JP2024072725A - ガラス繊維およびガラス繊維用組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】 耐酸性およびヤング率のバランスに優れたガラス繊維に適したガラス組成物を提供する。【解決手段】 質量％で表示して、ＳｉＯ2：５０～６５％、Ａｌ2Ｏ3：１０～３５％、ＭｇＯ：１０～２０％、ＣａＯ：０～７％、ＴｉＯ2：０～５％、ＺｒＯ2：０～５％を含み、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が５８％以上であり、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が０．１％以上であり、ＭｇＯの含有率が１０％以上１６％未満である場合には、０．１％以上のＺｒＯ2を含む、ガラス繊維用ガラス組成物。とする。【選択図】なし
Description
本発明は、ガラス繊維と、ガラス繊維に適したガラス組成物に関する。
実用に供されているガラス繊維の多くはそのヤング率が９０ＧＰａ以下であるガラス組成物により構成されている。ただし、ヤング率が９０ＧＰａを超えるガラス組成物も知られている。例えば、特許文献１には、多量の希土類酸化物を配合したガラス組成物が開示されている。特許文献１のガラス組成物におけるＹ2Ｏ3およびＬａ2Ｏ3の含有率の合計は、２０～６０重量％の範囲にある。しかし、希土類酸化物の含有率が高いと製造コストが上昇する。これを考慮し、特許文献２には、多量の希土類酸化物を必要とすることなく、ガラス組成物のヤング率を向上させる技術が開示されている。特許文献２のガラス組成物は、ヤング率を向上させる成分として、モル％で表示して１５～３０％のＭｇＯを含有する。
特許文献２では、ガラス組成物の耐酸性については検討されていない。そこで、本発明は、ヤング率が高く、耐酸性に優れたガラス繊維と、そのようなガラス繊維の製造に適したガラス組成物を提供することを目的とする。
本発明者は、ガラス成分の配合比率について検討を重ね、耐酸性およびヤング率のバランスに優れたガラス繊維に適したガラス組成物を完成させた。
本発明は、
質量％で表示して、
ＳｉＯ2 ５０～６５％
Ａｌ2Ｏ3 １０～３５％
ＭｇＯ １０～２０％
ＣａＯ ０～７％
ＴｉＯ2 ０～５％
ＺｒＯ2 ０～５％
を含み、
ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が５８％以上であり、
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が０．１％以上であり、
ＭｇＯの含有率が１０％以上１６％未満である場合には、０．１％以上のＺｒＯ2を含む、ガラス繊維用ガラス組成物、を提供する。
質量％で表示して、
ＳｉＯ2 ５０～６５％
Ａｌ2Ｏ3 １０～３５％
ＭｇＯ １０～２０％
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ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が５８％以上であり、
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が０．１％以上であり、
ＭｇＯの含有率が１０％以上１６％未満である場合には、０．１％以上のＺｒＯ2を含む、ガラス繊維用ガラス組成物、を提供する。
また、本発明は、本発明によるガラス繊維用ガラス組成物を含むガラス繊維、を提供する。
本発明によれば、耐酸性およびヤング率のバランスに優れたガラス繊維と、そのようなガラス繊維に適したガラス繊維用ガラス組成物が提供される。
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の説明は本発明を特定の実施形態に限定する趣旨ではない。本明細書において、以降のガラス組成物の成分の含有率は、すべて質量％により示し、基本的に質量％は「％」と表示する。本明細書において、「実質的に含有しない」および「実質的に含有されていない」は、含有率が、０．１質量％未満、０．０５質量％未満、０．０１質量％未満、０．００５質量％未満、さらに０．００３質量％未満、場合によっては０．００１質量％未満であることを意味する。「実質的に」は、ガラス原料、製造装置などに由来する微量の不純物の含有を許容する趣旨である。「アルカリ金属酸化物」は、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏを意味し、Ｒ2Ｏと表記することがある。以下に述べる含有率の上限および下限は、上限および下限が個別に記載されている場合、上限および下限が範囲として記載されている場合の両方において、任意に組み合わせることができる。
［ガラス組成物］
＜成分＞
以下、本実施形態のガラス組成物を構成しうる各成分について説明する。
＜成分＞
以下、本実施形態のガラス組成物を構成しうる各成分について説明する。
（ＳｉＯ2）
ＳｉＯ2は、ガラスの骨格を形成する成分であり、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整し、耐酸性を向上させる成分でもある。ＳｉＯ2の含有率は、例えば５０～６５％である。ＳｉＯ2の含有率の下限は、５５％以上、５７％以上、５７．５％以上、５８％以上、５９％以上、５９．６％以上、５９．８％以上、さらに６０％以上であってもよい。ＳｉＯ2の含有率の上限は、６３％以下、６２．３％以下、６２％以下、６１．８％、６１．５％以下、さらに６１％以下であってもよい。ＳｉＯ2の含有率は、５５～６２％、さらに５７．５～６１．５％であってもよい。
ＳｉＯ2は、ガラスの骨格を形成する成分であり、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整し、耐酸性を向上させる成分でもある。ＳｉＯ2の含有率は、例えば５０～６５％である。ＳｉＯ2の含有率の下限は、５５％以上、５７％以上、５７．５％以上、５８％以上、５９％以上、５９．６％以上、５９．８％以上、さらに６０％以上であってもよい。ＳｉＯ2の含有率の上限は、６３％以下、６２．３％以下、６２％以下、６１．８％、６１．５％以下、さらに６１％以下であってもよい。ＳｉＯ2の含有率は、５５～６２％、さらに５７．５～６１．５％であってもよい。
（Ａｌ2Ｏ3）
Ａｌ2Ｏ3は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整し、ガラスの耐水性の向上に寄与する成分である。Ａｌ2Ｏ3の含有率は、例えば１０～３５％である。Ａｌ2Ｏ3の含有率の下限は、例えば１５％以上、１７％以上、１９％以上、１９．５％以上、１９．７％以上、さらに２０％以上であってもよい。Ａｌ2Ｏ3の含有率の上限は、３０％以下、２８％以下、２５％以下、２２％以下、２１％以下、２０．８％以下、さらに２０．６％以下であってもよい。Ａｌ2Ｏ3の含有率は、１５～３０％、さらに１９．７～２０．６％であってもよい。ただし後述するとおり、ＭｇＯの含有率が１６％未満の範囲にある場合、Ａｌ2Ｏ3の含有率は、２２～２９％、さらに２３．５～２８％であってもよい。
Ａｌ2Ｏ3は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整し、ガラスの耐水性の向上に寄与する成分である。Ａｌ2Ｏ3の含有率は、例えば１０～３５％である。Ａｌ2Ｏ3の含有率の下限は、例えば１５％以上、１７％以上、１９％以上、１９．５％以上、１９．７％以上、さらに２０％以上であってもよい。Ａｌ2Ｏ3の含有率の上限は、３０％以下、２８％以下、２５％以下、２２％以下、２１％以下、２０．８％以下、さらに２０．６％以下であってもよい。Ａｌ2Ｏ3の含有率は、１５～３０％、さらに１９．７～２０．６％であってもよい。ただし後述するとおり、ＭｇＯの含有率が１６％未満の範囲にある場合、Ａｌ2Ｏ3の含有率は、２２～２９％、さらに２３．５～２８％であってもよい。
（Ｂ2Ｏ3）
Ｂ2Ｏ3は、ガラスの骨格を形成し、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する任意成分である。Ｂ2Ｏ3の含有率は、例えば０～１．５％である。Ｂ2Ｏ3の含有率の下限は、０．０２％以上であってもよい。Ｂ2Ｏ3の含有率の上限は、１．２％以下、１％以下、０．５％以下、０．３％以下、０．１％以下、さらに０．０８％以下であってもよい。Ｂ2Ｏ3は、実質的に含有されていなくてもよい。
Ｂ2Ｏ3は、ガラスの骨格を形成し、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する任意成分である。Ｂ2Ｏ3の含有率は、例えば０～１．５％である。Ｂ2Ｏ3の含有率の下限は、０．０２％以上であってもよい。Ｂ2Ｏ3の含有率の上限は、１．２％以下、１％以下、０．５％以下、０．３％以下、０．１％以下、さらに０．０８％以下であってもよい。Ｂ2Ｏ3は、実質的に含有されていなくてもよい。
（ＭｇＯ）
ＭｇＯは、ヤング率の向上に寄与し、失透温度、粘度等に影響を与える成分である。ＭｇＯの含有率は、例えば１０～２０％である。ＭｇＯの含有率の下限は、１２％以上、１４％以上、１６％以上、１６．５％以上、１６．６％以上、１６．８％以上、さらに１７％以上であってもよい。ＭｇＯの含有率の上限は、１９％以下、１８％以下、１７．８％以下、１７．７％以下、さらに１７．６％以下であってもよい。ＭｇＯの含有率は、１２～２０％、さらに、１４～１９％であってもよい。ＭｇＯの含有率が１６％未満である場合は、ＺｒＯ2の添加が推奨される。
ＭｇＯは、ヤング率の向上に寄与し、失透温度、粘度等に影響を与える成分である。ＭｇＯの含有率は、例えば１０～２０％である。ＭｇＯの含有率の下限は、１２％以上、１４％以上、１６％以上、１６．５％以上、１６．６％以上、１６．８％以上、さらに１７％以上であってもよい。ＭｇＯの含有率の上限は、１９％以下、１８％以下、１７．８％以下、１７．７％以下、さらに１７．６％以下であってもよい。ＭｇＯの含有率は、１２～２０％、さらに、１４～１９％であってもよい。ＭｇＯの含有率が１６％未満である場合は、ＺｒＯ2の添加が推奨される。
（ＣａＯ）
ＣａＯは、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する任意成分である。ＣａＯの含有率は、例えば０～７％である。ＣａＯの含有率の下限は、０．１％以上、０．３％以上、０．５％以上、さらに０．７％以上であってもよい。ＣａＯの含有率の上限は、５％以下、３％以下、２％以下、１．５％以下、１．４％以下、１．３％以下、１．２％以下、さらに１％以下であってもよい。
ＣａＯは、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する任意成分である。ＣａＯの含有率は、例えば０～７％である。ＣａＯの含有率の下限は、０．１％以上、０．３％以上、０．５％以上、さらに０．７％以上であってもよい。ＣａＯの含有率の上限は、５％以下、３％以下、２％以下、１．５％以下、１．４％以下、１．３％以下、１．２％以下、さらに１％以下であってもよい。
（アルカリ金属酸化物）
アルカリ金属酸化物（Ｒ2Ｏ）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する任意成分である。アルカリ金属酸化物の含有率の合計、具体的には［Ｌｉ2Ｏ］＋［Ｎａ2Ｏ］＋［Ｋ2Ｏ］、は、例えば０～３％である。アルカリ金属酸化物の含有率の下限は、０．０５％以上、０．１％以上、０．２％以上、さらに０．３％以上であってもよい。Ｒ2Ｏの含有率の上限は、２％以下、１．５％以下、１．２％以下、１．０％以下、０．９％以下、さらに０．８％以下であってもよい。Ｒ2Ｏの含有率が高いと、ヤング率が十分に上昇しない場合がある。
アルカリ金属酸化物（Ｒ2Ｏ）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する任意成分である。アルカリ金属酸化物の含有率の合計、具体的には［Ｌｉ2Ｏ］＋［Ｎａ2Ｏ］＋［Ｋ2Ｏ］、は、例えば０～３％である。アルカリ金属酸化物の含有率の下限は、０．０５％以上、０．１％以上、０．２％以上、さらに０．３％以上であってもよい。Ｒ2Ｏの含有率の上限は、２％以下、１．５％以下、１．２％以下、１．０％以下、０．９％以下、さらに０．８％以下であってもよい。Ｒ2Ｏの含有率が高いと、ヤング率が十分に上昇しない場合がある。
Ｌｉ2Ｏの含有率は、例えば０～１．５％である。Ｌｉ2Ｏの含有率の下限は、０．１％以上、０．２％以上であり、０．３％以上、さらに０．４％以上であってもよい。Ｌｉ2Ｏの含有率の上限は、１％以下、０．８％以下、０．６％以下、さらに０．５％以下であってもよい。Ｌｉ2Ｏの含有率の好ましい一例は、０．１～０．８％である。Ｌｉ2Ｏは、ヤング率を低下させる影響を抑制しながら失透温度等の特性を調整することに関しては、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏより有利である。Ｌｉ2Ｏの含有率は、Ｎａ2Ｏの含有率より高くてもよく、Ｋ2Ｏの含有率より高くてもよく、Ｎａ2Ｏの含有率およびＫ2Ｏの含有率の合計より高くてもよい。もっとも、Ｌｉ2Ｏは、実質的に含有されていなくてもよい。
Ｎａ2Ｏの含有率は、例えば０～１％である。Ｎａ2Ｏの含有率の上限は、０．５％以下、０．２％以下、０．１８％以下、０．１５％以下、０．１３％以下、０．１％以下、さらに０．０８％以下であってもよい。Ｎａ2Ｏは、実質的に含有されていなくてもよい。Ｋ2Ｏの含有率は、例えば０～０．５％である。Ｋ2Ｏの含有率の上限は、０．３％以下、０．１％以下、０．０８％以下、さらに０．０６％以下、さらに０．０４％以下であってもよい。Ｋ2Ｏは、実質的に含有されていなくてもよい。
Ｎａ2Ｏの含有率およびＫ2Ｏの含有率の合計は、０～１％、０～０．５％、さらに０～０．３％の範囲内にあってもよい。
（ＴｉＯ2およびＺｒＯ2）
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2は、耐酸性の向上に寄与しうる任意成分である。ただし、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2から選択される少なくとも１つは添加することが望ましい。特にＺｒＯ2は、ＭｇＯによるヤング率向上の効果を補い得る成分であることが見い出された。ＴｉＯ2の含有率およびＺｒＯ2の含有率の合計の下限は、０．１％以上、０．３％以上、０．５％以上、０．８％以上、１％以上、さらに１．５％以上であってもよい。ＴｉＯ2の含有率およびＺｒＯ2の含有率の合計の上限は、５％以下、４％以下、３．５％以下、３％以下、さらに２．５％以下であってもよい。本実施形態では、例えば、ＴｉＯ2の含有率およびＺｒＯ2の含有率の合計は、０．５～５％、０．８～４％、１～３．５％の範囲にあってもよい。
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2は、耐酸性の向上に寄与しうる任意成分である。ただし、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2から選択される少なくとも１つは添加することが望ましい。特にＺｒＯ2は、ＭｇＯによるヤング率向上の効果を補い得る成分であることが見い出された。ＴｉＯ2の含有率およびＺｒＯ2の含有率の合計の下限は、０．１％以上、０．３％以上、０．５％以上、０．８％以上、１％以上、さらに１．５％以上であってもよい。ＴｉＯ2の含有率およびＺｒＯ2の含有率の合計の上限は、５％以下、４％以下、３．５％以下、３％以下、さらに２．５％以下であってもよい。本実施形態では、例えば、ＴｉＯ2の含有率およびＺｒＯ2の含有率の合計は、０．５～５％、０．８～４％、１～３．５％の範囲にあってもよい。
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2は、それぞれ例えば０～５％の範囲で添加される。ＴｉＯ2の含有率およびＺｒＯ2の含有率は、それぞれ０．１％以上、０．３％以上、０．５％以上、１％以上、さらに１．２％以上であってもよい。ＴｉＯ2の含有率およびＺｒＯ2の含有率は、それぞれ４％以下、３％以下、２．５％以下、さらに２％以下であってもよい。ただし、ＴｉＯ2またはＺｒＯ2は、実質的に含有されていなくてもよい。
（ＺｎＯ）
ＺｎＯは添加が許容される任意成分である。ＺｎＯは、例えば０～３％、さらに０～１．５％の範囲で添加される。ＺｎＯの含有率の上限は、１．４％以下、１％以下、さらに０．５％以下であってもよい。ＺｎＯは、実質的に含有されていなくてもよい。
ＺｎＯは添加が許容される任意成分である。ＺｎＯは、例えば０～３％、さらに０～１．５％の範囲で添加される。ＺｎＯの含有率の上限は、１．４％以下、１％以下、さらに０．５％以下であってもよい。ＺｎＯは、実質的に含有されていなくてもよい。
（Ｆ2）
Ｆ2も清澄などのために添加が許容される任意成分である。Ｆ2は、例えば０～０．５％、さらに０～０．１％の範囲で添加される。Ｆ2の含有率の上限は、０．０８％以下であってもよい。Ｆ2は、実質的に含有されていなくてもよい。
Ｆ2も清澄などのために添加が許容される任意成分である。Ｆ2は、例えば０～０．５％、さらに０～０．１％の範囲で添加される。Ｆ2の含有率の上限は、０．０８％以下であってもよい。Ｆ2は、実質的に含有されていなくてもよい。
（ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2）
ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計（ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2）は、例えば５８％以上である。ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計は、５８．５％以上、５９％以上、５９．５％以上、６０％以上、６０．５％以上、さらに６１％以上であってもよい。（ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2）が高いガラス組成物は、優れた耐酸性の実現に適している。（ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2）の上限は、特に制限されないが、例えば、６３．５％以下、６３％以下、さらに６２．５％以下である。
ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計（ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2）は、例えば５８％以上である。ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計は、５８．５％以上、５９％以上、５９．５％以上、６０％以上、６０．５％以上、さらに６１％以上であってもよい。（ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2）が高いガラス組成物は、優れた耐酸性の実現に適している。（ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2＋ＺｒＯ2）の上限は、特に制限されないが、例えば、６３．５％以下、６３％以下、さらに６２．５％以下である。
（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ）
ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、およびＭｇＯの成分の含有率の合計（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ）は、９５％以上、９６％以上、９７％以上、さらに９７．５％以上であってもよい。（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ）は、例えば９９％以下、さらに９８．５％以下であってもよい。
ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、およびＭｇＯの成分の含有率の合計（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ）は、９５％以上、９６％以上、９７％以上、さらに９７．５％以上であってもよい。（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ）は、例えば９９％以下、さらに９８．５％以下であってもよい。
（ＣａＯ＋Ｒ2Ｏ）
ＣａＯおよびアルカリ金属酸化物（Ｒ2Ｏ）の添加は、ガラス組成物の失透温度の調整に適している。ＣａＯの含有率およびＲ2Ｏの含有率の合計（ＣａＯ＋Ｒ2Ｏ）は、０～２．５％であってもよい。（ＣａＯ＋Ｒ2Ｏ）の下限は、０．０５％以上、０．１％以上、０．３％以上、０．５％以上、０．７％以上、さらに１％以上であってもよい。（ＣａＯ＋Ｒ2Ｏ）の上限は、例えば２．３％以下、２．２％以下、２％以下、さらに１．８％以下であってもよい。
ＣａＯおよびアルカリ金属酸化物（Ｒ2Ｏ）の添加は、ガラス組成物の失透温度の調整に適している。ＣａＯの含有率およびＲ2Ｏの含有率の合計（ＣａＯ＋Ｒ2Ｏ）は、０～２．５％であってもよい。（ＣａＯ＋Ｒ2Ｏ）の下限は、０．０５％以上、０．１％以上、０．３％以上、０．５％以上、０．７％以上、さらに１％以上であってもよい。（ＣａＯ＋Ｒ2Ｏ）の上限は、例えば２．３％以下、２．２％以下、２％以下、さらに１．８％以下であってもよい。
（その他の成分）
ガラス組成物は、上記以外の成分を含んでいてもよい。ガラス組成物が含みうるその他の成分としては、Ｆｅ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｃｌ2、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳＯ3を例示できる。
ガラス組成物は、上記以外の成分を含んでいてもよい。ガラス組成物が含みうるその他の成分としては、Ｆｅ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｃｌ2、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳＯ3を例示できる。
Ｆｅ2Ｏ3は、例えば０～１％の範囲で添加される。Ｆｅ2Ｏ3の含有率の上限は、０．５％、０．３％以下、０．２％以下、０．１５％以下、さらに０．１％以下であってもよい。Ｆｅ2Ｏ3は、実質的に含有されていなくてもよい。なお、酸化鉄は、その一部がＦｅＯとしてもガラス組成物中に存在するが、その含有率は、慣用に従ってＦｅ2Ｏ3に換算して示すこととする。
Ｙ2Ｏ3およびＬａ2Ｏ3は、ヤング率の向上に寄与する任意成分である。ただし、これらの成分は、その原料が相対的に高価である。Ｙ2Ｏ3およびＬａ2Ｏ3の含有率の合計は、例えば０～５％である。Ｙ2Ｏ3およびＬａ2Ｏ3の含有率の合計の上限は、３％以下、２％以下、１％以下、さらに０．５％以下であってもよい。Ｙ2Ｏ3は、実質的に含有されていなくてもよい。Ｌａ2Ｏ3も、実質的に含有されていなくてもよい。
ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｃｌ2、ＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、およびＳＯ3の含有率は、それぞれ例えば０～０．５％である。これらの成分のそれぞれの含有率の上限は、０．３％以下、０．２％以下、さらに０．１％以下であってもよい。これらの各成分は、それぞれ実質的に含有されていなくてもよい。
（ＭｇＯを１６％以上含有する組成例）
本実施形態のガラス組成物は、以下の成分を含んでいてもよい。
ＳｉＯ2 ５０～６５％
Ｂ2Ｏ3 ０～１．５％
Ａｌ2Ｏ3 １０～３５％
ＭｇＯ １６～２０％
ＣａＯ ０～７％
Ｌｉ2Ｏ ０～１．０％
Ｎａ2Ｏ ０～０．２％
Ｋ2Ｏ ０～０．１％
ＴｉＯ2 ０～５％
ＺｒＯ2 ０～５％
を含み、
ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が５８％以上であり、
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が０．１％以上である。
本実施形態のガラス組成物は、以下の成分を含んでいてもよい。
ＳｉＯ2 ５０～６５％
Ｂ2Ｏ3 ０～１．５％
Ａｌ2Ｏ3 １０～３５％
ＭｇＯ １６～２０％
ＣａＯ ０～７％
Ｌｉ2Ｏ ０～１．０％
Ｎａ2Ｏ ０～０．２％
Ｋ2Ｏ ０～０．１％
ＴｉＯ2 ０～５％
ＺｒＯ2 ０～５％
を含み、
ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が５８％以上であり、
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が０．１％以上である。
（ＭｇＯの含有率が１６％未満であり、ＺｒＯ2を含む組成例）
本実施形態のガラス組成物は、以下の成分を含んでいてもよい。
ＳｉＯ2 ５０～６５％
Ｂ2Ｏ3 ０～１．５％
Ａｌ2Ｏ3 １０～３５％
ＭｇＯ １０～１６％（ただし１６％を除く）
ＣａＯ ０～７％
Ｌｉ2Ｏ ０～１．０％
Ｎａ2Ｏ ０～０．２％
Ｋ2Ｏ ０～０．１％
ＴｉＯ2 ０～５％
ＺｒＯ2 ０．１～５％
を含み、
ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が５８％以上である。
本実施形態のガラス組成物は、以下の成分を含んでいてもよい。
ＳｉＯ2 ５０～６５％
Ｂ2Ｏ3 ０～１．５％
Ａｌ2Ｏ3 １０～３５％
ＭｇＯ １０～１６％（ただし１６％を除く）
ＣａＯ ０～７％
Ｌｉ2Ｏ ０～１．０％
Ｎａ2Ｏ ０～０．２％
Ｋ2Ｏ ０～０．１％
ＴｉＯ2 ０～５％
ＺｒＯ2 ０．１～５％
を含み、
ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が５８％以上である。
ＭｇＯの含有率がやや低く、ＺｒＯ2を含む上述の組成例においても、各成分の含有率は、上述した範囲を参照して適宜調整するとよい。ただし、Ａｌ2Ｏ3の含有率は、やや高めに調整してもよく、例えば、２２～２９％、さらに２３．５～２８％であってもよい。
＜特性＞
（ヤング率）
本実施形態のガラス組成物のヤング率は、例えば９８ＧＰａ以上である。ヤング率の下限は、９９ＧＰａ以上、９９．５ＧＰａ以上、場合によっては１００ＧＰａ以上とすることもできる。ヤング率の上限は、特に限定されないが、例えば１１５ＧＰａ以下、さらに１１０ＧＰａ以下であってもよい。
（ヤング率）
本実施形態のガラス組成物のヤング率は、例えば９８ＧＰａ以上である。ヤング率の下限は、９９ＧＰａ以上、９９．５ＧＰａ以上、場合によっては１００ＧＰａ以上とすることもできる。ヤング率の上限は、特に限定されないが、例えば１１５ＧＰａ以下、さらに１１０ＧＰａ以下であってもよい。
（耐酸性）
耐酸性は、実施例の欄において述べる試験により得た質量減少率ΔＷ（％）により評価することができる。本実施形態のガラス組成物のΔＷは、例えば０．３質量％以下である。ΔＷの上限は、０．２５質量％以下、さらに０．１質量％以下とすることもできる。
耐酸性は、実施例の欄において述べる試験により得た質量減少率ΔＷ（％）により評価することができる。本実施形態のガラス組成物のΔＷは、例えば０．３質量％以下である。ΔＷの上限は、０．２５質量％以下、さらに０．１質量％以下とすることもできる。
［ガラス繊維］
本実施形態のガラス組成物は、ガラス繊維の製造に適している。ガラス繊維は、ガラス長繊維であってもガラス短繊維であってもよい。ガラス繊維は、例えばストランド、ロービング、ヤーン、クロス、チョップドストランド、グラスウール、及びミルドファイバーからなる群より選択される少なくとも１つに該当する形態であってよい。クロスは、例えばロービングクロス、ヤーンクロスである。
本実施形態のガラス組成物は、ガラス繊維の製造に適している。ガラス繊維は、ガラス長繊維であってもガラス短繊維であってもよい。ガラス繊維は、例えばストランド、ロービング、ヤーン、クロス、チョップドストランド、グラスウール、及びミルドファイバーからなる群より選択される少なくとも１つに該当する形態であってよい。クロスは、例えばロービングクロス、ヤーンクロスである。
ただし、上記各形態のガラス組成物は、その優れた特性から、ガラス繊維以外のガラス成形体としても使用できる。ガラス成形体の一例は、粒子状ガラスである。粒子状ガラスは、ガラス繊維としての外形が失われる程度にまで微細に破断し、或いはガラス繊維と同様、目的とする形状に応じたノズルを使用して、製造されうる。上記各形態のガラス組成物は、失透を回避しながら粒子状ガラスを製造することにも適している。本発明の一形態において、粒子状ガラスは、上記各形態のガラス組成物を含み、或いは上記各形態のガラス組成物により構成されている。
粒子状ガラスは、例えば、鱗片状ガラス、ガラス粉末、ガラスビーズ、およびファインフレークからなる群から選ばれる少なくとも１種に相当するものであってもよい。粒子状ガラスは、ＦＲＰへの使用、すなわち樹脂に代表される被補強体の補強その他に使用できる。
粒子状ガラスにも使用できることを考慮すると、上述のガラス組成物は、ガラス繊維または粒子状ガラス用のガラス組成物としても把握できる。
［不織布、ゴム補強用コード］
本発明により提供される各ガラス繊維は、従来のガラス繊維と同様の用途に供することができる。本発明の一形態からは、ガラス繊維を含むガラス繊維不織布が提供される。また、本発明の一形態からは、ガラス繊維が束ねられたストランドを含むゴム補強用コードが提供される。ガラス繊維はその他の用途に供することもできる。その他の用途には、樹脂に代表される被補強体の補強が挙げられる。
本発明により提供される各ガラス繊維は、従来のガラス繊維と同様の用途に供することができる。本発明の一形態からは、ガラス繊維を含むガラス繊維不織布が提供される。また、本発明の一形態からは、ガラス繊維が束ねられたストランドを含むゴム補強用コードが提供される。ガラス繊維はその他の用途に供することもできる。その他の用途には、樹脂に代表される被補強体の補強が挙げられる。
［実施例］
以下、実施例および比較例により本発明の実施形態をさらに具体的に説明する。なお、以下の表においても、組成の含有率は、質量％により表示されている。
＜ガラス組成物の調製＞
表１及び２に示した各組成となるように、珪砂等の通常のガラス原料を調合し、実施例および比較例ごとにガラス原料のバッチを作製した。電気炉を用いて、各バッチを１５００～１６００℃まで加熱して溶融させ、組成が均一になるまで約４時間そのまま維持した。その後、溶融したガラス（ガラス溶融物）の一部を鉄板上に流し出し、電気炉中で室温まで徐冷し、バルクとしてのガラス組成物（板状物、ガラス試料）を得た。これらのガラス組成物について、以下のとおり特性を評価した。結果を表１及び２に併せて示す。
以下、実施例および比較例により本発明の実施形態をさらに具体的に説明する。なお、以下の表においても、組成の含有率は、質量％により表示されている。
＜ガラス組成物の調製＞
表１及び２に示した各組成となるように、珪砂等の通常のガラス原料を調合し、実施例および比較例ごとにガラス原料のバッチを作製した。電気炉を用いて、各バッチを１５００～１６００℃まで加熱して溶融させ、組成が均一になるまで約４時間そのまま維持した。その後、溶融したガラス（ガラス溶融物）の一部を鉄板上に流し出し、電気炉中で室温まで徐冷し、バルクとしてのガラス組成物（板状物、ガラス試料）を得た。これらのガラス組成物について、以下のとおり特性を評価した。結果を表１及び２に併せて示す。
（ヤング率）
ヤング率は、通常の超音波法により、ガラス中を伝播する弾性波の縦波速度ｖｌと横波速度ｖｔを測定し、別にアルキメデス法により測定したガラスの密度ρから、Ｅ＝３ρ・ｖt 2・（ｖl 2－４／３・ｖt 2）／（ｖl 2－ｖt 2)の式により求めた。
ヤング率は、通常の超音波法により、ガラス中を伝播する弾性波の縦波速度ｖｌと横波速度ｖｔを測定し、別にアルキメデス法により測定したガラスの密度ρから、Ｅ＝３ρ・ｖt 2・（ｖl 2－４／３・ｖt 2）／（ｖl 2－ｖt 2)の式により求めた。
（耐酸性）
直径１５μｍのガラス単繊維を長さ２０ｍｍに切断し、ガラスの比重と同じグラム数量り取り、このガラス繊維を９９℃、比重１．２の硫酸水溶液８０ｍＬに６０分間浸漬したときの質量減少率を求め、この質量減少率をΔＷとした。
直径１５μｍのガラス単繊維を長さ２０ｍｍに切断し、ガラスの比重と同じグラム数量り取り、このガラス繊維を９９℃、比重１．２の硫酸水溶液８０ｍＬに６０分間浸漬したときの質量減少率を求め、この質量減少率をΔＷとした。
なお、上記質量減少率は、浸漬前の質量をＷａ、浸漬後の質量をＷｂとして、以下の式に基づいて算出した。
質量減少率（％）＝｛（Ｗａ－Ｗｂ）／Ｗａ｝×１００
質量減少率（％）＝｛（Ｗａ－Ｗｂ）／Ｗａ｝×１００
各実施例によると、９８ＧＰａ以上のヤング率および０．３質量％以下のΔＷが達成された。一方、各比較例ではこれらの特性を満たすことはできなかった。
以上のとおり、本明細書は、以下の技術を開示する。
（技術１）
質量％で表示して、
ＳｉＯ2 ５０～６５％
Ａｌ2Ｏ3 １０～３５％
ＭｇＯ １０～２０％
ＣａＯ ０～７％
ＴｉＯ2 ０～５％
ＺｒＯ2 ０～５％
を含み、
ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が５８％以上であり、
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が０．１％以上であり、
ＭｇＯの含有率が１０％以上１６％未満である場合には、０．１％以上のＺｒＯ2を含む、ガラス繊維用ガラス組成物。
質量％で表示して、
ＳｉＯ2 ５０～６５％
Ａｌ2Ｏ3 １０～３５％
ＭｇＯ １０～２０％
ＣａＯ ０～７％
ＴｉＯ2 ０～５％
ＺｒＯ2 ０～５％
を含み、
ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が５８％以上であり、
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が０．１％以上であり、
ＭｇＯの含有率が１０％以上１６％未満である場合には、０．１％以上のＺｒＯ2を含む、ガラス繊維用ガラス組成物。
（技術２）
質量％で表示して、
ＳｉＯ2 ５５～６２％
Ａｌ2Ｏ3 １５～３０％
ＭｇＯ １２～２０％
ＣａＯ ０～４％
ＴｉＯ2 ０～３％
ＺｒＯ2 ０～３％
を含む、技術１のガラス組成物。
質量％で表示して、
ＳｉＯ2 ５５～６２％
Ａｌ2Ｏ3 １５～３０％
ＭｇＯ １２～２０％
ＣａＯ ０～４％
ＴｉＯ2 ０～３％
ＺｒＯ2 ０～３％
を含む、技術１のガラス組成物。
（技術３）
質量％で表示して、ＴｉＯ2の含有率とＺｒＯ2の含有率との合計が０．５％以上５％以下である、技術１または２に記載のガラス組成物。
質量％で表示して、ＴｉＯ2の含有率とＺｒＯ2の含有率との合計が０．５％以上５％以下である、技術１または２に記載のガラス組成物。
（技術４）
質量％で表示して、ＳｉＯ2の含有率が５７．５～６１．５％の範囲にある、技術１～３のいずれか１つのガラス組成物。
質量％で表示して、ＳｉＯ2の含有率が５７．５～６１．５％の範囲にある、技術１～３のいずれか１つのガラス組成物。
（技術５）
質量％で表示して、Ｌｉ2Ｏの含有率が０～１．５％の範囲にある、技術１～４のいずれか１つのガラス組成物。
質量％で表示して、Ｌｉ2Ｏの含有率が０～１．５％の範囲にある、技術１～４のいずれか１つのガラス組成物。
（技術６）
質量％で表示して、Ｎａ2Ｏの含有率とＫ2Ｏの含有率との合計が０～１％の範囲にある、技術１～５のいずれか１つのガラス組成物。
質量％で表示して、Ｎａ2Ｏの含有率とＫ2Ｏの含有率との合計が０～１％の範囲にある、技術１～５のいずれか１つのガラス組成物。
（技術７）
質量％で表示して、Ｂ2Ｏ3の含有率が０～１．５％の範囲にある、技術１～６のいずれか１つのガラス組成物。
質量％で表示して、Ｂ2Ｏ3の含有率が０～１．５％の範囲にある、技術１～６のいずれか１つのガラス組成物。
（技術８）
質量％で表示して、Ｙ2Ｏ3の含有率とＬａ2Ｏ3の含有率との合計が０～５％の範囲にある、技術１～７のいずれか１つのガラス組成物。
質量％で表示して、Ｙ2Ｏ3の含有率とＬａ2Ｏ3の含有率との合計が０～５％の範囲にある、技術１～７のいずれか１つのガラス組成物。
（技術９）
ヤング率が９８ＧＰａ以上である、技術１～８のいずれか１つのガラス組成物。
ヤング率が９８ＧＰａ以上である、技術１～８のいずれか１つのガラス組成物。
（技術１０）
ΔＷが０．３質量％以下である、技術１～９のいずれか１つのガラス組成物。
ここで、前記ΔＷは、質量を前記ガラス組成物の比重と同じ値のグラム数とした前記ガラス組成物を、比重１．２、温度９９℃の硫酸液８０ｍＬに６０分間浸漬したときの質量減少率である。
ΔＷが０．３質量％以下である、技術１～９のいずれか１つのガラス組成物。
ここで、前記ΔＷは、質量を前記ガラス組成物の比重と同じ値のグラム数とした前記ガラス組成物を、比重１．２、温度９９℃の硫酸液８０ｍＬに６０分間浸漬したときの質量減少率である。
（技術１１）
技術１～１０のいずれか１つのガラス組成物を含むガラス繊維。
技術１～１０のいずれか１つのガラス組成物を含むガラス繊維。
（技術１２）
ストランド、ロービング、ヤーン、クロス、チョップドストランド、グラスウール、及びミルドファイバーからなる群より選択される少なくとも１つに該当する形態を有する、技術１１のガラス繊維。
ストランド、ロービング、ヤーン、クロス、チョップドストランド、グラスウール、及びミルドファイバーからなる群より選択される少なくとも１つに該当する形態を有する、技術１１のガラス繊維。
Claims (12)
- 質量％で表示して、
ＳｉＯ2 ５０～６５％
Ａｌ2Ｏ3 １０～３５％
ＭｇＯ １０～２０％
ＣａＯ ０～７％
ＴｉＯ2 ０～５％
ＺｒＯ2 ０～５％
を含み、
ＳｉＯ2、ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が５８％以上であり、
ＴｉＯ2およびＺｒＯ2の含有率の合計が０．１％以上であり、
ＭｇＯの含有率が１０％以上１６％未満である場合には、０．１％以上のＺｒＯ2を含む、ガラス繊維用ガラス組成物。 - 質量％で表示して、
ＳｉＯ2 ５５～６２％
Ａｌ2Ｏ3 １５～３０％
ＭｇＯ １２～２０％
ＣａＯ ０～４％
ＴｉＯ2 ０～３％
ＺｒＯ2 ０～３％
を含む、請求項１に記載のガラス組成物。 - 質量％で表示して、ＴｉＯ2の含有率とＺｒＯ2の含有率との合計が０．５％以上５％以下である、請求項１に記載のガラス組成物。
- 質量％で表示して、ＳｉＯ2の含有率が５７．５～６１．５％の範囲にある、請求項１に記載のガラス組成物。
- 質量％で表示して、Ｌｉ2Ｏの含有率が０～１．５％の範囲にある、請求項１に記載のガラス組成物。
- 質量％で表示して、Ｎａ2Ｏの含有率とＫ2Ｏの含有率との合計が０～１％の範囲にある、請求項１に記載のガラス組成物。
- 質量％で表示して、Ｂ2Ｏ3の含有率が０～１．５％の範囲にある、請求項１に記載のガラス組成物。
- 質量％で表示して、Ｙ2Ｏ3の含有率とＬａ2Ｏ3の含有率との合計が０～５％の範囲にある、請求項１に記載のガラス組成物。
- ヤング率が９８ＧＰａ以上である、請求項１に記載のガラス組成物。
- ΔＷが０．３質量％以下である、請求項１に記載のガラス組成物。
ここで、前記ΔＷは、質量を前記ガラス組成物の比重と同じ値のグラム数とした前記ガラス組成物を、比重１．２、温度９９℃の硫酸８０ｍＬに６０分間浸漬したときの質量減少率である。 - 請求項１～１０のいずれか１項に記載のガラス組成物を含むガラス繊維。
- ストランド、ロービング、ヤーン、クロス、チョップドストランド、グラスウール、及びミルドファイバーからなる群より選択される少なくとも１つに該当する形態を有する、請求項１１に記載のガラス繊維。
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2023
- 2023-11-08 WO PCT/JP2023/040292 patent/WO2024106292A1/ja unknown
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024106292A1 (ja) | 2024-05-23 |
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