JP2020504067A - ガラス繊維組成物及びそのガラス繊維、並びに複合材料 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ガラス繊維組成物、ガラス繊維、及び複合材料を提供する。ガラス繊維組成物の成分含有量（重量百分率）はＳｉＯ２が５４．２〜６４％、Ａｌ２Ｏ３が１１〜１８％、ＣａＯが２０〜２５．５％、ＭｇＯが０．３〜３．９％、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが０．１〜２％、ＴｉＯ２が０．１〜１．５％、鉄酸化物合計量が０．１〜１％、２価鉄酸化物（ＦｅＯ）を含有し、重量百分率比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）が０．５３以上、成分合計含有量が９７％超である。ガラス繊維組成物は低コストで熱吸収率が高いため、配合剤とガラスとの吸熱性の向上、溶融状況の改善や消費エネルギーの低減に有利であり、線引きの際のガラス繊維の冷却硬化速度及び強度を高め、ガラスの気泡数と液相線温度を低減し、ガラスの晶析速度を改善し、ガラス繊維の成型範囲を高める。よって、特にガラス炉による高性能ガラス繊維組成物の生産に好適である。
Description
本願は、２０１８年６月２２日付けで中国特許局に提出した、出願番号が２０１８１０６４７９６９．６であり、発明名称が「ガラス繊維組成物およびそのガラス繊維、並びに複合材料」である中国特許出願の優先権を主張し、その全内容は引用により本願に組み込まれる。
本発明の実施形態は、ガラス繊維組成物に関し、これに限定されないが、特に、先進複合材料の補強基材になる高性能なガラス繊維組成物及びガラス繊維、並びに複合材料に関する。
ガラス繊維は、無機繊維材料に属し、これを用いて樹脂を補強すると、性能に優れた複合材料を製造することができる。Ｅガラスは、連続したガラス繊維を製造するための最も汎用的なガラス成分である。科学技術の発展に伴い、ガラス繊維による複合材料への補強性能に対する要求が高まり、更に良好な性能の発揮が望まれている。従来のＥガラス繊維は、ホウ素の含有量が高いので、原料のコストが高く、且つ構成が緩んでおり、機械的性能や耐腐食性に劣るため、もはや風力発電向けの羽根、高性能な配管、及び自動車製造などの分野上の使用要求を満足し難くなっている。
従来のＥガラス繊維の上記欠点について、数多くの企業・科学研究機関は、大量な研究を行っている。国内外では、ホウ素を含まない関連特許が開示されている。例えば、米国特許第４，５４２，１０６号明細書には、ホウ素を含まないが、ＴｉＯ２が大量添加されたガラス組成物が開示され、これは原料のコストが高く、且つガラスに不適当な色が生じてしまうことがある。米国特許出願公開０８／４６９８３６号明細書には、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯという四元型成分を本体とし、基本的には硫酸塩及び酸化チタンを含まない無ホウ素ガラス組成物が開示されている。しかし、当該明細書には、溶融助剤を使用しない場合、配合剤およびガラスの溶融、繊維成型の難度などをいかに改善するかについての技術内容が言及されていないため、効率的なガラス炉による生産を実現することが困難である。ガラスの溶融及び繊維成型の難度を如何に有効に低減させるかという問題について、他の特許にも、いくつかの改善策が提案されている。例えば、重量比率で表される含有量が３％超のＺｎＯ及びＴｉＯ２を添加することが考えられる。しかし、ＺｎＯ及びＴｉＯ２は価格が非常に高いため、原料のコストが大幅に高くなり、この改善策の適用も制限されている。また、例えば、含有量の高いＭｇＯを添加してアルカリ土類金属酸化物の合計含有量を高めることが考えられる。そうすると、ガラスの溶融の難度を低減できるが、ガラスが失透してしまうリスクが高くなり、繊維成型の成型難度の改善に不利であるため、この改善策の適用も制限されている。また、例えば、重量比率で表される含有量が８％未満の高炉スラグを添加することが考えられる。そうすると、高炉スラグは配合剤の溶融速度を加速させることができるが、ガラスの清澄にマイナスの影響を与え、溶融工程の制御難度が高いため、この改善策の適用も制限されている。
上記従来技術では、例外なく、生産難度が高く、コストが高いという問題がある。主に、配合剤の溶融難度が高く、溶融ガラスの吸熱性が劣り、線引きの際のガラス繊維の冷却硬化速度が遅く、ガラスの成型温度と液相線温度が高く、晶析速度が速く、清澄難度が高く、ガラス繊維の成型範囲△Ｔ値が小さいように現れている。これにより、低コストかつ高効率で大規模なガラス炉生産が実現されない。
本発明は、上述した問題を解決するためのものである。本発明は、低コストかつ高熱吸収率のガラス繊維組成物を提供することを目的にしている。該ガラス繊維組成物には、鉄酸化物が導入され、且つ２価鉄酸化物及び３価鉄酸化物の割合が制限されることにより、配合剤とガラスの吸熱性を向上させ、溶融状況の改善や消費エネルギーの低減にも有利であり、溶融ガラスの対流を強化できるほか、線引きの際のガラス繊維の冷却硬化速度を高めることもでき、繊維破断率の減少やガラス繊維の強度の向上にも有利である。更に、ガラスの気泡の数と液相線温度を低減して、ガラスの晶析速度を改善することにより、ガラス繊維の成型範囲を広くすることができる。このため、本発明に記載のガラス繊維組成物は、コスト低い、大規模なガラス炉による生産により好適である。
本発明の一態様は、下記の成分を含有するガラス繊維組成物を提供する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
前記鉄酸化物は２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９７％を超える。
上記について、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．６６以上に限定される。
上記について、重量百分率の比Ｃ２＝（ＦｅＯ＋ＣａＯ−ＭｇＯ）／ＳｉＯ２の範囲は０．３３超に更に限定される。
上記について、前記ガラス繊維組成物はＢ２Ｏ３をほとんど含まないものに更に限定される。
上記について、前記ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２及び鉄酸化物の重量百分率の合計含有量は９９％超に更に限定される。
上記について、前記ＦｅＯの重量比率で表される含有量の範囲は０．１０％以上に更に限定される。
上記について、前記ガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５７〜６２％
Ａｌ２Ｏ３ １２〜１７％
ＣａＯ＋ＭｇＯ ２１〜２６．５％
ＣａＯ ２０．５〜２５％
ＭｇＯ ０．３〜２．７％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．２〜２％
Ｎａ２Ｏ ０．１〜１．２％
Ｋ２Ｏ ０．１〜１．２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
ＳｉＯ２ ５７〜６２％
Ａｌ２Ｏ３ １２〜１７％
ＣａＯ＋ＭｇＯ ２１〜２６．５％
ＣａＯ ２０．５〜２５％
ＭｇＯ ０．３〜２．７％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．２〜２％
Ｎａ２Ｏ ０．１〜１．２％
Ｋ２Ｏ ０．１〜１．２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
前記鉄酸化物は２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９９％を超え、Ｂ２Ｏ３をほとんど含まない。
上記について、前記Ａｌ２Ｏ３の重量比率で表される含有量の範囲は１３．６〜１５％に更に限定される。
上記について、前記ガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５７．５〜６１％
Ａｌ２Ｏ３ １３〜１５．５％
ＣａＯ ２１〜２４．５％
ＭｇＯ ０．４％超え、且つ１％未満
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．２％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
ＳｉＯ２ ５７．５〜６１％
Ａｌ２Ｏ３ １３〜１５．５％
ＣａＯ ２１〜２４．５％
ＭｇＯ ０．４％超え、且つ１％未満
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．２％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
上記について、前記鉄酸化物は２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９９．２％以上である。
上記について、前記ガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５７．５〜６１％
Ａｌ２Ｏ３ １３〜１５．５％
ＣａＯ ２１〜２４．５％
ＭｇＯ ０．４％超え且つ１％未満
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．２％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
ＳｉＯ２ ５７．５〜６１％
Ａｌ２Ｏ３ １３〜１５．５％
ＣａＯ ２１〜２４．５％
ＭｇＯ ０．４％超え且つ１％未満
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．２％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
前記鉄酸化物は２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９９％を超え、Ｂ２Ｏ３をほとんど含まない。
上記について、重量比率で表される含有量の範囲が０．４％未満のＬｉ２Ｏを含んでもよい。
上記について、重量比率で表される含有量の範囲が０．１５〜０．６５％のＦ２を含んでもよい。
上記について、前記ＳｉＯ２の重量比率で表される含有量の範囲は５９％以上〜６４％に更に限定される。
上記について、前記ガラス繊維組成物はＰ２Ｏ５をほとんど含まないものに更に限定される。
上記について、前記ガラス繊維組成物はＬｉ２Ｏをほとんど含まないものに更に限定される。
上記について、重量百分率の比Ｎａ２Ｏ／Ｋ２Ｏの範囲は０．６５超に限定される。
上記について、前記ガラス繊維組成物はガラス配合剤を用いて製造されたものであり、前記配合剤のＣＯＤ値の範囲は５００〜１２００ｐｐｍである。
上記について、前記ガラス繊維組成物はガラス配合剤を用いて製造されたものであり、前記配合剤のＳＯ３／ＣＯＤの比の範囲は２〜１０である。
本発明の第２態様によれば、上記ガラス繊維組成物から製造されたガラス繊維を提供する。
本発明の第３態様によれば、上記ガラス繊維を含む複合材料を提供する。
本発明のガラス繊維組成物は、具体的には低コストかつ高熱吸収率のガラス繊維組成物に関しており、組成物は鉄酸化物含有し、鉄酸化物は２価鉄酸化物（ＦｅＯとして）及び３価鉄酸化物を含有する。２価鉄酸化物と３価鉄酸化物の割合ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）を制限して、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の含有量を合理的に調整する。上記組成及びその割合についての制限により、第一に、配合剤とガラスとの吸熱性を向上できるだけではなく、溶融状況の改善や消費エネルギーの低減に有利であり、且つ溶融ガラスの対流を強化でき、線引きの際のガラス繊維の冷却硬化速度を高めることもでき、繊維破断率の減少やガラス繊維の強度の向上に有利である。第二に、２価鉄イオン及び３価鉄イオンとカルシウムイオン及びマグネシウムイオンとの相乗効果を向上できるため、より良好な構造堆積効果及び優れた温度変化によるガラス粘度変化の速度を取得できるため、液相線温度を低減して、ガラスの晶析速度を改善することができる。第三に、ガラスの成型難度及び清澄難度を有効に低減させて、理想的なガラス繊維の成型範囲を得ることができる。このため、本発明に記載のガラス繊維組成物は、コストの低い大規模なガラス炉による生産により好適である。更に、本発明は（ＦｅＯ＋ＣａＯ−ＭｇＯ）／ＳｉＯ２の比を制限することにより、第一鉄イオンとカルシウムイオン、マグネシウムイオン、シリコンイオンとの相乗効果を高めて、液相線温度を更に低減して、ガラスの晶析速度を改善する。
具体的には、本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
上記について、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９７％を超える。
該ガラス繊維組成物における各成分の作用及び含有量について、以下のように説明する。
ガラス及びその組成物は鉄酸化物を含有し、上記について、２価鉄酸化物（ＦｅＯとして）及び３価鉄酸化物が含まれる。Ｆｅ２＋とＦｅ３＋は共存するものであり、酸化還元状態及び温度の相違により、その含有量及び割合は変化する。Ｆｅ３＋は紫外領域で吸収し、Ｆｅ２＋は赤外領域で吸収するため、第一鉄の割合が高いガラスは、昇温する際に溶融ガラスの吸熱に有利であり、降温する際に溶融ガラスの放熱に有利である。このため、高い第一鉄の割合により、溶融ガラスの吸熱性を向上させて、溶融状況の改善や消費エネルギーの低減に有利であり、溶融ガラスの対流を強化することができるだけではなく、線引きの際のガラス繊維の冷却硬化速度を高めることもでき、繊維破断率の減少やガラス繊維の強度の向上に有利である。また、ＦｅＯはガラスの晶析速度を改善することもできる。
鉄酸化物はガラスの粘度を低減することもできる。しかし、Ｆｅ２＋とＦｅ３＋イオンは、ともに一定の着色作用を有するため、多くの導入量は好ましくない。本発明のガラス繊維組成物において、鉄酸化物の合計量の含有量範囲は０．１〜１％に制限されている。好ましくは、鉄酸化物の合計量の含有量範囲は０．１〜０．８％である。
同時に、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）は更に限定されてもよい、つまり、比Ｃ１の範囲は０．５３以上である。好ましくは、比Ｃ１の範囲は０．６６以上である。好ましくは、比Ｃ１の範囲は１以上である。好ましくは、比Ｃ１の範囲は０．６６〜５．６６である。好ましくは、比Ｃ１の範囲は１〜５．６６である。同時に、ＦｅＯの重量比率で表される含有量の範囲は０．１０％以上に限定されてもよい。好ましくは、ＦｅＯの含有量の範囲は０．１３％以上である。好ましくは、ＦｅＯの含有量の範囲は０．２０％以上である。好ましくは、ＦｅＯの含有量の範囲は０．１３〜０．４２％である。好ましくは、ＦｅＯの含有量の範囲は０．２０〜０．４２％である。もう１つの実施の形態において、ＦｅＯの含有量の範囲は０．３０％以上に限定されてもよい。一方、当分野の従来常識には、ＦｅＯの割合についての偏見があるため、通常、ＦｅＯの割合が非常に低い技術案が採用されている。本発明における比Ｃ１については、従来技術では比Ｃ１が常に０．４０未満であり、ひいては０．３３未満である。
ＳｉＯ２はガラスの骨格を形成するための主な酸化物であり、且つ各成分を安定化させる機能を奏する。本発明のガラス繊維組成物において、ＳｉＯ２の重量比率で表される含有量の範囲は５４．２〜６４％に限定されている。ガラスが十分な機械的特性を有することを確保するために、酸化ケイ素の含有量は５４．２％以上である。ガラスの粘度と液相線温度が高すぎて、大規模な生産が難しくなることを防止するために、酸化ケイ素の含有量は６４％超になることも好ましくない。好ましくは、ＳｉＯ２の重量比率で表される含有量の範囲は５７〜６２％に限定されてもよい。好ましくは、ＳｉＯ２の重量比率で表される含有量の範囲は５７．５〜６１％に限定されてもよい。もう１つの実施の形態において、ＳｉＯ２の重量比率で表される含有量の範囲は５９〜６４％に限定されてもよい。
Ａｌ２Ｏ３もガラスの骨格を形成するための酸化物であり、ＳｉＯ２と併用すると、ガラスの機械的性能、特に弾性率に対して実質的な作用を奏し得、且つガラスの晶析、分相に影響を及ぼす面では重要な役割を果たす。本発明のガラス繊維組成物において、Ａｌ２Ｏ３の重量比率で表される含有量の範囲は１１〜１８％に限定されている。ガラスが十分な機械的性能を有することを確保するために、酸化アルミニウムの含有量は１１％以上である。しかし、その含有量は高すぎてもならず、上限は１８％である、さもなければ、ガラスの晶析、分相のリスクが大幅に高くなるため、液相線温度や晶析速度が速すぎて、大規模な生産の実施に有利ではない。好ましくは、Ａｌ２Ｏ３の重量比率で表される含有量の範囲は１２〜１７％に限定されてもよい。好ましくは、Ａｌ２Ｏ３の重量比率で表される含有量の範囲は１３〜１５．５％に限定されてもよい。好ましくは、Ａｌ２Ｏ３の重量比率で表される含有量の範囲は１３．６〜１５％に限定されてもよい。
ＣａＯはガラスのネットワーク外部の酸化物であり、ガラスの粘度も調整でき、ガラスの化学的安定性、機械的強度も向上でき、更に、温度変化によるガラス粘度変化の速度を速くさせて、ガラス繊維の成型速度を高めることができる。本発明に限定のＣａＯの含有量範囲は２０〜２５．５％であり、その含有量が低すぎると上記作用は明らかではなく、その含有量が高すぎると温度変化によるガラス粘度変化の速度が遅いため、繊維成型が難しくなくなり、且つガラスが晶析するリスクも高くなる。好ましくは、ＣａＯの重量比率で表される含有量の範囲は２０．５〜２５％に限定されてもよい。好ましくは、ＣａＯの重量比率で表される含有量の範囲は２１〜２４．５％に限定されてもよい。
ＭｇＯは主にガラスの粘度を調節して、ガラスの晶析を制御するという作用を奏する。本発明で限定されているＭｇＯの含有量範囲は０．３〜３．９％である。本発明では、一定量のＭｇＯとＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３とを混合して使用する。カルシウムイオンはネットワークの空隙を有効に充填するとともに、大量のフリー酸素を提供でき、且つマグネシウムイオン及びアルミニウムイオンとは、堆積方面では相乗効果を奏し、より緊密な構造堆積効果の取得に有利である。更に、ガラスが結晶する際にワラストナイト（ＣａＳｉＯ３）、ディオプサイド（ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６）、アノーサイト（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）の混合結晶状態を有効に形成することにも有利であり、ガラスが晶析するリスクを低減させるという目的に達することができる。更に温度変化によるガラス粘度変化の速度の改善、ガラス繊維の線引き過程における冷却効率の向上にも寄与する。好ましくは、ＭｇＯの重量比率で表される含有量の範囲は０．３〜２．７％に限定されてもよい。好ましくは、ＭｇＯの重量比率で表される含有量の範囲は０．７５〜２％に限定されてもよい。もう１つの実施の形態において、ＭｇＯの重量比率で表される含有量の範囲は０．４％超え１％未満に限定されてもよい。
同時に、より速いガラス成型速度、より優れた温度変化によるガラス粘度変化の速度、晶析速度及び糸根冷却効果を取得するために、本発明では、重量百分率の比Ｃ２＝（ＦｅＯ＋ＣａＯ−ＭｇＯ）／ＳｉＯ２の範囲は０．３３超に限定されてもよい。好ましくは、比Ｃ２の範囲は０．３４以上である。好ましくは、比Ｃ２の範囲は０．３４〜０．４３である。好ましくは、比Ｃ２の範囲は０．３４〜０．４０である。この比も高く過ぎることが好ましくない。さもなければ、ガラス繊維の強度及びガラスの晶析性能に影響を及ぼす。
Ｋ２ＯとＮａ２Ｏはともにガラスの粘度を低減して、ガラスの溶融性能を改善することができる。更に大量のフリー酸素を有効に提供でき、第一鉄イオン、アルミニウムイオン及びマグネシウムイオンと良好な相乗効果を奏し、より優れた構造堆積効果及び糸根冷却に寄与する。本発明のガラス繊維組成物において、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの重量比率で表される含有量の範囲は０．１〜２％に限定されている。好ましくは、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの重量比率で表される含有量の範囲は０．１５〜１％に限定されている。好ましくは、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの重量比率で表される含有量の範囲は０．１５〜０．８５％に限定されている。更に、Ｎａ２Ｏの重量比率で表される含有量の範囲は０．１〜１．２％に限定されてもよく、Ｋ２Ｏの重量比率で表される含有量の範囲は０．１〜１．２％に限定されてもよい。また、糸根の冷却効果を確保して、且つガラス繊維の成型性能を改善するために、重量百分率の比Ｎａ２Ｏ／Ｋ２Ｏの範囲は０．６５超に更に限定されてもよい。好ましくは、重量百分率の比Ｎａ２Ｏ／Ｋ２Ｏの範囲は０．８以上に限定されてもよい。好ましくは、重量百分率の比Ｎａ２Ｏ／Ｋ２Ｏの範囲は１以上に限定されてもよい。
ＴｉＯ２は高温時におけるガラスの粘度を低減できるだけではなく、一定の媒溶作用も有する。従って、本発明のガラス繊維組成物において、ＴｉＯ２の重量比率で表される含有量の範囲は０．１〜１．５％に限定されている。好ましくは、ＴｉＯ２の重量比率で表される含有量の範囲は０．１〜１．２％に限定されてもよい。好ましくは、ＴｉＯ２の重量比率で表される含有量の範囲は０．１〜０．８％に限定されてもよい。更に、ＳｉＯ２＋ＴｉＯ２の重量比率で表される含有量の範囲は５９．２％超に更に限定されてもよい。好ましくは、ＳｉＯ２＋ＴｉＯ２の重量比率で表される含有量の範囲は５９．４％以上に更に限定されてもよい。
同時に、本発明では、前記ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２及び鉄酸化物の重量百分率の合計含有量が９７％超に限定されている。また、前記ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２及び鉄酸化物の重量百分率の合計含有量が９９％超に更に限定されてもよい。好ましくは、前記ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２及び鉄酸化物の重量百分率の合計含有量が９９．２％以上に更に限定されてもよい。好ましくは、前記ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２及び鉄酸化物の重量百分率の合計含有量が９９．４％以上に更に限定されてもよい。上記主成分に加えて、本発明のガラス繊維組成物には、他の成分を僅かに含有してもよい。
上記について、生産コストを抑制して環境適性を高めるために、本発明のガラス繊維組成物は、Ｂ２Ｏ３をほとんど含まなくてもよい。
上記について、生産コストを抑制して環境適性を高めるために、本発明のガラス繊維組成物は、Ｐ２Ｏ５をほとんど含まなくてもよい。
上記について、生産コストを抑制するために、本発明のガラス繊維組成物は、Ｌｉ２Ｏをほとんど含まなくてもよい。もう１つの実施の形態において、本発明は重量比率で表される含有量の範囲が０．４％未満のＬｉ２Ｏを含んでもよい。
上記について、本発明のガラス繊維組成物は、重量比率で表される含有量の範囲が０．８％未満のＦ２を含んでもよい。Ｆ２と２価鉄イオン及び３価鉄イオンとは一定の相乗効果があるため、第一鉄の割合を調節することができる。好ましくは、本発明では、重量比率で表される含有量の範囲が０．１〜０．７％のＦ２を含んでもよい。好ましくは、本発明では、重量比率で表される含有量の範囲が０．１５〜０．６５％のＦ２を含んでもよい。好ましくは、本発明では、重量比率で表される含有量の範囲が０．２５〜０．６５％のＦ２を含んでもよい。もう１つの実施の形態において、本発明のガラス繊維組成物は、Ｆ２をほとんど含まなくてもよい。
上記について、本発明では、前記ガラス繊維組成物はガラス配合剤を用いて製造さたものに限定されてもよい。前記配合剤のＣＯＤ値の範囲は５００〜１２００ｐｐｍに限定されてもよい。これに対して、従来の配合剤はＣＯＤ値が低く、通常２５０ｐｐｍ未満であり、ひいては２００ｐｐｍ未満である。好ましくは、前記配合剤のＣＯＤ値の範囲は６００〜１２００ｐｐｍである。好ましくは、前記配合剤のＣＯＤ値の範囲は６５０〜１１５０ｐｐｍである。
本発明では、高いＣＯＤにより酸化還元状態を制御すると、高い第一鉄の割合を取得できるため、溶融ガラスの吸熱性を向上させて、溶融状況の改善や消費エネルギーの低減に有利である。更に、溶融ガラスの対流を強化することができるだけではなく、線引きの際のガラス繊維の冷却硬化速度を高めることもでき、繊維破断率の減少やガラス繊維の強度の向上に有利である。
上記について、本発明では、前記ガラス繊維組成物はガラス配合剤を用いて製造さたものに限定されてもよい。前記配合剤のＳＯ３／ＣＯＤの比の範囲は２〜１０に限定されてもよい。好ましくは、前記配合剤のＳＯ３／ＣＯＤの比の範囲は２．５〜９である。好ましくは、前記配合剤のＳＯ３／ＣＯＤの比の範囲は２．５〜８である。
上記について、ある酸化物を「ほとんど含まない」とは、組成物において、該成分は極微量に存在することを示す。例えば、原料の不純物により導入され、重量比率で表される含有量は０〜０．０３％であり、通常は０〜０．０１％である。
本発明のガラス繊維組成物における各成分の含有量について、上記範囲を選択することによる有益な効果は、実施例により具体的な実験データを提供することで説明する。
以下、本発明のガラス繊維組成物に含まれる各成分の好ましい値の範囲に基づいて例を挙げて説明する。
好ましい例一
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
上記は、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．６６以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９７％を超える。
好ましい例二
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分からなる。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分からなる。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
上記は、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、重量百分率の比Ｃ２＝（ＦｅＯ＋ＣａＯ−ＭｇＯ）／ＳｉＯ２の範囲は０．３３を超え、且つ上記成分の合計含有量は９７％を超える。
好ましい例三
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
上記は、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９７％を超え、Ｂ２Ｏ３をほとんど含まない。
好ましい例四
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
上記は、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、前記ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２及び鉄酸化物の重量百分率の合計含有量は９９％超に更に限定される。
好ましい例五
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
上記は、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、前記ＦｅＯの重量比率で表される含有量の範囲は０．１０％以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９７％を超える。
好ましい例六
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５７〜６２％
Ａｌ２Ｏ３ １２〜１７％
ＣａＯ＋ＭｇＯ ２１〜２６．５％
ＣａＯ ２０．５〜２５％
ＭｇＯ ０．３〜２．７％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．２〜２％
Ｎａ２Ｏ ０．１〜１．２％
Ｋ２Ｏ ０．１〜１．２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５７〜６２％
Ａｌ２Ｏ３ １２〜１７％
ＣａＯ＋ＭｇＯ ２１〜２６．５％
ＣａＯ ２０．５〜２５％
ＭｇＯ ０．３〜２．７％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．２〜２％
Ｎａ２Ｏ ０．１〜１．２％
Ｋ２Ｏ ０．１〜１．２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
上記は、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９９％を超え、Ｂ２Ｏ３をほとんど含まない。
好ましい例七
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５７．５〜６１％
Ａｌ２Ｏ３ １３〜１５．５％
ＣａＯ ２１〜２４．５％
ＭｇＯ ０．４％超え１％未満
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．２％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５７．５〜６１％
Ａｌ２Ｏ３ １３〜１５．５％
ＣａＯ ２１〜２４．５％
ＭｇＯ ０．４％超え１％未満
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．２％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
上記は、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９９％を超え、Ｂ２Ｏ３をほとんど含まない。
好ましい例八
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
上記は、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９７％を超え、重量比率で表される含有量の範囲が０．１５〜０．６５％のＦ２を更に含有する。
好ましい例九
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
上記は、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９７％を超え、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５及びＬｉ２Ｏをほとんど含まない。
好ましい例十
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
本発明に係るガラス繊維組成物は下記の成分を含有する。各成分の含有量は、重量百分率で、以下のとおりである。
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
上記は、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９７％を超え、前記ガラス繊維組成物はガラス配合剤を用いて製造される。前記配合剤のＣＯＤ値の範囲は５００〜１２００ｐｐｍであり、前記配合剤のＳＯ３／ＣＯＤの比の範囲は２〜１０である。
本発明の実施形態の目的、技術内容及び利点をより明確にするために、以下、本発明実施例における技術内容を明確且つ完全に説明する。以下に説明する実施例は本発明に係わる実施例の全てではなく、一部の実施例であることは明らかである。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的な労力を払うことなく取得することを前提とした他の実施例の全てを、本発明の権利範囲に属するものと考慮さべきである。なお、矛盾が生じない限り、実施例と、本願の実施形態に係わる構成要件とは、互いに任意に組み合わせることができる。
本発明の基本的な思想は以下のとおりである。ガラス繊維組成物の各成分の含有量は、重量百分率で、ＳｉＯ２が５４．２〜６４％、Ａｌ２Ｏ３が１１〜１８％、ＣａＯが２０〜２５．５％、ＭｇＯが０．３〜３．９％、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが０．１〜２％、ＴｉＯ２が０．１〜１．５％、鉄酸化物の合計量が０．１〜１％であり、２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲は０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９７％を超える。該ガラス繊維組成物はコストが低い、熱吸収率が高いという特徴を有し、配合剤とガラスの吸熱性を向上し、溶融状態の改善や消費エネルギーの低減に有利であるばかりではなく、線引きの際のガラス繊維の冷却硬化速度及びガラス繊維の強度を高めることもできる。更に、ガラスの気泡数と液相線温度とを低減して、ガラスの晶析速度を改善することから、ガラス繊維の成型範囲を高めることができるため、特にガラス炉による高性能なガラス繊維組成物の生産に好適である。
本発明のガラス繊維組成物におけるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２、鉄酸化物、ＦｅＯなどの具体的な含有量値を選択して実施例とした。また、２つの比較例も設け、それらの番号をＢ１及びＢ２とし、Ｂ１では従来のＥガラス繊維組成物であり、Ｂ２では特許ＷＯ９６／３９３６２の１つの改良Ｅガラス繊維組成物である。比較の際に、７つの性能パラメータを選択した。
（１）成型温度：ガラス溶解液の粘度が１０３ポアズであるときの温度に対応する。
（２）液相線温度：ガラス溶解液を冷却する際に結晶核が形成し始めるときの温度、即ち、ガラスが晶析する上限温度に対応する。
（３）△Ｔ値：成型温度と液相線温度との差であり、線引き成型の温度範囲を表す。
（４）引張強度：引張条件におけるガラス繊維の最大引張強度を表し、ＡＳＴＭ Ｄ２３４３に準拠して測定されるゴム浸漬糸の引張強度である。
（５）晶析面積率：上記について晶析面積率を測定する方法は基本的には以下のとおりである。セラミックボートの溝の寸法にガラス塊を適宜に切断し、切断したガラスバーサンプルをセラミックボートに入れて、傾斜焼結炉において結晶化を行う。６時間保温した後、傾斜焼結炉からガラスサンプルが収容されたセラミックボートを取り出し、常温に空冷する。そして、１０００〜１１５０℃の温度範囲内で、光学顕微鏡により、各ガラスサンプルの表面における晶析の数及び寸法を微視的に観測し、且つ晶析面積率を算出する。晶析面積率が大きいほど、ガラスの晶析傾向が大きく、晶析速度が速いことを意味する。
（６）気泡の数：上記について気泡の数を測定する方法は基本的には以下のとおりである。専用金型を用いて、各実施例の配合剤を形状が同一のサンプルにプレスして、高温顕微鏡のサンプルステージに置く。そして、工程に従って設定した空間温度１５００℃まで昇温して、保温せずに炉とともにガラスサンプルを常温まで冷却する。そして、光学顕微鏡により、各ガラスサンプルの気泡の数を微視的に観測する。上記においては、気泡の数は顕微鏡の結像範囲に準拠した。
（７）冷却時間：上記について冷却時間を測定する方法は基本的には以下のとおりである。特定の厚みのステンレス鋼の金型に温度が１５５０℃である高温溶融ガラスを流すとともに、複数台の専門的な赤外線温度計を用いて、ガラス塊の表面の温度変化を測定し、且つ高温溶融ガラスが１００℃程度まで降温する時間を記録する。冷却時間が少ないほど、ガラスの冷却効果速度が速いことを意味する。
上記７つのパラメータ及びその測定方法は、当業者に周知であるため、上記パラメータを採用することは、本発明のガラス繊維組成物の性能を説明するには十分である。
実験の具体的な過程は以下のとおりである。各成分は適宜原料から得ることができる。各成分が最終的に期待する重量百分率になるように、比率に従って各原料を混合する。混合された配合剤を熔解して清澄する。そして、溶融ガラスをストリッパプレートのストリッパマウスから線引きしてガラス繊維を形成する。ガラス繊維が伸線機の回転ヘッドに引き取られて巻回されることで、原糸ケーキ又は丸めた糸が形成される。もちろん、期待する要求に合致するように、これらのガラス繊維は一般的な方法により更に加工してもよい。
以下、本発明のガラス繊維組成物の実施例と、従来のＥガラス及び改良Ｅガラスとの性能パラメータの比較を下記の表にまとめて記載する。上記について、ガラス繊維組成物の含有量は重量百分率で表す。なお、実施例における成分の合計含有量は１００％より僅かに少なく、残量は微量の不純物又は分析できない少量の成分であると理解されたい。
上記表における具体的な数値から分かるように、従来のＥガラスに比べて、本発明のガラス繊維組成物には、以下の優位点がある。（一）はるかに高い引張強度を有する。（二）はるかに低いコストである。（三）より優れた冷却硬化速度を有する。（四）気泡の数が少ない（これは、本発明のガラスは清澄効果がより良好であることを表す）。
改良Ｅガラスに比べて、本発明のガラス繊維組成物には以下の優位点がある。（一）より高い引張強度を有する。（二）より優れた冷却硬化速度を有する。（三）はるかに低い液相線温度と晶析面積率を有する（すなわち、本発明のガラスは晶析の上限温度が低く、晶析速度が小さいため、ガラスが晶析するリスクの低減及び生産効率の向上に有利である）。（四）気泡の数が少ない（これは、本発明のガラスは清澄効果がより良好であることを表す）。
ここから分かるように、従来のＥガラス及び改良Ｅガラスと比べて、本発明のガラス繊維組成物は、引張強度、冷却硬化速度、晶析温度及び晶析速度の面で飛躍的な進捗を取得している。よって、技術内容全体により、大規模なガラス炉による生産が容易に実現でき、予想外の技術効果を取得した。
本発明に記載のガラス繊維組成物から、上記優れた性能を有するガラス繊維を製造することができる。
本発明のガラス繊維組成物を１種又は複数種の有機材料及び／又は無機材料と組み合わせることで、性能の優れた複合材料、例えば、ガラス繊維補強基材を製造することができる。
以上説明した内容は、単独に、又はそれぞれの方式で組み合わせて実施することができる。これらの変形方式は、いずれも本発明の権利範囲内にある。
なお、本文における「含む」、「含有する」又は他の任意の変形は、非排他的に含むことをカバーすることを意図しており、一連の要素を含む過程、方法、部品又は装置は、それらの要素を含むだけではなく、明確には列記されていない他の要素を更に含む、又はこのような過程、方法、部品又は装置に固有の要素を含む。更なる限定がない限り、「１つの．．．を含む」という文言により限定された要素については、記載された要素を含む過程、方法、部品又は装置には、他の同一の要素が更に存在する態様は除外されない。
以上、実施例は、本発明の技術内容を限定するものではなく、説明するためのものに過ぎない。前述した実施例を参照して本発明について詳しく説明したが、当業者は次のように認識すべきである。前述した各実施例に記載の技術内容について補正する、又はそのうちの一部の構成要件について等価のものに置き換えることができる。これらの補正又は置き換えにより、対応する技術内容の本質が本発明の各実施例の技術内容の趣旨及び範囲を逸脱することはない。
本発明が提供するガラス繊維組成物には、鉄酸化物が導入され、且つ２価鉄酸化物及び３価鉄酸化物の割合が制限されることにより、配合剤とガラスの吸熱性を向上することができる。さらに溶融状態の改善や消費エネルギーの低減にも有利であり、溶融ガラスの対流を強化できるほか、線引きの際のガラス繊維の冷却硬化速度を高めることもでき、繊維破断率の減少やガラス繊維の強度の向上に有利である。更に、ガラスの気泡数と液相線温度を低減して、ガラスの晶析速度を改善することにより、ガラス繊維の成型範囲を高めることができる。従来の高性能なガラスに比べて、本発明のガラス繊維組成物は、引張強度、冷却硬化速度、晶析温度、晶析速度及び清澄度などの面で飛躍的な進捗を達成し、ガラスの引張強度が大幅に向上した。更に、線引きの際のガラス繊維の冷却硬化速度が更に向上し、晶析温度及び晶析速度が大幅に低下し、気泡数が少ないため、低コストの大規模なガラス炉による生産に非常に好適である。
Claims (20)
- 以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量百分率で、以下の通りである高弾性率ガラス繊維組成物であって、
ＳｉＯ２ ５４．２〜６４％
Ａｌ２Ｏ３ １１〜１８％
ＣａＯ ２０〜２５．５％
ＭｇＯ ０．３〜３．９％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜１％
前記鉄酸化物は２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲が０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量が９７％を超えることを特徴とする、ガラス繊維組成物。 - 重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲が０．６６以上であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- 重量百分率の比Ｃ２＝（ＦｅＯ＋ＣａＯ−ＭｇＯ）／ＳｉＯ２の範囲が０．３３を超えることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- Ｂ２Ｏ３をほとんど含まないことを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- 前記ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２及び鉄酸化物の重量百分率の合計含有量が９９％を超えることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- 前記ＦｅＯの重量比率で表される含有量の範囲が０．１０％以上であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- 以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量百分率で、以下の通りである高弾性率ガラス繊維組成物であって、
ＳｉＯ２ ５７〜６２％
Ａｌ２Ｏ３ １２〜１７％
ＣａＯ＋ＭｇＯ ２１〜２６．５％
ＣａＯ ２０．５〜２５％
ＭｇＯ ０．３〜２．７％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．２〜２％
Ｎａ２Ｏ ０．１〜１．２％
Ｋ２Ｏ ０．１〜１．２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．５％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
前記鉄酸化物は２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲が０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量は９９％を超え、Ｂ２Ｏ３をほとんど含まないことを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。 - 前記Ａｌ２Ｏ３の重量比率で表される含有量の範囲が１３．６〜１５％であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- 以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量百分率で、以下の通りである高弾性率ガラス繊維組成物であって、
ＳｉＯ２ ５７．５〜６１％
Ａｌ２Ｏ３ １３〜１５．５％
ＣａＯ ２１〜２４．５％
ＭｇＯ ０．４％超え１％未満
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．２％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
前記鉄酸化物は２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲が０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量が９９．２％以上であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。 - 以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量百分率で、以下の通りである高弾性率ガラス繊維組成物であって、
ＳｉＯ２ ５７．５〜６１％
Ａｌ２Ｏ３ １３〜１５．５％
ＣａＯ ２１〜２４．５％
ＭｇＯ ０．４％超え１％未満
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜２％
ＴｉＯ２ ０．１〜１．２％
鉄酸化物の合計量 ０．１〜０．８％
前記鉄酸化物は２価鉄酸化物を（ＦｅＯとして）含有し、重量百分率の比Ｃ１＝ＦｅＯ／（鉄酸化物−ＦｅＯ）の範囲が０．５３以上であり、且つ上記成分の合計含有量が９９％を超え、Ｂ２Ｏ３をほとんど含まないことを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。 - 重量比率で表される含有量の範囲が０．４％未満のＬｉ２Ｏを更に含有することを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- 重量比率で表される含有量の範囲が０．１５〜０．６５％のＦ２を更に含有することを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- 前記ＳｉＯ２の重量比率で表される含有量の範囲が５９〜６４％であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- Ｐ２Ｏ５をほとんど含まないことを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- Ｌｉ２Ｏをほとんど含まないことを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- 重量百分率の比Ｎａ２Ｏ／Ｋ２Ｏの範囲が０．６５を超えることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- ガラス配合剤を用いて製造されたものであり、前記配合剤のＣＯＤ値の範囲が５００〜１２００ｐｐｍであることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- ガラス配合剤を用いて製造されたものであり、前記配合剤のＳＯ３／ＣＯＤの割合の範囲が２〜１０であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維組成物。
- 請求項１〜１８のいずれか１項に記載のガラス繊維組成物から製造されたガラス繊維。
- 請求項１９に記載のガラス繊維を含むことを特徴とする複合材料。
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