KR101983359B1 - 유리직물 및 이를 이용한 유리섬유 시트재 - Google Patents

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Abstract

강도 및 탄성율이 우수한 유리직물 및 이를 이용한 유리섬유 시트재를 제공한다. 유리직물은, 유리섬유의 원료가 되는 유리 조성물을 용융한 용융 유리에서 방사된 섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛ 범위의 유리섬유를 집속하여 이루어진 유리 얀(yarn)을 직조하여 얻는다. 상기 유리 섬유는, 전량에 대해서 SiO2 함유량이 57.0 ~ 63.0 질량%, Al2O3 함유량이 19.0 ~ 23.0 질량%, MgO 함유량이 10.0 ~ 15.0 질량%, CaO 함유량이 5.5 ~ 11.0 질량%, CaO 함유량에 대한 MgO 함량 비율(MgO/CaO)이 0.8 ~ 2.0의 범위에 있는 조성을 구비한다.

Description

유리직물 및 이를 이용한 유리섬유 시트재{GLASS FABRIC AND GLASS FIBER SHEET MATERIAL USING SAME}
본 발명은, 유리직물 및 이를 이용한 유리섬유 시트재에 관한 것이다.
종래, 예를 들면, 섬유 직경이 3 내지 6 ㎛ 범위인 극세경 유리섬유가 집속된 유리 얀(yarn)을 직조하여 제조한 유리직물 등의 양 표면을 염화 비닐 수지, 불소계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 등의 합성 수지로 피복함으써 형성되는 유리섬유 시트재가 알려져 있다. 상기 유리섬유 시트재는, 건축 구조용 막 재료 또는 프린트 배선 기판 기재의 적층판에 이용되고 있다.
상기 건축 구조용 막 재료는 경량이기 때문에, 지주를 대폭 생략할 수 있는, 경기장, 실내 수영장, 체육관 등의 스포츠 시설, 텐트 창고, 대형 전시 공간 등의 지주 간격이 큰 스팬(span) 구조물에 적합하다. 상기 건축 구조용 막 재료에 상용되는 상기 유리직물은, 상기 지주 간격이 큰 스팬 구조물을 구성하기 위해서, 강도와 탄성율이 뛰어난 것이 요망된다.
한편, 프린트 배선 기판 기재의 적층판에는, 두께 50 ㎛ 이하의 극히 얇은 유리섬유가 일반적으로 사용되고 있다. 상기 극히 얇은 유리섬유는, 취급성과 치수 안정성 면에서 강도와 탄성율이 뛰어난 것이 요망된다.
유리섬유는 섬유 직경이 가늘어 질수록 강도가 증가하는 것으로 일반적으로 알려져 있다. 따라서, 강도를 증가시키면서, 경량인 것인 요구되는 건축 구조용 막 재료와, 소형화가 진행되고 있는 프린트 배선 기판 등에 있어서, 얇은 유리섬유로 직조된 유리섬유직물을 제조하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 강도 및 탄성율이 우수하나, 얇은 유리섬유를 안정적으로 방사하는 것이 어려웠다.
일반적으로, 상기 유리직물은 E 유리로 이루어진 유리섬유를 직조하여 형성되어 있지만, 상기 E 유리로 이루어진 유리섬유는 강도 및 탄성률이 충분하지 않은 경우가 있다. 따라서, 상기 E 유리로 이루어진 유리섬유를 직조하여 얻은 유리직물은, 상기 건축 구조용 막 재료와 프린트 배선 기판 기재의 적층판 등의 유리섬유 시트재에 이용하는 것이 어려운 경우가 있다.
따라서, 상기 E 유리에 대신해, E 유리보다 뛰어난 강도를 구비하고 있는 S 유리로 이루어진 유리섬유를 직조하여 얻은 유리직물이 알려져 있다.
그러나, 상기 S 유리는, 그 원료가 되는 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리하고, 상기 용융 유리에서 방사하여 유리섬유를 얻을 때, 상기 용융 유리의 1000 포이즈(poise) 온도가 매우 높고, 1000 포이즈 온도와 액상온도와의 차이가 작다는 문제가 있다.
용융 유리의 1000 포이즈 온도가 높으면, 유리를 용융하는 과정 및 섬유화하는 과정에서 고온을 필요로 하기 때문에, 열 부하에 의한 제조 설비의 부담이 크다. 또한, 1000 포이즈 온도와 액상 온도와의 차이가 작으면, 상기 용융 유리가 방사 후 냉각되어 유리섬유가 되는 과정에서, 온도가 약간 낮아지는 영향에서도 결정화(실투, 失透, devitrification)되기 쉽고, 유리섬유가 절단되는 등의 문제가 발생하기 쉬워진다. 이 결과, 상기 S 유리는, 그 원료가 되는 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리할 때, 상기 용융 유리섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛ 범위의 유리섬유를 안정적으로 방사하는 것이 어렵다. 따라서, 상기 S 유리로 이루어진 유리섬유는, 강도 면에서는 우수하지만, 제조 조건이 엄격하기 때문에, 대량 생산이 어려운 것이 과제이다.
또한, 상기 「1000 포이즈 온도」란, 용융 유리를 섬유화할 때의 기준 지표이고, 용융 유리의 점도가 1000 포이즈(poise)가 되는 온도이다. 「액상 온도」란, 상기 용융 유리의 온도를 저하시킬 때 최초로 결정이 석출되는 온도이다. 1000 포이즈 온도와 액상 온도 사이의 온도 범위(작업 온도 범위)는 방사 용이성의 기준이고, 온도 범위가 넓을수록 안정된 방사가 가능하다. 또한, 「실투」란, 상기 용융 유리의 온도를 저하시킬 때 결정이 석출되는 현상이다.
따라서, 상기 S 유리의 원료가 되는 유리 조성물의 조성을 개량하여, SiO2, Al2O3, MgO 외에 CaO를 포함하고 유리 조성물이 제안되고 있다. 상기 유리 조성물로서, 예를 들면, 1000 포이즈 온도를 낮추고 점성을 저하시킴으로써, 비교적 낮은 온도에서 작업 온도 범위를 유지하면서 쉽게 방사할 수 있도록 한 유리 조성물이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 또한, 상기 유리 조성물로서, 1000 포이즈 온도와 액상 온도와 차이가 큰 유리 조성물이 알려져 있다(특허 문헌 2 참조).
특허 문헌 1 : 특공소 62-001337호 공보 특허 문헌 2 : 특표 2009-514773호 공보
그러나, SiO2, Al2O3, MgO와 함께 CaO를 포함한 특허 문헌 1 기재의 유리 조성물은, 용융되어 용융 유리하게 되면 실투하는 경향이 있고, 안정적으로 방사하는 것이 어렵다. 또한, 특허 문헌 2 기재의 유리 조성물은, 용융되어 용융 유리하게 되면 상기 용융 유리의 1000 포이즈 온도가 높기 때문에, 유리섬유를 얻는 것 자체가 어렵다. 따라서, 상기 종래의 유리 조성물에서는, 강도 및 탄성률은 우수하나, 유리섬유 시트재에 적합한 유리직물을 얻기가 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해소하고, 강도 및 탄성률이 우수하고, 유리섬유 시트재에 적합한 유리직물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은, 상기 유리직물을 이용한 유리섬유 시트재를 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 유리섬유의 원료가 되는 유리 조성물을 용융시킨 용융 유리에서 방사된 섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛ 범위의 유리섬유를 직속하여 이루어진 유리 얀(yarn)을 직조하여 얻은 유리직물에 있어서, 상기 유리 섬유는, 전량에 대해서 SiO2 함유량이 57.0 ~ 63.0 질량%, Al2O3 함유량이 19.0 ~ 23.0 질량%, MgO 함유량이 10.0 ~ 15.0 질량%, CaO 함유량이 5.5 ~ 11.0 질량%, CaO 함유량에 대한 MgO 함량 비율(MgO/CaO)이 0.8 ~ 2.0의 범위에 있는 조성을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 조성을 구비하고 있는 유리섬유의 원료가 되는 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리로 한다. 그리고, 상기 용융유리에서 방사된 섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛ 범위의 유리섬유를 집속하여 이루어진 유리 얀을 직조하여 유리직물을 얻는다. 상기 유리 섬유는, 섬유 직경이 3 ㎛ 미만이면 상기 용융 유리에서 방사하는 것 자체가 곤란하고, 6 ㎛을 초과하면 유리 얀을 얻를 때 섬유 강도가 저하되는 경우가 있다.
본 발명의 유리직물은, 상기 조성을 구비하고 있는 유리섬유에 의해 형성되기 때문에, 우수한 강도 및 탄성율을 얻을 수 있으며, 유리섬유 시트재를 구성하는 용도로 적합하게 사용할 수 있다.
상기 유리섬유는, 전량에 대해 SiO2 함유량이 57.0 질량% 미만에서는 유리섬유로서의 충분한 기계적 강도를 얻을 수 없고, 63.0 질량%를 초과하면, 그 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리의 1000 포이즈 온도 및 액상 온도가 높아진다.
또한, 상기 유리섬유는, 전량에 대해 Al2O3의 함유량이 19.0 질량% 미만에서는 충분한 탄성율을 얻을 수 없으며, 23.0 질량%를 초과하면, 그 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리의 액상 온도가 높아진다.
또한, 상기 유리섬유는, 전량에 대해 MgO의 함량이 10.0 질량% 미만에서는 충분한 탄성율을 얻을 수 없으며, 15.0 질량%를 초과하면, 그 원료가 되는 유리 조성물에서 얻어진 용융 유리의 액상 온도가 높아진다.
또한, 상기 유리섬유는, 전량에 대해 CaO의 함유량이 5.5 질량% 미만에서는 상기 유리 조성물의 액상 온도가 높아지고, 11.0 질량%를 초과하면, 그 원료가 되는 유리 조성물에서 얻은 용융 유리의 1000 포이즈 온도 및 액상 온도가 높아진다.
또한, 상기 유리섬유는, CaO의 함유량에 대한 MgO의 함유량의 비 MgO / CaO가 0.8 미만에서는 충분한 탄성율을 얻을 수 없고, 2.0을 초과하면, 그 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리의 액상 온도가 높아진다.
또한, 상기 유리섬유의 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리를 방사할 때, 실투과하기 쉽거나 유리섬유의 절단 등의 문제가 발생한다. 그러나, 본 발명에 있어서, 상기 유리섬유는 상기 조성을 구비하고 있으므로, 상기 용융 유리는, 온도를 저하시킬 때 최초로 석출되는 결정(실투 초기 결정상)이 코디어라이트(cordierite) 단독결정 또는 코디어라이트와 애노타이트(anorthite)의 혼합결정이 된다. 그 결과, 상기 용융 유리는, 실투 초기 결정상이 상기 외의 다른 결정이 있는 경우에 비하여, 액상 온도에 있는 결정이 석출되기 어려워진다. 따라서, 상기 유리섬유의 원료가 되는 유리 조성물을 용융하여 얻은 용융 유리를 방사할 때, 유리섬유가 절단되는 등의 지장의 발생을 억제할 수 있고, 안정된 방사를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 용융 유리는, 1000 포이즈 온도가 1350 ℃ 이하이며, 상기 1000 포이즈 온도와 액상 온도와의 차이가 50 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 상기 용융 유리는, 1000 포이즈 온도가 1350 ℃ 이하에 있는 것으로, 쉽게 얻을 수 있다. 또한, 상기 용융 유리는, 1000 포이즈 온도와 액상 온도와의 차이가 50 ℃ 이상인 것으로, 작업 온도 범위가 넓어진다. 따라서 3 ~ 6 ㎛ 범위의 얇은 유리섬유를 방사하는 경우에도, 외부 온도의 영향에 의해서 용융 유리의 온도가 낮아져도 실투하지 않고, 안정적으로 방사할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 유리섬유는, 강도가 4.0 GPa 이상이며, 탄성율은 85 GPa 이상인 것이 바람직하다. 상기 유리섬유의 강도가 4.0 GPa 이상이며, 탄성율이 85 GPa 이상인 것으로 인하여, 본 발명의 유리섬유는, 유리섬유 시트재를 구성하는 용도에 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 유리섬유 시트재는, 상기 본 발명의 유리직물의 양 표면을 합성 수지로 피복하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명의 유리섬유 시트재에 있어서, 상기 합성 수지로는, 예를 들면, 염화비닐 수지, 불소계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1 종의 수지를 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
본 실시 형태의 유리직물은, 유리섬유의 원료가 되는 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리하고, 상기 용융 유리에서 방사된 섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛ 범위의 유리섬유를 집속하여 이루어지는 유리 얀(yarn)을 직조함으로써 얻을 수 있다.
상기 유리섬유는, 전량에 대해서 SiO2 함유량이 57.0 ~ 63.0 질량%, Al2O3 함유량이 19.0 ~ 23.0 질량%, MgO 함유량이 10.0 ~ 15.0 질량%, CaO 함유량이 5.5 ~ 11.0 질량%, CaO 함유량에 대한 MgO 함량 비율(MgO/CaO)이 0.8 ~ 2.0의 범위에 있는 조성을 구비하고 있다.
상기 유리섬유는, 전량에 대해 SiO2 함유량이 57.0 질량% 미만에서는 유리섬유로서의 충분한 기계적 강도를 얻을 수 없고, 63.0 질량%를 초과하면, 그 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리의 1000 포이즈 온도 및 액상 온도가 높아진다. 상기 SiO2의 함유량은, 상기 유리섬유의 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리 조성물의 1000 포이즈 온도를 1350 ℃ 이하로 하기 위해, 상기 유리섬유의 전량에 대하여 57.0 ~ 62.0 질량 %의 범위에 있는 것이 바람직하고, 57.0 ~ 61.0 질량%의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 유리섬유는, 전량에 대해 Al2O3의 함유량이 19.0 질량% 미만에서는 충분한 탄성율을 얻을 수 없으며, 23.0 질량%를 초과하면, 그 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리의 액상 온도가 높아진다. 상기 Al2O3의 함유량은, 상기 유리섬유에서 뛰어난 탄성율를 얻음과 동시에, 상기 용융 유리의 액상 온도를 낮게하여 작업 온도 범위를 넓게 하기 위해, 상기 유리섬유의 전량에 대하여 19.5 ~ 22.0 질량%의 범위에 있는 것이 바람직하고, 20.0 ~ 21.0 질량%의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 유리섬유는, 전량에 대해 Al2O3의 함유량이 19.0 ~ 23.0 질량%의 범위에 있고, 특히 20.0 질량% 근방인 것으로서, 그 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리의 상기 실투 초기 결정상을 코디어라이트(cordierite) 단독결정 또는 코디어라이트와 애노타이트(anorthite)의 혼합결정으로 할 수 있다. 상기 Al2O3의 함유량이 상기 유리섬유의 전량에 대해, 19.0 질량% 미만에서는 그 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리의 상기 실투 초기 결정상을 코디어라이트 단독결정 또는 코디어라이트와 애노타이트의 혼합결정으로 할 수 없을 수 있다. 따라서, 상기 유리섬유는 그 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리의 상기 실투 초기 결정상을 코디어라이트 단독결정 또는 코디어라이트와 애노타이트의 혼합결정으로 하기 위하여, 상기 Al2O3의 함유량이 상기 유리섬유의 전량에 대해 19.0 질량 % ~ 22.0 질량 % 근방에 있는 것이 바람직하다.
또한, SiO2 함유량 / Al2O3 함유량의 중량비는 2.6 ~ 3.3인 것이 바람직하다. 이러한 범위로 하는 것은, 유리섬유는 제조시의 작업 온도 범위가 넓은 것이 되고, 충분한 탄성률을 갖게 되기 때문이다. 또한, SiO2 함유량 / Al2O3 함유량의 중량비로는 2.7 ~ 3.2인 것이 보다 바람직하다. SiO2 함유량 / Al2O3 함유량의 중량비가 3.2 이하이면 높은 탄성율를 갖는 유리섬유를 얻을 수 있기 때문이다. 또한, 상기 중량비가 2.7 이상이면 액상 온도를 낮게 하고, 실투 현상을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 유리섬유는, 전량에 대해 MgO의 함유량이 10.0 질량% 미만에서는 충분한 탄성율을 얻을 수 없으며, 15.0 질량%를 초과하면, 그 원료가 되는 유리 조성물에서 얻어진 용융 유리의 액상 온도가 높아진다. 상기 MgO의 함유량은 상기 유리섬유에서 우수한 탄성율을 얻음과 동시에, 상기 용융 유리의 액상 온도를 낮게 하여 작업 온도 범위를 넓게 하기 위해, 상기 유리섬유의 전량에 대해 11.0 ~ 14.0 질량%의 범위에 있는 것이 바람직하고, 11.5 ~ 13.0 질량%의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 유리 섬유는, 전량에 대해 CaO의 함유량이 5.5 질량% 미만에서는 그 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리의 액상 온도가 높아지고, 11.0 질량%를 초과하면 상기 용융 유리의 1000 포이즈 온도 및 액상 온도가 높아진다. 상기 CaO의 함유량은, 상기 용융 유리의 1000 포이즈 온도 및 액상 온도를 낮게하여 작업 온도 범위를 넓게 하기 위해 상기 유리섬유의 전량에 대해 6.0 ~ 10.5 질량%의 범위에 있는 것이 바람직하고, 7.0 ~ 10.0 질량%의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 유리섬유는 SiO2, Al2O3, MgO 및 CaO의 합계 합유량이 99.0 질량 % 미만에서는 다른 불순물 성분의 함량이 상대적으로 많아지기 때문에, 상기 유리섬유에서 충분한 탄성율을 얻을 수 없으며, 그 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리에서 충분한 작업 온도 범위를 확보할 수 없다. SiO2, Al2O3, MgO 및 CaO의 합계 함유량은, 상기 유리섬유에서 뛰어난 탄성율를 얻음과 동시에, 상기 유리섬유의 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻어진 용융 유리에서 충분한 작업 온도 범위를 보장하기 위해, 상기 유리섬유의 전량에 대해 99.5 질량% 이상의 범위에 있는 것이 바람직하고, 99.8 질량% 이상의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 유리섬유는, CaO 함유량에 대한 MgO 함유량 비 MgO / CaO가 0.8 미만에서는 충분한 탄성율을 얻을 수 없고, 2.0을 넘으면 그 원료가 되는 유리 조성물로부터 얻은 용융 유리의 액상 온도가 높아진다. 상기 CaO 함유량에 대한 MgO의 함유량 비 MgO / CaO는, 상기 유리섬유에서 뛰어난 탄성율를 얻음과 동시에, 상기 용융 유리의 액상 온도를 낮게 하여 작업 온도 범위를 넓게 하기 위해 1.0 ~ 1.8의 범위에 있는 것이 바람직하다.
상기 유리섬유는 기본 조성으로 SiO2, Al2O3, MgO 및 CaO를 상술한 범위의 함량으로 포함하지만, 각 성분의 원료 중에는 불가피하게 혼입되는 다른 성분을 포함하고 있다. 상기 다른 성분으로는, Na2O 등의 알칼리 금속 산화물, Fe2O3, TiO2, ZrO2, MoO3, Cr2O3 등을 들 수 있다. 상기 다른 성분의 함량은, 상기 유리섬유의 전량에 대해, 1.0 질량% 미만인 것이 바람직하고, 0.5 질량% 미만인 것이 보다 바람직하고, 0.2 질량% 미만이면 것이 더욱 바람직하다.
상기 조성을 구비 상기 유리섬유는, 강도가 4.0 GPa 이상이며, 탄성율이 85 GPa 이상이다.
상기 유리섬유는, 원료인 유리 조성물 및 상기 유리 조성물을 용융하여 얻은 용융 유리와 동등한 조성한 갖는다.
상기 유리섬유의 원료가 되는 유리 조성물로는, 유리조각(cullet) 또는 유리배치를 이용할 수 있다. 또한, 상기 용융 유리는, 상기 유리조각을 다시 용융하거나, 상기 유리배치를 직접 용융하는 방법으로 얻을 수 있다. 상기 용융 유리는, 구체적으로는 1000 포이즈 온도가 1350 ℃ 이하이며, 상기 1000 포이즈 온도와 액상 온도와의 차이가 50 ℃ 이상이다.
상기 유리섬유는, 상기 용융 유리에서 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 상기 공지의 방법에 따르면, 상기 용융 유리를 수십 ~ 수천 개의 부싱이라 불리는 백금 합금 노즐로부터 방사하여, 고속으로 감아서, 섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛ 범위인 유리섬유를 얻을 수 있다.
상기 유리섬유는, 섬유 직경이 3 ㎛ 이하에서는 상기 용융 유리에서 방사하는 것 자체가 곤란하고, 6 ㎛을 초과하면 유리 얀을 직조할 때 섬유 강도가 저하 될 수 있다. 상기 유리섬유는, 상기 유리 얀을 직조하여 유리직물로 얻기 위하여, 섬유 직경이 3 ~ 5 ㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다.
일반적으로, 섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛의 범위에 있는 유리섬유를 얻기 위해서는, 상기 백금 합금 노즐의 온도를 정밀하게 제어할 필요가 있다. 상기 범위의 섬유 직경을 구비한 유리섬유를 방사할 때, 백금 합금 노즐 1 개당 상기 용융 유리의 유량이 매우 적고, 상기 용융 유리의 반입 열량이 작기 때문에, 외부 온도의 영향을 받아 상기 백금 합금 노즐의 온도가 쉽게 변동한다. 이때, 상기 용융 유리의 작업 온도 범위가 좁거나, 결정화 속도가 빠를수록 상기 백금 합금 노즐의 온도가 변동하여 쉽게 실투하거나 유리 섬유의 절단 등의 지장이 발생한다.
그러나, 본 실시 형태의 상기 용융 유리는 상기 유리섬유와 동일한 조성을 구비하고 있어, 작업 온도 범위가 넓고, 결정화 속도가 느리기 때문에, 상기 백금 합금 노즐의 온도가 변동해도 실투하지 않고, 섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛ 범위의 유리섬유를 쉽게 얻을 수 있다.
상기 백금 합금 노즐에서 얻은 상기 유리섬유는, 전분계 또는 실란 커플링제를 포함하는 집속제가 부여된 플라스틱 심재의 주위에서 말아서 꺼내어지는 것으로서, 50 ~ 8000 개가 묶여진 유리섬유 다발(유리섬유 스트랜드)이다. 상기 유리섬유 다발은, 꼬여져서 늘어뜨려지면서 플라스틱 심재에 말려나와서, 상기 유리 얀이 된다. 필요에 따라서는, 얻어진 상기 유리 얀을 복수 개로 꼬으거나 다시 꼬아서 합연사의 유리얀을 얻을 수도 있다.
본 실시 형태의 유리직물은, 공지의 직기를 이용하여, 상기 유리 얀을 직조함으로써 얻을 수 있다. 상기 직조기로는, 예를 들면, 에어제트 또는 워터제트 등의 제트식 직기, 셔틀식 직기, 래피어(rapier)식 직기 등을 들 수 있다. 또한, 상기 직기로 짜는 직물 방식은, 예를 들면, 평직, 주자직, 나나코천(매트조직), 능직 등을 들 수 있다. 상기 방직기에 의해 직조된 유리직물의 두께는 10 ~ 500 ㎛의 범위이다.
본 실시 형태의 유리직물은, 가열 또는 수계 용액에 의한 세정을 실시한 후, 실란 커플링제를 함유한 용액으로 표면 처리를 실시할 수 있다.
본 실시 형태의 유리직물은, 상기 유리섬유를 단독으로 사용하여도 좋고, 공지의 시판 중인 상용 유리섬유, 탄소섬유, 유기섬유, 세라믹섬유 등의 1 종 이상 조합하여 사용해도 좋다.
본 실시 형태의 유리직물은, 상술한 바와 같이, 강도가 4.0 GPa 이상, 탄성률이 85 GPa 이상인 유리섬유로 되어 있기 때문에, 그 표면 양면을 합성 수지로 피복하여, 뛰어난 강도 및 탄성률을 갖춘 유리섬유 시트재를 얻을 수 있다. 본 실시 형태의 유리직물에서 상기 유리섬유 시트재를 얻으려면, 자체 공지의 방법을 사용할 수 있다.
상기 합성 수지로는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 사용할 수 있다. 열가소성 수지로는 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS) 수지, 메타크릴 수지, 염화비닐 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지, 액정 폴리머(LCP) 수지, 불소 수지, 폴리에테르이미드(PEI) 수지, 폴리아릴레이트(PAR) 수지, 폴리설폰(PSF) 수지, 폴리에테르설폰(PES) 수지, 폴리아미드이미드(PAI) 수지 등을 들 수 있다.
또한, 상기 열가소성 수지 대신에, 열경화성 수지를 이용해도 좋고, 상기 열경화성 수지로는, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지 등을 들 수 있다. 상기 열가소성 수지 또는 상기 열경화성 수지는 단독으로 사용해도 좋고, 2 종 이상 조합하여 사용해도 좋다.
상기 공지의 방법으로는, 예를 들면, 건축 구조용 막 재료의 경우, 본 실시 형태의 유리직물을 상기 합성 수지의 분산액에 침지한 후, 200 ~ 400 ℃ 정도의 온도 범위에서 소성하는 방법을 들 수 있다. 혹은, 본 실시 형태의 유리직물에 상기 합성 수지 시트를 중합시킨 후, 300 ~ 400 ℃ 정도의 온도 범위에서 소성하는 방법을 들 수 있다.
본 실시 형태의 건축 구조용 막 재료에 있어서, 상기 합성 수지로는, 염화비닐 수지 또는 불소계 수지가 바람직하게 사용된다. 특히, 상기 불소계 수지로는, 사불화에틸렌 수지(PTFE), 에틸렌-사불화에틸렌 공중합 수지(ETFE) 등을 들 수 있다. 상기 합성 수지는 각각 단독으로 사용해도 좋고, 2 종 이상 혼합하여 사용해도 좋다.
본 실시 형태의 건축 구조용 막 재료는, 스포츠 시설, 교통 시설, 상업시설, 대형 텐트 창고, 대형 이벤트 시설 등의 건축물 지붕재로 사용할 수 있다. 상기 스포츠 시설로는, 경기장, 대형 돔, 실내 수영장, 체육관 등을 들 수 있다. 상기 교통 시설로는, 역사, 터미널, 버스·택시 승강장, 주차장 등을 들 수 있다. 상기 상업 시설로는, 쇼핑 센터, 각종 오락 시설 등을 들 수 있다.
또한, 상기 공지의 방법으로는, 예를 들면, 프린트 배선 기판의 기재인 적층판의 경우, 본 실시 형태의 유리직물에 합성수지를 함침시켜 프리프레그(prepreg)을 제조하고, 상기 프리프레그를 소정 매수 적층한 적층체의 상하에 구리 박막을 얹어 놓거나, 또는 내층 코어판 위에 상기 적층체을 적층하여 가열 가압 성형하는 방법을 들 수 있다. 상기 적층판에 있어서, 상기 유리직물에 함침하는 상기 합성 수지로는, 특히. 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 불소계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1 종의 수지가 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 실시예 및 비교예를 설명한다.
[실시예 1]
본 실시예에서, 우선 전량에 대해 SiO2 함유량이 60.2 질량%, Al2O3의 함유량이 20.1 질량%, MgO의 함유량이 10.1 질량%, CaO의 함유량이 9.5 질량%, Fe2O3의 함량이 0.1 질량%가 되도록 유리 원료를 조합하여, 유리 조성물을 얻었다. 상기 유리 조성물은, CaO의 함유량에 대한 MgO의 함유량 비율 MgO / CaO가 1.1이다. 상기 유리 조성물의 조성을 하기 [표 1]에 나타낸다.
이어서, 상기 유리 조성물을 백금 도가니에서 용융하여, 용융 유리의 온도를 변화시키면서, 회전식 B형 점도계를 사용하여 연속적으로 점도를 측정하고, 점도가 1000 포이즈 때의 해당 온도를 1000 포이즈 온도로 하였다. 또한, 점도는 JIS Z8803-1991에 준하여 측정하였다.
이어서, 상기 조성을 구비한 유리 분쇄물을 백금 보트에 넣고, 1000 ~ 1500 ℃의 온도 구배가 마련된 관형 전기로에서 가열하여, 결정 석출이 시작되는 온도를 액상 온도로 하였다.
그런 다음 1000 포이즈 온도와 액상 온도와의 차이(1000 포이즈 온도 - 액상 온도)로 작업 온도 범위를 산출했다. 상기 1000 포이즈 온도, 액상 온도, 작업 온도 범위를 하기 [표 2]에 나타낸다.
이어서, 상기 유리 조성물을 상기 1000 포이즈 온도 이상의 온도로 가열하여 용융한 후, 상기 액상 온도보다 100 ~ 300 ℃ 낮은 온도에서 6 시간 방치했다. 그리고, 상기 유리 조성물의 표면 및 내부에 발현된 결정의 모습을 관찰하고, 내실투성(耐失透性)을 A, B, C의 3 단계로 평가했다. A는 결정이 석출되지 않은 것을 표시하고, B는 표면의 일부에 결정이 석출된 것을 의미하며, C는 표면 및 내부에 결정이 석출된 것을 의미한다.
이어서, 상기 액상 온도의 측정에 이용한 시료에서 석출된 초기 결정상 부분을 분쇄하여 X 선 회절 장치로 분석하고, 실투 초기 결정상의 종류를 확인하였다. 내실투성 평가 및 실투 초기 결정상의 종류는 하기 [표 2]에 나타낸다.
이어서, 상기 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리하고, 상기 용융 유리를 방사하여, 섬유 직경 13 ㎛의 유리섬유를 얻었다. 또한, 얻어진 유리섬유는 상기 유리 조성물과 동일한 조성을 가지고 있다.
이어서, 상기 유리섬유 필라멘트를 시료로 하여 인장 시험을 실시하여 상기 유리섬유의 강도 및 탄성율을 산출하였다.
또한, 상기 유리 조성물을 용융하여 얻어진 유리를 소정 온도, 소정 시간에서 서서히 냉각한 후, 4 × 4 × 20 ㎜로 가공하여, 열기계 분석(TMA) 장치를 이용하여 측정하고, 50 ~ 200 ℃의 평균 선팽창 계수를 확인하였다.
상기 유리섬유의 강도, 탄성율(E), 평균 선팽창 계수(α) 및 치수 안정성의 지표인 탄성율 E를 평균 선팽창 계수(α)로 나눈 값 E/α를 하기 [표 2]에 나타낸다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 우선 전량에 대해 SiO2 함유량이 59.2 질량%, Al2O3의 함유량이 20.1 질량%, MgO의 함유량이 12.6 질량%, CaO의 함유량이 8.0 질량 %, Fe2O3의 함량이 0.1 질량%가 되도록 유리 원료를 조합하여, 유리 조성물을 얻었다. 상기 유리 조성물은, CaO의 함유량에 대한 MgO의 함유량 비율 MgO / CaO가 1.6이다. 상기 유리 조성물의 조성을 하기 [표 1]에 나타낸다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 상기 유리 조성물을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 1000 포이즈 온도, 액상 온도를 구하고, 작업 온도 범위를 산출했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 내실투성 평가 및 실투 초기 결정상의 종류를 확인하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
이어서, 상기 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리하고, 상기 용융 유리를 방사하여 유리섬유를 얻었다. 다음으로, 본 실시예에서 얻어진 상기 유리 섬유를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하고, 상기 유리섬유의 강도, 탄성률, 평균 선팽창 계수 및 E/α를 산출했다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, 우선 전량에 대해 SiO2 함유량이 58.2 질량 %, Al2O3의 함유량이 20.7 질량%, MgO의 함유량이 12.0 질량%, CaO의 함유량이 9.0 질량%, Fe2O3의 함유량이 0.1 질량%가 되도록 유리 원료를 조합하여, 유리 조성물을 얻었다. 상기 유리 조성물은 CaO의 함유량에 대한 MgO의 함유량 비율 MgO / CaO가 1.3이다. 본 실시예에서 얻어진 상기 유리 조성물의 조성을 하기 [표 1]에 나타낸다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 상기 유리 조성물을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 1000 포이즈 온도, 액상 온도를 구하고, 작업 온도 범위를 산출했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 내실투성 평가 및 실투 초기 결정상의 종류를 확인하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
이어서, 상기 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리하고, 상기 용융 유리를 방사하여 유리섬유를 얻었다. 다음으로, 본 실시예에서 얻어진 상기 유리섬유를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하고, 상기 유리섬유의 강도, 탄성률, 평균 선팽창 계수 및 E/α를 산출했다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
[실시예 4]
본 실시예에서는, 우선 전량에 대해 SiO2 함유량이 61.4 질량 %, Al2O3의 함량이 19.0 질량%, MgO의 함유량이 12.9 질량%, CaO의 함유량이 6.5 질량 %, Fe2O3의 함유량이 0.1 질량%, Na2O의 함유량이 0.1 질량%가 되도록 유리 원료를 조합하여, 유리 조성물을 얻었다. 상기 유리 조성물은 CaO의 함유량에 대한 MgO의 함유량 비율 MgO / CaO가 2.0이다. 본 실시예에서 얻어진 상기 유리 조성물의 조성을 하기 [표 1]에 나타낸다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 상기 유리 조성물을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 1000 포이즈 온도, 액상 온도를 구하고, 작업 온도 범위를 산출했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 내실투성 평가 및 실투 초기 결정상의 종류를 확인하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
이어서, 상기 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리하고, 상기 용융 유리를 방사하여 유리섬유를 얻었다. 다음으로, 본 실시예에서 얻어진 상기 유리섬유를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하고, 상기 유리섬유의 강도, 탄성률, 평균 선팽창 계수 및 E/α를 산출했다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
[실시예 5]
본 실시예에서는, 우선 전량에 대해 SiO2 함유량이 58.0 질량%, Al2O3의 함유량이 21.9 질량%, MgO의 함유량이 10.0 질량%, CaO 함량이 10.0 질량%, Fe2O3의 함유량이 0.1 질량%가 되도록 유리 원료를 조합하여, 유리 조성물을 얻었다. 상기 유리 조성물은 CaO의 함유량에 대한 MgO의 함유량 비율 MgO / CaO가 1.0이다. 본 실시예에서 얻어진 상기 유리 조성물의 조성을 하기 [표 1]에 나타낸다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 상기 유리 조성물을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 1000 포이즈 온도, 액상 온도를 구하고, 작업 온도 범위를 산출했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 내실투성 평가 및 실투 초기 결정상의 종류를 확인하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
이어서, 상기 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리하고, 상기 용융 유리를 방사하여 유리섬유를 얻었다. 다음으로, 본 실시예에서 얻어진 상기 유리섬유를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하고, 상기 유리섬유의 강도, 탄성률, 평균 선팽창 계수 및 E/α를 산출했다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
[실시예 6]
본 실시예에서는, 우선 전량에 대해 SiO2 함유량이 57.0 질량%, Al2O3의 함유량이 20.0 질량%, MgO의 함유량이 12.0 질량%, CaO 함유량이 10.9 질량 %, Fe2O3의 함유량이 0.1 질량%가 되도록 유리 원료를 조합하여, 유리 조성물을 얻었다. 상기 유리 조성물은 CaO의 함유량에 대한 MgO의 함유량 비율 MgO / CaO가 1.1이다. 본 실시예에서 얻어진 상기 유리 조성물의 조성을 하기 [표 1]에 나타낸다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 상기 유리 조성물을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 1000 포이즈 온도, 액상 온도를 구하고, 작업 온도 범위를 산출했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 내실투성 평가 및 실투 초기 결정상의 종류를 확인하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
이어서, 상기 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리하고, 상기 용융 유리를 방사하여 유리섬유를 얻었다. 다음으로, 본 실시예에서 얻어진 상기 유리섬유를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하고, 상기 유리섬유의 강도, 탄성률, 평균 선팽창 계수 및 E/α를 산출했다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
[비교예 1]
본 비교예에서는, 소위 S 유리에 상당하는 조성(SiO2 함유량이 64.0 ~ 66.0 질량%, Al2O3의 함유량이 24.0 ~ 26.0 질량%, MgO의 함량이 9.0 ~ 11.0 질량%)을 구비한 유리 조성물을 얻었다.
다음으로, 본 비교예에서 얻어진 상기 유리 조성물을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 1000 포이즈 온도, 액상 온도를 구하고, 작업 온도 범위를 산출했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 내실투성 평가 및 실투 초기 결정상의 종류를 확인하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
이어서, 상기 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리하고, 상기 용융 유리를 방사하여 유리섬유를 얻었다. 다음으로, 본 비교예에서 얻어진 상기 유리섬유를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하고, 상기 유리섬유의 강도, 탄성률, 평균 선팽창 계수 및 E/α를 산출했다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
[비교예 2]
본 비교예에서는, 소위 E 유리에 상당하는 조성(SiO2 함유량이 52.0 ~ 56.0 질량%, Al2O3의 함유량이 12.0 ~ 16.0 질량%, MgO의 함유량이 0 ~ 6 질량%, CaO의 함유량이 16 ~ 25 질량%, Na2O의 함유량이 0 ~ 0.8 질량%, B2O3의 함유량이 5.0 ~ 10.0 질량%)을 구비한 유리 조성물을 얻었다.
다음으로, 본 비교예에서 얻어진 상기 유리 조성물을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 1000 포이즈 온도, 액상 온도를 구하고, 작업 온도 범위를 산출했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 내실투성 평가 및 실투 초기 결정상의 종류를 확인하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
이어서, 상기 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리하고, 상기 용융 유리를 방사하여 유리섬유를 얻었다. 다음으로, 본 비교예에서 얻어진 상기 유리섬유를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하고, 상기 유리섬유의 강도, 탄성률, 평균 선팽창 계수 및 E/α를 산출했다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
[비교예 3]
본 비교예에서는 소위 저유전 타입 유리에 상당하는 조성(SiO2 함유량이 50.0 ~ 60.0 질량%, Al2O3의 함유량이 10.0 ~ 20. 0 질량%, MgO의 함량이 0 ~ 6.0 질량%, CaO의 함유량이 0 ~ 4.0 질량 %, Na2O의 함유량이 0 ~ 0.5 질량%, B2O3의 함유량이 20.0 ~ 30.0 질량%)을 구비한 유리 조성물을 얻었다.
다음으로, 본 비교예에서 얻어진 상기 유리 조성물을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 1000 포이즈 온도, 액상 온도를 구하고, 작업 온도 범위를 산출했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여 내실투성 평가 및 실투 초기 결정상의 종류를 확인하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
이어서, 상기 유리 조성물을 용융시켜 용융 유리하고, 상기 용융 유리를 방사하여 유리섬유를 얻었다. 다음으로, 본 비교예에서 얻어진 상기 유리섬유를 사용한 이외에는 실시예 1과 동일하고, 상기 유리섬유의 강도, 탄성률, 평균 선팽창 계수 및 E/α를 산출했다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타낸다.
실시예
1 2 3 4 5 6
SiO2 60.2 59.2 58.2 61.4 58.0 57.0
Al2O3 20.1 20.1 20.7 19.0 21.9 20.0
MgO 10.1 12.6 12.0 12.9 10.0 12.0
CaO 9.5 8.0 9.0 6.5 10.0 10.9
Fe2O3 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
Na2O 0 0 0 0.1 0 0
B2O3 0 0 0 0 0 0
MgO / CaO 1.1 1.6 1.3 2.0 1.0 1.1
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1 2 3
1000 포이즈온도
(℃)		 1343 1319 1320 1349 1335 1291 1470 1200 1325
액상온도
(℃)		 1238 1262 1230 1293 1285 1239 1465 1065 1070
작업범위
온도
(℃)		 105 57 90 56 50 52 5 135 255
내실투성 A A A A A A C A A
실투초기
결정상		 cor/ano cor cor cor cor/ano cor mul cri cri
유
리
섬
유		 강도
(GPa)		 4.1 4.0 4.1 4.1 4.0 4.0 4.6 3.3 3.3
탄성율E
(GPa)		 86 88 87 86 86 87 86 73 65
평균
선팽창
계수α
(ppm/℃)		 3.9 4.0 4.0 3.9 4.0 4.0 2.8 5.6 3.3
E/α 22.1 22.0 21.8 22.1 21.5 21.8 30.7 13.0 19.7
내실투성(耐失透性) : A는 결정이 석출하지 않은 것을 표시하고, B는 표면의 일부에 결정이 석출한 것을 의미하며, C는 표면 및 내부에 결정이 석출되어 있음을 나타낸다.
실투 초기 결정상 : cor - 코디어라이트(cordierite), ano - 애노타이트(anorthite), mul - 멀라이트(mullite), cri - 크리스토벌라이트(cristobalite)
[표 2]에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 ~ 6의 용융 유리는 1000 포이즈 온도가 1350 ℃ 이하이며, 1000 포이즈 온도와 액상 온도와의 차이가 50 ℃ 이상이기 때문에 작업 온도 범위가 넓고, 섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛의 범위에서 안정된 방사를 수행할 수 있다.
섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛인 가는 섬유를 방사하는 경우에, 부싱에 유입되는 용융 유리의 유입량이 적기 때문에, 용융 유리의 지입열량이 적고, 주위 온도 변화의 영향을 받기 쉽다. 따라서, 방사 공정에서 액상 온도 이하에서, 결정이 생길 가능성이 섬유 직경이 큰 유리섬유에 비해 높아진다.
그러나, 실시예 1 ~ 6의 유리 조성은, 실투 초기 결정상이 코디어라이트의 단독 결정 또는 코디어라이트와 애노타이트와의 혼합 결정이기 때문에, 용융 유리가 액상 온도에 도달하더라도 결정화 속도 늦어져 결정이 석출되기 어렵다. 결정화 속도가 느리기 때문에, 노즐의 온도가 저하되어도 내실투성투이 좋고, 유리섬유를 안정적으로 방사하는 것이 가능하다.
반면에, 비교예 1에서 보여준 S 유리는 실투 초기 결정상이 멀라이트이기 때문에, 결정화 속도가 빠르고 쉽세 결정이 석출된다. 따라서, 노즐의 온도 저하에 의해 내실투성이 나쁘다. 따라서, 주위 온도 변화의 영향을 받기 쉽고, 안정적으로 방사하는 것이 어려워 대량 생산에는 적합하지 않다.
또한, 강도 및 탄성율을 보면, 실시예 1 ~ 6의 유리섬유는, 4.0 GPa 이상의 강도와 85 GPa 이상의 탄성율을 구비한 유리섬유로 되어 있어, 뛰어난 강도 및 탄성율을 구비하는 것이 명백하다. 반면, 비교예 1에서 보여준 S 유리는, 강도는 본 발명의 유리섬유에 비해 우수하지만, 탄성율에 있어서는, 본 발명의 유리섬유와 동등하다. 그러나, SiO2와 Al2O3의 함유량이 본 발명의 상한을 초과하기 때문에 1000 포이즈 온도가 높고, 작업 온도 범위가 매우 좁기 때문에, 방사 조건이 엄격하다. 또한, 실투 초기 결정상이 멀라이트이기 때문에, 내실투성이 낮고, 유리섬유를 안정적으로 방사하는 것이 어렵다. 따라서, 대량 생산에는 적합하지 않다.
또한, 비교예 2 및 3의 유리섬유는 강도는 모두 3.3 GPa이고, 탄성율은 각각 73 GPa, 65 GPa이어서, 본 발명의 유리섬유가 강도 및 탄성율의 이점이 있는 것은 명백하다 할 것이다.
이러한 것은, 비교예 2의 유리섬유는, 조성에 있어서, SiO2와 Al2O3의 함유량이 본 발명의 하한 미만이기 때문에, 유리섬유의 강도가 낮고, 비교예 3은, 유리섬유의 조성에 있어서, MgO, CaO의 함유량이 본 발명의 하한 미만이기 때문에, 유리섬유의 탄성률이 낮은 것에 기인한다. 따라서, 비교예 2 및 3의 조성으로 이루어진 유리섬유는 강도와 탄성률이 뛰어난 유리섬유 및 유리섬유 시트재를 제조하는 것이 어렵다.
또한, 본 발명의 유리 조성으로 이루어진 유리섬유는 평균 선팽창 계수가 4.2 이하이며, 유리의 탄성율과 선팽창 계수의 비율(E/α)가 20 이상의 값이다. 유리의 탄성율과 선팽창 계수의 비율은 치수 안정성의 지표가 되는 것이며, 이 값이 높을수록 치수 안정성이 좋은 것이다. 실시예에서 나타낸 바와 같이 본 발명의 조성물로 이루어진 유리섬유는 모두 E/α가 20 이상의 값이며, 치수 안정성이 우수한 프린트 배선 기판을 제조할 수 있다.
또한, 성형체를 만들고, 성형체의 강도 등의 측정을 수행하였다. 성형체는 실시예 3, 비교예 2, 3의 유리 조성물의 섬유 직경 5 ㎛인 유리섬유를 집속하여 얻은 유리 얀(D900 유형)을 이용하여 에어 제트 직기에 의해 직조 밀도가 세로 70 체 / 25 ㎜, 가로 70체 / 25 ㎜가 되도록 평직 유리 직물(1067 유형)를 제조하였다. 제조된 유리직물에 에폭시 수지를 함침시킨 후 건조기에서 건조시켜 프리프레그를 제조하였다. 또한, 프리프레그를 유리 체적 함유율이 29 %가 되도록 30 매 적층하고, 프레스에서 가열 가압 성형하여 성형체를 얻었다.
얻어진 성형체를 성형체에 포함된 직물의 날실에 평행한 수직 방향으로, 또는 수평 방향으로 60 ㎜가 되도록 60 × 25 × 1.2 ㎜의 형상으로 가공하여, 세로 방향, 가로 방향에 굽힘 시험을 실시하여, 성형체의 강도, 탄성률을 측정하고, 편균 측정값을 구하였다. 그 결과를 하기 [표 3]에 나타낸다.
또한, 얻어진 성형체를 성형체에 포함된 직물의 날실에 평행한 수직 방향으로 또는 수평 방향으로 15 ㎜가 되도록 10 × 15 × 1.2 ㎜의 형상으로 가공하여, 열기계분석(TMA) 장치에서 측정하여 세로 방향, 가로 방향에 대해 70 ~ 100 ℃의 평균 선팽창 계수의 평균치를 산출하였다. 그 결과를 하기 [표 3]에 나타낸다.
실시예 비교예
3 4 2 3
강도(굽힘시험)(MPa)
(%)		 518
(115)		 515
(114)		 450
(100)		 375
(83.3)
탄성율(굽힘시험)(MPa)
(%)		 15.9
(108)		 15.7
(107)		 14.7
(100)		 12.5
(85.0)
평균선팽창계수(ppm/℃)
(%)		 15.5
(89.1)		 15.4
(88.5)		 17.4
(100)		 17.7
(102)
[표 3]에서, ( )안은 성형체를 만드는 데 현재 일반적으로 사용되고 있는 E 유리(비교예 2 유리)를 100 %로 했을 때의 상대적인 비율을 나타내고 있다.
[표 3]에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 유리섬유직물을 사용하여 성형체를 만든 경우에는 비교예 2의 E 유리를 이용한 경우에 비해 강도는 약 15 %, 탄성률도 7 % 이상 증가한다. 또한, 성형체의 평균 선팽창 계수는 10 % 이상 하락하고 성형체의 치수 안정성이 뛰어난 것을 알 수 있습니다.
따라서, 실시예 1 ~ 6의 유리섬유에 의하면, 뛰어난 강도 및 탄성율을 구비한 유리섬유 시트재를 쉽게 얻을 수 있음이 분명하다.
본 발명의 유리 조성으로 이루어진 유리섬유는 안정하게 방사 가능한 섬유를 제조할 수 있기 때문에 대량 생산에 적합할 뿐만 아니라, 성형체의 강도, 탄성률, 치수 안정성이 뛰어나다.

Claims (6)

  1. 유리섬유의 원료가 되는 유리 조성물을 용융한 용융 유리에서 방사된 섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛ 범위의 유리섬유를 집속하여 이루어진 유리 얀(yarn)을 직조하여 제조한 유리 직물에 있어서,
    상기 유리섬유는, 전량에 대해서 SiO2 함유량이 57.0 ~ 61.0 질량%, Al2O3 함유량이 19.0 ~ 21.0 질량%, MgO 함유량이 10.0 ~ 11.0 질량%, CaO 함유량이 10.0 ~ 11.0 질량%, CaO 함유량에 대한 MgO 함량 비율(MgO/CaO)이 0.8 ~ 1.0의 범위에 있고,
    알칼리 금속 산화물, Fe2O3, TiO2, ZrO2, MoO3, 및 Cr2O3의 함량의 합은 상기 유리섬유의 전량에 대해 1.0 질량% 미만의 범위에 있는 조성을 구비한 것을 특징으로 하는 유리직물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융 유리는, 온도를 저하시킬 때 최초에 석출되는 결정이 코디어라이트(cordierite) 단독결정 또는 코디어라이트와 애노타이트(anorthite)의 혼합결정인 것을 특징으로 하는 유리직물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용융 유리는, 점도가 1000 포이즈(poise)가 되는 온도인 1000 포이즈 온도가 1350 ℃ 이하이고, 상기 1000 포이즈 온도는, 상기 용융 유리의 온도를 저하시킬 때 최초에 결정이 석출되는 온도인 액상온도와의 차이가 50 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는 유리직물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유리 섬유는, 강도가 4.0 GPa 이상이고, 탄성율은 85 GPa 이상인 것을 특징으로 하는 유리직물.
  5. 전량에 대해서 SiO2 함유량이 57.0 ~ 61.0 질량%, Al2O3 함유량이 19.0 ~ 21.0 질량%, MgO 함유량이 10.0 ~ 11.0 질량%, CaO 함유량이 10.0 ~ 11.0 질량%, CaO 함유량에 대한 MgO 함량 비율(MgO/CaO)이 0.8 ~ 1.0의 범위에 있고,
    알칼리 금속 산화물, Fe2O3, TiO2, ZrO2, MoO3, 및 Cr2O3의 함량의 합은 유리섬유의 전량에 대해 1.0 질량% 미만의 범위에 있는 조성을 구비하고,
    섬유 직경이 3 ~ 6 ㎛ 범위의 유리섬유를 집속하여 이루어진 유리 얀(yarn)을 직조하여 제조한 유리 직물의 양 표면을 합성수지로 피복한 것을 특징으로 하는 유리섬유 시트재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 합성수지는, 염화비닐 수지, 불소계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 및 폴리이미드 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 수지인 것을 특징으로 하는 유리섬유 시트재.
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