KR102001011B1 - 고성능 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고성능 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료를 제공하며, 그중, 유리섬유 조성물의 각 성분의 함량은 중량백분율로, SiO₂는 57.1 ~ 61.9 %，Al₂O₃는 17.1 ~ 21 %，MgO는 10.1 ~ 14.5 %，Y₂O₃는 1.1 ~ 4.3 %，CaO는 6.5 % 미만，Li₂O+Na₂O+K₂O는 1 % 이하，Li₂O는 0.75 % 이하，TiO₂는 1.8 % 미만，Fe₂O₃는 0.05 ~ 1.2 %로 표시되며, 상기 성분들의 총 함유량은 98 %　이상이고, 중량백분율 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상이다. 이 유리섬유 조성물은 유리섬유의 강도와 탄성계수를 현저히 향상시키고, 유리의 결정화속도를 효과적으로 저하시키며, 이상적인 유리섬유 성형범위 ΔT 값을 얻고, 고성능 유리의 정제효과 개선에 유리하고, 특히 고성능 유리섬유의 탱크가마화 생산에 적합하다.

Description

고성능 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료

본 발명은 고성능 유리섬유 조성물에 관한 것으로서, 특히는 선진적인 복합재료 보강수지로 쓰이는 고성능 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료에 관한 것이다.

유리섬유는 무기섬유재료에 속하며, 이 보강수지로 성능이 우수한 복합재료를 제작할 수 있다. 고성능 유리섬유는 선진적인 복합재료의 보강수지로서, 처음에는 주로 항공, 우주비행, 병기 등 국방 군수분야에 사용되어 왔다. 과학기술의 진보 및 경제기술의 발전에 따라, 고성능 유리섬유는 풍력발전기 날개, 압력용기, 해상송유관, 자동차 제조 등 민수 공업분야에 널리 사용되고 있다. 때문에 더욱 우수한 강도와 탄성계수, 더욱 낮은 생산리스크와 원가를 추구하여, 규모화 탱크가마생산을 실현하여, 고성능 유리섬유의 가격성능비를 대폭 향상시킴은 현재 시급한 과제가 되었다.

S유리는 최초의 고성능 유리로서, 그 성분은 주로 MgO ~ Al₂O₃ ~ SiO₂계가 주체로 되어왔으며, ASTM국제조직은 S유리를 주로 마그네슘, 알루미늄, 규소 산화물로 구성되는 유리로 정의 하였으며, 전형적인 방안으로는 미국에서 개발된 S ~ 2유리이다. S ~ 2유리중의 SiO₂와 Al₂O₃의 중량백분율의 함량은 90%에 달하고, MgO는 약 10%에 달하며, 유리의 용융온도는 1600℃, 유리의 성형온도는 1571℃, 액상선 온도는 1470℃에 달하고, 유리의 결정화 속도가 빠르기에, 이러한 요소들은 S ~ 2유리의 규모화 탱크가마 생산을 실현할 수 없을 뿐만 아니라, 심지어는 다음공정의 유리섬유의 생산이 어렵게 되어, S ~ 2유리섬유의 생산 난이도가 너무 높고, 생산능율이 낮고, 원가가 높아진다. 자료에 따르면, S ~ 2유리의 탄성계수는 일반적으로 89 ~ 90GPa이고, 침투사의 인장강도는 일반적으로 3400MPa이상이다.

프랑스에서는 MgO ~ CaO ~ Al₂O₃ ~ SiO₂계를 주체로하는 R유리를 개발하였었는데, 전통적인 R유리의 규소 알루미늄의 함량은 여전히 비교적 높아, 유리의 성형이 어렵고, 결정화 위험성이 크며, 그 유리성형온도는 1410℃에 달하고, 액상선온도는 1350℃에 달하며, 이와 동시에 유리 결정화를 개선하는 효과적인 방법이 부족하고, 칼슘 마그네슘의 설계비례가 부적절하며, 도입되는 산화칼슘 함량이 너무 높고, 산화 마그네슘 함량이 너무 낮아, 유리 성능에 대한 손상이 크고, 유리의 결정화 속도가 빨라진다. 이런 요소들은 전통적인 R유리섬유의 능율적인 때문에 인출이 어렵게 되어, 규모화 텡크가마생산이 역시 어렵게 된다. 때문에 각 회사들에서는 유리의 성분을 조절하여 R유리를 개선시키고자, Hiper ~ tex, H ~ glass 등 여러가지 전형적인 개량형 R유리섬유를 개발해 내었다. 자료에 따르면, 전통적인 R유리 및 개량형 R유리의 탄성계수는 일반적으로 87 ~ 90GPa에 달하고, 그 침투사의 인장강도는 일반적으로 2300 ~ 2900MPa에 달한다.

중국에서는 HS유리를 개발했는데, 그 주요성분으로는 SiO₂、Al₂O₃、MgO를 포함함과 동시에, 높은 함량의 Li₂O、B₂O₃과 Fe₂O₃을 도입하여, 그 성형온도범위는 1310 ~ 1330℃, 액상선 온도범위는 1360 ~ 1390℃에 달해, 양자의 온도는 S유리에 비해 엄청 낮았지만, 그 성형온도는 액상선 온도보다 낮아, ΔT 값이 부수로 되어, 유리섬유의 효율적인 인출에 불리하며, 인출 온도를 높이고 특수한 형식의 노즐을 사용하여, 인출과정 중 유리가 본래의 투명성을 상실하는 현상을 방지 해야 하므로, 온도 제어가 어렵고, 대규모 탱크가마생산이 어렵게 된다. 이와 동시에, 높은 함량의 Li₂O과 B₂O₃를 도입한 원인으로, 양자의 중량백분율 총량이 일반적으로 2.5%, 심지어는 3%를 초과하며, 유리의 기계성능과 내부식성이 일정한 정도의 악영향을 받게 된다. 자료에 따르면, HS유리의 탄성계수는 일반적으로 86 ~ 89GPa에 달하고, 그 침투사의 인장강도는 일반적으로 3000 ~ 3300MPa에 달한다.

상술한 바를 종합하면, 현단계의 각종 고성능 유리섬유는 실제 생산과정중 보편적으로 대규모 탱크가마생산이 어려운 문제가 존재한다. 구체적으로는 유리의 액상선 온도가 너무 높고, 결정화 속도가 너무 빠르며, 성형온도가 높고, 정제가 어려우며, 유리섬유 성형범위 ΔT 값이 작고 심지어는 부수로되는 등 문제가 존재한다. 때문에 대부분의 회사들은 유리의 성능을 희생시키는 방식으로 생산의 난이도를 낮추는 바, 이는 상기 유리섬유의 강도와 탄성계수가 생산규모와 동시에 제고될 수 없게 되고, 강도와 탄성계수 성능이 부족하는 등 문제를 초래하여, S유리섬유의 강도와 탄성계수의 보틀넥을 돌파할 수 없게 하고 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고성능 유리섬유 조성물을 제공함을 목적으로 한다. 이 조성물은 유리섬유의 강도와 탄성계수를 현저히 제고 시킬 뿐만 아니라, 유리의 결정화 속도와 액상선온도를 현저히 낮추어 줌으로써, 전통적인 고성능 유리의 결정화 속도가 너무 빠르고, 액상선온도가 너무 높은 기술적 난제를 극복하고, 유리섬유의 성형범위를 대폭 넓힐 수 있다. 이와 동시에, 이 조성물은 유리의 고온점도, 성형온도 및 기포율을 저하시킬 수 있고, 생산중 에너지소모 저하에 유리하며, 특히 고성능 유리섬유의 규모화 탱크가마생산에 적합하다.

본 발명의 일측면은 고성능 유리섬유 조성물을 제공하고, 상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분을 포함하며, 각 성분의 함량은 중량 백분율로 아래와 같이 표시된다.

SiO₂ 57.1 ~ 61.9 %

Al₂O₃ 17.1 ~ 21 %

MgO 10.1 ~ 14.5 %

Y₂O₃ 1.1 ~ 4.3 %

CaO <6.5 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.8 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1.2 %

아울러, 상기 조성물의 총 함량은 98 %　이상이고, 중량백분율 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상이다.

그중, 상기 유리성분에는 아래 성분을 함유하며, 각 성분의 함량은 중량백분율로 아래와 같이 표시될 수 있다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.1 ~ 14.5 %

Y₂O₃ 2 ~ 4.2 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 조성물의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상일 수 있다.

그중, 상기 유리성분에는 아래 성분을 함유하며, 각 성분의 함량은 중량백분율로 아래와 같이 표시될 수 있다.

SiO₂ 58 ~ 60.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.3 ~ 14 %

Y₂O₃ 2 ~ 4 %

CaO 2 ~ 6 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 조성물의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상일 수 있다.

그중, 진일보로 중량백분율 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 6.5 이상일 수 있다.

그중, 진일보로 중량백분율 비율값　C1= Al₂O₃/SiO₂의 범위를 0.289 ~ 0.357로 가질 수 있다.

그중, 진일보로 중량백분율 비율값　C3= (Y₂O₃+MgO)/SiO₂의 범위를 0.2 이상일 수 있다.

그중, 진일보로 MgO의 함량을 중량백분율로 10.3 ~ 14 % 범위를 가질 수 있다.

그중, 진일보로 MgO의 함량을 중량백분율로 11 % 미만, 13.5 % 이상의 범위를 가질 수 있다.

그중, 진일보로 MgO의 함량을 중량백분율로 11.2 ~ 13.5 % 범위를 가질 수 있다.

그중, 또 중량백분율 함량범위가 2 % 미만인 CeO₂、SrO、La₂O₃、ZnO、B₂O₃和ZrO₂중의 하나 또는 여러가지를 포함할 수 있다.

그중, 또 중량백분율 함량범위가 0 ~ 1.7 %인 SrO를 포함할 수 있다.

그중, 또 중량백분율 함량범위가 0 ~ 0.55 %인 CeO₂를 포함할 수 있다.

그중, 진일보로 Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위가 28.1 % 이상일 수 있다.

그중, 진일보로 Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위가 29.1 % 이상일 수 있다.

그중, 진일보로 MgO/CaO의 중량백분율 비율범위가 1.6 이상일 수 있다.

그중, 진일보로 Li₂O의 함량을 한정하고, 중량백분율로 0.05 ~ 0.7 % 범위를 가질 수 있다.

그중, 진일보로 Li₂O+Na₂O+K₂O의 함유량을 한정하고, 중량백분율로 0.25 ~ 0.98 % 범위를 가질 수 있다.

그중, 상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분이 포함되고, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같은 범위를 가질 수 있다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.3 ~ 14 %

Y₂O₃ 2 ~ 4 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 조성물의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285이상이고, 중량백분율 비율 C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 6.5　이상일 수 있다.

그중, 상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분이 포함되고, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같은 범위를 가질 수 있다.

SiO₂ 58 ~ 60.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.5 ~ 14 %

Y₂O₃ 2 ~ 4 %

CaO 2 ~ 6 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 조성물의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285이상이고, 중량백분율 비율 C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 6.5　이상이며, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위는 28.1 %　이상일 수 있다.

그중, 상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분이 포함되고, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같은 범위를 가질 수 있다.

SiO₂ 58 ~ 60.4 %

Al₂O₃ 17.7 ~ 20.1 %

MgO >11 %, ≤13.5 %

Y₂O₃ 2 ~ 4 %

CaO 2.3 ~ 5.8 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O 0.05 ~ 0.7 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 조성물의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285이상이고, 중량백분율 비율 C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 6.5　이상이며, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위는　29.1 %이상일 수 있다.

그중, 진일보로 Y₂O₃의 함량을 한정하고, 중량백분율로 2.3 ~ 3.9 %의 범위를 가질 수 있다.

그중, 또 중량백분율 함량범위가 0 ~ 0.05 %의 La₂O₃를 포함할 수 있다.

그중, 상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분이 포함되고, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같은 범위를 가질 수 있다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.1 ~ 14.5 %

Y₂O₃ 2 ~ 4.2 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

SrO+CeO₂+F₂ <2 %

SrO 0 ~ 1.7 %

CeO₂ 0 ~ 0.55 %

F₂ 0 ~ 0.5 %

아울러, 중량백분율 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285 이상이고, 중량백분율 비율 C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 6.5　이상일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 있어서, 유리섬유를 제공하고, 상기 유리섬유는 상기 본 발명의 유리섬유 조성물을 이용하여 제조된다.

본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 복합재료를 제공하고, 상기 복합재료는 상기 본 발명의 유리섬유가 포함된다.

본 발명의 조성물은 충분히 낮은 액상선온도와 성형온도를 가질 뿐만 아니라, 결정화 속도가 낮아, 탱크가마화 생산이 가능함과 동시에, 유리의 탄성계수와 강도를 대폭 향상시켜, S유리섬유의 탄성계수와 강도가 생산규모와 동시에 제고될 수 없었던 기술적인 난제를 해결하고, 현단계의 주류적인 고성능 유리에 비해, 본발명의 유리섬유 조성물은 탄성계수, 강도, 결정화속도 및 유리정제 방면에서 돌파적인 진전을 가져와, 동등한 조건하에서 유리의 탄성계수와 강도를 대폭 증가시키고, 결정화속도를 대폭 저하시키며, 기포수량이 적어, 전체적인 기술방안은 규모화 탱크가마화 생산을 용이하게 실현할 수 있는 효과가 있다.

본 출원은 2017년 1월 26일까지 중국 특허국에 제시해야 하며, 출원번호는 201710057315.3, 발명의 명칭이 "고성능 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료"로된 중국특허출원의 우선권을 가지며, 그 전부의 내용은 인용을 통해 본 출원중에 결합시킬 수 있다.

또한, 명세서 전반에 걸쳐 서술되는 '%'는 중량백분율(wt%)를 의미한다.

본발명의 고성능 유리섬유 조성물에 있어서, 주요 독창성은 높은 함량의 Y₂O₃와 MgO를 도입하여, CaO함량을 현저히 저하시키고, 알칼리금속 산화물의 함량을 컨출하고, Al₂O₃/SiO₂, (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃과 (Y₂O₃+MgO)/SiO₂의 비율을 엄격히 조절함과 동시에, Al₂O₃、SiO₂、Y₂O₃、MgO、Li₂O、CaO과 Al₂O₃+MgO+Li₂O의 함량범위를 합리하게 지정하며, 이트륨의 유리구조 중의 특수한 공공보충 작용, 축적작용을 이용하여, 그리고 이트륨 이온과 마그네슘 이온간의 협동작용을 이용하여, 알루미늄과 마그네슘의 비율, 희토류금속 함량을 효과적으로 조절하는 등의 방법으로 합리적인 공공 수를 얻어, 희토류 금속이온의 충전이 보다 질서있게 진행되게 하며, 유리의 퇴적구조가 더욱 긴밀하게 하여, 결정화 과정중 이온의 재배열을 더 어렵게 함으로써, 유리의 강도와 탄성계수를 현저히 제고 시키고, 유리의 결정화속도를 효과적으로 저하시켜, 이상적인 유리섬유 성형범위 ΔT값을 얻을 수 있고, 고성능 유리의 정제효과 개선에도 유리하며, 특히 고성능 유리섬유의 탱크가마 생산에 적합하다.

구체적으로 말하면, 본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에는 아래 성분이 포함되고, 각 성분의 함량은 중량 백분율로 아래와 같이 표시된다.

SiO₂ 57.1 ~ 61.9 %

Al₂O₃ 17.1 ~ 21 %

MgO 10.1 ~ 14.5 %

Y₂O₃ 1.1 ~ 4.3 %

CaO <6.5 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.8 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1.2 %

아울러, 상기 조성물의 총 함량은 98 % 이상이고, 중량백분율 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285이상이다.

이 유리섬유 조성물중 각 성분의 역할 및 함량은 아래와 같다.

SiO₂는 유리 골격을 구성하는 주요한 산화물로서, 각 성분을 안정시키는 역할을 한다. 유리의 충분한 기계성능을 보증하기 위하여, 산화규소의 함량이 너무 낮으면 안되고, 유리의 점도와 액상선온도가 너무 높아, 규모화 생산이 어렵게됨을 방지하기 위하여, 산화규소의 함량이 너무 높아도 안 좋다. 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어, SiO₂의 중량백분율 함량 범위를 57.1 ~ 61.9 %로 한정하고, 바람직하게는 SiO₂의 함량 범위를 57.4 ~ 61.4 %로 한정할 수 있고, 바람직하게는 SiO₂의 함량 범위를 58 ~ 60.4 %로 한정할 수 있고, 더욱 바람직하게는 SiO₂의 함량 범위를 58 % 이상, 60 % 미만으로 한정할 수 있다.

Al₂O₃도 유리 골격을 구성하는 산화물로서, SiO₂과 결합할 때, 유리의 기계적 성능에 대해, 실질적인 역할을 함과 동시에, 유리상 분리 및 결정화 방지 등 방면에서 중요한 역할을 한다. 그 함유량이 낮으면 충분히 높은 유리의 기계적 성능, 특히는 탄성계수를 얻을 수 없고, 그 함유량이 너무 높으면 유리의 상분리를 대폭 증가시키고 결정화의 위험성이 크다. 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, Al₂O₃의 중량백분율 함유량 범위를 17.1 ~ 21 %로 한정한다. 바람직하게는 Al₂O₃의 중량백분율 함유량 범위를 17.5 ~ 20.5 %로 한정하고, 더욱 바람직하게는 Al₂O₃의 중량백분율 함유량 범위를 17.7 ~ 20.1 %로 한정한다. 그리고 SiO₂+Al₂O₃의 총 함량은 75.5 ~ 82 %로 한정할 수 있고, 이로 인해, 충분히 높은 기계성능을 얻을 수 있을 뿐만아니라, 비교적 낮은 온도하에서 규모화 탱크가마 생산을 실현할 수 있다. 바람직하게는 SiO₂+Al₂O₃의 총 함유량을 76 ~ 81 %로 한정할 수 있다.

C1=Al₂O₃/SiO₂의 중량백분율 함량 범위를 ≥0.285로 한정함으로 인해, 유리가 보다 뛰어난 기계성능, 항결정능력 및 유리 성형범위 ΔT 값을 얻을 수 있다. 본 발명에서는 알루미늄 이온의 효과적인 충전을 보증하는 기초상에서 이온반경이 비교적 큰 희토류 이온에 충분한 수량의 공공을 제공하기 위하여, 유리구조응력의 발생 위헙성을 덜어주고 구조의 긴밀한 퇴적효과를 더한층 향상시킨다. 바람직하게는 C1=Al₂O₃/SiO₂의 중량백분율 함량 범위를 0.285 ~ 0.357로 한정할 수 있고, 바람직하게는 C1=Al₂O₃/SiO₂의 중량백분율 함량 범위를 0.289 ~ 0.357로 한정할 수 있고, 바람직하게는 C1=Al₂O₃/SiO₂의 중량백분율 함량 범위를 0.291 ~ 0.353로 한정할 수 있고, 바람직하게는 C1=Al₂O₃/SiO₂의 중량백분율 함량 범위를 0.294 ~ 0.346로 한정할 수 있다.

Y₂O₃은 중요한 희토류 산화물로서, 발명자는 본 발명의 유리체계중에 비교적 높은 함량의 Y₂O₃을 도입함으로써, 유리의 강도와 탄성계수, 유리결정화 억제효과가 현저히 향상됨을 발견하였다. Y³⁺은 망상 틈새에 위치하는 망상 외부의 이온으로서, 배위수가 높고, 전자장 강도가 높고, 전하가 높고, 축적능령이 강하여, 유리의 구조 안정성을 향상시키고, 유리의 강도와 탄성계수를 향상시킴과 동시에 기타 이온의 이동 배열을 효과적으로 저애하여, 유리 결정화 경향을 저하시키는 목적을 달성한다. 발명자는 실험을 통해, Y₂O₃도입량이 낮으면 상기 기술적 효과가 현저하지 않음을 발견하였다. 동시에, Y³⁺의 이온반경(0.09nm)이 Al^{3 +}（0.0535nm）,Mg^{2 +}(0.072nm) 및 Li⁺(0.076nm)의 이온보다 훨씬 크기 때문에, Y₂O₃도입량이 일정한 한계를 넘으면, 과량의 큰 Y³⁺이 충분한 공공을 얻을 수 없어 충전이 안되므로 구조의 긴밀한 퇴적에 일정한 악영향을 줄 뿐만아니라, 유리의 밀도와 구조응력도 현저히 높아진다. 때문에 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, Y₂O₃의 중량백분율 함량범위를 1.1 ~ 4.3 %로 한정할 수 있고, 바람직하게는 Y₂O₃의 중량백분율 함량범위를 2 ~ 4.2 %로 한정할 수 있고, 바람직하게는 Y₂O₃의 중량백분율 함량범위를 2 ~ 4 %로 한정할 수 있으며, 바람직하게는 Y₂O₃의 중량백분율 함량범위를 2.3 ~ 3.9 %로 한정할 수 있다.

동시에, 보다 뛰어난 구조퇴적효과를 얻고, 유리의 강도와 탄성계수를 더 한층 향상시키고, 이상적인 유리밀도를 얻기 위하여, 본 발명에서는 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위를 ≥6.5로 한정 함으로써, 기계적 성능에 유리한 각종 부동한 이온반경의 원소비례를 효과적으로 조절하여 유리구조의 긴밀한 퇴적도를 향상시키는 목적을 달성한다. 바람직하게는 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위를 ≥7.0으로 한정할 수 있고, 더욱 바람직하게는 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위를 7.2 ~ 15로 한정할 수 있다.

진일보로, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위를 ≥28.1 %로 한정할 수 있고, 바람직하게는 Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위를 ≥28.6 %로 한정할 수 있고, 바람직하게는 Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위를 ≥29.1 %로 한정할 수 있으며, 바람직하게는 Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위를 ≥29.6 %로 한정할 수 있다.

본 발명에 있어서, MgO와 CaO는 주로 유리의 결정화를 조절하고 유리의 점도와 재료성질을 조절하는 역할을 하며, 그중 높은 함량의 MgO는 유리의 기계적 성능에 적극적인 역할을 하게 된다. 유리의 결정화 조절 및 기계적 성능 향상 등 방면에 있어서, 발명자는 MgO의 함량을 높이고, MgO/CaO의 비례와 (Y₂O₃+MgO)/SiO₂비례를 조절하는 등 수단으로 예상밖의 효과를 얻었다. 자료에 따르면, MgO ~ CaO ~ Al₂O₃ ~ SiO₂계통을 주체로 하는 전통적인 고성능 유리는 그중 산화칼슘함량이 비교적 높아(일반적으로 10 %, 심지어는 12 %), 산화칼슘 함량이 비교적 충족한 조건하에 있어서, 전통적인 고성능 유리가 석출된 후 포함되는 결정상은 주로 투회석(CaMgSi₂O₆)과 회장석(CaAl₂Si₂O₈)으로서, 양자는 결정화 발생과정중 경쟁이 그리 심하지 않기 때문에, 결정화 속도의 조절효과가 이상적이 못된다. 상기 원인에 근거하여, 본 발명에서는 CaO의 함량을 대폭으로 줄이고 MgO의 함량을 대폭으로 높혀, 산화칼슘 함량이 결핍한 결정환경을 형성하여, 유리가 결정된 후, 포함되는 결정상이 주로 근청석(Mg₂Al₄Si₅O₈) 또는 근청석과 완화휘석(MgSiO₃), 회장석의 혼합결정으로 되게 함으로써, 유리의 결정화 속도를 효과적으로 억제할 수 있다. 동시에 Y³⁺이온과 Mg^{2 +}이온간에 존재하는 이온 반경의 차이와 전자장 강도의 차이를 고려하여, 양자와 산화규소간의 비례를 합리하게 조절함을 통해, 보다 뛰어난 구조퇴적효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 결정화 과정중의 Mg^{2 +}이온의 이동 배열을 진일보로 저애함으로써, 유리결정화속도를 억제하는 효과를 강화한다.

때문에, 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, MgO의 중량백분율 함량범위를 10.1 ~ 14.5 %로 한정하고, 바람직하게는 MgO의 중량백분율 함량범위를 10.3 ~ 14 %로 한정하고, 바람직하게는 MgO의 중량백분율 함량범위를 10.5 ~ 14 %로 한정하며, 바람직하게는 MgO의 중량백분율 함량범위를 11 % 초과, 13.5 % 이하로 한정하며, 바람직하게는 MgO의 중량백분율 함량범위를 11.2 ~ 13.5 %로 한정 한다. 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, CaO의 중량백분율 함량범위를 6.5 % 이하로 한정하고, 바람직하게는 CaO의 중량백분율 함량범위를 6.3 % 이하로 한정하고, 바람직하게는 CaO의 중량백분율 함량범위를 2 ~ 6 %로 한정하고, 바람직하게는 CaO의 중량백분율 함량범위를 2.3 ~ 5.8 %로 한정한다. 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, 중량백분율의 비율값　C3= (Y₂O₃+MgO)/SiO₂의 범위를 0.2 이상으로 한정하고, 바람직하게는 중량백분율의 비율값　C3= (Y₂O₃+MgO)/SiO₂의 범위를 0.21 이상으로 한정하고, 바람직하게는 중량백분율의 비율값　C3= (Y₂O₃+MgO)/SiO₂의 범위를 0.23 이상으로 한정한다. 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, MgO/CaO의 중량백분율 비율을 1.6 이상으로 한정할 수 있고, 바람직하게는 MgO/CaO의 중량백분율 비율을 1.75 이상로 한정할 수 있으며, 바람직하게는 MgO/CaO의 중량백분율 비율을 1.9 이상으로 한정할 수 있다.

K₂O와 Na₂O는 모두 유리의 점도를 저하 시키는 양호한 용해 촉진제로서, K₂O와 Na₂O에 비해, Li₂O는 유리의 점도를 보다 현저히 낮추고, 유리의 용융제조 성능을 개선시킬 수 있다. 동시에, 소량의 Li₂O은 상당한 유리산소를 제공할 수 있어, 보다 많은 알루미늄 이온으로 인한 사면체 배위형성에 유리하고, 유리체계의 망상 구조를 증강시켜, 유리의 기계적 성능을 한층 더 제고시킬 수 있다. 그러나 알칼리 금속이온이 너무 많으면 유리 구조의 안정성에 영향을 주며, 유리의 내부식 성능에도 현저한 악영향을 초래하게 되므로, 도입량이 너무 높아도 안좋다. 따라서, 본 발명의 유리섬유 조성물에 있어서, Li₂O+Na₂O+K₂O의 중량백분율 함량범위를 1 % 이하로 한정하고, Li₂O의 중량백분율 함량범위를 0.75 % 이하로 한정하며, 바람직하게는 Li₂O의 중량백분율 함량범위를 0.7 % 이하로 한정하고, 바람직하게는 Li₂O의 중량백분율 함량범위를0.05 ~ 0.7 %로 한정하고, 바람직하게는 Li₂O의 중량백분율 함량범위를0.1 ~ 0.65 %로 한정한다. 그리고 바람직하게는 Li₂O+Na₂O+K₂O의 중량백분율 함량범위를 0.98 % 이하로 한정하고, 바람직하게는 Li₂O+Na₂O+K₂O의 중량백분율 함량범위를0.25 ~ 0.98 %로 한정하고, 바람직하게는 Li₂O+Na₂O+K₂O의 중량백분율 함량범위를0.3 ~ 0.95 % %로 한정한다. 이밖에도, K⁺（0.138nm）과 Na⁺（0.102nm）이온의 반경이 비교적 크기 때문에, Y₂O₃도입량이 비교적 높은 상황하에서 Na₂O+K₂O의 함량이 높아도 안좋다. 그렇지 않으면, 유리구조의 퇴적효과에 영향을 준다. 때문에, 진일보로 Na₂O+K₂O의 중량백분율 함량범위를 0.7 % 미만으로 한정하고, 바람직하게는 Na₂O+K₂O의 중량백분율 함량범위를 0.55 % 미만으로 한정할 수 있다.

TiO₂은 고온상태에서의 유리점도를 저하시킬 뿐만 아니라,일정한 용해촉진제 역할도 한다.그러나 티탄이온과 철이온의 결합은 일정한 착색역할을 가지고, 유리제품의 외관에 영향을 주므로, 함량이 너무 많아도 안좋다. 때문에 본발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, TiO₂의 중량백분율 함량범위를 1.8 % 이하로 한정하고, 바람직하게는 TiO₂의 중량백분율 함량범위를 1.4 % 이하로 한정하며, 더욱 바람직하게는 TiO₂의 중량백분율 함량범위를 0.8 % 이하로 한정할 수 있다.

Fe₂O₃은 유리의 융해에 유리하고,유리의 결정화를 개선시켜주기도 한다. 하지만, 철이온과 제일철 이온은 착색작용이 있기 때문에 도입량이 너무 많아도 안좋다. 때문에 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어, Fe₂O₃의 중량백분율 함량 범위를 0.05 ~ 1.2 %로 한정하고, 바람직하게는 Fe₂O₃의 중량백분율 함량 범위를 0.05 ~ 1 %로 한정할 수 있다.

이밖에도 본 발명의 유리섬유 조성물 중에는 소량의 기타 성분을 포함할 수도 있고, 중량백분율의 총함량을2 % 이하로한다. 진일보로, 본 발명의 유리섬유 조성물중에는 중량백분율 함량범위가 2 % 이하인 CeO₂、SrO、La₂O₃、ZnO、B₂O₃및 ZrO₂로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 진일보로, 본 발명의 유리섬유 조성물중에는 중량백분율 함량범위가 1 % 미만인 La₂O₃、ZnO、B₂O₃ 및 ZrO₂중의 하나 또는 여러가지를 포함할 수도 있다. 진일보로, 본발명의 유리섬유 조성물중에는 중량백분율 함량범위가 0 ~ 1.7 %의 SrO을 포함할 수 있고, 진일보로, 본발명의 유리섬유 조성물중에는 중량백분율 함량범위가 0.1 ~ 1.3 %의 SrO을 포함할 수 있다. 진일보로, 본발명의 유리섬유 조성물중에는 중량백분율 함량범위가 1.3 % 이하인 CeO₂과 SrO중의 하나 또는 두가지를 포함시킬 수 있다. 진일보로, 본발명의 유리섬유 조성물중에는 중량백분율 함량범위가 0 ~ 0.55 %인 CeO₂을 포함시킬 수 있고, 진일보로, 본발명의 유리섬유 조성물중에는 중량백분율 함량범위가 0 ~ 0.25 %인 CeO₂을 포함시킬 수 있다. 진일보로, 본발명의 유리섬유 조성물중에는 중량백분율 함량범위가 0 ~ 0.5 %인F₂를 포함시킬 수 있고, 일반적으로 F₂는 유리원료의 불순물 형식으로 도입된다. 진일보로, 본발명의 유리섬유 조성물중에는 B₂O₃를 함유하지 않을 수도 있고, 이 성분은 일반적으로 유리원료의 불순물 형식으로 도입된다. 진일보로, 본발명의 유리섬유 조성물중에는 중량백분율 함량범위가 0 ~ 0.05 %인La₂O₃를 포함시킬 수 있다.

진일보로, SiO₂、Al₂O₃、MgO 、Y₂O₃、CaO、Li₂O、Na₂O、K₂O、TiO₂、Fe₂O₃등 성분들의 총 함량은 99 %（중량백분율）　이상이고, 진일보로, SiO₂、Al₂O₃、MgO 、Y₂O₃、CaO、Li₂O、Na₂O、K₂O、TiO₂、Fe₂O₃등 성분들의 총 함량은 99.5 %（중량백분율）　이상이다.

본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, 각 성분의 함량을 상기 범위로 선택하는 유익한 효과는 실시예를 통해 구체적인 실험데이터를 제시하여 설명하기로 한다.

아래는 본발명의 유리섬유 조성물중에 포함되는 각 성분의 선호적인 데이터범위의 범례를 표시한 것이다.

[바람직한　 범례1 ]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.1 ~ 14.5 %

Y₂O₃ 2 ~ 4.2 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상이다.

[바람직한　범례 2]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.1 ~ 14.5 %

Y₂O₃ 2 ~ 4.2 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 또 중량백분율 함량범위가 0 ~ 1.7 %인 SrO을 포함할 수도 있고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285 ~ 0.357이다.

[바람직한　범례 3]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.1 ~ 14.5 %

Y₂O₃ 2 ~ 4.2 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 또 중량백분율 함량범위가 0 ~ 1.7 %인 SrO와 을 포함할 수도 있고, 중량백분율 함량범위가 0 ~ 0.55 %인CeO₂를 포함할 수도 있으며, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285 ~ 0.357이다.

[바람직한　범례 4]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 58 ~ 60.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.3 ~ 14 %

Y₂O₃ 2 ~ 4 %

CaO 2 ~ 6 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상이다.

[바람직한　범례 5]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.1 ~ 14.5 %

Y₂O₃ 2 ~ 4.2 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율 함량범위가 0 ~ 0.55 %인CeO₂를 포함할 수도 있으며, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.289 ~ 0.357이다.

[바람직한　범례 6]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.1 ~ 14.5 %

Y₂O₃ 2 ~ 4.2 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 6.5이상이며, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위는 28.1 %　이상이다.

[바람직한　범례 7]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.3 ~ 14 %

Y₂O₃ 2 ~ 4 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 6.5　이상이다.

[바람직한　범례 8]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.5 ~ 14 %

Y₂O₃ 2 ~ 4 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285 ~ 0.357이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 7.0　이상이다.

[바람직한　범례 9]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 58 ~ 60.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.5 ~ 14 %

Y₂O₃ 2 ~ 4 %

CaO 2 ~ 6 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 6.5이상이며, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위는 28.1 %　이상이다.

[바람직한　범례 10]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 58 ~ 60.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.3 ~ 14 %

Y₂O₃ 2 ~ 4 %

CaO 2 ~ 6 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.291 ~ 0.353이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 7.0이상이며, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위는 28.1 %　이상이다.

[바람직한　범례 11]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 58 ~ 60.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO >11 %, ≤13.5 %

Y₂O₃ 2 ~ 4 %

CaO 2 ~ 6 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 6.5이상이며, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위는 28.1 %　이상이다.

[바람직한　범례 12]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 58 ~ 60.4 %

Al₂O₃ 17.7 ~ 20.1 %

MgO >11 %, ≤13.5 %

Y₂O₃ 2.3 ~ 3.9 %

CaO 2.3 ~ 5.8 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O 0.05 ~ 0.7 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 6.5이상이며, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위는 29.1 %　이상이다.

[바람직한　범례 13]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ ≥58 %, <60 %

Al₂O₃ 17.7 ~ 20.1 %

MgO >11 %, ≤13.5 %

Y₂O₃ 2.3 ~ 3.9 %

CaO 2.3 ~ 5.8 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O 0.05 ~ 0.7 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

아울러, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 7.0이상이며, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위는 29.1 %　이상이다.

[바람직한　범례 14]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.1 ~ 14.5 %

Y₂O₃ 2 ~ 4.2 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

SrO+CeO₂+F₂ <2 %

SrO 0 ~ 1.7 %

CeO₂ 0 ~ 0.55 %

F₂ 0 ~ 0.5 %

아울러, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 6.5　이상이다.

[바람직한　범례 15]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %

Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %

MgO 10.3 ~ 14 %

Y₂O₃ 2 ~ 4.2 %

CaO ≤6.3 %

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %

Li₂O ≤0.75 %

TiO₂ <1.4 %

Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %

SrO+CeO₂+F₂ <2 %

SrO 0 ~ 1.7 %

CeO₂ 0 ~ 0.55 %

F₂ 0 ~ 0.5 %

아울러, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 7.0　이상이며, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위는 28.1 %　이상이다.

본 발명 실시예의 목적, 기술수단 및 장점을 보다 뚜렷하게 하기 위하여, 아래에서는 본 발명 실시예중의 기술수단에 대해, 명백하게 전면적으로 설명하기로 한다. 알다시피 상기 실시예는 본 발명의 일부분의 실시예로서, 전부의 실시예는 아니다.본 발명의 실시예에 근거하여, 본 분야의 보통 기술인원이 창조적인 노동을 하지 않고 얻은 기타 실세예는 모두 본 발명의 보호범위에 속한다. 여기서 설명하기 싶은 것은 트러블이 생기지 않는 상황하에서, 본 출원중의 실시예 및 실시예중의 특징은 상호간 임의로 조합할 수 있다.

본 발명의 기본 구상으로는, 유리섬유 조성물의 각 성분 함유량을 중량백분율로 아래와 같이 표시한다.SiO₂는 57.1 ~ 61.9 %, Al₂O₃는 17.1 ~ 21 %, MgO는 10.1 ~ 14.5 %, Y₂O₃는 1.1 ~ 4.3 %，CaO는 <6.5 %，Li₂O+Na₂O+K₂O는 ≤1 %, Li₂O는 ≤0.75 %, TiO₂는 <1.8 %, Fe₂O₃는 0.05 ~ 1.2 %이며, 상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.285　이상이다. 이 유리 조성물은 유리섬유의 강도와 탄성계수를 현저히 향상시키고, 유리의 결정화 속도를 효과적으로 억제하며, 이상적인 유리섬유의 성형범위 ΔT 값을 얻을 수 있고, 고성능 유리의 정제효과 개선에 유리하며, 특히 고성능유리섬유의 탱크가마화 생산에 유리하다.

본 발명의 유리섬유 조성물중 SiO₂, Al₂O₃, Y₂O₃, CaO, MgO, Li₂O, Na₂O, K₂O, Fe₂O₃, TiO₂ 등의 구체적인 함량치를 선정하여 실시예로, S유리, 전통적인 R유리 및 개량형 R유리의 성능 파라미터와 비교한다. 성능비교시, 7개의 성능 파라미터를 사용한다.

(1)성형온도: 유리용융체의 점도가 10³P.S에 대응하는 온도.

(2)액상선 온도: 유리용융체를 냉각시킬 때, 결정핵이 형성되기 시작하는 온도, 즉 유리결정의 상한온도.

(3) ΔT 값: 성형온도와 액상선 온도와의 차로서, 인발성형 온도범위를 표시한다.

(4) 탄성계수: 유리의 탄성변형 저항 능력을 표시하며, ASTM E1876규격에 따라 유리블록의 탄성계수를 측정한다.

(5) 인장강도: 유리섬유가 견딜 수 있는 최대 인장력을 표시하며, ASTM D2343규격에 따라 침투사의 인장강도를 측정한다.

(6) 결정화 면적율, 그중 결정화 면적율의 대략적인 측정방법: 유리블록을 연소보트의 사이즈에 따라 적당하게 절단하고, 절단된 유리의 막대형 샘플을 연소보트에 넣어, 온도 구배로중에 넣어 결정화 시키고, 6시간 보온한 후, 유리샘플이 들어있는 연소보트를 온도구배로중에서 꺼내어, 공기중에서 실온까지 냉각시킨다. 그 다음 1060 ~ 1130온도범위 구역내에서 광학 현미경으로 미관적 각도에서 각 유리 샘플 표면의 결정수량 및 크기를 관측하고, 결정화 면적율을 산출한다. 결정화 면적율이 크면 클수록 유리의 결정화 경향이 크고, 결정화 속도가 빠름을 설명한다.

(7) 기포수량, 그중 기포수량을 측정하는 대략적인 방법: 전용 몰드를 이용하여, 각 실시예의 배합원료로 같은 모양의 샘플을 압출성형하여, 고온 현미경 샘플대에 놓고, 프로그램에 따라 설정된 공간 온도 1500로 온도를 올려, 보온 하지않고 유리샘플을 로내에서 상온까지 냉각시킨다. 그후, 광학현미경으로 미관적인 각도에서 각 유리샘플의 기포수량을 관측한다. 그중, 기포수량은 현미경의 영상범위에 준한다.

상기 7개 파라미터 및 그 측정방법은 본 분야의 기술자가 숙지하는 것이기 때문에, 상기 파라미터를 사용하면 본 발명의 유리섬유 조성물의 성능을 충분히 설명할 수 있다.

실험의 구체적인 과정: 각 성분은 적당한 원료로부터 얻으며, 비례에 따라 각종 원료를 혼합하여, 각 성분이 최종적으로 예상중의 중량백분율에 달하게 하며, 혼합후의 원료를 용해시키고 정제시킨 후, 유리 용융액은 부싱 위의 노즐을 통해 인출되어 유리섬유를 형성하며, 유리섬유는 신선기의 회전 다이헤드에 감기어 원사 케이크 또는 원사뭉치를 현성한다. 물론, 이 유리섬유는 일반적인 방법으로 재가공을 거쳐, 예상한 요구를 만족시킬 수 있다.

아래에서는 리스트 방식으로 본 발명 유리섬유 조성물의 실시예　１　～　２５와 S유리, 전통적인 R유리 및 개량형 R유리의 성능 파라미터를 비교한다. 그중 유리섬유 조성물의 함량은 중량백분율로 표시한다. 설명이 필요하다면, 실시예의 각 성분의 총 함량은 100 %보다 좀 적다는 점이다. 이부분은 잔여량의 미량의 불순물 또는 분석되지 않는 소량의 성분이라고 이해하면 된다.

[표 1A]

[표 1B]

[표 1C]

[표 1D]

상기 표들　중의 구체적인 데이터로부터 알다시피, S유리에 비해, 본 발명의 유리섬유 조성물은 아래 효과를 가진다. (1) 보다 높은 탄성계수를 가진다. (2) 현저히 낮은 액상선 온도와 결정화 면적율을 가지는 바, 이는 본 발명 유리의 결정화 상한온도가 낮고, 결정화 속도가 느려, 유리의 결정화 위험성을 저하시키고, 섬유의 인발효율을 향상시킴에 유리하다. (3) 비교적 적은 기포수량을 가지며, 이는 유리의 정제효과가 더욱 뛰어남을 표명한다.

전통적인 R유리와 개량형R유리에 비해, 본 발명의 유리섬유 조성물은 아래 효과를 가진다. (1) 보다 높은 탄성계수와 강도를 가진다. (2) 보다 낮은 결정화 면적율을 가지는 바, 이는 본 발명유리의 결정화속도가 느려, 유리의 결정화 위험성을 저하시키고, 섬유의 인발효율을 향상시킴에 유리하다. (3) 비교적 적은 기포수량을 가지며, 이는 유리의 정제효과가 더욱 뛰어남을 표명한다.

S유리와 전통적인 R유리는 모두 규모화 탱크가마생산을 실현할 수 없고, 개량형 R유리는 일부분의 성능을 희생시키는 방식으로 액상선온도와 성형온도를 낮추어, 생산 난이도를 저하시켜 탱크가마화 생산을 실현하고 있다. 이와 달리 본 발명 조성물은 충분한 액상선온도와 성형온도를 가질 뿐만 아니라 결정화 속도도 느리고, 탱크가마화 생산을 실현할 수 있으며, 동시에 유리 탄성계수와 강도 대폭증가를 실현할 수도 있어, S유리섬유의 탄성계수와 강도가 생산규모와 동시에 제고될 수 없었던 기술적인 난제를 해결하였다.

이로부터 알 수 있는 바와 같이, 현단계의 주류적인 고성능 유리에 비해, 본 발명의 유리섬유 조성물은 탄성계수, 강도, 결정화속도 및 유리정제화 등 방면에서 돌파적인 진전을 가져왔고, 동등한 조건하에서 유리의 탄성계수와 강도가 대폭으로 증가되고 결정화 속도가 대폭으로 저하되며, 기포수량이 적어, 전체적인 기술방안은 규모화 탱크가마화 생산이 쉽게 실현된다.

본 발명의 유리섬유 조성물에 의해, 상기 우량한 성능을 가지는 유리섬유를 제작할 수 있다.

본 발명의 유리섬유 조성물은 한가지 또는 여러가지 유기 및/ 또는 무기재료와 결합시켜 성능이 뛰어난 유리보강수지 등 복합재료를 만들 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 조성물은 충분히 낮은 액상선온도와 성형온도를 가질 뿐만 아니라, 결정화 속도가 낮아, 탱크가마화 생산이 가능함과 동시에, 유리의 탄성계수와 강도를 대폭 향상시켜, S유리섬유의 탄성계수와 강도가 생산규모와 동시에 제고될 수 없었던 기술적인 난제를 해결하고, 현단계의 주류적인 고성능 유리에 비해, 본발명의 유리섬유 조성물은 탄성계수, 강도, 결정화속도 및 유리정제 방면에서 돌파적인 진전을 가져와, 동등한 조건하에서 유리의 탄성계수와 강도를 대폭 증가시키고, 결정화속도를 대폭 저하시키며, 기포수량이 적어, 전체적인 기술방안은 규모화 탱크가마화 생산을 용이하게 실현할 수 있는 효과가 있다.

마지막으로 설명하기 싶은 점: 본문중의 용어 "포괄", "포함" 또는 그 어떤 기타 변형은 비배타성의 포함을 의미 하기 때문에, 일련의 요소의 프로세서, 방법, 물품 또는 설비에는 이러한 요소들이 포함될 뿐만 아니라, 명확히 기재되지 않은 기타 요소도 포함되며, 또는 이러한 프로세서, 방법, 물품 또는 설비가 고유하는 요소도 포함된다. 더 상세한 제한이 없는 한, 어구중 "하나의 ......가 포괄"로 한정되는 요소는 상기 요소의 프로세서, 방법, 물품 또는 설비중에 다른 같은 요소도 존재함을 배제하지 않는다. (번역문중 중국어중의 "포괄"과 "포함"의 의미를 모두 포함으로 번역하고, "하나의 ......가 포괄" 중의 하나를 생략하였다.)

상기 실시예는 다만 본 발명의 기술수단을 설명하기 위한 것으로서, 본 발명을 제한하기 위한것은 아니다. 상기 실시예를 참조하여, 본 발명에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 분야의 기술자라면, 상기 각 실시예에 기재된 기술수단을 수정 또는 그중의 일부분의 기술특징에 등가치환 할 수 있고, 이러한 수정 또는 치환은 상응하는 기술수단이 본 발명의 각 실시예 기술수단의 정신과 범위를 근본적으로 벗어난 것이 아님을 이해야 한다.

Claims (25)

1. 아래 성분들을 함유하고, 각 성분들의 함량은 중량백분율로 아래와 같은 범위를 가지며,
   SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %
   Al₂O₃ 17.1 ~ 21 %
   MgO 10.3 ~ 14 %
   Y₂O₃ 1.1 ~ 4.3 %
   CaO < 6.5 %
   Li₂O+Na₂O+K₂O ≤ 1 %
   Li₂O ≤ 0.75 %
   TiO₂ < 1.8 %
   Fe₂O₃ 0.05 ~ 1.2 %
   상기 성분들의 총 함량은 98 %(중량백분율) 이상이고, 중량백분율의 비율 C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.305 이상이고, 중량백분율의 비율 C2=(Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 7.45 이상인 것을 특징으로 하는 유리섬유 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분들 포함되고, 각 성분의 함량은 중량백분율로 아래와 같은 범위를 가지며,
   SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %
   Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %
   MgO 10.3 ~ 14 %
   Y₂O₃ 2 ~ 4.2 %
   CaO ≤ 6.3 %
   Li₂O+Na₂O+K₂O ≤ 1 %
   Li₂O ≤ 0.75 %
   TiO₂ < 1.4 %
   Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %
   상기 성분들의 총 함량은 98 %(중량백분율) 이상이고, 상기 중량백분율의 비율 C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.305 이상인 것을 특징으로 하는 유리섬유 조성물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분이 포함되고, 각 성분의 함량은 중량백분율로 아래와 같은 범위를 가지며,
   SiO₂ 58 ~ 60.4 %
   Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %
   MgO 10.3 ~ 14 %
   Y₂O₃ 2 ~ 4 %
   CaO 2 ~ 6 %
   Li₂O+Na₂O+K₂O ≤ 1 %
   Li₂O ≤ 0.75 %
   TiO₂ < 1.4 %
   Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %
   상기 성분들의 총 함량은 98 %(중량백분율) 이상이고, 상기 Al₂O₃ 와 SiO₂ 의 중량백분율의 비율 C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.305 이상인 것을 특징으로 하는 유리섬유 조성물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서,
   중량백분율의 비율 C3= (Y₂O₃+MgO)/SiO₂의 범위는 0.2 이상인 것을 특징으로 하는 유리섬유 조성물.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서,
   MgO의 중량백분율 함량범위는 11 %　초과, 13.5 %　이하인 것을 특징으로 하는 유리섬유 조성물.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서,
   CeO₂、SrO、La₂O₃、ZnO、B₂O₃ 및 ZrO₂로　이루어진　군으로부터　선택되는　적어도　하나를 중량백분율 함량이 2 %로 더　포함함을 특징으로 하는 유리섬유 조성물.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서,
   상기　Al₂O₃，MgO，　및　Li₂O의　함량을　더한 중량백분율 함량범위는 28.1 %　이상인　것을 특징으로 하는 유리섬유 조성물.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서,
   상기MgO/CaO의 중량백분율 비율　범위는 1.6 이상인　것을 특징으로 하는 유리섬유 조성물.
9. 제１항에　있어서,
   상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분들이 포함되고, 각 성분의 함량은 중량백분율로 아래 범위를 가지며,
   SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %
   Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %
   MgO 10.3 ~ 14 %
   Y₂O₃ 2 ~ 4 %
   CaO ≤ 6.3 %
   Li₂O+Na₂O+K₂O ≤ 1 %
   Li₂O ≤ 0.75 %
   TiO₂ < 1.4 %
   Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %
   상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.305　이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 7.45　이상인　것을　특징으로 하는 유리섬유 조성물.
10. 제１항에　있어서，
    상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분들이 포함되고, 각 성분의 함량은 중량백분율로 아래 범위를 가지며,
    SiO₂ 58 ~ 60.4 %
    Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %
    MgO 10.5 ~ 14 %
    Y₂O₃ 2 ~ 4 %
    CaO 2 ~ 6 %
    Li₂O+Na₂O+K₂O ≤ 1 %
    Li₂O ≤ 0.75 %
    TiO₂ < 1.4 %
    Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %
    상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.305　이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 7.45　이상이며, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위는 28.1 %（중량백분율）이상인　것을　특징으로 하는 유리섬유 조성물.
11. 제１항에　있어서，
    상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분들이 포함되고, 각 성분의 함량은 중량백분율로 아래 범위를 가지며,
    SiO₂ 58 ~ 60.4 %
    Al₂O₃ 17.7 ~ 20.1 %
    MgO > 11 %, ≤ 13.5 %
    Y₂O₃ 2 ~ 4 %
    CaO 2.3 ~ 5.8 %
    Li2O+Na2O+K2O ≥0.05, ≤ 1 %
    Li₂O 0.05 ~ 0.7 %
    TiO₂ < 1.4 %
    Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %
    상기 성분들의 총 함량은 98 %（중량백분율）　이상이고, 중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.305　이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 7.45　이상이며, Al₂O₃+MgO+Li₂O의 중량백분율 함량범위는 29.1 %（중량백분율）　이상인　것을　특징으로 하는 유리섬유 조성물.
12. 제１항에　있어서，
    상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분들이 포함되고, 각 성분의 함량은 중량백분율로 아래 범위를 가지며,
    SiO₂ 57.4 ~ 61.4 %
    Al₂O₃ 17.5 ~ 20.5 %
    MgO 10.3 ~ 14 %
    Y₂O₃ 2 ~ 4.2 %
    CaO ≤ 6.3 %
    Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1 %
    Li₂O ≤ 0.75 %
    TiO₂ < 1.4 %
    Fe₂O₃ 0.05 ~ 1 %
    SrO+CeO₂+F₂ < 2 %
    SrO 0 ~ 1.7 %
    CeO₂ 0 ~ 0.55 %
    F₂ 0 ~ 0.5 %
    상기　중량백분율의 비율값　C1=Al₂O₃/SiO₂의 범위는 0.305 이상이고, 중량백분율의 비율값　C2= (Al₂O₃+MgO+Li₂O)/Y₂O₃의 범위는 7.45 이상인　것을　특징으로 하는　유리섬유 조성물.
13. 제１항　내지　제12항　중　어느　한　항의 유리섬유　조성물을 이용하여 제조되는 것을　특징으로　하는　유리섬유．
14. 제13항의　유리섬유를　포함하는　것을　특징으로　하는　복합재료．
    
    
    
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