CN100364908C - 一种d-玻璃纤维 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特殊性能的玻璃组合物，特别是一种D玻璃纤维。其主要由SiO₂、A1₂O₃、CaO、MgO、B₂O₃、Fe₂O₃组成，按配比经制备而成。具有更低的介电常数、Log3粘度温度小于1300℃，液化温度小于1100℃，且两者之差在75℃以上，更得于抽丝工序，又有效防止抽丝断裂和产生结晶；抗湿性能好，表现在碱溶解小于0.055毫克Na₂O/g玻璃，适于作为印刷电路板之基材，既电损耗能低，又消除“剥离”的缺陷。同时综合性能明显提高，具有明显的社会效益和经济意义。

Description

一种D-玻璃纤维

技术领域

本发明涉及一种特殊性能的玻璃组合物，特别是一种D玻璃纤维，是印刷电路板首选的基材。

背景技术

玻璃纤维的主要成分是二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻璃中碱含量的多少，可分为无碱玻璃纤维(氧化钠0-2％)、中碱玻璃纤维(氧化钠8-12％)和高碱玻璃纤维(氧化钠13％以上)。玻璃纤维的截面呈圆形，直径在数微米至20微米之间，密度大约是2.4-2.7克/立方厘米。玻璃纤维极为强韧，抗拉强度大约是同样粗细钢丝的五倍，它所能承受的负载可达每平方厘米70吨。玻璃纤维属于无机纤维，在化学性质上远比有机纤维具有更好的耐热性、耐湿性、不燃性、耐化学腐蚀性、抗霉、抗蛀、隔热、隔音、电绝缘性等特点。在工业上，玻璃纤维主要当作过滤、防腐蚀、防潮、隔音、绝缘、减震的材料。玻璃纤维除有连续的长纤维和切成一定长度的短纤维供作织物用之外，由于工业上的需要，近年来又发展出空心纤维、卷曲纤维、麻面纤维、表面涂层纤维等产品。在特殊用途上可作为有拈纱、无拈纱、膨体纱、混纺纱、染色纱、导电纱、股线、缝纫线、缆线、轮胎网线、毡片和各种织物制品。另外玻璃纤维还可做为材料的增强剂，用来制造强化塑胶、强化橡胶、强化石膏和强化水泥等制品。

由于全球资讯及电子产业之蓬勃发展，印刷电路板、铜箔基板、玻纤布等均陆续大幅扩建，致使电子级玻璃纤维之需求随之剧增。由电子级玻璃纤维材料制成之玻纤纱系作为印刷电路板所用之基材。一般而言，玻纤纱的产出为将精硅砂、碎玻璃、石灰石、纯碱与高岭土等轧碎后由窑炉高温融化生产成玻璃膏，经过抽丝、卷取、捻纱等过程制成玻璃纤维纱，再经由整经、浆纱、并经、织布、退浆等处理后，制成玻纤布。为符合玻纤布制程中对纱的品质要求，玻璃丝不但要极细且要连续不断，需靠仔细调配玻璃浆的粘稠度及抽出的速度加以控制，抽成丝后再经过上述的卷取、捻纱等处理后，才成为电子级玻纤布可用的电子级玻纤纱。

由于电子产品走向轻薄短小、多功能、高速及高频化的发展趋势，电子级玻璃纤维材料之改良显然势在必行，其中尤以光学蚀刻技术或低介电常数材料之以化学为基础改良方式最为重要。例如，由于通讯器材、卫星传输仪器、移动电话等等具有数位化之趋势，且其信号处理亦具有更快速之需求，因此要求所使用之印刷电路板必须使用低介电损失之组合材料。所以玻璃纤维材料被广泛运用于印刷电路板，其中尤以E-玻璃(E-glass)最为人所习用。

当一电流流过玻璃材料时，通常该玻璃会以吸热的方式吸收该电流之能量。此种被吸收的介电损耗能量(dielectric loss energy，以下简称W)与该玻璃材料之介电常数(dielectric constant，以下简称ε或DK)与其介电正切(dielectric tangent，以下简称tanδ)成正比，其可以下式表示之：

W＝kfv²×εtanδ

其中W为介电损耗能量，k为一常数，f为一频率，v²为电位梯度，ε于此代表介电常数，及tanδ为介电正切。

举例而言，被用于印刷电路板的E-玻璃，于室温及1MHz频率下具有介电常数为7.0与介电正切为12×10^-4之特性。由于电路板具有较高密度、高绝缘性与高处理速度等之要求，故而须尽量降低介电损耗能量，因此依E-玻璃之性质并不足以符合此种需求。因此，开发出一种较E-玻璃具有更低介电常数与更低介电正切之玻璃材料乃成为一主要之研发方向。

基于上述原因，近年来，开发出来D-玻璃(D-glass)。其组成为：75.3％之SiO₂、20.5％之B₂O₃、0.6％之CaO、0.4％之MgO、0.6％之Li₂O、1.1％之NaO₂与1.5％之K₂O的玻璃组成物。D-玻璃于室温及1MHz频率下具有介电常数为4.3与介电正切为10×10^-4之特性。然而，D-玻璃的缺点之一在于其融熔性较差而易导致条纹及泡沫使得玻璃纤维在纺纱过程中断裂，因而对产品之制造与加工显然不利；此外，D-玻璃的另一主要缺点为D-玻璃之耐水性以及其与树脂之附着性较差，因而导致该种玻璃材料易自印刷电路板上剥离。

又如，美国专利申请案公开号20030054936亦揭示了一种具有低介电常数之玻璃纤维，其包含50-60％之SiO₂、10-18％之Al₂O₃、14-＜20％之B₂O₃、1-6％之MgO、2-5％之CaO、0.5-5％之TiO₂、O-0.3％之Li₂O、0-0.3％之Na₂ 0、0-0.5％之K₂0与0-2％之F₂，其Li₂O+Na₂ O+K₂O之含量为0-0.6％。

然而，上述所公开的现有玻璃材料，尽管其介电常数可降至5.0左右，但仍存在经抽丝往往产生结晶的现象，且其抗湿性并不理想。因此，这不仅给玻璃纤维制造工艺增加困难，而且在印刷电路板领域中应用也同样存在着诸如剥离等不尽人意之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种介电常数低、Log3粘度温度与液化温度之差在75℃以上，耐受潮湿环境等综合性能明显提高，利于抽丝及与其相结合的物件附着性好的D玻璃纤维。

本发明主要由下列组分组成，其配比为重量％：

SiO₂   64.88％；

Al₂O₃  10％；

CaO    5％；

MgO    2％；

B₂O₃   15％；

Fe₂O₃  0.05％；

Na₂O   0.01％；

K₂O    0.01％；

TiO₂   0.05％；

SrO    2％；

F₂     1％。

本发明与现有技术相比，由于针对现有技术存在的缺点，对原料配方及其配比进行改进，并经检测和试验证明具有更低的介电常数、Log3粘度温度小于1300℃，液化温度小于1100℃，且两者之差在75℃以上，更利于抽丝工序既防止抽丝断裂，又消除抽丝时产生结晶的现象，又因其抗湿性能明显提高，其碱溶解小于0.055毫克Na₂ O/g玻璃，(现有技术为0.5mg)，因此更适于作为印刷电路板之基材，既电损耗能低，又消除“剥离”的缺陷。从而可见，其综合性能明显提高，具有明显的经济效益和社会效益。

具体实施方式

通过实施例进一步说明本发明内容：

实施例1：按配方的配比取52.85％SiO₂、12％Al₂O₃、8％CaO、5％MgO、22％B₂O₃和0.15％Fe₂O₃，以生产玻璃纤维的常规工艺方法进行合料搅拌均匀入窑炉中进行加热至1600℃；熔化后经制球机，制成玻璃球(块)；再将玻璃球置于另一窑炉中加热至1600℃，熔化后的玻璃溶液通过铂金漏板流出即为6μm的玻璃丝，并可缠绕。

实施例2：与实施例1相同的工艺方法生产，取62.55％SiO₂、10％Al₂O₃、10％CaO、2％MgO、15％B₂O₃和0.05％Fe₂ O₃、0.2％Na₂ 0、0.2％K₂O混料，入窑炉加热熔化、制块；再入窑炉熔化通过火焰喷吹，将玻璃溶液吹制成0.2μm的玻璃纤维。

实施例3：与实施例1相同的工艺方法生产，取60.68％SiO₂、11％Al₂O₃、5％CaO、3％MgO、18％B₂O₃和0.10％Fe₂ O₃、0.10％Na₂ O、0.12％K₂ O、2％TiO₂经混料，入窑炉加热熔化、制球、抽丝。

实施例4：与实施例1相同的工艺方法生产，取64.88％SiO₂、10％Al₂O₃、5％CaO、2％MgO、15％B₂O₃和0.05％Fe₂O₃、0.01％Na₂O、0.01％K₂O、0.05％TiO₂、1％F₂、2％SrO经混料、熔化制块、熔化抽丝。

本发明产品的化学组成及物理性质经检测如下：

化学成分	重量％	物理性质
			SiO<sub>2</sub>	54.83	密度：2.3208克/cm<sup>3</sup>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	11.84	折射率：1.587
			CaO	6.49	Log3粘度温度：1298℃
MgO	2.37	液化温度：968℃
			B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	19.86	于1MHz时介电常数：4.6(DK测试法依HP AGILENT4284A Dielectric Propertiry Meter.
Na<sub>2</sub>O	0.14	于1MHz时介电正极0.0007
			Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	0.05	防水性(JISR3502测试法)0.0521毫克Na<sub>2</sub>O/克玻璃
K<sub>2</sub>O	0.07
		TiO<sub>2</sub>	2
SrO	2
		F<sub>2</sub>	1	氧化还原系数0.47

Claims (1)

1.一种D玻璃纤维，其特征是主要由下列组分组成，其配比为重量％：

SiO₂          64.88％；

Al₂O₃         10％；

CaO           5％；

MgO           2％；

B₂O₃          15％；

Fe₂O₃         0.05％；

Na₂O          0.01％；

K₂O           0.01％；

TiO₂          0.05％；

SrO           2％；

F₂            1％。