KR102668384B1 - 고성능 섬유유리 조성물 - Google Patents

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Abstract

유리 조성물은 약 55.0 내지 60.4 중량% SiO2, 약 19.0 내지 25.0 중량% Al2O3, 약 8.0 내지 15.0 중량% MgO, 약 7 내지 12.0 중량% CaO, 0.5 중량% 보다 적은 Li2O, 0.0 내지 약 1.0 중량% Na2O, 및 0 내지 약 1.5 중량% TiO2 를 포함하도록 제공된다. 상기 유리 조성물은 약 2,500 ˚F 이하의 섬유화 온도를 갖는다. 유리 섬유들은 본 발명의 조성물로부터 형성된 유리 섬유들은 높은 강성, 및 낮은 중량을 요구하는 적용예들에서 사용될 수 있다. 그러한 적용예들은 윈드 블레이드들 및 우주항공 산업 구조들을 형성하는 데 사용을 위한 직포들을 포함한다.

Description

고성능 섬유유리 조성물
본 출원은 2017 년 12 월 9 일에 제출된 U.S. 가특허 출원 No. 62/607,498 에 우선권 및 임의의 권리를 주장하고, 그 내용은 전체적으로 참조로써 본원에 통합된다.
유리 섬유들은 "유리 배치" 로 공통적인 용어로 칭하는, 원하는 조성물을 산출하도록 특정한 비율들로 조합된 다양한 비가공 재료들로부터 제조된다. 이러한 유리 배치는 용융 장치에서 용융될 수 있고 용융된 유리는 부싱 또는 오리피스 플레이트를 통해 필라멘트들 (결과로서의 필라멘트들은 또한 연속적인 유리 섬유들로서 칭해침) 내로 드로잉된다. 윤활제들, 커플링제들 및 필름-형성 바인더 수지들을 포함하는 사이징 조성물은 그후 필라멘트들에 적용될 수 있다. 상기 사이징이 적용된 후, 섬유들은 하나 이상의 스트랜드들로 모여지고 패키지 내에서 권취되거나 또는, 대안적으로, 섬유들은 습식으로 되면서 잘려지고 수집될 수 있다. 수집된 잘려진 스트랜드들은 그후 건조되고 건식으로 잘려진 섬유들을 형성하도록 경화되거나 또는 그것들은 습식 조건에서 습식으로 잘려진 섬유들로서 패키징될 수 있다.
그로부터 제조된 유리 섬유와 마찬가지로 유리 배치의 조성물은 종종 SiO2, Al2O3, CaO, MgO, B2O3, Na2O, K2O, Fe2O3, TiO2, Li2O 등을 공통적으로 포함하는 그 안에 포함된 산화물들의 관점에서 표현된다. 수많은 타입들의 유리들은 이들 산화물들의 양들을 변화시키거나, 또는 유리 배치에서 산화물들의 일부를 제거함으로써 제조된다. 제조될 수 있는 그러한 유리들의 예들은 R-유리, E-유리, S-유리, A-유리, C-유리, 및 ECR-유리를 포함한다. 유리 조성물은 유리의 형성 및 제품 특성들을 제어한다. 유리 조성물들의 다른 특징들은 비가공 재료 비용 및 환경적 임팩트를 포함한다.
예를 들면, E-유리는 일반적으로 알칼리-없고, 전기 적용예들에서 공통적으로 사용되는 알루미노보로실리케이트 (aluminoborosilicate) 이다. E-유리의 하나의 이점은 그 액상선 온도가 유리 섬유들을 제조하기 위한 작용 온도를 거의 1900℉ 내지 2400℉ (1038℃ 내지 1316℃) 로 되게 하도록 허용한다는 점이다. 인쇄 회로 기판들 및 우주항공 산업 적용예들에서 사용되는 E-유리 섬유 얀들에 대한 ASTM 분류는 52 내지 56 중량% SiO2, 16 내지 25 중량% CaO, 12 내지 16 중량% Al2O3, 5 내지 10 중량% B2O3, 0 내지 5 중량% MgO, 0 내지 2 중량% Na2O 및 K2O, 0 내지 0.8 중량% TiO2, 0.05 내지 0.4 중량% Fe2O3 및 0 내지 1.0 중량% 불소로 된 조성물을 규정한다.
붕소-없는 섬유들은 상표명 ADVANTEX® (Owens Coming, Toledo, Ohio, USA) 으로 팔린다. 전체가 참조로서 본원에 통합된 U.S. 특허 제 5,789,329 호에서 개시된 것과 같은 붕소-없는 섬유들은 붕소-포함 E-유리보다 작용 온도들에서 현저한 개선을 제공한다. 붕소-없는 유리 섬유들은 일반적인 사용 적용예들에서 사용을 위해 E-유리 섬유들에 대한 ASTM 규정 하에 있어야 한다.
R-유리는 E-유리 섬유들보다 더 높은 기계적 강도를 갖는 유리 섬유들을 제조하는 화학적 조성물들을 구비한 규소, 알루미늄, 마그네슘, 및 칼슘의 산화물로 주로 구성된 유리들의 패밀리이다. R-유리는 약 58 내지 약 60 중량% SiO2, 약 23.5 내지 약 25.5 중량% Al2O3, 약 14 내지 약 17 중량% CaO 플러스 MgO, 약 2 중량% 보다 적은 여러가지 성분들을 포함하는 조성물을 갖는다. R-유리는 E-유리보다 더 많은 알루미나 및 실리카를 포함하고 섬유 형성 중에 보다 높은 용융 및 프로세싱 온도들을 요구한다. 전형적으로, R-유리에 대한 용융 및 프로세싱 온도들은 E-유리의 것보다 높다. 프로세싱 온도에서 이러한 증가는 고-비용 백금-라이닝 (lined) 된 용융기의 사용을 요구한다. 뿐만 아니라, R-유리에서 형성 온도까지 액상선 온도의 아주 근접은 유리가 약 1000 포와즈 (poise) 에서 또는 그 근처에서 통상적으로 섬유화되는 E-유리보다 더 낮은 점성으로 섬유화되는 것을 요구한다. 통상적인 1000 포와즈 점성에서 R-유리의 섬유화는 유리 실투를 발생시킬 가능성이 있고, 이는 프로세스를 중단시키고 생산성을 감소시킨다.
고성능 유리 섬유들은 종래의 E-유리 섬유들과 비교하여 보다 높은 강도 및 강성을 갖는다. 특히, 일부 제품들에 대해, 강성은 모델링 및 성능에 대해 중요하다. 예를 들면, 양호한 강성 특성들을 갖는 유리 섬유들로부터 제조된 복합재들, 예를 들면 윈드 블레이드들은 허용가능한 제한들 내에 블레이들의 휨을 유지하면서 전기 생성 윈드 스테이션들에서 보다 긴 윈드 블레이드들을 허용한다.
부가적으로, 높은-성능 유리 조성물들은 원하는 형성 특성들 (예를 들면, 액상선 온도 및 섬유화 온도) 을 유지하면서 바람직한 기계적 및 물리적 특성들 (예를 들면, 비탄성율 및 인장 강도) 을 갖는 것이 바람직하다.
특히, 본 기술 분야에서, 예를 들면 충분히 낮은 섬유화 온도를 갖는 허용 가능한 형성 특성을 구비한 높은-성능 유리 조성물들에 대한 요구가 존재하고, 상기 유리 조성물들은 바람직한 기계적 및 물리적 특성들을 보유한다.
본 발명의 컨셉들의 다양한 예시적인 실시형태들은 전체 조성물의 중량에 기초하여 중량% 로 표현된, 55.0 내지 60.4 중량% 의 양의 SiO2; 19.0 내지 25.0 중량% 의 양의 Al2O3; 7 내지 12.0 중량% 의 양의 CaO; 8.0 내지 15.0 중량% 의 양의 MgO; 0 내지 1.0 중량% 의 양의 Na2O; 0.5 중량% 보다 적은 양의 Li2O; 및 0.0 내지 1.5 중량% 의 양의 TiO2 를 포함하는 유리 조성물에 관한 것이다. Al2O3/MgO 의 중량% 비는 2.0 보다 낮고, 상기 유리 조성물은 2,500 ℉ 이하의 섬유화 온도를 갖는다.
임의의 다양한 실시형태들에서, SiO2, Al2O3, MgO, 및 CaO 의 조합된 양들은 98 중량% 이상 그리고 99.5 중량% 보다 작을 수 있다.
임의의 다양한 실시형태들에서, MgO 및 CaO 의 조합된 양들은 20 중량% 보다 많을 수 있다.
임의의 다양한 실시형태들에서, MgO 및 CaO 의 조합된 양들은 22 중량% 보다 적을 수 있다.
임의의 다양한 실시형태들에서, 유리 조성물에는 본질적으로 B2O3 및 Li2O 의 적어도 하나가 없을 수 있다.
임의의 다양한 실시형태들에서, Fe2O3, TiO2, K2O, 및 Na2O 의 조합된 양들은 1.5 중량% 미만일 수 있다.
본 발명의 컨셉들의 추가의 예시적인 양상들은 55.0 내지 65.0 중량% 의 양의 SiO2; 19.0 내지 25.0 중량% 의 양의 Al2O3; 7 내지 12.0 중량% 의 양의 CaO; 8.0 내지 15.0 중량% 의 양의 MgO; 0 내지 1.0 중량% 의 양의 Na2O; 0.5 중량% 보다 적은 양의 Li2O; 및 0.0 내지 1.5 중량% 의 양의 TiO2 를 포함하는 유리 조성물에 관한 것이다. 다양한 예시적인 실시형태들에서, CaO 및 MgO 의 총 중량 퍼센티지는 20 중량% 보다 크고 Al2O3/MgO 의 중량% 비는 2.0 보다 낮다. 유리 조성물은 2,500 ℉ 이하의 섬유화 온도를 갖는다.
임의의 다양한 실시형태들에서, 조성물은 19.5 내지 21 중량% Al2O3 를 포함한다.
임의의 다양한 실시형태들에서, Al2O3/MgO 의 중량% 비는 1.8 이하이다.
임의의 다양한 실시형태들에서, 유리 조성물에는 본질적으로 B2O3 및 Li2O 의 적어도 하나가 없을 수 있다.
본 발명의 컨셉들의 다른 추가의 예시적인 양상들은 전체 조성물의 중량에 기초하여 중량% 로 표현된, 55.0 내지 60.4 중량% 의 양의 SiO2; 19.0 내지 25.0 중량% 의 양의 Al2O3; 7 내지 12.0 중량% 의 양의 CaO; 8.0 내지 15.0 중량% 의 양의 MgO; 0 내지 1.0 중량% 의 양의 Na2O; 0.5 중량% 보다 적은 양의 Li2O; 및 0.0 내지 1.5 중량% 의 양의 TiO2 를 포함하고, Al2O3/MgO 의 중량% 비는 2.0 보다 낮고, 상기 유리 섬유는 4,800 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 유리 조성물로부터 형성된 유리 섬유에 관한 것이다.
임의의 다양한 실시형태들에서, Al2O3/MgO 의 중량% 비는 1.8 이하이다.
임의의 다양한 실시형태들에서, 유리 섬유는 32.0 MJ/kg 이상의 비탄성율을 갖는다.
본 발명의 컨셉들의 추가의 예시적인 양상들은 본원에 개시된 임의의 예시적인 실시형태들에 따른 용융된 조성물을 제공하는 단계 및 연속적인 유리 섬유를 형성하도록 오리피스를 통해 용융된 조성물을 드로잉하는 단계를 포함하는 연속적인 유리 섬유를 형성하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 컨셉들의 다른 추가의 예시적인 양상들은 전체 조성물의 중량에 기초하여 중량% 로 표현된, 55.0 내지 60.4 중량% 의 양의 SiO2; 19.0 내지 25.0 중량% 의 양의 Al2O3; 7 내지 12.0 중량% 의 양의 CaO; 8.0 내지 15.0 중량% 의 양의 MgO; 0 내지 1.0 중량% 의 양의 Na2O; 0.5 중량% 보다 적은 양의 Li2O; 및 0.0 내지 1.5 중량% 의 양의 TiO2 를 포함하고, Al2O3/MgO 의 중량% 비는 2.0 보다 낮고, 상기 유리 섬유들은 4,800 MPa 이상의 인장 강도들을 갖는 폴리머 메트릭스 및 유리 조성물로부터 형성된 복수의 유리 섬유들을 포함하는 보강된 복합재 제품에 관한 것이다.
본 발명의 다음의 및 다른 목적들, 특징들, 및 이점들은 다음의 상세한 설명을 고려하면 이후에 보다 완전히 이해될 것이다.
다르게 규정되지 않는 한, 본원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 이들 예시적인 실시형태들이 속한 기술 분야의 당업자에게 공통적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원 설명에서 사용된 용어는 단지 예시적인 실시형태들의 설명을 위한 것이고 예시적인 실시형태들을 제한하도록 의도된 것은 아니다. 따라서, 일반적인 본 발명의 컨셉들은 본원에 예시된 특정한 실시형태들에 제한되도록 의도되지 않는다. 본원에 설명된 것과 유사하거나 또는 등가의 다른 방법들 및 재료들이 본 발명의 실시 또는 테스팅에 사용될 수 있지만, 바람직한 방법들 및 재료들은 본원에 설명된다.
명세서 및 첨부된 청구항에서 사용된 바와 같은, 단수 형태는 본문에 명백하게 다르게 나타내지 않는 한 또한 복수 형태들을 포함하도록 의도된다.
다르게 나타내지 않는 한, 명세서 및 청구항들에 사용된 구성요소들의 양, 화학적 및 분자적 특성들, 반응 조건들 등을 나타내는 모든 수치는 용어 "약" 에 의해 모든 경우에 변경되는 바와 같이 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 나타내지 않는 한, 명세서 및 첨부된 청구항들에 개시된 수치적 파라미터들은 본 예시적인 실시형태들에 의해 얻고자 추구하는 원하는 특성들에 따라 변할 수 있는 근차치들이다. 특정한 적어도 각각의 수치적 파라미터는 유효 숫자들 및 통상적인 반올림 근사치들의 수의 견지에서 해석되어야 한다.
예시적인 실시형태들의 넓은 범위를 개시하는 수치적 범위들 및 파라미터들은 근사치임에도 불구하고, 특정한 예들에서 개시된 수치적 값들은 가능한 정확하게 리포트되어야 한다. 그러나 임의의 수치적 값은 필수적으로 그들의 각각의 테스팅 측정들에서 발견된 표준 편차로부터 기인하는 소정의 에러들을 고유하게 포함한다. 이러한 명세서 및 청구항들 전체에 걸쳐 주어진 모든 수치적 범위는 그러한 보다 협소한 수치적 범위들이 본원에 모두 명백하게 기록됨에도 불구하고 그러한 보다 넓은 수치적 범위 내에 있는 모든 보다 협소한 수치적 범위를 포함한다. 또한, 예들에서 리포트된 임의의 수치적 값은 본원에 개시된 보다 넓은 조성 범위의 상한 또는 하한-점을 규정하도록 사용될 수 있다.
본 개시는 본질적으로 리튬이 없으면서, 개선된 인장 강도 및 계수를 갖는 높은-성능의 유리 조성물에 관한 것이다. "본질적으로 리튬이 없는" 이란 리튬이 고의적으로 첨가되지 않고 유리 조성물이 5.0 중량% 이하의 리튬, 4.0 중량%, 3.0 중량%, 2.0 중량%, 1.0 중량%, 0.5 중량%, 및 0.1 중량% 이하의 리튬을 포함한다는 것을 의미한다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 0 내지 1.0 중량% 리튬, 0 내지 0.5 중량%, 및 0 내지 0.05 중량% 리튬을 포함한다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물에는 전체적으로 리튬이 없다.
본원에 개시된 유리 조성물들은 유리 보강 섬유들의 제조에서 폭넓게 사용되는 종래의 상업적으로 사용가능한 내화물-라이닝된 유리 노들에서 용융을 위해 적절하다.
유리 조성물은 용융된 형태로 용융기에서 유리 조성물의 성분들을 용융시킴으로써 얻어질 수 있다. 유리 조성물은 ASTM C965-96(2007) 에 의해 결정된 바와 같은 약 1000 포와즈의 용융물 점성에 상응하는 온도로서 규정된 낮은 섬유화 온도를 나타낸다. 섬유화 온도를 낮추는 것은 유리 섬유들의 제조 비용을 감소시킬 수 있는 데, 왜냐하면 그것은 유리 조성물의 성분들을 용융시키는 데 필수적인 보다 긴 부싱 수명 및 감소된 에너지 사용을 허용하기 때문이다. 따라서, 방출되는 에너지는 많은 상업적으로 사용가능한 유리 제제들을 용융하는 데 필수적인 에너지보다 적다. 그러한 보다 낮은 에너지 요구조건들은 또한 유리 조성물과 연관된 전체 제조 비용들을 보다 낮출 수 있다.
예를 들면, 보다 낮은 섬유화 온도에서, 부싱은 쿨러 온도에서 작동될 수 있고 따라서 전형적으로 보여지는 바와 같은 빠르게 "처지지 (sag)" 않는다. "처짐" 은 연장된 시간 주기 동안에 상승된 온도로 유지되는 부싱이 그 결정된 안정성을 잃는 경우에 발생하는 현상이다. 따라서, 섬유화 온도를 낮춤으로써, 부싱의 처짐 속도는 감소될 수 있고 부싱 수명은 최대화될 수 있다.
일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 2,500 ℉ 보다 낮은 섬유화 온도를 갖고, 2,475 ℉ 이하의, 2470 ℉ 이하의, 2420 ℉ 이하의, 2410 ℉ 이하의, 2405 ℉ 이하의, 2400 ℉ 이하의, 및 2390 ℉ 이하의, 및 2385 ℉ 이하의 섬유화 온도들을 포함한다.
유리 조성물의 또 다른 섬유화 특성은 액상선 온도이다. 액상선 온도는 평형이 액체 유리와 그 1차 결정질 상 사이에 존재하는 가장 높은 온도로서 규정된다. 일부 경우들에서, 액상선 온도는 16 시간 동안 백금-합금 보트 (boat) 에서 온도 구배 (ASTM C829-81(2005)) 로 유리 조성물에 노출시킴으로써 측정될 수 있다. 액상선 온도 초과의 모든 온도에서, 유리는 완전히 용융되고, 즉 그것에는 결정들이 존재하지 않는다. 액상선 온도 미만의 온도들에서, 결정들이 형성된다.
일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 2,500 ℉ 미만의 액상선 온도를 갖고, 2,400 ℉ 이하의, 2,375 ℉ 이하의, 2,350 ℉ 이하의, 2,325 ℉ 이하의, 2,305 ℉ 이하의, 2,300 ℉ 이하의, 2,290 ℉ 이하의, 2,250 ℉ 이하의, 2,225 ℉ 이하의, 및 2,215 ℉ 이하의 액상선 온도를 포함한다.
제 3 섬유화 특성은 섬유화 온도와 액상선 온도 사이의 차이로서 규정된 "ΔT" 이다. ΔT 가 너무 작다면, 용융된 유리는 섬유화 장치 내에서 결정화되고 제조 프로세스에서 파단을 발생시킬 수 있다. 바람직하게, ΔT 는 주어진 형성 점성을 위해 가능한 한 큰 데, 왜냐하면 그것은 섬유화 중에 보다 큰 정도의 가요성을 제공하고 유리 분배 시스템 및 섬유화 장치 양쪽에서 실투를 회피하는 데 도움을 주기 때문이다. 큰 ΔT 는 보다 긴 부싱 수명 및 보다 덜 민감한 형성 프로세스를 허용함으로써 유리 섬유들의 제조 비용을 부가적으로 감소시킨다.
일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 80 ℉ 이상의 ΔT 를 갖고, 100 ℉ 이상의, 110 ℉ 이상의, 120 ℉ 이상의, 135 ℉ 이상의, 150 ℉ 이상의, 및 170 ℉ 이상의 ΔT 를 갖는다. 다양한 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 100 ℉ 내지 250 ℉ 의 ΔT 를 갖고, 120 ℉ 내지 200 ℉, 및 150 ℉ 내지 190 ℉ 를 포함하는 ΔT 를 갖는다.
부가적인 유리 섬유화 특성은 유리 점성이 1013 포와즈로 강하하는 온도인 어닐링 온도이다. 유리 어닐링은 유리 섬유들의 신속한 냉각 중에 발생하는 내부 스트레스를 경감하도록 유리를 느리게 냉각하는 제어된 프로세스이다. 어닐링 온도 초과의 온도에서, 필라멘트들은 다양한 접촉 지점들에서 "소결" 및 융화하기 시작한다. 주제물인 유리 조성물의 이점들 중 하나는 섬유들이 머플러 충전과 같이 높은 온도 적용에서 사용되도록 허용하는 높은 어닐링 온도 (750 ℃ 이상) 이다. 대조적으로, E-유리 섬유들은 680 내지 690 ℃ 사이의 어닐링 온도를 갖고, 붕소-없는 E-유리 섬유들을 갖는 일반적으로 약 720 ℃ 이하의 어닐링 온도들을 갖는다.
유리 조성물은 약 55.0 내지 약 65.0 중량% SiO2, 약 17.0 내지 약 27.0 중량% Al2O3, 약 8.0 내지 약 15.0 중량% MgO, 약 7.0 내지 약 12.0 중량% CaO, 약 0.0 내지 약 1.0 중량% Na2O, 0 내지 약 2.0 중량% TiO2, 0 내지 약 2.0 중량% Fe2O3, 및 0.5 중량% 이하의 Li2O 를 포함할 수 있다. 유리하게, 알루미나 산화물 및 마그네슘 산화물 (Al2O3/MgO) 의 중량 퍼센트의 비는 2.0 이하이고, 예를 들면 1.9 이하이고, 1.8 이하이다. 부가적으로, 마그네슘 산화물 대 칼슘 산화물 (MgO/CaO) 의 중량 퍼센트의 비는 유리하게 1.2 이상이다.
일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 약 57.0 내지 약 62.0 중량% SiO2, 약 19.0 내지 약 25.0 중량% Al2O3, 약 10.5 내지 약 14.0 중량% MgO, 약 7.5 내지 약 10.0 중량% CaO, 약 0.0 내지 약 0.5 중량% Na2O, 0.2 내지 약 1.5 중량% TiO2, 0 내지 약 1.0 중량% Fe2O3, 및 0.1 중량% 이하의 Li2O 를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 2 보다 적은 Al2O3/MgO 비 및 1.25 이상의 MgO/CaO 비를 포함한다.
일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 약 57.5 내지 약 60.0 중량% SiO2, 약 19.5 내지 약 21.0 중량% Al2O3, 약 11.0 내지 약 13.0 중량% MgO, 약 8.0 내지 약 9.5 중량% CaO, 약 0.02 내지 약 0.25 중량% Na2O, 0.5 내지 약 1.2 중량% TiO2, 0 내지 약 0.5 중량% Fe2O3, 및 0.05 중량% 이하의 Li2O 을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 1.8 이하의 Al2O3/MgO 비 및 1.25 이상의 MgO/CaO 비를 포함한다.
유리 조성물은 55 중량% 이상, 그러나 65 중량% 이하의 SiO2 를 포함한다. 65 중량% 보다 많은 SiO2 를 포함하는 것은 유리 조성물의 점성을 바람직하지 못한 레벨로 증가시키게 한다. 또한, 55 중량% 보다 적은 SiO2 를 포함하는 것은 액상선 온도 및 결정질화 경향을 증가시킨다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 57 중량% 이상의 SiO2, 57.5 중량% 이상의, 58 중량% 이상의, 58.5 중량% 이상의, 및 59 중량% 이상의 SiO2 를 포함한다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 60.5 중량% 이하의 SiO2, 60.3 중량% 이하의, 60.2 중량% 이하의, 60 중량% 이하의, 59.8 중량% 이하의, 및 59.5 중량% 이하의 SiO2 를 포함한다.
원하는 기계적 및 섬유화 특성들 양쪽을 달성하도록, 유리 조성물의 하나의 중요한 양태는 19.0 중량% 이상의 그리고 27 중량% 이하의 Al2O3 농도를 갖는 것이다. 27 중량% 보다 많은 Al2O3 를 포함하는 것은 유리 액상선을 섬유화 온도 초과의 레벨로 증가시키고, 이는 음의 ΔT 를 발생시킨다. 19 중량% 보다 적은 Al2O3 를 포함하는 것 바람직하지 못한 낮은 계수를 갖는 유리 섬유를 형성한다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 19.5 중량% 이상의 Al2O3, 19.7 중량% 이상의, 20 중량% 이상의, 20.25 중량% 이상의, 및 20.5 중량% 이상의 Al2O 를 포함한다.
유리 조성물은 유리하게 8.0 중량% 이상의 그리고 15 중량% 이하의 MgO 를 포함한다. 15 중량% 보다 많은 MgO 를 포함하는 것은 액상선 온도를 증가시키고, 이는 또한 유리의 결정질화 경향을 증가시킨다. 8.0 중량% 보다 적게 포함하는 것은 CaO 에 의해 치환된다면 바람직하지 못한 낮은 계수를 갖는 그리고 SiO2 로 치환된다면 점성에서 바람직하지 못한 증가를 갖는 유리 섬유를 형성한다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 9.5 중량% 이상의 MgO, 10 중량% 이상의, 10.5 중량% 이상의, 11 중량% 이상의, 11.10 중량% 이상의, 11.25 중량% 이상의, 12.5 중량% 이상의, 및 13 중량% 이상의 MgO 를 포함한다.
원하는 기계적 및 섬유화 특성들을 달성하는 것을 가능하게 하는 주제물 유리 조성물의 또 다른 중요한 양상은 2.0 이하의 Al2O3/MgO 비를 갖는 것이다. 그렇지 않다면 유사한 조성 범위들을 갖지만 2.0 보다 큰 Al2O3/MgO 비들을 갖는 조성물들을 구비한 유리 섬유들이 4,800 MPa 이상의 인장 강도들을 달성하는 것은 불가능하다는 것이 발견되었다. 소정의 예시적인 양상들에서, 19 중량% 이상의 Al2O3 농도 및 2 이하의, 예를 들면 1.9 이하의, 및 1.85 이하의 Al2O3/MgO 비의 조합은 원하는 섬유화 특성들 및 4,800 MPa 이상의 인장 강도들을 갖는 유리 섬유들을 얻는 것을 가능하게 한다.
유리 조성물은 유리하게 7.0 중량% 이상의 그리고 12 중량% 이하의 CaO 를 포함한다. 12 중량% 보다 많은 CaO 를 포함하는 것은 낮은 탄성 계수를 갖는 유리를 형성한다. 7 중량% 보다 낮게 포함하는 것은 CaO 가 어떻게 치환되는 지에 따라 액상선 온도 또는 점성을 바람직하지 못하게 증가시킨다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 8.0 중량% 이상의, 8.3 중량% 이상의, 8.5 중량% 이상의, 8.7 중량% 이상의, 및 9.0 중량% 이상의 CaO 를 포함한다.
일부 예시적인 실시형태들에서, SiO2, Al2O3, MgO, 및 CaO 의 조합된 양들은 98 중량% 이상, 또는 99 중량% 이상, 그리고 99.5 중량% 이하이다. 일부 예시적인 실시형태들에서, SiO2, Al2O3, MgO, 및 CaO 의 조합된 양들 98.3 중량% 내지 99.5 중량% 이고, 98.5 중량% 내지 99.4 중량% 및 98.7 중량% 내지 99.3 중량% 이다.
일부 예시적인 실시형태들에서, MgO 및 CaO 의 총 농도는 10 중량% 이상의 그리고 22 중량% 이하이고, 13 중량% 내지 21.8 중량% 및 14 중량% 내지 21.5 중량% 이다. 일부 예시적인 실시형태들에서, MgO 및 CaO 의 총 농도는 20 중량% 이상이다.
유리 조성물은 최대 약 2.0 중량% TiO2 를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 1.0 중량% TiO2, 약 0.1 중량% 내지 약 0.8 중량% 및 약 0.2 내지 약 0.7 중량% TiO2 을 포함한다.
유리 조성물은 최대 약 2.0 중량% Fe2O3 을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 1.0 중량% Fe2O3, 약 0.05 중량% 내지 약 0.6 중량% 및 약 0.1 내지 약 0.5 중량% Fe2O3 를 포함한다.
일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 2.0 중량% 보다 적은 알칼리 금속 산화물들 Na2O 및 K2O, 0 내지 1.5 중량% 의 알칼리 금속 산화물들 Na2O 및 K2O 을 포함한다. 유리 조성물은 유리하게 각각의 산화물의 0.01 중량% 보다 많은 양으로 Na2O 및 K2O 양쪽을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 약 0 내지 약 1 중량% Na2O, 약 0.01 내지 약 0.5 중량%, 약 0.03 내지 약 0.3 중량%, 및 0.04 내지 약 0.1 중량% Na2O 를 포함한다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 조성물은 약 0 내지 약 1 중량% K2O, 약 0.01 내지 약 0.5 중량%, 약 0.03 내지 약 0.3 중량%, 및 0.04 내지 약 0.1 중량% K2O 를 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같은, 용어들 "중량 퍼센트," " 중량%," "wt.%," 및 "중량 당 퍼센트" 상호교환 가능하며 총 조성물에 기초하여 중량 퍼센트 (또는 중량 당 퍼센트) 를 나타낸다는 것을 의미한다.
본 발명의 유리 조성물들에는 B2O3, Li2O, 및 불소가 없거나 또는 실질적으로 거의 없지만, 각각, 또는 임의로 섬유화 및 완성된 유리 특성들을 조정하도록 적은 양으로 첨가되며 몇 퍼센트 미만으로 유지된다면 특성들에 해로운 영향을 주지않는다. 본원에서 사용된 바와 같이, B2O3, Li2O, 및 불소가 실질적으로 없다는 것은 존재하는 B2O3, Li2O, 및 불소의 양들의 합이 조성물의 1.0 중량% 보다 작다는 것을 의미한다. 존재하는 B2O3, Li2O, 및 불소의 양들의 합은 조성물의 약 0.5 중량% 보다 작고, 약 0.2 중량% 보다 작고, 약 0.1 중량% 보다 작고, 약 0.05 중량% 보다 작을 수 있다.
유리 조성물들은 유리들 또는 섬유들에 해로운 영향을 주지 않고 불순물들 및/또는 미량 재료들을 추가로 포함할 수 있다. 이들 불순물들은 비가공 재료 불순물들로서 유리에 진입될 수 있거나 또는 노 성분들과 용융된 유리의 화학적 반응에 의해 형성된 제품일 수 있다. 미량 재료들의 비제한적인 예들은 아연, 스트론튬, 바륨, 및 그 조합들을 포함한다. 미량 재료들은 산화물 형태들로 존재할 수 있고 불소 및/또는 염소를 추가로 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 본 발명의 유리 조성물들은 1.0 중량% 보다 적은, 0.5 중량% 보다 적은, 0.2 중량% 보다 적은, 0.1 중량% 보다 적은 각각의 BaO, SrO, ZnO, ZrO2, P2O5, 및 SO3 를 포함한다. 특히, 유리 조성물은 약 5.0 중량% 보다 적은 조합된 BaO, SrO, ZnO, ZrO2, P2O5, 및/또는 SO3 를 포함할 수 있고, 각각의 BaO, SrO, ZnO, ZrO2, P2O5, 및 SO3 은 존재한다면, 1.0 중량% 보다 적은 양으로 존재한다.
상기 설명된 바와 같이, 본 발명의 유리 조성물들은 예상외로 보다 우수한 탄성 (Young’s) 계수 및 인장 강도를 제공하면서 낮은 섬유화 온도 및 큰 ΔT 를 나타낸다.
섬유 인장 강도는 또한 "강도" 로서 간단히 여기서 칭해진다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 인장 강도는 ASTM D2343-09 에 따른 Instron 인장 테스팅 장치를 사용하여 프리스틴 섬유들 (즉, 사이징되지 않고 본래 그대로의 실험실에서 제조된 섬유들) 에서 측정되었다. 상기 설명된 본 발명의 유리 조성물로부터 형성된 예시적인 유리 섬유들은 3,500 MPa 이상의 섬유 인장 강도, 4,000 MPa 이상의, 4,500 MPa 이상의, 4,800 MPa 이상의, 4,900 MPa 이상의, 4,950 MPa 이상의, 5,000 MPa 이상의, 5,100 MPa 이상의, 5,150 MPa 이상의, 및 5,200 MPa 이상의 섬유 인장 강도를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 상기 설명된 조성물로부터 형성된 유리 섬유들은 약 3500 내지 약 5500 MPa 의 섬유 인장 강도, 약 4000 MPa 내지 약 5,300 MPa, 약 4,600 내지 약 5,250 MPa 의 섬유 인장 강도를 포함한다. 유리하게, 본원에 개시된 조성 파라미터들의 조합은 4,800 MPa 이상의 인장 강도를 갖고, 4,900 MPa 이상의, 및 5,000 MPa 이상의 인장 강도들을 포함하는 유리 섬유들을 제조하는 것을 가능하게 하고, 이는 유리 조성물이 원하는 섬유화 특성들을 갖게 하고 종래 기술 분야에서 아직 달성되지 못한 것이다.
유리 섬유의 탄성 계수는 "Glass Fiber and Measuring Facilities at the U.S. Naval Ordnance Laboratory", Report Number NOLTR 65-87, June 23, 1965 의 리포트에서 강조된 음속 측정 절차에 따라 측정된 다섯개의 단일 유리 섬유들에서 평균 측정들을 취함으로써 결정된다.
본 발명의 유리 조성물로부터 형성된 예시적인 유리 섬유들은 약 85 GPa 이상의 영률을 갖고, 약 88 GPa 이상의, 약 88.5 GPa 이상의, 약 89 GPa 이상의, 및 약 89.5 GPa 이상의 영률을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 본 발명의 유리 조성물로부터 형성된 예시적인 유리 섬유들은 약 85 GPa 내지 약 95 GPa 의 영률을 갖고, 약 87 GPa 내지 약 92 GPa, 약 88 GPa 내지 약 91 GPa 의 영률을 포함한다.
계수는 그후 비탄성율을 결정하는 데 사용될 수 있다. 최종 품목에 강성을 부가하는 경량 복합재 재료를 달성하도록 가능한 높은 비탄성율을 갖는 것이 바람직하다. 비탄성율은 제품의 강성이 윈드 에너지 및 우주항공 산업 적용예들에서와 같이 중요한 파라미터인 적용예에서 중요하다. 본원에서 사용된 바와 같이, 비탄성율은 다음의 등식에 의해 연산된다:
비탄성율 (MJ/kg) = 계수 (GPa)/밀도(kg/입방미터)
본 발명의 유리 조성물로부터 형성된 예시적인 유리 섬유들은 약 32.0 MJ/kg 내지 약 37.0 MJ/kg 의 비탄성율을 갖고, 약 33 MJ/kg 내지 약 36 MJ/kg, 및 약 33.5 MJ/kg 내지 약 35.5 MJ/kg 의 비탄성율을 포함할 수 있다.
밀도는 어닐링되지 않은 벌크 유리에서 Archimedes 방법 (ASTM C693-93(2008)) 과 같은 종래 기술 분야에서 공지되고 공통적으로 허용된 임의의 방법에 의해 측정될 수 있다. 유리 섬유들은 약 2.0 내지 약 3.0 g/cc 의 밀도를 갖는다. 다른 예시적인 실시형태들에서, 유리 섬유들은 약 2.3 내지 약 2.8 g/cc 의 밀도를 갖고, 약 2.4 내지 약 2.7 g/cc, 및 약 2.5 내지 약 2.65 g/cc 의 밀도를 포함한다.
일부 예시적인 실시형태들에서, 본 발명의 유리 조성물로부터 형성된 유리 섬유들은 개선된 내부식성을 갖는다.
일부 예시적인 실시형태들에 따르면, 방법은 상기 설명된 유리 조성물로부터 유리 섬유들을 제공하기 위해 제공된다. 유리 섬유들은 종래 기술 분야에서 공지되고 종래에 사용된 임의의 수단에 의해 형성될 수 있다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 섬유들은 최종 조성물의 원하는 중량 퍼센티지를 부여하도록 비가공 구성성분을 얻고 적절한 양들로 구성성분들을 혼합함으로써 형성된다. 방법은 용융된 형태로 본 발명의 유리 조성물을 제공하는 단계 및 유리 섬유를 형성하도록 부싱에서 오리피스들을 통해 용융된 조성물을 드로잉하는 단계를 추가로 포함한다.
유리 조성물의 성분들은 SiO2 를 위한 모래 또는 엽랍석, CaO 를 위한 석회암, 생석회, 규회석, 또는 백운석, Al2O3 를 위한 고령토, 알루미나 또는 엽랍석, MgO 를 위한 백운석, 백운석 생석회, 수활석, 완화휘석, 활석, 버닝된 마그네사이트, 또는 마그네사이트, 및 Na2O 를 위한 탄산 나트륨, 나트륨 장석 또는 황산 나트륨을 포함하는 적절한 구성성분들 또는 비가공 재료들로부터 얻어질 수 있지만 그것들에 제한되지 않는다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 컬렛이 하나 이상의 요구된 산화물들을 공급하는 데 사용될 수 있다.
혼합된 배치는 그후 노 또는 용융기에서 용융될 수 있고 그결과로 인한 용융된 유리는 전로를 따라 통과되고 개별적인 유리 필라멘트들을 형성하도록 전로의 바닥에 위치된 부싱의 오리피스들을 통해 드로잉된다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 노 또는 용융기는 종래의 내화물 용융기이다. 내화물 블록들로 형성된 내화물 탱크를 사용함으로써, 본 발명의 조성물에 의해 제조된 유리 섬유들의 제품과 연관된 제조 비용들은 감소될 수 있다. 일부 예시적인 실시형태들에서, 부싱은 백금 합금-계 부싱이다. 유리 섬유들의 스트랜드들은 그후 함께 개별적인 필라멘트들을 모음으로써 형성될 수 있다. 섬유 스트랜드들은 의도된 적용예에 대해 종래의 방식으로 권취되고 추가로 프로세싱될 수 있다.
용융기, 전로, 및 부싱에서 유리의 작용 온도들은 유리의 점성을 적절히 조정하도록 선택될 수 있고, 제어 디바이스들과 같은 적절한 방법들을 사용하여 유지될 수 있다. 용융기의 전방 단부에서의 온도는 실투를 감소시키거나 또는 제거하도록 자동적으로 제어될 수 있다. 용융된 유리는 유리 섬유들을 형성하도록 부싱의 바닥 또는 팁 플레이트에서 구멍들 또는 오리피스들을 통해 당겨질 (드로잉) 수 있다. 일부 예시적인 실시형태들에 따르면, 부싱 오리피스들을 통해 유동하는 용융된 유리의 스트림들은 와인딩 기계의 회전하는 콜릿에 장착된 형성 튜브에서 복수의 개별적인 필라멘트들로 형성된 스트랜드를 권취함으로써 필라멘트들을 가늘게 하거나 또는 조정된 속도로 잘려진다. 본 발명의 유리 섬유들은 본원에 설명된 임의의 방법들, 또는 유리 섬유들을 형성하기 위한 임의의 공지된 방법에 의해 얻어질 수 있다.
섬유들은 의도된 적용예에 대해 적절한 종래의 방식으로 추가로 프로세싱될 수 있다. 예를 들면, 일부 예시적인 실시형태들에서, 유리 섬유들은 본 기술 분야의 당업자에 공지된 사이징 조성물로 사이징된다. 사이징 조성물은 제한되지 않으며, 유리 섬유들에 대한 적용을 위해 적절한 임의의 사이징 조성물일 수 있다. 사이징된 섬유들은 제품의 목적이 높은 강도 및 강성 및 낮은 중량을 요구하는 기재들, 예를 들면 다양한 플라스틱들을 보강하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 적용예들은 윈드 블레이드들; 인프라구조들, 예를 들면 보강 콘크리드, 브릿지들 등; 및 우주항공 산업 구조들을 형성할 때에 사용을 위한 직물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
이와 관련하여, 본 발명의 일부 예시적인 실시형태들은 경화 가능한 메트릭스 재료와 조합하여 상기 설명된 바와 같은 본 발명의 유리 섬유들을 통합하는 복합재 재료를 포함한다. 이는 또한 보강된 복합재 제품으로서 본원에서 칭해질 수 있다. 메트릭스 재료는 본 기술 분야의 당업자에게 공지된 임의의 적절한, 열가소성 수지들, 예를 들면 폴리에스테르들, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리부틸렌, 및 열경화성 수지들, 예를 들면 에폭시 수지들, 불포화된 폴리에스테르들, 페놀수지들, 비닐에스테르들, 및 엘라스토머들일 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 이들 수지들은 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 보강된 복합재 제품은 윈드 블레이드, 콘크리트 보강용 강철봉 (rebar), 파이프, 필라멘트 와인딩, 머플러 필링, 흡음재 등에 대해 사용될 수 있다.
추가로 예시적인 실시형태들에 따르면, 본 발명은 상기 설명된 바와 같이 복합재 제품을 제조하는 방법을 제공한다. 방법은 복수의 유리 섬유들과 적어도 하나의 폴리머 메트릭스를 조합하는 단계를 포함할 수 있다. 양쪽 폴리머 메트릭스 재료 및 유리 섬유들은 상기 설명된 바와 같을 수 있다.
예들
본 발명에 따른 예시적인 유리 조성물들은 아래의 표 1-표 4 에 개시된 산화물 중량 퍼센티지를 갖는 최종 유리 조성물을 달성하도록 비율화된 양들로 배치 성분들을 혼합함으로써 제조되었다.
비가공 재료들은 3 시간 동안 1,650 ℃ 의 온도에소 전기 가열 노에서의 백금 도가니에서 용융되었다.
섬유화 온도는 그 내용이 본원에 참조로서 통합된 "Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point" 로 명명된 ASTM C965-96(2007) 에서 설명된 바와 같은 회전 실린더 방법을 사용하여 측정되었다. 액상선 온도는 그 내용이 본원에 참조로서 통합된 "Standard Practices for Measurement of Liquidus Temperature of Glass" 로 명명된 ASTM C829-81(2005) 에서 규정된 바와 같이 16 시간 동안 백금-합금 보트에서 온도 구배로 유리를 노출시킴으로써 측정되었다. 밀도는 그 내용이 본원에 참조로서 통합된 "Standard Test Method for Density of Glass Buoyancy" 로 명명된 ASTM C693-93(2008) 에서 상세하게 설명된 바와 같은 Archimedes 방법에 의해 측정되었다.
비탄성율은 kg/m3 의 단위의 밀도에 의해 GPa 의 단위로 측정된 계수를 분할함으로써 연산되었다.
강도는 그 내용이 본원에 참조로서 통합된 "Standard Test Method for Tensile Properties of Glass Fiber Strands, Yarns, and Rovings Used in Reinforced Plastics" 로 명명된 ASTM D2343-09 에 따라 Instron 인장 테스팅 장치를 사용하여 프리스틴 섬유들에서 측정되었다.
[표 1]
Figure 112020072577442-pct00001
표 1 에서 상기 유리 조성물들 (비교예 1-5) 은 유럽 출원 10860973.6 로부터 재현된 비교 예들이다. 이들 비교예들이 19.0 중량% 초과의 Al2O3 농도들을 포함하지만, 조성물들은 2 초과의 Al2O3/MgO 비들을 포함하고, 이는 본원에 개시된 본 발명의 유리 조성물들로부터 형성된 유리 섬유들에 의해 달성된 4,800 MPa 의 최소 인장 강도보다 훨씬 더 작은 인장 강도들을 발생시킨다.
[표 2]
Figure 112020072577442-pct00002
[표 3]
Figure 112020072577442-pct00003
[표 4]
Figure 112020072577442-pct00004
표 2 내지 표 4 는 2.0 이하의 Al2O3/MgO 비를 갖는, 55.0 내지 65.0 중량% SiO2, 19.0 내지 27.0 중량% Al2O3, 8.0 내지 15.0 중량% MgO, 7.0 내지 12.0 중량% CaO, 0.0 내지 1.0 중량% Na2O, 0 내지 2.0 중량% TiO2, 0 내지 2.0 중량% Fe2O3, 및 0.5 중량% 이하의 Li2O 를 포함하는 조성물들로부터 형성된 유리 섬유들에 의해 달성된 인장 강도에서 예상치못한 증가를 예시한다. 인장 강도에서의 예상치못한 증가는 19.0 중량% 이상의 Al2O3 농도 및 2.0 이하의 Al2O3/MgO 비 양쪽을 달성하는 것과 직접 연관된다는 것을 추가로 발견했다.
부가적으로, 예 1-예 13 의 유리 조성물들은 놀랍게도 보다 우수한 기계적 특성들을 달성하면서 낮은 섬유화 온도들 (2,425 ℉ 보다 낮음) 및 큰 ΔT 값들 (100 ℉ 이상) 을 갖는다. 특히, 유리 섬유들은 4,800 MPa 이상의 인장 강도들 및 34.3 MJ/kg 이상의 비탄성율을 달성한다. 다양한 예시적인 유리 섬유들은 4,900 MPa 이상의, 또는 4,950 MPa 이상의, 또는 5,000 MPa 이상의 인장 강도들을 달성한다. 그러한 강도 및 비탄성율 레벨들은 바람직한 섬유화 특성들과의 조합에서 예상되지 않는다.
뿐만 아니라, 유리 조성물들은 R-유리 (예를 들면, 윈드 블레이드들) 이상의 강성을 요구하는 적용예들에 대해 특히 적절하다. 그러나, 표 5 에서 아래에 예시된 바와 같이, 본 발명의 컨셉들의 유리 조성물들은 유리하게 또한 바람직한 섬유화 특성들, 예를 들면 섬유화 온도들 (2,425 ℉ 보다 낮음) 을 갖는다.
[표 5]
Figure 112020072577442-pct00005
본 발명의 이러한 적용예는 특정한 실시형태들에 관해 그리고 일반적으로 양쪽으로 설명되었다. 본 발명은 바람직한 실시형태들로 생각되는 것을 개시하였지만, 본 기술 분야의 당업자에게 공지된 폭넓은 다양한 대안예들이 통칭적인 개시 내에서 선택될 수 있다. 본 발명은 그렇지 않다면 아래에 개시된 청구항들에 의한 인용을 제외하고는 제한되지 않는다.

Claims (20)

  1. 전체 조성물의 중량에 기초하여 중량 당 퍼센티지로 표현된,
    55.0 내지 60.4 중량% 의 양의 SiO2;
    19.0 내지 25.0 중량% 의 양의 Al2O3;
    7.5 내지 10.0 중량% 의 양의 CaO;
    8.0 내지 15.0 중량% 의 양의 MgO;
    0 내지 1.0 중량% 의 양의 Na2O;
    0.5 중량% 보다 적은 양의 Li2O; 및
    0.0 내지 1.5 중량% 의 양의 TiO2　를 포함하는 유리 조성물로서,
    SiO2, Al2O3, MgO, 및 CaO 의 조합된 양들은 98 중량% 이상 99.5 중량% 미만이고,
    상기 조성물은 0.2 중량% 보다 적은 B2O3 을 포함하고 Al2O3/MgO 의 중량% 비는 1.8 이하이고, 상기 유리 조성물은 2,500 ℉ 이하의 섬유화 온도, 2,305 ℉ 이하의 액상선 온도, 및 4,800 MPa 이상의 인장 강도를 갖는, 유리 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    SiO2, Al2O3, MgO, 및 CaO 의 조합된 양들은 98.7 중량% 내지 99.3 중량% 인, 유리 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    MgO 및 CaO 의 조합된 양들은 20 중량% 보다 많은, 유리 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    MgO 및 CaO 의 조합된 양들은 22 중량% 보다 적은, 유리 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은 19.5 내지 21 중량% Al2O3 를 포함하는, 유리 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    Al2O3/MgO 의 중량% 비는 1.46 내지 1.8 인, 유리 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물에는 본질적으로 B2O3 가 없는, 유리 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물에는 본질적으로 Li2O 가 없는, 유리 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    Fe2O3, TiO2, K2O, 및 Na2O 의 조합된 양들은 1.5 중량% 미만인, 유리 조성물.
  10. 55.0 내지 65.0 중량% 의 양의 SiO2;
    19.0 내지 25.0 중량% 의 양의 Al2O3;
    7.5 내지 10.0 중량% 의 양의 CaO;
    8.0 내지 15.0 중량% 의 양의 MgO;
    0 내지 1.0 중량% 의 양의 Na2O;
    0.5 중량% 보다 적은 양의 Li2O; 및
    0.0 내지 1.5 중량% 의 양의 TiO2　를 포함하는 유리 조성물로서,
    SiO2, Al2O3, MgO, 및 CaO 의 조합된 양들은 98 중량% 이상 99.5 중량% 미만이고,
    상기 조성물은 0.2 중량% 보다 적은 B2O3 를 포함하고 CaO 및 MgO 의 총 중량% 는 20 중량% 보다 크고 Al2O3/MgO 의 중량% 비는 1.8 이하이고,
    상기 유리 조성물은 2,500 ℉ 이하의 섬유화 온도 및 4,800 MPa 이상의 인장 강도를 갖는, 유리 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 조성물은 19.5 내지 21 중량% Al2O3 를 포함하는, 유리 조성물.
  12. 제 10 항에 있어서,
    Al2O3/MgO 의 중량% 비는 1.46 내지 1.8 인, 유리 조성물.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 조성물에는 본질적으로 B2O3 가 없는, 유리 조성물.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 조성물에는 본질적으로 Li2O 가 없는, 유리 조성물.
  15. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유리 조성물로부터 형성된 유리 섬유로서, 상기 유리 섬유는 87 GPa 내지 92 GPa 의 탄성 계수를 갖는, 유리 섬유.
  16. 제 15 항에 있어서,
    Al2O3/MgO 의 중량% 비는 1.46 내지 1.8 인, 유리 섬유.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 유리 섬유는 33.0 MJ/kg 내지 36.0 MJ/kg 의 비탄성율을 갖는, 유리 섬유.
  18. 연속적인 유리 섬유를 형성하는 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유리 조성물을 용융하는 단계; 및
    연속적인 유리 섬유를 형성하도록 오리피스를 통해 상기 용융된 유리 조성물을 드로잉하는 단계를 포함하는, 연속적인 유리 섬유를 형성하는 방법.
  19. 보강된 복합재 제품으로서,
    폴리머 메트릭스 및 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유리 조성물로부터 형성된 복수의 유리 섬유들을 포함하는, 보강된 복합재 제품.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 보강된 복합재 제품은 윈드 블레이드의 형태인, 보강된 복합재 제품.
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