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 종류 | 유리 섬유 |
| 재료 | 석영 규사 붕사 석회석 백운석 |
| 주요 제조사 | 오웬스 코닝 존스 맨빌 아사히 파이버 글라스 니폰 전기초자 센트럴 글라스 |
| 밀도 | 2.54 g/cm³ |
| 영률 | 72 GPa |
| 항장력 | 2.0~4.8 GPa |
| 파괴 신장률 | 3~4% |
| 특징 | |
| 내열성 | 우수 |
| 내약품성 | 우수 |
| 전기 절연성 | 우수 |
| 인장 강도 | 강철 수준 |
| 흡수성 | 없음 |
| 유연성 | 높음 |
| 부식 | 불가능 |
| 제조 | |
| 제조 방법 | 직접 용융법 로드 앤 튜브법 |
| 공정 | 용융 방사 냉각 집속 권취 건조 |
| 분류 | |
| 용도에 따른 분류 | 단섬유 장섬유 유리솜 |
| 조성에 따른 분류 | E-글라스 C-글라스 A-글라스 S-글라스 AR-글라스 R-글라스 D-글라스 |
| 용도 | |
| 강화재 | 섬유 강화 플라스틱 시멘트 복합재료 석고 복합재료 |
| 단열재 | 건물 단열재 산업 단열재 가정용 단열재 |
| 기타 | 광섬유 필터 직물 방수재 방화재 방음재 |
| 관련 산업 | |
| 관련 산업 | 건축 자동차 항공 우주 전기 전자 스포츠 용품 조선 가정용품 방위 산업 |
| 환경 및 안전 | |
| 재활용 | 가능 |
| 안전 | 피부 자극 유발 가능성 호흡기 자극 유발 가능성 |
2. 역사
2. 1. 유리섬유 제조 기술의 발전
2. 2. 한국에서의 유리섬유 산업
3. 제조 방법
유리섬유 제조에는 두 가지 주요 방식이 있으며, 유리섬유 제품 또한 두 가지 주요 유형으로 나뉜다. 섬유는 직접 용융 공정 또는 마블(marble) 재용융 공정 중 하나로 제조된다.[11] 두 공정 모두 고체 형태의 원료에서 시작한다. 원료는 혼합되어 용광로(Metallurgical furnace)에서 용융된다.[11]
;1. 용융
:제조 방법은 직접 용융법과 마블 멜트법(marble melt method) 두 가지로 나뉜다. 둘 다 원료가 고체 상태로 시작하여, 원료를 혼합하고 용광로에서 용융한다.
:전자는 용광로에서 녹은 유리가 직접 부싱(bushing)으로 보내져 형성된다.
:후자는 용융된 재료를 잘라 일단 구슬 모양으로 만들고, 압연 및 냉각 후 섬유 제조 공장으로 운반하여 재용융하고, 부싱에서 압출하여 섬유상으로 성형한다.
;2. 섬유 형성
:부싱(bushing)은 유리섬유 제조에서 가장 중요한 공정이다. 부싱 플레이트는 섬유가 형성되는 노즐이 들어 있는 작은 금속 용광로이며, 내구성을 위해 거의 항상 로듐이 합금된 백금으로 만들어진다. 유리 용융물이 백금을 자연스럽게 적시는 경향이 있기 때문에 백금이 사용된다.[16] 부싱 플레이트와 노즐이 생산성에 큰 영향을 미친다.
;3A. 필라멘트(장섬유)의 제법
:필라멘트를 제조할 때는, 섬유를 늘인 후, 사이징(sizing, 섬유에 접착제를 바르는 작업)을 한다. 사이징을 통해 릴에 감을 때 섬유가 손상되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 최종 용도에 따라 적절한 사이징 방법이 있다. 복합재료에 사용하는 경우 특정 수지와의 친화성을 높이는 사이징도 있다. 그 후, 약 1km/분으로 감는다.
;3B. 스테이플(단섬유)의 제법
:스테이플의 제조는, 성형기에서 나온 후, 열이나 증기로 섬유를 파괴하고, 원심력 등으로 솜 모양으로 만든다.
3. 1. 용융
유리섬유 제조에는 두 가지 주요 방식이 있으며, 유리섬유 제품 또한 두 가지 주요 유형으로 나뉜다. 섬유는 직접 용융 공정 또는 마블(marble) 재용융 공정 중 하나로 제조된다.[11] 두 공정 모두 고체 형태의 원료에서 시작한다. 원료는 혼합되어 용광로(Metallurgical furnace)에서 용융된다.[11] 마블 공정의 경우, 용융된 물질은 전단(Shear (fluid))되어 마블로 압연되고, 냉각되어 포장된다.[11] 마블은 섬유 제조 시설로 운반되어 용기에 넣어 재용융된다.[11] 용융된 유리는 섬유로 성형될 부싱(Threaded bushing)으로 압출된다.[11] 직접 용융 공정에서는 용광로의 용융된 유리가 성형을 위해 부싱으로 직접 이동한다.[11]제조 방법은 직접 용융법과 마블 멜트법(marble melt method) 두 가지로 나뉜다. 둘 다 원료가 고체 상태로 시작하여, 원료를 혼합하고 용광로에서 용융한다. 전자는 용광로에서 녹은 유리가 직접 부싱(bushing)으로 보내져 형성된다. 후자는 용융된 재료를 잘라 일단 구슬 모양으로 만들고, 압연 및 냉각 후 섬유 제조 공장으로 운반하여 재용융하고, 부싱에서 압출하여 섬유상으로 성형한다.
3. 2. 섬유 형성
유리섬유는 실리카 기반 또는 다른 조성의 유리를 가늘고 작은 직경의 섬유로 압출하여 섬유 가공에 적합하게 만든 것이다. 유리를 가열하여 가는 섬유로 뽑아내는 기술은 수천 년 전부터 알려져 있었으며, 이집트와 베네치아에서도 행해졌다.[3] 현대식 유리솜 생산 방식은 오웬스 일리노이즈 글래스 컴퍼니(톨레도)에서 근무하던 게임즈 슬레이터가 발명했다. 그는 1933년에 유리솜을 만드는 새로운 공정에 대한 특허를 처음으로 신청했고, 1938년 오웬스 일리노이즈 글래스 컴퍼니와 코닝 글래스 웍스는 오웬스 코닝 파이버글래스 코퍼레이션을 설립하기 위해 합병했다. 두 회사가 유리섬유 생산 및 판촉을 위해 합병하면서 연속 필라멘트 유리섬유를 도입했다.[4] 오웬스 코닝은 오늘날에도 시장에서 주요 유리섬유 생산업체이다.[5]섬유유리에 사용되는 가장 일반적인 유리섬유는 E-글래스(E-glass)로, 1% 미만의 중량비 알칼리 산화물을 함유한 알루미노붕규산 유리이며, 주로 유리 강화 플라스틱에 사용된다.[6] 순수 실리카(이산화규소)는 진정한 녹는점이 없는 용융 석영으로 냉각되어 유리로 만들어지면 섬유유리용 유리섬유로 사용할 수 있지만, 매우 높은 온도에서 작업해야 하는 단점이 있다. 필요한 작업 온도를 낮추기 위해 다른 재료를 "융제"(즉, 녹는점을 낮추는 성분)로 도입한다. E-글래스는 알칼리가 없으며 연속 필라멘트 형성에 사용된 최초의 유리 조성이었다. 현재 세계 섬유유리 생산량의 대부분을 차지하며, 세계적으로 가장 큰 붕소 광물 소비자이기도 하다. 염화이온의 공격에 취약하며 해양 응용 분야에는 적합하지 않다.[7]
| 범주 | 특성 |
|---|---|
| A, 알칼리 | 소다라임 유리/고알칼리 |
| C, 화학 | 높은 내화학성 |
| D, 유전 | 낮은 유전율 |
| E, 전기 | 낮은 전기 전도도 |
| M, 탄성률 | 높은 인장 탄성률 |
| S, 강도 | 높은 인장 강도 |
| 특수 목적 | |
| ECR | 장기간 내산성 및 단기간 내알칼리성 |
| R 및 Te | 고온에서 높은 인장 강도 및 특성 |
유리섬유 제조 방법은 크게 직접 용융법과 마블 멜트법(marble melt method) 두 가지로 나뉜다. 둘 다 원료가 고체 상태로 시작하여, 원료를 혼합하고 용광로에서 용융한다. 직접 용융법은 용광로에서 녹은 유리가 직접 부싱(bushing)으로 보내져 형성된다. 마블 멜트법은 용융된 재료를 잘라 일단 구슬 모양으로 만들고, 압연 및 냉각 후 섬유 제조 공장으로 운반하여 재용융하고, 부싱에서 압출하여 섬유상으로 성형한다.
부싱(bushing)은 유리섬유 제조에서 가장 중요한 공정이다. 부싱 플레이트는 섬유가 형성되는 노즐이 들어 있는 작은 금속 용광로이며, 내구성을 위해 거의 항상 로듐이 합금된 백금으로 만들어진다. 유리 용융물이 백금을 자연스럽게 적시는 경향이 있기 때문에 백금이 사용된다.[16] 부싱은 유리섬유 생산에서 가장 큰 비용을 차지하며, 노즐 설계도 중요하다. 노즐의 수는 200개에서 4000개까지 200개 단위로 다양하다. 연속 필라멘트 제조에서 노즐의 중요한 부분은 출구 영역에서 벽의 두께이다. 유리가 노즐을 통과하면서 떨어지는데, 이는 끝에서 매달려 있다. 섬유 형성에 적합한 점도 범위 내에 있는 한, 떨어지면서 메니스커스에 의해 노즐에 부착된 실을 남긴다.[17] 유리의 표면 장력이 메니스커스 형성에 영향을 미친다. E-유리의 경우 약 400 mN/m이어야 한다.[10] 감쇄(인발) 속도는 노즐 설계에서 중요하다. 이 속도를 늦추면 더 거친 섬유를 만들 수 있지만, 노즐이 설계되지 않은 속도로 작동하는 것은 비경제적이다.
필라멘트(장섬유)를 제조할 때는, 섬유를 늘인 후, 사이징(sizing, 섬유에 접착제를 바르는 작업)을 한다. 사이징을 통해 릴에 감을 때 섬유가 손상되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 최종 용도에 따라 적절한 사이징 방법이 있다. 복합재료에 사용하는 경우 특정 수지와의 친화성을 높이는 사이징도 있다. 그 후, 약 1km/분으로 감는다. 스테이플(단섬유) 제조는, 성형기에서 나온 후, 열이나 증기로 섬유를 파괴하고, 원심력 등으로 솜 모양으로 만든다.
3. 3. 섬유 종류에 따른 제조 공정
유리섬유 제조 방법은 직접 용융법과 마블 멜트법(marble melt method) 두 가지로 나뉜다. 원료를 고체 상태로 혼합하여 용광로에서 용융하는 것은 동일하다. 직접 용융법은 용광로에서 녹은 유리가 직접 부싱(bushing)으로 보내져 형성되는 방식이다.[11] 마블 멜트법은 용융된 재료를 잘라 구슬 모양으로 만들고, 압연 및 냉각 후 섬유 제조 공장으로 운반하여 재용융하고, 부싱에서 압출하여 섬유상으로 성형하는 방식이다.[11]부싱(bushing)은 유리섬유 제조에서 가장 중요한 공정이다. 부싱 플레이트와 노즐이 생산성에 큰 영향을 미친다.[11]
연속 필라멘트(장섬유)를 제조할 때는 섬유를 늘인 후 사이징(sizing) 처리를 한다. 사이징은 릴에 감을 때 섬유가 손상되는 것을 방지한다.[9] 복합재료에 사용하는 경우 특정 수지와의 친화성을 높이는 사이징도 있다.[11] 사이징은 일반적으로 중량 대비 0.5~2.0% 추가된다. 감기는 약 1km/분의 속도로 이루어진다.[9]
스테이플(단섬유) 제조는 성형기에서 나온 후, 열이나 증기로 섬유를 파괴하고, 원심력 등으로 솜 모양으로 만든다. 일반적으로 이러한 섬유는 어떤 종류의 매트로 만들어진다. 가장 많이 사용되는 공정은 회전식 공정인데, 유리가 회전하는 스피너에 들어가고, 원심력으로 인해 수평으로 던져진다. 공기 분사 장치가 수직으로 밀어내고, 바인더가 적용된다. 그런 다음 매트를 스크린으로 진공 청소하고 오븐에서 바인더를 경화시킨다.[18]
4. 화학적 특성
섬유용 유리섬유의 기본은 이산화규소(SiO2)이다. 순수한 형태에서는 (SiO2)n의 중합체로 존재한다. 이산화규소는 명확한 녹는점이 없지만 1200 °C까지 연화되며, 이 온도부터 분해되기 시작한다. 1713 °C에서는 대부분의 분자가 자유롭게 이동할 수 있다. 이 온도에서 유리를 압출하고 빠르게 냉각하면 규칙적인 구조를 형성할 수 없다.[9] 중합체에서는 중심에 규소 원자가 있고 네 개의 산소 원자가 모서리에 있는 사면체로 구성된 SiO4 그룹을 형성한다. 이 원자들은 산소 원자를 공유하여 모서리에서 결합된 네트워크를 형성한다.
이산화규소의 유리 상태와 결정 상태(유리와 석영)는 분자 수준에서 에너지 준위가 유사하며, 유리 형태가 매우 안정적임을 시사한다. 결정화를 유도하려면 1200 °C 이상의 온도에서 장시간 가열해야 한다.[1]
순수한 이산화규소는 완벽하게 사용 가능한 유리 및 유리섬유이지만 매우 높은 온도에서 작업해야 하므로, 특정 화학적 특성이 필요한 경우가 아니면 단점이 된다. 일반적으로 가공 온도를 낮추기 위해 다른 물질을 유리에 불순물로 첨가한다. 이러한 물질은 다양한 용도에 유익할 수 있는 다양한 다른 특성을 유리에 부여한다. 섬유에 처음 사용된 유리 종류는 소다석회 유리 또는 A-유리("A"는 포함된 알칼리를 나타냄)이다. A-유리는 알칼리에 대한 내성이 매우 낮다. 알칼리 함량이 낮은(2% 미만) E-유리는 알루미노붕규산염 유리이다.[10] C-유리는 주로 E-유리를 파괴하는 산에 대한 내성을 갖도록 개발되었다.[10] T-유리는 북미 버전의 C-유리이다. AR-유리는 알칼리 내성 유리이다. 대부분의 유리섬유는 물에 대한 용해도가 제한적이지만 pH에 매우 의존적이다. 염화물 이온도 E-유리 표면을 공격하고 용해시킨다.
E-유리는 실제로 녹지 않고 연화되는데, 연화점은 "직경 0.55~0.77mm, 길이 235mm의 섬유가 수직으로 매달리고 5 °C/분의 속도로 가열될 때 자체 무게로 1mm/분의 속도로 신장되는 온도"로 정의된다.[11] 변형점은 유리의 점도가 1014.5 푸아즈에 도달할 때 발생한다. 15분 이내에 내부 응력이 상업적으로 허용되는 한계까지 감소되는 온도인 어닐링점은 1013 푸아즈의 점도로 표시된다.[11]
4. 1. 유리섬유의 조성
섬유용 유리섬유의 기본은 이산화규소(SiO2)이다. 순수한 형태에서는 (SiO2)n의 중합체로 존재한다. 이산화규소는 명확한 녹는점이 없지만 1200 °C까지 연화되며, 이 온도부터 분해되기 시작한다. 1713 °C에서는 대부분의 분자가 자유롭게 이동할 수 있다. 이 온도에서 유리를 압출하고 빠르게 냉각하면 규칙적인 구조를 형성할 수 없다.[9] 중합체에서는 중심에 규소 원자가 있고 네 개의 산소 원자가 모서리에 있는 사면체로 구성된 SiO4 그룹을 형성한다. 이 원자들은 산소 원자를 공유하여 모서리에서 결합된 네트워크를 형성한다.이산화규소의 유리 상태와 결정 상태(유리와 석영)는 분자 수준에서 에너지 준위가 유사하며, 유리 형태가 매우 안정적임을 시사한다. 결정화를 유도하려면 1200 °C 이상의 온도에서 장시간 가열해야 한다.[1]
순수한 이산화규소는 완벽하게 사용 가능한 유리 및 유리섬유이지만 매우 높은 온도에서 작업해야 하므로, 특정 화학적 특성이 필요한 경우가 아니면 단점이 된다. 일반적으로 가공 온도를 낮추기 위해 다른 물질을 유리에 불순물로 첨가한다. 이러한 물질은 다양한 용도에 유익할 수 있는 다양한 다른 특성을 유리에 부여한다. 섬유에 처음 사용된 유리 종류는 소다석회 유리 또는 A-유리("A"는 포함된 알칼리를 나타냄)이다. A-유리는 알칼리에 대한 내성이 매우 낮다. E-유리는 알루미노붕규산염 유리이다.[10] C-유리는 주로 E-유리를 파괴하는 산에 대한 내성을 갖도록 개발되었다.[10] T-유리는 북미 버전의 C-유리이다. AR-유리는 알칼리 내성 유리이다. 대부분의 유리섬유는 물에 대한 용해도가 제한적이지만 pH에 매우 의존적이다. 염화물 이온도 E-유리 표면을 공격하고 용해시킨다.
E-유리는 연화되는데, 연화점은 "직경 0.55~0.77mm, 길이 235mm의 섬유가 수직으로 매달리고 5 °C/분의 속도로 가열될 때 자체 무게로 1mm/분의 속도로 신장되는 온도"로 정의된다.[11] 변형점은 유리의 점도가 1014.5 푸아즈에 도달할 때 발생한다. 15분 이내에 내부 응력이 상업적으로 허용되는 한계까지 감소되는 온도인 어닐링점은 1013 푸아즈의 점도로 표시된다.[11]
4. 2. 유리 종류
섬유용 유리섬유의 기본은 이산화규소(SiO2)이다.[9] 순수한 형태에서는 (SiO2)n의 중합체로 존재하며, 명확한 녹는점이 없이 1200 °C까지 연화되고 이 온도부터 분해되기 시작한다.[9] 1713 °C에서는 대부분의 분자가 자유롭게 이동할 수 있게 된다.[9] 이 온도에서 유리를 압출하고 빠르게 냉각하면 규칙적인 구조를 형성할 수 없다.[9] 중합체는 중심에 규소 원자가 있고 네 개의 산소 원자가 모서리에 있는 사면체로 구성된 SiO4 그룹을 형성하며, 이 원자들은 산소 원자를 공유하여 모서리에서 결합된 네트워크를 형성한다.이산화규소의 유리 상태와 결정 상태(유리와 석영)는 분자 수준에서 에너지 준위가 유사하며, 유리 형태가 매우 안정적이다.[1] 결정화를 유도하려면 1200 °C 이상의 온도에서 장시간 가열해야 한다.[1]
순수한 이산화규소는 유리 및 유리섬유로 사용 가능하지만, 매우 높은 온도에서 작업해야 하는 단점이 있다. 따라서 가공 온도를 낮추기 위해 다른 물질을 불순물로 첨가하며, 이러한 물질은 유리에 다양한 특성을 부여한다. 섬유에 처음 사용된 유리 종류는 소다석회 유리 또는 A-유리("A"는 포함된 알칼리를 나타냄)인데, 알칼리에 대한 내성이 매우 낮다.[10] E-유리는 알루미노붕규산염 유리로, 알칼리 함량이 낮다(2% 미만).[10] C-유리는 산에 대한 내성을 갖도록 개발되었고,[10] T-유리는 북미 버전의 C-유리이다. AR-유리는 알칼리 내성 유리이다. 대부분의 유리섬유는 물에 대한 용해도가 제한적이지만 pH에 매우 의존적이며, 염화물 이온은 E-유리 표면을 공격하고 용해시킨다.
E-유리는 연화되는데, 연화점은 "직경 0.55~0.77mm, 길이 235mm의 섬유가 수직으로 매달리고 5 °C/분의 속도로 가열될 때 자체 무게로 1mm/분의 속도로 신장되는 온도"로 정의된다.[11] 변형점은 유리의 점도가 1014.5 푸아즈에 도달할 때이며, 어닐링점은 1013 푸아즈의 점도로 표시된다.[11]
4. 3. 유리 상태와 결정 상태
4. 4. 용해도
4. 5. 연화점, 변형점, 어닐링점
5. 물리적 특성
| 섬유 종류 | 인장강도 | 영률, E | 밀도 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| E-유리 | 3445 | 1080 | 76.0 | 2.58 | 5 | 846 | ~2 |
| C-유리[14] | 3300 | -- | 69.0 | 2.49 | 7.2 | -- | -- |
| S-2 유리 | 4890 | 1600 | 85.5 | 2.46 | 2.9 | 1056 | ~20 |
유리섬유를 짠 직물은 무게 대비 표면적 비율이 크기 때문에 단열재로서 우수하다.
공기를 가둔 유리섬유는 0.05 W/(m・K) 정도의 열전도율을 가지는 우수한 단열재가 된다.
유리섬유는 미세한 균열이나 표면 결함 악화의 원인이 되는 수분을 흡착하기 쉽다. 표면의 손상은 인성에 크게 영향을 미친다.
탄소섬유와는 대조적으로, 유리는 파단될 때까지의 신장이 크다. 가는 섬유일수록 연성이 크다.
비정질 구조를 가지고 있다.
5. 1. 열적 특성
유리섬유를 짠 직물은 무게 대비 표면적 비율이 크기 때문에 단열재로서 우수하다.[12] 공기를 가둔 유리섬유는 0.05 W/(m·K) 정도의 열전도율을 가지는 우수한 단열재가 된다.[12]5. 2. 기계적 특성
유리의 강도는 일반적으로 "신품" 또는 원형 섬유(방금 제조된 섬유)에 대해 시험하고 보고한다. 가장 신선하고 가는 섬유가 가장 강한데, 그 이유는 가는 섬유가 더 연성이기 때문이다. 표면에 흠집이 많을수록 인장 강도가 떨어진다.[10] 유리는 비정질 구조를 가지고 있기 때문에, 섬유를 따라서나 섬유를 가로질러서 그 특성이 동일하다.[9] 습도는 인장 강도에 중요한 요소이다. 수분은 쉽게 흡착되고 미세 균열과 표면 결함을 악화시켜 인장 강도를 감소시킬 수 있다.탄소섬유와 달리 유리는 끊어지기 전에 더 많은 신장을 겪을 수 있다.[9] 더 가는 필라멘트는 끊어지기 전에 더 많이 구부러질 수 있다.[15] 용융 유리의 점도는 제조 성공에 매우 중요하다. 뜨거운 유리를 잡아당겨 섬유의 직경을 줄이는 인발 과정에서 점도는 상대적으로 낮아야 한다. 점도가 너무 높으면 섬유가 인발 중에 끊어진다. 그러나 점도가 너무 낮으면 유리가 섬유로 뽑아내는 대신 방울을 형성한다.
6. 활용 분야
백금 도가니에서 녹인 유리를 도가니에 뚫린 작은 구멍을 통해 고속으로 뽑아 내면 유리섬유가 만들어진다. 이렇게 해서 만들어진 굵기 200분의 1정도의 가는 섬유는 판유리나 유리그릇에 비해 열이나 약품에 훨씬 강하며 탄력성이 높다.
그 때문에 소방복·축전지 등에 쓰이며 섬유를 짧게 잘라 단열재로서도 사용한다. 또 이 유리섬유의 표면을 광선이 투과하지 않는 물질로 씌우면 광선을 통과시키는 파이프가 된다. 이 파이프는 자유로이 구부릴 수 있으므로 위(胃)카메라 등의 광학 유리섬유로서 새롭게 개발되고 있다. 또한 이 섬유가 가진 내열·내약품성·내탄성(耐彈性) 등을 이용하여 여러 가지 방면으로 쓰이고 있다. 예를 들면 플라스틱과 혼합한 강화(强化)플라스틱은 보트·낚싯대 등이다.
유리섬유의 주된 용도는 인쇄회로기판과 섬유강화플라스틱(FRP)이다. 플라스틱에 유리섬유를 섞어서 굳히면 플라스틱 단체로는 얻을 수 없는 높은 강도와 인성을 가진 가벼운 재료를 얻을 수 있다. 하지만 강도는 경년 열화가 발생하여 사용 개시 후 3~5년 정도만에 파손될 수 있으므로, 스포츠 용품이나 헬멧 등 인명에 관련된 용품에 사용할 때는 주의가 필요하다. 참고로, "글래스파이버"라고 썼을 경우 암묵적으로 유리섬유강화플라스틱을 가리키는 경우가 있다.
한때 고가의 소재였지만, 일본에서는 1970년대 후반부터 건축용 채광 지붕재나, 소형선박의 선체(ハル), 낚싯대 등 폭넓은 민생품에 보급되기 시작했다. 유리섬유를 면상이나 판상으로 가공하여 내열 단열재(상품명 글래스울)로 사용되는 외에도, 스노우타이어의 미끄럼 방지재로도 사용되고 있다. 또한, 섬유로서는 인장강도가 비교적 높다고 여겨지며, 막구조 건축물 등에도 이용된다. 이때, 유리섬유 단독으로는 내후성이 불충분하기 때문에 코팅이 되는 경우가 많다.
6. 1. 일반적인 용도
백금 도가니에서 녹인 유리를 도가니에 뚫린 작은 구멍을 통해 고속으로 뽑아 내면 유리섬유가 만들어진다.[6][26] 이렇게 만들어진 가는 섬유는 판유리나 유리그릇에 비해 열이나 약품에 훨씬 강하며 탄력성이 높다. 그 때문에 소방복·축전지 등에 쓰이며 섬유를 짧게 잘라 단열재(thermal insulation)로서도 사용한다. 또한 이 유리섬유의 표면을 광선이 투과하지 않는 물질로 씌우면 광선을 통과시키는 파이프가 된다. 이 파이프는 자유로이 구부릴 수 있으므로 위(stomach)카메라 등의 광학 유리섬유로서 새롭게 개발되고 있다.일반 유리섬유는 단열재(thermal insulation), 전기 절연체(Insulator (electrical)), 차음재, 고강도 직물 또는 내열 및 내식성 직물용 매트와 직물로 사용된다.[6][26] 또한 텐트 폴, 폴대높이뛰기(pole vault) 폴, 화살(arrow), 활(bow (weapon)), 석궁(crossbow), 반투명 지붕 패널, 자동차(automobile) 차체, 하키 스틱(hockey stick), 서핑보드(surfboard), 보트 선체(hull (watercraft)), 그리고 종이벌집(paper honeycomb)과 같이 다양한 재료를 강화하는 데에도 사용된다. 의료용 깁스에도 사용된 바 있다.
넓게 짠 유리섬유 그리드는 아스팔트 포장을 보강하는 데 사용되며,[28] 아스팔트 에멀젼으로 포화되고 아스팔트로 덮인 부직포 유리섬유/폴리머 혼합 매트는 방수 및 내균열성 막을 생성한다. 강철 철근 대신 유리섬유 강화 폴리머 철근(rebar)을 사용하는 것은 강철 부식을 피해야 하는 곳에서 유망하다.[29]
유리섬유의 주된 용도는 인쇄회로기판과 섬유강화플라스틱(FRP)이다. 플라스틱에 유리섬유를 섞어서 굳히면 플라스틱 단체로는 얻을 수 없는 높은 강도와 인성을 가진 가벼운 재료를 얻을 수 있다. 하지만 강도는 경년 열화가 발생하여 사용 개시 후 3~5년 정도만에 파손될 수 있으므로, 스포츠 용품이나 헬멧 등 인명에 관련된 용품에 사용할 때는 주의가 필요하다.
일본에서는 1970년대 후반부터 건축용 채광 지붕재나, 소형선박의 선체(ハル), 낚싯대 등 폭넓은 민생품에 보급되기 시작했다. 유리섬유를 면상이나 판상으로 가공하여 내열 단열재(상품명 글래스울)로 사용되는 외에도, 스노우타이어의 미끄럼 방지재로도 사용되고 있다. 또한, 섬유로서는 인장강도가 비교적 높다고 여겨지며, 막구조 건축물 등에도 이용된다. 이때, 유리섬유 단독으로는 내후성이 불충분하기 때문에 코팅이 되는 경우가 많다.
6. 2. 유리섬유 강화 플라스틱 (GRP)
유리섬유 강화 플라스틱(GRP, Glass-reinforced plastic)은 미세한 유리섬유로 강화된 복합재료 또는 섬유강화플라스틱이다. 유리는 짧은 절단 섬유 매트(CSM) 또는 직물 형태로 사용될 수 있다.[6][26]철근 콘크리트와 같이, 두 재료는 서로의 결점을 보완하며 함께 작용한다. 플라스틱 수지는 압축 하중에는 강하지만 인장강도에는 비교적 약한 반면, 유리섬유는 인장에는 매우 강하지만 압축에는 잘 견디지 못한다. 두 재료를 결합하면 GRP는 압축력과 인장력 모두에 잘 견디는 재료가 된다.[27] 두 재료는 균일하게 사용될 수도 있고, 인장 하중이 가해질 구조물 부분에 유리가 특정적으로 배치될 수도 있다.[6][26]
유리섬유의 주된 용도는 섬유강화플라스틱(FRP)이다. 플라스틱에 유리섬유를 섞어서 굳히면 플라스틱 단체로는 얻을 수 없는 높은 강도와 인성을 가진 가벼운 재료를 얻을 수 있다. 하지만 강도는 경년 열화가 발생하여 사용 개시 후 3~5년 정도만에 파손될 수 있으므로, 스포츠 용품이나 헬멧 등 인명에 관련된 용품에 사용할 때는 주의가 필요하다. "글래스파이버"는 암묵적으로 유리섬유강화플라스틱을 가리키는 경우가 있다.
일본에서는 1970년대 후반부터 건축용 채광 지붕재나, 소형선박의 선체(ハル), 낚싯대 등 폭넓은 민생품에 보급되기 시작했다. 유리섬유를 면상이나 판상으로 가공하여 내열 단열재(상품명 글래스울)로 사용되는 외에도, 스노우타이어의 미끄럼 방지재로도 사용되고 있다. 또한, 섬유로서는 인장강도가 비교적 높다고 여겨지며, 막구조 건축물 등에도 이용된다. 이때, 유리섬유 단독으로는 내후성이 불충분하기 때문에 코팅이 되는 경우가 많다.
6. 3. 기타 응용 분야
백금 도가니에서 녹인 유리를 도가니에 뚫린 작은 구멍을 통해 고속으로 뽑아 내면 유리섬유가 만들어진다.[30][31] 굵기 200분의 1 정도의 가는 유리섬유는 판유리나 유리그릇에 비해 열이나 약품에 훨씬 강하며 탄력성이 높다. 그 때문에 소방복·축전지 등에 쓰이며 섬유를 짧게 잘라 단열재로도 사용한다. 유리섬유의 표면을 광선이 투과하지 않는 물질로 씌우면 광선을 통과시키는 파이프가 된다. 이 파이프는 자유로이 구부릴 수 있으므로 위(胃)카메라 등의 광학 유리섬유로서 새롭게 개발되고 있다. 또한 이 섬유가 가진 내열·내약품성·내탄성(耐彈性) 등을 이용하여 여러 가지 방면으로 쓰이고 있다. 예를 들면 플라스틱과 혼합한 강화 플라스틱은 보트·낚싯대 등이다.유리섬유는 인쇄 회로 기판과 섬유 강화 플라스틱(FRP)의 주된 용도이다. 합성수지에 유리섬유를 섞어서 굳히면 플라스틱 단체로는 얻을 수 없는 높은 강도와 인성을 가진 가벼운 원료를 얻을 수 있다. 하지만 강도는 경년 열화가 발생하여 사용 개시 후 3~5년 정도만에 파손될 수 있으므로, 스포츠 용품이나 헬멧 등 인명에 관련된 용품에 사용할 때는 주의가 필요하다.
한때 고가의 소재였지만, 일본에서는 1970년대 후반부터 건축용 채광 지붕재나, 소형선박의 선체, 낚싯대 등 폭넓은 민생품에 보급되기 시작했다. 유리섬유를 면상이나 판상으로 가공하여 내열 단열재로 사용되는 외에도, 스노 타이어의 미끄럼 방지재로도 사용되고 있다. 또한, 섬유로서는 인장 강도가 비교적 높다고 여겨지며, 막 구조 건축물 등에도 이용된다. 이때, 유리섬유 단독으로는 내후성이 불충분하기 때문에 코팅이 되는 경우가 많다.
7. 안전성 및 재활용
유리섬유 단열재 제조사들은 재활용한 유리를 사용할 수 있다. 재활용 유리섬유는 최대 40%의 재활용 유리를 포함한다.[37][38]
무기섬유이기 때문에 석면과 같은 건강 피해가 우려되고 있으며, 독일 등에서는 법적 사용 제한을 두려는 움직임도 보인다. 국제암연구기관의 발암성 평가에 따르면, 단열재에 사용되는 글래스울, FRP 등에 사용되는 장섬유는 3등급(발암성을 분류할 수 없음)으로 분류되어 있다. 필터로 사용되는 특수 용도 유리섬유(직경 0.1~1μm 정도의 극세사)는 2B등급(발암성이 있을지도 모름)으로 분류되지만, 이것은 글래스울이나 FRP용 섬유와는 다른 것이다.
7. 1. 안전성 논란
유리섬유는 석면이 발암물질로 밝혀져 대부분의 제품에서 제거된 후 인기가 높아졌지만, 안전성에 대한 우려 또한 제기되고 있다. 연구에 따르면 유리섬유는 규산염 섬유이기 때문에 석면과 유사한 독성을 유발할 수 있다.[19][20][21][22]1970년대 쥐 실험 연구에서는 지름 3μm 미만, 길이 20μm 초과 유리섬유가 "강력한 발암물질"로 나타났다.[19] 국제암연구소는 1990년에 "발암물질일 가능성이 상당히 높다"고 발표했다. 반면 미국 정부 산업 위생 전문가 협의회는 증거 불충분을 이유로 "인체 발암물질로 분류할 수 없음"으로 분류한다.
북미 단열재 제조업체 협회(NAIMA)는 유리섬유가 인공적으로 만들어져 천연 석면과 다르다고 주장한다.[23] NAIMA는 유리섬유가 폐에서 용해되는 반면 석면은 몸속에 남아 있다고 한다. 또한 석면이 결정 구조로 인해 더 작고 위험한 조각으로 쪼개져 더 위험하다고 주장한다. 미국 보건복지부는 합성 유리 섬유가 석면과 달리 결정질이 아니고 생체 지속성이 낮아 독성이 낮을 수 있다고 설명한다.[24]
1998년 쥐 실험 연구에서 합성 섬유의 생체 지속성은 1년 후 0.04~13%였지만, 크로시돌(amosite) 석면은 27%였다. 더 오래 지속되는 섬유가 발암성이 더 큰 것으로 나타났다.[25]
무기섬유인 유리섬유는 석면과 같은 건강 피해가 우려되어 독일 등에서는 법적 사용 제한 움직임이 있다. 국제암연구기관의 발암성 평가에서 단열재용 글래스울, FRP용 장섬유는 3등급(발암성을 분류할 수 없음)으로 분류된다. 필터용 특수 유리섬유(직경 0.1~1μm 극세사)는 2B등급(발암성이 있을지도 모름)으로 분류되지만, 글래스울이나 FRP용 섬유와는 다르다.
7. 2. 재활용
유리섬유 단열재 제조사들은 재활용한 유리를 사용할 수 있다. 재활용 유리섬유는 최대 40%의 재활용 유리를 포함한다.[37][38][32][33]참조
[1]
특허
Slayter patent for glass wool
https://patents.goog[...]
1938-00-00
[2]
논문
Glass fiber-reinforced polymer composites – a review
2014-07-00
[3]
서적
Inorganic and Composite Fibers
Elsevier
2018-00-00
[4]
서적
The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers
Elsevier Scientific
[5]
웹사이트
A Market Assessment and Impact Analysis of the Owens Corning Acquisition of Saint-Gobain's Reinforcement and Composites Business
https://web.archive.[...]
2007-08-00
[6]
서적
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
[7]
웹사이트
Fiberglass
http://www.redorbit.[...]
2014-06-20
[8]
서적
ASM handbook
https://www.worldcat[...]
ASM International
2001-00-00
[9]
서적
Manufactured Fibre Technology
Chapman and Hall
[10]
서적
Technical Approach to Glass
Elsevier
[11]
서적
Handbook of Fiberglass and Advanced Plastic Composites
Robert E. Krieger
[12]
서적
Fundamentals of Heat and Mass Transfer
https://archive.org/[...]
John Wiley & Sons
[13]
서적
Fiberglass and Glass Technology: Energy-Friendly Compositions and Applications
https://books.google[...]
Springer
2009-10-00
[14]
서적
Fibres and matrices
https://www.cambridg[...]
Cambridge University Press
1996-00-00
[15]
논문
Glass fiber—its properties related to the filament fiber diameter
1969-01-00
[16]
서적
The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers
Elsevier Scientific
[17]
서적
The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers
Elsevier Scientific
[18]
서적
Fiberglass
Van Nostrand Reindhold
[19]
뉴스
Fiber Glass: A Carcinogen That's Everywhere
http://www.ejnet.org[...]
Environmental Research Foundation
1995-05-31
[20]
웹사이트
Fiberglass and Asbestos
http://home.howstuff[...]
2008-03-24
[21]
웹사이트
Fiberglass
https://web.archive.[...]
Yeshiva University
[22]
논문
Fibrous glass insulation and cancer: response and rebuttal.
1996-00-00
[23]
웹사이트
What does the research show about the health and safety of fiber glass?
https://web.archive.[...]
NAIMA
[24]
간행물
Toxicological Profile for Synthetic Vitreous Fibers
http://www.atsdr.cdc[...]
U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Services, Agency for Toxic Substances and Disease Registry
2004-09-00
[25]
논문
Biopersistence of Synthetic Vitreous Fibers and Amosite Asbestos in the Rat Lung Following Inhalation
1998-08-02
[26]
서적
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
[27]
서적
Designing with Plastics
https://books.google[...]
Hanser Publishers
[28]
논문
Reflective Cracking Treated with GlasGrid
https://web.archive.[...]
[29]
논문
Steel Versus GFRP Rebars?
https://highways.dot[...]
2005-09-00
[30]
논문
Electric Field-Assisted Orientation of Short Phosphate Glass Fibers on Stainless Steel for Biomedical Applications
2018-00-00
[31]
특허
U.S. Patent No. US10193138
U.S. Patent and Trademark Office
[32]
뉴스
New recycling effort aims to push KC to go green with its glass
http://www.kansascit[...]
Kansas City Star
2009-10-14
[33]
웹사이트
FAQs About Fiber Glass Insulation
https://web.archive.[...]
North American Insulation Manufacturers Association
[34]
백과사전
ガラス繊維
[35]
웹사이트
ガラス繊維とは
https://www.glass-fi[...]
[36]
웹사이트
ガラス繊維とは？その特徴と用途についてご紹介します。
https://www.maeda-gl[...]
2023-06-22
[37]
뉴스
New recycling effort aims to push KC to go green with its glass
http://www.kansascit[...]
Kansas City Star
2009-10-14
[38]
웹사이트
FAQs About Fiber Glass Insulation
https://web.archive.[...]
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com