Glass fiber - Glass fiber

Glass, which is mainly composed of silicate, is melted and processed into fibers. It is also called glass fiber or glass wool. It is classified into short fiber and long fiber based on the manufacturing method and use.

Glass at high temperatures easily stretches like a thread, so its use in crafts has been known since ancient times, but its industrialization began during World War I, when short fibers for high-temperature insulation were produced in Germany as a substitute for natural asbestos. Long fibers were industrialized in the 1930s, and optical fibers in the 1960s, both in the United States. Short fibers are easy to manufacture and are used as insulation materials in the form of felt, while long fibers are aligned or woven for a wide range of applications, such as FRP (fiber reinforced plastic), GRC (glass fiber reinforced cement), and insulating materials. Optical fibers are made by regularly bundling several thousand to several hundred thousand glass fibers with a special structure. When an image is input from one end of the bundle, it is transmitted to the other end along the bend of the bundle, and they have a wide range of applications in addition to fiberscopes.

Ordinary glass fibers are thin, so their specific surface area is extremely large. For example, if a glass bead with a diameter of 1 centimeter were stretched into a fiber with a diameter of 10 micrometers, it would be approximately 4,000 meters long and its area would increase by nearly 400 times, so a chemical composition that is resistant to moisture (E glass) is chosen. C glass is acid-resistant and is used for the partition walls of storage batteries, while alkali-resistant fibers are used to reinforce cement. FRP is light and strong, so it has a wide range of uses, from automobiles, aircraft, ships, pipes, containers, and electronic circuit boards, to skis and fishing rods.

Optical fibers utilize the fact that light travels by total reflection on the inner surface of the fiber, and in fact this is covered with glass, which has an even lower refractive index.

Glass fibers (optical fibers) used for optical communications are made of glass fibers with a diameter of 125 micrometers, with a central (core) section with a diameter of about 10 micrometers made of glass with a high refractive index, and surrounding it (cladding) made of glass with a refractive index about 0.3% lower. This difference in refractive index allows optical signals to pass through the center without leaking to the outside. However, after traveling about 100 kilometers, the strength of the optical signal attenuates to about 1%, so the optical signal is amplified each time it is transmitted. Optical networks have now been constructed all over the world, allowing any information to be received instantly via the Internet.

By correctly arranging and bundling a large number of fibers, it is possible to send images along the curves of the bundle, so they are used as fiberscopes for stomach examinations. They are also used in place of lenses in ultra-compact copiers, and in facsimiles by directing images from cathode ray tubes to the outside.

[Teruo Sakaino and Setsuro Ito]

"Encyclopedia of Glass" edited by Sakuka Sadao, Ito Setsuro, Yukizuka Hiromitsu, Koizuka Takayasu, Tabe Setsuku, Hirao Kazuyuki, Yumizu Tsuneo, and Wada Masamichi (2007, Asakura Publishing)

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

ケイ酸塩を主成分とするガラスを溶融、加工して繊維状にしたもの。グラスファイバーあるいはガラスウールともいう。製法、用途から分類すると、短繊維と長繊維とがある。

　高温のガラスは容易に糸のように伸びるので、古代から工芸的な用途は知られていたが、工業化されたのは第一次世界大戦中、天然石綿の代用品としてドイツで高温断熱用の短繊維が製造されたのが最初である。長繊維は1930年代に、また光学繊維は1960年代に、ともにアメリカで工業化されている。短繊維は製造も簡単でフェルトのようにして断熱材に利用するが、長繊維は引きそろえ、あるいは織物としてFRP（繊維強化プラスチック）、GRC（ガラス繊維強化セメント）、絶縁材などに広い用途がある。光学繊維は数千本から数十万本程度の特殊構造をもったガラス繊維を規則正しく束ねたもので、束の一端から画像を入れると、束の屈曲に沿って他端に伝送される性質があり、ファイバースコープのほか広い用途がある。

　一般のガラス繊維は細いので、比表面積がきわめて大きい。たとえば直径1センチメートルのガラス玉を直径10マイクロメートルのファイバーに伸ばすと長さは約4000メートルにもなり、面積も400倍近く増えるから、湿気に侵されにくい化学組成（Eガラス）が選ばれる。Cガラスは耐酸性で蓄電池の隔壁などに、耐アルカリ繊維はセメント強化用に使われている。FRPは軽く強いので自動車、航空機、船舶、パイプ、容器、電子回路用基板、さらにスキー板から釣り竿(ざお)まで用途が広い。

　光学繊維は繊維の内面の全反射で光が進行することを利用したもので、実際はこれをさらに屈折率の低いガラスで覆っている。

　光通信用のガラス繊維（光ファイバー）は、直径125マイクロメートルのガラス繊維からなり、中心（コア）の直径約10マイクロメートルの部分に屈折率の高いガラスが、その周囲（クラッド）に屈折率が0.3％程度低いガラスが使われている。この屈折率差により、光信号が外部に漏れずに中心部を通過することができる。しかし、約100キロメートル進むと光信号の強度が1％程度に減衰するので、その都度光信号が増幅されて伝送されている。現在、世界中に光のネットワークが構築され、インターネットを通じてあらゆる情報を瞬時に受け取ることができる。

　多数の繊維を配列正しく束ねると、束の屈曲に沿って画像を送ることができるので、ファイバースコープとして胃検査に用いられている。またレンズのかわりにして超小型複写機に、あるいはブラウン管の画像を外部へ導くことでファクシミリなどに使われている。

［境野照雄・伊藤節郎］

『作花済夫・伊藤節郎・幸塚広光・肥塚隆保・田部勢津久・平尾一之・由水常雄・和田正道編『ガラスの百科事典』（2007・朝倉書店）』

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例