JP2021050140A - 高いホウ素アルミノシリケートの組成の割には改善された低い熱膨張係数を有する、改善された低い誘電率の繊維を作製するための、MgO、ZnO、および希土類酸化物の使用 - Google Patents
高いホウ素アルミノシリケートの組成の割には改善された低い熱膨張係数を有する、改善された低い誘電率の繊維を作製するための、MgO、ZnO、および希土類酸化物の使用 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本願は、米国仮特許出願第62/160,709号(2015年5月13日出願)に対
する優先権を主張する。この米国仮特許出願は、その全体が本明細書中に参考として援用
される。
本発明は、ガラス組成物およびその用途に関する。実施形態は、繊維を形成するための
ガラス組成物、繊維および繊維を含む製造物品(例えば、プリント回路板)を含み、プリ
ント回路板は、改善された電気性能および熱安定性を有する。
ガラス繊維は、長年、様々な高分子樹脂を強化するために使用されてきた。強化用途に
おいて使用するための、一般に使用されているいくつかのガラス組成物としては、「Eガ
ラス」および「Dガラス」ファミリーの組成物が挙げられる。別の一般に使用されている
ガラス組成物は、AGY(Aiken、South Carolina)から、「Lガラ
ス」の商品名で市販されている。
特にプリント回路基板に関して、ある特定の電気特性および熱特性は重要であり得る。し
かしながら、多くの場合において、改善された電気特性および熱特性(例えば、より低い
誘電率、より低い熱膨張係数など)を有するガラス繊維の製造は、例えばバッチ材料のコ
ストの上昇、製造コストの上昇、または他の因子に起因して、より高いコストをもたらし
得る。例えば、前述の「Lガラス」は、従来型のEガラスと比較して改善された電気特性
および熱特性を有するが、バッチからガラスへの変換(batch-to-glass conversion)、
溶融清澄(melt fining)、および繊維延伸(fiber drawing)のための大幅に高い温度
およびエネルギー需要の結果として、コストもまた大幅に高くなる。繊維ガラス製造業者
は、商業的な製造環境において望ましい性能関連特性を有するガラス繊維を形成するため
に使用することができるガラス組成物を探求し続けている。
本発明の様々な実施形態は、ガラス組成物、繊維化可能なガラス組成物、そのような組
成物から形成されるガラス繊維、ならびにガラス組成物および/またはガラス繊維を含む
製造物品を提供する。
維は、例えば現在市販されているガラス組成物と比較して、以下の有利な特色:より低い
熱膨張係数(CTE)の値、より低い誘電率(Dk)、より低い溶融温度および成形温度
、ならびに/またはより高いガラス転移温度のうちの1つまたは複数を有し得る。本発明
の実施形態のさらなる利点としては、繊維強度の増加、繊維のヤング率の増加、繊維密度
の減少、および/またはホウ素排出量の減少を挙げることができる。本発明の実施形態は
、他の潜在的用途の中でも特に、プリント回路板用途に関して有利であり得る。本発明の
実施形態のさらなる利益は、当業者には、本明細書において提供される記載から明らかと
なるであろう。
説明される。
特に明記しない限り、以下の明細書において示される数値パラメーターは、本発明によ
って得ることが求められる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。ともあれ、特許
請求の範囲に対する均等論の適用を制限することを試みるものではないが、各数値パラメ
ーターは、少なくとも、報告される有効桁数の観点から、通常の丸め技術を適用すること
によるものとして解釈されるべきである。
において示される数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしながら、あらゆる数
値は、それらそれぞれの試験測定値において見られる標準偏差に必然的に起因するある特
定の誤差を本質的に含む。また、本明細書において開示されるすべての範囲は、それらの
範囲に包含される任意かつすべての部分範囲を包括するものとして理解されるべきである
。例えば、「1から10」と記載された範囲は、最小値1から最大値10の間(また両端
も含まれる)の任意かつすべての部分範囲、すなわち、1またはそれ超の最小値(例えば
1から6.1)で始まり、そして10またはそれ未満の最大値(例えば5.5から10)
で終わる、すべての部分範囲を含むものとみなされるべきである。加えて、「本明細書に
組み込まれる」と言及される任意の参考文献は、その全体が組み込まれるものとして理解
されるべきである。
の微量不純物として存在する構成成分に起因し、約0.2重量パーセントまたはそれ未満
(例えば、0.1重量パーセントもしくはそれ未満、0.05重量パーセントもしくはそ
れ未満、0.01重量パーセントもしくはそれ未満、または0.005重量パーセントも
しくはそれ未満)の量でしか存在しない、ガラス組成物中に存在する構成成分の任意の量
を指す。
つの(an)」、および「その(the)」は、明示的かつ明解に1つの指示対象に対し
て限定されていない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。
おいて記載されるガラス組成物から形成されるガラス繊維を提供する。一部の実施形態に
おいて、本発明のガラス繊維は、Lガラス繊維と比較して、より低い誘電率およびより低
い熱膨張係数などの改善された機械的特性を有し得る。加えて、組成物は、より低い溶融
温度および成形温度、ならびにより高いガラス転移温度などの改善された特性を有する。
組成物の重量に基づいて、約50から約55重量パーセントのSiO2、約17から約2
6重量パーセントのB2O3、約13から約19重量パーセントのAl2O3、約0から
約8.5重量パーセントのMgO、約0から約7.5重量パーセントのZnO、約0から
約6重量パーセントのCaO、約0から約1.5重量パーセントのLi2O、約0から約
1.5重量パーセントのF2、約0から約1重量パーセントのNa2O、約0から約1重
量パーセントのFe2O3、約0から約1重量パーセントのTiO2、および約0から約
8重量パーセントの他の構成成分を含む。
ることができる。一部の実施形態では、SiO2は、ガラス組成物の重量に基づいて、約
50から約55重量パーセントの量で存在してもよい。一部の実施形態では、SiO2は
、約51から約54重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、SiO2の含
有量は、約52から約54重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、SiO
2の含有量は、52超から約53.5重量パーセントであってもよい。
ることができる。一部の実施形態では、B2O3は、ガラス組成物の重量に基づいて、約
17から約26重量パーセントの量で存在してもよい。一部の実施形態では、B2O3の
含有量は、約17.5から約25重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、
B2O3の含有量は、約19から約24重量パーセントであってもよい。一部の実施形態
では、B2O3の含有量は、約17.5から約22重量パーセントであってもよい。一部
の実施形態では、B2O3の含有量は、約22から約26重量パーセントであってもよい
。
けることができる。一部の実施形態では、Al2O3は、ガラス組成物の重量に基づいて
、約13から約19重量パーセントの量で存在してもよい。一部の実施形態では、Al2
O3の含有量は、約14から約18重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では
、Al2O3は、13超から約16重量パーセントの量で存在してもよい。一部の実施形
態では、Al2O3は、約16から約18.5重量パーセントの量で存在してもよい。
ことができる。一部の実施形態では、MgOの含有量は、ガラス組成物の重量に基づいて
、約8.5重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一部の実施形態では、MgO
は、0超から約8.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、MgOは、
0超から約7.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、MgOの含有量
は、約1から約8.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、MgOの含
有量は、約2から約8.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、MgO
の含有量は、約2から約8重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、MgO
の含有量は、約3から約7重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、MgO
の含有量は、1重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。
せた含有量(すなわち、Al2O3+MgO)によって特徴付けることができる。一部の
実施形態では、Al2O3+MgOの含有量は、ガラス組成物の重量に基づいて、少なく
とも約14重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、Al2O3+MgOの
含有量は、約14から約26.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、
Al2O3+MgOの含有量は、約14から約26重量パーセントであってもよい。一部
の実施形態では、Al2O3+MgOの含有量は、約14から約21重量パーセントであ
ってもよい。一部の実施形態では、Al2O3+MgOの含有量は、約20から約26.
5重量パーセントであってもよい。
ことができる。一部の実施形態では、ZnOの含有量は、ガラス組成物の重量に基づいて
、約0から約8重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、ZnOの含有量は
、約0から約7.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、ZnOは、0
超から約5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、ZnOの含有量は、約
2から約7.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、ZnOの含有量は
、約2から約5.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、組成物は、Z
nOを実質的に含まなくてもよい。
せた含有量(すなわち、Al2O3+ZnO)によって特徴付けることができる。一部の
実施形態では、Al2O3+ZnOの含有量は、ガラス組成物の重量に基づいて、少なく
とも約14重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、Al2O3+ZnOの
含有量は、約14から約22重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、Al
2O3+ZnOの含有量は、約14から約20重量パーセントであってもよい。一部の実
施形態では、Al2O3+ZnOの含有量は、約14.5から約18重量パーセントであ
ってもよい。
ことができる。一部の実施形態では、CaOの含有量は、ガラス組成物の重量に基づいて
、約0から約6重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、CaOの含有量は
、0超から約5.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、CaOの含有
量は、0超から約4.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、CaOの
含有量は、約1.5から約5.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、
CaOの含有量は、約1重量パーセント未満であってもよい。一部の実施形態では、組成
物は、CaOを実質的に含まなくてもよい。
含有量(すなわち、MgO+CaO)によって特徴付けることができる。一部の実施形態
では、MgO+CaOの合計含有量は、ガラス組成物の重量に基づいて、約9重量パーセ
ントまたはそれ未満であってもよい。一部の実施形態では、MgO+CaOの含有量は、
0超から約9重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、MgO+CaOの含
有量は、0超から約7.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、MgO
+CaOの含有量は、0超から約4重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では
、MgO+CaOの含有量は、約2から約9重量パーセントであってもよい。一部の実施
形態では、MgO+CaOの含有量は、約4から約8.5重量パーセントであってもよい
。
ることができる。一部の実施形態では、Na2Oの含有量は、ガラス組成物の重量に基づ
いて、約1重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一部の実施形態では、Na2
Oの含有量は、約0.5重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一部の実施形態
では、Na2Oの含有量は、約0.1重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一
部の実施形態では、Na2Oの含有量は、約0.05重量パーセントまたはそれ未満であ
ってもよい。一部の実施形態では、Na2Oは、0超から約1重量パーセントであっても
よい。一部の実施形態では、Na2Oは、0超から約0.5重量パーセントであってもよ
い。一部の実施形態では、Na2Oは、0超から約0.1重量パーセントであってもよい
。一部の実施形態では、Na2Oの含有量は、約0.04から約0.05重量パーセント
であってもよい。
ることができる。一部の実施形態では、Li2Oの含有量は、ガラス組成物の重量に基づ
いて、約1.5重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一部の実施形態では、L
i2Oの含有量は、約1.2重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一部の実施
形態では、Li2Oの含有量は、約0.8重量パーセントまたはそれ未満であってもよい
。一部の実施形態では、Li2Oの含有量は、約0.5重量パーセントまたはそれ未満で
あってもよい。一部の実施形態では、Li2Oは、0超から約1.5重量パーセントであ
ってもよい。一部の実施形態では、Li2Oは、0超から約0.8重量パーセントであっ
てもよい。一部の実施形態では、Li2Oの含有量は、約0.4から約0.7重量パーセ
ントであってもよい。一部の実施形態では、組成物は、Li2Oを実質的に含まなくても
よい。
計量(すなわち、Na2O+Li2O)によって特徴付けることができる。一部の実施形
態では、Na2O+Li2Oの含有量は、ガラス組成物の重量に基づいて、約1.5重量
パーセント未満であってもよい。一部の実施形態では、Na2O+Li2Oの含有量は、
約1.2重量パーセント未満であってもよい。一部の実施形態では、Na2O+Li2O
の含有量は、約0.7重量パーセント未満であってもよい。一部の実施形態では、Na2
O+Li2Oの含有量は、約0.1重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一部
の実施形態では、Na2O+Li2Oの含有量は、約0.4から約0.7重量パーセント
であってもよい。
とができる。一部の実施形態では、F2の含有量は、ガラス組成物の重量に基づいて、約
1.5重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一部の実施形態では、F2は、0
超から約1.5重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、F2は、約0.5
から約1.5重量パーセントの量で存在してもよい。一部の実施形態では、F2は、約0
.9から約1.3重量パーセントの量で存在してもよい。
けることができる。一部の実施形態では、Fe2O3の含有量は、ガラス組成物の重量に
基づいて、約1重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一部の実施形態では、F
e2O3の含有量は、約0.5重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一部の実
施形態では、Fe2O3は、0超から約0.5重量パーセントであってもよい。一部の実
施形態では、Fe2O3は、約0.2から約0.4重量パーセントの量で存在してもよい
。
ることができる。一部の実施形態では、TiO2の含有量は、ガラス組成物の重量に基づ
いて、約1重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一部の実施形態では、TiO
2は、0超から約0.7重量パーセントで存在してもよい。一部の実施形態では、TiO
2は、約0.4から約1重量パーセントの量で存在してもよい。一部の実施形態では、T
iO2は、約0.4から約0.7重量パーセントの量で存在してもよい。一部の実施形態
では、TiO2は、約0.45から約0.6重量パーセントの量で存在してもよい。
量によって特徴付けることができる。組成物は、不純物に由来する少量のBaOおよび/
またはSrOを含有してもよい。組成物中のBaOおよびSrOの合わせた濃度は、ガラ
ス組成物の重量に基づいて、約0.2重量パーセントまたはそれ未満であってもよい。一
部の実施形態では、組成物は、BaOを実質的に含まなくてもよい。一部の実施形態では
、組成物は、SrOを実質的に含まなくてもよい。
実施形態では、組成物は、SO3を実質的に含まない。また、原材料由来または溶融プロ
セス中の混入に由来するCl2、P2O5、Cr2O3、またはNiOなどの少量の不純
物が存在する場合もあるが、これらの特定の化学形態に限定されるものではない。また、
As2O3、MnO2、Sb2O3、またはSnO2などの他の精製剤および/または加
工助剤が存在する場合もあるが、これらの特定の化学形態に限定されるものではない。こ
れらの不純物および精製剤は、存在する場合、ガラス組成物の重量に基づいて、各々典型
的には約0.5重量パーセント未満の量で存在する。
量によって特徴付けることができる。当業者には理解されるように、「希土類酸化物」と
いう用語は、希土類金属を組み込んだ酸化物を指し、スカンジウムの酸化物(Sc2O3
)、イットリウムの酸化物(Y2O3)、ならびにランタノイド元素の酸化物(ランタン
(La2O3)、セリウム(Ce2O3およびCeO2)、プラセオジム(Pr2O3)
、ネオジム(Nd2O3)、プロメチウム(Pm2O3)、サマリウム(Sm2O3)、
ユウロピウム(Eu2O3およびEuO)、ガドリニウム(Gd2O3)、テルビウム(
Tb2O3)、ジスプロシウム(Dy2O3)、ホルミウム(Ho2O3)、エルビウム
(Er2O3)、ツリウム(Tm2O3)、イッテルビウム(Yb2O3)、およびルテ
チウム(Lu2O3))を含む。
類酸化物が、ガラスバッチとともに含まれる、バッチ材料中の混入物または不純物として
のみ存在するような量を上回る量で含まれ、別の構成成分をもたらし得る。一部の実施形
態では、ガラス組成物は、希土類酸化物の組合せ(例えば、様々な希土類酸化物のうち1
種または複数)を含んでもよい。一部の実施形態では、1種または複数の希土類酸化物は
、La2O3、CeO2、Y2O3、およびSc2O3のうち少なくとも1種を含む。
.1重量パーセント超の量の1種または複数の希土類酸化物(RE2O3)を含んでもよ
い。一部の実施形態では、1種または複数の希土類酸化物の合計量は、約8重量パーセン
トまたはそれ未満であってもよい。一部の実施形態では、1種または複数の希土類酸化物
の含有量は、0超から約8重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、1種ま
たは複数の希土類酸化物の含有量は、0超から約7.5重量パーセントであってもよい。
一部の実施形態では、1種または複数の希土類酸化物の含有量は、約3.5から約7.5
重量パーセントの量で存在してもよい。一部の実施形態では、組成物は、希土類酸化物を
実質的に含まなくてもよい。本発明の一部の実施形態は、ガラス組成物中に存在するAl
2O3および希土類酸化物の合わせた含有量(すなわち、Al2O3+RE2O3)によ
って特徴付けることができる。一部の実施形態では、Al2O3+RE2O3の含有量は
、ガラス組成物の重量に基づいて、少なくとも約13重量パーセントであってもよい。一
部の実施形態では、Al2O3+RE2O3の含有量は、約13から約22重量パーセン
トであってもよい。一部の実施形態では、Al2O3+RE2O3の含有量は、約14か
ら約22重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、Al2O3+RE2O3
の含有量は、約14から約18重量パーセントであってもよい。一部の実施形態では、A
l2O3+RE2O3の含有量は、約18から約22重量パーセントであってもよい。約
0重量パーセントから別の重量パーセントの量で存在するとして記載されている、ガラス
組成物の任意の構成成分は、必ずしもすべての実施形態で必要とされるわけではないこと
を理解されたい。換言すれば、そのような構成成分は、無論、組成物中に含まれる他の構
成成分の量に応じて、一部の実施形態では任意選択であり得る。同様に、一部の実施形態
では、ガラス組成物は、そのような構成成分を実質的に含まなくてもよく、これは、ガラ
ス組成物中に存在する構成成分の任意の量が、バッチ材料中の微量不純物として存在する
構成成分に起因し、約0.2重量パーセントまたはそれ未満の量でしか存在しないことを
意味する。
。一部の実施形態では、本発明のガラス組成物は、商業的繊維ガラス製造作業における使
用にとって望ましい成形温度(TF)を有する。本明細書において使用される場合、「成
形温度」またはTFという用語は、ガラス組成物が1000ポアズの粘度を有する温度(
または「log3温度」)を意味する。一部の実施形態では、本発明のガラス組成物は、
約1030℃から約1350℃の範囲のTFを有する。別の実施形態では、本発明のガラ
ス組成物は、約1150℃から約1300℃の範囲のTFを有する。
の液相線温度を有する。別の実施形態では、本発明のガラス組成物は、約1155から約
1255℃の範囲の液相線温度を有する。
商業的繊維ガラス製造作業にとって望ましい。例えば、ガラス組成物の一部の実施形態に
ついて、成形温度と液相線温度との間の差異は、約35℃から60℃超の範囲である。一
部の実施形態では、本発明のガラス組成物の成形温度と液相線温度との間の差異は、少な
くとも65℃である。
形態から形成され得る。したがって、本発明の実施形態は、本明細書において記載される
ガラス組成物のいずれかから形成されるガラス繊維を含み得る。一部の実施形態では、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、限定されるものではないが、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、ロービング、プリプレグなどを含む他の形態で提供することができる。要す
るに、ガラス組成物の様々な実施形態(およびそれから形成される任意の繊維)は、様々
な用途において使用することができる。
原料をブレンドすることによって、当該技術分野において周知の従来型の様式で調製する
ことができる。本発明の様々な実施形態によるガラス繊維は、ガラス繊維を形成するため
の、当該技術分野において公知の任意のプロセス、より望ましくは、本質的に連続したガ
ラス繊維を形成するための、当該技術分野において公知の任意のプロセスを使用して形成
することができる。例えば、本明細書において限定的であるわけではないが、本発明の非
限定的な実施形態によるガラス繊維は、直接溶融または間接溶融による繊維形成方法を使
用して形成することができる。これらの方法は、当該技術分野において周知であり、本開
示の見地からは、そのさらなる考察が必要であるとは考えられない。例えば、K. L. Lo
ewenstein、The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers、第3版
、Elsevier、N.Y.、1993年、47〜48頁および117〜234頁を参照されたい。
は、繊維ガラスストランドを含む糸に関する。本発明の糸の一部の実施形態は、製織(we
aving)用途にとって特に好適である。加えて、本発明の一部の実施形態は、ガラス繊維
布地に関する。本発明の繊維ガラス布地の一部の実施形態は、強化用途、特に高い弾性率
、高い強度、および/または高い伸び率が重要である強化用途における使用にとって特に
好適である。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む複合材、例えば繊維強化ポリマー複合材に関する。な
おもさらに、本発明の一部の実施形態は、限定されるものではないが、風力エネルギー、
自動車、安全/セキュリティー、航空宇宙、航空、および高圧タンクを含む用途のための
繊維強化複合材に関する。本発明の一部の実施形態は、チップ実装用基板などの、より低
い熱膨張係数が特に望ましいプリント回路板に関する。
発明の繊維ガラスストランドは、以下の構成成分:
約50から約55重量パーセントのSiO2、
約17から約26重量パーセントのB2O3、
約13から約19重量パーセントのAl2O3、
約0から約8.5重量パーセントのMgO、
約0から約7.5重量パーセントのZnO、
約0から約6重量パーセントのCaO、
約0から約1.5重量パーセントのLi2O、
約0から約1.5重量パーセントのF2、
約0から約1重量パーセントのNa2O、
約0から約1重量パーセントのFe2O3、
約0から約1重量パーセントのTiO2、および
合計で約0から約8重量パーセントの他の構成成分
を含むガラス組成物を含む複数のガラス繊維を含む。
、本発明の他の実施形態は、そのような組成物から形成される繊維ガラスストランドに関
する。
示し得る。一部の実施形態では、本発明のガラス繊維は、L−ガラスから形成されるガラ
ス繊維に対して、1つまたは複数の改善された機械的特性を提示し得る。本発明のガラス
繊維の一部の実施形態によって提示される、改善された望ましい特性の例としては、限定
されるものではないが、誘電率、熱膨張係数、溶融温度および成形温度、転移温度、繊維
強度、ヤング率、密度、ならびにホウ素排出量が挙げられる。
。一部の実施形態では、本発明のガラス組成物から形成される繊維は、5未満の誘電率を
有し得る(1GHzにおいて)。一部の実施形態では、本発明のガラス繊維は、4.75
未満の誘電率を有し得る(1GHzにおいて)。一部の実施形態では、本発明のガラス組
成物から形成される繊維は、4.0未満の誘電率を有し得る(1GHzにおいて)。本明
細書において別途示されない限り、本明細書において考察される誘電率の値は、下の実施
例のセクションにおいて示される手順を使用して決定される。
し得る。一部の実施形態では、本発明のガラス組成物から形成される繊維は、3.5pp
m/℃未満のCTEを有し得る。一部の実施形態では、本発明のガラス繊維は、3.3p
pm/℃未満のCTEを有し得る。一部の実施形態では、本発明のガラス組成物から形成
される繊維は、3.2ppm/℃未満のCTEを有し得る。本明細書において別途示され
ない限り、本明細書において考察されるCTEの値は、下の実施例のセクションにおいて
示される手順を使用して決定される。
る。一部の実施形態では、本発明の繊維ガラスストランドは、約5から約24μmの間の
直径を有する少なくとも1つのガラス繊維を含む。他の実施形態では、少なくとも1つの
ガラス繊維は、約5から約10μmの間の直径を有する。
れ得る。ロービングは、合糸された(assembled)、マルチエンドまたはシングルエンド
の直接延伸ロービングを含み得る。本発明の繊維ガラスストランドを含むロービングは、
所望される用途に応じて、様々な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
ングを含み得る。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113ヤード/ポンドの密度を示す。
ガラスストランドを含む糸に関する。一部の実施形態では、本発明の糸は、本明細書にお
いて開示されるような少なくとも1本の繊維ガラスストランドを含み、この少なくとも1
本の繊維ガラスストランドは、サイジング組成物で少なくとも部分的にコーティングされ
ている。一部の実施形態では、サイジング組成物は、熱硬化性高分子樹脂と適合性である
。他の実施形態では、サイジング組成物は、デンプン−油サイジング組成物(starch-oil
sizing composition)を含み得る。
、本発明の糸は、約5,000ヤード/ポンドから約10,000ヤード/ポンドの線形
質量密度を有する。
の実施形態では、本発明の糸は、z方向において、約0.5から約2の撚り数毎インチの
撚りを有する。他の実施形態では、本発明の糸は、z方向において、約0.7の撚り数毎
インチの撚りを有する。
は複数のストランドから作製することができる。糸は、一緒に撚られているが、プライは
されていない、1本または複数のストランドから作製することができ、そのような糸は「
単糸」として公知である。本発明の糸は、一緒に撚られているが、プライはされていない
、1本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
の糸は、一緒に撚られた1〜4本のストランドを含む。他の実施形態では、本発明の糸は
、撚られた1本のストランドを含む。
る。一部の実施形態では、本発明の布地は、本発明の一部として本明細書において開示さ
れるガラス組成物のうち少なくとも1つを含む、少なくとも1本の繊維ガラスストランド
を含み得る。一部の実施形態では、本発明の布地は、本明細書において開示されるような
糸を含む。一部の実施形態では、本発明の布地は、本明細書において開示されるような少
なくとも1本の繊維ガラスストランドを含む、少なくとも1本の緯糸を含み得る。一部の
実施形態では、本発明の布地は、本明細書において開示されるような少なくとも1本の繊
維ガラスストランドを含む、少なくとも1本の経糸を含み得る。一部の実施形態では、本
発明の布地は、本明細書において開示されるような少なくとも1本の繊維ガラスストラン
ドを含む少なくとも1本の緯糸と、本明細書において開示されるような少なくとも1本の
繊維ガラスストランドを含む少なくとも1本の経糸とを含む。
dustrial fabric style)第7781号にしたがって織られた布地である。他の実施形
態では、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
ディングされた布地(ノン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。
施形態を含む、製造物品をさらに含み得る。一部の実施形態では、製造物品は、本発明の
糸の実施形態、本発明の布地の実施形態、および/または本発明の複合材の実施形態を含
む。
、プリント回路板は、本発明の糸、布地、および/または複合材を含む。プリント回路板
を製造するための方法は、一般的に、当業者には公知である。
、高分子樹脂と、高分子樹脂中に配置された複数のガラス繊維とを含み、複数のガラス繊
維のうちの少なくとも1つは、本発明の一部として本明細書において開示されるガラス組
成物のうちのいずれかを含む。一部の実施形態では、本発明の複合材は、高分子樹脂と、
高分子樹脂中に配置された、本明細書において開示されるような少なくとも1本の繊維ガ
ラスストランドとを含む。一部の実施形態では、本発明の複合材は、高分子樹脂と、高分
子樹脂中に配置された、本明細書において開示されるような少なくとも1本の繊維ガラス
ストランドを含むロービングの少なくとも一部とを含む。他の実施形態では、本発明の複
合材は、高分子樹脂と、高分子樹脂中に配置された、本明細書において開示されるような
少なくとも1本の糸とを含む。さらに他の実施形態では、本発明の複合材は、高分子樹脂
と、高分子樹脂中に配置された、本明細書において開示されるような少なくとも1つの布
地とを含む。一部の実施形態では、本発明の複合材は、本明細書において開示されるよう
な少なくとも1本の繊維ガラスストランドを含む少なくとも1本の緯糸と、本明細書にお
いて開示されるような少なくとも1本の繊維ガラスストランドを含む少なくとも1本の経
糸とを含む。
。複合材を含む本発明の一部の実施形態では、高分子樹脂は、エポキシ樹脂を含む。複合
材を含む本発明の他の実施形態では、高分子樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リアミド、ポリイミド、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、フェノール類、ポリエステル、ビニルエステル、ポリジシクロペンタジエン、
ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、シアン酸エステル、ビスマレ
イミド、および熱硬化性ポリウレタン樹脂を含み得る。本発明は、以下の一連の具体的な
実施形態を通じて例証される。しかしながら、当業者には、多くの他の実施形態が本発明
の原理によって企図されることが理解されるであろう。
ような組成物の様々な特性に関するデータを提供する。
(試薬グレード化学薬品は希土類酸化物についてのみ使用した)の混合物を、10%Rh
/Ptるつぼ中で、1500℃から1600℃(2732°F〜2822°F)の間の温
度で4時間溶融させることによって作製した。各バッチは約1000グラムであった。4
時間の溶融期間の後、溶融ガラスを、クエンチさせるために鋼板上に注いだ。揮発性種で
あるホウ素およびフッ化物は、それらの放出損失に関して、バッチにおいて調整した。実
施例における組成は、上記の調整を伴う、バッチ処理された状態の組成を表す。ガラスを
調製する際、市販の原料成分を使用した。バッチ計算においては、各ガラス中の酸化物を
計算するために、特別な材料保持因子について考慮した。保持因子は、長年にわたるガラ
スバッチ溶融、および測定されたガラス中の酸化物収率に基づく。したがって、実施例に
おいて例証されるバッチ処理された状態の組成は、測定された組成に近似していると考え
られる。
温度の関数としての溶融粘度および液相線温度を、それぞれ、ASTM試験方法C96
5「Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Soften
ing Point」およびC829「Standard Practices for Measurement of Liquidus
Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method」を使用して決定した
。ガラスの軟化は、ASTM C338−93(2008年)「Standard Test Method
for Softening Point of Glass」を使用して決定した。
で定義される基準成形温度(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。成形温度と液相線温度との差異(ΔT)も示されている。
ガラスの熱線膨張係数を、ASTM試験方法E228−11「Standard Test Method
for Linear Thermal Expansion of Solid Materials With a Push-Rod Dila
tometer」を使用して決定した。同じ方法を使用して、ガラスのガラス転移温度Tgを決
定した。
各ガラスの誘電率(Dk)および誘電正接(Df)を、1GHzの周波数で、ASTM
試験方法D150「Standard Test Methods for A-C Loss Characteristics and
Permittivity (Dielectric Constant) of Solid Electrical Insulating Mater
ials」を使用して決定した。周波数1GHzにおける、Agilent E4991A
RFインピーダンス/マテリアルアナライザーを使用するDkおよびDfの測定のために
、40mmの直径および1〜1.5mmの厚さを有する各ガラス試料の研磨ディスクを使
用した。
また、以下の技法を使用して、表1のある特定のガラス組成物についてヤング率を測定
した。表1の適切な実施例に対応する組成を有するおよそ50グラムのガラスカレットを
、90Pt/10Rhるつぼ中で、100ポアズで定義される溶融温度で2時間再溶融さ
せた。続いて、るつぼを、垂直管である電気加熱炉に移した。炉温は、1000ポアズ溶
融粘度に近いか、またはそれに等しい繊維牽引温度にプリセットした。ガラスは、その温
度で、繊維延伸前に1時間平衡化させた。繊維延伸炉の頂部には、センターホールを備え
たカバーがあり、その上に、繊維の冷却を調節するための水冷した銅コイルを載せた。次
いで、シリカロッドを、冷却コイルを通して溶融物中に手動で浸漬させ、約1〜1.5m
の長さで繊維を延伸し、収集した。繊維の直径は、一方の端部における100μmから他
方の端部における1000μmまでの範囲であった。
ltham、MassachusettsのPanametrics,Inc.製のPa
natherm5010ユニット)を使用して決定した。伸縮波反射時間(extensional
wave reflection time)を、20マイクロ秒の期間、200kHzのパルスを使用し
て得た。試料の長さを測定し、それぞれの伸縮波速度(VE)を計算した。繊維密度(ρ
)を、Micromeritics AccuPyc 1330比重計を使用して測定し
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)を以下の式で計算した
。
E=VE 2×ρ
弾性率試験器は、1mmの直径を有する導波管を使用し、これにより、導波管との接触側
の繊維直径が導波管の直径とほぼ同じになるように設定される。換言すれば、1000μ
mの直径を有する繊維の端部を、導波管の接触側で接続した。様々な直径を有する繊維を
ヤング率に関して試験した。結果は、100から1000μmの繊維直径は、繊維の弾性
率に影響を及ぼさないことを示している。比弾性率の値は、ヤング率の値を対応する密度
で除することで計算した。
されたい。当業者には明らかであると思われるため、本発明のより良好な理解の助けには
なりそうにない、本発明のある特定の態様については、本説明を簡略化するために、提示
されていない。本発明を、ある特定の実施形態に関連して説明してきたが、本発明は、開
示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨および範囲内の修正形
態を網羅することが意図される。
(項1)
繊維形成に好適なガラス組成物であって、
約50から約55重量パーセントの量のSiO 2 、
約17から約26重量パーセントの量のB 2 O 3 、
約13から約19重量パーセントの量のAl 2 O 3 、
約0から約8.5重量パーセントの量のMgO、
約0から約7.5重量パーセントの量のZnO、
約0から約6重量パーセントの量のCaO、
約0から約1.5重量パーセントの量のLi 2 O、
約0から約1.5重量パーセントの量のF 2 、
約0から約1重量パーセントの量のNa 2 O、
約0から約1重量パーセントの量のFe 2 O 3 、
約0から約1重量パーセントの量のTiO 2 、および
合計で0から約8重量パーセントの量の1種または複数の希土類酸化物(RE 2 O 3 )
を含む、組成物。
(項2)
SiO 2 の含有量が、約51から約54重量パーセントである、上記項1に記載の組成
物。
(項3)
B 2 O 3 の含有量が、約17.5から約25重量パーセントである、上記項1から2の
いずれかに記載の組成物。
(項4)
B 2 O 3 の含有量が、約19から約24重量パーセントである、上記項1から3のいず
れかに記載の組成物。
(項5)
Al 2 O 3 の含有量が、約14から約18重量パーセントである、上記項1から4のい
ずれかに記載の組成物。
(項6)
MgOの含有量が、0超から約7.5重量パーセントである、上記項1から5のいずれ
かに記載の組成物。
(項7)
MgOの含有量が、約2から約8.5重量パーセントである、上記項1から5のいずれ
かに記載の組成物。
(項8)
Al 2 O 3 +MgOの含有量が、約14から約26.5重量パーセントである、上記項
1から7のいずれかに記載の組成物。
(項9)
Al 2 O 3 +MgOの含有量が、約14から約26重量パーセントである、上記項1か
ら8のいずれかに記載の組成物。
(項10)
ZnOの含有量が、0超から約5重量パーセントである、上記項1から9のいずれかに
記載の組成物。
(項11)
Al 2 O 3 +ZnOの含有量が、約14から約22重量パーセントである、上記項1か
ら10のいずれかに記載の組成物。
(項12)
CaOの含有量が、0超から約5.5重量パーセントである、上記項1から11のいず
れかに記載の組成物。
(項13)
MgO+CaOの含有量が、約9重量パーセントまたはそれ未満である、上記項1から
12のいずれかに記載の組成物。
(項14)
MgO+CaOの含有量が、0超から約9重量パーセントである、上記項1から12の
いずれかに記載の組成物。
(項15)
Na 2 Oの含有量が、0超から約0.5重量パーセントである、上記項1から14のい
ずれかに記載の組成物。
(項16)
Li 2 Oの含有量が、約0.8重量パーセントまたはそれ未満である、上記項1から1
5のいずれかに記載の組成物。
(項17)
Li 2 Oの含有量が、0超から約0.8重量パーセントである、上記項1から15のい
ずれかに記載の組成物。
(項18)
Na 2 O+Li 2 Oの合計含有量が、約1.5重量パーセントまたはそれ未満である、
上記項1から17のいずれかに記載の組成物。
(項19)
F 2 の含有量が、0超から約1.5重量パーセントである、上記項1から18のいずれ
かに記載の組成物。
(項20)
Fe 2 O 3 の含有量が、0超から約0.5重量パーセントである、上記項1から19の
いずれかに記載の組成物。
(項21)
TiO 2 の含有量が、0超から約0.7重量パーセントである、上記項1から20のい
ずれかに記載の組成物。
(項22)
TiO 2 の含有量が、0超から約0.6重量パーセントである、上記項1から21のい
ずれかに記載の組成物。
(項23)
前記ガラス組成物が、約0.01重量パーセント超の量の1種または複数の希土類酸化
物を含む、上記項1から22のいずれかに記載の組成物。
(項24)
1種または複数の希土類酸化物の含有量が、0超から約8重量パーセントである、上記
項1から22のいずれかに記載の組成物。
(項25)
1種または複数の希土類酸化物の含有量が、0超から約7.5重量パーセントである、
上記項1から22のいずれかに記載の組成物。
(項26)
1種または複数の希土類酸化物の含有量が、0超から約7重量パーセントである、上記
項1から25のいずれかに記載の組成物。
(項27)
RE 2 O 3 +Al 2 O 3 の含有量が、約13から約22重量パーセントである、上記項
1から26のいずれかに記載の組成物。
(項28)
前記1種または複数の希土類酸化物が、La 2 O 3 、CeO 2 、Y 2 O 3 、およびSc
2 O 3 のうち少なくとも1種を含む、上記項1から27のいずれかに記載の組成物。
(項29)
前記組成物が、BaOを実質的に含まない、上記項1から28のいずれかに記載の組成
物。
(項30)
前記組成物が、SrOを実質的に含まない、上記項1から29のいずれかに記載の組成
物。
(項31)
上記項1から30のいずれかに記載の組成物から形成される、繊維。
(項32)
上記項31に記載の繊維を含む、製造物品。
(項33)
前記製造物品がプリント回路板である、上記項32に記載の製造物品。
Claims (1)
- 明細書に記載の発明。
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