JP2023151497A - Glass short fiber aggregate - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
本発明は、ガラス短繊維集合体に関する。 The present invention relates to short glass fiber aggregates.
従来から、建造物の床面や壁面、天井面等に設置される断熱吸音材として、ガラス短繊維(グラスウール等)と、ガラス短繊維同士を接着するバインダーとにより構成された板状のガラス短繊維集合体が用いられている。
このようなガラス短繊維集合体として、嵩高いもの(密度40kg/m3以下等)が多く使用されているが、このような嵩高いガラス短繊維集合体は、輸送や保管の際に収容効率を高め、輸送・保管コストを削減するために、製造時の体積の1/3~1/8の体積に圧縮梱包し、使用時に開封して規格の厚みまで復元させるのが一般的である。一方で、ガラス短繊維は細いほど断熱吸音性に優れるが、細いほど折れやすくもなるため、高圧縮率で梱包すると、長期保管や輸送時の振動等の影響で繊維が折れ、開封後の厚み復元力が不足することがある。
Conventionally, plate-shaped short glass fibers made of short glass fibers (glass wool, etc.) and a binder that adheres the short glass fibers have been used as heat-insulating and sound-absorbing materials installed on the floors, walls, ceilings, etc. of buildings. A fiber aggregate is used.
Bulky short glass fiber aggregates (density of 40 kg/m 3 or less, etc.) are often used as such short glass fiber aggregates. In order to increase quality and reduce transportation and storage costs, it is common to compress and pack the product to 1/3 to 1/8 the volume at the time of manufacture, and then open the package before use to restore it to the standard thickness. On the other hand, the thinner the short glass fibers, the better their insulation and sound absorption properties, but the thinner they are, the more easily they break. Therefore, if they are packed with a high compression ratio, the fibers may break due to the effects of long-term storage or vibration during transportation, causing the thickness to decrease after opening. Resilience may be lacking.
ガラス短繊維集合体の厚み復元力を高めるために、従来、(1)太い繊維を使用する、(2)バインダーの付着量を増加させる、(3)梱包圧縮率を下げる、といった対策が講じられてきた。しかしながら、以下のように、高断熱吸音性、高厚み復元性、低皮膚刺激性、及び低コストの全てを満足するには至っていない。
(1)太い繊維を使用する場合、平均繊維径が大きくなると断熱吸音性が低下するため、これを改善するために太い繊維と細い繊維とを混合して平均繊維径を小さくするのが一般的であるが、太いガラス短繊維(繊維径15μm以上等)は、微量に含まれるだけでも皮膚刺激性がある。
(2)バインダーの付着量を増加させると、圧縮梱包により繊維が多少折れても厚み復元性を保持できるが、製造コストが高くなる。また、バインダー付着量を増加させるとその分だけ繊維が太くなるため、断熱吸音性が低下する場合がある。また、特に、ガラス短繊維の交点にだけバインダーが偏在する場合には、ガラスがむき出しとなっている部分で繊維が折れやすく、厚み復元性の改善が十分に得られず、また、折れた繊維により皮膚刺激性が高まることがある。
(3)梱包圧縮率を下げることによりガラス短繊維の折れを低減することができるが、輸送・保管コストが高くなる。
すなわち、例えば、ガラス短繊維を細繊維化することにより断熱吸音性や皮膚刺激性を改善しようとすると、厚み復元性を一定水準以上に保持するためにバインダー付着量を増加させる必要が生じ、その結果、繊維が太くなったり、単位体積当たりに含まれる繊維の本数が少なくなったりすることで、断熱吸音性が十分に改善されず、製造コストも高くなる、という問題が生じる。
Conventionally, measures have been taken to increase the thickness resilience of short glass fiber aggregates, such as (1) using thicker fibers, (2) increasing the amount of binder attached, and (3) lowering the packing compression ratio. It's here. However, as described below, it has not yet been able to satisfy all of the requirements of high heat insulation and sound absorption, high thickness recovery properties, low skin irritation, and low cost.
(1) When using thick fibers, as the average fiber diameter increases, the heat insulation and sound absorption properties decrease, so in order to improve this, it is common to mix thick fibers and thin fibers to reduce the average fiber diameter. However, thick short glass fibers (fiber diameter of 15 μm or more, etc.) cause skin irritation even if they are contained in even a trace amount.
(2) If the amount of binder attached is increased, the thickness recovery property can be maintained even if the fibers are slightly bent due to compression packing, but the manufacturing cost increases. Furthermore, as the amount of binder attached increases, the fibers become thicker by that amount, which may reduce the heat-insulating and sound-absorbing properties. In addition, especially when the binder is unevenly distributed only at the intersections of short glass fibers, the fibers are likely to break in the exposed areas, making it impossible to improve the thickness recovery sufficiently, and the broken fibers may increase skin irritation.
(3) Although it is possible to reduce the breakage of short glass fibers by lowering the packing compression ratio, transportation and storage costs increase.
For example, when trying to improve heat insulation and sound absorption properties and skin irritation by making short glass fibers into fine fibers, it becomes necessary to increase the amount of binder attached in order to maintain thickness recovery properties above a certain level. As a result, the fibers become thicker or the number of fibers included per unit volume decreases, resulting in problems such as insufficient improvement in heat insulation and sound absorption properties and increased manufacturing costs.
この問題を解決する方法として、(4)捲縮性の繊維を使用する方法がある。これは、バインダーの付着量が少なく、繊維が細い状態であっても、捲縮繊維のスプリングバックを利用して厚み復元性を高めることができる、というものである。 As a method to solve this problem, there is a method (4) of using crimpable fibers. This means that even if the amount of binder attached is small and the fibers are thin, the springback of the crimped fibers can be used to improve the thickness recovery property.
例えば、特許文献1には、2.0ppm/℃以上の熱膨張係数の差を有する2種類のガラス組成物が複合された、不規則形グラスファイバ製造用のガラス組成物が開示されている。ガラス組成物の熱膨張係数に差をつけることで、ガラス繊維は直線状ではなく、カールやうねりのある不規則な形状になる。これにより、繊維同士の絡みが増え、圧縮を解いた後の厚み復元性を改善することができる。 For example, Patent Document 1 discloses a glass composition for manufacturing irregularly shaped glass fibers, which is a composite of two types of glass compositions having a difference in coefficient of thermal expansion of 2.0 ppm/° C. or more. By making a difference in the coefficient of thermal expansion of the glass composition, the glass fibers are not straight but irregularly shaped with curls and undulations. This increases the amount of entanglement between the fibers and improves the thickness recovery property after the compression is released.
また、特許文献2には、組成の異なる2種類のガラスを特定のガラス比率で複合することにより、綺麗なカール状(らせん状)に繊維化された不規則形複合ガラスファイバが開示されている。綺麗なカール形状であるため、不定形の捲縮繊維よりも繊維の反発性が強まり、厚み復元性が改善されるとともに、熱伝導率が低くなり、断熱性が改善される。 Furthermore, Patent Document 2 discloses an irregularly shaped composite glass fiber that is made into a beautiful curled (spiral) fiber by combining two types of glasses with different compositions at a specific glass ratio. . Because of the beautiful curled shape, the fibers have stronger resilience than irregularly crimped fibers, improving thickness recovery, as well as lowering thermal conductivity and improving heat insulation.
また、特許文献3には、グラスウール等の無機繊維に捲縮繊維を混合することにより、厚み復元性を高めた繊維集合体が開示されている。有機系の捲縮繊維には比較的繊維径の細い繊維が存在するため、繊維集合体の断熱吸音性を向上させることができる。また、有機系捲縮繊維は安価であり、有機系捲縮繊維として熱可塑性樹脂繊維を用いることで、これをバインダー替わりにしてコストを低減することができる。 Further, Patent Document 3 discloses a fiber aggregate with improved thickness recovery properties by mixing crimped fibers with inorganic fibers such as glass wool. Since the organic crimped fibers include fibers with a relatively small fiber diameter, the heat insulation and sound absorption properties of the fiber assembly can be improved. Furthermore, organic crimped fibers are inexpensive, and by using thermoplastic resin fibers as the organic crimped fibers, it is possible to reduce costs by using this in place of the binder.
しかしながら、特許文献1の不規則形グラスファイバは、2種類の溶融ガラスを1本の繊維に繊維化して製造するため、非常に特殊な設備が必要であり、生産性も低く、コストが高くなるという課題がある。また、グラスファイバの形状が不定形であるため、厚み復元性を大きく改善するにはさらなる改良の余地がある。さらに、2成分系のガラス繊維は、単一成分のガラス繊維と比較して平均繊維径を5μm以下とするような細繊維化が難しいため、断熱吸音性と皮膚刺激性の面でさらなる改善が望まれる。 However, since the irregular shaped glass fiber of Patent Document 1 is produced by turning two types of molten glass into one fiber, very special equipment is required, productivity is low, and costs are high. There is a problem. Furthermore, since the shape of the glass fiber is amorphous, there is room for further improvement in order to significantly improve the thickness restorability. Furthermore, compared to single-component glass fibers, two-component glass fibers are difficult to make into fine fibers with an average fiber diameter of 5 μm or less, so further improvements are needed in terms of thermal insulation and sound absorption properties and skin irritation. desired.
特許文献2の不規則形複合ガラスファイバも、特許文献1と同様に2種類の溶融ガラスを1本の繊維に繊維化して製造するところ、形状をコントロールするために特許文献1にもまして特殊かつ緻密な繊維化設備が必要となり、2種類の溶融ガラスの流量調整を緻密にするなどオペレーションが難しく、生産性が低くなり、コストが高くなる。 Similar to Patent Document 1, the irregularly shaped composite glass fiber of Patent Document 2 is produced by turning two types of molten glass into a single fiber, but in order to control the shape, it is manufactured using a special and This requires elaborate fiberizing equipment, which requires precise flow rate adjustment of the two types of molten glass, making operations difficult, lowering productivity, and increasing costs.
また、特許文献3の繊維集合体では、捲縮繊維をグラスウールに混合し、繊維同士を交絡する際にグラスウールが折れる場合があり、折れたグラスウールが飛散することにより皮膚刺激性が悪化したり、厚み復元性や断熱吸音性が低下したりするおそれがある。 In addition, in the fiber aggregate of Patent Document 3, crimped fibers are mixed with glass wool, and when the fibers are intertwined, the glass wool may break, and the broken glass wool may scatter, worsening skin irritation. There is a risk that thickness recovery properties and heat insulation and sound absorption properties may deteriorate.
したがって、断熱吸音性を高め、皮膚刺激性を低減するために細繊維化したガラス繊維でありながら、高圧縮率で圧縮梱包しても折れにくく、良好な厚み復元性を有するとともに、低コストであるガラス繊維が望まれている。
そこで、本発明は、断熱性、吸音性、及び厚み復元性に優れ、皮膚刺激性が低く、低コストであるガラス短繊維集合体を提供することを目的とする。
Therefore, although the glass fiber is made into fine fibers to improve heat insulation and sound absorption properties and reduce skin irritation, it does not easily break even when compressed and packed at a high compression ratio, has good thickness recovery properties, and is low cost. Some glass fibers are desired.
Therefore, an object of the present invention is to provide a short glass fiber aggregate that has excellent heat insulation properties, sound absorption properties, and thickness recovery properties, has low skin irritation, and is inexpensive.
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、特定の平均繊維径を有する細いガラス短繊維に対して特定の付着率でバインダーを付着させることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive studies, the present inventors have discovered that the above problem can be solved by attaching a binder at a specific adhesion rate to thin short glass fibers having a specific average fiber diameter, and have developed the present invention. It was completed.
すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1]
平均繊維径が1.0~4.0μmのガラス短繊維とバインダーとを含み、
前記ガラス短繊維のうち前記バインダーが付着しているガラス短繊維の割合(バインダーの付着率)は10本数%以上であり、
前記バインダーは、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む
ことを特徴とする、ガラス短繊維集合体。
[2]
前記ガラス短繊維のガラス組成がAガラスである、[1]に記載のガラス短繊維集合体。
[3]
前記バインダーの付着量が、前記ガラス短繊維と前記バインダーとの合計100質量%に対して1.0~8.0質量%である、[1]又は[2]に記載のガラス短繊維集合体。
[4]
密度が8~40kg/m3である、[1]~[3]のいずれかに記載のガラス短繊維集合体。
That is, the present invention is as follows.
[1]
Contains short glass fibers with an average fiber diameter of 1.0 to 4.0 μm and a binder,
The proportion of the short glass fibers to which the binder is attached (binder adhesion rate) among the short glass fibers is 10% or more by number,
The short glass fiber aggregate is characterized in that the binder contains at least one selected from the group consisting of thermosetting resins and thermoplastic resins.
[2]
The short glass fiber aggregate according to [1], wherein the glass composition of the short glass fibers is A glass.
[3]
The short glass fiber aggregate according to [1] or [2], wherein the amount of the binder attached is 1.0 to 8.0% by mass based on 100% by mass of the short glass fibers and the binder. .
[4]
The short glass fiber aggregate according to any one of [1] to [3], having a density of 8 to 40 kg/m 3 .
本発明によれば、断熱性、吸音性、及び厚み復元性に優れ、皮膚刺激性が低く、低コストであるガラス短繊維集合体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a short glass fiber aggregate that has excellent heat insulation properties, sound absorption properties, and thickness recovery properties, has low skin irritation, and is inexpensive.
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について、詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as "this embodiment") will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist.
〈ガラス短繊維集合体〉
本実施形態のガラス短繊維集合体は、平均繊維径が1.0~4.0μmのガラス短繊維とバインダーとを含み、ガラス短繊維のうちバインダーが付着しているガラス短繊維の割合(バインダーの付着率)は10本数%以上であり、バインダーは、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。
<Glass short fiber aggregate>
The short glass fiber aggregate of the present embodiment includes short glass fibers with an average fiber diameter of 1.0 to 4.0 μm and a binder, and the proportion of the short glass fibers to which the binder is attached to the short glass fibers (the proportion of the short glass fibers to which the binder is attached) The binder contains at least one selected from the group consisting of thermosetting resins and thermoplastic resins.
ガラス短繊維集合体の形状は、特に限定されないが、圧縮梱包して輸送・保管することにより輸送・保管コストの削減に繋がるという観点から、板状等の圧縮梱包しやすい形状であることが好ましい。また、ガラス短繊維集合体のサイズも特に限定されないが、同様の観点から、厚みは50~300mmであることが好ましい。
図1は、本実施形態のガラス短繊維集合体の一例のSEM写真である。図1(a)において、丸枠内のこぶ状の部分は、ガラス短繊維のうち、バインダーが付着しておらず、ガラス組成中の特定成分が溶出してこぶ状になっている部分であり、その他の部分にはバインダーが付着している。また、図1(b)では、バインダーの付着状態(ガラス短繊維1本ずつにバインダーが付着している状態や、複数本のまとまったガラス短繊維の束の周囲にバインダーが付着している状態等)が観察される。
The shape of the short glass fiber aggregate is not particularly limited, but it is preferably a shape that is easy to compress and pack, such as a plate shape, from the viewpoint that transporting and storing it in compressed packaging leads to a reduction in transportation and storage costs. . Further, the size of the short glass fiber aggregate is not particularly limited, but from the same viewpoint, the thickness is preferably 50 to 300 mm.
FIG. 1 is a SEM photograph of an example of the short glass fiber aggregate of this embodiment. In Fig. 1(a), the knob-shaped part inside the circular frame is a part of the short glass fibers to which no binder is attached, and specific components in the glass composition have eluted and become knob-shaped. , binder is attached to other parts. In addition, in Figure 1(b), the adhesion state of the binder (the state where the binder is attached to each short glass fiber or the state where the binder is attached around a bundle of multiple short glass fibers) is also shown. etc.) are observed.
ガラス短繊維集合体において、ガラス短繊維のうちバインダーが付着しているガラス短繊維の割合(バインダーの付着率)は、10本数%以上であり、好ましくは13本数%以上、より好ましくは15本数%以上である。バインダーの付着率が10本数%以上であると、繊維が折れにくくなり、厚み復元性に優れるとともに皮膚刺激性の低いガラス短繊維集合体を得ることができる。また、バインダーの付着率の上限は特にないが、熱伝導率性能の観点からは、40本数%以下であることが好ましく、より好ましくは35本数%以下、さらに好ましくは30本数%以下である。
バインダーの付着率を10本数%以上に制御する方法としては、例えば、バインダーの粘性を下げる方法、バインダーの濡れ性を上げる方法等が挙げられる。
なお、バインダーの付着率は、ガラス短繊維集合体のSEM断面写真において、バインダーが付着しているガラス短繊維の本数(Na)とバインダーが付着していないガラス短繊維の本数(Nb)とを数え、下記式により算出することができる。より具体的には、後述の実施例に記載される方法により求めることができる。
バインダーの付着率(本数%)={Na/(Na+Nb)}×100
図2に、本実施形態のガラス短繊維集合体の一例のSEM断面写真を示す。SEM断面写真において、ガラス短繊維は白色~灰色に、バインダーは半透明の白色~灰色に観察される。
In the short glass fiber aggregate, the proportion of short glass fibers to which a binder is attached (binder adhesion rate) among the short glass fibers is 10% by number or more, preferably 13% by number or more, more preferably 15% by number. % or more. When the adhesion rate of the binder is 10% or more, the fibers are less likely to break, and it is possible to obtain a short glass fiber aggregate with excellent thickness recovery properties and low skin irritation. Further, there is no particular upper limit to the adhesion rate of the binder, but from the viewpoint of thermal conductivity performance, it is preferably 40 number % or less, more preferably 35 number % or less, and even more preferably 30 number % or less.
Examples of methods for controlling the adhesion rate of the binder to 10% or more include a method of lowering the viscosity of the binder, a method of increasing the wettability of the binder, and the like.
The adhesion rate of the binder is determined by the number of short glass fibers to which the binder is attached (Na) and the number of short glass fibers to which no binder is attached (Nb) in the SEM cross-sectional photograph of the short glass fiber aggregate. It can be calculated using the following formula. More specifically, it can be determined by the method described in Examples below.
Binder adhesion rate (number %) = {Na/(Na+Nb)}×100
FIG. 2 shows a SEM cross-sectional photograph of an example of the short glass fiber aggregate of this embodiment. In the SEM cross-sectional photograph, the short glass fibers are observed as white to gray, and the binder is observed as translucent white to gray.
ガラス短繊維集合体において、ガラス短繊維とバインダーとの合計100質量%に対するバインダーの付着量は、1.0~8.0質量%であることが好ましく、より好ましくは2.0~6.0質量%であり、さらに好ましくは3.0~6.0質量%である。バインダーの付着量が、1.0質量%以上であると、ガラス短繊維が折れにくくなり、厚み復元性に優れるとともに皮膚刺激性が低くなる傾向にある。また、8.0質量%以下であると、繊維の繊維径増加による断熱性及び吸音性の悪化が低減されるとともに、製造コストが抑えられる傾向にある。
なお、バインダーの付着量は、後述の実施例に記載される方法により求めることができる。
In the short glass fiber aggregate, the amount of the binder attached to the total of 100% by mass of the short glass fibers and binder is preferably 1.0 to 8.0% by mass, more preferably 2.0 to 6.0% by mass. It is mass%, more preferably 3.0 to 6.0 mass%. When the amount of the binder attached is 1.0% by mass or more, the short glass fibers become difficult to break, exhibit excellent thickness recovery properties, and tend to have low skin irritation. Further, when the content is 8.0% by mass or less, deterioration of heat insulation properties and sound absorption properties due to an increase in the fiber diameter of the fibers is reduced, and manufacturing costs tend to be suppressed.
Note that the amount of the binder attached can be determined by the method described in Examples below.
ガラス短繊維集合体の密度は、8~40kg/m3であることが好ましく、より好ましくは10~36kg/m3であり、さらに好ましくは14~28kg/m3である。ガラス短繊維集合体の密度が8kg/m3以上であると、厚み復元性に優れ、製造しやすいため製造コストが抑えられる傾向にある。また、40kg/m3以下であると、圧縮梱包しやすく、輸送・保管コストが抑えられる傾向にある。
なお、ガラス短繊維集合体の密度は、JIS A 9521に準拠して測定することができる。
The density of the short glass fiber aggregate is preferably 8 to 40 kg/m 3 , more preferably 10 to 36 kg/m 3 , and still more preferably 14 to 28 kg/m 3 . When the density of the short glass fiber aggregate is 8 kg/m 3 or more, it has excellent thickness recovery properties and is easy to manufacture, which tends to reduce manufacturing costs. Further, if the weight is 40 kg/m 3 or less, it is easy to compress and pack, and transportation and storage costs tend to be suppressed.
Note that the density of the short glass fiber aggregate can be measured in accordance with JIS A 9521.
〈〈ガラス短繊維〉〉
本実施形態のガラス短繊維集合体に含まれるガラス短繊維としては、特に制限されず、断熱材、吸音材の分野で通常用いられているものを用いることができる。例えば、JIS A 9521建築用断熱材に規定されている人造鉱物繊維断熱材のうち、基材としてグラスウールに区分されるもの等が挙げられる。
ガラス短繊維は、1種単独であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。
〈〈Short glass fiber〉
The short glass fibers included in the short glass fiber aggregate of this embodiment are not particularly limited, and those commonly used in the fields of heat insulating materials and sound absorbing materials can be used. For example, among the artificial mineral fiber insulation materials specified in JIS A 9521 Building Insulation Materials, those classified as glass wool as a base material can be mentioned.
The short glass fibers may be used alone or in combination of two or more.
ガラス短繊維の平均繊維径は、1.0~4.0μmである。ガラス短繊維の平均繊維径が1.0μm以上であると、製造コストを抑えることができ、また、適度な剛性が得られる傾向にあり、4.0μm以下であると、断熱性、吸音性、及び厚み復元性に優れるとともに、皮膚刺激性の低いガラス短繊維集合体を得ることができる。ガラス短繊維の平均繊維径は、1.0~4.0μmであれば特に限定されず、例えば、2.0μm以上であってもよく、3.0μm以上であってもよく、また、3.5μm以下であってもよい。
ガラス短繊維の平均繊維径を1.0~4.0μmに制御する方法としては、例えば、遠心法(ロータリー法)を用いて繊維化を行うこと、繊維化装置における溶融したガラスの出口を小さくすること等が挙げられる。
なお、ガラス短繊維の平均繊維径は、後述の実施例に記載される方法により測定することができる。
The average fiber diameter of the short glass fibers is 1.0 to 4.0 μm. When the average fiber diameter of the short glass fibers is 1.0 μm or more, manufacturing costs can be reduced and appropriate rigidity tends to be obtained, while when it is 4.0 μm or less, thermal insulation properties, sound absorption properties, Moreover, it is possible to obtain a short glass fiber aggregate having excellent thickness recovery properties and low skin irritation. The average fiber diameter of the short glass fibers is not particularly limited as long as it is 1.0 to 4.0 μm, and may be, for example, 2.0 μm or more, 3.0 μm or more, and 3. It may be 5 μm or less.
Methods for controlling the average fiber diameter of short glass fibers to 1.0 to 4.0 μm include, for example, performing fiberization using a centrifugal method (rotary method), and reducing the outlet of molten glass in the fiberization device. Examples include:
Note that the average fiber diameter of the short glass fibers can be measured by the method described in Examples below.
ガラス短繊維の繊維長は、特に限定されないが、0.3~35mmであることが好ましく、より好ましくは0.4~30mmであり、さらに好ましくは0.5~25mmである。
なお、ガラス短繊維の平均繊維長は、100本以上の繊維を採取してその長さを定規で測定し、平均することにより求めることができる。
The fiber length of the short glass fibers is not particularly limited, but is preferably 0.3 to 35 mm, more preferably 0.4 to 30 mm, and even more preferably 0.5 to 25 mm.
The average fiber length of the short glass fibers can be determined by sampling 100 or more fibers, measuring the lengths with a ruler, and averaging the lengths.
ガラス短繊維のガラス組成は、特に制限されないが、細繊維化や低温での繊維化が容易であることや、低コスト、生体溶解性の観点から、Aガラスが好ましい。ここで、Aガラスとは、アルカリ(Na2O、K2O)含有率が0.8~20質量%のガラスを指し、含アルカリガラス又はソーダ石灰ガラスとも呼ばれる。 The glass composition of the short glass fibers is not particularly limited, but A glass is preferable from the viewpoints of ease of formation into fine fibers and fiber formation at low temperatures, low cost, and biosolubility. Here, A glass refers to glass having an alkali (Na 2 O, K 2 O) content of 0.8 to 20% by mass, and is also called alkali-containing glass or soda-lime glass.
ガラス短繊維の含有量は、ガラス短繊維集合体100質量%に対し、92~99質量%であることが好ましく、より好ましくは94~98質量%であり、さらに好ましくは94~97質量%である。ガラス短繊維の含有量が94質量%以上であると、断熱性、吸音性、及び厚み復元性に優れるとともに、皮膚刺激性の低いガラス短繊維集合体が得られる傾向にあり、98質量%以下であると、製造コストを抑えられる傾向にある。 The content of the short glass fibers is preferably 92 to 99% by mass, more preferably 94 to 98% by mass, and even more preferably 94 to 97% by mass, based on 100% by mass of the short glass fiber aggregate. be. When the content of short glass fibers is 94% by mass or more, short glass fiber aggregates that have excellent heat insulation properties, sound absorption properties, and thickness recovery properties and are low in skin irritation tend to be obtained, and are 98% by mass or less. This tends to reduce manufacturing costs.
本実施形態のガラス短繊維は、例えば、ガラス溶融炉等にてガラスを融液化させた後、繊維化装置にてガス及び空気燃焼による加熱及び圧縮エアーにて繊維を延伸させることで製造することができる。繊維化の方法としては、従来公知の遠心法(ロータリー法)や火焔法、吹き飛ばし法等が挙げられる。中でも、細繊維化が容易であることから遠心法が好ましい。遠心法による繊維化装置の例としては、スピナー等が挙げられる。 The short glass fibers of this embodiment can be manufactured by, for example, melting glass in a glass melting furnace or the like, and then heating the fiber with gas and air combustion in a fiber forming device and stretching the fiber with compressed air. Can be done. Examples of the fiberization method include the conventionally known centrifugation method (rotary method), flame method, blowing method, and the like. Among these, the centrifugation method is preferred because it is easy to form fine fibers. An example of a fiberizing device using a centrifugal method is a spinner.
〈〈バインダー〉〉
本実施形態のガラス短繊維集合体に含まれるバインダーは、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。
<<binder>>
The binder contained in the short glass fiber aggregate of this embodiment includes at least one selected from the group consisting of thermosetting resins and thermoplastic resins.
熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、例えば、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、流動性が高く、ガラス短繊維全体に均一に付着させやすいことから、フェノール系樹脂が好ましい。また、特に、ホルムアルデヒドを含まない熱硬化性樹脂であることが、有害物質であるホルムアルデヒドが発生することがなく、安全に使用することができるため、好ましい。 The thermosetting resin is not particularly limited, and examples thereof include phenolic resins, polyimide resins, melamine resins, urea resins, unsaturated polyester resins, and epoxy resins. Among these, phenolic resins are preferred because they have high fluidity and can be easily adhered to the entire short glass fibers uniformly. Further, it is particularly preferable to use a thermosetting resin that does not contain formaldehyde, since formaldehyde, which is a harmful substance, is not generated and can be used safely.
熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、例えば、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、酢酸ビニル系樹脂、塩化ビニル-酢酸ビニル系樹脂等が挙げられる。中でも、流動性が高く、ガラス短繊維全体に均一に付着させやすいことから、アクリル系樹脂が好ましい。
これらの熱可塑性樹脂は、通常、水又は水とアルコール等の水性溶剤に分散させた、水系エマルションとして用いられる。
Thermoplastic resins are not particularly limited, and include, for example, acrylic resins, polyurethane resins, polyester resins, polyolefin resins, polystyrene resins, polyamide resins, polycarbonate resins, polysulfone resins, vinyl acetate resins, and vinyl chloride. - Examples include vinyl acetate resin. Among these, acrylic resin is preferred because it has high fluidity and can be easily adhered uniformly to the entire short glass fiber.
These thermoplastic resins are usually used as an aqueous emulsion in which they are dispersed in water or water and an aqueous solvent such as alcohol.
バインダーは、本発明の効果を損なわない範囲の含有量で、必要により、架橋剤、防塵剤、発色剤、着色剤、pH調整剤、硬化促進剤、シランカップリング剤、ガラス短繊維から溶出するアルカリ成分を中和するための中和剤等の添加剤を含有していてもよい。 The binder is contained in a range that does not impair the effects of the present invention, and is eluted from the crosslinking agent, dustproofing agent, coloring agent, coloring agent, pH adjuster, curing accelerator, silane coupling agent, and short glass fiber, if necessary. It may contain additives such as a neutralizing agent for neutralizing alkaline components.
熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の合計含有量は、ガラス繊維に通常用いられる有機バインダーにおける樹脂の含有量と同等であってよく、バインダーの固形分の質量を100質量%として、例えば、60.0~99.9質量%であってよい。
なお、固形分とは、バインダーを、1気圧且つ室温(23℃程度)以上100℃以下の温度で加熱して、揮発しない成分をいう。なお、固形分以外の成分(揮発成分)は水であることが好ましい。
The total content of the thermosetting resin and the thermoplastic resin may be equivalent to the resin content in an organic binder commonly used for glass fibers, and may be, for example, 60. It may be 0 to 99.9% by mass.
Note that the solid content refers to components that do not volatilize when the binder is heated at 1 atm and at a temperature of room temperature (approximately 23° C.) to 100° C. or less. Note that the component other than the solid content (volatile component) is preferably water.
バインダーは、上記の各成分を常法に従って混合し、水を加えて所定濃度に調整することができる。 The binder can be adjusted to a predetermined concentration by mixing the above components in a conventional manner and adding water.
〈ガラス短繊維集合体の製造方法〉
本実施形態のガラス短繊維集合体は、例えば、スプレー装置等を用いてガラス短繊維にバインダーを塗布又は噴霧し、積層コンベア等を用いて集綿した後、オーブン等で加熱してバインダーを硬化させることにより、製造することができる。
バインダーをガラス短繊維全体に効率的に均一に付着させるためには、ガラスの繊維化直後に付与することが好ましい。
加熱硬化温度は、200~350℃とすることが好ましい。加熱硬化時間は、ガラス短繊維集合体の密度及び厚さに応じて、30秒~10分の間で適宜調整することが好ましい。
<Production method of short glass fiber aggregate>
The short glass fiber aggregate of this embodiment can be produced by, for example, applying or spraying a binder to the short glass fibers using a spray device or the like, collecting the fibers using a stacking conveyor or the like, and then heating the fibers in an oven or the like to harden the binder. It can be manufactured by
In order to efficiently and uniformly adhere the binder to the entire short glass fibers, it is preferable to apply the binder immediately after the fiberization of the glass.
The heat curing temperature is preferably 200 to 350°C. The heat curing time is preferably adjusted appropriately between 30 seconds and 10 minutes depending on the density and thickness of the short glass fiber aggregate.
本実施形態のガラス短繊維集合体は、建造物(住宅、ビル等)、自動車等における断熱材、吸音材等として好適に用いることができる。
ガラス短繊維集合体は、そのままの形態で用いてもよく、表皮材で被覆して用いてもよい。表皮材としては、例えば、紙、合成樹脂フィルム、金属箔フィルム、不織布、織布、又はこれらの組み合わせ等を用いることができる。
The short glass fiber aggregate of this embodiment can be suitably used as a heat insulating material, a sound absorbing material, etc. in buildings (houses, buildings, etc.), automobiles, etc.
The short glass fiber aggregate may be used as it is or may be covered with a skin material. As the skin material, for example, paper, synthetic resin film, metal foil film, nonwoven fabric, woven fabric, or a combination thereof can be used.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. The present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist thereof.
実施例及び比較例で用いた測定・評価方法は、以下のとおりである。 The measurement and evaluation methods used in the Examples and Comparative Examples are as follows.
[ガラス短繊維の平均繊維径]
電子顕微鏡を用いてガラス短繊維の拡大映像(倍率150倍)を取得し、無作為に選んだ100本のガラス短繊維の繊維径を定規で測定し、その平均値(μm)を求めた。
[Average fiber diameter of short glass fibers]
An enlarged image (150x magnification) of the short glass fibers was obtained using an electron microscope, and the fiber diameters of 100 randomly selected short glass fibers were measured with a ruler, and the average value (μm) was determined.
[バインダーの付着率]
ガラス短繊維集合体から30mm×30mm×厚み20mmの試験片を切り出した。試験片の表面に、包埋樹脂との境界を明瞭にするために、オスミウムコーター(株式会社真空デバイス製「HPC-1SW」)を用いてオスミウムをコーティングした。試験片をエポキシ樹脂に包埋し、クロスセクションポリッシャ(日本電子株式会社製「IB-19520CCP」)を用いて研磨により断面加工した。加工条件は、加速電圧:6kV,試験片の冷却温度:-120℃(表示値),加工時間:約12時間とした。加工面に対し、上記クロスセクションポリッシャに備えられたイオンビームスパッタによりカーボンをコーティングした後、該加工面をFIB-SEM(FEI社製「Scios」、SEM機能のみを使用)により観察した。観察条件は、加速電圧5kV、ETD(凹凸像)、T1(反射電子組成像)とした。
倍率150倍のSEM断面写真において、バインダーが付着しているガラス短繊維の本数(Na)とバインダーが付着していないガラス短繊維の本数(Nb)とを数え、下記式によりバインダー付着率(本数%)を算出した。
バインダーの付着率(本数%)={Na/(Na+Nb)}×100
なお、SEM断面写真において、ガラス短繊維は白色~灰色に、バインダーは半透明の白色~灰色に観察される。
[Binder adhesion rate]
A test piece measuring 30 mm x 30 mm x 20 mm in thickness was cut out from the short glass fiber aggregate. The surface of the test piece was coated with osmium using an osmium coater ("HPC-1SW" manufactured by Vacuum Device Co., Ltd.) in order to clarify the boundary with the embedding resin. The test piece was embedded in epoxy resin, and its cross section was polished using a cross-section polisher ("IB-19520CCP" manufactured by JEOL Ltd.). The processing conditions were as follows: acceleration voltage: 6 kV, cooling temperature of the test piece: -120°C (displayed value), and processing time: about 12 hours. After the processed surface was coated with carbon by ion beam sputtering provided in the cross-section polisher, the processed surface was observed with an FIB-SEM ("Scios" manufactured by FEI, using only the SEM function). The observation conditions were an accelerating voltage of 5 kV, ETD (irregularity image), and T1 (backscattered electron composition image).
In the SEM cross-sectional photograph at 150x magnification, count the number of short glass fibers to which a binder is attached (Na) and the number of short glass fibers to which no binder is attached (Nb), and calculate the binder adhesion rate (number of fibers) using the following formula. %) was calculated.
Binder adhesion rate (number %) = {Na/(Na+Nb)}×100
In addition, in the SEM cross-sectional photograph, the short glass fibers are observed as white to gray, and the binder is observed as translucent white to gray.
[バインダーの付着量]
ガラス短繊維集合体から100mm×100mm×厚み50mmの試験片を切り出し、その質量(Wa)を測定した。次に、切り出した試験片を530℃に設定した電気炉に投入してバインダーを分解除去した。電気炉から試験片を取り出し、バインダーを分解除去した後の試験片の質量(Wb)を測定し、下記式によりバインダーの付着量(質量%)を求めた。
バインダーの付着量(質量%)={(Wa-Wb)/Wa}×100
[Binder adhesion amount]
A test piece measuring 100 mm x 100 mm x 50 mm in thickness was cut out from the short glass fiber aggregate, and its mass (Wa) was measured. Next, the cut test piece was placed in an electric furnace set at 530°C to decompose and remove the binder. The test piece was taken out from the electric furnace, and the mass (Wb) of the test piece after the binder was decomposed and removed was measured, and the amount of binder attached (mass %) was determined using the following formula.
Binder adhesion amount (mass%) = {(Wa-Wb)/Wa}×100
[ガラス短繊維集合体の密度]
ガラス短繊維集合体について、JIS A 9521に準拠して密度(kg/m3)を測定した。
[Density of short glass fiber aggregate]
The density (kg/m 3 ) of the short glass fiber aggregate was measured in accordance with JIS A 9521.
[ガラス短繊維集合体の断熱性]
ガラス短繊維集合体から(200mm×200mm×厚み50mm)の試験片を切り出し、ISO22007-6に準拠して熱伝導率測定装置により試験片の厚み方向の熱伝導率(W/m・K)を測定した。
断熱性について、熱伝導率が0.330W/m・K以下である場合を「〇(良好)」、0.330W/m・K超である場合を「×(劣る)」と評価した。
[Thermal insulation properties of short glass fiber aggregate]
A test piece (200 mm x 200 mm x 50 mm thickness) was cut out from the short glass fiber aggregate, and the thermal conductivity (W/m・K) in the thickness direction of the test piece was measured using a thermal conductivity measuring device in accordance with ISO 22007-6. It was measured.
Regarding the heat insulation property, a case where the thermal conductivity was 0.330 W/m·K or less was evaluated as "○ (good)", and a case where the thermal conductivity was over 0.330 W/m·K was evaluated as "× (poor)".
[ガラス短繊維集合体の吸音性]
ガラス短繊維集合体について、厚み50mmの平板状サンプルを作製して直径41mmの円盤状の試験片を切り出し、JIS A 1405-2:2007(ISO 10534-2:1998)に準拠して、吸音率を測定した。測定装置として日本音響エンジニアリング社製「垂直入射吸音率測定システムWinZac」を用い、20℃において、100~4000Hzにおける吸音率を測定した。その中でも、1000Hzでの吸音率の測定結果を表1に示す。
吸音性について、800Hz、1000Hz、1250Hz、1600Hzの4点の平均吸音率のうち、吸音率が0.20以上の周波数が4点ある場合を「◎(優れる)」、3点の場合を「〇(良好)」、2点の場合を「△(不良)」、1点以下の場合を「×(劣る)」と評価した。
[Sound absorption properties of short glass fiber aggregate]
Regarding short glass fiber aggregates, a flat sample with a thickness of 50 mm was prepared and a disk-shaped test piece with a diameter of 41 mm was cut out. was measured. The sound absorption coefficient at 100 to 4000 Hz was measured at 20° C. using a “normal incidence sound absorption coefficient measurement system WinZac” manufactured by Nippon Onkyo Engineering Co., Ltd. as a measuring device. Among them, Table 1 shows the measurement results of the sound absorption coefficient at 1000 Hz.
Regarding sound absorption, if there are four frequencies with a sound absorption coefficient of 0.20 or more among the four average sound absorption coefficients of 800 Hz, 1000 Hz, 1250 Hz, and 1600 Hz, it is rated "◎ (excellent)", and if it is 3 points, it is rated "〇". (Good),” a score of 2 points was evaluated as “△ (Poor),” and a score of 1 or less was evaluated as “× (Poor).”
[ガラス短繊維集合体の皮膚刺激性]
ガラス短繊維集合体の表面に触れることにより、SD法の評価尺度1~5の5段階で皮膚刺激性を評価する感性試験を、10名のモニターに対して行った。モニター10名の平均値が2.0未満の場合は「◎(優れる)」、2.0以上3.0未満の場合は「〇(良好)」、3.0以上4.0未満の場合は「△(不良)」、4.0以上の場合は「×(劣る)」と評価した。
[Skin irritation of short glass fiber aggregate]
A sensitivity test was conducted on 10 monitors in which skin irritation was evaluated on a 5-grade SD method rating scale of 1 to 5 by touching the surface of the short glass fiber aggregate. If the average value of 10 monitors is less than 2.0, ``◎ (excellent)'', if it is 2.0 or more and less than 3.0, ``○ (good)'', and if it is 3.0 or more and less than 4.0, ``◎ (excellent)''. If the score was 4.0 or more, it was rated as "x (poor)".
実施例及び比較例において使用した原材料は、以下のとおりである。 The raw materials used in the examples and comparative examples are as follows.
[ガラス]
・ガラス(ガラス組成:Aガラス)
[Glass]
・Glass (Glass composition: A glass)
[バインダー]
・水性フェノール系樹脂バインダー(フェノール系樹脂、架橋剤、防塵剤(99質量%の鉱物油と1質量%の界面活性剤との混合物)、他添加剤を含む。)
・水性アクリル系樹脂バインダー(特許第6850380号公報の実施例1に従って製造した。上記フェノール系樹脂バインダーよりも高粘度。)
[binder]
・Aqueous phenolic resin binder (contains phenolic resin, crosslinking agent, dustproofing agent (mixture of 99% by mass mineral oil and 1% by mass surfactant), and other additives)
- Water-based acrylic resin binder (manufactured according to Example 1 of Patent No. 6850380. Higher viscosity than the above phenolic resin binder.)
[実施例1]
ガラス溶融炉にてガラスを融液化させ、ガラス融液を得た。ガラス融液を用いて、繊維化装置により繊維化を行い、ガラス短繊維(平均繊維径3.2μm)を得た。繊維化直後に、ガラス短繊維に対してフェノール系樹脂バインダーを吹き付けた。バインダー量は、硬化後にガラス短繊維とバインダーとの合計100質量%に対して6質量%となる量を想定し、使用した。次いで、積層コンベア上に目付が450g/m2となるように集綿し、厚さが50mmとなるように圧縮しながら210℃の熱プレス成形機にてバインダーを硬化させた。その後、スリッティング、トリムカット、製品短辺方向の切断等を施して、板状のガラス繊維集合体(厚み50m)を得た。
測定・評価結果を表1に示す。また、バインダーの付着率の算出に用いたSEM断面写真を図3(a)に示す。
[Example 1]
Glass was melted in a glass melting furnace to obtain a glass melt. Using the glass melt, fiberization was performed using a fiberization device to obtain short glass fibers (average fiber diameter: 3.2 μm). Immediately after fiberization, a phenolic resin binder was sprayed onto the short glass fibers. The amount of binder used was assumed to be 6% by mass based on the total of 100% by mass of short glass fibers and binder after curing. Next, the cotton was collected on a stacking conveyor to have a basis weight of 450 g/m 2 , and the binder was cured in a hot press molding machine at 210° C. while compressing it to a thickness of 50 mm. Thereafter, slitting, trim cutting, cutting in the short side direction of the product, etc. were performed to obtain a plate-shaped glass fiber aggregate (thickness: 50 m).
The measurement and evaluation results are shown in Table 1. Further, a SEM cross-sectional photograph used for calculating the binder adhesion rate is shown in FIG. 3(a).
[実施例2]
ガラス短繊維集合体の目付を900g/m2としたこと以外は実施例1と同様にして、ガラス短繊維集合体を製造した。
測定・評価結果を表1に示す。また、バインダーの付着率の算出に用いたSEM断面写真を図3(b)に示す。
[Example 2]
A short glass fiber aggregate was produced in the same manner as in Example 1 except that the basis weight of the short glass fiber aggregate was 900 g/m 2 .
The measurement and evaluation results are shown in Table 1. Further, a SEM cross-sectional photograph used for calculating the binder adhesion rate is shown in FIG. 3(b).
[比較例1]
フェノール系樹脂バインダーを一定時間(約1週間)放置して水分を飛ばすことによりバインダーの粘度を上げたこと以外は実施例1と同様にして、ガラス短繊維集合体を製造した。
測定・評価結果を表1に示す。また、バインダーの付着率の算出に用いたSEM断面写真を図4(a)に示す。
[Comparative example 1]
A short glass fiber aggregate was produced in the same manner as in Example 1, except that the viscosity of the binder was increased by leaving the phenolic resin binder for a certain period of time (about one week) to evaporate water.
The measurement and evaluation results are shown in Table 1. Further, a SEM cross-sectional photograph used for calculating the binder adhesion rate is shown in FIG. 4(a).
[比較例2]
バインダーとしてアクリル系樹脂バインダーを用いたこと以外は実施例1と同様にして、ガラス短繊維集合体を製造した。
測定・評価結果を表1に示す。また、バインダーの付着率の算出に用いたSEM断面写真を図4(b)に示す。
[Comparative example 2]
A short glass fiber aggregate was produced in the same manner as in Example 1 except that an acrylic resin binder was used as the binder.
The measurement and evaluation results are shown in Table 1. Further, a SEM cross-sectional photograph used for calculating the binder adhesion rate is shown in FIG. 4(b).
[比較例3]
アクリル系樹脂バインダーを一定時間(約1週間)放置して水分を飛ばすことにより、バインダーの粘度を上げたこと以外は比較例2と同様にして、ガラス短繊維集合体を製造した。
測定・評価結果を表1に示す。また、バインダーの付着率の算出に用いたSEM断面写真を図5に示す。
[Comparative example 3]
A short glass fiber aggregate was produced in the same manner as Comparative Example 2, except that the viscosity of the acrylic resin binder was increased by leaving the acrylic resin binder for a certain period of time (about 1 week) to evaporate water.
The measurement and evaluation results are shown in Table 1. Further, a SEM cross-sectional photograph used for calculating the binder adhesion rate is shown in FIG.
実施例のガラス短繊維集合体は、ガラス短繊維の平均繊維径が1.0~4.0μmであるため、厚み復元性に優れるものであった。また、比較例と比較して、断熱性、吸音性、及び厚み復元性のバランスに優れ、皮膚刺激性が低いガラス短繊維集合体となった。また、実施例のガラス短繊維集合体は、断熱性、吸音性に優れることから、断熱材、吸音材等として用いる際により少ないガラス量で高い断熱性、吸音性を発揮することができるため、製造コストを低減することができる。また、厚み復元性に優れることから、輸送・保管時に梱包密度を高めることができ、輸送・保管コストを低減することができる。 The short glass fiber aggregates of Examples had an average fiber diameter of 1.0 to 4.0 μm, and therefore had excellent thickness recovery properties. Furthermore, compared to the comparative example, the short glass fiber aggregate had an excellent balance of heat insulation, sound absorption, and thickness recovery properties, and had low skin irritation. In addition, since the short glass fiber aggregates of the examples have excellent heat insulating properties and sound absorbing properties, they can exhibit high heat insulating properties and sound absorbing properties with a smaller amount of glass when used as heat insulating materials, sound absorbing materials, etc. Manufacturing costs can be reduced. Furthermore, since it has excellent thickness recovery properties, it is possible to increase the packing density during transportation and storage, and reduce transportation and storage costs.
本発明のガラス短繊維集合体は、断熱性、吸音性、及び厚み復元性に優れ、皮膚刺激性が低く、低コストであるため、建造物(住宅、ビル等)、自動車等における断熱材、吸音材等として好適に用いることができる。
The short glass fiber aggregate of the present invention has excellent heat insulation properties, sound absorption properties, and thickness recovery properties, has low skin irritation, and is low in cost. It can be suitably used as a sound absorbing material.
Claims (4)
前記ガラス短繊維のうち前記バインダーが付着しているガラス短繊維の割合(バインダーの付着率)は10本数%以上であり、
前記バインダーは、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む
ことを特徴とする、ガラス短繊維集合体。 Contains short glass fibers with an average fiber diameter of 1.0 to 4.0 μm and a binder,
The proportion of the short glass fibers to which the binder is attached (binder adhesion rate) among the short glass fibers is 10% or more by number,
The short glass fiber aggregate is characterized in that the binder contains at least one selected from the group consisting of thermosetting resins and thermoplastic resins.
The short glass fiber aggregate according to any one of claims 1 to 3, having a density of 8 to 40 kg/m 3 .
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JP2022061123A JP2023151497A (en) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | Glass short fiber aggregate |
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