JP5675641B2 - 直接溶融操作における高強度ガラス繊維の生産方法及びそれから成形される製品 - Google Patents
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Description
（発明の技術分野及び産業上の利用可能性）
本発明は、概して、弾道装甲、圧力容器、航空宇宙関連の構造素材、海事関連の構造素材及び風車のマスト及び翼等の風力に関する構造素材のような、高強度の用途及び前記用途により作られる製品への使用のための、連続ガラス繊維の生産方法のためのものである。
本発明は、概して、弾道装甲、圧力容器、航空宇宙関連の構造素材、海事関連の構造素材及び風車のマスト及び翼等の風力に関する構造素材のような、高強度の用途及び前記用途により作られる製品への使用のための、連続ガラス繊維の生産方法のためのものである。
（発明の背景）
ガラス繊維強化複合素材は、しばらくの間海事及び航空宇宙関連の素材に利用されてきた。炭素繊維及びアラミド繊維等の他の繊維素材も利用されているが、実質的により高額である。本発明の物品は、圧縮成形、積層、吹付け、手積み成形（hand laying）、組み立て式レイアップ法（プレプレグ）、圧縮成形、減圧バッグ成形、加圧バッグ成形、プレス成形、トランスファー成形、真空樹脂含浸製造法、引抜成形、フィラメントワインディング、鋳造成形、オートクレーブ成形、遠心鋳造樹脂トランスファー及び連続鋳造を含む、公知の生産方法を用いてよい。複合材の性質は繊維及び樹脂、及びそれらの相乗効果により調節し、個々の素材からは入手できない素材性質が生じる。
ガラス繊維強化複合素材は、しばらくの間海事及び航空宇宙関連の素材に利用されてきた。炭素繊維及びアラミド繊維等の他の繊維素材も利用されているが、実質的により高額である。本発明の物品は、圧縮成形、積層、吹付け、手積み成形（hand laying）、組み立て式レイアップ法（プレプレグ）、圧縮成形、減圧バッグ成形、加圧バッグ成形、プレス成形、トランスファー成形、真空樹脂含浸製造法、引抜成形、フィラメントワインディング、鋳造成形、オートクレーブ成形、遠心鋳造樹脂トランスファー及び連続鋳造を含む、公知の生産方法を用いてよい。複合材の性質は繊維及び樹脂、及びそれらの相乗効果により調節し、個々の素材からは入手できない素材性質が生じる。
多くの樹脂が複合物品の生産に有効であり、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂及びエポキシ樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂は、多くの状況において好適である。ビニルエステル樹脂は、ポリエステル樹脂と比べ、予備硬化はより粘性が低く、後硬化はより柔軟であり、通常崩壊に対してより抵抗力をもつ。エポキシ樹脂は、硬化時は通常透明である。エポキシ樹脂は、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールC及び同様の構造を有する化合物と、反応性オキシラン結合を形成するエピクロロヒドリンとの重合により生成する。エポキシ樹脂は、アミン、無水物、メルカプタン、ポリエステルを含む種々の硬化剤と反応し、不溶解性の（infusable）固体を生成してよい。反応は、通常副生物を生成しない縮合反応である。硬化したエポキシ樹脂は、硬化中強度が高く、収縮率が低い。これらは被覆剤、接着剤、鋳造、複合材または発泡体として使用する。エポキシ樹脂は、構造上のマトリックス素材または構造上のにかわとして、高強度の用途に使用することが望ましい。フェノール樹脂はフェノール、またはフェノール誘導体を、アルデヒド、通常ホルムアルデヒドと縮合させることにより生成した熱硬化性樹脂である。フェノール樹脂は、主に塗料及びプラスチックの生産に用いられる。他の特定の高強度モジュラス樹脂は、ビスマレイド、ポリアミド、ビニルエステルフェノール樹脂（vinyl ester phenolic）、エチレンアクリル酸コポリマーまたはメタクリル酸コポリマー、及びイオノマー（例えば架橋エチレンメチルアクリル酸またはメチルメタクリル酸コポリマー）、ポリカーボネート、ポリウレタン、ナイロン、アラミド、改質エポキシ樹脂等の高強度中モジュラス熱可塑性樹脂を含む。
連続ガラス繊維ストランドをつくる最も一般的な高強度のガラス組成物は、「Sガラス」である。Sガラスは、Eガラス繊維より高い機械的強度を有するガラス繊維を製造する化学組成物と、マグネシウム、アルミニウム及びケイ素の酸化物から本来構成されるガラスの系統である。Sガラス系統の一般的に使用される部材はS2ガラスとして知られる。S2ガラスは、SiO2を約65質量％、Al2O3を25質量％及びMgOを10質量％含む。Sガラスは、弾道装甲のような、高強度の用途に使用されるよう本来設定された組成物を有する。
Rガラスは、Eガラス繊維より高い機械的強度を有するガラス繊維を製造する化学組成物と、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム及びカルシウムの酸化物から本来構成されるガラスの系統である。Rガラスは、SiO2を約58〜60質量％、Al2O3を23.5〜25.5質量％、CaO及びMgOを14〜17質量％、B2O3を0％、F2を0％及びその他の構成要素を2質量％未満含む組成物を有する。RガラスはEガラスよりも多くの酸化アルミニウム及びシリカを含み、繊維成形中より高い溶融温度及び加工温度を要する。通常、Rガラスの溶融温度及び加工温度は、Eガラスの前記各温度より少なくとも160℃高い。加工温度がこれだけ上昇するため、高額な白金で裏打ちした溶融装置の使用が通常必要となる。さらに、Rガラス中の液相線温度を二次成形温度へより近づけるには、ガラスをEガラスより高い温度で繊維化することが必要となる。
Rガラスは、Eガラス繊維より高い機械的強度を有するガラス繊維を製造する化学組成物と、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム及びカルシウムの酸化物から本来構成されるガラスの系統である。Rガラスは、SiO2を約58〜60質量％、Al2O3を23.5〜25.5質量％、CaO及びMgOを14〜17質量％、B2O3を0％、F2を0％及びその他の構成要素を2質量％未満含む組成物を有する。RガラスはEガラスよりも多くの酸化アルミニウム及びシリカを含み、繊維成形中より高い溶融温度及び加工温度を要する。通常、Rガラスの溶融温度及び加工温度は、Eガラスの前記各温度より少なくとも160℃高い。加工温度がこれだけ上昇するため、高額な白金で裏打ちした溶融装置の使用が通常必要となる。さらに、Rガラス中の液相線温度を二次成形温度へより近づけるには、ガラスをEガラスより高い温度で繊維化することが必要となる。
他の公知の高強度ガラス組成物は、米国特許出願公開第2008／0009403号として公開されている、米国特許出願第11／267,739号 “Composition for High Performance Glass, High Performance Glass Fibers and Articles Therefrom”で知ることができる。
Rガラス及びSガラスとも、白金で裏打ちした溶融容器の中で、組成物の構成要素を溶融させることにより製造する。Rガラス及びSガラス繊維を成形するためのコストは、前述のような溶融装置の中で繊維を製造するコストのため、Eガラス繊維の成形より劇的に高くなる。従って、白金または他の貴金属物質、及びそれらから生成される製品を実質上含まない炉における直接溶融工程による、高性能のガラス繊維の成形に有用なガラス組成物の成形方法が技術的に必要となる。
Rガラス及びSガラスとも、白金で裏打ちした溶融容器の中で、組成物の構成要素を溶融させることにより製造する。Rガラス及びSガラス繊維を成形するためのコストは、前述のような溶融装置の中で繊維を製造するコストのため、Eガラス繊維の成形より劇的に高くなる。従って、白金または他の貴金属物質、及びそれらから生成される製品を実質上含まない炉における直接溶融工程による、高性能のガラス繊維の成形に有用なガラス組成物の成形方法が技術的に必要となる。
（発明の概要）
本発明は、実質上白金または他の貴金属物質を含まないガラス溶融装置を用いて、未処理のガラスバッチから、精製ガラスを製造するための方法を含む。本方法は、未処理のガラスバッチをガラス溶融装置の溶融域へ装填し、未処理のガラスバッチを溶融域内で溶融し、溶融物から連続繊維を成形する工程を含む。本発明は、上述の方法により成形される繊維、及び前記繊維から作られる製品をも含む。
ある実施形態において、本発明は炉、前炉及びブッシュを有する連続装置において、高強度ガラス繊維を成形する方法を含む。前記方法は、ガラスバッチを受け取り、溶融ガラスを流出するためのガラス溶融炉を提供する工程、及び少なくとも炉の一部を、貴金属物質を実質上含まない物質で裏打ちし、炉ガラス接触表面を形成する工程を含む。炉へ供給するガラスバッチは、45°F（25℃）より高い繊維化ΔTを有する、繊維化できる溶融ガラスを形成することができ、SiO2を約50〜75質量％、Al2O3を約15〜30質量％、MgOを約5〜20質量％、CaOを約0〜10質量％、及びR2Oを約0〜5質量％からなる組成物を有するガラス繊維を製造するためのものであり、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計に等しい。ガラスバッチは、酸素燃料バーナーのような炉の熱源から熱を提供することにより、炉ガラス接触表面に接触する溶融ガラスのプールを形成しながら炉の中で溶融する。前炉は溶融ガラスを炉からブッシュへ移動させるために提供し、少なくとも前炉の一部を、貴金属物質を実質上含まない物質で裏打ちし、前炉ガラス接触表面を形成する。熱が前炉の熱源から提供され、前炉ガラス接触表面により形成される実質上水平な流路に沿い流入すると同時に、溶融ガラスは前炉へ移動する。溶融ガラスは前炉からブッシュへ約2400°F（1316℃）〜約2900°F（1593℃）の温度、及び既定の粘性（例えば約100Pa・秒（約1000ポアズ））で流出し、連続繊維へと成形される。
本発明は、実質上白金または他の貴金属物質を含まないガラス溶融装置を用いて、未処理のガラスバッチから、精製ガラスを製造するための方法を含む。本方法は、未処理のガラスバッチをガラス溶融装置の溶融域へ装填し、未処理のガラスバッチを溶融域内で溶融し、溶融物から連続繊維を成形する工程を含む。本発明は、上述の方法により成形される繊維、及び前記繊維から作られる製品をも含む。
ある実施形態において、本発明は炉、前炉及びブッシュを有する連続装置において、高強度ガラス繊維を成形する方法を含む。前記方法は、ガラスバッチを受け取り、溶融ガラスを流出するためのガラス溶融炉を提供する工程、及び少なくとも炉の一部を、貴金属物質を実質上含まない物質で裏打ちし、炉ガラス接触表面を形成する工程を含む。炉へ供給するガラスバッチは、45°F（25℃）より高い繊維化ΔTを有する、繊維化できる溶融ガラスを形成することができ、SiO2を約50〜75質量％、Al2O3を約15〜30質量％、MgOを約5〜20質量％、CaOを約0〜10質量％、及びR2Oを約0〜5質量％からなる組成物を有するガラス繊維を製造するためのものであり、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計に等しい。ガラスバッチは、酸素燃料バーナーのような炉の熱源から熱を提供することにより、炉ガラス接触表面に接触する溶融ガラスのプールを形成しながら炉の中で溶融する。前炉は溶融ガラスを炉からブッシュへ移動させるために提供し、少なくとも前炉の一部を、貴金属物質を実質上含まない物質で裏打ちし、前炉ガラス接触表面を形成する。熱が前炉の熱源から提供され、前炉ガラス接触表面により形成される実質上水平な流路に沿い流入すると同時に、溶融ガラスは前炉へ移動する。溶融ガラスは前炉からブッシュへ約2400°F（1316℃）〜約2900°F（1593℃）の温度、及び既定の粘性（例えば約100Pa・秒（約1000ポアズ））で流出し、連続繊維へと成形される。
本発明は、連続ガラス繊維の成形のためのガラス組成物、及びそこから作られる、高強度の用途への使用に好適な製品の製造方法を含む。本発明に有用な組成物は、低コストの、白金または他の貴金属物質、それらの合金を実質上含まない炉における直接溶融を用い、ガラス繊維へ安価に成形してよい。
本発明に有用なある組成物は、 SiO2を64〜75質量％、Al2O3を16〜26質量％、MgOを8〜12質量％及びR2Oを0〜3.0質量％含み、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。
本発明に有用な別の組成物は、SiO2を64〜75質量％、Al2O3を16〜24質量％、MgOを8〜12質量％及びR2Oを0.25〜3.0質量％含み、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。ある実施形態において、ガラス組成物はSiO2を64〜70質量％、Al2O3を17〜22質量％、MgOを9〜12質量％及びR2Oを1.75〜3.0質量％から構成され、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。別の実施形態において、本発明に有用なガラス組成物はSiO2を64〜70質量％、Al2O3を17〜22質量％、MgOを9〜12質量％及びLi2Oを1.75〜3.0質量％から構成される。
さらに、本発明に有用な別の組成物は、SiO2を50〜75質量％、Al2O3を13〜30質量％、MgOを5〜20質量％、CaOを0〜10質量％、R2Oを0〜5質量％含み、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。
本発明に有用なある組成物は、 SiO2を64〜75質量％、Al2O3を16〜26質量％、MgOを8〜12質量％及びR2Oを0〜3.0質量％含み、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。
本発明に有用な別の組成物は、SiO2を64〜75質量％、Al2O3を16〜24質量％、MgOを8〜12質量％及びR2Oを0.25〜3.0質量％含み、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。ある実施形態において、ガラス組成物はSiO2を64〜70質量％、Al2O3を17〜22質量％、MgOを9〜12質量％及びR2Oを1.75〜3.0質量％から構成され、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。別の実施形態において、本発明に有用なガラス組成物はSiO2を64〜70質量％、Al2O3を17〜22質量％、MgOを9〜12質量％及びLi2Oを1.75〜3.0質量％から構成される。
さらに、本発明に有用な別の組成物は、SiO2を50〜75質量％、Al2O3を13〜30質量％、MgOを5〜20質量％、CaOを0〜10質量％、R2Oを0〜5質量％含み、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。
ある例証的な実施形態において、組成物はCaO、P2O5、ZnO、ZrO2、SrO、BaO、SO3、F、B2O3、TiO2、Fe2O3、CeO2及びBeO2のような化合物を約5.0質量％より多く含まない。他の例証的な実施形態において、組成物は意図的に加えるCeO2及びBeO2を全く含まない。さらに別の実施形態において、組成物は化合物またはZnO、SO3、フッ素、B2O3、TiO2、ZrO2及びFe2O3等のハロゲンを約4質量％より多く含まないことが好ましい。
例証的ないくつかの実施形態において、本発明により生産される高性能の繊維の所望の特性には、2650°F（1454℃）より低い繊維化温度、及び繊維化温度より少なくとも80°F（44℃）、より好ましくは少なくとも約120°F（67℃）、及び最も好ましくは少なくとも約150°F（83℃）低い液相線温度が含まれる。
他の例証的な実施形態において、本発明により生産される高性能の繊維の所望の特性には、2400〜2900°F（1316〜1593℃）の繊維化温度及び繊維化温度より少なくとも45°F（25℃）低い液相線温度が含まれる。
例証的ないくつかの実施形態において、本発明により生産される高性能の繊維の所望の特性には、2650°F（1454℃）より低い繊維化温度、及び繊維化温度より少なくとも80°F（44℃）、より好ましくは少なくとも約120°F（67℃）、及び最も好ましくは少なくとも約150°F（83℃）低い液相線温度が含まれる。
他の例証的な実施形態において、本発明により生産される高性能の繊維の所望の特性には、2400〜2900°F（1316〜1593℃）の繊維化温度及び繊維化温度より少なくとも45°F（25℃）低い液相線温度が含まれる。
本発明は、コストを抑え、生産性を改良した改良構造特性を有する構造部分をも提供する。連続ガラス繊維の直接溶融成形は、白金または他の貴金属物質を実質上含まないガラス溶融装置における低コストの溶融を用いる。本発明の高強度の用途において使用されるガラス繊維の比較的に低い繊維化温度は、改良した繊維工程を、コストを抑えて可能にする。本発明の物品は、通常、圧縮成形、積層、吹付け、手積み成形、組み立て式レイアップ法（プレプレグ）、圧縮成形、減圧バッグ成形、加圧バッグ成形、プレス成形、トランスファー成形、真空樹脂含浸製造法、引抜成形、フィラメントワインディング、鋳造成形、オートクレーブ成形、遠心鋳造樹脂トランスファー及び連続鋳造により成形する。
本発明において製造し使用する繊維は、実質的により安価で製造でき、優れた強度及び密度の特性を有する。本発明で使用する繊維の密度は、2.434〜2.520g／ml(cc)、より好ましくは2.434〜2.486g／mlの範囲であり、87563MPa(12.7MPsi)より大きい測定モジュラス、及び4688MPa(680KPsi)より大きい本来の測定繊維強度を有する。
本発明において製造し使用する繊維は、実質的により安価で製造でき、優れた強度及び密度の特性を有する。本発明で使用する繊維の密度は、2.434〜2.520g／ml(cc)、より好ましくは2.434〜2.486g／mlの範囲であり、87563MPa(12.7MPsi)より大きい測定モジュラス、及び4688MPa(680KPsi)より大きい本来の測定繊維強度を有する。
（発明の詳細な説明及び好ましい実施形態）
本発明を、本発明の特定の実施形態を随時参照して説明する。しかしながら、本発明は、異なった形で具体化してもよく、ここに述べた実施形態に限定して解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、開示が完全で完成したものであり、本発明の範囲を当業者へ十分に伝えるよう提供される。
特に定義されない限り、ここに使用されるすべての技術的及び科学的用語は、本発明が属する分野の当業者に通常理解されるものと同様の意味を有する。発明の説明においてここで使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、発明を限定するためのものではない。本発明の説明及び追加する請求の範囲において使用されるとおり、単数形 “a”、“an”及び“the”は、文脈が明らかに別の意味を示さない限り、複数形も同様に含むことを意味する。
特に指示のない限り、明細書及び請求の範囲で使用される、成分の量、分子量、反応条件等のような特性を表すすべての数字は、「約」という用語により、すべての例で修正し理解されるべきである。それゆえ、特に指示のない限り、明細書及び請求の範囲で述べられる数に関する特性は、本発明の実施形態において得ようとされる所望の特性次第で異なってもよい近似値である。発明の広い範囲を述べる数値の範囲及びパラメーターが近似値であるにもかかわらず、特定の実施例において述べられる数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしながら、いずれの数値も、本来、それぞれの測定において見られる誤差から必然的に生ずる一定の誤差を含む。
本発明を、本発明の特定の実施形態を随時参照して説明する。しかしながら、本発明は、異なった形で具体化してもよく、ここに述べた実施形態に限定して解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、開示が完全で完成したものであり、本発明の範囲を当業者へ十分に伝えるよう提供される。
特に定義されない限り、ここに使用されるすべての技術的及び科学的用語は、本発明が属する分野の当業者に通常理解されるものと同様の意味を有する。発明の説明においてここで使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、発明を限定するためのものではない。本発明の説明及び追加する請求の範囲において使用されるとおり、単数形 “a”、“an”及び“the”は、文脈が明らかに別の意味を示さない限り、複数形も同様に含むことを意味する。
特に指示のない限り、明細書及び請求の範囲で使用される、成分の量、分子量、反応条件等のような特性を表すすべての数字は、「約」という用語により、すべての例で修正し理解されるべきである。それゆえ、特に指示のない限り、明細書及び請求の範囲で述べられる数に関する特性は、本発明の実施形態において得ようとされる所望の特性次第で異なってもよい近似値である。発明の広い範囲を述べる数値の範囲及びパラメーターが近似値であるにもかかわらず、特定の実施例において述べられる数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしながら、いずれの数値も、本来、それぞれの測定において見られる誤差から必然的に生ずる一定の誤差を含む。
本発明のガラス繊維を成形するために使用するガラス組成物の繊維化特性は、繊維化温度、液相線及びデルタ（Δ）-Tを含む。特に定義されない限り、繊維化温度は100Pa・秒（1000ポアズ）の粘性に一致する温度として定義される（ログ3 温度）。当業者は、他の繊維化温度を規定してよいことを認識する。例えば、繊維化温度は、31.6Pa・秒（316ポアズ）（ログ2.5温度）の粘性に一致する温度として定義してもよい。
以下に詳細に論ずるように、ある実施形態において、繊維化温度を低下させることは繊維の製造コストを下げ、ブッシュの寿命を延ばし、処理量を増加させ、ガラスが白金または他の貴金属物質を実質上含まない溶融装置において溶融することを可能にし、エネルギーの使用を抑える。例えば、より低い繊維化温度で、ブッシュはより低い温度で作動し、すぐに「たわむ」ことがない。「たわみ」とは、長時間高温を維持するブッシュにおいて生ずる現象である。繊維化温度を下げることにより、ブッシュのたわみ率を減少させることができ、ブッシュの寿命を延ばすことができる。さらに、より低い繊維化温度は、所定のエネルギー投入量及び所定の期間で、より多くのガラスを溶融できるため、より高い処理量を可能にする。その結果、製造コストが下げられる。さらに、溶融及び繊維化温度は、外部を冷却すると、多くの商業上利用できる耐火物または他の素材の上部で使用する温度（the upper use temperatures）より低くなるため、より低い繊維化温度は、創意に富む方法及び組成物により成形されたガラスが、耐火物で裏打ちした溶融装置、または外部から冷却した壁を有する溶融装置で溶融することを可能にする。
以下に詳細に論ずるように、ある実施形態において、繊維化温度を低下させることは繊維の製造コストを下げ、ブッシュの寿命を延ばし、処理量を増加させ、ガラスが白金または他の貴金属物質を実質上含まない溶融装置において溶融することを可能にし、エネルギーの使用を抑える。例えば、より低い繊維化温度で、ブッシュはより低い温度で作動し、すぐに「たわむ」ことがない。「たわみ」とは、長時間高温を維持するブッシュにおいて生ずる現象である。繊維化温度を下げることにより、ブッシュのたわみ率を減少させることができ、ブッシュの寿命を延ばすことができる。さらに、より低い繊維化温度は、所定のエネルギー投入量及び所定の期間で、より多くのガラスを溶融できるため、より高い処理量を可能にする。その結果、製造コストが下げられる。さらに、溶融及び繊維化温度は、外部を冷却すると、多くの商業上利用できる耐火物または他の素材の上部で使用する温度（the upper use temperatures）より低くなるため、より低い繊維化温度は、創意に富む方法及び組成物により成形されたガラスが、耐火物で裏打ちした溶融装置、または外部から冷却した壁を有する溶融装置で溶融することを可能にする。
液相線は、水ガラスと主要な結晶相との間に平衡が存在する最も高い温度として定義される。液相線より高いすべての温度において、ガラスは主要相に存在する結晶を含まない。液相線より低い温度では、結晶は形成してよい。
他の繊維化特性は、繊維化温度と液相線との間の相違として定義される、デルタ-T（ΔT）である。より大きいΔTは、ガラス繊維の成形時の柔軟性をより大きな値で提供し、溶融及び繊維化の間、ガラスの失透（すなわち、溶融中の結晶の形成）を抑える助けとなる。同時に、ΔTの増加は、より長いブッシュの寿命を可能にし、繊維を成形するためのより広いプロセスウィンドウを提供することにより、ガラス繊維の製造コストを削減する。
反対に、より高い繊維化温度及び／またはより小さなΔTは、繊維の成形工程が寛大でなく、温度の変化、コールドスポット及び緩慢な動きのガラスにより敏感であることを意味する。
他の繊維化特性は、繊維化温度と液相線との間の相違として定義される、デルタ-T（ΔT）である。より大きいΔTは、ガラス繊維の成形時の柔軟性をより大きな値で提供し、溶融及び繊維化の間、ガラスの失透（すなわち、溶融中の結晶の形成）を抑える助けとなる。同時に、ΔTの増加は、より長いブッシュの寿命を可能にし、繊維を成形するためのより広いプロセスウィンドウを提供することにより、ガラス繊維の製造コストを削減する。
反対に、より高い繊維化温度及び／またはより小さなΔTは、繊維の成形工程が寛大でなく、温度の変化、コールドスポット及び緩慢な動きのガラスにより敏感であることを意味する。
本発明で使用されるガラス組成物は、従来の、商業上利用できる耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置、及び外部を冷却した壁、例えば水冷壁を有する、商業的に利用できるガラス溶融装置を含む、白金または他の貴金属物質、及びそれらの合金を実質上含まない炉またはガラス溶融装置における溶融に有利に好適である。
出発バッチ構成要素は、通常SiO2（粉砕ケイ砂）及びAl2O3（焼成酸化アルミニウム）、Li2CO3（炭酸リチウム）、H3BO3（硼酸）、NaCaB5O9・8H2O（曹灰硼鉱）、2CaO-3B2O3-5H2O（灰硼石）及び、MgCO3（菱苦土石）、CaCO3（石灰岩）、SrCO3（ストロンチアナイト）、BaCO3（毒重石）、ZrSiO4（ジルコン）及びNa2CO3（ナトライト（natrite））のような原材料からの連鎖改質剤（chain modifiers）も含む。当業者は、他の出発材料を使用してもよいことを認識する。好適な出発バッチ構成要素のさらなる例は、カオリナイト（Al2Si2O5(OH)4）、葉蝋石（Al2Si4O10(OH)2）、ボーキサイト（AlO(OH)）、ケイ灰石（CaSiO3）、黝輝石（LiAlSi2O6）、長石（CaAl2Si2O8）、白雲石（CaMg（CO2）2）、石灰（CaO）、ドロマイト生石灰（dolomitic quicklime）（CaMgO2）及び消石灰（Ca（OH）2）が挙げられるが、その限りではない。
出発バッチ構成要素は、通常SiO2（粉砕ケイ砂）及びAl2O3（焼成酸化アルミニウム）、Li2CO3（炭酸リチウム）、H3BO3（硼酸）、NaCaB5O9・8H2O（曹灰硼鉱）、2CaO-3B2O3-5H2O（灰硼石）及び、MgCO3（菱苦土石）、CaCO3（石灰岩）、SrCO3（ストロンチアナイト）、BaCO3（毒重石）、ZrSiO4（ジルコン）及びNa2CO3（ナトライト（natrite））のような原材料からの連鎖改質剤（chain modifiers）も含む。当業者は、他の出発材料を使用してもよいことを認識する。好適な出発バッチ構成要素のさらなる例は、カオリナイト（Al2Si2O5(OH)4）、葉蝋石（Al2Si4O10(OH)2）、ボーキサイト（AlO(OH)）、ケイ灰石（CaSiO3）、黝輝石（LiAlSi2O6）、長石（CaAl2Si2O8）、白雲石（CaMg（CO2）2）、石灰（CaO）、ドロマイト生石灰（dolomitic quicklime）（CaMgO2）及び消石灰（Ca（OH）2）が挙げられるが、その限りではない。
ガラス溶融炉
図1〜4は、本文に記載、及び以下の実施例及び請求項に述べられるガラス繊維を成形する方法において有用な、ガラス溶融炉（10）を図示する。米国特許出願第7,509,819号“OXYGEN-FIRED FRONT END FOR GLASS FORMING OPERATION”（発明者：David J Bakerら）に開示されるとおり、溶融炉の中において、酸素燃焼加熱（oxygen-fired heating）を使用することもまた好ましく、ここで全体として参考に取り入れる。ガラス溶融炉（10）は、溶融ガラスをガラス前炉（12）へ提供する。
ある例証的な実施形態において、溶融ガラスはSiO2を50〜75質量％、Al2O3を13〜30質量％、MgOを5〜20質量％、CaOを0〜10質量％、R2Oを0〜5質量％からなり、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。この例証的実施形態は、例えば2400〜2900°F（1316〜1593℃）のより高い繊維化温度、及び／または繊維化温度より45°F（25℃）と同じくらいだけ低い液相線温度を有するガラス組成物を含む。
別の例証的実施形態において、溶融ガラスはSiO2を約64〜75質量％、Al2O3を16〜26質量％、MgOを8〜12質量％、及びR2Oを0〜3.0質量％からなり、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。
図1〜4は、本文に記載、及び以下の実施例及び請求項に述べられるガラス繊維を成形する方法において有用な、ガラス溶融炉（10）を図示する。米国特許出願第7,509,819号“OXYGEN-FIRED FRONT END FOR GLASS FORMING OPERATION”（発明者：David J Bakerら）に開示されるとおり、溶融炉の中において、酸素燃焼加熱（oxygen-fired heating）を使用することもまた好ましく、ここで全体として参考に取り入れる。ガラス溶融炉（10）は、溶融ガラスをガラス前炉（12）へ提供する。
ある例証的な実施形態において、溶融ガラスはSiO2を50〜75質量％、Al2O3を13〜30質量％、MgOを5〜20質量％、CaOを0〜10質量％、R2Oを0〜5質量％からなり、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。この例証的実施形態は、例えば2400〜2900°F（1316〜1593℃）のより高い繊維化温度、及び／または繊維化温度より45°F（25℃）と同じくらいだけ低い液相線温度を有するガラス組成物を含む。
別の例証的実施形態において、溶融ガラスはSiO2を約64〜75質量％、Al2O3を16〜26質量％、MgOを8〜12質量％、及びR2Oを0〜3.0質量％からなり、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。
別の例証的実施形態において、溶融ガラスはSiO2を約64〜75質量％、Al2O3を16〜24質量％、MgOを8〜12質量％、及びR2Oを0.25〜3.0質量％からなり、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。本例証的な実施形態の方法に従って成形された繊維は、2650°F（1454℃）より低く、ある実施形態において約2625°F（1458℃）より低く、他の実施形態において約2600°F（1427℃）より低く、ある実施形態において約2575°F（1413℃）より低い繊維化温度を有し、及びある実施形態において繊維化温度より少なくとも80°F（44℃）低く、他の実施形態において少なくとも約120°F（67℃）低く、及びさらに他の実施形態において少なくとも約150°F（83℃）低い液相線温度を有する。
さらに、別の例証的実施形態において、溶融ガラスはSiO2を50〜75質量％、Al2O3を13〜30質量％、MgOを5〜20質量％、CaOを0〜10質量％、R2Oを0〜5質量％からなり、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。この例証的実施形態は、例えば-122°F（-68℃）のようなマイナスΔTの、ログ3繊維化温度より高い液相線温度を有するガラス組成物を含む。そのような組成物は、例えば粘性31.6Pa・秒（316ポアズ）に一致するログ2.5繊維化温度より高い温度で繊維化してよい。
ある例証的実施形態において、組成物は、CaO、P2O5、ZnO、ZrO2、SrO、BaO、SO3、フッ素、B2O3、TiO2、Fe2O3、K2O、CeO2及びBeO2のような酸化物または化合物約5.0質量％より多くを含まない。他の例証的実施形態において、組成物は意図的に加えるCeO2及びBeO2を全く含まない。
さらに、別の例証的実施形態において、溶融ガラスはSiO2を50〜75質量％、Al2O3を13〜30質量％、MgOを5〜20質量％、CaOを0〜10質量％、R2Oを0〜5質量％からなり、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計である。この例証的実施形態は、例えば-122°F（-68℃）のようなマイナスΔTの、ログ3繊維化温度より高い液相線温度を有するガラス組成物を含む。そのような組成物は、例えば粘性31.6Pa・秒（316ポアズ）に一致するログ2.5繊維化温度より高い温度で繊維化してよい。
ある例証的実施形態において、組成物は、CaO、P2O5、ZnO、ZrO2、SrO、BaO、SO3、フッ素、B2O3、TiO2、Fe2O3、K2O、CeO2及びBeO2のような酸化物または化合物約5.0質量％より多くを含まない。他の例証的実施形態において、組成物は意図的に加えるCeO2及びBeO2を全く含まない。
本発明において製造及び使用する繊維は、製造コストが実質上あまりかからず、また優れた強度及び密度の特性を有する。本発明において使用する繊維の密度は、2.434〜2.520g／ml、より好ましくは2.434〜2.486g／mlの範囲である。さらに、本発明のガラス繊維は、ある実施形態において、本来の繊維強度は4688MPa(680KPSI)より大きく、ある他の実施形態において、強度は約4826MPa(700KPSI)より大きく、及びさらに他の実施形態において、強度は約5033MPa(730KPSI)より大きい。さらに、ガラス繊維は、82737MPa(12.0MPSI)より大きく、ある実施形態において、約83978MPa(12.18MPSI)より大きく、ある実施形態において約87563MPa(12.7MPSI)より大きいモジュラスを優位に有する。
本発明の方法は、上流端壁（14）、下流端壁（16）、側壁（18）、床（20）及び屋根（22）を有する伸長チャネルを含むガラス溶融炉（10）を用いて実行することが好ましい。ガラス溶融炉（10）の構成要素はそれぞれ、酸化アルミニウム、酸化クロム、シリカ、酸化アルミニウム及びシリカ、ジルコン、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウム及びシリカ、または同様の酸化物を基礎とする耐火性物質のような適切な耐火性物質、特に溶融ガラスに接触する表面から作られる。屋根（22）は、一般的に組成物の縦軸に対して弓形の横軸を有するものとして示されるが、チャネル、屋根は好適なデザインを有してよい。屋根（22）は、通常ガラスバッチ（30）の表面から約91.44cm〜304.8cm(3〜10feet)の間に位置する。ガラスバッチ（30）は、本発明に従い、ガラスの生産に使用される原材料の混合物が好ましい。
本発明の方法は、上流端壁（14）、下流端壁（16）、側壁（18）、床（20）及び屋根（22）を有する伸長チャネルを含むガラス溶融炉（10）を用いて実行することが好ましい。ガラス溶融炉（10）の構成要素はそれぞれ、酸化アルミニウム、酸化クロム、シリカ、酸化アルミニウム及びシリカ、ジルコン、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウム及びシリカ、または同様の酸化物を基礎とする耐火性物質のような適切な耐火性物質、特に溶融ガラスに接触する表面から作られる。屋根（22）は、一般的に組成物の縦軸に対して弓形の横軸を有するものとして示されるが、チャネル、屋根は好適なデザインを有してよい。屋根（22）は、通常ガラスバッチ（30）の表面から約91.44cm〜304.8cm(3〜10feet)の間に位置する。ガラスバッチ（30）は、本発明に従い、ガラスの生産に使用される原材料の混合物が好ましい。
ガラス溶融炉（10）は、1以上のバブラー（24）及び／または電気ブースト電極（図示せず）を任意に含んでもよい。バブラー（24）及び／または電気ブースト電極は、大量のガラスの温度を上昇させ、バッチカバー下での溶融ガラスの循環を高める。
バブラー（24）及び／または電気ブースト電極は、第二及び第三の例証的実施形態において特に有用であってよく、より高い繊維化温度、例えば2400〜2900°F（1316〜1593℃）、及び／または低いΔT、例えば45℃（25°F）と同じくらい低い、または-122°F（-68℃）のようなマイナスΔTさえも有するガラス組成物を含み、失透への潜在性はより大きい。
さらに、ガラス溶融炉（10）は上流溶融域（26）及び下流精製域（28）の、二つの連続する域を含んでよい。溶融域（26）において、ガラスバッチ組成物（30）は、技術的に公知の型の充填装置（32）を用い、炉へ充填してもよい。
バブラー（24）及び／または電気ブースト電極は、第二及び第三の例証的実施形態において特に有用であってよく、より高い繊維化温度、例えば2400〜2900°F（1316〜1593℃）、及び／または低いΔT、例えば45℃（25°F）と同じくらい低い、または-122°F（-68℃）のようなマイナスΔTさえも有するガラス組成物を含み、失透への潜在性はより大きい。
さらに、ガラス溶融炉（10）は上流溶融域（26）及び下流精製域（28）の、二つの連続する域を含んでよい。溶融域（26）において、ガラスバッチ組成物（30）は、技術的に公知の型の充填装置（32）を用い、炉へ充填してもよい。
ある好適な溶融装置の外形において、ガラスバッチ物質（30）は、ガラス溶融炉（10）の溶融域（26）にある溶融ガラスの表面上に、固体粒子のバッチ層を形成する。ガラスバッチ組成物（30）の浮動固形バッチ粒子は、ガラス溶融炉（10）の屋根（22）の内側に取り付けられる、調節した火炎の形状及び長さを有する、少なくとも1のバーナー（34）により部分的に溶融する。
図1に示されるとおり、ある好適な実施形態において、ガラス溶融炉（10）は3のバーナー（34）を含む。単独のバーナー（34）を、隣接して設置した2の下流のバーナー（34）の上流に設置する。しかしながら、バッチの上の、炉（10）の屋根（22）の好適な場所にバーナーをいくつでも設置し、ガラスバッチ（30）を溶融してよいことが理解できる。例えば、2のバーナー（34）を並列関係で設置してもよく（図3）、または、単独のバーナーを使用してもよい（図4）。
ガラス溶融炉（10）のバーナー（34）を、バッチまたは溶融ガラス、またはそれらの組み合わせに沈め、炉の最高部（屋根）、側壁、端壁に配置してもよい。
他の溶融装置は、本発明の範囲からそれることなく使用してよい。好適な溶融装置は、空気ガス溶融装置、酸素ガス溶融装置、電気的に加熱した溶融装置または化石燃料燃焼溶融装置を含む。溶融工程のいずれにも、電気的ブーストまたはバブラーを加えることが可能である。また、分離した精製域（図1に示すとおり）を含むこと、または精製域を溶融装置の主要槽に組み込むことが可能である。
図1に示されるとおり、ある好適な実施形態において、ガラス溶融炉（10）は3のバーナー（34）を含む。単独のバーナー（34）を、隣接して設置した2の下流のバーナー（34）の上流に設置する。しかしながら、バッチの上の、炉（10）の屋根（22）の好適な場所にバーナーをいくつでも設置し、ガラスバッチ（30）を溶融してよいことが理解できる。例えば、2のバーナー（34）を並列関係で設置してもよく（図3）、または、単独のバーナーを使用してもよい（図4）。
ガラス溶融炉（10）のバーナー（34）を、バッチまたは溶融ガラス、またはそれらの組み合わせに沈め、炉の最高部（屋根）、側壁、端壁に配置してもよい。
他の溶融装置は、本発明の範囲からそれることなく使用してよい。好適な溶融装置は、空気ガス溶融装置、酸素ガス溶融装置、電気的に加熱した溶融装置または化石燃料燃焼溶融装置を含む。溶融工程のいずれにも、電気的ブーストまたはバブラーを加えることが可能である。また、分離した精製域（図1に示すとおり）を含むこと、または精製域を溶融装置の主要槽に組み込むことが可能である。
前炉配置
前炉はガラス溶解炉から流出される溶融ガラスを受け取り移動させ、好適な状態にある溶融ガラスを成形位置へ流出する。前炉の構成要素は、酸化アルミニウム、酸化クロム、シリカ、酸化アルミニウム及びシリカ、ジルコン、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウム及びシリカ等の適当な耐火性物質、または同様の酸化物を基礎とする耐火性物質、特に溶融ガラスと接触する表面で裏打ちしてもよい。そのような前炉ガラス接触表面は、酸化クロム物質、ジルコンまたはそれらの組み合わせで裏打ちすることが好ましい。
2650°F（1454℃）より低い繊維化温度、及び繊維化温度より少なくとも80°F（44℃）低い液相線温度を有する組成物には、通常の前炉を使用してよい。
前炉はガラス溶解炉から流出される溶融ガラスを受け取り移動させ、好適な状態にある溶融ガラスを成形位置へ流出する。前炉の構成要素は、酸化アルミニウム、酸化クロム、シリカ、酸化アルミニウム及びシリカ、ジルコン、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウム及びシリカ等の適当な耐火性物質、または同様の酸化物を基礎とする耐火性物質、特に溶融ガラスと接触する表面で裏打ちしてもよい。そのような前炉ガラス接触表面は、酸化クロム物質、ジルコンまたはそれらの組み合わせで裏打ちすることが好ましい。
2650°F（1454℃）より低い繊維化温度、及び繊維化温度より少なくとも80°F（44℃）低い液相線温度を有する組成物には、通常の前炉を使用してよい。
繊維化温度が高く及び／またはΔTが低い他の組成物には、他の前炉配置が溶融ガラスの等温状態を促進し、失透を防ぐ上での助けとなりうる。例えば、溶融ガラスを前炉により、例えば約20.32cm(8 inches)より浅く、または好ましくは約8.89cm(3.5 inches)より浅い深部（D）で移動させることは、溶融ガラスを通した放射による熱の伝導を改善する。この点に関し、取り付けた酸素燃料燃焼バーナーは、前炉熱源として特に有用である。通常の酸素燃料燃焼装置は、英国BH-F（Engineering）社により供給される。定義するとおり、酸素燃料燃焼バーナーは、空気燃料バーナー中で使用する周囲空気、及び可燃性炭化水素供給のための化石燃料の代わりに、酸化剤として高い純度で酸素（例えば窒素及びアルゴンの組み合わせの不純を含む、通常90〜99％の純度）を使用するバーナーであるが、酸素濃縮空気（例えば30〜90％純度）を使用するバーナーも含んでよい。酸素ガスバーナーの火炎温度は、約4200〜約5200°F（約2315〜約2871℃）である。この温度で、燃焼する炎及び製品は、溶融ガラスが吸収できる波長でエネルギーを放射する。このことは、溶融ガラスの表面に水平な、及び溶融ガラスに垂直な、均一のガラス温度を促進する。
空気燃料バーナーは、また前炉熱源として使用してもよく、特に、例えば10.16cm(4 inches)といった非常に狭い間隔を空けて取り付けられた場合、前炉熱源として使用してもよい。
空気燃料バーナーは、また前炉熱源として使用してもよく、特に、例えば10.16cm(4 inches)といった非常に狭い間隔を空けて取り付けられた場合、前炉熱源として使用してもよい。
本発明に有用な例証的前炉配置は、図6及び図7に示されている。前炉（322A）は、ガラス溶融炉から溶融物質（例えば溶融ガラスG）を製造する位置（例えば、以下に論ずる成形位置）へ届けるよう適応させる。溶融ガラス（G）は、前炉（322A）の上部に接触しない。結果として、この部分は、比較的安価な耐火性物質（例えばシリカ、ムライト、または溶融ガラス（G）の腐食作用に耐える必要のない他の物質のような、超格子構造（super structure）耐火性物質）から構成してよい。
前炉（322A）の下部はガラスレベル (L)より低く、従って、溶融ガラス（G）と接触するガラス接触面を形成する。結果として、前炉（322A）の前記部分は、より高価なガラス接触物質から構成される。セラミック耐火性物質（例えばジルコン、酸化クロム、または他の好適な物質）は、溶融ガラス（G）の腐食作用を持続させることができるため、好適なガラス接触耐火性物質である。
前炉（322A）は頂部または最高部（図示せず）、底部（同じく図示せず）及び側壁（328A）を含んでよい。前炉（322A）は上流端を有し、通例（330A）で示し、及び下流端を有し、通例（332A）で示す。開口端（334）は前炉（322A）の下流端 (332A）に設けてもよい。端壁（336A）は、前炉（322A）の上流端（330A）に設けてもよい。1以上のガラスオリフィス（338）は、端壁（336A）にすぐ近くの、隣接または接近した前炉（322A）の底部に提供してもよい。上述のように、前端の前炉は、端壁（336A）及び底部のガラスオリフィス（338）を有する前炉（322A）の部分である。
前炉（322A）の下部はガラスレベル (L)より低く、従って、溶融ガラス（G）と接触するガラス接触面を形成する。結果として、前炉（322A）の前記部分は、より高価なガラス接触物質から構成される。セラミック耐火性物質（例えばジルコン、酸化クロム、または他の好適な物質）は、溶融ガラス（G）の腐食作用を持続させることができるため、好適なガラス接触耐火性物質である。
前炉（322A）は頂部または最高部（図示せず）、底部（同じく図示せず）及び側壁（328A）を含んでよい。前炉（322A）は上流端を有し、通例（330A）で示し、及び下流端を有し、通例（332A）で示す。開口端（334）は前炉（322A）の下流端 (332A）に設けてもよい。端壁（336A）は、前炉（322A）の上流端（330A）に設けてもよい。1以上のガラスオリフィス（338）は、端壁（336A）にすぐ近くの、隣接または接近した前炉（322A）の底部に提供してもよい。上述のように、前端の前炉は、端壁（336A）及び底部のガラスオリフィス（338）を有する前炉（322A）の部分である。
酸素燃料バーナーのような前炉バーナー（344）は、図7に示すように、ガラスレベル（L）の上に位置する。前炉バーナー（344）は、表面（340）に垂直で、表面（340）に対し鋭角である平面（例えば、実質上水平な平面）に延伸する。前炉バーナー（344）は、図6へ示すとおり、表面（340）に対し約5度〜約85度の角度で前炉（322A）の下流端332Aの方向へ向いている。前炉バーナー（344）は、対向する側壁（328A）にある対向する前炉バーナー（344）が横に併置するよう、すなわち互いに横に整列（図6を見たとき垂直に整列していない）しないよう、交互に、または間隔を空けて配置してよい。
酸素燃焼バーナーの火炎温度は、約4200〜5200°Fである。しかしながら、炎は非常に小さいことが好ましい。その結果、炎は側壁（328A）に直接接触しない。しかしながら、炎からの熱放射は相当である。炎は側壁（328A）に直接接触しないが、側壁（328A）は対流、または別の方法で炎から放射する熱により十分に加熱する。この放射熱は、前炉（322A）を過度に高温へさらし、前炉（322A）の保全性を損なうことなく、溶融ガラス（G）を適切に調整し、溶融ガラスGを所望の温度で維持するのに十分である。これは、たとえバーナー（344）を互いに約30.48cm(1 foot)から約152.4cm(5 feet)離して配置した場合にも該当する。
酸素燃焼バーナーの火炎温度は、約4200〜5200°Fである。しかしながら、炎は非常に小さいことが好ましい。その結果、炎は側壁（328A）に直接接触しない。しかしながら、炎からの熱放射は相当である。炎は側壁（328A）に直接接触しないが、側壁（328A）は対流、または別の方法で炎から放射する熱により十分に加熱する。この放射熱は、前炉（322A）を過度に高温へさらし、前炉（322A）の保全性を損なうことなく、溶融ガラス（G）を適切に調整し、溶融ガラスGを所望の温度で維持するのに十分である。これは、たとえバーナー（344）を互いに約30.48cm(1 foot)から約152.4cm(5 feet)離して配置した場合にも該当する。
他の前炉バーナー配置が可能であり、本発明の範囲に該当することも理解されるべきである。例えば、別の例証的なバーナーの配置を図7に示す。前炉バーナー（344）は、表面（346）に垂直で、表面（346）に対し鋭角の平面（例えば、実質上垂直な平面）に延伸する。前炉バーナー（344）は、図7に示すように、チャネル（322C）の上流端330Cの方へ、表面346に対して約5度〜約85度の角度へ向いていてよい。一方、前炉バーナー（344）はチャネル（322C）の下流端（332C）の方へ、表面（346）に対し約95度〜175度の角度へ向いていてよい。
バーナーは、バッチまたは溶融ガラスの中、またはそれらの組み合わせの中に沈めて、前炉、側壁、端壁の最高部（屋根）へ配置してよいことを留意すべきである。
バーナーは、バッチまたは溶融ガラスの中、またはそれらの組み合わせの中に沈めて、前炉、側壁、端壁の最高部（屋根）へ配置してよいことを留意すべきである。
ブッシュアセンブリー
図5に示すように、ブッシュアセンブリー100はブッシュ（110）及びブッシュフレーム210を含む。ブッシュ（110）は、側壁（122）、及び側壁（122）の間に伸びる先端プレート（124）を有するブッシュ本体（120）を含む。本体（120）は、ひいては、前炉（310）真下に位置するブッシュブロック（300）下方に位置する。本発明の方法を実行する上で、溶融ガラスの流れは、前炉（310）から本体（120）により受け止められる。前炉（310）は溶融装置（10）から溶融ガラスを受け取る（図1に図示）。送出チャネル（40）は、溶融装置（10）及び前炉（310）の間に位置し、溶融ガラスバッチ組成物を溶融装置（10）から前炉（310）へ送出する。前炉（310）及びブッシュブロック（300）は通常の構造のものでよく、耐火性物質から成形してよい。
図5に示すように、ブッシュアセンブリー100はブッシュ（110）及びブッシュフレーム210を含む。ブッシュ（110）は、側壁（122）、及び側壁（122）の間に伸びる先端プレート（124）を有するブッシュ本体（120）を含む。本体（120）は、ひいては、前炉（310）真下に位置するブッシュブロック（300）下方に位置する。本発明の方法を実行する上で、溶融ガラスの流れは、前炉（310）から本体（120）により受け止められる。前炉（310）は溶融装置（10）から溶融ガラスを受け取る（図1に図示）。送出チャネル（40）は、溶融装置（10）及び前炉（310）の間に位置し、溶融ガラスバッチ組成物を溶融装置（10）から前炉（310）へ送出する。前炉（310）及びブッシュブロック（300）は通常の構造のものでよく、耐火性物質から成形してよい。
先端プレート（124）は、複数のノズル（124a）（オリフィスとしても言及）を含み、前記ノズルを通じて溶融ガラスを複数の流れにし、流出してよい。溶融物質の流れを、先端プレート（124）から機械的に引き出してよく、ワインダーまたはチョッパー、または他の繊維化手段のような、通常のワインダー装置（400）を介して連続フィラメント（125）を成形する。フィラメント（125）は、サイジングアプリケーター（410）から組成物を所定の大きさにする保護被覆を受け取った後、単一または多数の連続ストランド（125a）へ集めてよい。連続フィラメント（125a）はワインダー装置（400）の回転コレット（402）に巻きつけてよく、パッケージを成形する（125b）。また、連続フィラメント（125）は、制限することなく、湿式チョップドストランド、乾式チョップドストランド、連続フィラメントマット、チョップドストランドマット、湿式成形マットまたはエアレイドマットを含む、他の所望の複合ガラス物質へ加工処理してもよい。
本発明の高強度物品は、ポリマーマトリックス素材内のガラス繊維強化材として記載される成形された繊維を使用する。通常のマトリックス素材は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル、及びポリエステルを含む。物品は圧縮成形、積層、吹付け、手積み成形、組み立て式レイアップ法（プレプレグ）、圧縮成形、減圧バッグ成形、加圧バッグ成形、プレス成形、トランスファー成形、真空樹脂含浸製造法、引抜成形、フィラメントワインディング、鋳造成形、オートクレーブ成形、遠心鋳造樹脂トランスファー及び連続鋳造を含む、好適な生産技術により成形してよい。
本発明を概説し、さらなる理解のため以下に例証したある特殊な実施例を提供する。これらの実施例は、例証的な目的のみのためのものであり、特に言及のない限り、すべて包括的または限定的である意図はない。
本発明を概説し、さらなる理解のため以下に例証したある特殊な実施例を提供する。これらの実施例は、例証的な目的のみのためのものであり、特に言及のない限り、すべて包括的または限定的である意図はない。
実施例
表IIA〜IICに列挙される実施例のガラスを、白金るつぼ、または白金で連続的に裏打ちした溶融装置の中で溶融し、製造されるガラス及び繊維の機械的及び物理的特性を測定した。物理的特性の測定装置は、粘性（°F）、液相線温度（°F）及びΔT（°F）である。いくつかの実施例において、ガラスは繊維化し、強度（MPa(KPsi)）、密度（g／ml）及びモジュラス（MPa(MPsi)）を測定した。
繊維化温度は回転スピンドル粘土計を用いて測定した。繊維化粘性は100Pa・秒（1000ポアズ）として定義する。液相線はガラスで満たした白金容器を熱勾配炉（thermal gradient furnace）へ設置し16時間測定した。結晶が存在した最高温度を液相線温度とみなした。モジュラスを、ガラスの単独の繊維上で音波技術（sonic technique）を用いて測定した。引張り強さはもとの単独の繊維上で測定した。
表II-A
表IIA〜IICに列挙される実施例のガラスを、白金るつぼ、または白金で連続的に裏打ちした溶融装置の中で溶融し、製造されるガラス及び繊維の機械的及び物理的特性を測定した。物理的特性の測定装置は、粘性（°F）、液相線温度（°F）及びΔT（°F）である。いくつかの実施例において、ガラスは繊維化し、強度（MPa(KPsi)）、密度（g／ml）及びモジュラス（MPa(MPsi)）を測定した。
繊維化温度は回転スピンドル粘土計を用いて測定した。繊維化粘性は100Pa・秒（1000ポアズ）として定義する。液相線はガラスで満たした白金容器を熱勾配炉（thermal gradient furnace）へ設置し16時間測定した。結晶が存在した最高温度を液相線温度とみなした。モジュラスを、ガラスの単独の繊維上で音波技術（sonic technique）を用いて測定した。引張り強さはもとの単独の繊維上で測定した。
表II-A
表II-B
表II-C
本発明において有用な組成物は、Na2O、CaO及びB2O3のような連鎖改質剤をも含んでよい。前記組成物は表II-D（以下）に示す。
表II-D
表II-D
本発明により製造した繊維は、優れたモジュラス及び強度の特徴を有する。実施例1の繊維は、87632MPa(12.71MPsi)の測定モジュラス及び4743MPa(688 KPsi)の測定強度を有する。実施例3の繊維は、89356MPa（12.96MPsi）の測定モジュラス及び5081MPa(737KPsi)の測定強度を有する。実施例17の繊維は87908MPa(12.75MPsi)の測定モジュラス及び5060MPa(734 KPsi)の測定強度を有する。
従来技術において理解されるとおり、上述の例証的な発明の組成物は統計的慣習（丸め及び平均化）、及びいくつかの組成物は列挙されていない不純物を含んでよいという事実により、列挙した構成要素が必ずしも総計100％となるわけではない。もちろん、組成物における不純物を含むすべての構成要素の実際の量は、常に総計100％である。さらに、例えば約0.05質量％以下の量といった、構成要素の少量が組成物中に指定されている場合、これらの構成要素は、意図的に加えるより、原料中に存在する微量の不純物の形として存在してよいことが理解されるべきである。
その上、構成要素は、例えば加工を容易にするためバッチ組成物に加えてもよいが、のちに除去し、それにより前記構成要素を本質的に含まないガラス組成物を成形する。従って、例えばフッ素及びスルフェートのような構成要素の微細な量は、本発明の商業上の実施においてシリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム及びマグネシア成分を提供し、微量の不純物として原料中に存在してよく、または生産中に本質的に失われる加工助剤としてもよい。
従来技術において理解されるとおり、上述の例証的な発明の組成物は統計的慣習（丸め及び平均化）、及びいくつかの組成物は列挙されていない不純物を含んでよいという事実により、列挙した構成要素が必ずしも総計100％となるわけではない。もちろん、組成物における不純物を含むすべての構成要素の実際の量は、常に総計100％である。さらに、例えば約0.05質量％以下の量といった、構成要素の少量が組成物中に指定されている場合、これらの構成要素は、意図的に加えるより、原料中に存在する微量の不純物の形として存在してよいことが理解されるべきである。
その上、構成要素は、例えば加工を容易にするためバッチ組成物に加えてもよいが、のちに除去し、それにより前記構成要素を本質的に含まないガラス組成物を成形する。従って、例えばフッ素及びスルフェートのような構成要素の微細な量は、本発明の商業上の実施においてシリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム及びマグネシア成分を提供し、微量の不純物として原料中に存在してよく、または生産中に本質的に失われる加工助剤としてもよい。
上述の実施例から明らかなとおり、本発明において有用な一定のガラス繊維組成物は、低い繊維化温度、及び液相線温度及び繊維化温度（高いΔT値）間の大幅な差異のような、有利な特性を有する。本発明の他の利点及び自明な修正は、上述の記載及びさらに発明の実施を通して、当業者に明らかである。
ある実施形態において、本発明により製造される高性能のガラスは、比較的低い温度で溶融及び精製し、比較的低い温度の広範な温度範囲、及び低い液相線温度の範囲に渡り、実行可能な粘性を有する。
他の実施形態において、本発明により製造される高性能のガラスは、比較的高い温度で溶融及び精製し、比較的狭い温度範囲に渡り、実行可能な粘性を有する。
本出願の発明を、一般的に、及び特定の実施形態に関して記述した。発明は、好ましいとされる実施形態で述べているが、一般的な開示の範囲内において、当業者に知られた広範な代案を選択してもよい。本発明の他の利点及び自明な修正は、上述の記載及び本発明のさらなる実施を通じ、当業者に明らかである。本発明は、以下に述べる特許請求の範囲の記載を除き、特別に限定されない。
更に本発明は、以下の態様であり得る。
〔１〕
炉（10）、前炉（12）及びブッシュ（10）を有する連続システムにおける高強度ガラス繊維を成形する方法であって、
(1)ガラスバッチ（30）を受け取り、溶融ガラスを流出させ、少なくとも炉の一部を実質上貴金属物質を含まない物質で裏打ちしてガラス溶融炉を提供し、炉のガラス接触表面を形成する工程、
(2)ガラスバッチを炉へ供給する工程であって、前記ガラスバッチは、45°F（25℃）より高い繊維化 ΔTを有する繊維化可能な溶融ガラスを成形することができ、及び
SiO 2 を約50〜約75質量％；
Al 2 O 3 を約15〜約30質量％；
MgOを約5〜約20質量％；
CaOを約0〜約10質量％；
R 2 Oを約0〜約5質量％含み、R 2 OはLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しく、かつ微量の不純物を含む組成物を有するガラス繊維を製造するためのものであって、前記組成物中の各々の不純物が約0.05質量％以下である前記工程、
(3)炉熱源から熱を提供し、炉ガラス接触表面と接触する溶融ガラスのプールを形成することにより、ガラスバッチを炉の中で溶融する工程、
(4)溶融ガラスを炉からブッシュへ移動させるための前炉を提供し、少なくとも前炉の一部を、実質上貴金属を含まない物質で裏打ちし、前炉ガラス接触表面を形成する工程、
(5)前炉熱源から熱を提供し、前炉ガラス接触表面により形成された実質上水平な流路に沿って前炉を通じ溶融ガラスが流入する間、前炉中の溶融ガラスを移動させる工程、
(6)溶融ガラスを、前炉からブッシュへ、約2400°F（1316℃）〜約2900°F（1593℃）の温度、及び既定の粘性で流出させる工程；及び
(7)溶融ガラスを連続繊維へ成形する工程、
を含む、前記方法。
〔２〕
溶融ガラスを移動させる工程が、前炉（12）を通じて約20.32cm未満の深さで溶融ガラスを流す工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔３〕
溶融ガラスを移動させる工程が、前炉（12）を通じて約8.89cm未満の深さで溶融ガラスを流す工程を含む、〔2〕記載の方法。
〔４〕
炉（10）を裏打ちする工程が、少なくとも炉の一部を、酸化物を基礎とした炉の耐火性物質で裏打ちする工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔５〕
炉（10）を裏打ちし、炉ガラス接触表面を形成する工程が、少なくとも炉の一部を、酸化クロム物質及びジルコンからなる群から選択される物質で裏打ちする工程を含む、〔4〕記載の方法。
〔６〕
炉（10）を裏打ちする工程が、少なくとも炉の一部を、外部から冷却した壁で裏打ちする工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔７〕
前炉（12）を裏打ちし、前炉ガラス接触表面を形成する工程が、少なくとも炉の一部を酸化物を基礎とした前炉耐火性物質で裏打ちする工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔８〕
前炉（12）を裏打ちする工程が、酸化クロム物質及びジルコンからなる群から選択される物質で前炉を裏打ちする工程を含む、〔7〕記載の方法。
〔９〕
炉（10）熱源から熱を提供する工程が、さらに、1以上の酸素燃料バーナー（34）を屋根（22）、側壁（328A）、前炉の端壁または底部、またはそれらの組み合わせに設置する工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔１０〕
前炉（12）熱源から熱を提供する工程が、さらに、1以上の酸素燃料バーナー（34）を屋根（22）、側壁（328A）、または前炉の端壁、またはそれらの組み合わせに設置する工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔１１〕
前炉（12）熱源から熱を提供する工程が、さらに、1以上の空気燃料バーナー（34）を屋根（22）、側壁（328A）、または炉（10）の端壁、またはそれらの組み合わせに、前炉内の溶融ガラスの失透を防ぐのに十分な間隔を空けて設置する工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔１２〕
さらに、空気燃料バーナー（34）を、約10.16cmの間隔を空けて設置する工程を含む、〔11〕記載の方法。
〔１３〕
さらに、1以上のバブラー（24）、電気ブースト電極及びそれらの組み合わせをガラス溶融炉（10）中に設置する工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔１４〕
さらに、1以上のバブラー（24）、電気ブースト電極及びそれらの組み合わせを前炉（12）中に設置する工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔１５〕
既定の粘性が約100Pa・秒である、〔1〕記載の方法。
〔１６〕
既定の粘性が約31.6Pa・秒である、〔1〕記載の方法。
〔１７〕
製造したガラス繊維が2.434〜2.520g／mlの密度を有する、〔1〕記載の方法。
〔１８〕
製造したガラス繊維が87563MPaより大きい測定モジュラスを有する、〔1〕記載の方法。
〔１９〕
製造したガラス繊維が4688MPaより大きい測定モジュラスを有する、〔1〕記載の方法。
〔２０〕
製造したガラス繊維が2.434〜2.520g／mlの密度を有し、87563MPaより大きい測定モジュラスを有する、〔1〕記載の方法。
〔２１〕
製造したガラス繊維が2.434〜2.486g／mlの密度を有し、4743〜5081MPaの測定強度を有する、〔1〕記載の方法。
〔２２〕
ガラス繊維を未処理のガラスバッチから、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置中で製造する方法であって、前記方法が、
(1) 未処理のガラスバッチを、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置の溶融域に充填する工程であって、前記ガラスバッチが
SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜26質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0〜3質量％含み、R 2 OがLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい前記工程、
(2)ガラスバッチを、結果として得られるガラスの液相線温度を超えて成形温度まで加熱し、繊維化可能な溶融ガラスを成形する工程；及び
(3)前記溶融ガラスを繊維化する工程、
を含む、前記方法。
〔２３〕
ガラス繊維を未処理のガラスバッチから、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置中で製造する方法であって、
(1)未処理のガラスバッチを、耐火物で裏打ちした溶融装置の溶融域に充填する工程であって、前記ガラスバッチが
SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜24質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0.25〜3質量％含み、R 2 OがLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい前記工程、
(2)ガラスバッチを、結果として得られるガラスの液相線温度を超えて成形温度まで加熱し、繊維化可能な溶融ガラスを成形する工程；及び
(3)前記溶融ガラスを繊維化する工程、
を含む、前記方法。
〔２４〕
ガラスバッチが、
SiO 2 を約68質量％；
Al 2 O 3 を約20質量％；
MgOを約10質量％；及び
Li 2 Oを約2質量％含む、〔23〕記載の方法。
〔２５〕
ガラスバッチが、
SiO 2 を約68質量％；
Al 2 O 3 を約20質量％；
MgOを約9.7質量％；及び
Li 2 Oを約2質量％含む、〔23〕記載の方法。
〔２６〕
ガラスバッチが、CaO、P 2 O 5 、ZnO、ZrO 2 、SrO、BaO、SO 3 、フッ素、B 2 O 3 、TiO 2 、Fe 2 O 3 、CeO 2 及びBeO 2 からなる群から選択される化合物を合計5質量％未満含む、〔23〕記載の方法。
〔２７〕
前記バッチから製造したガラスが、2650°F（1454℃）より低い繊維化温度、及び少なくとも80°F（44.44℃）のΔTを有する、〔23〕記載の方法。
〔２８〕
前記バッチから製造したガラスが、少なくとも120°F（66.67℃）のΔTを有する、〔23〕記載の方法。
〔２９〕
ガラス溶融装置が、酸化物を基礎とした耐火性物質で裏打ちされている、〔23〕記載の方法。
〔３０〕
ガラス溶融装置が、酸化アルミニウム、シリカ、酸化クロム、酸化アルミニウム及びシリカ、ジルコン、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウム及びシリカ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される耐火性物質で裏打ちされている、〔23〕記載の方法。
〔３１〕
バッチから製造されるガラスを、2600°F（1427℃）より低い成形温度で繊維化する、〔23〕記載の方法。
〔３２〕
バッチから製造されるガラスが、少なくとも140°F（77.78℃）のΔTを有する、〔23〕記載の方法。
〔３３〕
ガラスをガラス成形物質から、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置中で製造する方法であって、ガラス溶融装置は屋根（22）、底部及び側壁（328A）を有し、溶融域及び下流精製域（28）を有する伸長チャネル（322C）を構成し、前記方法が、
(1)未処理のガラスバッチ（30）を耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置の溶融域に充填する工程であって、ガラスバッチが、
SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜24質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0.25〜3質量％含み、R 2 OはLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい前記工程、
(2)少なくとも1のバーナー（34）をガラス溶融装置の屋根(22)内に提供する工程；及び
(3)ガラスバッチを溶融し繊維化可能な溶融ガラスを成形する工程、
を含む、前記方法。
〔３４〕
バッチ（30）から製造したガラスが、2650°F（1454℃）より低い成形温度で繊維化する、〔32〕記載の方法。
〔３５〕
ガラスを未処理のガラス成形物質から、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置中で製造する方法であって、ガラス溶融装置は屋根（22）、底部及び側壁（328A）を有し、溶融域及び下流精製域（16）を有する伸長チャネル（322C）を構成し、前記方法が、
(1)未処理のガラスバッチ（30）を耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置の溶融域に充填する工程であって、ガラスバッチが、
SiO 2 を68〜69質量％；
Al 2 O 3 を20〜22質量％；
MgOを9〜10質量％；及び
Li 2 Oを1〜3質量％含む前記工程、
(2)少なくとも1のバーナー（34）をガラス溶融装置（10）の屋根（22）内に提供する工程；及び
(3)ガラスバッチを溶融して繊維化可能な溶融ガラスを成形する工程、
を含む、前記方法。
〔３６〕
耐火物で裏打ちした溶融装置（10）内における未処理のガラスバッチから製造したガラス繊維であって、
(1)未処理のガラスバッチ（30）を耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置の溶融域へ充填する工程であって、ガラスバッチが
SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜24質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0.25〜3質量％含み、R 2 OはLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい前記工程、
(2)ガラスバッチを、結果として得られるガラスの液相線温度を超えて成形温度まで加熱し、繊維化可能な溶融ガラスを成形する工程；及び
(3)前記溶融ガラスを繊維化する工程
を含む過程にある、前記ガラス繊維。
〔３７〕
マトリックス素材、及び
SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜24質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0.25〜3質量％含み、R 2 OはLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい、ガラスバッチ組成物から成形される多数のガラス繊維を含む、高強度物品。
〔３８〕
ガラスバッチ組成物が、
SiO 2 を約68質量％；
Al 2 O 3 を約20質量％；
MgOを約10質量％；及び
Li 2 Oを約2質量％含む、〔37〕記載の高強度物品。
〔３９〕
ガラスバッチ組成物が、
SiO 2 を約68質量％；
Al 2 O 3 を約20質量％；
MgOを約9.7質量％；及び
Li 2 Oを約2質量％含む、〔38〕記載の高強度物品。
〔４０〕
ガラス繊維が、2.434〜2.486g／mlの密度を有する、〔37〕記載の高強度物品。
〔４１〕
ガラス繊維が、87632〜89356MPaの測定モジュラスを有する、〔37〕記載の高強度物品。
〔４２〕
ガラス繊維が、4743〜5081MPaの測定強度を有する、〔37〕記載の高強度物品。
〔４３〕
ガラス繊維が、2.434〜2.486g／mlの密度を有し、87632〜89356MPaの測定モジュラスを有する、〔37〕記載の高強度物品。
〔４４〕
ガラス繊維が、2.434〜2.486g／mlの密度を有し、4743〜5081MPaの測定強度を有する、〔37〕記載の高強度物品。
〔４５〕
マトリックスが、ポリエステル樹脂、ビニルエステルフェノール樹脂、ビニルエステル樹脂及びエポキシ樹脂、ビスマレイミド、ポリアミド、ビニルエステルフェノール、エチレンアクリレートまたはメタクリレートコポリマー、架橋エチレンメチルアクリレート、メチルメタクリレートコポリマー及びイオノマー、ポリカーボネート、ポリウレタン、ナイロンまたはアラミド、改質エポキシ樹脂からなる群から選択される、〔37の高強度物品。
〔４６〕
マトリックス素材がフェノールマトリックス素材である、〔37〕記載の高強度物品。
〔４７〕
高強度の複合物品を生産する方法であって、
(1) SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜24質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0.25〜3質量％を含むガラスバッチ組成物から繊維を成形する工程であって、R 2 OはLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい前記工程、
(2) 繊維をマトリックス素材と組み合わせる工程、
(3) 物品を造形する工程；及び
(4) マトリックス素材を硬化する工程
を含む、前記方法。
〔４８〕
湿式チョップドストランド、乾式チョップドストランド、連続フィラメントマット、チョップドストランドマット、湿式マット及びエアレイドマットからなる群から選択される中間ガラス構造を形成する工程を含む、〔47〕記載の方法。
〔４９〕
造形工程が、圧縮成形、積層、吹付け、手積み成形、組み立て式レイアップ法、減圧バッグ成形、加圧バッグ成形、プレス成形、トランスファー成形、真空樹脂含浸製造法、引抜成形、フィラメントワインディング、鋳造成形、オートクレーブ成形、遠心鋳造樹脂トランスファー及び連続鋳造からなる群から選択される、〔47〕記載の方法。
〔５０〕
ガラスバッチ組成物が、
SiO 2 を約68質量％；
Al 2 O 3 を約20質量％；
MgOを約10質量％；及び
Li 2 Oを約2質量％含む、〔47〕記載の方法。
〔５１〕
マトリックスが、ポリエステル樹脂、ビニルエステルフェノール樹脂、ビニルエステル樹脂及びエポキシ樹脂、ビスマレイミド、ポリアミド、ビニルエステルフェノール、エチレンアクリレートまたはメタクリレートコポリマー、架橋エチレンメチルアクリレート、メチルメタクリレートコポリマー及びイオノマー、ポリカーボネート、ポリウレタン、ナイロンまたはアラミド、改質エポキシ樹脂からなる群から選択される、〔47〕記載の方法。
ある実施形態において、本発明により製造される高性能のガラスは、比較的低い温度で溶融及び精製し、比較的低い温度の広範な温度範囲、及び低い液相線温度の範囲に渡り、実行可能な粘性を有する。
他の実施形態において、本発明により製造される高性能のガラスは、比較的高い温度で溶融及び精製し、比較的狭い温度範囲に渡り、実行可能な粘性を有する。
本出願の発明を、一般的に、及び特定の実施形態に関して記述した。発明は、好ましいとされる実施形態で述べているが、一般的な開示の範囲内において、当業者に知られた広範な代案を選択してもよい。本発明の他の利点及び自明な修正は、上述の記載及び本発明のさらなる実施を通じ、当業者に明らかである。本発明は、以下に述べる特許請求の範囲の記載を除き、特別に限定されない。
更に本発明は、以下の態様であり得る。
〔１〕
炉（10）、前炉（12）及びブッシュ（10）を有する連続システムにおける高強度ガラス繊維を成形する方法であって、
(1)ガラスバッチ（30）を受け取り、溶融ガラスを流出させ、少なくとも炉の一部を実質上貴金属物質を含まない物質で裏打ちしてガラス溶融炉を提供し、炉のガラス接触表面を形成する工程、
(2)ガラスバッチを炉へ供給する工程であって、前記ガラスバッチは、45°F（25℃）より高い繊維化 ΔTを有する繊維化可能な溶融ガラスを成形することができ、及び
SiO 2 を約50〜約75質量％；
Al 2 O 3 を約15〜約30質量％；
MgOを約5〜約20質量％；
CaOを約0〜約10質量％；
R 2 Oを約0〜約5質量％含み、R 2 OはLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しく、かつ微量の不純物を含む組成物を有するガラス繊維を製造するためのものであって、前記組成物中の各々の不純物が約0.05質量％以下である前記工程、
(3)炉熱源から熱を提供し、炉ガラス接触表面と接触する溶融ガラスのプールを形成することにより、ガラスバッチを炉の中で溶融する工程、
(4)溶融ガラスを炉からブッシュへ移動させるための前炉を提供し、少なくとも前炉の一部を、実質上貴金属を含まない物質で裏打ちし、前炉ガラス接触表面を形成する工程、
(5)前炉熱源から熱を提供し、前炉ガラス接触表面により形成された実質上水平な流路に沿って前炉を通じ溶融ガラスが流入する間、前炉中の溶融ガラスを移動させる工程、
(6)溶融ガラスを、前炉からブッシュへ、約2400°F（1316℃）〜約2900°F（1593℃）の温度、及び既定の粘性で流出させる工程；及び
(7)溶融ガラスを連続繊維へ成形する工程、
を含む、前記方法。
〔２〕
溶融ガラスを移動させる工程が、前炉（12）を通じて約20.32cm未満の深さで溶融ガラスを流す工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔３〕
溶融ガラスを移動させる工程が、前炉（12）を通じて約8.89cm未満の深さで溶融ガラスを流す工程を含む、〔2〕記載の方法。
〔４〕
炉（10）を裏打ちする工程が、少なくとも炉の一部を、酸化物を基礎とした炉の耐火性物質で裏打ちする工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔５〕
炉（10）を裏打ちし、炉ガラス接触表面を形成する工程が、少なくとも炉の一部を、酸化クロム物質及びジルコンからなる群から選択される物質で裏打ちする工程を含む、〔4〕記載の方法。
〔６〕
炉（10）を裏打ちする工程が、少なくとも炉の一部を、外部から冷却した壁で裏打ちする工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔７〕
前炉（12）を裏打ちし、前炉ガラス接触表面を形成する工程が、少なくとも炉の一部を酸化物を基礎とした前炉耐火性物質で裏打ちする工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔８〕
前炉（12）を裏打ちする工程が、酸化クロム物質及びジルコンからなる群から選択される物質で前炉を裏打ちする工程を含む、〔7〕記載の方法。
〔９〕
炉（10）熱源から熱を提供する工程が、さらに、1以上の酸素燃料バーナー（34）を屋根（22）、側壁（328A）、前炉の端壁または底部、またはそれらの組み合わせに設置する工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔１０〕
前炉（12）熱源から熱を提供する工程が、さらに、1以上の酸素燃料バーナー（34）を屋根（22）、側壁（328A）、または前炉の端壁、またはそれらの組み合わせに設置する工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔１１〕
前炉（12）熱源から熱を提供する工程が、さらに、1以上の空気燃料バーナー（34）を屋根（22）、側壁（328A）、または炉（10）の端壁、またはそれらの組み合わせに、前炉内の溶融ガラスの失透を防ぐのに十分な間隔を空けて設置する工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔１２〕
さらに、空気燃料バーナー（34）を、約10.16cmの間隔を空けて設置する工程を含む、〔11〕記載の方法。
〔１３〕
さらに、1以上のバブラー（24）、電気ブースト電極及びそれらの組み合わせをガラス溶融炉（10）中に設置する工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔１４〕
さらに、1以上のバブラー（24）、電気ブースト電極及びそれらの組み合わせを前炉（12）中に設置する工程を含む、〔1〕記載の方法。
〔１５〕
既定の粘性が約100Pa・秒である、〔1〕記載の方法。
〔１６〕
既定の粘性が約31.6Pa・秒である、〔1〕記載の方法。
〔１７〕
製造したガラス繊維が2.434〜2.520g／mlの密度を有する、〔1〕記載の方法。
〔１８〕
製造したガラス繊維が87563MPaより大きい測定モジュラスを有する、〔1〕記載の方法。
〔１９〕
製造したガラス繊維が4688MPaより大きい測定モジュラスを有する、〔1〕記載の方法。
〔２０〕
製造したガラス繊維が2.434〜2.520g／mlの密度を有し、87563MPaより大きい測定モジュラスを有する、〔1〕記載の方法。
〔２１〕
製造したガラス繊維が2.434〜2.486g／mlの密度を有し、4743〜5081MPaの測定強度を有する、〔1〕記載の方法。
〔２２〕
ガラス繊維を未処理のガラスバッチから、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置中で製造する方法であって、前記方法が、
(1) 未処理のガラスバッチを、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置の溶融域に充填する工程であって、前記ガラスバッチが
SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜26質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0〜3質量％含み、R 2 OがLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい前記工程、
(2)ガラスバッチを、結果として得られるガラスの液相線温度を超えて成形温度まで加熱し、繊維化可能な溶融ガラスを成形する工程；及び
(3)前記溶融ガラスを繊維化する工程、
を含む、前記方法。
〔２３〕
ガラス繊維を未処理のガラスバッチから、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置中で製造する方法であって、
(1)未処理のガラスバッチを、耐火物で裏打ちした溶融装置の溶融域に充填する工程であって、前記ガラスバッチが
SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜24質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0.25〜3質量％含み、R 2 OがLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい前記工程、
(2)ガラスバッチを、結果として得られるガラスの液相線温度を超えて成形温度まで加熱し、繊維化可能な溶融ガラスを成形する工程；及び
(3)前記溶融ガラスを繊維化する工程、
を含む、前記方法。
〔２４〕
ガラスバッチが、
SiO 2 を約68質量％；
Al 2 O 3 を約20質量％；
MgOを約10質量％；及び
Li 2 Oを約2質量％含む、〔23〕記載の方法。
〔２５〕
ガラスバッチが、
SiO 2 を約68質量％；
Al 2 O 3 を約20質量％；
MgOを約9.7質量％；及び
Li 2 Oを約2質量％含む、〔23〕記載の方法。
〔２６〕
ガラスバッチが、CaO、P 2 O 5 、ZnO、ZrO 2 、SrO、BaO、SO 3 、フッ素、B 2 O 3 、TiO 2 、Fe 2 O 3 、CeO 2 及びBeO 2 からなる群から選択される化合物を合計5質量％未満含む、〔23〕記載の方法。
〔２７〕
前記バッチから製造したガラスが、2650°F（1454℃）より低い繊維化温度、及び少なくとも80°F（44.44℃）のΔTを有する、〔23〕記載の方法。
〔２８〕
前記バッチから製造したガラスが、少なくとも120°F（66.67℃）のΔTを有する、〔23〕記載の方法。
〔２９〕
ガラス溶融装置が、酸化物を基礎とした耐火性物質で裏打ちされている、〔23〕記載の方法。
〔３０〕
ガラス溶融装置が、酸化アルミニウム、シリカ、酸化クロム、酸化アルミニウム及びシリカ、ジルコン、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウム及びシリカ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される耐火性物質で裏打ちされている、〔23〕記載の方法。
〔３１〕
バッチから製造されるガラスを、2600°F（1427℃）より低い成形温度で繊維化する、〔23〕記載の方法。
〔３２〕
バッチから製造されるガラスが、少なくとも140°F（77.78℃）のΔTを有する、〔23〕記載の方法。
〔３３〕
ガラスをガラス成形物質から、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置中で製造する方法であって、ガラス溶融装置は屋根（22）、底部及び側壁（328A）を有し、溶融域及び下流精製域（28）を有する伸長チャネル（322C）を構成し、前記方法が、
(1)未処理のガラスバッチ（30）を耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置の溶融域に充填する工程であって、ガラスバッチが、
SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜24質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0.25〜3質量％含み、R 2 OはLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい前記工程、
(2)少なくとも1のバーナー（34）をガラス溶融装置の屋根(22)内に提供する工程；及び
(3)ガラスバッチを溶融し繊維化可能な溶融ガラスを成形する工程、
を含む、前記方法。
〔３４〕
バッチ（30）から製造したガラスが、2650°F（1454℃）より低い成形温度で繊維化する、〔32〕記載の方法。
〔３５〕
ガラスを未処理のガラス成形物質から、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置中で製造する方法であって、ガラス溶融装置は屋根（22）、底部及び側壁（328A）を有し、溶融域及び下流精製域（16）を有する伸長チャネル（322C）を構成し、前記方法が、
(1)未処理のガラスバッチ（30）を耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置の溶融域に充填する工程であって、ガラスバッチが、
SiO 2 を68〜69質量％；
Al 2 O 3 を20〜22質量％；
MgOを9〜10質量％；及び
Li 2 Oを1〜3質量％含む前記工程、
(2)少なくとも1のバーナー（34）をガラス溶融装置（10）の屋根（22）内に提供する工程；及び
(3)ガラスバッチを溶融して繊維化可能な溶融ガラスを成形する工程、
を含む、前記方法。
〔３６〕
耐火物で裏打ちした溶融装置（10）内における未処理のガラスバッチから製造したガラス繊維であって、
(1)未処理のガラスバッチ（30）を耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置の溶融域へ充填する工程であって、ガラスバッチが
SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜24質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0.25〜3質量％含み、R 2 OはLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい前記工程、
(2)ガラスバッチを、結果として得られるガラスの液相線温度を超えて成形温度まで加熱し、繊維化可能な溶融ガラスを成形する工程；及び
(3)前記溶融ガラスを繊維化する工程
を含む過程にある、前記ガラス繊維。
〔３７〕
マトリックス素材、及び
SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜24質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0.25〜3質量％含み、R 2 OはLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい、ガラスバッチ組成物から成形される多数のガラス繊維を含む、高強度物品。
〔３８〕
ガラスバッチ組成物が、
SiO 2 を約68質量％；
Al 2 O 3 を約20質量％；
MgOを約10質量％；及び
Li 2 Oを約2質量％含む、〔37〕記載の高強度物品。
〔３９〕
ガラスバッチ組成物が、
SiO 2 を約68質量％；
Al 2 O 3 を約20質量％；
MgOを約9.7質量％；及び
Li 2 Oを約2質量％含む、〔38〕記載の高強度物品。
〔４０〕
ガラス繊維が、2.434〜2.486g／mlの密度を有する、〔37〕記載の高強度物品。
〔４１〕
ガラス繊維が、87632〜89356MPaの測定モジュラスを有する、〔37〕記載の高強度物品。
〔４２〕
ガラス繊維が、4743〜5081MPaの測定強度を有する、〔37〕記載の高強度物品。
〔４３〕
ガラス繊維が、2.434〜2.486g／mlの密度を有し、87632〜89356MPaの測定モジュラスを有する、〔37〕記載の高強度物品。
〔４４〕
ガラス繊維が、2.434〜2.486g／mlの密度を有し、4743〜5081MPaの測定強度を有する、〔37〕記載の高強度物品。
〔４５〕
マトリックスが、ポリエステル樹脂、ビニルエステルフェノール樹脂、ビニルエステル樹脂及びエポキシ樹脂、ビスマレイミド、ポリアミド、ビニルエステルフェノール、エチレンアクリレートまたはメタクリレートコポリマー、架橋エチレンメチルアクリレート、メチルメタクリレートコポリマー及びイオノマー、ポリカーボネート、ポリウレタン、ナイロンまたはアラミド、改質エポキシ樹脂からなる群から選択される、〔37の高強度物品。
〔４６〕
マトリックス素材がフェノールマトリックス素材である、〔37〕記載の高強度物品。
〔４７〕
高強度の複合物品を生産する方法であって、
(1) SiO 2 を64〜75質量％；
Al 2 O 3 を16〜24質量％；
MgOを8〜12質量％；及び
R 2 Oを0.25〜3質量％を含むガラスバッチ組成物から繊維を成形する工程であって、R 2 OはLi 2 O、Na 2 O及びK 2 Oの合計に等しい前記工程、
(2) 繊維をマトリックス素材と組み合わせる工程、
(3) 物品を造形する工程；及び
(4) マトリックス素材を硬化する工程
を含む、前記方法。
〔４８〕
湿式チョップドストランド、乾式チョップドストランド、連続フィラメントマット、チョップドストランドマット、湿式マット及びエアレイドマットからなる群から選択される中間ガラス構造を形成する工程を含む、〔47〕記載の方法。
〔４９〕
造形工程が、圧縮成形、積層、吹付け、手積み成形、組み立て式レイアップ法、減圧バッグ成形、加圧バッグ成形、プレス成形、トランスファー成形、真空樹脂含浸製造法、引抜成形、フィラメントワインディング、鋳造成形、オートクレーブ成形、遠心鋳造樹脂トランスファー及び連続鋳造からなる群から選択される、〔47〕記載の方法。
〔５０〕
ガラスバッチ組成物が、
SiO 2 を約68質量％；
Al 2 O 3 を約20質量％；
MgOを約10質量％；及び
Li 2 Oを約2質量％含む、〔47〕記載の方法。
〔５１〕
マトリックスが、ポリエステル樹脂、ビニルエステルフェノール樹脂、ビニルエステル樹脂及びエポキシ樹脂、ビスマレイミド、ポリアミド、ビニルエステルフェノール、エチレンアクリレートまたはメタクリレートコポリマー、架橋エチレンメチルアクリレート、メチルメタクリレートコポリマー及びイオノマー、ポリカーボネート、ポリウレタン、ナイロンまたはアラミド、改質エポキシ樹脂からなる群から選択される、〔47〕記載の方法。
Claims (15)
- ガラス繊維を未処理のガラスバッチから、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置中で製造する方法であって、
(1)未処理のガラスバッチを、耐火物で裏打ちしたガラス溶融装置の溶融域に充填する工程であって、前記ガラスバッチが
SiO2を64〜75質量％；
Al2O3を16〜26質量％；
CaOを２質量％以下；
MgOを8〜12質量％；及び
R2Oを0.25〜3質量％含み、R2OがLi2O、Na2O及びK2Oの合計に等しい前記工程、
(2)ガラスバッチを、結果として得られるガラスの液相線温度を超えて成形温度まで加熱し、繊維化可能な溶融ガラスを成形する工程；及び
(3)前記溶融ガラスを繊維化する工程、ここで、前記ガラスの繊維が2650°F（1454℃）より低い繊維化温度で、かつ4743〜5081MPa(688〜737KPsi)の測定強度を有する、
を含む、前記方法。 - ガラスバッチが、P2O5、ZnO、ZrO2、SrO、BaO、SO3、フッ素、B2O3、TiO2、Fe2O3、CeO2及びBeO2からなる群から選択される化合物を合計5質量％未満含む、請求項１記載の方法。
- 前記バッチから製造したガラスが、繊維化温度より少なくとも80°F（26.7℃）低い液相線温度を有する、請求項１記載の方法。
- 前記バッチから製造したガラスが、繊維化温度より少なくとも120°F（約49℃）低い液相線温度を有する、請求項１記載の方法。
- ガラス溶融装置が、酸化物を基礎とした耐火性物質で裏打ちされている、請求項１記載の方法。
- ガラス溶融装置が、酸化アルミニウム、シリカ、酸化クロム、酸化アルミニウム及びシリカ、ジルコン、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウム及びシリカ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される耐火性物質で裏打ちされている、請求項１記載の方法。
- バッチから製造されるガラスを、2600°F（約1427℃）より低い成形温度で繊維化する、請求項１記載の方法。
- バッチから製造されるガラスが、繊維化温度より少なくとも140°F（約60℃）低い液相線温度を有する、請求項１記載の方法。
- 前記ガラスバッチが、SiO2を68〜69質量％；
Al2O3を20〜22質量％；
CaOを２質量％以下；
MgOを9〜10質量％；及び
Li2Oを1〜3質量％含む請求項1記載の方法。 - SiO2を64〜75質量％；
Al2O3を16〜24質量％；
CaOを２質量％以下；
MgOを8〜12質量％；及び
R2Oを0.25〜3質量％含み、R2OはLi2O、Na2O及びK2Oの合計に等しく、前記ガラスの繊維が2650°F（1454℃）より低い繊維化温度で、かつ4743〜5081MPa(688〜737KPsi)の測定強度を有する、ガラスバッチ組成物から成形されるガラス繊維。 - ガラス繊維が、87632〜89356MPaの測定モジュラスを有する、請求項１０記載のガラス繊維。
- 高強度の複合物品を生産する方法であって、
・請求項１記載の方法で製造されたガラス繊維をマトリックス素材と組み合わせる工程、
・物品を造形する工程；及び
・マトリックス素材を硬化し、高強度の複合物品を成形する工程
を含む方法。 - 湿式チョップドストランド、乾式チョップドストランド、連続フィラメントマット、チョップドストランドマット、湿式マット及びエアレイドマットからなる群から選択される中間ガラス構造を形成する工程を含む、請求項１２記載の方法。
- Li2Oが１．７５〜３．０質量％の量で前記組成物中に存在する、請求項1記載の方法。
- マトリックス素材と、１以上の請求項１０記載のガラス繊維とを含む、高強度物品。
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