金属繊維

金属繊維は、金属、金属合金、プラスチックコーティングされた金属、金属コーティングされたプラスチック、または完全に金属で覆われた芯から構成される人工繊維です。 ^[1]

金と銀の繊維は、繊維や衣料品の用途に起源を持ち、古代から布地の装飾用の糸として使用されてきました。最近では、アルミニウム糸、アルミニウムコーティングされたプラスチック糸、アルミニウムコーティングされたナイロン糸が金と銀に取って代わりました。

今日の金属繊維業界では、主にステンレス鋼、ニッケル、チタン、銅、アルミニウムの繊維をさまざまな用途に提供しています。^[2] 金属フィラメントは、変色を最小限に抑えるために透明フィルムでコーティングすることができます。

金属繊維を製造する方法は数多くあり、それぞれに利点と限界があります。最も一般的な方法は、大きな材料から削り取る、^[3]溶融金属から直接鋳造する方法、種子の周囲に成長させる方法などがあります。複数の繊維を織り合わせたり絡み合わせたりして、より大きなストランドを形成することもできます。

金と銀は、古代から王や指導者、貴族、地位のある人々の衣服や織物の装飾として使われてきました。これらの優雅な織物の多くは、世界中の博物館で見ることができます。^[4]歴史的に、金属糸は繊維の芯（綿または絹）に金属の帯を巻き付けることによって作られ、装飾の見た目の質を高めるために繊維の芯の色が見える方法がよく採用されていました。^{[5]全部または一部に金糸を使って織られた古代の織物や衣服は、}金の布と呼ばれることもあります。これらは7世紀から9世紀にかけてビザンチン織機で織られ、その後はシチリア、キプロス、ルッカ、ヴェネツィアで織られました。^{[6]織物は、12世紀に}チンギス・ハーンの遺産を受け、中国や中東の一部でモンゴル支配下で芸術と貿易が栄えた時期にも栄えました。^[7]ドベックマム社は1946年に最初の近代的な金属繊維を生産しました。^[4]

1960年代初頭、ブランズウィック社は、経済的に実現可能な金属繊維製造プロセスを開発するための研究プログラムを実施しました。同社は実験室規模のパイロットプラントで金属繊維の生産を開始しました。1964年までに、ブランズウィック社は304型ステンレス鋼から1μmの極細金属繊維を生産していました。米国にある最初の大規模生産施設は1966年に稼働を開始しました。金属繊維は現在、あらゆる技術で広く生産され、使用されています。幅広い用途があり、成熟した分野です。^[3]

過去には、アルミニウムが金属繊維のベースになることが多かった。最近ではステンレス鋼が金属繊維の主な金属となっている。合金によっては、金属繊維は糸に特性を与え、よりハイテクな用途での使用を可能にする^{[8] [2] [説明が必要]}。^[4]

金属繊維にはさまざまな形状と直径のものがあります。一般的に、このセクターでは 100μm から 1μm までの直径の金属繊維を提供しています。

金属繊維には、長い連続繊維と短い繊維（長さ/直径比が 100 未満）の両方が存在します。

炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、天然繊維などの他の繊維タイプと比較して、金属繊維は電気抵抗が低い。そのため、導電性を必要とするあらゆる用途に適している。優れた耐熱性により、極端な温度にも耐えられる。耐腐食性は、ステンレス鋼やその他の金属に高品質の合金を使用することで実現される。金属繊維のその他の有利な機械的特性には、高い破壊ひずみ、延性、耐衝撃性、耐火性、遮音性などがある。^[3]

焼結金属繊維構造および製品は、構造的に強く耐久性がありながら、高い多孔性特性を示します。これは、ろ過や電極などの特定の用途の機能と構造に役立ちます。^[3]

コーティングされた金属繊維は変色を最小限に抑えるのに役立ちます。適切な接着剤とフィルムを使用すると、塩水、プールの塩素水、気候条件の影響を受けません。ケアラベルがない場合は、金属繊維で作られたものはすべてドライクリーニングする必要があります。アイロンがけは、特に高温のアイロンの熱で繊維が溶ける可能性があるため、問題になることがあります。^[4]

金属繊維の製造にはいくつかのプロセスが使用できます。

最も一般的な技術は、束引き法として知られています。数千本のフィラメントが、いわゆる複合線に束ねられ、ダイスを通して引き伸ばされて直径がさらに小さくなるチューブです。その後、被覆チューブが酸で溶解され、個々の連続金属繊維になります。この複合線は、束内の個々のフィラメントの希望する直径が得られるまでさらに引き伸ばされます。束引き法では、最大数キロメートルの長さの連続金属繊維束を生産できます。プロセスの性質上、繊維の断面は八角形です。高品質の繊維を実現するために、この技術を微調整して、非常に狭い等価直径の広がりを持つ均一で非常に細い繊維を得ることができます。ここ数年の特別な開発により、この技術は直径が 200 nm 以下の繊維の製造に使用できるようになっています。^[3]

ラミネート加工では、アルミニウムの層を2層のアセテートまたはポリエステルフィルムの間に挟みます。これらの繊維は、糸として縦方向に切断され、ボビンに巻き取られます。金属に着色して透明フィルムで密封することも、接着剤に着色することも、ラミネート加工する前にフィルムに着色することもできます。金属繊維にはさまざまな色や効果があり、幅広い外観を生み出すことができます。^[4]

箔削り技術により、直径14μmまでの繊維とより長方形の断面を実現することが可能となり、半連続繊維束または短繊維が製造される。^[3]

短繊維の機械加工により、 10μmまでの半連続繊維束を生産することができます。短繊維製造の改良により、これらの種類の繊維の直径の広がりを狭くし、繊維の形状を調整することができます。この技術は、到達可能な直径が小さく、直径の広がりが比較的小さいため、箔削りや溶融紡糸による繊維と比較してユニークです^[3]

金属繊維は、メタライジングプロセスを使用して製造することもできます。このプロセスでは、金属を蒸発するまで加熱し、高圧でポリエステルフィルムに堆積させます。^[4]このプロセスにより、より薄く、より柔軟で、より耐久性があり、より快適な繊維が生産されます。^[9]

金属繊維は、ワイヤー（スチールウール）から削り取られたり、箔から削り取られたり、または束ねられてより大きな直径のワイヤーに形成されたりもする。^[3]

金属繊維は、直径 1.5 ～ 80 μm の繊維からなる不織布フリースまたは焼結構造として繊維媒体に変換されます。これらの多孔質金属繊維媒体は、その独自性により、要求の厳しい用途で使用されてきました。優れた透過性材料 (焼結の場合は最大 90%、不織布構造の場合は最大 99% の多孔度) と高い耐腐食性および耐熱性を組み合わせる利点は高く評価されています。焼結多孔質構造には結合剤が存在せず、個々の繊維は金属間拡散結合によって強力に結合しています。3D 焼結構造も標準製品となっています。最近の開発には、金属繊維と非金属繊維の両方を組み合わせたフィルター媒体があります。

特別に設計されたプロセスにより、長さ/直径 (L/D) 範囲が 100 の短繊維と呼ばれる個々の粉末状の金属繊維を生産できます。これらの短繊維は、そのまま使用することも、金属粉末と組み合わせて使用​​して、独自のレベルの透過性を実現しながら超高レベルの濾過を実現する焼結濾過構造を生成することもできます。

その他の金属繊維製品は、金属繊維から作られたポリマーペレットまたは粒子です。さまざまなサイズの繊維束を接着し、適切な適合性押出コーティングを施します。コーティングされたこれらの束をペレットに切り刻んだ後、射出成形と押出成形によって、導電性/シールド性プラスチック部品を製造する際の添加剤として使用できます。金属繊維の独自の利点は、比較的限られた量の導電性添加剤で導電性ネットワークを形成できることです。

従来の織物繊維と同様に、金属繊維を使用して不織布やフェルトを製造することができます。ごく限られたケースでは、ニードルパンチングを適用して繊維を絡ませ、ニードルパンチフェルトを得ることができます。

ステンレス鋼繊維の束は、紡績工程で糸に変換できます。糸には、繊維量が少ないものと多いものの 2 種類があります。前者は、フィラメント数が約 275 で、束に撚りを加えることでフィラメント糸に変換できます。繊維を紡績糸に変換するには、通常、数千本の繊維の束を使用します。これは、ストレッチ ブレークとそれに続く従来の糸紡績技術によって実行できます。これにより、100% 金属糸が得られます。紡績工程中に、トウを混紡することができ、混紡糸も製造できます。綿、ポリエステル、ウールとの混紡が可能です。その後、金属糸は、織物工程を使用してさらにさまざまな繊維製品に変換できます。編み物 (丸編み、平編み、経編み) や織り、および編組が可能です。混紡繊維製品は、金属糸を他の糸と組み合わせるか、内部に 2 種類の繊維があり、それ自体がすでに混紡である糸を使用することによって得られます。

ケーブルを作るには、2 つ以上のフィラメントを何度も撚り合わせます。この工程では、ケーブルのねじれと真直度が監視されます。異なるフィラメントの強度、直径、撚り数を組み合わせたり、プリフォーム加工したりすることで、特定の用途に合わせてケーブルを微調整できます。

金属繊維は複合材料の強化繊維として使用でき、衝撃時の破壊挙動と電気伝導性が向上します。従来の炭素繊維またはガラス繊維の強化繊維は、伸びる可能性が非常に限られているため、脆く爆発的な破壊挙動を引き起こします。金属繊維はこれに完全に補完的に作用し、破壊前にはるかに多くのエネルギーを吸収できます。処理は、複合材料用の他の強化繊維と何ら変わりません。金属繊維を他の繊維と組み合わせて「ハイブリッド」複合構造にすることもできます。これにより、炭素、ガラス、鋼のすべての利点が組み合わされます。

現在、金属繊維は主にヨーロッパで製造されています。世界最大かつ最も統合された金属繊維生産者は、ベルギーに本社を置く多国籍企業ベカルトで、ヨーロッパ、アジア、南北アメリカに製造拠点を置いています。^[2]米国では3つのメーカーが依然として金属糸を生産しています。Metlon Corporationは、ラミネートおよび非ラミネートの金属糸を幅広く取り揃えている米国に残るメーカーの1つです。また、Brightex Corporation、Reiko. Co、Hwa Youngなどの日本と韓国の企業も金属繊維を製造しています。^[10] 中国も金属糸を生産しており、東陽市には100を超える工場がありますが、これらのいくつかは従来の工場ではなく自宅を拠点とした生産拠点です。^[要出典]最も人気のある工場の2つは、Salu Metallic YarnとAoqi Textileです。

2020年、ドイツのアーヘン発の新興企業Fibrecoatは、ドイツでアルミニウムコーティングされた玄武岩繊維の生産を開始しました。同社の特許取得済みのコーティング技術により、生産速度が飛躍的に向上し、プロセスステップ、エネルギー消費、価格が削減されます。

Bekaert は、金属繊維と、連続繊維、焼結媒体、不織布構造、ポリマーペレット、編組、織物、ケーブル、糸、短繊維などの多くの派生製品を製造しています。よく知られているブランド名は、Bekipor、Beki-shield、Bekinox です。

ルレックス社は、50年以上にわたりヨーロッパで金属繊維を製造してきました。同社は、衣料品生地、刺繍、組紐、編み物、軍服、装飾品、ロープ、コード、レースの表面装飾に使用される繊維など、多種多様な金属繊維製品を生産しています。ルレックス繊維の大部分は、金属ストランドをポリアミドフィルムで覆っていますが、ポリエステルやビスコースも使用されています。繊維は、鉱物油であるPWと呼ばれる潤滑剤で処理されており、使い^やすさが向上しています。^{[ 4]}

メトロン社は、米国メタリックヤーンの商標であり、60年以上にわたりメタリックヤーンを生産しています。メトロンは、シングルスリットヤーンをナイロンの両端で巻くことでメタリックヤーンを生産しています。ナイロンの一方の端は時計回りに巻き、もう一方の端は反時計回りにメタリックヤーンに巻き付けられます。最も一般的に使用されるナイロンは15デニールまたは20デニールですが、特別な目的でより重いデニールが使用されます。^[10]

金属繊維は幅広い分野やセグメントで使用されています。

自動車

金属繊維焼結シートは、ディーゼルおよびガソリンの微粒子濾過およびクランクケース換気フィルターに使用されます。

耐熱繊維素材は、自動車ガラスの曲げ加工用に金属繊維から作られています。これらの金属繊維布は、高温と高圧の曲げ加工中にガラスを保護します。

また、車のシートヒーターや選択触媒還元チューブ、アドブルータンク用のヒーターケーブルにも使用されます。金属繊維ヒーターケーブルは、銅線に比べて柔軟性と耐久性に優れています。

航空宇宙

金属繊維フィルターは、航空機の油圧システムにおける油圧流体の濾過に使用されます。ガラス繊維の濾過媒体と比較すると、金属繊維はバインダー材料で結合されるのではなく、焼結によって金属的に結合されるため、優れた耐久性を示します。

金属繊維焼結多孔質シートは、航空機客室内の音響減衰媒体として使用され、HVAC音や補助動力装置の騒音を低減します。

テクニカルテキスタイル

金属繊維は織物の帯電防止繊維として利用することができ、電気防護服や帯電防止大型バッグなどに使用できます。

金属繊維織物では、帯電防止だけでなく、電磁干渉(EMI) からの遮蔽も実現できます。

ステンレス鋼繊維織物は電流を流すことで加熱することができ、耐切創衣類（手袋）にも使用できます。

力

金属繊維フィルターは、非常に小さな孔径で非常に高い多孔度を実現できるため、HEPAおよびULPA濾過に適しています。これらのフィルターは、原子力発電所などで、放射性蒸気の最終的な放出を防ぐ安全対策として使用されています。

マリン

金属繊維フィルターは船舶燃料や潤滑油の精製に使用されます。

金属繊維のその他の用途

金属繊維のもうひとつの一般的な用途は、ラメやブロケードなどの室内装飾用の布地や織物です。また、織物や針仕事にも金属繊維が使用されています。今日では、パーティーやイブニングウェアからクラブウェア、防寒着やサバイバルウェア、普段着まで、あらゆる衣類に金属繊維が使われることがますます一般的になっています。金属糸は、多くのファッショナブルな生地やトリムに織り込まれ、編み込まれ、編まれています。さらに多様性を持たせるために、金属糸はウール、ナイロン、綿、合成繊維の混紡などの他の繊維と撚り合わされ、最終生地やトリムに斬新な効果をもたらす糸が作られています。^[10]

電話線やケーブルテレビ線などの 通信回線にはステンレス鋼などの金属繊維が使用されています。

ステンレス鋼繊維はカーペットにも使用されています。他の繊維とともにカーペット全体に分散されているため、検出されません。繊維の存在により電気伝導性が向上し、静電気ショックが軽減されます。このタイプのカーペットは、コンピューターを使用するエリアや、静電気の蓄積により機器が損傷する可能性のあるその他のエリアでよく使用されます。その他の用途としては、タイヤコード、ミサイルのノーズコーン、防護服や宇宙服などの作業服、肉屋や刃物や危険な機械の近くで作業するその他の人用の耐切創手袋などがあります。

金属繊維は、繊維強化複合材料の強化材または導電性繊維として使用できます。