JP2021011430A - ガラス組成物、線維化可能ガラス組成物、およびそれらから形成されるガラス繊維 - Google Patents
ガラス組成物、線維化可能ガラス組成物、およびそれらから形成されるガラス繊維 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、2014年9月9日に出願された米国仮特許出願第62/047,967号の優先権を主張し、当該出願は、本明細書において完全に表されているのと同様に、本明細書において参考として援用される。
本発明は、ガラス組成物、特に繊維を形成させるためのガラス組成物に関する。
地(fabrics)および種々の用途における使用に適合されたそうしたガラス繊維を含む複
合材料を提供する。
実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、最大で約15重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、最大で約8重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、最大で約5重量%の量で存在する。一部の実施形態では、CaOの含量は約5重量%未満である。一部の実施形態では、Na2O+K2O+Li2Oの含量は1重量%超である。一部の実施形態では、Na2O+K2Oの含量は約0.5重量%未満である。一部の実施形態では、Al2O3含量は約14〜約19重量%の間である。一部の実施形態では、MgOは、約10〜約16重量%の間の量で存在する。一部の実施形態では、Li2Oは、約0.4〜約2重量%の量で存在する。一部の実施形態では、そのガラス組成物は、少なくとも約60重量%のSiO2を含む。一部の実施形態では、ZnOは、最大で約4重量%の量で存在する。一部の実施形態では、SnO2は、最大で約4重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物はCeO2を含み、CeO2は最大で約4重量%の量で存在する。一部の実施形態では、SnO2とCeO2の両方は、最大で約8重量%の合わせた量で存在する。一部の実施形態では、そのガラス組成物はさらに、Nb2O5を最大で約5重量%の量で含む。一部の実施形態では、ガラス組成物は、B2O3を実質的に含まない。
+K2O+Li2Oの含量は1重量%超である。一部の実施形態では、ZnOは、最大で約4重量%の量で存在する。一部の実施形態では、SnO2は、最大で約4重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物はCeO2を含み、CeO2は最大で約4重量%の量で存在する。一部の実施形態では、SnO2とCeO2の両方は、最大で約8重量%の合計量で存在する。一部の実施形態では、そのガラス組成物はさらに、Nb2O5を最大で約5重量%の量で含む。一部の実施形態では、ガラス組成物は、B2O3を実質的に含まない。
例えば、飛行機の内部床面)、高圧容器またはタンク、ミサイルケーシング、電子機器その他が含まれる。
意の数値は、それらのそれぞれの試験測定において見られる標準偏差によって必然的にもたらされる特定の誤差を本質的に含有する。さらに、本明細書で開示されるすべての範囲はそれに含まれるありとあらゆる下位範囲を包含すると理解されたい。例えば、「1〜10」と表示されている範囲は、最小値1と最大値10(かつそれを含む)の間のありとあらゆる下位範囲;すなわち、最小値1またはそれ超、例えば1〜6.1から始まり、最大値10またはそれ未満、例えば5.5〜10で終わるすべての下位範囲を含むと考えるべきである。さらに、「本明細書に組み込まれている(incorporated herein)」との任意の参照は、その全体において、本明細書に組み込まれていると理解すべきである。
部の実施形態では、1つまたは複数の希土類酸化物は、約4.0〜約15重量%の間の量で存在することができる。一部の実施形態では、1つまたは複数の希土類酸化物は、約5.0〜約15重量%の間の量で存在することができる。一部の実施形態では、1つまたは複数の希土類酸化物は、約1〜約8重量%の間の量で存在することができる。一部の実施形態では、1つまたは複数の希土類酸化物は、約3〜約8重量%の間の量で存在することができる。一部の実施形態では、1つまたは複数の希土類酸化物は、約1〜約5重量%の間の量で存在することができる。
2.5〜22重量%のAl2O3、0〜16重量%のCaO、0〜12重量%のMgO、0〜2.5重量%のNa2O、0〜1重量%のK2O、0〜2重量%のLi2O、0〜3重量%のTiO2、0〜3重量%のZrO2、0〜3重量%のB2O3、0〜3重量%のP2O5、0〜1重量%のFe2O3、0.05重量%以上の量の少なくとも1つの希土類酸化物および合計0〜11重量%の他の構成要素を含み、ここで、Na2O+K2O+Li2Oの含量は1重量%超である。一部の実施形態では、その少なくとも1つの希土類酸化物は、La2O3、Y2O3、Sc2O3およびNd2O3の少なくとも1つを含む。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも1重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも3重量%の量で存在する。
る。
量不純物として存在するP2O5からもたらされることを意味する。P2O5はガラスネットワーク形成物質(glass network former)として機能し、また、SiO2は、ガラス中で4面体単位(PO4)を形成する。一部の実施形態では、P2O5を、SiO2を置き換えるために使用して、特に高濃度の希土類酸化物を含有するガラスの液相温度を低下させることができる。
ともできる。SrO、BaO、Cl2、P2O5、Cr2O3またはNiO(これらの特定の化学形態に限定されない)などの原料、または融解過程の間の汚染物からの少量の不純物も存在し得る。As2O3、MnO、MnO2またはSb2O3(これらの特定の化学形態に限定されない)などの他の精製剤および/または加工助剤も存在し得る。これらの不純物および精製剤は、存在する場合、それぞれ、典型的に全ガラス組成物の0.5重量%未満の量で存在する。
から形成させることができる。したがって、本発明の実施形態は、本明細書で説明するガラス組成物のいずれかから形成されたガラス繊維を含むことができる。一部の実施形態では、そのガラス繊維は布地にすることができる。一部の実施形態では、本発明のガラス繊維は、例えば、これらに限定されないが、連続ストランド、チョップドストランド(乾燥または湿潤)、糸類、ロービング、プリプレグ等として含む他の形態で提供することができる。要するに、ガラス組成物(およびそれから形成させる任意の繊維)の種々の実施形態は様々な用途において使用することができる。
地に関する。本発明の繊維ガラス布地の一部の実施形態は、強化用途、特に高いモジュラス、高い強度および/または高い伸び率が重要な強化用途で使用するのに特に適している。さらに、本発明の一部の実施形態は、繊維ガラスストランド、繊維ガラス糸および繊維ガラス布地を組み込んだ複合材料、例えば繊維強化したポリマー複合材料に関する。本発明のいくつかの複合材料は、強化用途、特に高いモジュラス、高い強度および/または高い伸び率が重要な強化用途、例えば風力エネルギー(例えば、風車の羽根)、自動車用途、安全/セキュリティー用途(例えば、弾道装甲または装甲パネル)、航空宇宙または航空用途(例えば、飛行機の内部床面)、高圧容器またはタンク、ミサイルケーシングその他で使用するのに特に適している。本発明の一部の実施形態は、自動車用複合材料に関する。本発明の一部の実施形態は、航空宇宙用複合材料に関する。本出願の他の実施形態は、航空複合材料に関する。本発明のさらに他の実施形態は、風力エネルギー用途で使用するのに適した複合材料に関する。本発明の一部の実施形態は、プリプレグに関する。本発明の一部の実施形態は、装甲パネルなどの安全/セキュリティー用途のための複合材料に関する。本発明の他の実施形態は、高圧容器または貯蔵タンクのための複合材料に関する。本発明の一部の実施形態は、ミサイルケーシングのための複合材料に関する。本発明の他の実施形態は、高温断熱用途で使用するための複合材料に関する。本発明の一部の実施形態は、チップパッケージング用の基材などの、より低い熱膨張係数が特に望ましいプリント回路基板に関する。
51〜65重量%のSiO2;
12.5〜19重量%のAl2O3;
0〜16重量%のCaO;
0〜12重量%のMgO;
0〜2.5重量%のNa2O;
0〜1重量%のK2O;
0〜2重量%のLi2O;
0〜3重量%のTiO2;
0〜3重量%のZrO2;
0〜3重量%のB2O3;
0〜3重量%のP2O5;
0〜1重量%のFe2O3;
0.05重量%以上の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および
合計0〜11重量%の他の構成要素
を含むガラス組成物を含む複数のガラス繊維を含む。
1つの希土類酸化物は、少なくとも1重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも3重量%の量で存在する。
51〜65重量%のSiO2;
12.5〜22重量%のAl2O3;
0〜16重量%のCaO;
0〜12重量%のMgO;
0〜2.5重量%のNa2O;
0〜1重量%のK2O;
0〜2重量%のLi2O;
0〜3重量%のTiO2;
0〜3重量%のZrO2;
0〜3重量%のB2O3;
0〜3重量%のP2O5;
0〜1重量%のFe2O3;
0.05重量%以上の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および
合計0〜11重量%の他の構成要素
を含む(ここで、Na2O+K2O+Li2Oの含量は1重量%超である)ガラス組成物を含む複数のガラス繊維を含む。一部の実施形態では、その少なくとも1つの希土類酸化物は、La2O3、Y2O3、Sc2O3およびNd2O3の少なくとも1つを含む。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも1重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも3重量%の量で存在する。
51〜63重量%のSiO2;
14.5〜19重量%のAl2O3;
0.5〜10重量%のCaO;
0〜12重量%のMgO;
0〜1重量%のNa2O;
0〜1重量%のK2O;
0〜2重量%のLi2O;
0〜3重量%のTiO2;
0〜3重量%のZrO2;
0〜2重量%のB2O3;
0〜3重量%のP2O5;
0〜1重量%のFe2O3;
0.5重量%以上の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および
合計0〜11重量%の他の構成要素
を含むガラス組成物を含む複数のガラス繊維を含む。
56〜68重量%のSiO2;
11〜20重量%未満のAl2O3;
12重量%またはそれ未満のCaO;
7〜17重量%のMgO;
0〜1重量%のNa2O;
0〜1重量%のK2O;
0〜5重量%のLi2O;
0〜2重量%のTiO2;
0〜3重量%のB2O3;
0〜1重量%のFe2O3;
0〜4重量%のSnO2;
0〜4重量%のZnO;
0.05重量%以上の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および
合計0〜11重量%の他の構成要素
を含むガラス組成物を含む複数のガラス繊維を含む。
60〜68重量%のSiO2;
14〜19重量%のAl2O3;
5重量%またはそれ未満のCaO;
10〜16重量%のMgO;
0〜1重量%のNa2O;
0〜1重量%のK2O;
0〜2重量%のLi2O;
0〜2重量%のTiO2;
0〜3重量%のB2O3;
0〜1重量%のFe2O3;
0〜4重量%のSnO2;
0〜4重量%のZnO;
1重量%以上の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および
合計0〜11重量%の他の構成要素
を含むガラス組成物を含む複数のガラス繊維を含む。
60〜68重量%のSiO2;
14〜19重量%のAl2O3;
5重量%またはそれ未満のCaO;
10〜16重量%のMgO;
0〜1重量%のNa2O;
0〜1重量%のK2O;
0.4〜2重量%のLi2O;
0〜2重量%のTiO2;
0〜3重量%のB2O3;
0〜1重量%のFe2O3;
0〜4重量%のSnO2;
0〜4重量%のZnO;
約1〜約8重量%の間の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および
合計0〜11重量%の他の構成要素
を含む(ここで、Na2O+K2Oの含量は約0.5重量%未満である)ガラス組成物を含む複数のガラス繊維を含む。一部の実施形態では、その少なくとも1つの希土類酸化物は、La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3およびGd2O3の少なくとも1つを含む。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも3重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、最大で約5重量%の量で存在する。
59〜62重量%のSiO2;
14〜19重量%のAl2O3;
4〜8重量%のCaO;
6〜11重量%のMgO;
0〜1重量%のNa2O;
0〜1重量%のK2O;
0〜2重量%のLi2O;
0〜3重量%のTiO2;
0〜3重量%のB2O3;
0〜1重量%のFe2O3;
0〜2重量%のCu2O;
0〜3重量%のSrO;
約2〜約6重量%の間の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および
合計0〜11重量%の他の構成要素
を含む(ここで、Na2O+K2Oの含量は約0.5重量%未満である)ガラス組成物を含む複数のガラス繊維を含む。一部の実施形態では、その少なくとも1つの希土類酸化物は、La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3およびGd2O3の少なくとも1つを含む。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも3重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、最大で約5重量%の量で存在する。
明のガラス繊維の一部の実施形態によって示される望ましい特性の例には、これらに限定されないが、引張強度、ヤング率、熱膨張係数、軟化点、伸び率および絶縁定数が含まれる。
Test Methods for A-C Loss Characteristics and Permittivity (Dielectric
Constant) of Solid Electrical Insulating Materials)」によって、1MHz
〜1GHzで決定される。
ドの直接延伸ロービングを含むことができる。本発明の繊維ガラスストランドを含むロービングは、所望の用途に応じて、種々の直径および密度を有する直接延伸シングルエンドロービングを含むことができる。一部の実施形態では、本発明の繊維ガラスストランドを含むロービングは、最大で約112ヤード/ポンドの密度を示す。
うな少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む。一部の実施形態では、そのサイジング組成物は、熱硬化性ポリマー樹脂と適合する。他の実施形態では、サイジング組成物は、澱粉・油脂(starch-oil)サイジング組成物を含むことができる。
ことができる。一部の実施形態では、本発明の糸は、約5,000ヤード/ポンド〜約10,000ヤード/ポンドの線質量密度を有する。
(plied)1つまたは複数のストランドから作製することができる。糸類は、一緒にツイ
ストされているが撚られていない1つまたは複数のストランドから作製することができ;そうした糸類は「シングル(single)」として公知である。本発明の糸類は、一緒にツイストされているが撚られていない1つまたは複数のストランドから作製することができる。一部の実施形態では、本発明の糸類は、一緒にツイストされた1〜4本のストランドを含む。他の実施形態では、本発明の糸類は、1本のツイストされたストランドを含む。
つを含む。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも3重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、最大で約5重量%の量で存在する。他の実施形態では、本発明の布地は、本発明の一部として本明細書で開示される他のガラス組成物の1つを含む少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含むことができる。一部の実施形態では、本発明の布地は、本明細書で開示されるような糸を含む。一部の実施形態では、本発明の布地は、本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む少なくとも1つの緯糸を含むことができる。一部の実施形態では、本発明の布地は、本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む少なくとも1つの縦糸を含むことができる。一部の実施形態では、本発明の布地は、本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む少なくとも1つの緯糸、および本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む少なくとも1つの縦糸を含む。
態では、この布地は、平織布地、あや織布地、クローフット布地、繻子織布地、ステッチボンデッド布地(非クリンプ布地としても公知である)または「三次元」織り布地を含む。
ある)ガラス組成物を含む。一部の実施形態では、その少なくとも1つの希土類酸化物は、La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3およびGd2O3の少なくとも1つを含む。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも3重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、最大で約5重量%の量で存在する。他の実施形態では、本発明の複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された複数のガラス繊維を含むことができ、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは、本発明の一部として本明細書で開示される他のガラス組成物の1つから形成されたものである。一部の実施形態では、本発明の複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む。一部の実施形態では、本発明の複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む少なくとも一部のロービングを含む。他の実施形態では、本発明の複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された本明細書で開示されるような少なくとも1つの糸を含む。さらに他の実施形態では、本発明の複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された本明細書で開示されるような少なくとも1つの布地を含む。一部の実施形態では、本発明の複合材料は、本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む少なくとも1つの緯糸、および本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む少なくとも1つの縦糸を含む。
れ未満のCaO、10〜16重量%のMgO、0〜1重量%のNa2O、0〜1重量%のK2O、0.4〜2重量%のLi2O、0〜2重量%のTiO2、0〜3重量%のB2O3、0〜1重量%のFe2O3、0〜4重量%のSnO2、0〜4重量%のZnO、約1〜約8重量%の間の量の少なくとも1つの希土類酸化物および合計0〜11重量%の他の構成要素を含む(ここで、Na2O+K2Oの含量は約0.5重量%未満である)ガラス組成物を含む。一部の実施形態では、本発明の航空宇宙用複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された複数のガラス繊維を含み、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは以下の成分:59〜62重量%のSiO2、14〜19重量%のAl2O3;4〜8重量%のCaO;6〜11重量%のMgO;0〜1重量%のNa2O;0〜1重量%のK2O;0〜2重量%のLi2O;0〜3重量%のTiO2;0〜3重量%のB2O3;0〜1重量%のFe2O3;0〜2重量%のCu2O;0〜3重量%のSrO;約2〜約6重量%の間の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および合計0〜11重量%の他の構成要素を含む(ここで、Na2O+K2Oの含量は約0.5重量%未満である)ガラス組成物を含む。一部の実施形態では、その少なくとも1つの希土類酸化物は、La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3およびGd2O3の少なくとも1つを含む。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも3重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、最大で約5重量%の量で存在する。他の実施形態では、本発明の航空宇宙用複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された複数のガラス繊維を含むことができ、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは、本発明の一部として本明細書で開示される他のガラス組成物の1つから形成されたものである。
のいくつかの航空複合材料の高い伸び率は、そうした複合材料を、航空機内部用途などの高い耐衝撃性が重要である航空用途での使用に特に望ましいものにすることができる。一部の実施形態では、本発明の航空複合材料は、Eガラス布地から形成された複合材料と比較して、高い衝撃性能を示すことができる。本発明の航空複合材料は、航空機内部(とりわけ、手荷物収納箱、座席および床面を含む)での使用に適し得る。
ドを含む少なくとも一部のロービングを含む。他の実施形態では、本発明の航空複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された本明細書で開示されるような少なくとも1つの糸を含む。さらに他の実施形態では、本発明の航空複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された本明細書で開示されるような少なくとも1つの布地を含む。一部の実施形態では、本発明の航空複合材料は、本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む少なくとも1つの緯糸、および本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む少なくとも1つの縦糸を含む。
造部品、ボディおよびバンパーなどの高い耐衝撃性が重要な自動車用途での使用に特に望ましいものにすることができる。一部の実施形態では、本発明の自動車用複合材料は、Eガラス布地、Rガラス布地および/またはSガラス布地から形成された複合材料と比較して、高い衝撃性能を示すことができる。
〜1重量%のFe2O3、0〜4重量%のSnO2、0〜4重量%のZnO、約1〜約8重量%の間の量の少なくとも1つの希土類酸化物および合計0〜11重量%の他の構成要素を含む(ここで、Na2O+K2Oの含量は約0.5重量%未満である)ガラス組成物を含む。一部の実施形態では、本発明の自動車用複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された複数のガラス繊維を含み、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは以下の成分:59〜62重量%のSiO2、14〜19重量%のAl2O3;4〜8重量%のCaO;6〜11重量%のMgO;0〜1重量%のNa2O;0〜1重量%のK2O;0〜2重量%のLi2O;0〜3重量%のTiO2;0〜3重量%のB2O3;0〜1重量%のFe2O3;0〜2重量%のCu2O;0〜3重量%のSrO;約2〜約6重量%の間の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および合計0〜11重量%の他の構成要素を含む(ここで、Na2O+K2Oの含量は約0.5重量%未満である)ガラス組成物を含む。一部の実施形態では、その少なくとも1つの希土類酸化物は、La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3およびGd2O3の少なくとも1つを含む。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも3重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、最大で約5重量%の量で存在する。他の実施形態では、本発明の自動車用複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された複数のガラス繊維を含むことができ、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは、本発明の一部として本明細書で開示される他のガラス組成物の1つから形成されたものである。
の使用に適した本発明の複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された本明細書で開示されるような少なくとも1つの布地を含む。一部の実施形態では、風力エネルギー用途での使用に適した本発明の複合材料は、本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む少なくとも1つの緯糸、および本明細書で開示されるような少なくとも1つの繊維ガラスストランドを含む少なくとも1つの縦糸を含む。
量の少なくとも1つの希土類酸化物;および合計0〜11重量%の他の構成要素を含む(ここで、Na2O+K2Oの含量は約0.5重量%未満である)ガラス組成物を含む。一部の実施形態では、その少なくとも1つの希土類酸化物は、La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3およびGd2O3の少なくとも1つを含む。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも3重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、最大で約5重量%の量で存在する。他の実施形態では、本発明の高圧容器および/またはタンクで使用するための複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された複数のガラス繊維を含むことができ、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは、本発明の一部として本明細書で開示される他のガラス組成物の1つから形成されたものである。
D−662F、1997年12月(以下「MIL−STD−662F」)(その全体を参照により本明細書に組み込む)によって測定した場合、そのパネルが、望ましい0.30calのFSP(「断片シミュレート発射体(fragment simulating projectile)」)V50値(例えば、約2lb/ft2のパネル面密度および約5〜6mmのパネル厚さで少なくとも約900フィート/秒(fps))を示すと予期されるパネルに形成させるこ
とができる。この関連で、「複合材料」という用語が、総称的に、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された複数のガラス繊維を含む材料を指すのに対して、「パネル」という用語は、シート状の物理的な寸法または形状を有する複合材料を指す。他の実施形態では、本発明の複合材料は、そのパネルが、MIL−STD−662Fによって測定した場合、望ましい0.50calのFSP V50値(例えば、約4.8〜4.9lb/ft2のパネル面密度および約13〜13.5mmのパネル厚さで少なくとも約1200fps)を示すと予期されるパネルに形成させることができる。V50値はパネル面密度およびパネル厚さに依存する可能性があるので、本発明の複合材料は、そのパネルをいかに構成するかに応じて、異なるV50値を有することができる。本発明の一部の実施形態の1つの利点は、Eガラス繊維を使用して組み立てられた、同様に構成した複合材料より高いV50値を有する複合材料の提供である。
に適合されている。他の実施形態では、弾道または爆破耐性用途で使用するように適合された本発明の複合材料は、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂中に配置された複数のガラス繊維を含むことができ、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは、本発明の一部として本明細書で開示される他のガラス組成物の1つから形成されたものである。
ブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、熱可塑性ポリウレタン、フェノール系、ポリエステル、ビニルエステル、熱硬化性ポリウレタン、シアン酸エステルまたはビスマレイミド樹脂を含むことができる。
含むことができ、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは、本発明の一部として本明細書で開示される他のガラス組成物の1つから形成されたものである。
を含み、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは以下の成分:60〜68重量%のSiO2、14〜19重量%のAl2O3、5重量%またはそれ未満のCaO、10〜16重量%のMgO、0〜1重量%のNa2O、0〜1重量%のK2O、0.4〜2重量%のLi2O、0〜2重量%のTiO2、0〜3重量%のB2O3、0〜1重量%のFe2O3、0〜4重量%のSnO2、0〜4重量%のZnO、約1〜約8重量%の間の量の少なくとも1つの希土類酸化物および合計0〜11重量%の他の構成要素を含むガラス組成物を含み、ここで、Na2O+K2Oの含量は約0.5重量%未満である。一部の実施形態では、本発明のプリプレグは、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂と接触した複数のガラス繊維を含み、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは以下の成分:59〜62重量%のSiO2、14〜19重量%のAl2O3;4〜8重量%のCaO;6〜11重量%のMgO;0〜1重量%のNa2O;0〜1重量%のK2O;0〜2重量%のLi2O;0〜3重量%のTiO2;0〜3重量%のB2O3;0〜1重量%のFe2O3;0〜2重量%のCu2O;0〜3重量%のSrO;約2〜約6重量%の間の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および合計0〜11重量%の他の構成要素を含むガラス組成物を含み、ここで、Na2O+K2Oの含量は約0.5重量%未満である。一部の実施形態では、その少なくとも1つの希土類酸化物は、La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3およびGd2O3の少なくとも1つを含む。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、少なくとも3重量%の量で存在する。一部の実施形態では、少なくとも1つの希土類酸化物は、最大で約5重量%の量で存在する。他の実施形態では、本発明のプリプレグは、ポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂と接触した複数のガラス繊維を含むことができ、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは、本発明の一部として本明細書で開示される他のガラス組成物の1つから形成されたものである。
ギーを貯蔵する能力の尺度である。コンデンサとして使用される材料は比較的高いDkを有することが望ましいのに対して、PCB基材の一部として使用される材料は、特に高速回路について、低いDkを有することが望ましい。Dkは、2枚の金属板間の所与の材料の貯蔵される電荷(すなわち、キャパシタンス)と、その同じ2枚の金属板間の空隙(空気または真空)によって貯蔵される電荷の量の比である。別の例として、本発明のガラス繊維の一部の実施形態は、電子機器用途に望ましい熱膨張係数を有することができる。したがって、本発明の一部の実施形態は、これらに限定されないが、プリント回路基板、プリント回路基板の前駆体(例えば、布地、積層物、プリプレグ等)を含む様々な電気的用途で使用することができる。そうした実施形態では、電気的用途で使用されることになるプリント回路基板または他の複合材料はポリマー樹脂、およびそのポリマー樹脂と接触した複数のガラス繊維を含むことができ、その複数のガラス繊維の少なくとも1つは、本発明の一部として本明細書で開示されるガラス組成物のいずれかから形成されたものである。ポリマー樹脂は、プリント回路基板または他の電気的用途で使用するための当技術分野で公知のもののいずれかを含むことができる。
ーティングでさらに処理し得る。
yarn)(「緯糸」とも称される)の複数の縦糸中への織り込みなどの当業者に公知の適切な任意の方法によって作製することができる。そうした織り込みは、一般に平行で平らな配列で縦糸を織機上に位置決めし、続いて、そのウェフト糸を所定の繰り返しパターンで縦糸の上下を通して、ウェフト糸を縦糸に製織することによって遂行することができる。使用されるパターンは、所望の布地スタイルによって決まる。
よって形成させることができる。続いて、サイジング組成物を個々のガラス繊維に施用し、その繊維を一緒に寄せ集めてストランドを形成させることができる。このストランドは、続いて、そのストランドを、ツイストフレームを介してボビンに移すことによって糸類に加工することができる。この移動の間、ストランドに撚りがもたらされて、繊維の束を一緒に保持するのを支援することができる。次いで、これらの撚られたストランドをボビンで巻き取り、そのボビンを製織工程で使用することができる。
成し、次いで一緒にして織機ビームを形成させることができる。織機ビームと同様の仕方で、セクションビームは、その周りに巻き取られた複数の本質的に平行な縦糸を含む円筒状コアを含むことができる。そのセクションビームが、最終的な織機ビームを形成させるのに必要な任意の数の縦糸を含むことができることを当業者は理解されていようが、一般に、セクションビーム上に含有される経糸の数は、整経クリールの能力によって限定される。7781スタイル布地について、それぞれDE75糸からなる717の経糸の4つのセクションビームが典型的に提供され、一緒にされた場合、上記で論じたような、縦糸シートに必要な2868の経糸が提供される。
ィング、プリプレグ/オートクレーブ養生(autoclave curing)および引き抜き成形な
どの当業者に公知の適切な任意の方法で調製することができる。本発明の複合材料は、当業者に公知のそうした成形技術を使用して調製することができる。特に、織られた繊維ガラス布地を組み込んだ本発明の複合材料の実施形態は、そうした複合材料を調製するための当業者に公知の技術を使用して調製することができる。
たらす。プラテンの真空ポンプとの連結の後、次いで、樹脂(例えば、熱硬化性樹脂)の変換速度を加速するために、プラテンの温度を利用される樹脂に特有の所定の温度設定へ上昇させ、その積層物が完全硬化に達するまで、その温度および圧力設定に保つ。この時点で、加熱を止め、水の循環によって、室温に達するまでプラテンを冷却する。次いでプラテンを開放し、その積層成形物をプレスから取り出すことができる。
ステーブルに置くことができる。次いでこのスタックを剥離層(peel ply)で覆い、流
動増進媒体を合わせ、ナイロン袋詰めフィルムを使用して真空袋詰めをすることができる。次に、いわゆる「レイアップ(lay up)」を、約27インチHgの真空圧にかけるこ
とができる。別個に、繊維ガラス布地で強化しようとするポリマー樹脂を、その特定の樹脂のための当業者に公知の手法を使用して調製することができる。例えば、いくつかのポリマー樹脂のために、適切な樹脂(例えば、アミン硬化性エポキシ樹脂)を、樹脂製造業者によって推奨されているか、あるいは当業者に公知の割合で、適切な硬化剤(例えば、アミン硬化性エポキシ樹脂用のアミン)と混合することができる。次いで組み合わされた樹脂を、真空チャンバー中で30分間脱ガスし、布地スタックの実質的に完全なウエットアウトが達成されるまで、布地プレフォームを通して注入することができる。この時点で、テーブルを、加熱したブランケット(約45〜50℃の温度に設定)で24時間覆うことができる。次いで、得られた剛性の複合材料を離形させ、プログラマブル対流式オーブン中、約250°Fで4時間、後硬化させることができる。しかし、当業者に公知であるように、脱ガス時間、加熱時間および後硬化条件などの種々のパラメーターを、使用される具体的な樹脂系をもとにして変えることができ、具体的な樹脂系にもとづいたそうしたパラメーターの選択の仕方は当業者によって理解されている。
脂、ポリエステル、ビニルエステル、熱硬化性ポリウレタン、ポリジシクロペンタジエン(pDCPD)樹脂、シアン酸エステルおよびビスマレイミドを含むことができる。一部の実施形態では、ポリマー樹脂はエポキシ樹脂を含むことができる。他の実施形態では、ポリマー樹脂は熱可塑性樹脂を含むことができる。本発明の一部の実施形態において有用な熱可塑性ポリマーには、これらに限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド(ナイロンを含む)、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、ポリフェニレンスルフィドおよびポリエーテルエーテルケトン(PEEK)が含まれる。本発明の一部の実施形態において有用な市販のポリマー樹脂の非限定的な例には、Epikure MGS RIMH 1366硬化剤でのEPIKOTE Resin MGS(登録商標)RIMR 135エポキシ(Columbus、OhioのMomentive Specialty Chemicals Inc.から入手できる)、Applied Poleramic MMFCS2エポキシ(Applied Poleramic,Inc.、Benicia、Californiaから入手できる)およびEP255改質エポキシ(Barrday Composite Solutions、Millbury、MAから入手できる)が含まれる。
溶融特性
ズの溶融粘度で定義される基準形成温度(TF)および100ポアズの粘度で定義される基準溶融温度(Tm)を含む。形成温度と液相温度(ΔT)の差も示されている。表1〜3は、組成物のいくつかについての軟化温度(Tsoft)、ガラス転移温度(Tg)および熱膨張係数(CTE)も提供している。軟化温度(Tsoft)値は、ASTM試験方法C338−93「ガラスの軟化点のための標準試験方法(Standard Test Method for Softening Point of Glass)」(2008年)にしたがって測定した。ガラス転移温度(Tg)値は、ASTM試験方法C336−71「繊維の伸びによるアニーリング点およびひずみ点(Annealing Point and Strain Point by Fiber Elongation)
」にしたがって測定した。熱膨張係数(CTE)値は、ASTM E228−11「押し棒式膨張計での固体材料の線熱膨張のための標準試験方法(Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials with a Push-Rod Dilatometer)」にしたがって決定した。
機械的特性
して得た。試料の長さを測定し、それぞれの伸長波動速度(VE)を計算した。繊維密度(ρ)はMicromeritics AccuPyc 1330比重瓶を使用して測定
した。各組成物について約20回の測定を行い、平均ヤング率(E)を以下の式:
(項1)
SiO 2 56〜68重量%;
Al 2 O 3 11〜20重量%未満;
CaO 12重量%またはそれ未満;
MgO 7〜17重量%;
Na 2 O 0〜1重量%;
K 2 O 0〜1重量%;
Li 2 O 0〜5重量%;
TiO 2 0〜2重量%;
B 2 O 3 0〜3重量%;
Fe 2 O 3 0〜1重量%;
SnO 2 0〜4重量%;
ZnO 0〜4重量%;
0.05重量%以上の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および
他の構成要素 合計0〜11重量%
を含む、繊維形成に適したガラス組成物。
(項2)
Al 2 O 3 が、約14〜約19重量%の間の量で存在する、上記項1に記載のガラス組成物。
(項3)
MgOが、約10〜約16重量%の間の量で存在する、上記項1に記載のガラス組成物。
(項4)
CaOの含量が約5重量%未満である、上記項1に記載のガラス組成物。
(項5)
Na 2 O+K 2 O+Li 2 Oの含量が1重量%超である、上記項1に記載のガラス組成物。
(項6)
Na 2 O+K 2 Oの含量が約0.5重量%未満である、上記項5に記載のガラス組成物。
(項7)
Na 2 O+K 2 Oの含量が約0.5重量%未満である、上記項1に記載のガラス組成物。
(項8)
Li 2 Oの含量が約0.4〜約2重量%の間である、上記項1に記載のガラス組成物。
(項9)
SiO 2 の含量が少なくとも60重量%である、上記項1に記載のガラス組成物。
(項10)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、少なくとも1重量%の量で存在する、上記項1に記載のガラス組成物。
(項11)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、少なくとも3重量%の量で存在する、上記項1に記載のガラス組成物。
(項12)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、最大で約8重量%の量で存在する、上記項1に記載のガラス組成物。
(項13)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、最大で約5重量%の量で存在する、上記項1に記載のガラス組成物。
(項14)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、La 2 O 3 、Y 2 O 3 、Sc 2 O 3 、Nd 2 O 3 、CeO 2 、Sm 2 O 3 およびGd 2 O 3 の少なくとも1つを含む、上記項1に記載のガラス組成物。
(項15)
ZnOが、最大で約4重量%の量で存在する、上記項1に記載のガラス組成物。
(項16)
SnO 2 が、最大で約4重量%の量で存在する、上記項1に記載のガラス組成物。
(項17)
CeO 2 が、最大で約4重量%の量で存在する、上記項1に記載のガラス組成物。
(項18)
SnO 2 とCeO 2 の両方が、最大で約8重量%の総量で存在する、上記項1に記載のガラス組成物。
(項19)
B 2 O 3 を実質的に含まない、上記項1に記載のガラス組成物。
(項20)
最大で約5重量%の量でNb 2 O 5 をさらに含む、上記項1に記載のガラス組成物。
(項21)
SiO 2 60〜68重量%;
Al 2 O 3 14〜19重量%;
CaO 5重量%またはそれ未満;
MgO 10〜16重量%;
Na 2 O 0〜1重量%;
K 2 O 0〜1重量%;
Li 2 O 0〜2重量%;
TiO 2 0〜2重量%;
B 2 O 3 0〜3重量%;
Fe 2 O 3 0〜1重量%;
SnO 2 0〜4重量%;
ZnO 0〜4重量%;
1重量%以上の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および
他の構成要素 合計0〜11重量%
を含む、繊維形成に適したガラス組成物。
(項22)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、少なくとも3重量%の量で存在する、上記項21に記載のガラス組成物。
(項23)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、最大で約8重量%の量で存在する、上記項21に記載のガラス組成物。
(項24)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、最大で約5重量%の量で存在する、上記項21に記載のガラス組成物。
(項25)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、La 2 O 3 、Y 2 O 3 、Sc 2 O 3 、Nd 2 O 3 、CeO 2 、Sm 2 O 3 およびGd 2 O 3 の少なくとも1つを含む、上記項21に記載のガラス組成物。
(項26)
ZnOが、最大で約4重量%の量で存在する、上記項21に記載のガラス組成物。
(項27)
SnO 2 が、最大で約4重量%の量で存在する、上記項21に記載のガラス組成物。
(項28)
CeO 2 が、最大で約4重量%の量で存在する、上記項21に記載のガラス組成物。
(項29)
SnO 2 とCeO 2 の両方が、最大で約8重量%の総量で存在する、上記項21に記載のガラス組成物。
(項30)
B 2 O 3 を実質的に含まない、上記項21に記載のガラス組成物。
(項31)
最大で約5重量%の量でNb 2 O 5 をさらに含む、上記項21に記載のガラス組成物。
(項32)
SiO 2 60〜68重量%;
Al 2 O 3 14〜19重量%;
CaO 5重量%またはそれ未満;
MgO 10〜16重量%;
Na 2 O 0〜1重量%;
K 2 O 0〜1重量%;
Li 2 O 0.4〜2重量%;
TiO 2 0〜2重量%;
B 2 O 3 0〜3重量%;
Fe 2 O 3 0〜1重量%;
SnO 2 0〜4重量%;
ZnO 0〜4重量%;
約1〜約8重量%の間の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および
他の構成要素 合計0〜11重量%
を含み、Na 2 O+K 2 Oの含量が約0.5重量%未満である、繊維形成に適したガラス組成物。
(項33)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、少なくとも3重量%の量で存在する、上記項32に記載のガラス組成物。
(項34)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、最大で約5重量%の量で存在する、上記項32に記載のガラス組成物。
(項35)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、La 2 O 3 、Y 2 O 3 、Sc 2 O 3 、Nd 2 O 3 、CeO 2 、Sm 2 O 3 およびGd 2 O 3 の少なくとも1つを含む、上記項32に記載のガラス組成物。
(項36)
ZnOが、最大で約4重量%の量で存在する、上記項32に記載のガラス組成物。
(項37)
SnO 2 が、最大で約4重量%の量で存在する、上記項32に記載のガラス組成物。
(項38)
CeO 2 が、最大で約4重量%の量で存在する、上記項32に記載のガラス組成物。
(項39)
SnO 2 とCeO 2 の両方が、最大で約8重量%の総量で存在する、上記項32に記載のガラス組成物。
(項40)
B 2 O 3 を実質的に含まない、上記項32に記載のガラス組成物。
(項41)
最大で約5重量%の量でNb 2 O 5 をさらに含む、上記項32に記載のガラス組成物。
(項42)
SiO 2 59〜62重量%;
Al 2 O 3 14〜19重量%;
CaO 4〜8重量%;
MgO 6〜11重量%;
Na 2 O 0〜1重量%;
K 2 O 0〜1重量%;
Li 2 O 0〜2重量%;
TiO 2 0〜3重量%;
B 2 O 3 0〜3重量%;
Fe 2 O 3 0〜1重量%;
Cu 2 O 0〜2重量%;
SrO 0〜3重量%;
3重量%以上の量の少なくとも1つの希土類酸化物;および
他の構成要素 合計0〜11重量%
を含む、繊維形成に適したガラス組成物。
(項43)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、少なくとも4重量%の量で存在する、上記項42に記載のガラス組成物。
(項44)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、最大で約8重量%の量で存在する、上記項42に記載のガラス組成物。
(項45)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、最大で約5重量%の量で存在する、上記項42に記載のガラス組成物。
(項46)
前記少なくとも1つの希土類酸化物が、La 2 O 3 、Y 2 O 3 、Sc 2 O 3 、Nd 2 O 3 、CeO 2 、Sm 2 O 3 およびGd 2 O 3 の少なくとも1つを含む、上記項42に記載のガラス組成物。
(項47)
SrOが、最大で約3重量%の量で存在する、上記項42に記載のガラス組成物。
(項48)
Cu 2 Oが、最大で約2重量%の量で存在する、上記項42に記載のガラス組成物。
(項49)
Y 2 O 3 が、最大で約5重量%の量で存在する、上記項42に記載のガラス組成物。
(項50)
Cu 2 OとSrOの両方が、最大で約5重量%の総量で存在する、上記項42に記載のガラス組成物。
(項51)
B 2 O 3 を実質的に含まない、上記項42に記載のガラス組成物。
Claims (1)
- 明細書に記載の発明。
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