KR102034946B1

KR102034946B1 - 고탄성계수 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료

Info

Publication number: KR102034946B1
Application number: KR1020177036922A
Authority: KR
Inventors: 린 장; 구오롱 카오; 웬중 싱; 위치앙 장; 구이지앙 구
Original assignee: 주시 그룹 코., 엘티디.
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2019-10-21
Also published as: CN106082639B; AU2016405716B2; MX2018000065A; US20180186688A1; SI3354628T1; JP6499329B2; SA518390680B1; EP3354628A4; US10329189B2; CA2990296A1; EP3354628A1; AU2016405716A1; JP2018518450A; ES2773984T3; RU2737097C1; RU2017145115A3; BR112018000203A2; WO2017190405A1; RU2017145115A; MA41723B1

Abstract

본 발명은 고탄성계수 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료를 제공한다. 그중, 유리섬유 조성물의 각 성분의 함량은 중량백분비로, SiO₂55.7-58.9%，Al₂O₃15-19.9%，Y₂O₃0.1-4.3%，La₂O₃≤1.5%，CeO₂≤1.2%，CaO6-10%，MgO9.05-9.95%，SrO≤2%，Li₂O+Na₂O+K₂O≤0.99%，Li₂O≤0.65%，Fe₂O₃<1%，TiO₂0.1-1.5%，중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.6로 표시된다. 이 조성물은 유리의 탄성계수를 현저히 제고 시키고, 유리의 액상선온도와 성형온도를 현저히 저하시키며, 동등한 조건하에서 유리의 결정화속도와 기포율을 대폭 저하시키고, 특히 저기포율 고탄성계수 유리섬유의 탱크가마화 생산에 적합하다.

Description

고탄성계수 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료

본 출원은 2016년 6월 07일까지 중국 특허국에 제시되었으며, 출원번호는 201610403705.7, 발명의 명칭이 “고탄성계수 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료”로된 중국특허출원의 우선권을 가지며, 그 전부의 내용은 인용을 통해 본 출원중에 결합시킬 수 있다.

본 발명은 고탄성계수 유리섬유 조성물에 관한 것으로서, 특히 선진적인 복합재료 보강소지로서의 고탄성계수 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료에 관한것이다.

유리섬유는 무기섬유재료에 속하며, 이 보강수지로 성능이 우수한 복합재료를 제작할 수 있다. 고탄성계수 유리섬유는 선진적인 복합재료의 보강소지로서, 처음에는 주로 항공, 우주비행, 병기 등 국방 군수분야에 사용되어 왔다. 과학기술의 진보 및 경제기술의 발전에 따라, 고탄성계수 유리섬유는 풍력발전기 날개, 압력용기, 해상송유관, 자동차 제조 등 민수 공업분야에 널리 사용되고 있다.

최초의 고탄성계수 유리성분은 MgO-Al₂O₃-SiO₂계를 주체로, 전형적인 방안으로는 미국 OC사의 S-2유리로서, 그 탄성계수가 89-90GPa였는데, 그 생산이 너무 힘들고, 성형온도가 약1571℃이며, 액상선 온도가 1470℃에 달하기 때문에, 대규모 탱크가마화 생산을 실현하기가 아주 어려웠다.이로 인해, OC사는 스스로 S-2유리섬유의 생산을 포기하고, 그 특허권을 미국 AGY사에 양도하였다.

그후, OC사도 HiPer-tex유리를 개발하고, 그 탄성계수는 87-89GPa에 달했는데, 이는 일부분의 유리성능을 희생하여, 생산 난이도를 저하시키는 절충적인 방안이었다. 하지만, 설계방안은 단지 S-2유리에 대한 간단한 개진을 한것이기 때문에, 유리섬유의 성형온도와 액상선온도가 여전히 높고, 생산 난이도가 여전히 높아, 대규모 탱크가마화 생산을 실현하기가 어려웠다. 따라서 OC사도 HiPer-tex유리섬유의 생산을 포기하고, 그 특허권을 유럽의 3B사에 양도하였다.

프랑스의 생고뱅사는 MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂계를 주체로하는 R유리를 개발해 내었는데, 그 탄성계수는 86-89GPa에 달했다. 그러나 전통적인 R유리의 규소-알루미늄 함량이 비교적 높고, 유리 결정화를 개선시키는 효과적인 방안이 결핍하고, 칼슘과 마그네슘의 비례도 합리하지 못하기에, 유리의 성형이 어렵고, 결정화 위험성이 큼과 동시에, 유리 용융액의 표면장력이 크고, 청징이 어려우며, 유리섬유 성형온도가 1410℃에 달하고, 액상선온도가 1350℃에 달하는 바, 이는 모두 유리섬유의 효율적인 인출을 어렵게 하고, 대규모 탱크가마화 생산도 어렵게 된다.

국내의 난징유리섬유연구설계원에서는 HS2유리를 개발해 내었는데, 탄성계수는 84-87GPa에 달했다. 그 주요성분으로는 SiO₂, Al₂O₃, MgO을 포함함과 동시에, 일부분의 Li₂O, B₂O₃, CeO₂ 및 Fe₂O₃을 도입함으로써, 성형온도는 1245℃, 액상선온도는 1320℃밖에 안되어, 양자의 온도는 모두 S유리보다 훨씬 낮았지만, 그 성형온도는 액상선 온도보다 낮아, △T치가 부수로 되어, 유리섬유의 효율적인 인발에 아주 불리하며, 반드시 인발 온도를 높이고, 특수한 형식의 노즐을 사용하여 인발과정중 유리의 투명성 상실문제를 해결해야 함으로써, 온도의 제어가 어려워지고, 대규모 탱크가마화 생산도 어려워 진다.

상술한 바를 종합하면, 현단계의 각종 고탄성계수 유리섬유는 실제 생산과정중 보편적으로 대규모 탱크가마생산이 어려운 문제가 존재한다. 구체적으로는 유리의 액상선 온도가 너무 높고, 결정화 속도가 너무 빠르며, 성형온도가 높고, 표면장력이 크고, 청징이 어려우며, △T치가 작고 심지어는 부수로되는 등 문제가 존재한다. 때문에 대부분의 회사들은 유리의 성능을 희생시키는 방식으로 생산의 난이도를 낮추는 바, 이는 상기 유리섬유의 탄성계수가 생산규모와 동시에 제고될 수 없게 되고, S유리섬유의 탄성계수 보틀넥을 돌파할 수 없게 하고 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여, 고탄성계수 유리섬유 조성물을 제공함을 목적으로 한다. 이 조성물은 유리섬유의 탄성계수를 현저히 제고 시키고, 이 기초상에서 전통적인 고탄성계수 유리의 결정화 위험성이 높고, 청징이 어려우며, 효율적인 탱크가마 생산이 어려운 등 문제를 극복하고, 동등한 조건하에서 유리의 액상선온도, 결정화 및 기포율을 현저히 저하시키고, 특히 고탄성계수 유리섬유의 탱크가마화 생산에 적합하다.

본 발명은 한방면으로는 고탄성계수 유리섬유 조성물을 제공하고, 상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분을 포함하며, 각 성분의 함량은 중량 백분비로 아래와 같이 표시된다.

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ ≤1.5%

CeO₂≤1.2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.6이다..

그중, 진일보로 La₂O₃+CeO₂의 함량을 중량백분비로 0.1-2%로 한정한다.

그중, 진일보로 중량백분비의 비율C2= SiO₂/CaO의 범위를 5.8-9.3으로 한정한다.

그중, 진일보로 중량백분비의 비율C3= MgO/(CaO+SrO)의 범위를 0.9-1.6으로 한정한다.

그중, 진일보로 Li₂O의 함량을 중량백분비로 0.05-0.55%로 한정한다.

그중, 진일보로Y₂O₃의 함량을 중량백분비로 0.5-3.9%로 한정한다.

아울러, 중량백분비의 비율C1= Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃)의 범위를 0.75-0.97로 한정한다.

그중, 각 성분의 함량을 중량백분비로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ ≤1.5%

CeO₂≤1.2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.6이고, 중량백분비의 비율C2= SiO₂/CaO의 범위는 5.8-9.3이며, 중량백분비의 비율C3= MgO/(CaO+SrO)의 범위는 0.9-1.6이다.

그중, 진일보로 La₂O₃의 함량을 중량백분비로 0.05-1.2%로 한정한다.

그중, 진일보로 CeO₂의 함량을 중량백분비로 0.05-1%로 한정한다.

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.5-3.9%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.7이고, 중량백분비의 비율C2= SiO₂/CaO의 범위는 6.3-8.5이며, 중량백분비의 비율C3= MgO/(CaO+SrO)의 범위는 1-1.5이다.

SiO₂ 56.5-58.9%

Al₂O₃ 16-19.5%

Y₂O₃ 0.5-3.9%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6.8-9.3%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O 0.05-0.55%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 0.75-0.97이고, 중량백분비의 비율C2= SiO₂/CaO의 범위는 6.3-8.5이며, 중량백분비의 비율C3= MgO/(CaO+SrO)의 범위는 1-1.5이다.

그중, 진일보로 CaO의 함량을 중량백분비로 8-9.3%로 한정한다.

그중, 진일보로 Li₂O+Na₂O+K₂O의 함량을 중량백분비로 0.4-0.94%로 한정한다.

그중, 진일보로 Na₂O+K₂O의 함량을 중량백분비로 0.15-0.55%로 한정한다.

그중, 진일보로 중량백분비의 비율C2= SiO₂/CaO의 범위를 6.7-8로 한정한다.

그중, 진일보로 중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)의 범위를1.05-1.4로 한정한다.

그중, 진일보로 중량백분비의 비율C4=La₂O₃/CeO₂의 범위를 >1로 한정한다.。

그중, 진일보로 Y₂O₃의 함량을 중량백분비로 1.3-3.9%로 한정한다.

그중, 진일보로 Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂의 함량을 중량백분비로 1.4-4.2%로 한정한다.

그중, B₂O₃를 함유할 수도 있고, 그 함량은 중량백분비로 0-3%로 표시할 수 있다.

본 발명의 다른 한방면으로는 유리섬유를 제공하고, 상기 유리섬유는 상기 유리섬유 조성물로 제작된다.

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

본 발명의 고탄성계수 유리섬유 조성물에 있어서, 주요한 독창성은 희토류 산화물 Y₂O₃, La₂O₃ 및 CeO₂을 도입하는 것으로서, 이들사이에 생기는 혼합휘토류 효과를 이용하고, Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃), La₂O₃/CeO₂, SiO₂/CaO과 MgO/(CaO+SrO)의 비율을 제어하고, Y₂O₃, La₂O₃, CeO₂, Li₂O, CaO, MgO, La₂O₃+CeO₂, Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂, Na₂O+K₂O 및Li₂O+Na₂O+K₂O의 함량범위를 합리하게 배치하며, MgO, SrO의 혼합 알칼리 효과와 K₂O, Na₂O, Li₂O의 혼합 알칼리 효과를 이용하는 것이다. 이밖에도 선택성 있게 적당한 량의 B₂O₃등을 도입할 수도 있다.

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

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ ≤1.5%

CeO₂≤1.2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.6이다.

이 유리섬유 조성물중 각 성분의 역할 및 함량은 아래와 같다.

SiO₂는 유리골격을 구성하는 주요한 화합물로서, 각 성분을 안정시키는 역할을 한다. 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, SiO₂의 중량백분비 함량 범위를 55.7-58.9%로 한정하고, 선호적으로 SiO₂의 함량 범위를 56.5-58.9%로 한정할 수 있다.

Al₂O₃도 유리골격을 구성하는 화합물로서, SiO₂과 결합할 때, 유리의 기계적 성능에 대해, 실질적인 역할을 한다. 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어, Al₂O₃의 중량백분비 함량 범위를 15-19.9%로 한정한다. 그 함량이 낮으면 충분히 높은 유리의 기계적 성능을 얻을 수 없고, 그 함량이 너무 높으면 유리의 점도가 너무 높아져, 용융 및 청징이 어려워 진다. ?문에, 선호적으로 Al₂O₃의 중량백분비 함량 범위를 16-19.5%로 한정하고, 더욱 선호적으로 Al₂O₃의 중량백분비 함량 범위를 16.7-19.3%로 한정한다.

Y₂O₃은 중요한 희토류 산화물로서, 발명자는 이것이 유리의 탄성계수향상, 유리결정화 억제 등 방면에서 아주 효과적임을 발견하였다. Y³⁺은 망상구조안에 들어가기가 아주 어렵고, 일반적으로 망상구조 틈새에 위치하는 망상 외부 이온으로서, 배위수가 높고, 전자장 강도가 높고, 전하가 높고, 축적능력이 강하여, 유리산소를 포확하여 망상구조의 결함을 메워 줌으로써, 유리의 구조 안정성을 향상시키고, 유리의 탄성계수를 향상시킴과 동시에 기타 이온의 이동 배열을 효과적으로 저애하여, 유리 결정화 경향을 저하시키는 목적을 달성한다. 이 밖에도 발명자는 이트륨의 함량이 4.3%를 초과한 후, 계속하여 함유량을 증가시킬 경우, 기계적 성능의 제고가 뚜렷하지 않지만, 여전히 유리의 밀도를 현저히 제고 시키고, 따라서, 비탄성계수 및 비강도의 제고를 제한하며, 심지어는 일정한 조건하에서는 저하되므로, 유리의 경량화에 불리하다.

La₂O₃도 역시 중요한 희토류 산화물로서, 발명자는 이것을 단독으로 사용할때, 유리의 탄성계수 향상 및 결정화 억제 방면에서 Y₂O₃에 비해 훨씬 낮지만, 두가지 희토류 산화물을 혼합하여 사용하고 이들의 비례를 적당하게 조절할 경우, 양자의 시너지작용이 현저하고 유리의 탄성계수 향상 및 유리의 결정화 억제방면에서 단독으로 Y₂O₃ 또는 La₂O₃를 사용하는 경우에 비해 좋은 등 예상밖의 효과를 가짐을 발견하였다. Y₂O₃와 La₂O₃는 동족 산화물로써, 각항 물리 및 화학성질이 흡사하지만, 양자의 배위상태가 부동하고, 이트륨 이온은 일반적으로 6개의 배위구조를 가지고, 란탄 이온은 일반적으로 8개의 배위구조를 가지므로, 두가지 희토류 산화물을 혼합하여 사용하고 이들의 비례를 합리하게 조절할 때, 첫째로 풍부한 망상외 이온배위구조를 제공할 수 있고, 이트륨이온의 6개 배위구조를 위주로 란탄이온의 8개 배위구조를 결합함으로써, 유리구조의 안정성을 제고하고 유리의 탄성계수를 제고함에 유리하며, 둘째로 산화란탄은 유리산소의 수량을 증가시켜, 더욱 많은 [AlO₆]이 [AlO₄]으로 바뀌고, 진일보로 유리구조의 완전성을 증강시키고, 유리의 탄성계수를 제고하며, 세째로 여러가지 이온이 상호간 견제 작용에 의해, 온도가 낮을 때에는 이온이 규칙적으로 배열되는 확률도 적어져, 결정체의 생장속도를 저하시킴에 유리하며, 따라서, 유리의 결전화 방지 능력을 더한층 제고한다. 하지만, 란탄의 몰질량과 이온반경이 모두 비교적 크고, 과량의 8개 배위이온은 구조의 안정성에 불리하기 때문에, 란탄의 도입량이 너무 많아도 안좋다고 발명자는 인정하였다.

CeO₂는 중요한 희토류 유리 청징제로서, 발명자는 일부분의 산화이트륨 또는 산화란탄의 대신으로 소량의 CeO₂을 도입함으로써, 유리의 탄성계수를 제고하고 유리의 결정화를 억제하는 방면에서 현저하고 적극적인 효과를 가지며, 특히 상기 세가지 희토류 산화물을 동시에 사용하고 상호간의 비례를 합리하게 조절할 경우, 이런 효과는 더욱 현저함을 발견하였다. 발명자는 한방면으로 CeO₂은 더욱 많은 유리산소를 이트륨에 제공하여 망상구조 결함을 메우게 할 수 있고, 다른 한 방면으로 세가지 부동한 이온반경과 전자장을 가지는 희토류 이온혼합물의 사용으로 인해, 구조의 긴밀성과 퇴적도를 제고 시시킬수 있어, 유리구조의 완잔성과 유리의 성능을 더한층 제고할 뿐만 아니라, 이온간의 상호견제를 더한층 강화하여, 유리의 항결정화 능력을 제고시킬 수 있다고 인정하였다.

때문에, 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, Y₂O₃의 중량백분비 함량범위를 0.1-4.3%로 한정하고, 선호적으로 Y₂O₃의 중량백분비 함량범위를 0.5-3.9%로 한정하고, 더욱 선호적으로 Y₂O₃의 중량백분비 함량범위를 1.3-3.9%로 한정할 수 있다. 그리고 La₂O₃의 중량백분비 함량범위를 ≤1.5%로 하고, 선호적으로 La₂O₃의 중량백분비 함량범위를 0.05-1.2%로 한정할 수 있다. 그리고 CeO₂의 중량백분비 함량범위를 ≤1.2%로 하고, 선호적으로 CeO₂의 중량백분비 함량범위를 0.05-1%로 한정할 수 있다.

동시에 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위를 >0.6으로 한정하고, 선호적으로 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위를 >0.7로 한정하며, 더욱 선호적으로 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위를 0.75-0.97로 한정할 수 있다. 동시에, 진일보로 La₂O₃+CeO₂의 중량백분비 함량범위를 0.1-2%로 한정하고, 중량백분비의 비율C4=La₂O₃/CeO₂의 범위를 >1로 한정할 수 있다. 진일보로, Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂의 중량백분비 함량범위를 1.4-4.2%로 한정할 수 있다.

CaO, MgO및SrO는 주로 유리의 결정화를 제어하고, 유리의 점도와 재료성질을 조절하는 역할을 한다. 특히 유리결정화를 제어하는 방면에 있어서, 발명자는 이들의 도입량과 비레관계를 제어함을 통해 예상밖의 효과가 얻어짐을 발견하였다. 일반적으로, MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂계를 주체로 하는 고성능 유리에 있어서, 그 유리결정후 포함되는 결정상으로는 주로 투회석(CaMgSi₂O₆)과 회장석(CaAl₂Si₂O₈) 이 포함된다. 이 두가지 결정상의 결정화 경향을 효과적으로 억제하여, 유리의 액상선온도와 결정화속도를 저하시키기 위하여, 본 발명에서는 CaO, MgO, SrO함량범위 및 각 성분간의 비례관계를 합리하게 제어하고, 혼합 알칼리의 효과를 이용하여 더욱 긴밀한 퇴적구조를 형성하여, 결정핵의 형성과 생장에 더욱 많은 에너지가 수요되게 함으로써, 유리 결정화 경향을 억제하는 목적을 달성함과 동시에, 유리의 재료성질을 효과적으로 개선시킨다. 발명자는 전통R유리와 개량R유리에 비해, 본발명에 있어서, MgO의 함량을 대폭 높이고, MgO의 함량을 9.05-9.95%로 정확하게 한정함과 동시에, MgO/(CaO+SrO)의 비율을 0.9-1.6으로 합리하게 제어함으로써, 더욱 높은 유리탄성계수와 더욱 낮은 결정화온도 및 속도를 얻을 수 있음을 발견하였다. 발명자는 본발명중의 MgO함량이 비교적 높을 경우, 두가지 결정체중의 투회석의 생장동력이 상대적으로 강하게 때문에, 진일보로 SiO₂/CaO의 비율을 합리하게 제어하여, 회장석의 생장을 효과적으로 조절함으로써, 유리의 결정화 경향을 효과적으로 억제하는 목적을 달성한다.

때문에, 본 발명의 유리섬유 조성물에 있어서, MgO의 중량백분비 함량범위를 9.05-9.95%로 한정하고, CaO의 중량백분비 함량범위를 6-10%로 한정하고, 선호적으로 CaO의 중량백분비 함량범위를 6.8-9.3%로 한정할 수 있다.

이밖에도, 일부 기술수단에 있어서, CaO의 중량백분비함량 범위를 8-9.3%로 한정할 수 있고, 진일보로 SrO의 중량백분비함량 범위를 ≤2%로 한정할 수 있다.

동시에 진일보로 중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO의 범위를 5.8-9.3으로 한정하고, 선호적으로 중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO의 범위를 6.3-8.5로 한정하고, 더욱 선호적으로 C2=SiO₂/CaO의 범위를 6.7-8로 한정할 수 있다. 진일보로 중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)의 범위를0.9-1.6으로 한정하고, 선호적으로 중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)의 범위를1-1.5로 한정하며, 더욱 선호적으로 중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)의 범위를1.05-1.4로 한정할 수 있다.

K₂O와 Na₂O는 모두 유리의 점도를 저하 시키는 양호한 용해 촉진제이다.발명자는 알칼리금속 산화물의 총량이 변하지 않는 상황하에서, K₂O로 Na₂O를 대체함으로써, 유리의 결정화 경향을 저하시키고, 유리섬유의 성형성능을 개선시킴을 발견하였다. Na₂O와 K₂O에 비해, Li₂O은 유리의 점도를 현저하게 저하시킴으로써, 유리의 용융제조성능을 개선할 뿐만 아니라 유리의 역학적 성능을 향상시킴에 현저한 도움이 된다. 동시에 소량의 Li₂O는 상당한 유리산소를 제공할 수 있어, 보다 많은 알루미늄 이온으로 인한 사면체 배위형성에 유리하고, 유리체계의 망상 구조를 증강시켜, 유리의 결정화 능력을 더한층 저하시킨다. 그러나 알칼리 금속이온이 너무 많으면 유리의 내부식성을 저하시키기에, 도입량이 너무 많아도 안좋다. 이밖에도 희토류 산화물은 비교적 강한 알칼리성을 가지므로, 어떤 방면에서 알칼리금속 산화물 및 알칼리 토류금속 산화물과 흡사한 역할을 한다. 때문에 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, Li₂O+Na₂O+K₂O의 중량백분비 함량범위는 ≤0.99%로 한정하고, Li₂O의 중량백분비 함량범위를 ≤0.65%로 한정하며, 진일보로 Li₂O+Na₂O+K₂O의 중량백분비 함량범위는 0.4-0.94%로 한정할 수 있고, 진일보로 Li₂O의 중량백분비 함량범위를0.05-0.55%로 한정할 수 있으며, 진일보로 Na₂O+K₂O의 중량백분비 함량범위를0.15-0.55%로 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 중량백분비 함량 범위를 <1%로 한정한다.

TiO₂은 고온상태에서의 유리점도를 저하시킬 뿐만 아니라,일정한 용해촉진제 역할도 한다. 그러나 티탄이온은 일정한 착색역할을 가지기 때문에, 본발명의 유리섬유 조성물에 있어서, TiO₂의 중량백분비 함량범위를 0.1-1.5%로 한정하고, 선호적으로 TiO₂의 중량백분비 함량범위를 0.1-1%로 한정한다.

본 발명의 유리섬유 조성물에 있어서, 선택성 있게 적당한량의 B₂O₃을 도입하여, 유리의 결정화 경향을 더 한층 개선시킬 수 있다. 본 발명의 유리섬유 조성물에 있어서, B₂O₃의 중량박분비 함량범위를0-3%로 한정한다.

이밖에도 본 발명의 유리섬유 조성물중에는 소량의 기타 성분을 포함할 수도 있으며, 중량백분비 함량은 일반적으로 2%를 초과하지 않는다.

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.

[선호적인 범례1]

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

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ ≤1.5%

CeO₂≤1.2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.6이고，중량백분비의 비율C2= SiO₂/CaO의 범위는 5.8-9.3이다.

[선호적인 범례2]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ ≤1.5%

CeO₂≤1.2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 0.75-0.97이다.

[선호적인 범례3]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ ≤1.5%

CeO₂≤1.2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.6이고，중량백분비의 비율C2= SiO₂/CaO의 범위는 5.8-9.3이며，중량백분비의 비율C3= MgO/(CaO+SrO)의 범위는 0.9-1.6이다.

[선호적인 범례4]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂≤1.2%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

[선호적인 범례5]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

[선호적인 범례6]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.5-3.9%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.7이고，중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO의 범위는 6.3-8.5이며，중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)의 범위는 1-1.5이다.

[선호적인 범례7]

SiO₂ 56.5-58.9%

Al₂O₃ 16-19.5%

Y₂O₃ 0.5-3.9%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6.8-9.3%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O 0.05-0.55%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 0.75-0.97이고，중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO의 범위는 6.3-8.5이며，중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)의 범위는 1-1.5이다.

[선호적인 범례8]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 8-9.3%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

[선호적인 범례9]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O 0.4-0.94%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

[선호적인 범례10]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.5-3.9%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.7이고，중량백분비의 비율C2= SiO₂/CaO의 범위는 6.7-8이며，중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)의 범위는 1-1.5이다.

[선호적인 범례11]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.5-3.9%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.7이고，중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO의 범위는 6.3-8.5이며，중량백분비의 비율C3= MgO/(CaO+SrO)의 범위는 1.05-1.4이다.

[선호적인 범례12]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.1-4.3%

La₂O₃ ≤1.5%

CeO₂≤1.2%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1.5%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.6이고，중량백분비의 비율C4=La₂O₃/CeO₂의 범위는 >1이다.

[선호적인 범례13]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 1.3-3.9%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1%

[0085] 아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.7이고，중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO의 범위는 6.3-8.5이며，중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)의 범위는 1-1.5이다.

[선호적인 범례14]

SiO₂ 55.7-58.9%

Al₂O₃ 15-19.9%

Y₂O₃ 0.5-3.9%

La₂O₃ 0.05-1.2%

CeO₂0.05-1%

La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%

Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂1.4-4.2%

CaO 6-10%

MgO 9.05-9.95%

SrO ≤2%

Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%

Li₂O ≤0.65%

Fe₂O₃ <1%

TiO₂ 0.1-1%

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 함량을 중량백분비로 아래와 같이 표시한다.SiO₂는 55.7-58.9%, Al₂O₃은 15-19.9%, Y₂O₃은 0.1-4.3%，La₂O₃은 ≤1.5%, CaO은 6-10%, MgO은 9.05-9.95%, SrO은≤2, Li₂O+Na₂O+K₂O≤0.99%，Li₂O은 ≤0.65%, Fe₂O₃은<1%, TiO₂은0.1-1.5%이며, 중량백분비 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위를 >0.6로 한다. 이 조성물은 유리의 탄성계수를 현저히 제고시키고, 이에 기초하여, 전통 고탄성계수 유리의 결정화 위험성이 크고, 청징이 어려우며, 효율적인 탱크가마생산을 실현하기 어려운 등 문제를 극복하고, 고탄성계수 유리의 액상선온도와 성형온도를 현저히 저하시키고, 동등한 조건하에서, 유리의 결정화속도와 기포율을 대폭 저하시킴으로써, 특히 저기포율 고탄성계수 유리섬유의 탱크가마화 생산에 적합하다.

본 발명의 유리섬유 조성물중SiO₂, Al₂O₃, Y₂O₃, La₂O₃, CeO₂, CaO, MgO, Li₂O, Na₂O, K₂O, Fe₂O₃, TiO₂ 및 SrO의 구체적인 함량치를 선정하여 실시예로, S유리, 전통적인 R유리 및 개량 R유리의 성능 파라미터와 비교한다. 성능비교시, 6개의 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) ⊇T치: 성형온도와 액상선 온도와의 차로서, 인발성형 온도범위를 표시한다.

(4) 결정화 피이크 온도: DTA테스트 과정중, 유리 결정화가 가장 강한 피이크 온도로서, 일반적으로 이 온도가 높으면 높을 수록 결정핵의 생장에 수요되는 에너지가 많고, 유리의 결정화 경향이 작음을 설명한다.

(5) 탄성계수: 세로방향의 탄성계수를 말하고, 유리의 탄성변형 저항 능력을 표시하며, ASTM2343에 따라 측정한다.

(6) 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 1500℃로 온도를 올려, 보온 하지않고 유리샘플을 로내에서 상온까지 냉각시킨다. 그후, 광학현미경으로 미관적인 각도에서 각 유리샘플의 기포수량을 관측한다. 그중, 기포수량은 현미경의 영상범위에 준한다.

상기 6개 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 중량백분비에 달하게 하며, 혼합후의 원료를 용해시키고 청징시킨 후, 유리 용융액은 부싱위의 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.

아래에는 본 발명에 따르는 유리섬유 조성물의 구체적인 실시예를 제공한다.

[실시예1]

SiO₂ 58.2%

Al₂O₃ 18.0%

CaO 8.2%

MgO 9.8%

Y₂O₃ 3.4%

La₂O₃ 0.43%

CeO₂ 0.1%

Na₂O 0.13%

K₂O 0.30%

Li₂O 0.49%

Fe₂O₃ 0.46%

TiO₂ 0.49%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)은 0.86이고，중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO은 7.11이며，중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)은 1.20이고，중량백분비의 비율C4=La₂O₃/CeO₂는 4.3이다.

실시예1에 의해 측정된 6개의 파라미터:

성형온도 1298℃

액상선온도 1198℃

△T치 100℃

결정화 피이크 온도 1037℃

탄성계수 97.4GPa

기포수량 3개

[실시예2]

SiO₂ 57.8%

Al₂O₃ 19.1%

CaO 7.8%

MgO 9.5%

Y₂O₃ 3.5%

La₂O₃ 0.25%

CeO₂ 0.15%

Na₂O 0.20%

K₂O 0.23%

Li₂O 0.51%

Fe₂O₃ 0.46%

TiO₂ 0.50%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)은 0.90이고，중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO은 7.41이며，중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)은 1.22이고，중량백분비의 비율C4=La₂O₃/CeO₂은 1.67이다.

실시예2에 의해 측정된 6개의 파라미터:

성형온도 1299℃

액상선온도 1198℃

△T치 101℃

결정화 피이크 온도 1038℃

탄성계수 98.5GPa

기포수량 2개

[실시예3]

SiO₂ 58.5%

Al₂O₃ 17.5%

CaO 8.1%

MgO 9.8%

Y₂O₃ 3.9%

La₂O₃ 0.25%

CeO₂ 0.05%

Na₂O 0.11%

K₂O 0.31%

Li₂O 0.50%

Fe₂O₃ 0.46%

TiO₂ 0.52%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)은 0.93이고，중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO는 7.22이고，중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)은 1.21이며，중량백분비의 비율C4=La₂O₃/CeO₂은 5.0이다.

실시예3에 의해 측정된 6개의 파라미터:

성형온도 1298℃

액상선온도 1200℃

△T치 98℃

결정화 피이크 온도 1039℃

탄성계수 99.4GPa

기포수량 3개

[실시예4]

SiO₂ 58.1%

Al₂O₃ 18.3%

CaO 8.1%

MgO 9.8%

Y₂O₃ 3.2%

La₂O₃ 0.3%

CeO₂ 0.1%

Na₂O 0.14%

K₂O 0.35%

Li₂O 0.43%

Fe₂O₃ 0.46%

TiO₂ 0.72%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)은 0.89이고，중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO는 7.17이며，중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)은 1.21이고，중량백분비의 비율C4=La₂O₃/CeO₂은 3.0이다.

실시예4에 의해 측정된 6개의 파라미터:

성형온도 1298℃

액상선온도 1201℃

△T치 97℃

결정화 피이크 온도 1035℃

탄성계수 96.8GPa

기포수량 3개

[실시예5]

SiO₂ 58.5%

Al₂O₃ 17.4%

CaO 8.05%

MgO 9.8%

Y₂O₃ 3.6%

La₂O₃ 0.07%

CeO₂ 0.05%

Na₂O 0.11%

K₂O 0.31%

Li₂O 0.51%

Fe₂O₃ 0.44%

TiO₂ 0.46%

SrO 0.6%

아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)은 0.97이고，중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO은 7.27이며，중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)은 1.22이고，중량백분비의 비율C4=La₂O₃/CeO₂는 1.4이다.

실시예5에 의해 측정된 6개의 파라미터:

성형온도 1298℃

액상선온도 1202℃

△T치 96℃

결정화 피이크 온도 1035℃

탄성계수 98.1GPa

기포수량 4개

아래에서는 진일보로 리스트 방식으로, 본 발명 유리섬유 조성물의 상기 실시예 및 기타 실시예와 S유리, 전통적인 R유리 및 개량형 R유리의 성능 파라미터를 비교한다. 그중 유리섬유 조성물의 함량은 중량백분비로 표시한다. 설명이 필요하다면, 실시예의 각 성분의 총 함량은 100%보다 좀 적다는 점이다. 그 잔여량은 미량의 불순물 또는 분석되지 않는 소량의 성분이라고 이해하면 된다.

[표 1]

[표 1B]

[표 1C]

상기 표 중의 구체적인 데이터로부터 알다시피, S유리와 전통R유리에 비해, 본 발명의 유리섬유 조성물은 아래 우세를 가진다. (1) 훨씬 뛰어난 탄성계수를가진다. (2) 훨씬 낮은 액상선온도를 가지는바, 이는 유리의 결정화 위험성을 저하시키고 섬유의 인발효율을 높힘에 유리하다. 훨씬 높은 결정화 피이크온도를 가지는 바, 이는 유리의 결정화 과정중 결정핵의 형성과 생장에 더욱 많은 에너지가 수요됨을 의미하며, 다시말해서, 동등한 조건하에서 본 발명 유리의 결정화속도가 더 느림을 의미한다. (3) 기포수량이 대폭 감소되고, 이는 유리의 청징효과가 더욱 뛰어남을 표명한다.

S유리와 전통R유리는 모두 탱크가마화 생산을 실현할 수 없고, 개량형R유리는 일부분의 성능을 희생시키는 방식으로 액상선온도와 성형온도를 저하시켜, 생산난이도를 낮추어, 탱크가마화 생산을 실현하고 있다. 이와는 달리, 본 발명 조성물은 충분히 낮은 액상선온도와 성형온도를 가질 뿐만 아니라, 탱크가마화 생산을 실현할 수 있으며, 동시에 유리 탄성계수의 대폭 향상을 실현할 수 있어, S급 유리 및 R급 유리섬유의 탄성계수 수준이 생산규모와 동시에 생산규모와 동시에 제고될 수 없었던 기술적인 난제를 해결하였다.

이로 부터 알수 있는 바와 같이, 현재 주류적인 고탄성계수 유리에 비해, 본 발명의 유리섬유 조성물은 탄성계수, 결정화 성능 및 유리 청징도 방면에서 돌파적인 진전을 가져왔고, 동등한 조건하에서 유리의 탄성계수를 대폭 향상시키고, 결정화 위헙성을 대폭 저하시키며, 기포수량을 대폭 감소시킴으로써, 전체 기술수단은 특히 저기포율 고탄성계수 유리섬유의 탱크가마화 생산에 적합하다.

이밖에도 단독으로 산화이트륨을 함유하는 유리섬유 조성물(실시예A11)에 비해, 세가지 희토류 원소를 동시에 함유하는 유리섬유 조성물은 특히 뛰어난 우세를 가진다. (a) 훨씬 높은 결정화온도를 가지는 바, 이는 유리의 결정화 과정중 결정핵의 형성과 생장에 더욱 많은 에너지가 수요됨을 의미하며, 다시말해서, 동등한 조건하에서 본 발명 유리의 결정화속도가 더 느림을 의미한다. 그리고 보다 낮은 액상선온도를 가지는 바, 이는 유리의 결정화 위험성을 저하시키고, 섬유의 인발효율을 제고함에 유리하다. （b）보다 높은 탄성계수를 가진다. （c）기포수량이 대폭 저하되는 바, 이는 유리의 청징효과가 특히 우수함을 의미한다. 예를 들어, 실시예A11비해, A9의 결정화 피이크온도는 14℃ 제고되고, 액상선온도는 12℃ 저하되며, 탄성계수는 2.5GPa제고되고, 기포수량은 75%저하되며, 각항 성능지표의 향상이 아주 현저하여, 예상밖의 기술효과가 얻어진다.

본 발명의 유리섬유 조성물로는 상기 뛰어난 성능을 가지는 유리섬유를 만들 수 있다.

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

마지막으로 설명하고 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.

[산업상 이용가능성]

본 발명 조성물은 충분히 낮은 액상선온도와 보다 낮은 결정화속도를 가질 뿐만 아니라, 탱크가마화 생산을 실현할 수도 있으며, 동시에 유리 탄성계수의 대폭 향상을 실현할 수 있어, S급 유리 및 R급 유리섬유의 탄성계수 수준이 생산규모와 동시에 생산규모와 동시에 제고될 수 없었던 기술적인 난제를 해결하였다. 현재 주류적인 고탄성계수 유리에 비해, 본 발명의 유리섬유 조성물은 탄성계수, 결정화 성능 및 유리 청징 등 방면에서 돌파적인 진전을 가져왔고, 동등한 조건하에서 유리의 탄성계수를 대폭 증가시키고, 결정화 위험이 대폭 저하시키며, 기포수량을 대폭 저하시키으로써, 전체 기술수단은 특히 저기포율 고탄성계수 유리섬유의 탱크가마화 생산에 적합하다.

Claims

아래 성분을 함유하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 55.7-58.9%
Al₂O₃ 15-19.9%
Y₂O₃ 0.1-4.3%
La₂O₃ ≤1.5%
CeO₂≤1.2%
CaO 6-10%
MgO 9.05-9.95%
SrO ≤2%
Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%
Li₂O ≤0.65%
Fe₂O₃ <1%
TiO₂ 0.1-1.5%
와 같이 표시되고,
아울러, La₂O₃+CeO₂의 함량은 중량백분비로 0.1-2%로 표시되고, 중량백분비의 비율 C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.6임을,
특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
삭제
청구항1에 있어서, 중량백분비의 비율C2= SiO₂/CaO의 범위는5.8-9.3임을 특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 중량백분비의 비율C3= MgO/(CaO+SrO)의 범위는 0.9-1.6임을 특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, Y₂O₃의 함량은 중량백분비로 0.5-3.9%로 표시됨을 특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 55.7-58.9%
Al₂O₃ 15-19.9%
Y₂O₃ 0.1-4.3%
La₂O₃ ≤1.5%
CeO₂≤1.2%
CaO 6-10%
MgO 9.05-9.95%
SrO ≤2%
Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%
Li₂O ≤0.65%
Fe₂O₃ <1%
TiO₂ 0.1-1.5%
와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.6이고，중량백분비의 비율C2= SiO₂/CaO의 범위는 5.8-9.3이며，중량백분비의 비율C3= MgO/(CaO+SrO)의 범위는 0.9-1.6임을,
특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
청구항1 또는 6에 있어서, CeO₂의 함량은 중량백분비로 0.05-1%로 표시됨을 특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 55.7-58.9%
Al₂O₃ 15-19.9%
Y₂O₃ 0.1-4.3%
La₂O₃ 0.05-1.2%
CeO₂0.05-1%
La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%
CaO 6-10%
MgO 9.05-9.95%
SrO ≤2%
Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%
Li₂O ≤0.65%
Fe₂O₃ <1%
TiO₂ 0.1-1.5%
와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.6이고，중량백분비의 비율C2= SiO₂/CaO의 범위는 5.8-9.3이며，중량백분비의 비율C3= MgO/(CaO+SrO)의 범위는 0.9-1.6임을,
특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 55.7-58.9%
Al₂O₃ 15-19.9%
Y₂O₃ 0.5-3.9%
La₂O₃ 0.05-1.2%
CeO₂0.05-1%
La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%
CaO 6-10%
MgO 9.05-9.95%
SrO ≤2%
Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.99%
Li₂O ≤0.65%
Fe₂O₃ <1%
TiO₂ 0.1-1%
와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 >0.7이고，중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO의 범위는 6.3-8.5이며，중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)의 범위는 1-1.5임을,
특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 56.5-58.9%
Al₂O₃ 16-19.5%
Y₂O₃ 0.5-3.9%
La₂O₃ 0.05-1.2%
CeO₂0.05-1%
La₂O₃+CeO₂ 0.1-2%
CaO 6.8-9.3%
MgO 9.05-9.95%
SrO ≤2%
Li₂O+Na₂O+K₂O 0.05-0.99%
Li₂O 0.05-0.55%
Fe₂O₃ <1%
TiO₂ 0.1-1%
와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂)의 범위는 0.75-0.97이고，중량백분비의 비율C2=SiO₂/CaO의 범위는 6.3-8.5이며，중량백분비의 비율C3=MgO/(CaO+SrO)의 범위는 1-1.5임을,
특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, Li₂O+Na₂O+K₂O의 함량은 중량백분비로 0.4-0.94%로 표시됨을 특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 중량백분비의 비율 C4=La₂O₃/CeO₂의 범위는 >1임을 특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, Y₂O₃+La₂O₃+CeO₂의 함량은 중량백분비로 1.4-4.2%로 표시됨을 특징으로 하는 고탄성계수 유리섬유 조성물.
청구항1, 청구항3 내지 5, 및 청구항8 내지 13중의 어느 한항에 기재된 유리섬유 조성물로 제작됨을 특징으로 하는 유리섬유.
청구항14에 기재된 유리섬유가 포함됨을 특징으로 하는 복합재료.
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