JP2023509138A - Low dielectric glass compositions, fibers and articles - Google Patents

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ロバート ルーリー ハウスラート
アンソニー ヴィンセント ロンゴバルド
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エージーワイ ホールディング コーポレイション
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Abstract

電子用途及び物品への使用に好適であり得る低誘電率及び低損失係数を有するガラス組成物及びガラス繊維を開示する。本発明のガラス繊維及び組成物は、48.0重量パーセント~58.0重量パーセントのSiO2、15.0重量パーセント~26.0重量パーセントのB2O3、12.0重量パーセント~18.0重量パーセントのAl2O3、0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのP2O5、0.25重量パーセント超~7.00重量パーセントのCaO、5.0重量パーセント以下のMgO、0重量パーセント超~1.5重量パーセントのSnO2及び6.0重量パーセント以下のTiO2を含み得る。さらに、本ガラス組成物は、1350℃超の温度で1000ポアズのガラス粘度を有し、1000℃超の液相温度を有する。Disclosed are glass compositions and glass fibers having low dielectric constants and low loss factors that may be suitable for use in electronic applications and articles. The glass fibers and compositions of the present invention comprise 48.0 weight percent to 58.0 weight percent SiO2, 15.0 weight percent to 26.0 weight percent B2O3, 12.0 weight percent to 18.0 weight percent Al2O3, greater than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P2O5, greater than 0.25 weight percent to 7.00 weight percent CaO, up to 5.0 weight percent MgO, greater than 0 weight percent to 1.5 weight percent percent SnO2 and up to 6.0 weight percent TiO2. Further, the glass composition has a glass viscosity of 1000 poise at temperatures above 1350°C and has a liquidus temperature above 1000°C.

Description

[関連出願]
本願は、2020年1月2日付で出願された米国特許出願第16/732,825号及び2020年2月17日付で出願された米国特許出願第16/792,658号のPCT第8条に基づく優先権の利益を主張するものである。これらの出願は、2016年12月28日付で出願された米国特許出願第62/439,755号の優先権を主張する、2017年12月21日付で出願された国際出願PCT/US17/67785号の国内段階出願として2019年6月27日付で出願された米国特許出願第16/474,287号の一部継続出願である。上記の出願の内容は、その全体が本明細書に完全に記載されているかのように引用することにより本明細書の一部をなす。
[Related Application]
This application is subject to PCT Section 8 of U.S. Application No. 16/732,825 filed January 2, 2020 and U.S. Application No. 16/792,658 filed February 17, 2020. claiming the benefit of priority under These applications are International Application No. PCT/US17/67785 filed December 21, 2017 claiming priority from U.S. Patent Application No. 62/439,755 filed December 28, 2016 No. 16/474,287, filed Jun. 27, 2019 as a National Stage application of . The contents of the above application are hereby incorporated by reference as if fully set forth herein.

本発明は、ガラス組成物及び繊維に関する。より詳細には、本発明は、低誘電率及び低損失係数を有するガラス組成物及び繊維に関する。さらに、本発明のガラス繊維は、好ましくはプリント回路積層板等の強化等の電子関連デバイスに関連した使用に好適である。 The present invention relates to glass compositions and fibers. More particularly, the present invention relates to glass compositions and fibers having low dielectric constants and low loss factors. Additionally, the glass fibers of the present invention are preferably suitable for use in connection with electronic related devices such as reinforcement of printed circuit laminates and the like.

現代の電子デバイスは、一般にガラス繊維で強化されたプリント回路板を備える。携帯又は固定無線電話、コンピュータ、スマートフォン、タブレット等の現代の電子デバイスの多くは、高い処理速度及び高周波又は超高周波で動作する電子システムを有する。ガラスがかかる高周波又は超高周波の電磁場に曝されると、ガラスは少なくとも一部のエネルギーを吸収し、吸収したエネルギーを熱に変換する。ガラスによって熱に変換されるエネルギーは、誘電損失エネルギーと呼ばれる。この誘電損失エネルギーは、以下の式によって示されるようにガラス組成物の「誘電率」及び「誘電正接」に比例する:
W=k・f・v・ε・(tan δ)
Modern electronic devices generally comprise printed circuit boards that are reinforced with fiberglass. Many modern electronic devices such as mobile or landline wireless phones, computers, smart phones, tablets, etc. have electronic systems that operate at high processing speeds and high or very high frequencies. When the glass is exposed to such high or very high frequency electromagnetic fields, the glass absorbs at least some of the energy and converts the absorbed energy into heat. The energy converted into heat by the glass is called dielectric loss energy. This dielectric loss energy is proportional to the "permittivity" and "dielectric loss tangent" of the glass composition as shown by the following equations:
W=k・f・v 2・ε・(tan δ)

上記の式において、「W」はガラス中の誘電損失エネルギーであり、「k」は定数であり、「f」は周波数であり、「v」は電位勾配であり、「ε」は誘電率であり、「tan δ」は誘電正接である。誘電正接(tan δ)は無次元であり、当該技術分野では、しばしば以下の同義語:「損失率」又はより一般的に「損失係数」(Df)で称される。上記の式が示すように、誘電損失エネルギー「W」は、ガラスの誘電率及び誘電正接(損失係数、Df)の増加、及び/又は周波数の増加とともに増加する。 In the above equation, "W" is the dielectric loss energy in the glass, "k" is a constant, "f" is the frequency, " v2 " is the potential slope, and "ε" is the dielectric constant. and “tan δ” is the dielectric loss tangent. The dissipation factor (tan δ) is dimensionless and is often referred to in the art by the following synonyms: "loss factor" or more commonly "loss factor" (Df). As the above equation indicates, the dielectric loss energy "W" increases with increasing dielectric constant and dielectric loss tangent (loss factor, Df) of the glass and/or increasing frequency.

プリント回路板の強化に一般に使用される2種類のガラス繊維がEガラス及びDガラスである。しかしながら、Eガラスは、室温にて約10GHzの周波数で約6.1の範囲の比較的高い誘電率及び約38×10-4の範囲の比較的高い損失係数を有する。したがって、Eガラスが比較的高い誘電損失を生じ得るため、Eガラスは、より高密度の電子部品及びより高い処理速度を有するプリント回路板には不十分な強化材料である。一方、Dガラスは、比較的低い誘電率及び損失係数を有する。しかしながら、Dガラスは、比較的高い溶融温度、比較的低い加工性、比較的低い機械的性能及び比較的低い耐水性を有する。加えて、Dガラスは、エポキシ樹脂との接着が不十分な可能性があり、一般に脈理及び気泡の形態の欠陥を有する。したがって、EガラスもDガラスも高速プリント回路板における強化繊維としての使用に理想的には適しておらず、いずれも約100MHz~約18GHzの高周波又は超高周波で動作する回路基板にはあまり適していない。 Two types of glass fibers commonly used in reinforcing printed circuit boards are E-glass and D-glass. However, E-glass has a relatively high dielectric constant in the range of about 6.1 and a relatively high loss factor in the range of about 38×10 −4 at a frequency of about 10 GHz at room temperature. Therefore, E-glass is a poor reinforcement material for printed circuit boards with higher density electronic components and higher processing speeds because E-glass can result in relatively high dielectric losses. D-glass, on the other hand, has a relatively low dielectric constant and loss factor. However, D-glass has a relatively high melting temperature, relatively low processability, relatively low mechanical performance and relatively low water resistance. In addition, D-glass can have poor adhesion with epoxy resins and generally has defects in the form of striae and bubbles. Therefore, neither E-glass nor D-glass are ideally suited for use as reinforcing fibers in high-speed printed circuit boards, and neither is well suited for circuit boards operating at high or very high frequencies from about 100 MHz to about 18 GHz. do not have.

電子機器に適したガラス配合物を提供する従来の試みとしては、Moriの特許文献1、Creuxの特許文献2、Tamuraの特許文献3、Tamuraの特許文献4、Kuhnの特許文献5、Yoshidaの特許文献6、Sawanoiの特許文献7及びZhangの特許文献8が挙げられる。 Prior attempts to provide glass formulations suitable for electronics include Mori, US Pat. No. 6, Sawanoi US Pat. No. 7, and Zhang US Pat.

米国特許第5958808号U.S. Pat. No. 5,958,808 米国特許出願公開第2004/01755557号U.S. Patent Application Publication No. 2004/01755557 米国特許第6309990号U.S. Pat. No. 6,309,990 米国特許第6846761号U.S. Pat. No. 6,846,761 国際公開第2010/011701号WO2010/011701 米国特許出願公開第2011/0281484号U.S. Patent Application Publication No. 2011/0281484 米国特許第8679993号U.S. Pat. No. 8,679,993 中国特許出願公開第103351102号Chinese Patent Application Publication No. 103351102

本発明の一態様においては、ガラス組成物であって、48.0重量パーセント~58.0重量パーセントのSiOを含み、15.0重量パーセントのB~26.0重量パーセントのBを含み、12.0重量パーセントのAl~18.0重量パーセントのAlを含み、0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを含み、0.25重量パーセント超~7.0重量パーセントのCaOを含み、5.0重量パーセント以下のMgOを含み、0重量パーセント超~1.5重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ6.0重量パーセント以下のTiOを含み、1350℃超の温度で1000ポアズのガラス粘度を有し、1000℃超の液相温度を有する、ガラス組成物が提供され、ここで、「から実質的になる」とは、本明細書の他の部分で用いられるように、配合物のSnO成分のみに適用される。 In one aspect of the invention, the glass composition comprises from 48.0 weight percent to 58.0 weight percent SiO 2 and from 15.0 weight percent B 2 O 3 to 26.0 weight percent B 2 O3 , comprising 12.0 weight percent Al 2 O 3 to 18.0 weight percent Al 2 O 3 , and more than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P 2 O 5 , 6. more than 0.25 weight percent to 7.0 weight percent CaO, less than or equal to 5.0 weight percent MgO, consisting essentially of more than 0 weight percent to 1.5 weight percent SnO 2 ; A glass composition is provided comprising no more than 0 weight percent TiO 2 , having a glass viscosity of 1000 poise at a temperature of greater than 1350° C., and having a liquidus temperature of greater than 1000° C., wherein "substantially from Consists, as used elsewhere herein, applies only to the SnO2 component of the formulation.

本発明の一実施の形態においては、ガラス組成物は、49.0重量パーセント~57.5重量パーセントのSiOを更に含み、15.5重量パーセント~25.5重量パーセントのBを更に含み、12.5重量パーセント~17.50重量パーセントのAlを更に含み、0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを更に含み、0.25重量パーセント超~6.5重量パーセントのCaOを更に含み、4.5重量パーセント以下のMgOを更に含み、0重量パーセント超~1.25重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ5.5重量パーセント以下のTiOを更に含む。 In one embodiment of the invention, the glass composition further comprises 49.0 weight percent to 57.5 weight percent SiO 2 and 15.5 weight percent to 25.5 weight percent B 2 O 3 . further comprising from 12.5 weight percent to 17.50 weight percent Al 2 O 3 , further comprising from greater than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P 2 O 5 , greater than 0.25 weight percent further comprising ~6.5 weight percent CaO, further comprising no more than 4.5 weight percent MgO, consisting essentially of greater than 0 weight percent to 1.25 weight percent SnO2 , and no more than 5.5 weight percent of TiO2 .

本発明の一実施の形態においては、ガラス組成物は、50.0重量パーセント~57.0重量パーセントのSiOを更に含み、16.0重量パーセント~25.0重量パーセントのBを更に含み、13.0重量パーセント~17.0重量パーセントのAlを更に含み、0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを更に含み、0.25重量パーセント超~6.0重量パーセントのCaOを更に含み、4.0重量パーセント以下のMgOを更に含み、0重量パーセント超~1.0重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ5.0重量パーセント以下のTiOを更に含む。 In one embodiment of the invention, the glass composition further comprises 50.0 weight percent to 57.0 weight percent SiO 2 and 16.0 weight percent to 25.0 weight percent B 2 O 3 . further comprising from 13.0 weight percent to 17.0 weight percent Al 2 O 3 , further comprising from greater than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P 2 O 5 , greater than 0.25 weight percent further comprising ~6.0 weight percent CaO, further comprising no more than 4.0 weight percent MgO, consisting essentially of greater than 0 to 1.0 weight percent SnO2 , and no more than 5.0 weight percent of TiO2 .

本発明の一実施の形態においては、組成物は、49.0重量パーセント以上のSiO、57.5重量パーセント以下のSiO、15.5重量パーセント以上のB、25.5重量パーセント以下のB、12.5重量パーセント以上のAl、17.50重量パーセント以下のAl、0.25重量パーセント超のP、3.0重量パーセント以下のP、0.25重量パーセント超のCaO、6.5重量パーセント以下のCaO、4.5重量パーセント以下のMgO、0重量パーセント超のSnO、1.25重量パーセント以下のSnO、及び/又は5.5重量パーセント以下のTiOの1つ以上を更に含む。 In one embodiment of the invention, the composition comprises 49.0 weight percent or more SiO2 , 57.5 weight percent or less SiO2 , 15.5 weight percent or more B2O3 , 25.5 weight percent 12.5 weight percent or more Al2O3 , 17.50 weight percent or less Al2O3 , 0.25 weight percent or more P2O5 , 3.0 weight percent or less > 0.25 weight percent CaO, <6.5 weight percent CaO, <4.5 weight percent MgO, >0 weight percent SnO2 , <1.25 weight percent SnO2 , and/or up to 5.5 weight percent TiO 2 .

本発明の一実施の形態においては、組成物は、50.0重量パーセント以上のSiO、57.0重量パーセント以下のSiO、16.0重量パーセント以上のB、25.0重量パーセント以下のB、13.0重量パーセント以上のAl、17.0重量パーセント以下のAl、0.25重量パーセント超のP、3.0重量パーセント以下のP、0.25重量パーセント超のCaO、6.0重量パーセント以下のCaO、4.0重量パーセント以下のMgO、0重量パーセント超のSnO、1.0重量パーセント以下のSnO、及び/又は5.0重量パーセント以下のTiOの1つ以上を更に含む。 In one embodiment of the invention, the composition comprises 50.0 weight percent or more SiO2 , 57.0 weight percent or less SiO2 , 16.0 weight percent or more B2O3 , 25.0 weight percent 13.0 weight percent or more Al2O3 , 17.0 weight percent or less Al2O3 , 0.25 weight percent or more P2O5 , 3.0 weight percent or less > 0.25 weight percent CaO, <6.0 weight percent CaO, < 4.0 weight percent MgO, >0 weight percent SnO2 , <1.0 weight percent SnO2 , and/or up to 5.0 weight percent TiO 2 .

本発明の一実施の形態においては、組成物は1000℃超の液相温度を有する。 In one embodiment of the invention, the composition has a liquidus temperature above 1000°C.

本発明の一実施の形態においては、組成物は1050℃超の液相温度を有する。 In one embodiment of the invention, the composition has a liquidus temperature above 1050°C.

本発明の一実施の形態においては、組成物は1100℃超の液相温度を有する。 In one embodiment of the invention, the composition has a liquidus temperature above 1100°C.

本発明の一実施の形態においては、組成物は、1355℃超の温度で1000ポアズのガラス粘度を有する。 In one embodiment of the invention, the composition has a glass viscosity of 1000 poise at temperatures above 1355°C.

本発明の一実施の形態においては、組成物は、1360℃超の温度で1000ポアズのガラス粘度を有する。 In one embodiment of the invention, the composition has a glass viscosity of 1000 poise at temperatures above 1360°C.

本発明の一実施の形態においては、ガラス繊維は上記のガラス組成物から形成される。 In one embodiment of the invention, glass fibers are formed from the glass composition described above.

本発明の一実施の形態においては、ガラス繊維は室温にて10GHzの周波数で6以下の誘電率及び/又は38×10-4以下の損失係数を有する。 In one embodiment of the invention, the glass fiber has a dielectric constant of 6 or less and/or a loss factor of 38×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature.

本発明の一実施の形態においては、ガラス繊維は室温にて10GHzの周波数で4.80以下の誘電率及び/又は30×10-4以下の損失係数を有する。 In one embodiment of the invention, the glass fiber has a dielectric constant of 4.80 or less and/or a loss factor of 30×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature.

本発明の一実施の形態においては、ガラス繊維は室温にて10GHzの周波数で4.70以下の誘電率及び/又は28×10-4以下の損失係数を有する。 In one embodiment of the invention, the glass fiber has a dielectric constant of 4.70 or less and/or a loss factor of 28×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature.

本発明の一実施の形態においては、ガラス組成物は、第一の失透相(primary devitrification phase)としてアルミノホウ酸塩ムライト結晶に結晶化し、それを形成しやすい固有のネットワーク構造を有する。 In one embodiment of the present invention, the glass composition has a unique network structure that facilitates the formation of and crystallizes into aluminoborate mullite crystals as the primary devitrification phase.

本発明の一実施の形態においては、本明細書に記載のガラス組成物のいずれかをガラス溶融炉の溶融ゾーンに供給する工程と、液相温度を上回る成形温度に組成物を加熱する工程と、上記溶融ガラスを連続紡糸して、低誘電率かつ低損失係数のガラス繊維を生成する工程とを含む、連続した製造可能な低誘電ガラス繊維を提供する方法が提供される。 In one embodiment of the invention, the steps of feeding any of the glass compositions described herein into a melting zone of a glass melting furnace and heating the composition to a forming temperature above the liquidus temperature. and continuously spinning said molten glass to produce low dielectric constant and low loss factor glass fibers.

本発明の一態様においては、48.0重量パーセント~58.0重量パーセントのSiOを含み、15.0重量パーセント~26.0重量パーセントのBを含み、12.0重量パーセント~18.0重量パーセントのAlを含み、0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを含み、0.25重量パーセント超~7.00重量パーセントのCaOを含み、5.0重量パーセント以下のMgOを含み、0重量パーセント超~1.5重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ6.0重量パーセント以下のTiOを含み、1350℃超の温度で1000ポアズのガラス粘度を有し、1000℃超の液相温度を有するガラス組成物から形成される低誘電ガラス繊維が更に提供される。 In one aspect of the invention, 48.0 weight percent to 58.0 weight percent SiO 2 , 15.0 weight percent to 26.0 weight percent B 2 O 3 , 12.0 weight percent to 18.0 weight percent Al 2 O 3 , more than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P 2 O 5 , more than 0.25 weight percent to 7.00 weight percent CaO, 5.0 wt . Further provided are low dielectric glass fibers formed from a glass composition having a glass viscosity of Poise and having a liquidus temperature greater than 1000°C.

本発明の一実施の形態においては、ガラス組成物は、49.0重量パーセント~57.5重量パーセントのSiOを更に含み、15.5重量パーセント~25.5重量パーセントのBを更に含み、12.5重量パーセント~17.50重量パーセントのAlを更に含み、0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを更に含み、0.25重量パーセント超~6.5重量パーセントのCaOを更に含み、4.5重量パーセント以下のMgOを更に含み、0重量パーセント超~1.25重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ5.5重量パーセント以下のTiOを更に含む。 In one embodiment of the invention, the glass composition further comprises 49.0 weight percent to 57.5 weight percent SiO 2 and 15.5 weight percent to 25.5 weight percent B 2 O 3 . further comprising from 12.5 weight percent to 17.50 weight percent Al 2 O 3 , further comprising from greater than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P 2 O 5 , greater than 0.25 weight percent further comprising ~6.5 weight percent CaO, further comprising no more than 4.5 weight percent MgO, consisting essentially of greater than 0 weight percent to 1.25 weight percent SnO2 , and no more than 5.5 weight percent of TiO2 .

本発明の一実施の形態においては、ガラス組成物は、50.0重量パーセント~57.0重量パーセントのSiOを更に含み、16.0重量パーセント~25.0重量パーセントのBを更に含み、13.0重量パーセント~17.0重量パーセントのAlを更に含み、0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを更に含み、0.25重量パーセント超~6.0重量パーセントのCaOを更に含み、4.0重量パーセント以下のMgOを更に含み、0重量パーセント超~1.0重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ5.0重量パーセント以下のTiOを更に含む。 In one embodiment of the invention, the glass composition further comprises 50.0 weight percent to 57.0 weight percent SiO 2 and 16.0 weight percent to 25.0 weight percent B 2 O 3 . further comprising from 13.0 weight percent to 17.0 weight percent Al 2 O 3 , further comprising from greater than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P 2 O 5 , greater than 0.25 weight percent further comprising ~6.0 weight percent CaO, further comprising no more than 4.0 weight percent MgO, consisting essentially of greater than 0 to 1.0 weight percent SnO2 , and no more than 5.0 weight percent of TiO2 .

本発明の一実施の形態においては、組成物は、49.0重量パーセント以上のSiO、57.5重量パーセント以下のSiO、15.5重量パーセント以上のB、25.5重量パーセント以下のB、12.5重量パーセント以上のAl、17.50重量パーセント以下のAl、0.25重量パーセント超のP、3.0重量パーセント以下のP、0.25重量パーセント超のCaO、6.5重量パーセント以下のCaO、4.5重量パーセント以下のMgO、0重量パーセント超のSnO、1.25重量パーセント以下のSnO、及び/又は5.5重量パーセント以下のTiOの1つ以上を更に含む。 In one embodiment of the invention, the composition comprises 49.0 weight percent or more SiO2 , 57.5 weight percent or less SiO2 , 15.5 weight percent or more B2O3 , 25.5 weight percent 12.5 weight percent or more Al2O3 , 17.50 weight percent or less Al2O3 , 0.25 weight percent or more P2O5 , 3.0 weight percent or less > 0.25 weight percent CaO, <6.5 weight percent CaO, <4.5 weight percent MgO, >0 weight percent SnO2 , <1.25 weight percent SnO2 , and/or up to 5.5 weight percent TiO 2 .

本発明の一実施の形態においては、組成物は、50.0重量パーセント以上のSiO、57.0重量パーセント以下のSiO、16.0重量パーセント以上のB、25.0重量パーセント以下のB、13.0重量パーセント以上のAl、17.0重量パーセント以下のAl、0.25重量パーセント超のP、3.0重量パーセント以下のP、0.25重量パーセント超のCaO、6.0重量パーセント以下のCaO、4.0重量パーセント以下のMgO、0重量パーセント超のSnO、1.25重量パーセント以下のSnO、及び/又は5.0重量パーセント以下のTiOの1つ以上を更に含む。 In one embodiment of the invention, the composition comprises 50.0 weight percent or more SiO2 , 57.0 weight percent or less SiO2 , 16.0 weight percent or more B2O3 , 25.0 weight percent 13.0 weight percent or more Al2O3 , 17.0 weight percent or less Al2O3 , 0.25 weight percent or more P2O5 , 3.0 weight percent or less > 0.25 weight percent CaO; <6.0 weight percent CaO; <4.0 weight percent MgO; >0 weight percent SnO2 ; <1.25 weight percent SnO2 , and/or up to 5.0 weight percent TiO 2 .

本発明の一実施の形態においては、ガラス組成物は1000℃超の液相温度を有する。 In one embodiment of the invention, the glass composition has a liquidus temperature above 1000°C.

本発明の一実施の形態においては、ガラス組成物は1050℃超の液相温度を有する。 In one embodiment of the invention, the glass composition has a liquidus temperature above 1050°C.

本発明の一実施の形態においては、ガラス組成物は1100℃超の液相温度を有する。 In one embodiment of the invention, the glass composition has a liquidus temperature above 1100°C.

本発明の一実施の形態においては、ガラス組成物は、1355℃超の温度で1000ポアズのガラス粘度を有する。 In one embodiment of the invention, the glass composition has a glass viscosity of 1000 poise at temperatures above 1355°C.

本発明の一実施の形態においては、ガラス組成物は、1360℃超の温度で1000ポアズのガラス粘度を有する。 In one embodiment of the invention, the glass composition has a glass viscosity of 1000 poise at temperatures above 1360°C.

本発明の一実施の形態においては、ガラス繊維は室温にて10GHzの周波数で6以下の誘電率及び/又は38×10-4以下の損失係数を有する。 In one embodiment of the invention, the glass fiber has a dielectric constant of 6 or less and/or a loss factor of 38×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature.

本発明の一実施の形態においては、ガラス繊維は室温にて10GHzの周波数で4.80以下の誘電率及び/又は30×10-4以下の損失係数を有する。 In one embodiment of the invention, the glass fiber has a dielectric constant of 4.80 or less and/or a loss factor of 30×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature.

本発明の一実施の形態においては、ガラス繊維は室温にて10GHzの周波数で4.70以下の誘電率及び/又は28×10-4以下の損失係数を有する。 In one embodiment of the invention, the glass fiber has a dielectric constant of 4.70 or less and/or a loss factor of 28×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature.

本発明の一実施の形態においては、ガラス繊維は、第一の失透相としてアルミノホウ酸塩ムライト結晶に結晶化し、それを形成しやすい固有のネットワーク構造を有するガラス組成物から形成される。 In one embodiment of the invention, the glass fibers are formed from a glass composition that has an inherent network structure that favors the formation of aluminoborate mullite crystals that crystallize as the first devitrified phase.

本発明は、本発明のガラス繊維を組み入れた、プリント回路板等のガラス繊維強化物品も含む。さらに、本発明は、上に開示されるようなガラス繊維を組み入れた製品を含み、製品はプリント回路板、織布、不織布、一方向織物、チョップドストランド、チョップドストランドマット、複合材料及び通信信号輸送媒体であり得る。 The present invention also includes glass fiber reinforced articles, such as printed circuit boards, incorporating the glass fibers of the present invention. Further, the present invention includes products incorporating glass fibers as disclosed above, which products include printed circuit boards, woven fabrics, nonwoven fabrics, unidirectional fabrics, chopped strands, chopped strand mats, composites and telecommunication signal transport. medium.

本発明は、連続した製造可能な低誘電ガラス繊維を提供する方法を含む。本方法は、本明細書に開示されるようなガラス組成物をガラス溶融炉の溶融ゾーンに供給する工程と、液相温度を上回る成形温度に組成物を加熱する工程と、溶融ガラスを連続紡糸して、低誘電率かつ低損失係数のガラス繊維を生成する工程とを含み得る。 The present invention includes a method of providing continuous manufacturable low dielectric glass fibers. The method comprises the steps of feeding a glass composition as disclosed herein into a melting zone of a glass melting furnace, heating the composition to a forming temperature above the liquidus temperature, and continuously spinning the molten glass. to produce a low dielectric constant and low loss factor glass fiber.

本発明は、好ましくは低誘電率値及び低損失係数(本明細書でtan δとも称される)を有するガラス組成物及び繊維に関する。本発明のガラス繊維は、好ましくは携帯又は固定無線電話、コンピュータ、スマートフォン、タブレット等の高い処理速度及び/又は高周波で動作する電子デバイス及びシステムに関連した用途に適している。本発明のガラス繊維は、好ましくはEガラスよりも低い誘電率及び損失係数を生じるが、Dガラスよりも良好な加工特性を有する。主に電子デバイスに関連したその用途及びプリント回路板の強化の観点から説明しているが、本発明のガラス組成物及びガラス繊維の他の用途及び利点が、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく企図され得る。本発明は、ガラス繊維強化物品、ガラス繊維を組み入れた製品、例えばプリント回路板、織布、不織布、一方向織物、チョップドストランド、チョップドストランドマット、複合材料及び通信信号輸送媒体、並びに連続した製造可能な低誘電ガラス繊維を提供する方法も開示する。 The present invention relates to glass compositions and fibers that preferably have low dielectric constant values and low loss factors (also referred to herein as tan δ). The glass fibers of the present invention are preferably suitable for applications in connection with electronic devices and systems operating at high processing speeds and/or high frequencies, such as mobile or fixed wireless telephones, computers, smart phones, tablets and the like. The glass fibers of the present invention preferably produce a lower dielectric constant and loss factor than E-glass, but have better processing properties than D-glass. Although described primarily in terms of their use in connection with electronic devices and reinforcement of printed circuit boards, other uses and advantages of the glass compositions and glass fibers of the present invention depart from the spirit and scope of the present invention. can be contemplated without The present invention relates to glass fiber reinforced articles, products incorporating glass fibers such as printed circuit boards, woven fabrics, nonwoven fabrics, unidirectional fabrics, chopped strands, chopped strand mats, composites and communication signal carrying media, and continuously manufacturable media. A method of providing a low dielectric glass fiber is also disclosed.

本発明の組成物は概して、以下の酸化ケイ素(SiO)、酸化ホウ素(B)、酸化アルミニウム(Al)、酸化カルシウム(CaO)、酸化リン(P)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化スズ(SnO)及び酸化チタン(TiO)を含む酸化物の1つ以上から構成される。付加的な酸化物が、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、下で論考するように存在していてもよい。本発明の組成物は、幾つかの実施形態においては、1000℃超の液相温度と、1350℃超の温度(T log3)で1000ポアズのガラス粘度とを有する。さらに、本発明のガラス繊維は、室温にて10GHzの周波数で6以下の誘電率及び/又は38×10-4以下の損失係数を有するのが好ましい。有利には、本ガラスの組成物は、好ましくはT log3粘度温度と液相温度とのその正の差(ΔT)のために連続紡糸する能力を有する。 The compositions of the present invention generally comprise silicon oxide ( SiO2 ), boron oxide ( B2O3 ), aluminum oxide ( Al2O3 ), calcium oxide ( CaO ), phosphorus oxide ( P2O5 ), It is composed of one or more oxides including magnesium oxide (MgO), tin oxide ( SnO2 ) and titanium oxide ( TiO2 ). Additional oxides may be present as discussed below without departing from the spirit and scope of the invention. The compositions of the present invention, in some embodiments, have a liquidus temperature of greater than 1000°C and a glass viscosity of 1000 poise at a temperature (T log3) of greater than 1350°C. Further, the glass fibers of the present invention preferably have a dielectric constant of 6 or less and/or a loss factor of 38×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature. Advantageously, the composition of the glass preferably has the ability to be continuously spun due to its positive difference (ΔT 3 ) between the T log3 viscosity temperature and the liquidus temperature.

特に明記しない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用される以下の用語は、以下に示す意味を有する。 Unless otherwise stated, the following terms used in the specification and claims have the meanings indicated below.

本明細書で使用される場合、「液相線(liquidus)」という用語は、概して液状ガラスとその初晶域(primary crystalline phase)との間に平衡が存在する温度(Tliq)を含む、その通常及び慣例の意味が与えられるが、液相線より上の全ての温度では、ガラス融液は、その初晶域の結晶を有さず、液相線より下の温度では、結晶が融液中に形成され得る。したがって、液相温度は有用な下限温度を与え、それを上回るとガラスを連続紡糸することが可能である。 As used herein, the term “liquidus” generally includes the temperature (T liq ) at which equilibrium exists between the liquid glass and its primary crystalline phase. Given its usual and customary meaning, at all temperatures above the liquidus the glass melt has no crystals in its primary region, and at temperatures below the liquidus the crystals are molten. It can be formed in liquid. The liquidus temperature thus provides a useful lower temperature limit above which continuous spinning of the glass is possible.

「紡糸温度」又は「T log3粘度温度」という用語は、ガラスが1000ポアズに等しい粘度を有する温度(T log3で示される)を意味することが理解される。 The terms "spinning temperature" or "T log3 viscosity temperature" are understood to mean the temperature at which the glass has a viscosity equal to 1000 poise (denoted by T log3).

本明細書で使用される場合、「ΔT」とも称される「デルタT」という用語は、概して紡糸温度と液相線との間の差を含む、当該技術分野におけるその通常及び慣例の意味が与えられ、したがって、ガラス組成物の紡糸特性である。デルタTが大きいほど、ガラス繊維の形成時により大きなプロセス柔軟性が存在し、溶融及び紡糸時にガラス融液の失透(結晶化)が生じる可能性が低くなる。通例、デルタTが大きいほど、一つにはブッシング寿命が延長され、より広い繊維形成プロセスウィンドウをもたらすことによってガラス繊維の生産コストが低くなる。 As used herein, the term “delta T,” also referred to as “ΔT 3 ,” has its usual and customary meaning in the art, which generally includes the difference between the spinning temperature and the liquidus. is given and thus the spinning properties of the glass composition. The higher the delta T, the more process flexibility there is in forming the glass fibers and the less likely devitrification (crystallization) of the glass melt will occur during melting and spinning. Generally, the higher the delta T, the lower the production cost of the glass fiber, in part by providing longer bushing life and a wider fiber forming process window.

「繊維」という用語は、長さ寸法が幅及び厚さの横方向の寸法よりも大きい、細長い物体を指す。したがって、繊維という用語には、モノフィラメント、マルチフィラメント、リボン、ストリップ、ステープル、及び他の形態の、規則的又は不規則な断面を有し、細断された、切断された又は不連続な繊維等が含まれる。繊維及びフィラメントは、本明細書では区別なく使用される。 The term "fiber" refers to an elongated body whose length dimension is greater than the transverse dimensions of width and thickness. Thus, the term fiber includes monofilaments, multifilaments, ribbons, strips, staples, and other forms of regular or irregular cross-section, chopped, chopped or discontinuous fibers, etc. is included. Fiber and filament are used interchangeably herein.

「Eガラス」という用語は、ASTM D-578に記載のその意味に従って使用される。 The term "E-glass" is used according to its meaning as set forth in ASTM D-578.

「Dガラス」という用語は、本明細書に規定される特性を有するガラス組成物を指す。 The term "D-Glass" refers to a glass composition having the properties defined herein.

「低誘電率」とは、Eガラスよりも低い誘電率を有するガラス繊維を意味する。例として、Eガラスは、室温にて10GHzの周波数で約6.1の誘電率を有する。 By "low dielectric constant" is meant glass fibers having a dielectric constant lower than that of E-glass. As an example, E-glass has a dielectric constant of about 6.1 at room temperature and a frequency of 10 GHz.

「低損失係数」とは、Eガラスよりも低い損失係数を有するガラス繊維を意味する。例として、Eガラスは、室温にて約10GHzの周波数で約38×10-4の損失係数を有する。 By "low loss factor" is meant a glass fiber that has a lower loss factor than E-glass. As an example, E-glass has a loss factor of about 38×10 −4 at a frequency of about 10 GHz at room temperature.

「低誘電ガラス繊維」とは、本明細書で定義される低誘電率及び低損失係数を有するガラス繊維を意味する。 "Low dielectric glass fiber" means a glass fiber having a low dielectric constant and a low loss factor as defined herein.

概して、十分に高い温度で十分に長い時間にわたって溶融したガラスは、化学的かつ構造的に均質であり、すなわち、異なる化学組成又は原子配置の領域がない傾向がある。さらに、連続紡糸に必要とされる最低限の均質性は、不均質性が紡糸プロセスを妨げるには小さすぎるため、繊維を安定かつ連続的に形成することができる融液状態である。効率的な紡糸には、液体の粘度に関して一貫したガラス融液の品質が必要とされる。粘度の変動は、流れを遮り、形成時の繊維破損を引き起こす。未溶融のバッチ材料(石)、溶融又は均質化が不十分なガラス(脈理/コード)及び失透生成物(Tliq未満の温度で形成された結晶)のいずれかによるガラス融液の欠陥が典型的な原因である。本発明者らは、研究の過程で、本ガラスファミリーのガラスが高温から冷却する際に液-液不混和(ガラス相分離)を起こしやすいことを見出した。相分離は、高温で均質な液体が冷却時に2つの異なるガラスに熱力学的に分離する傾向であり、組成、液体構造及び関連特性が大きく異なることが多い。さらに、相分離したガラスは、温度の関数として連続的ではなく不連続な粘度挙動を示す可能性があり、したがって、融液の相分離領域は、安定した繊維形成を妨げる可能性がある。 In general, a glass that has been melted at a sufficiently high temperature for a sufficiently long time tends to be chemically and structurally homogeneous, ie, devoid of regions of different chemical composition or atomic arrangement. Furthermore, the minimum homogeneity required for continuous spinning is a melt state that allows stable and continuous formation of fibers as the inhomogeneity is too small to interfere with the spinning process. Efficient spinning requires consistent glass melt quality with respect to liquid viscosity. Fluctuations in viscosity impede flow and cause fiber breakage during formation. Glass melt defects due to either unmelted batch material (stones), poorly melted or homogenized glass (striae/cords) and devitrification products (crystals formed at temperatures below Tliq ) is a typical cause. In the course of our research, we have found that the glasses of this family of glasses are prone to liquid-liquid immiscibility (glass phase separation) on cooling from high temperatures. Phase separation is the tendency of a homogeneous liquid at high temperature to thermodynamically separate upon cooling into two different glasses, often with very different compositions, liquid structures and related properties. In addition, phase separated glasses can exhibit discontinuous rather than continuous viscosity behavior as a function of temperature, thus phase separated regions of the melt can interfere with stable fiber formation.

本発明者らは、この相分離傾向を理解し、制御する試みにおいて、溶融後及び冷却中の各組成のガラス融液の安定性を特性評価する以下の方法を利用した。各溶融サイクルの終了後に、るつぼを炉から取り出し、ガラス転移温度T未満になるまで自然冷却した。安定とはいえないガラスは、冷却状態で様々な程度の乳白光(光散乱)を示した。各融液を、乳白光なし(1、非常に安定した)~6(最も安定していない、不透明)の1~6のスケールで等級分けした(「溶融不安定性指数」)。これらの等級は、良好なガラス形成安定性の領域と不十分又は不安定なガラス形成挙動の領域との区別を助けるのに十分であった。高い溶融不安定性指数値(4超)を有するガラスは、連続/安定した製造プロセスでの紡糸が困難であることが予想される。これらの溶融不安定性指数値への言及は、下記の検査結果の表に関するものを含め、本明細書全体を通して行われる。 In an attempt to understand and control this phase separation tendency, the inventors have utilized the following method to characterize the stability of each composition of the glass melt after melting and during cooling. After each melting cycle, the crucible was removed from the furnace and allowed to cool naturally until it was below the glass transition temperature Tg . The less stable glasses exhibited varying degrees of opalescence (light scattering) in the cooled state. Each melt was graded on a scale of 1-6 from no opalescence (1, very stable) to 6 (least stable, opaque) (“melt instability index”). These ratings were sufficient to help distinguish between regions of good glass-forming stability and regions of poor or unstable glass-forming behavior. Glasses with high Melt Instability Index values (greater than 4) are expected to be difficult to spin in a continuous/stable manufacturing process. References to these Melt Instability Index values are made throughout the specification, including with respect to the test results table below.

好ましくは電子用途及び物品への使用に適し、好ましくは連続紡糸によりガラス繊維へと経済的に形成することが可能なガラス繊維の形成のためのガラス組成物が提供される。 A glass composition is provided for the formation of glass fibers that are preferably suitable for use in electronic applications and articles and can be economically formed into glass fibers, preferably by continuous spinning.

本発明の幾つかの実施形態においては、ガラス繊維は、45重量パーセント~58重量パーセントの二酸化ケイ素(SiO)(本明細書でシリカとも称される)を有する組成物を含む。代替的には、二酸化ケイ素含有量は、45.5重量パーセント~57.5重量パーセントであってもよい。更に代替的には、二酸化ケイ素含有量は、46重量パーセント~57重量パーセントであってもよい。更なる実施形態においては、二酸化ケイ素含有量は、56.75重量パーセント未満であってもよい。また更なる実施形態においては、二酸化ケイ素含有量は、56.50重量パーセント未満であってもよい。二酸化ケイ素のパーセンテージがこの範囲外である場合、ガラスの粘度及び紡糸が通例影響を受ける。例えば、二酸化ケイ素がガラス繊維の全組成の45重量パーセント未満である場合、ガラスの粘度が紡糸中に失透(結晶化)が起こる程度まで低下する恐れがある。対照的に、二酸化ケイ素がガラス繊維の全組成の58重量パーセント超である場合、ガラスの粘性が高くなりすぎ、溶融、均質化及び精錬がより困難になる場合がある。このため、シリカ含有量は、ガラスの全組成の45重量パーセント~58重量パーセントとするのが好ましい。さらに、本明細書に規定される他の構成要素と組み合わせる場合、45.00重量パーセント~58.00重量パーセントのシリカ含有量が通例、望ましい低誘電率のみならず、低損失係数を有するガラス繊維をもたらす。本発明のガラス繊維及び/又はガラス組成物の一実施形態においては、シリカ含有量は、少なくとも45.50重量パーセントである。代替的には、シリカ含有量は、少なくとも46.00重量パーセントである。本発明のガラス繊維及び/又はガラス組成物の別の実施形態においては、シリカ含有量は57.50重量パーセント以下である。代替的には、シリカ含有量は57.00重量パーセント以下である。更に代替的には、シリカ含有量は56.75重量パーセント以下である。別の実施形態においては、シリカ含有量は56.50重量パーセント以下である。 In some embodiments of the invention, the glass fiber comprises a composition having from 45 weight percent to 58 weight percent silicon dioxide (SiO 2 ) (also referred to herein as silica). Alternatively, the silicon dioxide content may be from 45.5 weight percent to 57.5 weight percent. Still alternatively, the silicon dioxide content may be between 46 weight percent and 57 weight percent. In further embodiments, the silicon dioxide content may be less than 56.75 weight percent. In still further embodiments, the silicon dioxide content may be less than 56.50 weight percent. If the percentage of silicon dioxide is outside this range, the viscosity and spinning of the glass are typically affected. For example, if silicon dioxide is less than 45 weight percent of the total composition of the glass fiber, the viscosity of the glass can be reduced to the extent that devitrification (crystallization) occurs during spinning. In contrast, if silicon dioxide is greater than 58 weight percent of the total glass fiber composition, the glass may become too viscous and more difficult to melt, homogenize and refine. For this reason, the silica content is preferably between 45% and 58% by weight of the total composition of the glass. Furthermore, when combined with other components defined herein, a silica content of 45.00 weight percent to 58.00 weight percent typically provides glass fibers with a desirable low dielectric constant as well as a low loss factor. bring. In one embodiment of the glass fiber and/or glass composition of the present invention, the silica content is at least 45.50 weight percent. Alternatively, the silica content is at least 46.00 weight percent. In another embodiment of the glass fiber and/or glass composition of the present invention, the silica content is 57.50 weight percent or less. Alternatively, the silica content is 57.00 weight percent or less. Still alternatively, the silica content is 56.75 weight percent or less. In another embodiment, the silica content is 56.50 weight percent or less.

上記にかかわらず、本発明者らは、ガラス繊維が48重量パーセント~58重量パーセントの二酸化ケイ素(SiO)を有する組成物を含む、或る特定の驚くほど有用及び/又は効果的な配合物を特定した。代替的には、二酸化ケイ素含有量は、49重量パーセント~57.5重量パーセントであってもよい。更に代替的には、二酸化ケイ素含有量は、50重量パーセント~57重量パーセントであってもよい。更なる実施形態においては、二酸化ケイ素含有量は、57.0重量パーセント未満であってもよい。二酸化ケイ素のパーセンテージがこれらの範囲外である場合、ガラスの粘度及び紡糸が通例、影響を受ける。例えば、二酸化ケイ素がガラス繊維の全組成の48重量パーセント未満である場合、ガラスの粘度が紡糸中に失透(結晶化)が起こる程度まで低下する恐れがある。対照的に、二酸化ケイ素がガラス繊維の全組成の58重量パーセント超である場合、ガラスの粘性が高くなりすぎ、溶融、均質化及び精錬がより困難になる場合がある。このため、シリカ含有量は、ガラスの全組成の48重量パーセント~58重量パーセントとするのが好ましい。また、SiOが配合物の安定性の制御に有用であり、SiOの重量パーセントも、本明細書に記載の他の要因と組み合わせた、かかる考慮のために任意に選択されることを理解する必要がある。 Notwithstanding the above, the inventors have discovered certain surprisingly useful and/or effective formulations comprising compositions in which the glass fibers have from 48 weight percent to 58 weight percent silicon dioxide (SiO 2 ). identified. Alternatively, the silicon dioxide content may be from 49 weight percent to 57.5 weight percent. Further alternatively, the silicon dioxide content may be from 50 weight percent to 57 weight percent. In further embodiments, the silicon dioxide content may be less than 57.0 weight percent. If the silicon dioxide percentage is outside these ranges, the viscosity and spinning of the glass are typically affected. For example, if silicon dioxide is less than 48 weight percent of the total composition of the glass fiber, the viscosity of the glass can be reduced to the extent that devitrification (crystallization) occurs during spinning. In contrast, if silicon dioxide is greater than 58 weight percent of the total glass fiber composition, the glass may become too viscous and more difficult to melt, homogenize and refine. For this reason, the silica content is preferably between 48% and 58% by weight of the total composition of the glass. It is also understood that SiO2 is useful in controlling the stability of the formulation, and the weight percent of SiO2 is also arbitrarily selected for such considerations in combination with other factors described herein. There is a need to.

本発明の幾つかの実施形態におけるガラス繊維は、18重量パーセント超の酸化ホウ素(B)かつ26重量パーセント以下の酸化ホウ素を有する組成物を含む。代替的には、酸化ホウ素含有量は、18.5重量パーセント~25重量パーセントであってもよい。更に代替的には、酸化ホウ素含有量は、19重量パーセント~22重量パーセントであってもよい。26重量パーセントを超えるような酸化ホウ素の高いパーセンテージは、溶融時のBの過剰な喪失、不十分な均質性、低い強度及び不十分な機械的特性を引き起こす恐れがある。本明細書に規定される他の構成要素と組み合わせる場合、18.00重量パーセント超かつ26.00重量パーセント以下の酸化ホウ素含有量が通例、望ましい低誘電率のみならず、低損失係数を有するガラス繊維をもたらす。本発明のガラス繊維及び/又はガラス組成物の一実施形態においては、酸化ホウ素含有量は、少なくとも18.50重量パーセントである。代替的には、酸化ホウ素含有量は、少なくとも19.00重量パーセントである。本発明のガラス繊維及び/又はガラス組成物の別の実施形態においては、酸化ホウ素含有量は25.00重量パーセント以下である。代替的には、酸化ホウ素含有量は24.00重量パーセント以下である。 The glass fibers in some embodiments of the present invention comprise compositions having more than 18 weight percent boron oxide ( B2O3 ) and no more than 26 weight percent boron oxide. Alternatively, the boron oxide content may be from 18.5 weight percent to 25 weight percent. Further alternatively, the boron oxide content may be between 19 weight percent and 22 weight percent. A high percentage of boron oxide, such as greater than 26 weight percent, can cause excessive loss of B2O3 upon melting, poor homogeneity, low strength and poor mechanical properties. A glass with a boron oxide content greater than 18.00 weight percent and less than or equal to 26.00 weight percent typically has a desirable low dielectric constant as well as a low loss factor when combined with other components defined herein yields fibre. In one embodiment of the glass fiber and/or glass composition of the present invention, the boron oxide content is at least 18.50 weight percent. Alternatively, the boron oxide content is at least 19.00 weight percent. In another embodiment of the glass fiber and/or glass composition of the present invention, the boron oxide content is 25.00 weight percent or less. Alternatively, the boron oxide content is 24.00 weight percent or less.

上記にかかわらず、本発明者らは、ガラス繊維が15重量パーセントの酸化ホウ素(B)~26重量パーセントの酸化ホウ素を有する組成物を含む、或る特定の驚くほど有用及び/又は効果的な配合物を特定した。BがDfを低下させるのに好都合であるが、多すぎると相分離の形態でガラスの不安定性を生じさせ得ることが一般に理解される。代替的には、酸化ホウ素含有量は、15.5重量パーセント~25.5重量パーセントであってもよい。更に代替的には、酸化ホウ素含有量は、16重量パーセント~25重量パーセントであってもよい。26重量パーセントを超えるような酸化ホウ素の高いパーセンテージは、溶融時のBの過剰な喪失、不十分な均質性、不十分な機械的特性、及び相分離の形態でのガラスの不安定性を引き起こす恐れがある。さらに、15重量パーセント未満のような酸化ホウ素の低いパーセンテージは、不十分な誘電特性を引き起こす恐れがある。このため、酸化ホウ素含有量は、ガラスの全組成の15重量パーセント~26重量パーセントとするのが好ましい。さらに、本明細書に規定される他の構成要素と組み合わせる場合、15.00重量パーセント~26.00重量パーセントの酸化ホウ素含有量が通例、望ましい低誘電率のみならず、低損失係数を有するガラス繊維をもたらす。本発明のガラス繊維及び/又はガラス組成物の一実施形態においては、酸化ホウ素含有量は、少なくとも16.0重量パーセントである。さらに、代替的に及び/又は任意に、酸化ホウ素含有量は20.00重量パーセント以下である。本発明のガラス繊維及び/又はガラス組成物の別の実施形態においては、酸化ホウ素含有量は25.00重量パーセント以下である。 Notwithstanding the above, the inventors have discovered certain surprisingly useful and/or An effective formulation was identified. Although B 2 O 3 is beneficial in lowering Df, it is generally understood that too much can cause glass instability in the form of phase separation. Alternatively, the boron oxide content may be between 15.5 weight percent and 25.5 weight percent. Further alternatively, the boron oxide content may be between 16 weight percent and 25 weight percent. High percentages of boron oxide, such as above 26 weight percent, lead to excessive loss of B2O3 during melting, poor homogeneity, poor mechanical properties, and instability of the glass in the form of phase separation. may cause Additionally, low percentages of boron oxide, such as less than 15 weight percent, can cause poor dielectric properties. Therefore, the boron oxide content is preferably between 15% and 26% by weight of the total composition of the glass. Furthermore, when combined with other components defined herein, a glass with a boron oxide content of 15.00 weight percent to 26.00 weight percent typically has a desirable low dielectric constant as well as a low loss factor. yields fibre. In one embodiment of the glass fiber and/or glass composition of the present invention, the boron oxide content is at least 16.0 weight percent. Further alternatively and/or optionally, the boron oxide content is 20.00 weight percent or less. In another embodiment of the glass fiber and/or glass composition of the present invention, the boron oxide content is 25.00 weight percent or less.

本発明の幾つかの実施形態におけるガラス繊維は、16重量パーセント超かつ23重量パーセント以下の酸化アルミニウムを有する組成物を含む。代替的には、酸化アルミニウム含有量は、16重量パーセント超かつ22.5重量パーセント以下であってもよい。更に代替的には、酸化アルミニウム含有量は、16重量パーセント超かつ22重量パーセント以下であってもよい。ガラス繊維の全組成に対する酸化アルミニウムのパーセンテージも粘度及び紡糸プロセスに影響を及ぼす可能性がある。例えば、23重量パーセントを超えるような酸化アルミニウムの高いパーセンテージは、溶融粘度を低下させ、紡糸中に失透が起こる恐れがある。18重量パーセント以下のような酸化アルミニウムの低いパーセンテージは、相分離及び繊維形成不良を引き起こす恐れがある。このため、アルミナ含有量は、ガラスの全組成の16重量パーセント超かつ23重量パーセント以下とするのが好ましい。さらに、本明細書に規定される他の構成要素と組み合わせる場合、16.00重量パーセント~23.00重量パーセントのアルミナ含有量が通例、望ましい低誘電率のみならず、低損失係数を有するガラス繊維をもたらす。本発明のガラス繊維及び/又はガラス組成物の一実施形態においては、アルミナ含有量は22.50重量パーセント以下である。代替的には、アルミナ含有量は22.00重量パーセント以下である。 Glass fibers in some embodiments of the present invention comprise compositions having more than 16 weight percent and no more than 23 weight percent aluminum oxide. Alternatively, the aluminum oxide content may be greater than 16 weight percent and less than or equal to 22.5 weight percent. Still alternatively, the aluminum oxide content may be greater than 16 weight percent and less than or equal to 22 weight percent. The percentage of aluminum oxide relative to the total glass fiber composition can also affect the viscosity and spinning process. High percentages of aluminum oxide, such as, for example, greater than 23 weight percent, reduce melt viscosity and can lead to devitrification during spinning. Low percentages of aluminum oxide, such as 18 weight percent or less, can cause phase separation and poor fiber formation. For this reason, the alumina content is preferably greater than 16 weight percent and less than or equal to 23 weight percent of the total composition of the glass. Further, when combined with other components defined herein, an alumina content of 16.00 weight percent to 23.00 weight percent typically provides glass fibers with a desirable low dielectric constant as well as a low loss factor. bring. In one embodiment of the glass fiber and/or glass composition of the present invention, the alumina content is 22.50 weight percent or less. Alternatively, the alumina content is 22.00 weight percent or less.

酸化アルミニウムは、相分離/溶融不安定性の傾向があるガラスを安定化することが知られている。しかしながら、高レベルでは失透/結晶化の傾向を高めることも知られており、したがって、デルタTに関して繊維形成安定性に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば幾つかの点でBとは正反対であるAlのこれらの傾向、及び記載の配合物の他の成分を考慮して、それらの全ての間で正確なバランスを見出すことが重要である。上記に鑑み、本明細書において先に開示された範囲にかかわらず、本発明者らは、本発明の幾つかの実施形態において、Alが12重量パーセント~18重量パーセントの範囲で存在する場合にDf挙動とTliq挙動とのバランスが達成される、或る特定の驚くほど有用及び/又は効果的な配合物を特定した。本発明の幾つかの実施形態においては、Alは、12.5重量パーセント~17.5重量パーセントの範囲で存在する。本発明の幾つかの実施形態においては、Alは、13重量パーセント~17重量パーセントの範囲で存在する。これらの範囲が、読者が本発明者らの組成物の作用処方を想像するのを助けるために与えられることを理解する必要があり、本明細書に記載されるAlのいずれかの範囲内のものを含む任意の重量パーセントを用いる処方が、本発明の提示した目的に許容可能な処方を達成するために用いられ得ることも理解する必要がある。 Aluminum oxide is known to stabilize glasses that are prone to phase separation/melt instability. However, high levels are also known to increase the tendency to devitrify/crystallize and thus may adversely affect fiber formation stability with respect to delta T. Considering these tendencies of e.g. Al2O3 , which is in some respects diametrically opposed to B2O3 , and other components of the formulations described, finding the right balance between all of them . is important. In view of the above, notwithstanding the ranges previously disclosed herein, the inventors have found that in some embodiments of the present invention Al 2 O 3 is present in the range of 12 weight percent to 18 weight percent. Certain surprisingly useful and/or effective formulations have been identified in which a balance of Df and Tliq behavior is achieved when In some embodiments of the invention, Al 2 O 3 is present in the range of 12.5 weight percent to 17.5 weight percent. In some embodiments of the invention, Al 2 O 3 is present in the range of 13 weight percent to 17 weight percent. It should be understood that these ranges are given to aid the reader in envisioning the working formulation of our compositions, and that any of the Al 2 O 3 described herein It should also be understood that formulations using any weight percent, including those within the range, can be used to achieve an acceptable formulation for the proposed purposes of the present invention.

本発明のガラス繊維は通例、0.25重量パーセント超~3重量パーセントの酸化リン(P、五酸化リンとも称される)を有する組成物も含む。本発明者らは驚くべきことに、この範囲がDf挙動とTliq及び溶融不安定性指数とのバランスをとるのに有用であることを見出した。より具体的には、PがガラスのAl含有量と相乗的に関連し、溶融安定性を低下させ(不安定性指数値を増加させ)、同時にDf及びTliqの重要な数値指標も改善することが見出された。発明者らは、リンがAlの一部と選択的に会合し、AlPOネットワーク連結を形成して、Alの一部がアルミノホウ酸塩ムライトへと失透し得ないようにすると推測する。このPの0.25重量パーセント超~3重量パーセントの範囲が、本明細書に記載されるように、他の組成成分の指定範囲と組み合わせた場合に低誘電損失ガラスの製造可能性に対する効果を向上させることが本発明者らによって確認されたことにも留意する必要がある。すなわち、リンは、ガラス粘度の増加等、得られるガラスの幾つかの望ましい特性に悪影響を及ぼすことが当業者に知られているにもかかわらず、本明細書に記載される組成物の多くで使用するために意図的に選ばれる。しかしながら、組成物中の他の元素のバランスを慎重にとり、これらの元素の或る特定の組合せの驚くべき挙動に関する本発明者の発見と組み合わせて、良好なガラス組成物を達成することができる。 The glass fibers of the present invention also typically include compositions having from greater than 0.25 weight percent to 3 weight percent phosphorus oxide (P 2 O 5 , also referred to as phosphorus pentoxide). The inventors have surprisingly found that this range is useful in balancing Df behavior with T liq and melt instability index. More specifically, P 2 O 5 is synergistically related to the Al 2 O 3 content of the glass, decreasing the melt stability (increasing the instability index value), and at the same time significantly increasing Df and T liq . Numerical indices were also found to improve. We found that phosphorus selectively associates with a portion of Al 2 O 3 and forms AlPO 4 network linkages so that a portion of Al 2 O 3 cannot devitrify to aluminoborate mullite. We assume that This range of greater than 0.25 weight percent to 3 weight percent of P 2 O 5 is manufacturable low dielectric loss glass when combined with specified ranges of other compositional components as described herein. It should also be noted that the present inventors have confirmed that the effect on That is, in many of the compositions described herein, phosphorus is known to those skilled in the art to adversely affect some desirable properties of the resulting glass, such as increasing glass viscosity. deliberately chosen for use However, with careful balancing of the other elements in the composition and combined with our discovery of the surprising behavior of certain combinations of these elements, good glass compositions can be achieved.

アルカリ土類酸化物(酸化マグネシウム(MgO)及び/又は酸化カルシウム(CaO))は、これらのガラスが当該技術分野で既知の溶融炉によって達成可能な妥当な温度で溶融及び均質化するのを助ける。しかしながら、これらの酸化物は、業界に望まれる低誘電挙動に直接影響を与え、それを損なう(MgOはCaOよりもDfを増加させない)。CaOは通例、代替物と比較して粘度、Tliq及びDfの最良の妥協点を与えることから、好ましいアルカリ土類添加物である。また、アルカリ土類酸化物が過度に少ないと、ガラス融液が不安定となる(指数が高くなる)。少なくともこの理由から、本発明のガラス繊維組成物は、下記のようにCaO(本明細書でカルシアとも称される)及び/又はMgOも含み得る。 Alkaline earth oxides (magnesium oxide (MgO) and/or calcium oxide (CaO)) help these glasses melt and homogenize at reasonable temperatures achievable by melting furnaces known in the art. . However, these oxides directly impact and compromise the low dielectric behavior desired by the industry (MgO does not increase Df more than CaO). CaO is generally the preferred alkaline earth additive as it offers the best compromise of viscosity, T liq and Df compared to alternatives. Also, if the amount of alkaline earth oxides is too low, the glass melt becomes unstable (the index becomes high). For at least this reason, the glass fiber compositions of the present invention may also include CaO (also referred to herein as calcia) and/or MgO, as described below.

本発明のガラス繊維は、本発明の幾つかの実施形態においては、0.25重量パーセント超の酸化カルシウム~7.0重量パーセントの酸化カルシウムを有する組成物を含む。代替的には、酸化カルシウム含有量は、0.25重量パーセント超~6.5重量パーセントであってもよい。更に代替的には、酸化カルシウム含有量は、0.25重量パーセント超~6重量パーセントであってもよい。また更に代替的には、酸化カルシウム含有量は、2.5重量パーセント超~5.0重量パーセントであってもよい。酸化カルシウムの重量パーセントは、ガラス繊維の粘度及び失透プロセスに影響を及ぼす可能性がある。7.0重量パーセントを超えるような酸化カルシウムの高いパーセンテージは、不十分な誘電特性を引き起こす恐れがある。さらに、0.25重量パーセント以下のような酸化カルシウムの低いパーセンテージは、繊維形成不良を引き起こす恐れがある。例えば、0.25重量パーセント未満のカルシアでは、粘度が高すぎ、得られるガラス均質性が許容可能な連続繊維形成には不十分となる。本明細書に規定される他の構成要素と組み合わせる場合、幾つかの実施形態においては、1.0重量パーセント~6.0重量パーセントの酸化カルシウム含有量が通例、望ましい低誘電率のみならず、低損失係数を有するガラス繊維をもたらす。本発明のガラス繊維及び/又はガラス組成物の一実施形態においては、カルシア含有量は4.5重量パーセント以下である。代替的には、カルシア含有量は4.25重量パーセント以下である。更に代替的には、カルシア含有量は4.00重量パーセント以下である。 The glass fibers of the present invention, in some embodiments of the present invention, comprise compositions having from greater than 0.25 weight percent calcium oxide to 7.0 weight percent calcium oxide. Alternatively, the calcium oxide content may be greater than 0.25 weight percent to 6.5 weight percent. Still alternatively, the calcium oxide content may be from greater than 0.25 weight percent to 6 weight percent. Still alternatively, the calcium oxide content may be greater than 2.5 weight percent to 5.0 weight percent. The weight percent of calcium oxide can affect the viscosity and devitrification process of glass fibers. High percentages of calcium oxide, such as greater than 7.0 weight percent, can cause poor dielectric properties. Additionally, low percentages of calcium oxide, such as 0.25 weight percent or less, can cause poor fiber formation. For example, below 0.25 weight percent calcia the viscosity is too high and the resulting glass homogeneity is insufficient for acceptable continuous fiber formation. When combined with other components defined herein, in some embodiments, a calcium oxide content of 1.0 weight percent to 6.0 weight percent is typically desirable, as well as a low dielectric constant, It results in glass fibers with a low loss factor. In one embodiment of the glass fiber and/or glass composition of the present invention, the calcia content is 4.5 weight percent or less. Alternatively, the calcia content is 4.25 weight percent or less. Still alternatively, the calcia content is 4.00 weight percent or less.

本発明のガラス繊維組成物は、MgO(本明細書でマグネシアとも称される)も含み得る。本発明のガラス繊維は、5.0重量パーセント以下の酸化マグネシウムを有する組成物を含み得る。代替的には、酸化マグネシウム含有量は4.5重量パーセント以下であってもよい。更に代替的には、酸化マグネシウム含有量は4.0重量パーセント以下であってもよい。更なる代替的な実施形態においては、酸化マグネシウム含有量は2.0重量パーセント以下であってもよい。更なる代替的な実施形態においては、酸化マグネシウム含有量は1.5重量パーセント以下であってもよい。酸化カルシウムと同様、酸化マグネシウムの重量パーセントもガラス繊維の粘度及び失透プロセスに影響を与える。さらに、5.0重量パーセントを超えるような酸化マグネシウムの高いパーセンテージは、不十分な誘電特性を引き起こす恐れがある。 The glass fiber compositions of the present invention may also contain MgO (also referred to herein as magnesia). The glass fibers of the present invention may include compositions having no more than 5.0 weight percent magnesium oxide. Alternatively, the magnesium oxide content may be 4.5 weight percent or less. Still alternatively, the magnesium oxide content may be 4.0 weight percent or less. In further alternative embodiments, the magnesium oxide content may be 2.0 weight percent or less. In further alternative embodiments, the magnesium oxide content may be 1.5 weight percent or less. Similar to calcium oxide, the weight percentage of magnesium oxide also affects the viscosity and devitrification process of the glass fiber. Additionally, high percentages of magnesium oxide, such as greater than 5.0 weight percent, can cause poor dielectric properties.

本発明者らは、本発明の好ましい実施形態において、或る特定のガラス組成物が、このタイプのガラスに望ましい性能特性をもたらしながらも合理的、商業的及び/又は効果的に製造可能となるために酸化スズ(SnO)の存在を必要とすることを発見した。大きなカチオン種がガラス(まさに本発明者らが本明細書で作製しているガラスのタイプである)における高周波誘電損失挙動に悪影響を及ぼすことが当該技術分野で既知であることから、この元素の添加が当業者の従来の見識に反していることに留意する必要がある。ガラスにおける高周波誘電損失挙動に悪影響を与える大きなカチオン種の一例は、酸化カルシウムであり、ガラス組成物に対するその望ましいプラスの効果がマイナスの影響を上回るため、これらのタイプのガラスに限られた量で限界まで含まれる。酸化スズは、本明細書に記載されるガラス配合物に意図的に添加され、酸化カルシウムの3倍の原子量である。酸化スズの添加がこのタイプのガラスに悪い結果をもたらすこと(すなわち、サイズの差のために酸化カルシウムよりも顕著に悪い)が当業者には一般に理解されるが、本発明者らは、驚くべきことに、SnOが1.5重量パーセントの量までは、これらのガラスのDf挙動に悪影響を与えないことを発見した。したがって、本発明の一実施形態においては、酸化スズがシード及び中空フィラメントを除去するための清澄剤として本ガラス組成物に使用され、それらの品質及び性能を改善するが、所望の低誘電損失ガラス特性に顕著な影響を及ぼさず、これは酸化スズがこの特定の特性を損なうという一般的見解に反している。 The inventors have determined that in preferred embodiments of the present invention certain glass compositions can be rationally, commercially and/or effectively manufactured while still providing desirable performance characteristics for this type of glass. We have found that it requires the presence of tin oxide (SnO 2 ) for this purpose. Since it is known in the art that large cationic species adversely affect high-frequency dielectric loss behavior in glasses (which is exactly the type of glass we are making here), the use of this element It should be noted that addition goes against the conventional wisdom of those skilled in the art. One example of a large cationic species that adversely affects high-frequency dielectric loss behavior in glasses is calcium oxide, whose desirable positive effects on glass compositions outweigh the negative effects, and thus limited quantities in these types of glasses. Included to the limit. Tin oxide is intentionally added to the glass formulations described herein and is three times the atomic weight of calcium oxide. Although it is generally understood by those skilled in the art that the addition of tin oxide gives worse results in this type of glass (i.e. significantly worse than calcium oxide due to the size difference), the inventors are surprised Interestingly, we have found that SnO 2 up to an amount of 1.5 weight percent does not adversely affect the Df behavior of these glasses. Therefore, in one embodiment of the present invention, tin oxide is used in the present glass compositions as a fining agent to remove seeds and hollow filaments to improve their quality and performance, but not the desired low dielectric loss glass. It did not significantly affect the properties, which is contrary to the general opinion that tin oxide impairs this particular property.

酸化チタン(TiO)は、本発明のガラス組成物及び繊維に任意に存在するか、又は意図的に導入される。一実施形態においては、酸化チタンの重量パーセントは6.0以下である。代替的には、酸化チタンの重量パーセントは5.5以下である。更に代替的には、酸化チタンの重量パーセントは5.0以下である。酸化チタンを6重量パーセント以上とすると、特に五酸化リンと組み合わせた場合にガラス組成物及び繊維における相分離の傾向が高まるようである。酸化チタンは通例、粘度低下剤として作用し、意図的に添加されても、又は従来の原料からの不純物として存在してもよい。このため、酸化チタンは、0.01以上の重量パーセントでガラス組成物中に存在し得る。代替的には、酸化チタンは、0.05以上の重量パーセントでガラス組成物中に存在していてもよい。更に代替的には、酸化チタンは、0.1以上の重量パーセントでガラス組成物中に存在していてもよい。幾つかの実施形態においては、二酸化チタンは、0.5重量パーセント未満でガラス組成物中に存在する。 Titanium oxide (TiO 2 ) is optionally present or intentionally incorporated into the glass compositions and fibers of the present invention. In one embodiment, the weight percent of titanium oxide is 6.0 or less. Alternatively, the weight percent of titanium oxide is 5.5 or less. Still alternatively, the weight percent of titanium oxide is 5.0 or less. Titanium oxide above 6 weight percent appears to increase the propensity for phase separation in glass compositions and fibers, especially when combined with phosphorus pentoxide. Titanium oxide typically acts as a viscosity reducing agent and may be intentionally added or present as an impurity from conventional raw materials. As such, titanium oxide may be present in the glass composition at a weight percent of 0.01 or greater. Alternatively, titanium oxide may be present in the glass composition at a weight percent of 0.05 or greater. Still alternatively, titanium oxide may be present in the glass composition at a weight percent of 0.1 or greater. In some embodiments, titanium dioxide is present in the glass composition at less than 0.5 weight percent.

本発明の提示した目的は、溶融及び紡糸プロセスにとって合理的に可能な最も安定したガラスを製造することであるため、このファミリーにおいて6重量パーセントを含むそれ以下のTiOが、Tliqに悪影響を与えず、これらのガラスを紡糸不可能にするデルタT挙動(デルタT<40℃)を生じることなく許容され得ることも当業者には予想されなかったであろう。Wolfram Holand, et al., Glass Ceramic Technology, 2nd Edition, Wiley and Sons, July 2012の37頁を参照されたい。 Since the proposed objective of the present invention is to produce the most stable glass reasonably possible for the melting and spinning process, TiO2 below that, including 6 weight percent in this family, does not adversely affect Tliq . It would not have been expected by those skilled in the art that this could be tolerated without producing delta T behavior (delta T<40° C.) that renders these glasses unspinnable. See page 37 of Wolfram Holland, et al., Glass Ceramic Technology, 2nd Edition, Wiley and Sons, July 2012.

TiOは、粘度を低下させるために他の低Dガラスに許容可能な添加剤として当該技術分野で既知である。これに鑑みると、本発明者らが、任意の量の核形成剤(TiO、結晶化速度及び場合によりTliqを増加させると予想されるが、粘度(T log3)を低下させることも知られている)を組み入れることで親ガラス組成物において許容可能なデルタT範囲(T log3~Tliq)を達成することができたことは常識に反したものであった。 TiO2 is known in the art as an acceptable additive to other low Dk glasses to reduce viscosity. In view of this, we would expect that any amount of nucleating agent (TiO 2 , crystallization rate and possibly T liq would be increased, but we also know that it would reduce the viscosity (T log3). ) was able to achieve an acceptable delta T range (T log3 to T liq ) in the parent glass composition.

興味深いことに、関連の従来技術のいずれもPと有意な量のSnO及びTiOとを組み合わせた例を何ら提示しておらず、任意の相乗的な又は望ましい挙動を予測することは困難である。 Interestingly, none of the relevant prior art presents any examples of combining P2O5 with significant amounts of SnO2 and TiO2 , predicting any synergistic or desirable behavior . It is difficult.

付加的な酸化物が、本発明の範囲から逸脱することなく本発明のガラス繊維及び組成物に存在していてもよい。例えば、酸化リチウム(LiO)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)、酸化バリウム(BaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化亜鉛(ZnO)、フッ素(F又はF)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化クロム(Cr)、酸化鉄(Fe)、酸化ランタン(La)、酸化マンガン(Mn)、酸化イットリウム(Y)及び/又は酸化バナジウム(V)等の酸化物が存在していてもよい。さらに、これらの付加的な酸化物の合計は、ガラスの機能を変化させない限り、全組成の3重量パーセント以下である。代替的には、これらの付加的な酸化物の合計は、全組成の2重量パーセント以下であってもよい。更に代替的には、これらの付加的な酸化物の合計は、全組成の1.5重量パーセント以下であってもよい。更に代替的には、これらの付加的な酸化物の合計は、本発明の幾つかの実施形態においては、全組成の3.0重量パーセント、2.0重量パーセント及び/又は1.0重量パーセント以下であってもよい。 Additional oxides may be present in the glass fibers and compositions of the invention without departing from the scope of the invention. For example, lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 O), barium oxide (BaO), strontium oxide (SrO), zinc oxide (ZnO), fluorine (F or F 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), manganese oxide (Mn 2 O 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and/or oxides such as vanadium oxide (V 2 O 3 ) may be present. Further, the sum of these additional oxides is no more than 3 weight percent of the total composition, provided they do not change the functionality of the glass. Alternatively, the sum of these additional oxides may be 2 weight percent or less of the total composition. Still alternatively, the sum of these additional oxides may be 1.5 weight percent or less of the total composition. Further alternatively, the sum of these additional oxides, in some embodiments of the invention, is 3.0 weight percent, 2.0 weight percent and/or 1.0 weight percent of the total composition. It may be below.

アルカリ金属酸化物は微量であってもガラス組成物に多大な影響を与える可能性があるため、NaO、KO及びLiO等のアルカリ金属酸化物の合計は、全組成の1.0重量パーセント以下であるのが好ましい。より好ましくは、合計は全組成の0.5重量パーセント以下である。更に好ましくは、合計は全組成の0.25重量パーセント以下である。 Since even a small amount of alkali metal oxides can have a great effect on the glass composition, the sum of alkali metal oxides such as Na 2 O, K 2 O and Li 2 O should account for 1 part of the total composition. 0 weight percent or less is preferred. More preferably, the total is 0.5 weight percent or less of the total composition. More preferably, the total is no more than 0.25 weight percent of the total composition.

本発明のガラス組成物及びガラス繊維の例を本明細書に記載する。一実施形態においては、ガラス組成物及び/又はガラス繊維は、48.0重量パーセント~58.0重量パーセントのSiO、15.0重量パーセント~26.0重量パーセントのB、12.0重量パーセント~18.0重量パーセントのAl、0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのP、0.25重量パーセント超~7.0重量パーセントのCaO、5.0重量パーセント以下のMgO、0重量パーセント超~1.5重量パーセントのSnO及び6.0重量パーセント以下のTiOを含む。代替的な本発明のガラス組成物及び/又はガラス繊維は、49重量パーセント~57.5重量パーセントのSiO、15.5重量パーセント~25.5重量パーセントのB、12.5重量パーセント~17.5重量パーセントのAl、0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのP、0.25重量パーセント超~6.5重量パーセントのCaO、4.50重量パーセント以下のMgO、0重量パーセント超~1.25重量パーセントのSnO及び5.5重量パーセント以下のTiOを含み得る。更なる代替的な本発明のガラス組成物及び/又はガラス繊維には、以下の構成要素が含まれ得る:50重量パーセント~57.0重量パーセントのSiO、16.0重量パーセント~25.0重量パーセントのB、13.0重量パーセント~17.0重量パーセントのAl、0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのP、0.25重量パーセント超~6.0重量パーセントのCaO、4.0重量パーセント以下のMgO、0重量パーセント超~1.00重量パーセントのSnO及び5.0重量パーセント以下のTiOExamples of glass compositions and glass fibers of the invention are described herein. In one embodiment, the glass composition and/or glass fibers comprise 48.0 weight percent to 58.0 weight percent SiO 2 , 15.0 weight percent to 26.0 weight percent B 2 O 3 , 12 . 0 to 18.0 weight percent Al 2 O 3 , greater than 0.25 to 3.0 weight percent P 2 O 5 , greater than 0.25 to 7.0 weight percent CaO,5. 0 weight percent or less MgO, greater than 0 weight percent to 1.5 weight percent SnO 2 and 6.0 weight percent or less TiO 2 . An alternative glass composition and/or glass fiber of the present invention is 49 weight percent to 57.5 weight percent SiO 2 , 15.5 weight percent to 25.5 weight percent B 2 O 3 , 12.5 weight percent -17.5 weight percent Al 2 O 3 , >0.25 weight percent to 3.0 weight percent P 2 O 5 , >0.25 weight percent to 6.5 weight percent CaO, 4.50 weight percent % MgO, greater than 0 to 1.25 weight percent SnO 2 and up to 5.5 weight percent TiO 2 . Further alternative glass compositions and/or glass fibers of the present invention may include the following components: 50 weight percent to 57.0 weight percent SiO 2 , 16.0 weight percent to 25.0 weight percent. weight percent B 2 O 3 , 13.0 weight percent to 17.0 weight percent Al 2 O 3 , greater than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P 2 O 5 , greater than 0.25 weight percent to 6.0 weight percent CaO, 4.0 weight percent or less MgO, greater than 0 weight percent to 1.00 weight percent SnO 2 and 5.0 weight percent or less TiO 2 .

本発明のガラス組成物は、1000℃超の液相温度を有する。代替的な実施形態においては、ガラス組成物は、1050℃超の液相温度を有していてもよい。更なる代替的な実施形態においては、ガラス組成物は、1100℃超の液相温度を有していてもよい。液相温度を1000℃超又はより好ましくは1050℃超とすることは、本発明によるガラス組成物の紡糸に好都合である。 The glass composition of the present invention has a liquidus temperature above 1000°C. In alternative embodiments, the glass composition may have a liquidus temperature above 1050°C. In further alternative embodiments, the glass composition may have a liquidus temperature above 1100°C. A liquidus temperature above 1000° C. or more preferably above 1050° C. is advantageous for spinning the glass composition according to the invention.

さらに、本発明のガラス組成物は、1350℃超のT log3粘度温度を有し得る。代替的には、ガラス組成物は、1355℃超のT log3粘度温度を有していてもよい。更なる代替的な実施形態においては、ガラス組成物は、1360℃超のT log3粘度温度を有し得る。T log3粘度温度を1350℃超とすることは、本発明によるガラス組成物の紡糸に好都合である。 Additionally, the glass compositions of the present invention may have a T log3 viscosity temperature of greater than 1350°C. Alternatively, the glass composition may have a T log3 viscosity temperature greater than 1355°C. In a further alternative embodiment, the glass composition can have a T log3 viscosity temperature greater than 1360°C. A T log3 viscosity temperature of greater than 1350° C. is advantageous for spinning the glass composition according to the invention.

本発明のガラス繊維は、6以下の誘電率を有し得る。代替的には、ガラス繊維は、4.80以下の誘電率を有していてもよい。更なる代替的な実施形態においては、ガラス繊維は、4.70以下の誘電率を有していてもよい。 The glass fibers of the present invention may have a dielectric constant of 6 or less. Alternatively, the glass fiber may have a dielectric constant of 4.80 or less. In further alternative embodiments, the glass fiber may have a dielectric constant of 4.70 or less.

さらに、本発明のガラス繊維は、室温にて10GHzの周波数で38×10-4以下の損失係数を有し得る。代替的には、ガラス繊維は、室温にて10GHzの周波数で30×10-4以下の損失係数を有していてもよい。更なる代替的な実施形態においては、本発明のガラス繊維は、室温にて10GHzの周波数で28×10-4以下の損失係数を有していてもよい。 Additionally, the glass fibers of the present invention may have a loss factor of 38×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature. Alternatively, the glass fiber may have a loss factor of 30×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature. In a further alternative embodiment, the glass fibers of the present invention may have a loss factor of 28×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature.

本発明のガラス繊維は、プリント回路板等のガラス繊維強化物品に組み入れることができる。さらに、本発明のガラス繊維は織布、不織布、一方向織物、チョップドストランド、チョップドストランドマット、複合材料及び通信信号輸送媒体等の製品に関連して使用することができる。 The glass fibers of the present invention can be incorporated into glass fiber reinforced articles such as printed circuit boards. Additionally, the glass fibers of the present invention can be used in conjunction with products such as woven fabrics, nonwoven fabrics, unidirectional fabrics, chopped strands, chopped strand mats, composites and communication signal carrying media.

本発明は、連続した製造可能な低誘電ガラス繊維を提供する方法も含む。本方法は、本明細書に開示されるようなガラス組成物をガラス溶融炉の溶融ゾーンに供給する工程と、液相温度を上回る成形温度に組成物を加熱する工程と、溶融ガラスを連続紡糸して、低誘電率かつ低損失係数のガラス繊維を生成する工程とを含み得る。 The present invention also includes a method of providing continuous manufacturable low dielectric glass fibers. The method comprises the steps of feeding a glass composition as disclosed herein into a melting zone of a glass melting furnace, heating the composition to a forming temperature above the liquidus temperature, and continuously spinning the molten glass. to produce a low dielectric constant and low loss factor glass fiber.

上で論考したように、低誘電率ガラス繊維を提供するためのガラスの組成は、少なくとも一部は、上で論考した酸化物の重量パーセント、並びに二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ホウ素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化リン、酸化スズ及び/又は酸化チタンの比率及び合計重量に基づくものである。一態様においては、T log3粘度温度等の本明細書で論考される他のパラメーターに加えた、これらのパラメーターの組合せにより、本明細書に規定される低誘電率及び低損失係数を有するガラス繊維を得ることが可能である。 As discussed above, the composition of the glass to provide the low dielectric constant glass fibers is at least in part the weight percentages of the oxides discussed above, as well as silicon dioxide, aluminum oxide, boron oxide, calcium oxide, Based on the ratio and total weight of magnesium oxide, phosphorus oxide, tin oxide and/or titanium oxide. In one aspect, the combination of these parameters, in addition to other parameters discussed herein, such as T log3 viscosity temperature, results in a glass fiber having a low dielectric constant and a low loss factor as defined herein. It is possible to obtain

本分野における以前の試みと比較して、Creuxの配合物は、特許文献2の2つの例に示されるように、完全に劣ったDf挙動(10GHzでDf約0.0090)を有するガラスを例示するものである。対照的に、本発明はDf<0.0028を達成する。さらに、CreuxのT log3は1350℃未満、Tliqは1000℃未満である。 Compared to previous attempts in the field, Creux's formulation exemplifies glasses with completely inferior Df behavior (Df ~0.0090 at 10 GHz), as shown in two examples in US Pat. It is something to do. In contrast, the present invention achieves Df<0.0028. In addition, Creux has a T log3 of less than 1350°C and a T liq of less than 1000°C.

一方、Zhangは、そのガラスのDf挙動を全く記載していない。ZhangのガラスのT log3は1350℃未満であり、Tliqは全て1000℃未満である。興味深いことに、Zhangは、初晶(ウォラストナイト/ディオプサイド/カルシウム長石)が全て互いに競合するため、そのガラスが優れた失透挙動を有すると記載している。特許文献8の[0014]段落を参照されたい。 Zhang, on the other hand, does not describe the Df behavior of the glass at all. The T log3 of Zhang's glass is less than 1350°C and the T liq are all less than 1000°C. Interestingly, Zhang states that the glasses have excellent devitrification behavior because the primary crystals (wollastonite/diopside/calcium feldspar) are all in competition with each other. See paragraph [0014] of Patent Document 8.

現行の技術水準のガラスファミリーが1000℃未満のTliq及び1350℃未満のT log3粘度温度を有することから、今回記載するガラスの発明を達成するために、上記の従来技術の全てではないとしても殆どを組み合わせることに至るものではなかったことが明らかである。 Given that the state-of-the-art glass family has a T liq of less than 1000° C. and a T log3 viscosity temperature of less than 1350° C., in order to achieve the presently described glass invention, if not all of the above prior art It is clear that it did not go as far as to combine most of them.

化学組成がガラス融液から失透する初晶を主に決定するものであることが当該技術分野で既知である。Holandの4頁を参照されたい。 It is known in the art that the chemical composition primarily determines the primary crystals that devitrify from the glass melt. See Holland, page 4.

TiOがガラスの結晶化を促進し、失透させるのを助ける核形成剤としてガラス製造業者によって使用されることが当該技術分野で既知である。Holandの37頁を参照されたい。しかしながら、Moriの特許文献1、Tamuraの特許文献3、Tamuraの特許文献4及びYoshidaの特許文献6を含む従来技術のいずれも、本発明者らが本明細書に記載の量で組み合わせた場合に予期せぬ効果を生じると確信している、相当及び/又は膨大な量のP及びSnOとともにTiOを効果的に使用することを証明又は実証していない。 It is known in the art that TiO2 is used by glass manufacturers as a nucleating agent to aid in glass crystallization and devitrification. See Holland at page 37. However, none of the prior art, including Mori, US Pat. We have not proven or demonstrated the effective use of TiO2 with substantial and/or enormous amounts of P2O5 and SnO2 , which we believe will produce unexpected effects.

さらに、本発明者らは予期せぬことに、本発明の測定された誘電損失が本ガラスの結晶化挙動と密接に関係するようであることを発見した。すなわち、より高いTliq値を有するガラスは、より良好な、すなわちより低いDf特性を有する傾向がある。 Furthermore, the inventors have unexpectedly discovered that the measured dielectric loss of the present invention appears to be closely related to the crystallization behavior of the present glasses. That is, glasses with higher T liq values tend to have better or lower Df properties.

所望のDf挙動(Df<0.0028若しくは<0.0027若しくは<0.0026、又は更に低い)を達成するために、本発明者らによって本明細書に開示された処方により定義されるガラスは、より容易に、すなわちより高いTliq値、例えば1000℃超の値で失透する傾向があることが明らかである。さらに、最も望ましいDf値は、1000℃よりも大幅に高いTliqにある。 To achieve the desired Df behavior (Df<0.0028 or <0.0027 or <0.0026, or even lower), the glasses defined by the recipes disclosed herein by the inventors are , tend to devitrify more easily, i.e. at higher T liq values, eg above 1000°C. Furthermore, the most desirable Df values are at T liq significantly higher than 1000°C.

本発明者らは、更に驚くべきことに、低いDf挙動を得るのに最も望ましいガラスが、第一の失透相としてアルミノホウ酸塩ムライト(針状)結晶に結晶化し、それを形成しやすい固有のネットワーク構造を有するものであることを発見した。 The inventors have further surprisingly found that the most desirable glasses for obtaining low Df behavior crystallize in aluminoborate mullite (needle-like) crystals as the first devitrified phase, and have a unique tendency to form them. It was found that the network structure of

一方、Zhangは、そのガラスがウォラストナイト、ディオプサイド及びCa長石結晶を生成し、アルミノホウ酸塩ムライトを生成しないと明言している。 Zhang, on the other hand, states that his glasses form wollastonite, diopside and Ca-feldspar crystals, but not aluminoborate mullite.

本発明者らは、このアルミノホウ酸塩ムライト初晶域に含まれる傾向があるガラスが、良好なガラス形成及び優れた(すなわち低い)Df挙動の両方について本質的に好適なネットワーク構造を有すると推測する。 We speculate that glasses that tend to be contained in this aluminoborate mullite primary region have inherently favorable network structures for both good glass formation and excellent (i.e. low) Df behavior. do.

Creuxと同様に、Kuhn(特許文献5)によって発明されたガラスも劣ったDf挙動(Df≧0.0044)を有し、6つの実施例のうち実施例1のみが許容可能な繊維形成についてプラスのデルタTを示す(Kuhnの表IIを参照)。 Similar to Creux, the glass invented by Kuhn (US Pat. No. 5,730,900) also has poor Df behavior (Df≧0.0044), with only Example 1 out of the 6 examples being positive for acceptable fiber formation. (see Kuhn's Table II).

本発明者らの発見とともに予想外に効果的な配合物を本明細書に一般的に記載したが、以下に例示する或る特定の具体的な実施例を参照することによって更なる理解を得ることができ、実施例は、例示のみを目的として提示され、他に指定のない限り包括的又は限定的であることを意図するものではない。 Having described generally herein the unexpectedly effective formulations along with our findings, further understanding can be obtained by reference to certain specific examples illustrated below. The examples are presented for illustrative purposes only and are not intended to be exhaustive or limiting unless otherwise specified.

本発明に従って作製したガラス組成物の実施例を以下に記載する。これらの実施例に挙げられる特定の成分及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に限定すると解釈されるべきではない。これらの実施例において、また本明細書全体を通して、全てのパーセンテージ、割合及び比率は、特に示さない限り重量(質量)基準である。 Examples of glass compositions made in accordance with the present invention are described below. The specific ingredients and amounts thereof, and other conditions and details recited in these examples should not be construed to unduly limit this invention. In these examples, and throughout this specification, all percentages, parts and ratios are by weight (mass) unless otherwise indicated.

本発明の例示的なガラス組成物を下記表1~表12に示す。実施例のガラス組成物の液相温度を「Tliq」として表し、ガラス組成物が1000ポアズの粘度を有していた温度を「T」として表す(「T log3」粘度温度とも称される)。実施例のガラス組成物の液相温度及びT温度は、いくつかのガラス組成物について測定し、他のものについては算出した。実施例の組成物を用いてガラス繊維を形成し、誘電率及び損失係数は、いくつかのガラス繊維について測定し、他のものについては算出した。誘電率を「Dk」値として表し、損失係数を「Df」値として表す。 Exemplary glass compositions of the invention are shown in Tables 1-12 below. The liquidus temperature of the example glass composition is represented as "T liq" and the temperature at which the glass composition had a viscosity of 1000 poise is represented as "T 3 " (also referred to as "T log3" viscosity temperature ). The liquidus temperature and T3 temperature of the example glass compositions were measured for some glass compositions and calculated for others. Example compositions were used to form glass fibers, and the dielectric constant and loss factor were measured for some glass fibers and calculated for others. Dielectric constants are expressed as "Dk" values and loss factors are expressed as "Df" values.

Figure 2023509138000001
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表1~表12に示すサンプルガラス組成を有するバッチを通例、下記のように調製する。通例、ガラス合成は、バッチ前処理(機械的及び熱的)、第1の溶融、水中でのフリッティング又は粉砕、第2の溶融、及び最後にグラファイト鋳型へのガラスの注入を含む。 Batches having the sample glass compositions shown in Tables 1-12 are typically prepared as follows. Typically, glass synthesis involves batch pretreatment (mechanical and thermal), first melting, fritting or crushing in water, second melting, and finally pouring the glass into graphite molds.

ガラス試料は、通例、ASTM C 829-81に従って結晶化能(液相温度)について試験された。 Glass samples were typically tested for crystallization ability (liquidus temperature) according to ASTM C 829-81.

T log3粘度温度は、通例、ASTM C 965-81を用いて測定された。 T log3 viscosity temperature was typically measured using ASTM C 965-81.

10GHzでの誘電特性の測定は、通例、当該技術分野においてSPDR試験とも称されるスプリットポスト誘電体共振器(Split Post Dielectric Resonator)法を用いて行う。 Dielectric property measurements at 10 GHz are typically performed using the Split Post Dielectric Resonator method, also referred to in the art as SPDR testing.

表1~表12に示されるように、10GHzでは、実施例のガラス組成物は、4.75以下の誘電率及び28×10-4以下の損失係数を有する。具体的には、10GHzでは、誘電率は4.34~4.75であり、損失係数は19×10-4~28×10-4である。したがって、実施例のガラス組成物は、Eガラスの誘電特性より低い低誘電率及び低損失係数を示した。 As shown in Tables 1-12, at 10 GHz, the example glass compositions have dielectric constants of 4.75 or less and loss factors of 28×10 −4 or less. Specifically, at 10 GHz, the dielectric constant is between 4.34 and 4.75 and the loss factor is between 19×10 −4 and 28×10 −4 . Therefore, the glass compositions of the examples exhibited a low dielectric constant and a low loss factor that are lower than the dielectric properties of E-glass.

さらに、実施例のガラス組成物は、Dガラスの典型的なT log3粘度温度(約1400℃)と同様の1352℃~1431℃のT log3粘度温度を示した。1350℃超のT log3粘度温度を有することは、本発明によるガラス組成物の紡糸に好都合である。このため、実施例による、また本発明の実施形態によるガラス組成物は、1350℃を超える。 Additionally, the example glass compositions exhibited T log3 viscosity temperatures of 1352° C. to 1431° C., similar to the typical T log3 viscosity temperature of D-glass (about 1400° C.). Having a T log3 viscosity temperature above 1350° C. is advantageous for spinning the glass composition according to the invention. Thus, the glass compositions according to the examples and according to embodiments of the invention exceed 1350°C.

さらに、実施例のガラス組成物は、1011℃~1342℃の液相温度を示した。1000℃超、又は幾つかの実施形態においては1050℃超の液相温度を有することは、本発明によるガラス組成物の紡糸に十分である。このため、実施例による、また本発明の実施形態によるガラス組成物は、1000℃を超える。 Furthermore, the glass compositions of the examples exhibited liquidus temperatures of 1011°C to 1342°C. Having a liquidus temperature above 1000° C., or in some embodiments above 1050° C., is sufficient for spinning the glass composition according to the present invention. Thus, the glass compositions according to the examples and according to embodiments of the invention exceed 1000°C.

本発明のガラス繊維は、低誘電率及び低損失係数を有し、プリント配線板用のガラス繊維として優れている。本ガラス繊維は、高速ルーティングシステムに使用される高密度回路用のプリント配線板の強化に特に適切である。さらに、本発明の繊維の作製に使用されるガラス組成物は、優れた加工性を有する。したがって、安定した低誘電ガラス繊維を容易に生成することができる。 The glass fiber of the present invention has a low dielectric constant and a low loss factor, and is excellent as a glass fiber for printed wiring boards. The glass fibers are particularly suitable for reinforcing printed wiring boards for high density circuits used in high speed routing systems. Additionally, the glass compositions used to make the fibers of the present invention have excellent processability. Therefore, stable low-dielectric glass fibers can be easily produced.

織布、不織布、一方向織物、メリヤス製品、チョップドストランド、ロービング、フィラメント巻き製品、ガラス粉末及びマットを含むが、これらに限定されない、本発明のガラス繊維を含む様々な基材を製造することができる。これらの基材の少なくとも1つとプラスチック樹脂マトリックス(熱硬化性プラスチック、複合熱可塑性プラスチック、シートモールディングコンパウンド、バルクモールディングコンパウンド又はプリプレグ等)とから形成される複合材料も周辺通信装置等の強化に使用することができる。例えば、本発明によるガラス繊維を含む複合材料は、約300MHz~約30GHzの範囲の周波数でレーダー透過用途に使用することができる。 A variety of substrates comprising the glass fibers of the present invention can be produced including, but not limited to, wovens, nonwovens, unidirectional fabrics, knitted products, chopped strands, rovings, filament wound products, glass powders and mats. can. Composite materials formed from at least one of these substrates and a plastic resin matrix (thermosetting plastics, composite thermoplastics, sheet molding compounds, bulk molding compounds, prepregs, etc.) are also used to strengthen peripheral communication devices and the like. be able to. For example, composite materials containing glass fibers according to the present invention can be used in radar transmission applications at frequencies ranging from about 300 MHz to about 30 GHz.

開示及び記載された方法は、ガラス繊維に関する。ガラス繊維は、抵抗加熱又は他の手段を動力源とする紡糸ブッシングの基部に位置する開口部から流れ出る溶融ガラスの流れを機械的に減衰させることによって得ることができる。これらのガラス繊維は、有機及び/又は無機マトリックスを有する複合材料に使用されるメッシュ及び織物の製造を特に対象としたものであり得る。 The methods disclosed and described relate to glass fibers. Glass fibers can be obtained by mechanically dampening a stream of molten glass flowing out of an opening located at the base of a spinning bushing powered by resistive heating or other means. These glass fibers may be of particular interest for the production of meshes and fabrics used in composites with organic and/or inorganic matrices.

必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示される。しかしながら、様々な代替的な形態で具現化され得る開示の実施形態が本発明の単なる例示であることを理解されたい。したがって、本明細書に開示される具体的な構造及び機能の詳細は、限定的に解釈すべきではなく、単に特許請求の範囲の根拠として、また本発明を様々に用いることを当業者に教示するための代表的な根拠として解釈される。添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、好ましい実施形態及び実施例の上述の記載に対して多くの変更及び置換を行うことができることが当業者には明らかである。 As required, detailed embodiments of the present invention are disclosed herein. However, it is to be understood that the disclosed embodiments, which may be embodied in various and alternative forms, are merely exemplary of the invention. Therefore, the specific structural and functional details disclosed herein are not to be construed as limiting, but merely as a basis for the claims and to teach those skilled in the art to various uses of the invention. It is interpreted as representative grounds for It will be appreciated by those skilled in the art that many changes and substitutions can be made to the above description of preferred embodiments and examples without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. it is obvious.

本発明の様々な実施形態及び実施例を上に記載したが、これらの記載は、例示及び説明を目的として提示される。上に開示された実施形態、システム及び方法からの変形、変更、修正及び逸脱は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく採用することができる。
Various embodiments and examples of the invention have been described above, and these descriptions are presented for purposes of illustration and description. Variations, modifications, modifications and deviations from the above disclosed embodiments, systems and methods may be employed without departing from the spirit and scope of the present invention.

Claims (19)

ガラス組成物であって、
48.0重量パーセント~58.0重量パーセントのSiOを含み、
15.0重量パーセント~26.0重量パーセントのBを含み、
12.0重量パーセント~18.0重量パーセントのAlを含み、
0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを含み、
0.25重量パーセント超~7.0重量パーセントのCaOを含み、
5.0重量パーセント以下のMgOを含み、
0重量パーセント超~1.5重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ、
6.0重量パーセント以下のTiOを含み、
1350℃超の温度で1000ポアズのガラス粘度を有し、1000℃超の液相温度を有する、ガラス組成物。
A glass composition,
48.0 weight percent to 58.0 weight percent SiO2 ,
15.0 weight percent to 26.0 weight percent B2O3 ;
12.0 weight percent to 18.0 weight percent Al 2 O 3 ;
more than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P2O5 ;
more than 0.25 weight percent to 7.0 weight percent CaO;
5.0 weight percent or less of MgO,
consisting essentially of greater than 0 weight percent to 1.5 weight percent SnO 2 , and
containing not more than 6.0 weight percent TiO2 ,
A glass composition having a glass viscosity of 1000 poise at temperatures above 1350°C and a liquidus temperature above 1000°C.
49.0重量パーセント~57.5重量パーセントのSiOを更に含み、
15.5重量パーセント~25.5重量パーセントのBを更に含み、
12.5重量パーセント~17.50重量パーセントのAlを更に含み、
0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを更に含み、
0.25重量パーセント超~6.5重量パーセントのCaOを更に含み、
4.5重量パーセント以下のMgOを更に含み、
0重量パーセント超~1.25重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ、
5.5重量パーセント以下のTiOを更に含む、
請求項1に記載のガラス組成物。
further comprising from 49.0 weight percent to 57.5 weight percent SiO2 ;
further comprising 15.5 weight percent to 25.5 weight percent B2O3 ;
further comprising 12.5 weight percent to 17.50 weight percent Al 2 O 3 ;
further comprising from greater than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P2O5 ;
further comprising from greater than 0.25 weight percent to 6.5 weight percent CaO;
further comprising no more than 4.5 weight percent MgO;
consisting essentially of greater than 0 weight percent to 1.25 weight percent SnO 2 , and
further comprising no more than 5.5 weight percent TiO2 ;
A glass composition according to claim 1 .
50.0重量パーセント~57.0重量パーセントのSiOを更に含み、
16.0重量パーセント~25.0重量パーセントのBを更に含み、
13.0重量パーセント~17.0重量パーセントのAlを更に含み、
0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを更に含み、
0.25重量パーセント超~6.0重量パーセントのCaOを更に含み、
4.0重量パーセント以下のMgOを更に含み、
0重量パーセント超~1.0重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ、
5.0重量パーセント以下のTiOを更に含む、
請求項1に記載のガラス組成物。
further comprising from 50.0 weight percent to 57.0 weight percent SiO2 ;
further comprising 16.0 weight percent to 25.0 weight percent B2O3 ;
further comprising 13.0 weight percent to 17.0 weight percent Al 2 O 3 ;
further comprising from greater than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P2O5 ;
further comprising from greater than 0.25 weight percent to 6.0 weight percent CaO;
further comprising 4.0 weight percent or less of MgO;
consisting essentially of greater than 0 to 1.0 weight percent SnO 2 , and
further comprising no more than 5.0 weight percent TiO2 ;
A glass composition according to claim 1 .
49.0重量パーセント以上のSiO
57.5重量パーセント以下のSiO
15.5重量パーセント以上のB
25.5重量パーセント以下のB
12.50重量パーセント以上のAl
17.50重量パーセント以下のAl
0.25重量パーセント超のP
3.0重量パーセント以下のP
0.25重量パーセント超のCaO、
6.5重量パーセント以下のCaO、
4.5重量パーセント以下のMgO、
0重量パーセント超のSnO
1.25重量パーセント以下のSnO、及び/又は、
5.5重量パーセント以下のTiO
の1つ以上を更に含む、請求項1に記載のガラス組成物。
49.0 weight percent or more of SiO2 ,
57.5 weight percent or less of SiO2 ;
15.5 weight percent or more B2O3 ,
25.5 weight percent or less B2O3 ,
12.50 weight percent or more Al2O3 ,
17.50 weight percent or less Al 2 O 3 ,
greater than 0.25 weight percent P2O5 ;
3.0 weight percent or less P2O5 ;
greater than 0.25 weight percent CaO;
6.5 weight percent or less CaO;
4.5 weight percent or less MgO;
more than 0 weight percent SnO2 ,
1.25 weight percent or less of SnO2 , and/or
5.5 weight percent or less TiO2 ,
2. The glass composition of claim 1, further comprising one or more of:
50.0重量パーセント以上のSiO
57.0重量パーセント以下のSiO
16.0重量パーセント以上のB
25.0重量パーセント以下のB
13.0重量パーセント以上のAl
17.0重量パーセント以下のAl
0.25重量パーセント超のP
3.0重量パーセント以下のP
0.25重量パーセント超のCaO、
6.0重量パーセント以下のCaO、
4.0重量パーセント以下のMgO、
0重量パーセント超のSnO
1.0重量パーセント以下のSnO、及び/又は、
5.0重量パーセント以下のTiO
の1つ以上を更に含む、請求項1に記載のガラス組成物。
50.0 weight percent or more of SiO2 ,
57.0 weight percent or less of SiO2 ;
16.0 weight percent or more B2O3 ,
25.0 weight percent or less B2O3 ,
13.0 weight percent or more Al 2 O 3 ,
Al 2 O 3 up to 17.0 weight percent;
greater than 0.25 weight percent P2O5 ;
3.0 weight percent or less P2O5 ;
greater than 0.25 weight percent CaO;
6.0 weight percent or less CaO;
4.0 weight percent or less MgO;
more than 0 weight percent SnO2 ,
1.0 weight percent or less SnO 2 , and/or
5.0 weight percent or less TiO2 ,
2. The glass composition of claim 1, further comprising one or more of:
第一の失透相として、アルミノホウ酸塩ムライト結晶に結晶化し、それを形成しやすい固有のネットワーク構造を有する、請求項1に記載のガラス組成物。 2. The glass composition of claim 1, wherein as the first devitrified phase, the glass composition has a unique network structure that is prone to crystallize and form aluminoborate mullite crystals. 請求項1に記載のガラス組成物をガラス溶融炉の溶融ゾーンに供給する工程と、
液相温度を上回る成形温度に前記組成物を加熱する工程と、
前記溶融ガラスを連続紡糸して、低誘電率かつ低損失係数のガラス繊維を生成する工程と、
を含む、連続した製造可能な低誘電ガラス繊維を提供する方法。
supplying the glass composition of claim 1 to a melting zone of a glass melting furnace;
heating the composition to a molding temperature above the liquidus temperature;
continuously spinning the molten glass to produce glass fibers with a low dielectric constant and a low loss factor;
A method of providing a continuous manufacturable low dielectric glass fiber comprising:
48.0重量パーセント~58.0重量パーセントのSiOを含み、
15.0重量パーセント~26.0重量パーセントのBを含み、
12.0重量パーセント~18.0重量パーセントのAlを含み、
0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを含み、
0.25重量パーセント超~7.00重量パーセントのCaOを含み、
5.0重量パーセント以下のMgOを含み、
0重量パーセント超~1.5重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ、
6.0重量パーセント以下のTiOを含み、
1350℃超の温度で1000ポアズのガラス粘度を有し、1000℃超の液相温度を有するガラス組成物から形成される低誘電ガラス繊維。
48.0 weight percent to 58.0 weight percent SiO2 ,
15.0 weight percent to 26.0 weight percent B2O3 ;
12.0 weight percent to 18.0 weight percent Al 2 O 3 ;
more than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P2O5 ;
more than 0.25 weight percent to 7.00 weight percent CaO;
5.0 weight percent or less of MgO,
consisting essentially of greater than 0 weight percent to 1.5 weight percent SnO 2 , and
containing not more than 6.0 weight percent TiO2 ,
A low dielectric glass fiber having a glass viscosity of 1000 poise at temperatures greater than 1350°C and formed from a glass composition having a liquidus temperature greater than 1000°C.
前記ガラス組成物が、
49.0重量パーセント~57.5重量パーセントのSiOを更に含み、
15.5重量パーセント~25.5重量パーセントのBを更に含み、
12.5重量パーセント~17.50重量パーセントのAlを更に含み、
0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを更に含み、
0.25重量パーセント超~6.5重量パーセントのCaOを更に含み、
4.5重量パーセント以下のMgOを更に含み、
0重量パーセント超~1.25重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ、
5.5重量パーセント以下のTiOを更に含む、
請求項8に記載の低誘電ガラス繊維。
The glass composition is
further comprising from 49.0 weight percent to 57.5 weight percent SiO2 ;
further comprising 15.5 weight percent to 25.5 weight percent B2O3 ;
further comprising 12.5 weight percent to 17.50 weight percent Al 2 O 3 ;
further comprising from greater than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P2O5 ;
further comprising from greater than 0.25 weight percent to 6.5 weight percent CaO;
further comprising no more than 4.5 weight percent MgO;
consisting essentially of greater than 0 weight percent to 1.25 weight percent SnO 2 , and
further comprising no more than 5.5 weight percent TiO2 ;
The low dielectric glass fiber according to claim 8.
前記ガラス組成物が、
50.0重量パーセント~57.0重量パーセントのSiOを更に含み、
16.0重量パーセント~25.0重量パーセントのBを更に含み、
13.0重量パーセント~17.0重量パーセントのAlを更に含み、
0.25重量パーセント超~3.0重量パーセントのPを更に含み、
0.25重量パーセント超~6.0重量パーセントのCaOを更に含み、
4.0量パーセント以下のMgOを更に含み、
0重量パーセント超~1.0重量パーセントのSnOから実質的になり、かつ、
5.0重量パーセント以下のTiOを更に含む、
請求項8に記載の低誘電ガラス繊維。
The glass composition is
further comprising from 50.0 weight percent to 57.0 weight percent SiO2 ;
further comprising 16.0 weight percent to 25.0 weight percent B2O3 ;
further comprising 13.0 weight percent to 17.0 weight percent Al 2 O 3 ;
further comprising from greater than 0.25 weight percent to 3.0 weight percent P2O5 ;
further comprising from greater than 0.25 weight percent to 6.0 weight percent CaO;
4.0 weight percent or less of MgO,
consisting essentially of greater than 0 to 1.0 weight percent SnO 2 , and
further comprising no more than 5.0 weight percent TiO2 ;
The low dielectric glass fiber according to claim 8.
前記ガラス組成物が、
49.0重量パーセント以上のSiO
57.5重量パーセント以下のSiO
15.5重量パーセント以上のB
25.5重量パーセント以下のB
12.5重量パーセント以上のAl
17.50重量パーセント以下のAl
0.25重量パーセント超のP
3.0重量パーセント以下のP
0.25重量パーセント超のCaO、
6.5重量パーセント以下のCaO、
4.5重量パーセント以下のMgO、
0重量パーセント超のSnO
1.25重量パーセント以下のSnO、及び/又は、
5.5重量パーセント以下のTiO
の1つ以上を更に含む、請求項8に記載の低誘電ガラス繊維。
The glass composition is
49.0 weight percent or more of SiO2 ,
57.5 weight percent or less of SiO2 ;
15.5 weight percent or more B2O3 ,
25.5 weight percent or less B2O3 ,
12.5 weight percent or more Al 2 O 3 ,
17.50 weight percent or less Al 2 O 3 ,
greater than 0.25 weight percent P2O5 ;
3.0 weight percent or less P2O5 ;
greater than 0.25 weight percent CaO;
6.5 weight percent or less CaO;
4.5 weight percent or less MgO;
more than 0 weight percent SnO2 ,
1.25 weight percent or less of SnO2 , and/or
5.5 weight percent or less TiO2 ,
9. The low dielectric glass fiber of claim 8, further comprising one or more of:
前記ガラス組成物が、
50.0重量パーセント以上のSiO
57.0重量パーセント以下のSiO
16.0重量パーセント以上のB
25.0重量パーセント以下のB
13.0重量パーセント以上のAl
17.0重量パーセント以下のAl
0.25重量パーセント超のP
3.0重量パーセント以下のP
0.25重量パーセント超のCaO、
6.0重量パーセント以下のCaO、
4.0重量パーセント以下のMgO、
0重量パーセント超のSnO
1.0重量パーセント以下のSnO及び/又は、
5.0重量パーセント以下のTiO
の1つ以上を更に含む、請求項8に記載の低誘電ガラス繊維。
The glass composition is
50.0 weight percent or more of SiO2 ,
57.0 weight percent or less of SiO2 ;
16.0 weight percent or more B2O3 ,
25.0 weight percent or less B2O3 ,
13.0 weight percent or more Al 2 O 3 ,
Al 2 O 3 up to 17.0 weight percent;
greater than 0.25 weight percent P2O5 ;
3.0 weight percent or less P2O5 ;
greater than 0.25 weight percent CaO;
6.0 weight percent or less CaO;
4.0 weight percent or less MgO;
more than 0 weight percent SnO2 ,
1.0 weight percent or less of SnO2 and/or
5.0 weight percent or less TiO2 ,
9. The low dielectric glass fiber of claim 8, further comprising one or more of:
室温にて10GHzの周波数で6以下の誘電率及び/又は38×10-4以下の損失係数を有する、請求項8に記載のガラス繊維。 9. The glass fiber according to claim 8, having a dielectric constant of 6 or less and/or a loss factor of 38×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature. 室温にて10GHzの周波数で4.80以下の誘電率及び/又は30×10-4以下の損失係数を有する、請求項8に記載のガラス繊維。 9. The glass fiber according to claim 8, having a dielectric constant of 4.80 or less and/or a loss factor of 30×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature. 室温にて10GHzの周波数で4.70以下の誘電率及び/又は28×10-4以下の損失係数を有する、請求項8に記載のガラス繊維。 9. The glass fiber according to claim 8, having a dielectric constant of 4.70 or less and/or a loss factor of 28×10 −4 or less at a frequency of 10 GHz at room temperature. 請求項8に記載のガラス繊維を含むガラス繊維強化物品。 A glass fiber reinforced article comprising the glass fiber of claim 8. プリント回路板である、請求項16に記載のガラス繊維強化物品。 17. The glass fiber reinforced article of claim 16, which is a printed circuit board. アルミノホウ酸塩ムライト結晶に結晶化し、それを形成しやすい固有のネットワーク構造を有するガラス組成物から形成される、請求項8に記載のガラス繊維。 9. The glass fiber of claim 8, formed from a glass composition having a unique network structure that tends to crystallize and form aluminoborate mullite crystals. プリント回路板、織布、不織布、一方向織物、チョップドストランド、チョップドストランドマット、複合材料及び通信信号輸送媒体からなる群から選択される、請求項8に記載のガラス繊維を含む製品。 9. A product comprising glass fibers according to claim 8 selected from the group consisting of printed circuit boards, woven fabrics, non-woven fabrics, unidirectional fabrics, chopped strands, chopped strand mats, composite materials and communication signal carrying media.
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