KR100660084B1 - 유리실과, 그 복합물과, 이를 제조하는 방법과, 유리 조성물을 강화하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 중량%로 표시된 다음 범위 내의 다음 성분을 포함하는 섬유 실(fibre yarn)에 관한 것으로, SiO2는 54.5 내지 58%, Al2O3는 12 내지 15.5%, SiO2 + Al2O3는 70 내지 73%, CaO는 17 내지 25%, MgO는 0 내지 5%, RO = CaO + MgO는 21 내지 28%, R2O = Na2O + K2O + Li2O는 2% 이하, TiO2는 1% 미만, Fe2O3는 0.5% 미만, B2O3는 3% 이하, F2는 1% 미만이고, 비율 R1 = Al2O3/CaO는 0.7 미만이며, SiO2가 57%보다 크면, 산화 붕소 B2O3의 비율은 2%보다 크다.

Description

유리실과, 그 복합물과, 이를 제조하는 방법과, 유리 조성물을 강화하는 방법{GLASS YARNS, COMPOSITE THEREOF, METHOD FOR MAKING SAME AND REINFORCING GLASS COMPOSITION}
본 발명은, 유기 및/또는 무기 재료를 강화하는 데 사용될 수 있고, 직물 실(textile yarn)로 사용될 수 있는 "강화(reinforcing)" 유리실(glass yarn){또는 "섬유(fibres)"}에 관한 것으로, 이러한 실은 일반적으로 저항 가열(resistance heating)로 가열되는 방사구(spinneret)의 베이스에 배치된 오리피스 밖으로 흘러나오는 용융된 유리의 흐름을 기계적으로 연신(drawing)하는 공정에 의해 얻어질 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은, 특히 유리한 신규한 조성을 갖는 유리실에 관한 것이다.
강화 유리실 분야는 유리 산업에서 매우 특별한 분야이다. 이러한 실은 특정 유리 조성으로부터 생산되며, 사용되는 유리는 위에서 한정한 공정을 이용하여 수 마이크로미터 직경의 필라멘트(filament) 형태로 연신될 수 있어야하며, 특히 실의 강화시키는 역할을 달성할 수 있는 연속적 실의 형성을 허용할 수 있어야 한다. 그러므로 가장 일반적으로 사용되는 강화 유리실은 SiO2-Al2O3-CaO의 3성분 도표의 1170℃ 공융 혼합물(eutectic)로부터 얻는 유리로부터 형성되는 실로, 특히 상기 실은 E-유리실이라는 명칭으로 표시되며, 이 유리실의 원형(archetype)은 특허 US-A-2 334 981 및 US-A-2 571 074에서 기술된다. E-유리실은 본질적으로 실리카, 알루미나, 석회 및 무수 붕산을 기초로 하는 조성물을 갖는데, "E-유리"라고 불리는 유리의 조성물에서 실제로 5 내지 13% 범위의 양이 존재하는 무수 붕산은 실리카의 일부를 대체하며, E-유리실은 더욱이 제한된 양의 알칼리 금속 산화물(특히 Na2O 및/또는 K2O)로 특징 지워진다.
위에서 언급한 2개의 특허 이후에, 이 성분을 포함하는 유리는, 대기를 오염시킬 수 있는 산출물의 방출을 감소시키는 것과, 가장 값비싼 성분의 함량을 줄임으로써 조성물의 비용을 감소시키는 것과, 특히 고온에서의 점도를 줄임으로써 섬유화되는(위에서 언급한 공정을 사용하여 방사구로부터 유리 필라멘트를 연신하는 작업에 해당하는 섬유화 또는 형성) 이 유리의 능력을 개선시키는 것 및 불투명해지는 경향을 개선시키는 것과 이러한 특정한 특성을 개선시키는 것을 목적으로 하는 수많은 변형의 주제가 되었다.
가장 잘 용융되지 않는 결정(most refractory crystal)의 성장률이 0이 되는 온도는 "액체화 온도"라고 하며, "Tliquidus"로 표시된다. 액체화 온도는 유리가 불투명해지는 경향을 가질 수 있는 온도 범위의 상한치를 제공한다.
특히, 조성물의 비용을 줄이는 시도가 있었지만, 일반적으로 섬유화되는 능력의 감소 때문에, 강화 실을 얻기 위하여 상기 유리를 사용하는 것은 대개 더욱 어려워지거나 더 많은 문제가 생기게 되며, 아마도 기존의 섬유화 플랜트 또는 작업 조건에 대한 변형을 필요로 하고 효율성의 감소와 얻어지는 폐기물 양의 증가를 초래하여, 결국 전체 생산 비용의 증가를 가져오게 된다. 이에 대한 해결책이 출원 번호 WO 99/01393호 및 WO 99/12858호에 제안되었다.
상기 용액에 상응하는 조성물은, 상기 응용의 예에서 기술된 바와 같이 비교적 높은 특성 온도가 되게 한다.
"특성 온도"라는 용어는 유리실을 제조하는 공정의 여러 단계를 위한 적절한 점도에 해당하는 온도를 가리킨다. 즉,
- 103 푸아즈(poise){데시파스칼 초(decipascal second)}의 점도에 해당하는 온도는 섬유화가 특히 백금 방사구에서 일반적으로 행해지는 온도에 관한 유용한 척도이다.
- 102.5 푸아즈(데시파스칼 초)의 점도에 해당하는 온도는 유리에 대한 컨디셔닝(conditioning)이 일반적으로 행해지는 온도에 관한 유용한 척도이다. "유리에 대한 컨디셔닝"이라는 용어는 특히, 배치 재료가 용융되는 노(furnace)로부터 뜨거운 상태의 유리 및/또는 백금 방사구에 공급되고 채널을 통해 재순환되는 산출물을 운반하는 것으로 이루어지는 단계를 나타낸다. 특히, 이 단계 중에는 유리의 어떤 불투명화도 막는 것이 바람직하다.
"섬유화 범위"는 102.5 푸아즈(데시파스칼 초)의 점도에 해당하는 특성 온도와 액체화 온도 사이의 온도 차를 나타낸다.
특히, 103 푸아즈(데시파스칼 초){표 1에서 "스피닝 온도(spinning temperature)"}의 점도에 해당하는 온도는 WO 99/01393의 예에 따라서 1255℃ 내지 1287℃에 있다 (예 1 내지 4).
WO 99/12858의 예에 따라서 103 푸아즈(데시파스칼 초)의 점도에 해당하는 온도는 1255℃ 내지 1262℃이고 102.5 푸아즈(데시파스칼 초)의 점도에 해당하는 온도는 1341℃ 내지 1351℃이다 (예 1 및 2).
이러한 특성 온도는 표준 E-유리의 특성온도 보다 약 50℃ 이상 높다.
이로 인해 유리를 컨디셔닝 하는 중에 그리고 섬유화 디바이스 자체에서 유리를 높은 온도로 유지하는 것이 필요하게 된다.
이러한 단점은 위에서 언급한 2개의 출원에서 인용된 조성물을 사용함에 있어서, 첫째로 유리를 컨디셔닝 하는데 필요한 추가의 열 유입으로 인한, 그리고 둘째로 섬유화 도구, 특히 백금 요소를 보다 자주 교체하여야 하는 것(섬유화 도구의 노화는 섬유화 온도의 증가를 가속화함.)과 관련된 비용으로 인한 추가 비용을 있게 한다.
이러한 추가 비용은 위에서 언급한 2개의 출원에서 기술된 조성물에 대한 배치 재료의 바람직한 비용으로 인해 발생되는 절약한 양을 감소시킨다.
표준 E-유리 조성물 보다 비싸지 않고 표준 E-유리의 섬유화 특성과 유사한 섬유화 특성을 갖는 조성물을 개발하는 것은 아직도 이루어야 할 것으로 남아있고, 특히 바람직한 일이다.
그러므로, 본 발명의 제재는 값 싼 배치 재료로부터 얻어지고, E-유리의 섬유화 되는 능력과 유사한 능력을 갖는 유리실이다.
본 발명에 의한 유리실은 중량%로 표현된 아래에 한정된 범위 내에 다음 성분을 필수적으로 포함하는 조성물로부터 얻어진다.
SiO2 54.5 내지 58%
Al2O3 12 내지 15.5%
SiO2 + Al2O3 70 내지 73%
CaO 17 내지 25%
MgO 0 내지 5%
RO = CaO + MgO 21 내지 28%
R2O = Na2O + K2O + Li2O 2% 까지
TiO2 1% 미만
Fe2O3 0.5% 미만
B2O3 3% 까지
F2 1% 미만
비율(ratio) R1 = Al2O3/CaO는 0.7미만이고,
SiO2가 57%보다 크면, 산화 붕소(B2O3)의 양은 2%보다 크다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의해, 조성물의 성분은 비율 R2 = (SiO2+Al2O3)/(RO+R2O+B2O3), 여기서 2.35 < R2 < 2.70을 기초로 하는 기준을 만족한다. 이 비율은 특히, 네트워크 변경자(modifier)의 합에 대한 유리에서의 네트워크 형성자(former)의 합의 비로 해석될 수 있다.
이 점에 있어서, 상기 비율은 본 유리의 점도에 대한 제어 파라미터(control parameter)로 간주될 수 있다.
실리카는 본 발명에 의한 유리의 네트워크를 형성하는 산화물 중의 하나이고 유리의 안정성에 필수적인 역할을 한다.
선택된 조성물에 대한 실리카(SiO2)의 함량은 54.5%와 58% 사이이고, 더욱 상세하게는 55%를 초과하거나 55.5%를 초과하고 및/또는 57%이하이다.
SiO2의 함량이 57%를 초과하는 조성물의 경우에 있어서, B2O3 함량은 2%를 초과한다.
알루미나는 또한 본 발명에 의한 유리에서 네트워크 형성자를 구성하며 이 유리의 저항성에 관해 매우 중요한 역할을 한다. 본 발명에 의해 한정된 한계치의 테두리 내에서, 이 산화물의 퍼센트를 12% 미만으로 줄이는 것은 유리의 가수분해 공격(hydrolytic attack)을 눈에 띄게 증가시키는 결과를 낳게 하는데, 여기서 이 산화물의 퍼센트를 너무 많이 증가시키면 불투명화되는 위험과 점도의 증가를 초래한다.
선택된 조성물의 알루미나(Al2O3) 함량은 12% 내지 15.5%이고, 보다 구체적으로 13% 초과 및/또는 15% 미만이다.
선택된 조성물의 석회(CaO) 함량은 17% 내지 25%이고, 보다 구체적으로 18%를 초과하거나 20%를 초과하고 및/또는 24% 미만이다.
선택된 조성물의 마그네시아(MgO) 함량은 0% 내지 5%이고, 보다 구체적으로 0.1%를 초과하고 0.5%를 초과하거나 실제로 1%를 초과하며, 및/또는 4% 미만이다.
알칼리 토금속 산화물, 석회 및 마그네시아에 관하여 한정된 한계치는 본 발명에 의한 유리의 점도를 조절하고 불투명화를 제어하는 것을 가능하게 한다. 정확하게 섬유화되는 능력은 이러한 알칼리 토금속 산화물의 합을 21% 내지 28%가 되도록 선택해서 얻어진다. 이것은 불투명화 현상이 수용 불가능한 비율인 28% 이상에서 두드러진다는 것과 유리의 점도는 일반적으로 알칼리 토금속 함량이 21% 미만일 때 아주 높아진다는 것이 밝혀졌기 때문이다.
알칼리, 특히 산화나트륨(Na2O) 및 산화칼륨(K2O)은 유리의 점도를 줄이고 불투명화를 더욱 제한하기 위하여 본 발명에 의한 유리실의 조성물에 도입될 수 있다. 그러나, 알칼리 금속 산화물 Na2O + K2O + Li2O의 함량은 전자장에 응용시 전기전도도의 수용할 수 없는 증가를 막고 유리의 가수분해 저항성의 바람직하지 않은 감소를 막기 위하여 2%이하로 유지되어야 한다. 알칼리 함량은 다른 성분을 포함하는 배치 재료에 포함된 불순물 때문에, 일반적으로 0.1%를 초과한다. 조성물은 한 종류의 알칼리 금속 산화물(Na2O, K2O 및 Li2O에서 선택됨)을 포함할 수 있거나 적어도 두 종류의 알칼리 금속 산화물의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의해, 알칼리 함량은 실질적으로 산화나트륨(Na2O)을 사용하여 얻어진다.
붕소의 양은 3% 이하이다. 이것은 붕소를 지니는 배치 재료 비용이 비싸기 때문에 이 산화물을 낮은 함량으로 제한하는 것이 바람직하기 때문이다. 본 발명의 일 실시예에서, 붕소의 함량은 바람직하게는 0.5% 이하일 수 있다. 붕소는 배치 재료로서 붕소 함유 유리실 폐기물, 예를 들어 E-유리실 폐기물을 혼합해서 적절량 도입될 수 있다. 이 실시예는 특히 붕소의 함량이 0.5% 내지 3%인 조성물에 해당한다.
불소(F2)는 유리의 용융성을 개선하기 위하여 소량 첨가될 수 있거나 불순물로 존재할 수 있다.
선택 사항인 TiO2 및/또는 Fe2O3의 함량은 차라리 불순물 함량으로 고려되어야 하는데, 종종 이 조성물의 군에 보이기도 한다.
본문의 나머지 부분에서, 임의의 조성물 성분의 퍼센트는 중량 퍼센트로 이해되어야 하고, 본 발명에 의한 조성물은 이런 유형의 조성물에서 알려진 바와 같이, 분석되지 않는 불순물로 간주되는 화합물을 2% 또는 3%까지 포함할 수 있다.
위에서 한정된 한계치의 테두리 내에서, 70%와 73%, 보다 상세하게는 72%이하에 있는 네트워크 형성자 SiO2 + Al2O3의 합을 만족시키는 조성물은 섬유화 조건에 있어서 특히 유용한 범위를 나타낸다는 것이 입증되었다. 이것은 SiO2 + Al2O3가 유리에서 네트워크 형성 산화물이고 유리의 점도를 조절할 수 있도록 하는 산화물이라는 것이 알려졌기 때문이다. 70% 미만의 SiO2 + Al2O3를 함유하는 조성물은 너무 유동적이어서 만족할만한 섬유화 범위{102.5 푸아즈(데시파스칼 초)의 유리 점도에 해당하는 온도(Tlog2.5로 표시됨)와 액체화 온도(Tliquidus) 사이의 차이로 정의됨}를 주지 않는다. 73%를 초과하는 SiO2 + Al2O3를 함유하는 조성물은 너무 점성이 높아서 만족스러운 조건 하에서 섬유화되지 않으며 높은 액체화 온도를 가지며 섬유화하는 도중에 쉽게 불투명해진다.
비율 R1 = Al2O3/CaO가 0.7미만인 조성물에서 놀라운 효과가 관찰된 바 있다. 이것은 본 발명에 따른 조성물이 주변 범위의 조성물보다 눈에 띠게 감소된 불투명화를 나타내기 때문이다. 그러므로 액체화 온도(Tliquidus)가 1200℃이하인 조성물을 얻는 것이 가능하다.
특히, 102.5 푸아즈의 점도에 해당하는 온도가 1330℃미만인, 꽤 낮은 컨디셔닝 온도를 얻으면서, 특히, 섬유화 범위가 100℃를 초과하는, 섬유화 조건에 적절한 점도를 갖는 조성물을 선택하기 위하여 하나의 특히 유리한 기준이 사용된다. 이 기준은 비율 R2에 기초한 것으로, 2.35 < R2 < 2.70으로 표시될 수 있다.
이러한 선택의 경우 다양한 산화물의 영향 사이에서의 적절한 절충으로 인해, 특히 100℃를 초과하고 더 상세하게는 120℃를 초과하는 광범위한 섬유화 범위를 얻는 것을 가능하게 한다는 것이 밝혀졌다. 그러므로 본 발명에 의한 유리는 산업적 작업 조건 하에서 만족할만한 효율로 섬유화 될 수 있다.
더욱이, 이 유리는 1300℃와 1330℃ 사이의 온도에서, 더욱 상세하게는 1320℃이하의 온도에서 102.5 푸아즈(즉, 약 316 푸아즈)의 점도와, 1220℃ 내지 1250℃의 온도에서, 더욱 상세하게는 1240℃ 미만의 온도에서 103 푸아즈 점도를 가지므로, 상기 유리가 에너지를 많이 소비하지 않고 노의 공급기(feeder)에서 운반될 수 있고, 상기 유리가 종래의 E-유리 섬유화 플랜트(plant)에서 사용될 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 의한 조성물의 감소된 가격으로 인해 본 발명에 따른 실을 생산하는 총 비용은 E-유리실을 생산하는 일반 비용에 비해 바람직하게 줄어든다.
F2 및 Li2O의 각 함량은 또한 유리의 불투명화 결점을 방지하고, 훈연 처리(smoke treatment)에서의 주요 문제와 알칼리 금속 산화물의 높은 함량과 관련된 위에서 언급한 문제를 방지하기 위하여 유리하게도 1%미만으로 유지하는데, 이러한 제한은 또한 본 발명에 의한 바람직하게도 특히 값싸고 쉽게 처리할 수 있는 유리를 제조할 수게 한다.
이와 유사하게, 산화 붕소(B2O3)의 제한 함량(3% 미만)은 종래 E-유리의 훈연 처리와 비교하여 훈연 처리의 비용을 줄일 수 있게 한다.
그러므로 본 발명에 의한 실은 E-유리실과 같이 생산되고 처리될 수 있고 게다가 훨씬 싸다.
본 발명에 의한 유리실은 다음의 공정을 사용하여, 위에서 기술된 조성의 유리로부터 얻어진다. 하나 이상의 방사구의 베이스부에 배열된 다수의 오리피스 밖으로 흘러 나오는 흐름인 다수의 용융된 유리 흐름은 하나 이상의 연속 필라멘트 시트(sheet)의 형태로 연신되고 그 후 상기 필라멘트는 하나 이상의 실로 직조되어 이동 지지체에 수집된다. 이동 지지체는 실이 감겨진 패키지(package) 형태로 수집된다면 회전 지지체일 수 있거나, 실을 연신하는 데에도 쓰여지는 부재로 잘리거나 상기 실이 실을 연신하는 데 쓰이는 부재로 분무되어 매트(mat)를 형성한다면 병진 운동하는 지지체일 수 있다.
그러므로 아마도 다른 전환 작업을 거친 후에 얻어진 실은 다양한 형태일 수 있다. 즉, 연속적인 실, 잘려진 실, 브레이드(braid), 테이프(tape), 매트, 네트워크(network), 직물(fabric)(또는 실을 구성하는 필라멘트가 분리되고 분산되는 다른 구조) 등일 수 있는데, 이러한 실은 직경이 아마도 대략 5 내지 24미크론인 필라멘트로 구성된다.
방사구에 공급되는 용융된 유리는 일반적으로 아마도 순수(예를 들어, 화학 산업에서 얻어짐)하나 보통 천연인 재료(또는 산출물 또는 성분 또는 재료)로부터 얻어지는데, 상기 천연 재료는 극소량의 불순물을 포함하고, 이들 배치 재료(순수 재료 또는 천연 재료)는 바람직한 조성물을 얻기 위하여 적절한 비율로 혼합되고 그 후 용해된다. 용융된 유리의 온도(따라서, 그의 점도)는 특히 불투명화 문제를 방지한 상태에서, 유리가 섬유화되고 유리실의 가능한 최고의 품질을 얻기 위하여 작업자에 의해 관습적인 방법으로 조절된다. 필라멘트는 실의 형태로 직조되기 전에, 일반적으로 싸이징(sizing) 조성물(특히 실의 응용 용도에 따라 관습적인 방법으로 선택됨)로 코팅되는데, 이로써 필라멘트는 마모로부터 보호되고, 결과적으로 강화되는 재료와 보다 쉽게 연속적으로 결합될 수 있다.
본 발명에 의한 실을 제조하는 하나의 특히 유리한 공정에 의해, 용융된 유리를 생산하는 데 사용되는 배치 재료의 적어도 일부는 유리실 폐기물이고, 바람직하게는 강화 유리실 폐기물인데, 예를 들어 본 발명에 의해 한정된 유리실 폐기물 및/또는 E-유리실 폐기물이다. E-유리실 폐기물의 경우에, 이는 예를 들어 중량%로 표현될 때, 다음의 조성을 갖는 실 폐기물이다. 즉, SiO2: 52-57%, Al2O3: 12-16%, CaO: 16-25%, MgO: 0-6%, B2O3: 5-13%, 알칼리 금속 산화물(본질적으로 Na2O 및/또는 K2O): 0-2%(이 조성은 아마도 각각의 다른 성분에 대해 비율로서 1.5%를 초과하지 않는 하나 이상의 다른 성분도 포함할 것이다.). 이러한 조성의 실은 사실상 E-유리실로 간주된다. 특히 놀랍게도, E-유리실의 제조에서 재활용을 어렵게 만드는 E-유리실 폐기물과 같은 유리실 폐기물은 본 발명에 의한 유리실의 제조에서 완전히 재사용이 가능하다. 상기 폐기물은 용융된 유리를 생산하는 데 사용되는 배치 재료에 대한 어떠한 어려움도 없이 재도입될 수 있는데, 사용되는 다른 배치 재료(일반적으로 천연 및/또는 순수한 배치 재료)의 비율은 본 발명에 의해 한정된 조성물을 얻도록 재조절된다. 동일한 방법으로, 본 발명에 의해 한정된 실 폐기물 및/또는 다른 강화 유리실 폐기물이 사용될 수 있다. 유리실 폐기물은 일반적으로 유리실을 제조하는 방사구 아래에서 회수된 것으로 릴에서 풀린(unreel) 폐기물이나 단편(또는 병진 이동하는 지지체에서 커버되지 않은 것)으로부터 얻어지나, 얻어진 산출물의 마무리 작업(매트의 잘려진 에지, 패키지의 단부 등)에서 나오는 폐기물이나 단편에서도 얻어질 수 있는데, 이 폐기물 또는 단편은 선택적으로, 적당하다면 폐기물이나 단편을 커버하는 싸이징을 제거하기 위하여 처리(예를 들어 열처리)되고, 적당하다면 본 발명에 의한 실을 생산하는데 사용되는 다른 배치 재료의 입자 크기와 잘 맞는 입자 크기를 갖도록 하기 위하여 연마된다.
본 발명에 의한 조성물로 된 용융된 유리를 얻기 위하여, 용해된 배치 재료의 투입물(charge)에 존재하는 유리실 폐기물의 양은 투입물의 0 내지 35 중량%으로 나타내어지고, 보다 바람직하게는 투입물의 0 내지 25%이며, 가장 바람직하게는 투입물의 5 내지 20 중량%으로 이루어진다. 유리실 폐기물을 이용하는 공정은 특히 비싸지 않으며 본 발명에 의한 훨씬 더 유리한 제조 비용을 얻는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 의한 실로부터 얻어지는 복합물은 적어도 하나의 유기 재료 및/또는 적어도 하나의 무기 재료를 포함하고 유리실을 포함하는데, 상기 실 중의 적어도 일부는 본 발명에 의한 유리실이다.
선택적으로, 본 발명에 의한 유리실은 예를 들어 연신하는 동안, 유기 재료의 필라멘트와 이미 결합되어 합성 실을 얻게 될 수 있다. 확대 해석하면, "조성이 ...로 이루어진 유리실"은 "조성이 ...로 이루어진 유리 필라멘트로부터 형성된 실"을 의미한다고 본 발명에 의해 이해되는데, 유리 필라멘트는 아마도 필라멘트가 실로 직조되기 전에 유기 필라멘트와 결합되었을 것이다.
본 발명에 의한 유리실에 의해 제공되는 장점은 표 1에 주어진 실험 1 내지 실험 10으로 나타낸 다음의 예를 통하여 보다 잘 인지될 수 있을 것인데, 이 예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 설명하는 것이다.
A, B, C, D, E로 표시된 비교 예는 표 2에 주어져 있다.
이 예에서, 14㎛ 직경의 유리 필라멘트로 구성되는 유리실은 용융된 유리를 연신함으로써 얻어지며, 표 1에 언급된 조성을 갖는 유리는 중량 퍼센트로 표시된다.
모든 성분의 모든 함량에 대한 합이 100%를 약간 미달하거나 초과한다면, 최대 1 내지 2%의 양인, 불순물과 소량 성분에 해당되는 나머지 함량이 분석되지 않은 것으로 이해되어야 하며, 및/또는 단지 이 분야에서 사용된 분석 방법에 있어서의 용인되는 근사치에 기인한 것이다.
R1은 비율 즉, Al2O3/CaO를 나타내고,
R2는 비율 즉, (SiO2 + Al2O3)/(RO + R2O + B2O 3)을 나타낸다.
T(log2.5)는 유리의 점도가 102.5 푸아즈(데시파스칼 초)인 온도를 나타낸다.
T(log3)는 유리의 점도가 103 푸아즈(데시파스칼 초)인 온도를 나타낸다.
Tliquidus는 유리에서 불투명해질 수 있는 대부분의 용융되기 어려운 상이, 0의 성장률을 갖는 온도에 해당되는 유리의 액체화 온도를 나타내기 때문에, 이는 이러한 불투명화된 상의 용융점에 해당한다.
"섬유화 범위"라는 용어는 온도 사이의 차, 즉 T(log2.5) - Tliquidus를 가리킨다.
본 발명에 의한 모든 조성물(실험 1 내지 실험 10)은 100℃보다 크거나 110℃보다 크고 심지어는 120℃보다 큰 섬유화 범위를 갖는다.
본 발명에 의한 조성물은 섬유화 공정과 잘 맞으며, 특히 온도 T(log2.5)가 1330℃ 이하이고 심지어 특히 1320℃ 미만인 온도와 잘 맞는 점도를 갖는다.
본 발명에 의한 조성물은 섬유화 공정과 잘 맞으며, 특히 1200℃ 이하인 액체화 온도 Tliquidus를 갖는다.
본 발명에 의한 조성물은 0.7 미만인 비율 R1을 갖는다.
본 발명에 의한 조성물은 2.35와 2.7사이의, 네트워크 형성자의 합을 네트워크 변경자의 합으로 나눈 비율 R2를 갖는다.
비교예 A 내지 E는 본 발명에 의해 선택된 범위의 장점을 설명하기 위하여 사용된다.
예 A는 특히, SiO2 + Al2O3 > 73%로, 본 발명에 의한 것보다 실리카 함량이 높은 경우를 설명하며, R2는 2.8보다 커서 높다. 이 유리로는, 우수한 섬유화 범위는 얻어지나 온도 T(log 2.5)가 1350℃를 초과하여, 유리 컨디셔닝을 위한 추가의 비용을 초래한다.
예 B는 SiO2 + Al2O3 < 70%로, 실리카가 적은 조성물인 경우를 나타낸다. 비율 R2는 2.35미만으로 낮다.
그러므로, 유리의 컨디셔닝에 유리한 온도 T(log2.5)가 얻어지나 100℃ 미만인 섬유화 범위는 우수한 섬유화 효율을 얻기에는 불충분하다.
예 C는 SiO2 + Al2O3 < 70%로, 낮은 알루미나 함량을 갖는 조성물인 경우를 나타낸다. 예 B에 대한 것과 동일한 결과가 관찰된다.
예 D는 SiO2 + Al2O3가 바람직한 범위에 있으나 비율 R1은 0.7이상인 경우를 나타낸다. 이 경우에서, 1240℃의 높은 액체화 온도가 관찰된다. 이 온도는 100℃ 미만의 불충분한 섬유화 영역을 초래한다. 액체화 온도를 1200℃이하로 유지하기 위해서는, R1 < 0.7이라는 기준이 충족되어야 바람직하다는 것이 명백하다.
예 E는 높은 실리카 함량(53%)과 2%미만의 붕소 함량을 갖는 경우를 나타낸다. 비율 R2는 2.7보다 크다. 이 경우에서, 온도 T(log 2.5)는 1350℃에 이르는데, 이는 본 발명에서 의도된 응용에 대해서 너무 높다.
유리하게도, 본 발명에 의한 유리실은 종래의 E-유리실의 모든 일반적인 응용에 대해 적절하다.
실험1 실험2 실험3 실험4 실험5 실험6 실험7 실험8 실험9 실험10
SiO2 56.5 55 58 58 58 57.5 57 56.8 56.5 56.5
Al2O3 15 15 14 14 14 14 15 15 15 15
SiO2 + Al2O3 71.5 70 72 72 72 71.5 72 71.8 71.5 71.5
CaO 23 24 21.5 21.5 22.5 23.5 22 22.5 23 24
MgO 2 3 1.5 3 2 1.5 3 4 2.5 2.5
RO = CaO+MgO 25 27 23 24.5 24.5 25 25 26.5 26.5 26.5
R2O = Na2O+K2O+ Li2O 1 1 2 1 1 1 1 1 0.1 0.1
B2O3 2 1.5 3 2.5 2.5 2.5 2 0.5 2.8 2
R1 = Al2O3/CaO 0.65 0.63 0.65 0.65 0.62 0.6 0.68 0.67 0.65 0.63
R2 = (SiO2+Al2O3)/ (RO+R2O+B2O3) 2.55 2.37 2.57 2.67 2.57 2.50 2.57 2.56 2.42 2.5
T(log2.5)(℃) 1315 1300 1320 1320 1325 1315 1320 1315 1320 1320
T(log3)(℃) 1235 1220 1235 1240 1240 1235 1240 1240 1240 1240
Tliquidus(℃) 1180 1200 ≤1200 ≤1200 ≤1200 ≤1200 ≤1200 ≤1200 ≤1200 ≤1200
섬유화 범위(℃) 135 100 ≥120 ≥120 ≥125 ≥115 ≥120 ≥115 ≥120 ≥120
A B C D E
SiO2 60.8 54 57 56 58
Al2O3 12.7 15 12 16 15
SiO2 + Al2O3 73.5 69 69 72 73
CaO 21.5 23 23.5 22.3 22
MgO 3.2 3.5 3.5 3 1.5
RO = CaO+MgO 24.7 26.5 27 25.3 23.5
R2O = Na2O+K2O+ Li2O 0.55 1.5 1 0.7 1.5
B2O3 0.5 2.5 2 1 1.5
R1 = Al2O3/CaO 0.59 0.65 0.5 0.72 0.68
R2 = (SiO2+Al2O3)/ (RO+R2O+B2O3) 2.85 2.26 2.3 2.6 2.75
T(log2.5)(℃) 1380 1275 1270 1330 1350
T(log3)(℃) 1290 1200 1195 1250 1265
Tliquidus(℃) 1200 1190 1190 1240 1190
섬유화 범위(℃) 180 85 80 90 160

상술한 바와 같이 본 발명은 유기 및/또는 무기 재료를 강화하는 데 사용될 수 있고, 직물 실로 사용될 수 있는 "강화" 유리실(또는 "섬유")에 이용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 중량%로 표시된 아래 한정된 범위 내에 다음 성분을 포함하는 조성물인 강화 유리 실(reinforcing glass yarn)로서,
    SiO2 54.5 내지 58%
    Al2O3 12 내지 15.5%
    SiO2 + Al2O3 70 내지 73%
    CaO 17 내지 25%
    MgO 0 초과 내지 5%
    RO = CaO + MgO 21 내지 28%
    R2O = Na2O + K2O + Li2O 2% 이하
    TiO2 1% 미만
    Fe2O3 0.5% 미만
    B2O3 3% 이하
    F2 1% 미만
    비율(ratio) R1 = Al2O3/CaO는 0.7 미만이고,
    SiO2가 57%보다 크면, 산화 붕소(B2O3)의 양은 2%보다 큰, 강화 유리실.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은,
    2.35 < R2 = (SiO2 + Al2O3) / (RO + R2O + B2O3) < 2.70의 기준을 만족하는 것을 특징으로 하는, 강화 유리실.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 조성물은 SiO2 ≤57%이 되도록 실리카 (SiO2) 함량을 갖는 것을 특징으로 하는, 강화 유리실.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 조성물은 B2O3 ≤0.5%이 되도록 산화 붕소 (B2O3) 함량을 갖는 것을 특징으로 하는, 강화 유리실.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 조성물은 0.5% ≤B2O3 ≤3%이 되도록 산화 붕소 (B2O3) 함량을 갖는 것을 특징으로 하는, 강화 유리실.
  6. 유리실과 유기 또는 무기 재료(들)로 이루어진 복합물(composite)로서,
    상기 복합물은 제 1항 또는 제 2항에 기재된 유리실을 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합물.
  7. 제 1항에 기재된 유리실을 제조하는 방법으로서,
    하나 이상의 방사구(spinnerets)의 베이스에 배열된 다수의 오리피스 밖으로 흘러 나오는 다수의 용융된 유리 흐름은, 연속 필라멘트(filament)의 하나 이상의 시트(sheet) 형태로 연신되고(drawn), 상기 필라멘트는 이후 이동 지지체 위에 모이는 하나 이상의 실로 직조되는(assembled), 유리실의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 방사구(들)의 오리피스에 공급되는 상기 용융 유리는 중량 % 단위로 표현된 다음의 조성을 갖고,
    SiO2 54.5 내지 58%
    Al2O3 12 내지 15.5%
    SiO2 + Al2O3 70 내지 73%
    CaO 17 내지 25%
    MgO 0 초과 내지 5%
    RO = CaO + MgO 21 내지 28%
    R2O = Na2O + K2O + Li2O 2% 이하
    TiO2 1% 미만
    Fe2O3 0.5% 미만
    B2O3 3% 이하
    F2 1% 미만
    비율 R1 = Al2O3/CaO는 0.7 미만이고,
    SiO2가 57%보다 크면, 산화 붕소 B2O3의 양은 2%보다 큰 것을 특징으로 하는, 유리실의 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 용융된 유리는 적절한 비율로 혼합된 배치 재료(batch material)로부터 얻어지고, 상기 배치 재료의 적어도 일부는 유리실 폐기물(glass yarn waste)인 것을 특징으로 하는, 유리실의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 폐기물은 제 1항 또는 제 2항에 기재된 유리실의 폐기물 또는 E-유리실 폐기물인 것을 특징으로 하는, 유리실의 제조 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 폐기물은 상기 배치 재료의 0 초과 내지 35 중량%를 차지하는 것을 특징으로 하는, 유리실의 제조 방법.
  12. 중량%로 표시된 아래 한정된 범위 내에 다음 성분을 포함하는 강화 유리실을 제조하는데 적합한 유리 조성물로서,
    SiO2 54.5 내지 58%
    Al2O3 12 내지 15.5%
    SiO2 + Al2O3 70 내지 73%
    CaO 17 내지 25%
    MgO 0 초과 내지 5%
    RO = CaO + MgO 21 내지 28%
    R2O = Na2O + K2O + Li2O 2% 이하
    TiO2 1% 미만
    Fe2O3 0.5% 미만
    B2O3 3% 이하
    F2 1% 미만
    비율 R1 = Al2O3/CaO는 0.7 미만이고,
    SiO2가 57%보다 크면, 산화 붕소 B2O3의 양은 2%보다 큰 것을 특징으로 하는, 유리 조성물.
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