KR101758938B1 - 향상된 모듈러스의 리튬프리 유리 - Google Patents

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Abstract

SiO2 59.0 ~ 64.5 중량%, Al2O3 14.5 ~ 20.5 중량%, CaO 11.0 ~ l6.0 중량%, MgO 5.5 ~ 11.5 중량%, Na2O 0.0 ~ 4.0 중량%, TiO2 0.0 ~ 2.0 중량%, B2O3 0.0 ~ 약 3.0 중량%, K2O, Fe2O3, ZrO2 및 불소 각각 0.0 ~ 약 1.0 중량%, 그리고 SrO 및 ZnO 각각 0.0 ~ 약 2.0 중량% 를 포함하는 R-유리 조성물. 대표적인 실시형태에서, 유리 조성물은 리튬 또는 붕소를 포함하지 않는다.

Description

향상된 모듈러스의 리튬프리 유리{IMPROVED MODULUS, LITHIUM FREE GLASS}
본 출원은 일반적으로 유리 조성물, 더 구체적으로는, 리튬의 첨가나 포함 없이 허용가능한 성형 및 기계적 특성을 획득하고 내화물 용해기 (refractory melter) 에서 그 성분이 용해되는 고성능 유리 조성물에 관한 것이다.
유리 섬유는 원하는 화학 조성을 얻기 위해 특정 비율로 조합된 다양한 원료로부터 제조된다. 재료의 이러한 수집물 (collection) 은 통상적으로 "유리 배치 (glass batch)" 로 불린다. 유리 섬유를 형성하기 위해서는, 전형적으로 유리 배치가 용해기 또는 용해 장치에서 용해되고, 용융 유리가 부싱 또는 오리피스 플레이트를 통해 필라멘트로 인발 (drawing) 되고, 그 필라멘트에, 윤활제, 커플링제 및 필름형성 바인더 수지를 포함하는 수성 사이징 (sizing) 조성물이 가해진다. 사이징이 가해진 후, 섬유는 1 이상의 스트랜드로 모아져서 패키지로 감기거나, 또는 대안적으로, 섬유는 습식 초핑 (chopping) 되어 수집될 수 있다. 그리고 나서, 수집 및 초핑된 스트랜드는 건식 초핑된 섬유를 형성하도록 건조 및 경화되거나, 또는 습식 초핑된 섬유로서 습식 조건에서 포장될 수 있다.
유리 패치 및 그로부터 제조된 유리의 조성은 전형적으로 성분 (주로 산화물로서 표현됨) 의 퍼센트로서 표현된다. SiO2, Al2O3, CaO, MgO, B2O3, Na2O, K2O, Fe2O3 및 소량의 다른 성분 (TiO2, Li2O, BaO, SrO, ZnO, ZrO2, P2O5, 불소 및 SO3 등) 이 유리 배치의 통상적인 성분이다. 이러한 산화물의 양을 변화시킴으로써 또는 유리 배치에서 산화물 중 일부를 제거함으로써, 많은 타입의 유리가 제조될 수 있다. 제조될 수 있는 그러한 유리의 예에는, R-유리, E-유리, S-유리, A-유리, C-유리 및 ECR-유리가 포함된다. 유리 조성이 유리의 성형 및 제품 특성을 제어한다. 유리 조성의 다른 특징에는, 원료 비용 및 환경 영향이 포함된다.
통상적으로, 용해를 촉진하고 바람직한 기계적 및 성형 특성을 획득하기 위해, 스포듀민 (리튬 알루미노규산염 원료) 형태의 유리 섬유 조성물에 리튬이 첨가된다. 예컨대, 리튬은 유리 제형 (glass formulation) 의 점도를 감소시키는데 매우 효과적이다. 리튬함유 유리 조성물이 기계적 및 성형 특성에 대해 바람직한 특성을 가질 수 있지만, 유리 조성물 내 리튬의 존재는 유리 섬유 제조 비용을 상승시킨다. R-유리와 같은 고성능 유리가 백금 용해기에서보다 내화물 탱크에서 용해될 수 있도록 리튬의 포함이 점도를 충분히 낮춘다면, 이 비용은 벌충될 있다. R-유리는 통상적으로 백금 용해기에서 용해된다.
종래 내화물 탱크 및 유리 분배 시스템에서 유리가 용해 및 분배될 수 있도록 하는 성형 특성의 독특한 조합이 존재한다. 우선, 유리가 유지되는 온도는 유리가 내화물을 적극적으로 공격하지 않도록 충분히 낮아야 한다. 내화물에의 공격은, 예컨대 내화물의 최대 사용 온도를 초과함으로써 또는 유리가 내화물을 부식 및 침식하는 속도를 허용될 수 없는 정도로 높은 레벨로 증가시킴으로써, 일어날 수 있다. 내화물 부식 속도는 유리 점도의 감소에 의해 유리가 더욱 유체로 됨에 따라 맹렬히 증가하게 된다. 그러므로, 유리가 내화물 탱크에서 용해되기 위해, 내화물 탱크의 온도는 특정 온도보다 낮게 유지되어야 하고, 점도 (예컨대, 흐름 저항) 는 특정 점도보다 높게 유지되어야 한다. 또한, 전체 분배 및 섬유화 프로세스 동안뿐만 아니라 용해 유닛 내에서의 유리의 온도는 유리의 결정화를 방지하기에 충분히 높아야 한다 (즉, 액상선 온도보다 높은 온도에서 유지되어야 한다).
섬유화기에서, 섬유화를 위해 선택된 온도 (즉, 성형 온도) 와 유리의 액상선 온도 사이의 최소 온도차가 요구되는 것이 보통이다. 이 온도차 (ΔT) 는, 탈유리화 (devitrification) 로부터 야기되는 파단 (breaks) 에 의해 섬유의 생산이 중단됨이 없이 연속 섬유가 얼마나 용이하게 형성될 수 있는지에 대한 척도이다. 따라서, 연속적인 그리고 중단되지 않는 유리 섬유 형성을 달성하기 위해, 가능한 한 큰 ΔT 를 갖는 것이 바람직하다.
더 높은 최종 성능을 갖는 유리 섬유를 위하여, 희망하는 최종 성능을 달성하도록 ΔT 가 때때로 희생되었다. 이러한 희생의 결과, 유리가 백금 또는 백금합금 라이닝된 노 (furnace) 에서 용해될 것이 요구되는데, 그 이유는 온도가 종래 내화재의 최대 최종 사용 온도를 초과하기 때문이거나, 또는 유리의 점도가 내화물 부식을 허용가능한 레벨로 유지하기에 충분히 높은 유리 점도를 생성하면서 유리 보디의 온도가 액상선 온도보다 높게 유지될 수 없는 정도였기 때문이다. S-유리가 이들 두 현상이 일어나는 좋은 예이다. S-유리의 용융 온도는 통상적인 내화재에 대해 너무 높고, ΔT 가 너무 작아서 (또는 음이어서), 유리를 너무 유체로 되게 하고 통상적인 내화물에 대해 매우 부식성으로 되게 한다. 또한, 통상적인 R-유리는 매우 작은 ΔT 를 갖고, 따라서 백금 또는 백금합금 라이닝된 용해기에서 용해된다. 제형에의 리튬의 첨가는, R-유리가 표준 내화물 용해기에서 용해될 수 있도록, R-유리의 ΔT 를 충분히 확장시킨다. 그러나, 리튬 원료는 매우 비싸므로, 유리 섬유의 제조 비용을 매우 증가시킨다.
따라서, 종래 기술에서, 성형 온도가 충분히 낮고 성형 온도와 액상선 온도 사이의 차가 유리 조성물의 성분이 종래 내화물 탱크에서 용해될 수 있도록 충분히 큰 경우, 바람직한 기계적 및 물리적 특성 (예컨대, 비모듈러스 (specific modulus) 및 인장 강도) 및 성형 특성 (예컨대, 액상선 온도 및 성형 온도) 을 보유하는 고성능 리튬프리 유리 조성물에 대한 요구가 존재한다.
본 발명의 일 실시형태에서, SiO2 59.0 ~ 64.5 중량%, Al2O3 14.5 ~ 20.5 중량%, CaO 11.0 ~ l6.0 중량%, MgO 5.5 ~ 11.5 중량%, Na2O 0.0 ~ 4.0 중량%, TiO2 0.0 ~ 2.0 중량%, B2O3 0.0 ~ 약 3.0 중량%, K2O, Fe2O3, ZrO2 및 불소 각각 0.0 ~ 약 1.0 중량%, 그리고 SrO 및 ZnO 각각 0.0 ~ 약 2.0 중량% 를 포함하는 R-유리 조성물이 제공된다. 여기서 사용되는 "중량%" 는 총 조성물의 중량에 대한 백분율로서 정의된다. 부가적으로, 상기 조성물은 선택적으로는 미량의 다른 성분 또는 불순물을 포함할 수 있다. 대표적인 실시형태에서, 유리 조성물은 리튬 및 붕소가 없거나 실질적으로 없다. 또한, 유리 조성물은 유리 섬유의 형성에 종래 고비용 백금합금 라이닝된 용해기 대신 저비용 내화물 용해기를 이용하기에 충분히 낮은 성형 점도를 갖는다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기한 조성물로 형성된 연속 R-유리 섬유가 내화물 탱크 용해기를 이용하여 제조된다. 내화물 블록으로 형성된 내화물 탱크를 이용함으로써, 본 발명의 조성물에 의해 생성되는 유리 섬유의 제조와 관련된 제조 비용이 감소될 수 있다. R-유리 조성물은 옷감 (textiles) 에 사용되기 위한 연속 유리 스트랜드를 형성하는데 그리고 윈드 블레이드 (wind blades) 및 항공우주 구조물의 형성에 사용되는 보강물로서 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, R-유리를 형성하는 방법이 제공된다. 원료를 획득하고 최종 조성물의 원하는 중량%가 얻어지는 적절한 양으로 성분을 혼합함으로써, 섬유가 형성될 수 있다. 그리고 나서, 혼합된 배치가 종래 내화물 용해기에서 용해되고, 백금합금계 부싱의 오리피스를 통해 인발되어, 유리 섬유를 형성한다. 개별 필라멘트를 함께 모음으로써, 유리 섬유의 스트랜드가 형성된다. 스트랜드는 의도하는 적용에 적절한 종래 방식으로 감기고 더 처리될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 본 발명의 조성물로부터 형성되는 유리 섬유는 약 1330 ℃ 이하의 액상선 온도, 약 1405 ℃ 이상의 log 3 온도, 약 135 ℃ 까지의 ΔT 및 적어도 3.24×106 m 의 비모듈러스를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 본 발명의 조성물로부터 형성되는 유리 섬유는 약 4187 Mpa ~ 약 4357 Mpa 의 강도를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 유리 조성물은 유리 섬유의 형성에 종래 고비용 백금합금 라이닝된 용해기 대신 저비용 내화물 용해기를 이용하기에 충분히 낮은 성형 점도 및 충분히 큰 ΔT 를 갖는다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 본 발명의 R-유리 조성물로부터 형성되는 섬유는 유리 조성물을 용해시키는데 요구되는 더 낮은 에너지 입력으로 인해 더 낮은 비용으로 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 본 발명의 유리는 리튬을 함유하는 종래 R-유리 조성물과 유사한 비모듈러스 강도 및 ΔT 를 갖는다. 따라서, 본 발명의 조성물은 상업적으로 허용될 수 있는 R-유리 섬유 및 그 R-유리 섬유로부터 생성되는 섬유 제품을 제조할 능력을 갖는다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 유리 조성물은, 조성물로부터 리튬을 배제하고 조성물의 성분을 용해하는데 종래 내화물 용해 작업을 이용함으로써, 생산 비용을 감소시킨다.
본 발명의 상기한 그리고 다른 목적, 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명을 고려하면 더 완전히 분명해질 것이다.
달리 정의하지 않는 한, 여기서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기서 설명된 것과 유사한 또는 동등한 임의의 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에서 사용될 수 있지만, 여기서는 바람직한 방법 및 재료를 설명한다. 공개된 또는 대응 미국 또는 외국 특허출원, 발행된 미국 또는 외국 특허, 및 임의의 다른 참고문헌을 포함하여 여기서 인용된 모든 참고문헌은, 인용된 참고문헌에 있는 모든 데이터, 표, 도면 및 본문을 포함하는 그 전체가 여기서 참조로 원용된다. 용어 "조성물" 및 "제형" 은 여기서 서로 교체가능하게 사용될 수 있다. 부가적으로, "본 발명의 유리 조성물" 및 "유리 조성물" 이라는 표현은 서로 교체가능하게 사용될 수 있다.
본 발명은, 리튬을 함유하지 않고 R-유리 조성물에 동등한 또는 실질적으로 동등한 비모듈러스, 인장 강도 및 밀도를 갖는 고성능 R-유리 조성물에 관한 것이다. 유리 조성물은 종래 R-유리보다 더 낮은 성형 온도 및 더 큰 ΔT 를 갖고, 이로써 유리 섬유의 형성에, 백금으로 형성된 종래 고비용 파라멜터 (paramelter) 대신 저비용 내화물 탱크 용해기를 이용할 수 있다. 내화물 블록으로 형성된 내화물 탱크를 이용함으로써, 본 발명의 조성물에 의해 생성되는 유리 섬유의 제조와 관련된 제조 비용이 감소된다. 부가적으로, 조성물로부터 값비싼 리튬 원료의 배제가 유리 섬유의 제조 비용을 감소시킨다. 더욱이, 유리 조성물의 성분을 용해하는데 필요한 에너지가 상업적으로 입수가능한 R-유리 제형을 용해하는데 필요한 에너지보다 더 적다. 또한, 그러한 더 낮은 에너지 요구는 본 발명의 유리와 관련된 전체 제조 비용을 낮출 수 있다. 본 발명의 조성물이 상업적으로 허용될 수 있는 고성능 유리 섬유 및 그 유리 섬유로부터 생성되는 섬유 제품을 제조할 능력을 갖는다는 것이 밝혀졌다.
적어도 하나의 대표적인 실시형태에서, 본 발명의 유리 조성물은 하기 성분을 표 1 에 기재된 중량% 로 포함한다. 여기서 사용되는 용어 "중량%" 및 "중량에 의한 %" 는 서로 교체가능하게 사용될 수 있고, 총 조성물에 기초한 중량% (또는 중량에 의한 %) 를 의미하는 것이다. 대표적인 실시형태에서, 본 발명의 유리 조성물은 리튬이 없거나 실질적으로 없고, 몇몇의 대표적인 실시형태에서, 유리 조성물은 리튬 및 붕소가 실질적으로 없다. 여기서 사용되는 "실질적으로 없다" 는 표현은, 조성물에 그 성분(들)이 없거나 거의 없는 것을 의미한다. 예컨대, 리튬이 유리 조성물에 존재한다면, 단지 미량으로, 예컨대 백분의 수 (several) % 로 존재하는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 붕소를 배제하려는 유리 조성물은 백분의 수 % 범위와 같은 미량의 붕소를 포함할 수 있다. 그러한 양을 포함하는 조성은 "리튬이 없고" 그리고 "붕소가 없는" 것으로 간주된다.
Figure 112012016375627-pct00001
본 발명의 다른 실시형태에서, 유리 조성물은 표 2 에 나타낸 성분을 포함한다.
Figure 112012016375627-pct00002
또 다른 실시형태에서, 유리 조성물은 표 3 및 표 4 에 나타낸 성분을 포함한다.
Figure 112012016375627-pct00003
Figure 112012016375627-pct00004
또한, 불순물 또는 부정기 (tramp) 재료가 유리 또는 섬유에 악영향을 미치지 않으면서 유리 조성물에 존재할 수 있다. 이러한 불순물은 원료 불순물로서 유리에 들어가거나 또는 노 성분과 용융 유리의 화학 반응에 의해 형성되는 생성물일 수 있다. 부정기 재료의 비제한적인 예로는, 칼륨, 철, 아연, 스트론튬 및 바륨 (이들 모두는 산화물 형태로 존재함), 및 불소 및 염소가 포함된다.
유리 조성물의 성형 점도는 통상적으로 유리 조성물의 log 3 온도에 의해 정의된다. log 3 온도는, ASTM C965 에 따라 용융 유리 재료에 침지된 실린더를 회전시키는데 필요한 토크를 측정함으로써 점도를 결정하는 경우, 용융 유리 조성물이 1,000 poise 의 점도 (즉, 대략 섬유화 점도) 를 가질 때의 온도이다. 섬유화 온도를 낮추면, 부싱 수명이 더 연장되고 처리량 (throughput) 이 증가하고 에너지 사용이 감소될 수 있기 때문에, 유리 섬유의 생산 비용을 줄일 수 있다. log 3 온도를 낮춤으로써, 부싱은 더 차가운 온도에서 작동하고 빨리 "새그 (sag)"되지 않는다. 새그는 긴 시간 동안 높은 온도에서 유지되는 부싱에서 일어난다. log 3 온도를 낮추면, 새그 속도가 감소되고, 그 결과, 부싱 수명이 증가될 수 있다. 따라서, 섬유 제조 비용이 감소될 수 있다. 본 발명에서, 유리 조성물은 약 1405 ℃ 미만의 log 3 온도를 갖는다. 대표적인 실시형태에서, log 3 온도는 약 1285 ℃ ~ 약 1405 ℃, 또는 약 1285 ℃ ~ 약 1320 ℃ 이다.
유리 조성물의 액상선 온도는, 액상선 온도 미만에서, ASTM C829 에 따라 16 시간 동안 그 온도에서 유지되는 때 용융 유리 재료에서 제 1 결정이 나타나게 되는 온도이다. 부가적으로, 액상선 온도는, 유리 멜트를 냉각시킬 때 탈유리화가 일어날 수 있는 최대 온도이다. 액상선 온도보다 높은 모든 온도에서는, 유리가 완전히 용해된다. 본 발명의 조성물의 액상선 온도는 바람직하게는 약 1330 ℃ 이하이고, 약 1190 ℃ ~ 약 1330 ℃, 또는 1190 ℃ ~ 약 1235 ℃ 일 수 있다.
log 3 온도와 액상선 온도 사이의 차를 "ΔT" 라고 한다. ΔT 가 너무 작으면, 용융 유리는 섬유화 장치 내에서 결정화되고 제조 공정에서 파단을 야기할 수 있다. ΔT 는 주어진 성형 점도에 대해 가능한 한 큰 것이 바람직하다. ΔT 클수록, 섬유화 동안 더 큰 정도의 가요성이 제공되고, 유리 분배 시스템 및 섬유화 장치 쌍방에서 탈유리화를 회피하는데 더 도움이 된다. 부가적으로, 큰 AT 는 부싱 수명을 더 크게 하고 성형 공정을 덜 민감하게 함으로써 유리 섬유의 제조 비용을 감소시킨다. 본 발명의 조성물은 약 135 ℃ 까지의 ΔT 를 가질 수 있고, 대표적인 실시형태에서, 약 60 ℃ ~ 약 135 ℃, 또는 약 75 ℃ ~ 105 ℃ 의 ΔT 를 갖는다. 몇몇의 대표적인 실시형태에서, ΔT 는 약 60 ℃ 보다 더 크다.
중요한 다른 특성은 비모듈러스이다. 최종 물품에 강성 (stiffness) 을 더하는 가벼운 복합재를 획득하기 위해, 가능한 한 높은 비모듈러스를 갖는 것이 바람직하다. 비모듈러스는 풍력 에너지 및 항공우주 분야와 같이 제품의 강성이 중요한 파라미터인 분야에서 중요하다. 본 발명의 조성물에서, 유리는 적어도 3.24×106 m, 또는 약 3.24×106 m ~ 약 3.43×106 m 의 비모듈러스를 갖는다. 대표적인 실시형태에서, 유리는 약 3.39×106 m ~ 약 3.43×106 m 의 비모듈러스를 갖는다.
본 발명의 유리는 리튬을 함유하는 종래 R-유리 조성물과 유사한 비모듈러스, 강도 및 ΔT 를 갖는다. 따라서, 본 발명의 조성물은 상업적으로 허용될 수 있는 R-유리 섬유 및 그 R-유리 섬유로부터 생성되는 섬유 제품을 제조할 능력을 가지며, 조성물로부터 고비용 리튬을 배제하고 조성물의 성분을 용해하는데 종래 내화물을 이용함으로써 제조 비용을 줄일 수 있다.
일반적으로, 본 발명에 따른 섬유는, 원료를 획득하고 최종 조성물의 원하는 중량%가 얻어지는 적절한 양으로 성분을 종래 방식으로 혼합 또는 블렌딩함으로써, 형성될 수 있다. 예컨대, 성분은 SiO2 용 파이로필라이트 또는 모래, 석회석, 생석회, 규회석, 또는 CaO 용 백운석, 고령토, Al2O3 용 파이로필라이트 또는 알루미나, 및 백운석, 백운생석회 (dolomitic quicklime), 수활석, 완화휘석, 활석, 번트 마그네사이트 (burnt magnesite), 또는 MgO 용 마그네사이트를 포함 (다만, 이들로 제한되지 않음) 하는 적절한 재료 또는 원료로부터 획득될 수 있다. 1 이상의 필요한 산화물을 공급하기 위해, 유리 컬릿 (glass cullet) 이 또한 사용될 수 있다. 그리고 나서, 혼합된 배치가 전통적인 내화물 노 또는 용해기에서 용해되고, 얻어지는 용융 유리가 전로 (forehearth) 를 따라, 그리고 전로의 저부를 따라 위치된 부싱 (예컨대, 백금합금계 부싱) 내로 전달된다. 노, 전로 및 부싱 내 유리의 작동 온도는 유리의 점도를 적절히 조절하도록 선택되고, 제어 장치와 같이 적절한 방법을 이용하여 유지될 수 있다. 바람직하게는, 용해기의 전방 단부에서의 온도는 탈유리화를 감소시키거나 제거하도록 자동으로 제어된다. 그리고 나서, 용융 유리는 부싱의 저부 또는 팁 플레이트의 구멍 또는 오리피스를 통해 당겨져서 (인발되어) 유리 섬유를 형성한다. 부싱 오리피스를 통해 흐르는 용융 유리의 스트림은, 복수의 개별 필라멘트로 형성된 스트랜드를 권선기의 회전가능한 수집기 (collect) 에 설치된 성형 튜브에 감음으로써, 필라멘트로 감쇠된다.
섬유는 의도하는 적용에 적합한 종래 방식으로 더 처리될 수 있다. 예컨대, 유리 섬유는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 사이징 조성물로 사이징될 수 있다. 사이징 조성물은 전혀 제한되지 않고, 유리 섬유에의 적용에 적절한 임의의 사이징 조성물일 수 있다. 사이징된 섬유는 제품의 최종 사용이 종래 R-유리 제품과 동등한 또는 그 이상의 강도 및 강성을 요구하는 경우 다양한 플라스틱과 같은 기재 (substrate) 를 강화하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 적용은 윈드 블레이드의 형성에 사용되는 직물 (woven fabrics), 장갑판 및 항공우주 구조물을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다.
이상 본 발명을 일반적으로 설명하였으며, 단지 실례의 목적으로 제공되고 달리 특정되지 않는 한 포괄적이거나 제한적인 것이 아닌 이하의 구체적인 특정 예를 참조함으로써, 본 발명을 더 이해할 수 있을 것이다.
예
예 1: 리튬프리 유리 조성물
시약 등급 화학물질을, 표 5 ~ 표 8 에 나타낸 산화물 중량% 를 갖는 최종 유리 조성물을 획득하도록 균형잡힌 양으로 혼합하여, 본 발명에 따른 유리 조성물을 제조하였다. 1620 ℃ 에서 3 시간 동안, 전기 가열된 노 내의 백금 도가니에서 원료를 용해하였다. 회전 실린더법 (rotating cylinder method) (ASTM C965) 을 이용하여, 성형 점도 (즉, log 3 온도) 를 측정하였다. 유리를 16 시간 동안 백금합금 보드의 온도 구배에 노출시켜서 (ASTM C829), 액상선 온도를 측정하였다. 유리의 점도가 1000 poise 이었을 때의 온도와 액상선 온도 사이의 차로서, ΔT 를 산출하였다. 음파가 섬유의 길이를 따라 전파하게 되는 소닉 파이버법 (sonic fiber method) 을 이용하여, 음속을 측정하였다. 음속, 밀도 및 영률 사이의 관계에 기초하여, 모듈러스를 산출하였다. 아르키메데스 방법에 의해, 밀도를 측정하였다. 마지막으로, 영률 및 측정된 밀도로부터 비모듈러스를 산출하였다.
표 5 에 나타낸 예 1 은 종래 리튬함유 R-유리이다. 이 리튬함유 R-유리의 조성 및 성질은 비교 목적으로 포함된 것이다.
Figure 112012016375627-pct00005
Figure 112012016375627-pct00006
Figure 112012016375627-pct00007
Figure 112012016375627-pct00008
표 5 ~ 8 을 보면, 예 2 ~ 33 의 유리 조성물은, 조성물 내에 리튬을 포함시키지 않으면서 내화물 용해기에서 그 유리 조성물이 생성될 수 있게 하는 성형 점도 및 액상선 온도를 갖는다고 결론내릴 수 있다. 그리고, 유리 조성물로부터 리튬의 배제는 일반적으로, 배치 제형을 위한 재료로서 매우 값비싼 스포듀민 및 리튬 탄산염이 요구되지 않으므로, 유리의 제조 비용을 감소시킨다. 또한, 표 5 ~ 8 에 열거된 조성물 중 다수는 조성에 리튬을 포함하는 상업적으로 입수가능한 R-유리 (예컨대, 예 1) 의 비모듈러스를 충족시키거나 초과한다. 본 발명의 유리는 종래 리튬함유 R-유리 조성물과 동등하거나 그보다 향상된 강도를 갖는다.
예 2: 리튬을 함유하는 유리 제형
또한, 본 발명의 유리 조성물과의 대조를 위해, 리튬을 포함하는 유리를 조사하였다. 리튬함유 유리 조성물 각각의 log 3 온도, 액상선 온도, ΔT, 모듈러스, 밀도 및 비모듈러스에 관해 얻은 데이터를 표 9 및 표 10 에 나타내었다.
Figure 112012016375627-pct00009
Figure 112012016375627-pct00010
표 9 및 표 10 으로부터, 일반적으로 Li2O 레벨이 1 % 를 초과하면, 종래 내화물 용해기에서의 용해에 바람직한 것보다 더 낮은 ΔT 레벨이 얻어진다고 결론내릴 수 있다. 대략 0.5 % 의 Li2O 함량을 갖는 몇몇의 유리가 허용될 수 있는 성형 및 제조 특성을 갖지만, 이들 유리의 제조 비용이 값비싼 리튬 원료에 대한 요구로 인해 본 발명의 리튬프리 유리 조성물의 제조 비용보다 훨씬 더 크다는 것에 주목해야 한다.
이상, 일반적으로 그리고 특정 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였다. 바람직한 실시형태라고 생각되는 것으로 본 발명을 나타내었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 매우 다양한 대안이 포괄적인 개시 내에서 선택될 수 있다. 본 발명은 이하의 청구범위의 기재 외에는 달리 제한되지 않는다.

Claims (22)

  1. 총 조성물의 59.0 ~ 60.93 중량% 의 SiO2;
    총 조성물의 15.6 ~ 20.5 중량% 의 Al2O3;
    총 조성물의 11.0 ~ 16.0 중량% 의 CaO;
    총 조성물의 9.4 ~ 10.9 중량% 의 MgO;
    총 조성물의 0.0 ~ 4.0 중량% 의 Na2O; 및
    총 조성물의 0.0 ~ 2.0 중량% 의 TiO2 를 포함하고,
    상기 조성물은 적어도 60 ℃ 의 ΔT 를 갖고, Li2O 를 포함하지 않고, 1285 ℃ ~ 1320 ℃ 의 섬유화 온도를 갖고, 적어도 4187 MPa 의 인장 강도를 갖는 R-유리 섬유 제조용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 Fe2O3 및 총 조성물의 0.0 ~ 3.0 중량% 의 B2O3 중 적어도 하나를 더 포함하는 R-유리 섬유 제조용 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 K2O;
    총 조성물의 0.0 ~ 2.0 중량% 의 SrO;
    총 조성물의 0.0 ~ 2.0 중량% 의 ZnO;
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 ZrO2; 및
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 불소
    를 더 포함하는 R-유리 섬유 제조용 조성물.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 135 ℃ 까지의 ΔT 를 갖는 R-유리 섬유 제조용 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 조성물은 75 ℃ ~ 105 ℃ 의 ΔT 를 갖는 R-유리 섬유 제조용 조성물.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 1330 ℃ 이하의 액상선 온도를 갖는 R-유리 섬유 제조용 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물의 성분이 내화물 탱크 용해기에서 용해되는 R-유리 섬유 제조용 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 적어도 3.24×106 m 의 비모듈러스를 갖는 R-유리 섬유 제조용 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 조성물은 3.24×106 m ~ 3.43×106 m 의 비모듈러스를 갖는 R-유리 섬유 제조용 조성물.
  12. 총 조성물의 59.0 ~ 64.5 중량% 의 SiO2;
    총 조성물의 14.5 ~ 20.5 중량% 의 Al2O3;
    총 조성물의 11.0 ~ 13.2 중량% 의 CaO;
    총 조성물의 9.4 ~ 10.9 중량% 의 MgO;
    총 조성물의 0.0 ~ 4.0 중량% 의 Na2O; 및
    총 조성물의 0.0 ~ 2.0 중량% 의 TiO2 를 포함하는 조성물로부터 제조되고, 적어도 60 ℃ 의 ΔT 를 갖고, Li2O 를 포함하지 않고, 상기 조성물로부터 제조된 R- 유리 섬유의 밀도가 2.606 ~ 2.638 g/cm3 인 연속 R-유리 섬유.
  13. 제 12 항에 있어서,
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 Fe2O3;
    총 조성물의 0.0 ~ 3.0 중량% 의 B2O3;
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 K2O;
    총 조성물의 0.0 ~ 2.0 중량% 의 SrO;
    총 조성물의 0.0 ~ 2.0 중량% 의 ZnO;
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 ZrO2; 및
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 불소
    중 적어도 하나를 더 포함하는 연속 R-유리 섬유.
  14. 삭제
  15. 총 조성물의 59.0 ~ 60.93 중량% 의 SiO2;
    총 조성물의 15.6 ~ 20.5 중량% 의 Al2O3;
    총 조성물의 11.0 ~ 16.0 중량% 의 CaO;
    총 조성물의 9.4 ~ 10.9 중량% 의 MgO;
    총 조성물의 0.0 ~ 4.0 중량% 의 Na2O; 및
    총 조성물의 0.0 ~ 2.0 중량% 의 TiO2 를 포함하고,
    적어도 60 ℃ 의 ΔT 를 갖고, 1285 ℃ ~ 1320 ℃ 의 섬유화 온도를 갖고, Li2O 를 포함하지 않는 용융 유리 조성물을 제공하는 단계, 및
    상기 용융 유리 조성물을 부싱의 오리피스를 통해 인발하여 R-유리 섬유를 형성하는 단계를 포함하는 R-유리 섬유의 성형 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 Fe2O3 및 총 조성물의 0.0 ~ 3.0 중량% 의 B2O3 중 적어도 하나를 더 포함하는 R-유리 섬유의 성형 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 K2O;
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 SrO;
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 ZnO;
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 ZrO2; 및
    총 조성물의 0.0 ~ 1.0 중량% 의 불소
    를 더 포함하는 R-유리 섬유의 성형 방법.
  18. 삭제
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 조성물은 135 ℃ 까지의 ΔT 를 갖는 R-유리 섬유의 성형 방법.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 조성물은 적어도 3.24×106 m 의 비모듈러스를 갖는 R-유리 섬유의 성형 방법.
  21. 삭제
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 유리 조성물의 성분을 내화물 탱크 용해기에서 용해하는 단계를 더 포함하는 R-유리 섬유의 성형 방법.
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