KR102321888B1 - 저 유전성 유리 조성물, 섬유 및 물품 - Google Patents

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Abstract

전자적 응용 및 물품의 용도에 적합할 수 있는, 저 유전 상수 및 저 손실율을 갖는 유리 조성물 및 유리 섬유가 개시되어 있다. 본 발명의 유리 섬유 및 조성물은 45.0 내지 58.0 중량 퍼센트의 SiO2; 18.0 중량 퍼센트 초과의 B2O3 및 26.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3; 16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 23.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 0.25 내지 12.0 중량 퍼센트의 P2O5; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 5.00 중량 퍼센트 미만의 CaO; 4.50 중량 퍼센트 미만의 MgO; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 5.00 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.80 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및 0.50 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 포함할 수 있다. 추가로, 유리 조성물은 섭씨 1350도 초과의 온도에서 1000 포이즈의 유리 점도를 갖는다.

Description

저 유전성 유리 조성물, 섬유 및 물품
본 발명은 유리 조성물 및 섬유에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 저 유전 상수 및 저 손실율을 갖는 유리 조성물 및 섬유에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 유리 섬유는 바람직하게는 인쇄 회로 기판 적층물을 위한 보강재 등과 같은 전자 관련 장치와 관련하여 사용하기에 적합하다.
현대의 전자 장치는 일반적으로 유리 섬유로 강화된 인쇄 회로 기판을 포함한다. 모바일 또는 고정식 무선 전화, 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 등과 같은 많은 현대의 전자 장치는 높은 처리 속도 및 고주파수 또는 초고주파수에서 작동하는 전자 시스템을 갖는다. 유리가 이러한 고주파수 또는 초고주파 전자기장에 노출되면, 유리는 적어도 일부 에너지를 흡수하고 흡수된 에너지를 열로 변환시킨다. 유리에 의해 열로 변환되는 에너지를 유전 손실 에너지라고 한다. 이러한 유전 손실 에너지는 이하의 수식으로 나타나는 유리 조성물의 "유전 상수" 및 "유전 손실 탄젠트"에 비례하며:
Figure 112019076974917-pct00001
상기 수식에서, "W"는 유리의 유전 손실 에너지이고, "K"는 상수이고, "f"는 주파수이고, "v2"는 전위 구배이고, "ε"는 유전 상수이고, "tanδ"는 유전 손실 탄젠트(dielectric loss tangent)이다. 유전 손실 탄젠트 (tanδ)는 무차원이며, 종종 "손실 인자(loss factor)" 또는 보다 일반적으로 "손실율(dissipation factor)" (Df)라는 동의어로 당해 기술 분야에서 지칭된다. 위의 수식에서 알 수 있듯이, 유전 손실 에너지 "W"는 유리의 유전 상수 및 유전 손실 탄젠트 (손실율, Df)의 증가 및/또는 주파수의 증가에 따라 증가한다.
인쇄 회로 기판을 보강하기 위해 일반적으로 사용되는 두 가지 유형의 유리 섬유는 E-유리 및 D-유리이다. 그러나, E-유리는 실온 및 약 10 GHz의 주파수에서 약 6.1 이상의 범위의(ranging from about 6.1) 비교적 높은 유전 상수, 및 약 38×10-4 이상의 범위의 비교적 높은 손실율을 갖는다. 따라서, E-유리는 비교적 높은 유전 손실을 산출할 수 있기 때문에, E-유리는 보다 높은 전자 밀도 및 보다 높은 처리 속도를 갖는 인쇄 회로 기판에 대한 보강재로서 좋지 않다. 한편, D-유리는 상대적으로 낮은 유전 상수 및 손실율을 갖는다. 그러나, D-유리는 상대적으로 높은 용융 온도, 상대적으로 낮은 가공성, 상대적으로 낮은 기계적 성능 및 상대적으로 낮은 내수성을 갖는다. 또한, D-유리는 에폭시 수지에 부적합하게 부착될 수 있으며, 일반적으로 줄무늬 및 기포 형태의 불완전 상태를 포함한다. 따라서, E-유리 또는 D-유리 중 어떤 것도 고속 인쇄 회로 기판에서 보강 섬유로서 사용하기에 이상적이지 않으며, 약 100 MHz 내지 약 18 MHz의 고주파 또는 초고주파에서 작동하는 회로 기판에 적합하지도 않다.
본 발명은 바람직하게는 고속 및 초고속 전자 장치의 인쇄 회로 기판에 사용하기에 적합한, 낮은 유전 특성을 갖는 유리 조성물 및 섬유를 개시한다. 또한, 본 발명의 유리 조성물 및 섬유는 바람직하게는 E-유리 또는 D-유리와 같은 공지된 유리에 비해 향상된 작업성 및 성능 특성을 갖는다.
개요
바람직하게는 전자적 응용 및 물품에 사용하기에 적합하고 유리 섬유로의 연속 섬유화를 통해 경제적으로 형성될 수 있는 유리 섬유의 형성을 위한 유리 조성물이 제공된다.
본 발명의 일 구현예에서, 유리 조성물이 기재되는데, 이는 45.0 내지 58.0 중량 퍼센트의 SiO2; 18.0 중량 퍼센트 초과의 B2O3 및 26.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3; 16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 23.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 0.25 내지 12.0 중량 퍼센트의 P2O5; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 5.00 중량 퍼센트 미만의 CaO; 4.50 중량 퍼센트 미만의 MgO; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 5.00 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.80 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및 0.50 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 포함한다.
대안적으로, 상기 기술된 유리 조성물은 하기의 것들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 45.5 중량 퍼센트 이상의 SiO2; 57.5 중량 퍼센트 이하의 SiO2; 18.5 중량 퍼센트 이상의 B2O3; 25.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3; 22.50 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 11.0 중량 퍼센트 이하의 P2O5; 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO; 4.25 중량 퍼센트 미만의 MgO; 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.70 중량 퍼센트 이하의 Fe2O3; 및/또는 0.45 중량 퍼센트 이하의 TiO2.
추가적인 대안적 구현예에서, 상기 기술된 유리 조성물은 하기의 것들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 46.0 중량 퍼센트 이상의 SiO2; 57.0 중량 퍼센트 이하의 SiO2; 19.0 중량 퍼센트 이상의 B2O3; 24.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3; 22.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 10.0 중량 퍼센트 이하의 P2O5; 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO; 3.75 중량 퍼센트 미만의 MgO; 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.60 중량 퍼센트 이하의 Fe2O3; 및/또는 0.4 중량 퍼센트 이하의 TiO2.
본 발명의 다른 구현예에서, 유리 조성물이 기재되는데, 이는 45.5 내지 57.5 중량 퍼센트의 SiO2; 18.5 내지 25.0 중량 퍼센트의 B2O3; 16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 22.50 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 0.25 내지 11.0 중량 퍼센트의 P2O5; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO; 4.25 중량 퍼센트 미만의 MgO; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.70 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및 0.45 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 포함한다.
본 발명의 추가적인 대안적 구현예에서, 유리 조성물이 기재되는데, 이는 46.0 내지 57.0 중량 퍼센트의 SiO2; 19.0 내지 24.0 중량 퍼센트의 B2O3; 16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 22.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 0.25 내지 10.0 중량 퍼센트의 P2O5; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO; 3.75 중량 퍼센트 미만의 MgO; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.60 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및 0.40 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 포함한다.
본 발명의 유리 조성물은 1100℃ 초과의 액상선 온도(liquidus temperature)를 가질 수 있다. 대안적인 구현예에서, 유리 조성물은 1150℃ 초과의 액상선 온도를 가질 수 있다. 본 발명의 추가적인 대안적 구현예에서, 유리 조성물은 1200℃ 초과의 액상선 온도를 가질 수 있다. 본 발명의 유리 조성물은 1350℃ 초과의 온도에서 1000 포이즈(poise)의 유리 점도를 가질 수 있다. 대안적으로, 유리 조성물은 1355℃ 초과의 온도에서 1000 포이즈의 유리 점도를 가질 수 있다. 본 발명의 추가적인 대안적 구현예에서, 유리 조성물은 1360℃ 초과의 온도에서 1000 포이즈의 유리 점도를 가질 수 있다.
본 발명은 상기 기술된 유리 조성물들로부터 형성된 유리 섬유를 포함한다. 예를 들면, 본 발명은 45.0 내지 58.0 중량 퍼센트의 SiO2; 18.0 중량 퍼센트 초과의 B2O3 및 26.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3; 16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 23.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 0.25 내지 12.0 중량 퍼센트의 P2O5; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 5.00 중량 퍼센트 미만의 CaO; 4.50 중량 퍼센트 미만의 MgO; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 5.00 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.80 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및 0.50 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 갖는 유리 조성물로부터 형성된 저 유전 상수 유리 섬유를 포함한다.
대안적으로, 상기 기술된 유리 섬유 조성물은 하기의 것들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 45.5 중량 퍼센트 이상의 SiO2; 57.5 중량 퍼센트 이하의 SiO2; 18.5 중량 퍼센트 이상의 B2O3; 25.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3; 22.50 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 11.0 중량 퍼센트 이하의 P2O5; 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO; 4.25 중량 퍼센트 이하의 MgO; 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.70 중량 퍼센트 이하의 Fe2O3; 및/또는 0.45 중량 퍼센트 이하의 TiO2.
본 발명의 추가적인 대안적 구현예에서, 상기 기술된 유리 섬유 조성물은 하기의 것들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 46.0 중량 퍼센트 이상의 SiO2; 57.0 중량 퍼센트 이하의 SiO2; 19.0 중량 퍼센트 이상의 B2O3; 24.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3; 22.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 10.0 중량 퍼센트 이하의 P2O5; 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO; 3.75 중량 퍼센트 미만의 MgO; 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.60 중량 퍼센트 이하의 Fe2O3; 및/또는 0.4 중량 퍼센트 이하의 TiO2.
본 발명의 대안적인 구현예에서, 저 유전 상수 유리 섬유는 45.5 내지 57.5 중량 퍼센트의 SiO2; 18.5 내지 25.0 중량 퍼센트의 B2O3; 16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 22.50 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 0.25 내지 11.0 중량 퍼센트의 P2O5; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO; 4.25 중량 퍼센트 미만의 MgO; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.70 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및 0.45 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 갖는 유리 조성물을 포함한다.
본 발명의 추가적인 대안적 구현예에서, 본 발명은 46.0 내지 57.0 중량 퍼센트의 SiO2; 19.0 내지 24.0 중량 퍼센트의 B2O3; 16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 22.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 0.25 내지 10.0 중량 퍼센트 P2O5; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO; 3.75 중량 퍼센트 미만의 MgO; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.60 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및 0.40 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 갖는 유리 조성물로부터 형성된 저 유전 상수 유리 섬유를 포함한다.
본 발명의 저 유전-상수 유리 섬유는 10 ㎓의 주파수에서 6 이하의 유전 상수를 가질 수 있다. 대안적으로, 유리 섬유는 10 GHz의 주파수에서 4.60 이하의 유전 상수를 가질 수 있다. 추가적인 대안적 구현예에서, 유리 섬유는 10 GHz의 주파수에서 4.55 이하의 유전 상수를 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 유리 섬유는 실온 및 10 GHz의 주파수에서 38×10-4 이하의 손실율을 가질 수 있다. 대안적으로, 유리 섬유는 실온 및 10 GHz의 주파수에서 30×10-4 이하의 손실율을 가질 수 있다. 추가적인 대안적 구현예에서, 본 발명의 유리 섬유의 실온 및 10 GHz의 주파수에서 25×10-4 이하의 손실율을 가질 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 유리 섬유를 혼입한 인쇄 회로 기판과 같은 유리 섬유 보강된 물품을 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 개시된 바와 같은 유리 섬유를 혼입한 제품을 포함하고, 상기 제품은 인쇄 회로 기판, 직포, 부직포, 일방향 직물, 절단 스트랜드, 절단 스트랜드 매트, 복합재 및 통신 신호 전송 매체를 포함한다.
본 발명은 연속적이고 제조 가능한 저 유전성 유리 섬유를 제공하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 본원에 개시된 바와 같은 유리 조성물을 유리 용융기의 용융 구역에 제공하는 단계; 상기 조성물을 액상선 온도 초과의 성형 온도로 가열하는 단계; 및 용융된 유리를 연속 섬유화시켜 저 유전 상수 및 저 손실율 유리 섬유를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 바람직하게 낮은 유전 상수 값 및 낮은 손실율(본원에서 tan δ로도 지칭됨)을 갖는 유리 조성물 및 섬유에 관한 것이다. 본 발명의 유리 섬유는 바람직하게는 모바일 또는 고정식 무선 전화, 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 등과 같은 고속 처리 속도 및/또는 고주파수에서 작동하는 전자 장치 및 시스템과 관련하여 사용하기에 적합하다. 본 발명의 유리 섬유는 바람직하게는 E-유리보다 더 낮은 유전 상수 및 손실율을 산출하지만, D-유리보다 가공 특성이 우수하다. 본 발명의 유리 조성물 및 유리 섬유의 다른 용도 및 이점은, 전자 장치와 관련된 용도 및 인쇄 회로판의 보강 측면에서 주로 설명되지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서도 고려될 수 있다. 본 발명은 또한 유리 섬유 강화된 물품, 유리 섬유를 포함하는 제품, 예컨대 인쇄 회로 기판, 직포, 부직포, 일방향 직물, 절단 스트랜드, 절단 스트랜드 매트, 복합재 및 통신 신호 전달 매체, 및 연속적이고 제조 가능한 저 유전성 유리 섬유를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 조성물은 일반적으로 산화 실리콘 (SiO2), 산화 붕소 (B2O3), 산화 알루미늄 (Al2O3), 산화 칼슘 (CaO), 산화인(P2O5), 산화 마그네슘 (MgO), 산화철 (Fe2O3) 및 산화 티탄 (TiO2)을 포함하는 다음의 산화물 중 하나 이상으로 구성된다. 추가의 산화물은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 하기에서 논의되는 바와 같이 존재할 수 있다. 본 발명의 조성물은 1100℃ 초과의 액상선 온도 및 1350℃ 초과의 온도에서 1000 포이즈의 유리 점도를 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 유리 섬유는 바람직하게는 실온 및 10 GHz의 주파수에서 6 이하의 유전 상수 및/또는 38×10-4 이하의 손실율을 갖는다. 유리하게, 본 유리의 조성은 바람직하기 때문에 T 로그 3 점도 온도와 액상선 온도 (△T3) 사이의 양의 차이가 있으므로, 연속적으로 섬유화할 수 있는 능력을 갖는다.
달리 언급되지 않는 한, 명세서 및 청구의 범위에서 사용된 다음의 용어는 하기의 의미를 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "액상선(liquidus)"은, 일반적으로 액상 유리와 이의 주요 결정상 사이에 평형 상태가 존재하는 온도를 포함하는 통상적이고 통례적인 의미를 가지나, 액상선 초과의 모든 온도에서는 유리 용융물이 1차상 내에 결정을 포함하지 않고, 액상선 미만의 온도에서는 용융물 내에 결정이 형성될 수 있다. 따라서, 액상선 온도는 그 미만의 온도에서 유리를 연속적으로 섬유화할 수 있는 최저 온도 한계를 제공한다.
용어 "섬유화 온도"또는 "T 로그 3 점도 온도"는, 유리가 1000 포이즈와 동일한 점도를 갖는 온도(T log 3로 표시됨)를 의미하는 것으로 이해된다.
본 명세서에서 사용된 "델타-T" [(△T)"라고도 지칭함]는, 일반적으로 섬유화 온도와 액상선 사이의 차이를 포함하여 당해 기술 분야에서 통상적이고 통례적인 의미를 가지며, 따라서 유리 조성물의 섬유화 특성이다. 델타-T가 클수록 유리 섬유의 형성 동안 더 많은 공정 융통성이 존재하며, 용융 및 섬유화 동안 유리 용융물의 실투 (devitrification) (결정화)가 덜 일어날 것이다. 전형적으로, 델타-T가 클수록 부분적으로 부싱 수명을 연장시키고 더 넓은 섬유 형성 공정 창을 제공함으로써 유리 섬유의 생산 비용을 낮춘다.
"섬유"라는 용어는 길이가 긴 몸체를 말하며, 그 길이 치수는 폭과 두께의 횡단 치수보다 크다. 따라서, 용어 섬유는 단섬유(monofilament), 다섬유 (multifilament), 리본, 스트립, 스테이플, 및 규칙적인 또는 불규칙적인 단면을 갖는 초핑된, 절단된 또는 불연속적인 섬유의 다른 형태를 포함한다. 섬유 및 필라멘트는 여기서 상호 교환적으로 사용된다.
용어 "E-유리"는 ASTM D-578에 기술된 의미에 따라 사용된다.
용어 "D-유리"는 본 명세서에 기재된 바와 같은 특성을 갖는 유리 조성물을 지칭한다.
"저 유전 상수(low dielectric constant)"는 E-유리보다 낮은 유전 상수를 갖는 유리 섬유를 의미한다. 예로서, E-유리는 실온에서 10 GHz의 주파수에서 약 6.1의 유전 상수를 갖는다.
"저 손실율(low dissipation factor)"은 E-유리보다 낮은 손실율을 갖는 유리 섬유를 의미한다. 예로서, E-유리는 실온에서 약 10GHz의 주파수에서 약 38×10-4의 손실율을 갖는다.
"저 유전성 유리 섬유(low dielectric glass fiber)"는 본원에서 정의된 바와 같이 낮은 유전 상수 및 낮은 손실율을 갖는 유리 섬유를 의미한다.
바람직하게는 전자 응용 및 제품에 사용하기에 적합하고 유리 섬유로 연속 섬유화를 통해 경제적으로 형성될 수 있는 유리 섬유의 형성을 위한 유리 조성물이 제공된다.
본 발명의 유리 섬유는 일반적으로 45 내지 58 중량%의 이산화규소(SiO2)(또한 실리카로도 지칭됨)를 갖는 조성물을 포함한다. 대안적으로, 이산화규소 함량은 45.5 내지 57.5 중량%일 수 있다. 또한 대안적으로, 이산화규소 함량은 46 내지 57 중량%일 수 있다. 또 다른 추가적인 구현예에서, 이산화규소 함량은 56.75 중량% 미만일 수 있다. 또 다른 추가적인 구현예에서, 이산화규소 함량은 56.50 중량% 미만일 수 있다. 이산화규소 백분율이 이 범위를 벗어나면, 일반적으로 유리의 점도 및 섬유화에 영향을 미친다. 예를 들어, 유리의 점도는 이산화규소가 유리 섬유의 총 조성의 45 중량% 미만인 경우 섬유화 동안 실투 (결정화)가 발생할 정도로 감소할 수 있다. 대조적으로, 이산화규소가 유리 섬유의 총 조성물의 58 중량% 초과인 경우, 유리는 너무 점성이 높아서 용융, 균질화 및 정제하기가 더 어려워질 수 있다. 따라서, 실리카 함량은 바람직하게는 유리의 총 조성의 45 내지 58 중량%이다. 또한, 본 명세서에 기재된 다른 구성 성분과 조합될 때, 45.00 내지 58.00 중량%의 실리카 함량은 전형적으로 바람직한 저 유전 상수 및 낮은 손실율을 갖는 유리 섬유를 생성한다. 본 발명의 유리 섬유 및/또는 유리 조성물의 한 구현예에서, 실리카 함량은 적어도 45.50 중량%이다. 대안적으로, 실리카 함량은 적어도 46.00 중량%이다. 본 발명의 유리 섬유 및/또는 유리 조성물의 다른 구현예에서, 실리카 함량은 57.50 중량% 이하이다. 대안적으로는, 실리카 함량은 57.00 중량% 이하이다. 또한 대안적으로는, 실리카 함량은 56.75 중량% 이하이다. 또 다른 구현예에서, 실리카 함량은 56.50 중량% 이하이다.
본 발명의 유리 섬유는 전형적으로 18 중량% 초과의 산화 붕소 (B2O3) 및 26 중량% 이하의 산화 붕소를 갖는 조성물을 포함한다. 대안적으로, 산화 붕소 함량은 18.5 내지 25 중량%일 수 있다. 또한, 산화붕소의 함량은 19 내지 22 중량%일 수 있다. 26 중량% 초과와 같은 높은 비율의 산화붕소는, 용융시 B2O3의 과도한 손실, 균질성 불량, 낮은 강도 및 불량한 기계적 특성을 유발할 수 있다. 또한, 18 중량% 이하와 같은 낮은 비율의 산화 붕소는 유전 특성을 불충분하게 할 수 있다. 따라서, 산화 붕소 함량은 바람직하게는 유리의 총 조성의 18 중량% 초과 및 26 중량% 이하이다. 또한, 본원에서 설명된 다른 구성 성분과 조합될 때, 18.00 중량% 초과 및 26.00 중량% 이하의 산화 붕소 함량은 전형적으로 바람직한 저 유전 상수 및 낮은 손실율을 갖는 유리 섬유를 생성한다. 본 발명의 유리 섬유 및/또는 유리 조성물의 일 구현예에서, 산화 붕소 함량은 적어도 18.50 중량%이다. 대안적으로, 산화 붕소 함량은 적어도 19.00 중량%이다. 본 발명의 유리 섬유 및/또는 유리 조성물의 또 다른 구현예에서, 산화 붕소 함량은 25.00 중량% 이하이다. 대안적으로, 산화 붕소 함량은 24.00 중량% 이하이다.
본 발명의 유리 섬유는 전형적으로 16 중량% 초과의 산화 알루미늄 (Al2O3) (또한 알루미나로도 지칭됨) 및 23 중량% 이하의 산화 알루미늄을 갖는 조성물을 포함한다. 대안적으로, 산화 알루미늄 함량은 16 중량% 초과 및 22.5 중량% 이하일 수 있다. 또한 대안적으로, 알루미늄 산화물 함량은 16 중량% 초과 및 22 중량% 이하일 수 있다. 유리 섬유의 전체 조성에 대한 산화 알루미늄의 비율은, 또한 점도 및 섬유화 공정에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 23 중량% 초과와 같은 높은 백분율의 산화 알루미늄은 용융 점도를 감소시켜, 섬유화 동안의 실투가 초래될 수 있다. 18 중량% 이하와 같은 낮은 백분율의 산화 알루미늄은, 상분리 및 섬유 형성의 불량을 유발할 수 있다. 따라서, 알루미나 함량은 바람직하게는 유리의 총 조성물의 16 중량% 초과 및 23 중량% 이하이다. 또한, 본 명세서에 기재된 다른 성분과 조합될 때, 16.00 내지 23.00 중량%의 알루미나 함량은 전형적으로 바람직한 저 유전 상수 및 저 손실율을 갖는 유리 섬유를 생성한다. 본 발명의 유리 섬유 및/또는 유리 조성물의 한 구현예에서, 알루미나 함량은 22.50 중량% 이하이다. 대안적으로는, 알루미나 함량은 22.00 중량% 이하이다.
이산화규소, 산화 알루미늄 및 산화 붕소 간의 중량비는, 본 발명의 유리 섬유의 유전 상수 및/또는 손실율에 영향을 줄 수 있다. 유리하게는, 이산화규소 대 산화 알루미늄의 중량비는 약 1.9 내지 약 3.7일 수 있다. 대안적으로, 이산화규소 대 산화 붕소의 중량비는 약 1.7 내지 약 3.3일 수 있다. 또한, 산화 붕소와 산화 알루미늄의 중량비는 약 0.7 내지 약 1.7일 수 있다.
또한, 본 발명의 유리 섬유는 전형적으로 0.25 내지 12 중량%의 산화인 (P2O5) (또한 오산화인이라 칭함)을 갖는 조성물을 포함한다. 대안적으로는, 산화인의 함량은 0.25 내지 11 중량%일 수 있다. 또한 대안적으로, 산화인의 함량은 0.25 내지 10 중량%일 수 있다. 12% 이상과 같은 높은 백분율의 산화인은 상분리 및 섬유 형성의 불량, 뿐만 아니라 내화성 귀금속 합금의 공격을 유발할 수 있다. 또한, 0.25 중량% 미만과 같이 산화인의 배분율이 낮으면 유전 특성이 불량해질 수 있다. 따라서, 산화인의 함량은 바람직하게는 유리의 총 조성물의 0.25 내지 12 중량%이다. 또한, 본 명세서에서 설명된 다른 성분과 조합될 때, 0.25 중량% 초과 및 12.00 중량% 이하의 산화인은 전형적으로 바람직한 저 유전 상수 및 저 손실율을 갖는 유리 섬유를 생성한다. 본 발명의 유리 섬유 및/또는 유리 조성물의 한 구현예에서, 산화인의 함량은 11.00 중량% 이하이다. 대안적으로, 산화인의 함량은 10.00 중량% 이하이다.
본 발명의 유리 섬유 조성물은 또한 산화 칼슘 (CaO) (본원에서 칼시아 (calcia)로 언급됨)을 포함할 수 있다. 본 발명의 유리 섬유는 전형적으로 0.25 중량% 초과의 산화 칼슘 및 5.0 중량% 미만의 산화 칼슘을 갖는 조성물을 포함한다. 대안적으로는, 산화 칼슘 함량은 0.25 중량% 초과 4.5 중량% 미만일 수 있다. 또한 대안적으로, 산화 칼슘 함량은 0.25 중량% 초과 및 4.25 중량% 미만일 수 있다. 또한 대안적으로, 산화 칼슘 함량은 0.25 중량% 초과 및 4.0 중량% 미만일 수 있다. 산화 칼슘의 중량%는 유리 섬유의 점도 및 실투 공정에 영향을 미칠 수 있다. 5.0 중량% 초과 또는 심지어 4 중량% 초과와 같은 높은 백분율의 산화 칼슘은 불충분한 유전 특성을 유발할 수 있다. 또한, 0.25 중량% 이하와 같은 낮은 비율의 산화 칼슘은 섬유 형성의 불량을 초래할 수 있다. 예를 들어, 0.25 중량% 미만의 칼시아는 점도가 너무 높고, 생성되는 유리 균질성은 수용 가능한 연속적인 섬유 형성에 불충분하다. 따라서, 산화 칼슘 함량은 바람직하게는 유리의 총 조성물의 0.25 중량% 초과 5.0 중량% 미만이다. 더욱 바람직하게는, 산화 칼슘 함량은 유리의 총 조성물의 0.25 중량% 초과 및 4.0 중량% 미만이다. 또한, 본원에서 설명된 다른 성분과 조합될 때, 0.25 중량% 초과 및 5.0 중량% 미만의 산화 칼슘 함량은 전형적으로 바람직한 저 유전 상수 및 저 손실율을 갖는 유리 섬유를 생성한다. 본 발명의 유리 섬유 및/또는 유리 조성물의 한 구현예에서, 칼시아 함량은 4.5 중량% 미만이다. 대안적으로, 칼시아 함유량은 4.25 중량% 미만이다. 대안적으로, 칼시아 함유량은 4.00 중량% 미만이다.
본 발명의 유리 섬유 조성물은 또한 산화 마그네슘 (MgO) (본원에서 마그네시아로 언급됨)을 포함할 수 있다. 본 발명의 유리 섬유는 4.5 중량% 미만의 산화 마그네슘을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 대안적으로, 산화 마그네슘 함량은 4.25 중량% 미만일 수 있다. 또한 대안적으로, 산화 마그네슘 함량은 4.0 중량% 미만일 수 있다. 또 다른 추가의 대안적인 구현예에서, 산화 마그네슘 함량은 3.75 중량% 미만일 수 있다. 산화 칼슘과 마찬가지로, 산화 마그네슘의 중량%도 또한 유리 섬유의 점도 및 실투 공정에 영향을 줄 수 있다. 또한, 산화 마그네슘의 백분율이 4.5 중량% 이상, 또는 심지어 4 중량% 이상일 경우, 불충분한 유전 특성을 유발할 수 있다. 따라서, 본원에 기재된 바와 같은 다른 성분과 조합될 때, 4.50 중량% 미만의 산화 마그네슘 함량은 전형적으로 바람직한 저 유전 상수 및 저 손실율을 갖는 유리 섬유를 생성한다. 또한, 적어도 0.01 중량%, 적어도 0.05 중량% 또는 0.1 중량%와 같은 적어도 일부의 산화 마그네슘은 종종 다른 성분 유래의 불순물을 통해 본 발명의 조성물에 존재한다. 따라서, 산화 마그네슘 함량은 바람직하게는 유리의 총 조성물의 4.50 중량% 미만이다.
산화 칼슘 및 산화 마그네슘의 총 중량%는 종종 액상선 온도 및 유리 점도에 영향을 미칠 뿐만 아니라 유리의 유전 특성에도 영향을 준다. 유리하게는, CaO + MgO의 조합된 중량%는 0.25 이상 5.00 미만일 수 있다. 대안적으로, CaO + MgO의 조합된 중량%는 0.25 이상 4.50 미만일 수 있다. 또한 대안적으로, CaO + MgO의 합계 중량%는 0.25 이상 4.25 미만일 수 있다. 또한, 대안적으로, CaO + MgO의 조합된 중량%는 0.25 이상 4.00 미만일 수 있다. 산화 마그네슘 및 산화 칼슘을 조합한 중량%가 5.0 중량% 이상, 또는 심지어 4 중량%만큼 높을 때에도, 유전 특성이 불충분해질 수 있다. 또한, 조합된 산화 칼슘 및 산화 마그네슘이 0.25 중량% 이하와 같은 낮은 비율인 경우, 섬유 형성의 불량을 초래할 수 있다. 예를 들어, 0.25 중량% 미만의 CaO + MgO의 경우, 점도가 너무 높아서 생성되는 유리 균질성이 수용 가능한 연속 섬유 형성에 대해 불충분하다. 따라서, CaO + MgO 함량은 바람직하게는 유리의 총 조성물의 0.25 중량% 초과 및 5 중량% 미만이다. 대안적으로, CaO + MgO 함량은 유리의 총 조성물의 4.5 중량% 미만이다. 또한 대안적으로, CaO + MgO 함량은 유리의 총 조성물의 4.25 중량% 미만이다. 또한, CaO + MgO 함량은 유리의 총 조성물의 4.00 중량% 미만이다.
산화철 (Fe2O3)는 인스턴트 유리 조성물 중에 존재할 수 있다. 일 구현예에서, 산화철의 중량%는 0.80 미만이다. 대안적으로, 산화철의 중량%는 0.70 이하이다. 또한 대안적으로, 산화철의 중량%는 0.60 이하이다. 산화철은 일반적으로 다른 원료와 함께 불순물로 도입된다. 따라서, 산화철은 0.01 중량% 초과로 유리 조성물 중에 존재할 수 있다. 대안적으로, 산화철은 0.05 중량% 초과로 유리 조성물 중에 존재할 수 있다. 또한, 산화철은 0.1 중량% 초과로 유리 조성물 중에 존재할 수 있다.
산화 티탄 (TiO2)가 본 발명의 유리 조성물 및 섬유에 존재할 수 있지만, 필수적인 것은 아니다. 일 구현예에서, 산화 티탄의 중량%는 0.50 미만이다. 대안적으로, 산화 티탄의 중량%는 0.45 이하이다. 또한 대안적으로, 산화 티탄의 중량%는 0.40 이하이다. 0.50 중량% 이상의 산화 티타늄을 갖는 것은, 특히 오산화인과 조합된 경우에, 유리 조성물 및 섬유에서 상 분리 경향의 증가를 초래한다. 산화 티탄은 다른 원료와 함께 불순물로서 도입될 수 있다. 산화 티탄은 전형적으로 점도 감소제로서 작용하며, 의도적으로 첨가되거나 종래의 원료로부터 불순물로서 존재할 수 있다. 따라서, 산화 티타늄은 0.01 중량% 초과로 유리 조성물 중에 존재할 수 있다. 대안적으로, 산화 티타늄은 0.05 중량% 초과로 유리 조성물 중에 존재할 수 있다. 또한 대안적으로, 산화 티타늄은 0.1 중량% 초과로 유리 조성물 중에 존재할 수 있다.
추가의 산화물이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 유리 섬유 및 조성물에 존재할 수 있다. 예를 들어, 망간 산화물 (MN2O3), 산화 지르코늄 (ZrO2), 산화 주석 (SnO2), 산화 나트륨 (NA2O), 산화 칼륨 (K2O), 산화 리튬 (Li2O), 산화 아연 (ZnO), 산화 스트론튬 (SrO), 산화 바륨 (BaO), 산화 크롬 (Cr2O3), 산화 란탄 (La2O3), 산화 바나듐 (V2O3), 및/또는 산화 이트륨 (Y2O3)과 같은 산화물이 존재할 수 있다. 전형적으로, 이들 산화물은 미량의 불순물로서 다른 원료 성분과 함께 존재하며, 따라서 종종 의도적으로 첨가된 성분이 아니다. 바람직하게는, 추가의 산화물은 유리의 기능을 변화시키지 않는 중량%, 예컨대 1 중량% 미만으로 존재한다. 대안적으로, 추가의 산화물은 각각 0.5 중량% 미만으로 존재한다. 또한, 추가의 산화물은 각각 0.1 중량% 미만으로 존재한다. 또한, 이들 추가 산화물의 총 합계는 전체 조성물의 3 중량% 미만인 것이 바람직하다. 대안적으로, 이들 부가적산화인의 총합은 전체 조성물의 2 중량% 미만일 수 있다. 또한 대안적으로, 이들 부가적산화인의 총합은 전체 조성물의 1.5 중량% 미만일 수 있다. 또한 대안적으로, 이들 부가적산화인의 총합은 전체 조성물의 1.0 중량% 미만일 수 있다. 또한, BaO, SrO, ZnO, K2O, Y2O3, La2O3 , 또는 V2O3 양의 혼입으로 인해 증가된 밀도 때문에, 조성물은 바람직하게는 0.5 중량% 미만의 이들 금속 산화물을 포함한다. 보다 바람직하게는, 조성물은 0.1 중량% 미만의 이들 금속 산화물을 함유한다. 보다 더 바람직하게는, 조성물은 0.05 중량% 미만의 이들 금속 산화물을 함유한다. 심각한 영향 때문에 매우 소량의 알칼리 금속 산화물이 유리 조성물 중에 있고, Na2O, K2O, 및 Li2O과 같은 알칼리 금속 산화물의 총 합계는 바람직하게는 조성물의 0.5 중량% 미만이다. 더욱 바람직하게는, 합계량은 조성물의 총 0.25 중량% 미만이다. 보다 더 바람직하게는, 합한 총합은 조성물의 총 0.2 중량% 미만이다.
본 발명의 예시적인 유리 조성물 및 유리 섬유는 본원에 제시되어 있다. 일 구현예에서, 유리 조성물 및/또는 유리 섬유는 45.0 내지 58.0 중량 퍼센트의 SiO2; 18.0 중량 퍼센트 초과의 B2O3 및 26.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3; 16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 23.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 0.25 내지 12.0 중량 퍼센트의 P2O5; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 5.0 중량 퍼센트 미만의 CaO; 4.50 중량 퍼센트 미만의 MgO; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 5.0 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.80 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및 0.50 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 포함한다. 본 발명의 대안적인 유리 조성물 및/또는 유리 섬유는 45.5 내지 57.5 중량 퍼센트의 SiO2; 18.5 내지 25.0 중량 퍼센트의 B2O3; 16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 22.50 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 0.25 내지 11.0 중량 퍼센트의 P2O5; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO; 4.25 중량 퍼센트 미만의 MgO; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.70 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및 0.45 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 추가의 대안적인 유리 조성물 및/또는 유리 섬유는, 이하의 구성요소들을 포함할 수 있다: 46.0 내지 57.0 중량 퍼센트의 SiO2; 19.0 내지 24.0 중량 퍼센트 B2O3; 16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 22.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3; 0.25 내지 10.0 중량 퍼센트의 P2O5; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO; 3.75 중량 퍼센트 미만의 MgO; 0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO; 0.60 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및 0.40 중량 퍼센트 미만의 TiO2.
본 발명의 유리 조성물은 1100℃ 초과의 액상선 온도를 갖는다. 추가의 대안적인 구현예에서, 유리 조성물은 1150℃ 초과의 액상선 온도를 가질 수 있다. 추가의 대안적인 구현예에서, 유리 조성물은 1200℃ 초과의 액상선 온도를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 유리 조성물의 섬유화를 위해서는, 액상선 온도가 1100℃ 초과, 보다 바람직하게는 1150℃ 초과인 것이 유리하다.
또한, 본 발명의 유리 조성물은 1350℃ 초과의 T log 3 점도 온도를 가질 수 있다. 대안적으로, 유리 조성물은 1355℃ 초과의 T log3 점도 온도를 가질 수 있다. 추가의 대안적인 구현예에서, 유리 조성물은 1360℃ 초과의 T log3 점도 온도를 가질 수 있다. 1350℃ 초과의 T log 3 점도를 갖는 것이 본 발명에 따른 유리 조성물의 섬유화에 유리하다.
본 발명의 유리 섬유는 6 이하의 유전 상수를 가질 수 있다. 대안적으로, 유리 섬유는 4.60 이하의 유전 상수를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 섬유는 4.55 이하의 유전 상수를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 유리 섬유의 실온 및 10 GHz의 주파수에서 38×10-4 이하의 손실율을 가질 수 있다. 대안적으로, 유리 섬유는 실온 및 10 GHz의 주파수에서 30×10-4 이하의 손실율을 가질 수 있다. 추가의 대안적인 구현예에서, 본 발명의 유리 섬유의 실온 및 10 GHz의 주파수에서 25×10-4 이하의 손실율을 가질 수 있다.
본 발명의 유리 섬유는 인쇄 회로 기판과 같은 유리 섬유 강화 제품에 혼입될 수 있다. 또한, 본 발명의 유리 섬유는 직포, 부직포, 일방향 직물, 절단 스트랜드, 절단 스트랜드 매트, 복합재 및 통신 신호 전달 매체와 같은 제품과 관련하여 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 연속적이고 제조가능한 저 유전성 유리 섬유를 제공하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 본원에 개시된 바와 같은 유리 조성물을 유리 용융기의 용융 구역에 제공하는 단계; 상기 조성물을 액상선 온도 초과의 성형 온도로 가열하는 단계; 및 용융된 유리를 연속적으로 섬유화시켜 저 유전율 및 저 손실율 유리 섬유를 제조하는 단계에 대한 방법을 포함한다.
전술한 바와 같이, 저 유전 상수 유리 섬유를 제공하기 위한 유리의 조성물은 적어도 부분적으로는 상기 논의된 산화물, 뿐만 아니라 이산화규소, 산화 알루미늄, 산화 붕소, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 산화인, 산화철 및/또는 산화 티탄의 중량%를 기반으로 한다. 하나의 양태에서, 본원에서 논의된 다른 파라미터, 예컨대 Tlog3 점도 온도 이외에 이들 파라미터의 조합은 본원에 기재된 저 유전 상수 및 저 손실율을 갖는 유리 섬유를 얻는 것을 가능해진다.
일반적으로 이 개시 내용을 기술하였으므로, 단지 예시의 목적으로 제공되는 이하에 도시된 특정 구현예를 참조하여 추가의 이해가 이루어질 수 있으며, 달리 명시되지 않는 한 모든 것을 포함하거나 제한하려는 것은 아니다.
실시예
본 발명에 따라 제조된 예시적인 유리 조성물을 하기에 제시한다. 이들 실시예에서 인용된 특정 성분 및 그 양 뿐만 아니라 다른 조건 및 세부 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 이러한 실시예 및 본 설명 전반에 있어서, 모든 백분율, 비율 및 비는 다른 언급이 없는 한 중량 (질량)에 관한 것이다.
본 발명의 예시적인 유리 조성물을 하기 표 1 내지 12에 나타내었다. 예시적인 유리 조성물의 액상선 온도는 "Tliq"로 표시되고, 유리 조성물의 점도가 1000 포이즈인 온도는 "T3" (또한, "T log3" 점도 온도라고도 지칭됨). 액상선 온도 및 예시적인 유리 조성물의 T3 온도는 유리 조성물의 일부에 대해 측정하고 다른 유리 섬유에 대해 계산하였다. 예시적인 조성물을 사용하여 유리 섬유를 형성하고, 유전 상수 및 손실율을 일부 유리 섬유에 대해 측정하고 다른 유리 섬유에 대해 계산하였다. 유전 상수는 "Dk"값으로 표시되고, 손실율은 "Df"값으로 표시된다.
Figure 112019076974917-pct00002
Figure 112019076974917-pct00003
Figure 112019076974917-pct00004
Figure 112019076974917-pct00005
Figure 112019076974917-pct00006
Figure 112019076974917-pct00007
Figure 112019076974917-pct00008
Figure 112019076974917-pct00009
Figure 112019076974917-pct00010
Figure 112019076974917-pct00011
Figure 112019076974917-pct00012
Figure 112019076974917-pct00013
표 1-12에 나타낸 샘플 유리 조성물을 갖는 배치를, 하기 기술된 바와 같이 제조하였다. 유리 합성은 배치 전-처리 (기계 및 열처리), 제1 용융, 물에서의 프리팅(fritting) 또는 분쇄, 제2 용융 및 최종적으로 흑연 주형으로의 유리 붓기를 포함한다.
유리 시료를 ASTM C 829-81에 따라 결정화 전위 (액상선 온도)에 대해 시험 하였다.
T log 3 점도 온도는 ASTM C 965-81을 사용하여 측정되었다.
10 GHz에서의 유전 특성의 측정은, 스플릿 포스트 유전체 공진기 (Split Post Dielectric Resonator) 방법을 사용하여 수행되었으며, SPDR 시험이라고도 불린다.
표 1 내지 12에 도시된 바와 같이, 10 GHz에서 실시예의 유리 조성물은 4.52 미만의 유전 상수 및 24×10-4 이하의 손실율을 갖는다. 구체적으로, 10 GHz에서 유전율은 4.05 내지 4.52이며, 손실율은 11×10-4 내지 24×10-4였다. 따라서, 실시예의 유리 조성물은 E-유리의 유전 특성 미만의 낮은 유전 상수 및 낮은 손실율을 나타냈다.
밀도 및 영률은 표 8의 실시예 80, 표 9의 실시예 81 및 표 10의 실시예 92-95에 대해 측정하였다. 영률은 ASTM C 623-92를 사용하여 측정하였고, 밀도는 ASTM C 693-93에 따라 측정하였다. 이러한 실시예의 영률 및 밀도 측정치는 하기 표 13에 제시되어있다.
Figure 112019076974917-pct00014
상기 실시예에 대해 측정한 영률은, 55.0 내지 59.6 GPa의 범위였고, 상기 실시예에 대해 측정된 밀도는 2.23 내지 2.25 g/cm3의 범위였다.
또한, 실시예의 유리 조성물은 1356℃ 내지 1456℃의 T log3 점도 온도를 나타내며, 이는 D-유리의 통상적인 T log3 점도 온도(약 1400℃)와 유사하다. 1350℃ 초과의 Tlog 3 점도 온도를 갖는 것이 본 발명에 따른 유리 조성물의 섬유화에 바람직하다. 따라서, 본 발명 및 실시예에 따른 유리 조성물은 1350℃ 초과이어야 한다.
또한, 실시예에서 유리 조성물은 1289℃ 내지 1539℃의 액상선 온도를 나타내었다. 본 발명에 따른 유리 조성물의 섬유화를 위해서는, 액상선 온도가 1100℃ 초과, 보다 바람직하게는 1150℃ 초과인 것이 유리하다. 따라서, 본 발명 및 실시예에 따른 유리 조성물은 1100℃ 초과이어야 한다.
본 발명의 유리 섬유는 유전 상수가 낮고 손실율이 낮아서, 인쇄 배선판 용 유리 섬유로서 우수하다. 유리 섬유는 특히 고속 라우팅 시스템에 사용되는 고밀도 회로용 인쇄 배선 기판의 보강에 특히 적합하다. 또한, 본 발명의 섬유의 제조에 사용되는 유리 조성물은 가공성이 우수하다. 따라서, 안정한 저 유전성 유리 섬유를 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 유리 섬유를 함유하는 다양한 기본 재료가 제조될 수 있는데, 직물, 부직포, 일방향 직물, 편물, 절단 스트랜드, 로빙(roving), 필라멘트 권취 제품, 유리 분말, 및 매트를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 이들 기재 및 플라스틱 수지 매트릭스 (예컨대, 열경화성 플라스틱, 복합 열가소성 수지, 시트 성형 화합물, 벌크 성형 화합물 또는 프리프 (prepeg)) 중 적어도 하나로부터 형성된 복합재는 또한 주변 통신 장치용 보강재 등으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 유리 섬유를 포함하는 복합재는 약 300 MHz 내지 약 30 GHz 범위의 주파수에서 레이더 투명성(ladar transparency) 적용에 사용될 수 있다.
개시된 기술된 공정은 저항 가열 또는 다른 수단에 의해 가열되는 부싱의 기저부에 위치한 오리피스로부터 유동하는 용융 유리의 흐름을 기계적으로 감쇠시킴으로써 얻어질 수 있는 유리 섬유에 관한 것이다. 이러한 유리 섬유는 특히 유기 및/또는 무기 매트릭스를 갖는 복합체에 사용되는 메쉬 및 직물의 제조를 위해 의도될 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 상세한 실시예가 본 명세서에 개시된다; 그러나, 개시된 실시예들은 다양하고 대안적인 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 단지 예시임을 이해해야 한다. 따라서, 본원에 개시된 특정 구조 및 기능적 세부 사항은 제한으로서 해석될 것이 아니라 단지 청구 범위의 기초로서 그리고 당업자가 본 발명을 다양하게 사용하도록 교시하는 대표적인 기초로서 해석되어야 한다. 첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 상기 바람직한 실시예 및 실시예의 설명에 많은 변화 및 대체가 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명의 다양한 구현예 및 실시예가 상술되었지만, 이들 설명은 예시 및 설명을 위해 제공된다. 전술한 실시예, 시스템 및 방법으로부터의 변형, 변경, 수정 및 이탈은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 채택될 수 있다.

Claims (33)

  1. 유리 조성물로서,
    45.0 내지 58.0 중량 퍼센트의 SiO2;
    18.0 중량 퍼센트 초과의 B2O3 및 26.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3;
    16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 23.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3;
    0.25 내지 12.0 중량 퍼센트의 P2O5;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 5.00 중량 퍼센트 미만의 CaO;
    4.50 중량 퍼센트 미만의 MgO;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 5.00 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO;
    0.80 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및
    0.50 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 포함하고,
    1350℃ 초과의 온도에서 1000 포이즈(poise)의 유리 점도를 갖는, 유리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유리 조성물은,
    45.5 내지 57.5 중량 퍼센트의 SiO2;
    18.5 내지 25.0 중량 퍼센트의 B2O3;
    16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 22.50 중량 퍼센트 이하의 Al2O3;
    0.25 내지 11.0 중량 퍼센트의 P2O5;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO;
    4.25 중량 퍼센트 미만의 MgO;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO;
    0.70 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및
    0.45 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 추가로 포함하는, 유리 조성물..
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리 조성물은,
    46.0 내지 57.0 중량 퍼센트의 SiO2;
    19.0 내지 24.0 중량 퍼센트의 B2O3;
    16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 22.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3;
    0.25 내지 10.0 중량 퍼센트의 P2O5;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO;
    3.75 중량 퍼센트 미만의 MgO;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO;
    0.60 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및
    0.40 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 추가로 포함하는, 유리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은,
    45.5 중량 퍼센트 이상의 SiO2;
    57.5 중량 퍼센트 이하의 SiO2;
    18.5 중량 퍼센트 이상의 B2O3;
    25.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3;
    22.50 중량 퍼센트 이하의 Al2O3;
    11.0 중량 퍼센트 이하의 P2O5;
    4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO;
    4.25 중량 퍼센트 미만의 MgO;
    4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO;
    0.70 중량 퍼센트 이하의 Fe2O3; 및/또는
    0.45 중량 퍼센트 이하의 TiO2 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 유리 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은,
    46.0 중량 퍼센트 이상의 SiO2;
    57.0 중량 퍼센트 이하의 SiO2;
    19.0 중량 퍼센트 이상의 B2O3;
    24.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3;
    22.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3;
    10.0 중량 퍼센트 이하의 P2O5;
    4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO;
    3.75 중량 퍼센트 미만의 MgO;
    4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO;
    0.60 중량 퍼센트 이하의 Fe2O3; 및/또는
    0.4 중량 퍼센트 이하의 TiO2 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 유리 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 1100℃ 초과의 액상선 온도(liquidus temperature)를 갖는 유리 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 1355℃ 초과의 온도에서 1000 포이즈의 유리 점도를 갖는, 유리 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 1360℃ 초과의 온도에서 1000 포이즈의 유리 점도를 갖는, 유리 조성물.
  9. 연속적이고 제조가능한 유리 섬유를 제공하는 방법으로서,
    제1항의 유리 조성물을 유리 용융기의 용융 구역으로 제공하는 단계;
    상기 조성물을 액상선 온도 초과의 형성 온도로 가열하는 단계; 및
    상기 용융된 유리를 연속적으로 섬유화함으로서, 유리 섬유를 제조하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제1항의 유리 조성물을 포함하는, 유리 섬유.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유리 섬유는 실온 및 10 GHz의 주파수에서 6 이하의 유전 상수, 및/또는 38×10-4 이하의 손실율을 갖는, 유리 섬유.
  12. 제10항의 유리 섬유를 포함하는, 유리 섬유 보강 물품.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 물품은 인쇄 회로 기판인, 유리 섬유 보강 물품.
  14. 유리 조성물로부터 형성된 유리 섬유로서,
    상기 유리 조성물은,
    45.0 내지 58.0 중량 퍼센트의 SiO2;
    18.0 중량 퍼센트 초과의 B2O3 및 26.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3;
    16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 23.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3;
    0.25 내지 12.0 중량 퍼센트의 P2O5;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 5.00 중량 퍼센트 미만의 CaO;
    4.50 중량 퍼센트 미만의 MgO;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 5.00 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO;
    0.80 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및
    0.50 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 포함하고,
    상기 조성물은 1350℃ 초과의 온도에서 1000 포이즈의 유리 점도를 갖는, 유리 섬유.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유리 조성물은,
    45.5 내지 57.5 중량 퍼센트의 SiO2;
    18.5 내지 25.0 중량 퍼센트의 B2O3;
    16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 22.50 중량 퍼센트 이하의 Al2O3;
    0.25 내지 11.0 중량 퍼센트의 P2O5;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO;
    4.25 중량 퍼센트 미만의 MgO;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO;
    0.70 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및
    0.45 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 추가로 포함하는, 유리 섬유.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 유리 조성물은,
    46.0 내지 57.0 중량 퍼센트의 SiO2;
    19.0 내지 24.0 중량 퍼센트의 B2O3;
    16.0 중량 퍼센트 초과의 Al2O3 및 22.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3;
    0.25 내지 10.0 중량 퍼센트의 P2O5;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO 및 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO;
    3.75 중량 퍼센트 미만의 MgO;
    0.25 중량 퍼센트 초과의 CaO+MgO 및 4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO;
    0.60 중량 퍼센트 미만의 Fe2O3; 및
    0.40 중량 퍼센트 미만의 TiO2를 추가로 포함하는, 유리 섬유.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 유리 조성물은,
    45.5 중량 퍼센트 이상의 SiO2;
    57.5 중량 퍼센트 이하의 SiO2;
    18.5 중량 퍼센트 이상의 B2O3;
    25.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3;
    22.50 중량 퍼센트 이하의 Al2O3;
    11.0 중량 퍼센트 이하의 P2O5;
    4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO;
    4.25 중량 퍼센트 미만의 MgO;
    4.5 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO;
    0.70 중량 퍼센트 이하의 Fe2O3; 및/또는
    0.45 중량 퍼센트 이하의 TiO2 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 유리 섬유.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 유리 조성물은,
    46.0 중량 퍼센트 이상의 SiO2;
    57.0 중량 퍼센트 이하의 SiO2;
    19.0 중량 퍼센트 이상의 B2O3;
    24.0 중량 퍼센트 이하의 B2O3;
    22.0 중량 퍼센트 이하의 Al2O3;
    10.0 중량 퍼센트 이하의 P2O5;
    4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO;
    3.75 중량 퍼센트 미만의 MgO;
    4.0 중량 퍼센트 미만의 CaO+MgO;
    0.60 중량 퍼센트 이하의 Fe2O3; 및/또는
    0.4 중량 퍼센트 이하의 TiO2 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 유리 섬유.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 1100℃ 초과의 액상선 온도를 갖는, 유리 섬유.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 1355℃ 초과의 온도에서 1000 포이즈의 유리 점도를 갖는, 유리 섬유.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 유리 조성물은 1360℃ 초과의 온도에서 1000 포이즈의 유리 점도를 갖는, 유리 섬유.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 유리 섬유는 실온 및 10 GHz의 주파수에서 6 이하의 유전 상수, 및/또는 38×10-4 이하의 손실율을 갖는, 유리 섬유.
  23. 제14항의 유리 섬유를 포함하는 제품으로서,
    상기 제품은 인쇄 회로 기판, 직포, 부직포, 일방향 직물, 절단 스트랜드, 절단 스트랜드 매트, 복합재, 및 통신 신호 전송 매체로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 제품.
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