KR20010006277A

KR20010006277A - 열 강화되기 위한 유리판

Info

Publication number: KR20010006277A
Application number: KR1019997009361A
Authority: KR
Inventors: 프레데릭 보르도; 뤼까 뒤프렌느
Original assignee: 뮐러 르네; 생-고뱅 비트라쥬
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2001-01-26
Also published as: US6335300B1; US20020065187A1; KR100537367B1; FR2775476B1; DE69908871T2; WO1999044952A1; US20040162213A1; DE69908871D1; JP2001523211A; ES2201751T3; EP0979217B1; PT979217E; US7153798B2; EP0979217A1; JP4749519B2; FR2775476A1

Abstract

본 발명은 열 강화되기 위한 유리판에 관한 것이며, 이 유리판의 매트릭스(matrix)는 규토-소다-석회 타입이며, 100 × 10^-7K^-1보다 큰 팽창 계수(expansion coefficient) α, 60 GPa 보다 큰 영 계수(Young's modulus) E, 및 0.9 W/m·K 미만의 열전도율 k를 갖는다.

Description

열 강화되기 위한 유리판{GLASS SHEET DESIGNED TO BE HEAT TEMPERED}

본 발명이 이와 같은 적용에 한정되는 것은 아니지만, 열 강화된 박판 유리, 즉 2.5mm 미만의 두께를 갖는 유리의 제조를 참고하여 더욱 상세하게 기술되어질 것이다. 이것은 오늘날 자동차 제조업자들이, 자동차의 유리 면적을 증가시키면서, 점차 창유리의 해당 무게를 제한하기를 원하기 때문이다. 그래서 유리판의 두께를 줄이는 것은 이러한 새로운 요구 조건을 만족시키기 위해서 필요하다.

이러한 유리판의 열 강화와 관련하여, 더 특정하게는 자동차의 측면 창유리를 제조하기 위해서, 안전한 창유리 및 자동차와 그 견인차(trailer)에 끼워 맞춰지기 위한 창유리 재료의 승인과 관련하여, 유럽 규정 제 43조(European Regulation No. 43)의 요구 조건이 충족되어야 한다. 이 규정에 의하면, 강인성에 관련된 제한은, 창유리가 깨지는 경우에, 5×5cm 정사각형 이상의 창유리는 40보다 작지 않고 또한 350( 이 수치는 2.5mm 미만 또는 같은 두께를 갖는 창유리의 경우 400으로 상향 조정되었다)을 초과하지 않는 다수의 조각으로 깨지게끔 되어야 한다. 다시 이 요구 조건에 따르면, 창유리의 둘레를 따라 폭 2cm의 가늘고 긴 조각과 충격 지점 주위의 7.5cm 이내의 반경을 제외하고는, 어떠한 조각도 3.5㎠을 초과해서는 안되며, 7.5㎝를 초과하는 가늘고 긴 조각이 되지 말아야 한다.

종래의 강화(toughening) 플랜트에서는, 특히 유리판을 구부리고 강화하기 위한 장치는, 유리판을 유리판이 진행되는 방향으로 곡선을 이룬 측면을 갖는 롤러 컨베이어를 따라 이동하도록 함으로써, 3.2mm 두께의 유리판이 유럽 규정 제 43조에 따라 완벽하게 만족스럽게 강화되는 것을 허용한다.

상기 기법은 특히 프랑스 특허 FR-B-2,242,219호 및 FR-B-2,549,465호로부터 공지되어 있으며, 수평 노(furnace)에서 가열되며, 곡선 측면으로 배열되고 최종 강화 구역을 통과하는 롤러-또는 다른 회전 요소-의 두 층 사이에서 진행되는 유리판을 제조하는 것에 있다. 측면 창유리, 선루프(sunroof), 또는 다른 창유리 제품, 특히 원통형의 창유리를 제조하기 위해서, 상기 층들은 예를 들면, 원형 측면과 배열된 직각의 원통형 로드(rod)로 이루어진다. 이러한 층들은 창유리에 제 2 곡률을 주는 요소, 예컨대 원뿔형 요소 또는 디아볼로(diabolo) 타입 또는 배럴(barrel) 타입의 다른 요소로 또한 이루어질 수 있다. 이러한 기법은, 한편으로, 유리판들이 넓게 간격을 띄울 필요가 없기 때문에 매우 높은 제조 능력을 허용하며, 선행 유리판의 처리가 아직 완성되지 않은 때에도 하나의 유리판이 아무런 문제없이 성형(forming) 영역으로 들어가는 것을 가능하게 하며, 다른 한편으로, 만약 롤러의 길이가 그렇게 허용된다면, 나란한 두 개 또는 세 개의 유리판이 동시에 처리될 수 있다.

유리판(plate or sheet)의 진행 속도는 최소 10cm/s이며, 약 15 내지 25cm/s이다. 이 속도는 충분한 강화 시간을 허용하기 위해서 일반적으로 30cm/s를 초과하지 않는다.

유리판의 두께가 감소될 때, 그리고 동일한 강화 기준을 맞추기 위해서, 열교환(heat exchange) 계수는 상당히 증가되어야 한다. 이렇게 하기 위해서, 강화 장치의 송풍력(blowing power)을 증가시키는 것이 가능하다. 이러한 변형은, 한편으로, 엄청난 투자와, 다른 한편으론, 높은 운전비용을 수반한다. 더욱이, 송풍력의 증가는 유리판의 광학 품질 및/또는 유리의 편평도를 손상시킬 수 있다.

본 발명의 발명자에게는 그래서 유럽 규정 제 43조에 따라 강화된, 위에서 기술된 형태의 표준 강화 플랜트 상에서 2.5mm 미만의 두께를 갖는, 유리판을 제조하는 임무가 할당되었다.

본 발명은 열 강화되기 위한 유리판에 관한 것으로, 더 정확하게는 자동차에 끼워지기 위한 유리판에 관한 것이다.

그래서, 본 발명의 목적은 열 강화되기 위한 유리판을 제공하는 것인데, 이 유리판의 고유한 특징은 2.5mm 미만 두께의 경우와 같은 결과를 야기하지만, 동일한 냉각 장치에 의해서 3mm 보다 큰 두께의 경우에서 보통 얻어지는 결과에 상당한다.

이러한 목적은 열 강화되기 위한 유리판에 의해서 성취되는데, 이 유리판의 매트릭스(matrix)는 규토-소다-석회 타입이며, 100×10^-7K^-1보다 큰 팽창 계수 α와, 60 GPa보다 큰 영 계수(Young's modulus) E 및, 0.9W/m·K 미만의 열전도율 k를 갖는다.

이러한 성질들은 유리판이 2.5mm 미만의 두께를 가질 때 실제로 이 유리판에 유럽 규정 제 43조에 따라서 열 강화될 수 있는 가능성을 부여한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 이 유리판은 0.21 보다 큰 프아송 비(Poisson's Ratio)를 갖는다.

탄성 계수와 프아송 비는 다음의 시험에 의해서 결정되는데: 100×10 ㎟의 치수와 6mm 미만의 두께를 갖는 유리 시험부(test piece)가 4점 굽힘(4-point bending)하에 놓이게 되며, 이 시험부의 외부 지지부는 90mm, 및 내부 지지부는 30mm의 간격으로 떨어지게 된다. 스트레인 게이지(strain gauge)가 이 유리판의 중심에 확실히 접착된다. 주 변위(이 판의 길이 방향 및 폭 방향으로)가 이 스트레인 게이지로부터 계산된다. 작용 응력이 작용력으로부터 계산된다. 응력과 주 변위 사이의 관계로부터 탄성 계수와 프아송 비가 계산된다.

또한 바람직하게는, 유리판의 비열은 740J/kg·K 보다 크다.

본 발명의 유익한 실시예에 따르면, 유리판은 2520 kg/㎤보다 큰 밀도, 바람직하게는 2550 kg/㎥보다 큰 밀도를 갖는다.

다시 바람직하게는, 본 발명에 따른 유리판은 α·E/K 〉8000 를 만족한다.

본 발명에 따른 유리판의 유리 매트릭스는, 중량%로 다음의 구성 성분을 갖는 매트릭스들 가운데서 선택되는 것이 바람직하다:

SiO₂45 - 69%

Al₂O₃0 - 14%

CaO 0 - 22%

MgO 0 - 10%

Na₂O 6 - 24%

K₂O 0 - 10%

BaO 0 - 12%

B₂O₃0 - 6%

ZnO 0 - 10%.

위에 제시된 유리의 조성물은 특히, 종래의 규토-소다-석회 유리의 제조를 위해서 채택되는 온도에 가까운 온도에서, 용융되어질 수 있거나 플롯-타입(float-type)의 플랜트 상에서 유리 리본으로 변환 가능한 경우에 이점을 가진다.

이 조성물은 표준 조건 하에서 용융을 허용하기 위해서, logη=2가 1500。C보다 작도록, 푸아즈(poise)로 표시된, 점성 η에 상응하는 온도를 갖도록 실질적으로 선택된다. 게다가, 본 발명에 따른 조성물은 유리를 형성하는 온도와 이 유리의 액상선(liquidus) 온도 사이에 충분한 차이를 갖는데; 이것은, 특히 플롯 유리 기술에 있어서, logη=3.5가 되도록 유리의 액상선 온도가, 푸아즈로 표시된 점성에 해당하는 온도와 같거나 또는 낮은 상태로 유지되는 것이 중요하기 때문이다. 바람직하게는, 이 차이는 최소한 10。C 내지 30。C 이다.

SiO₂함유량은 69%를 초과해서는 안되며, 이 수치를 초과하면, 배치(batch)의 용융과 유리의 정제는 높은 온도를 요구하며, 이 온도는 노의 내화 재료(refractory)의 마모가 가속화되는 것을 야기한다. 45% 미만에서는, 본 발명에 따른 유리는 충분히 안정적이지 못하다. 바람직하게는, SiO₂함유량은 53%보다 높다.

알루미나는 안정제로서의 역할을 하며; 이 산화물은 변형-점 온도를 증가시키는 것을 도와준다. Al₂O₃함유량은 14%를 초과하지 말아야 하며, 그렇지 않을 경우, 용융이 무척 어려워지고 유리의 고온 점성이 적합하지 않을 정도로 증가한다.

본 발명에 따른 유리의 조성물은 B₂O₃산화물을 또한 포함할 수 있다. 이런 경우에, B₂O₃함유량은 6%를 초과하지 않으며, 이 수치를 초과하면, 유리의 생산이 진행되는 동안 알칼리 금속 산화물이 존재할 때 붕소의 휘발은 상당하게 되며, 내화 재료의 부식을 초래한다. 더욱이, B₂O₃의 함유량이 더 높아지면 유리의 품질을 손상시킨다. 유리의 조성물에 4%를 초과한 함유량으로 B₂O₃가 존재할 때, Al₂O₃의 함유량은 10%보다 높은 것이 유리하다.

다른 산화물의, 본 발명에 따른 유리의 특성뿐만 아니라, 용융 및 금속 배쓰(bath) 상에서의 플롯화되는 능력에 미치는 영향은 다음과 같다; 알칼리 금속 산화물, 더 특정하게 Na₂O와 K₂0는, 본 발명에 따른 유리의 용융점 및 유리의 고온 점성을 허용되는 제한 범위 내에서 유지되는 것을 가능하게 한다. 이렇게 하기 위해서, 이러한 알칼리 금속 산화물 함유량의 합은 11%보다 높게, 바람직하게는 13%보다 높게 유지된다.

본 발명의 따른 유리로 도입된 알칼리 토금속 산화물은 유리의 고온 점성뿐만 아니라, 용융점을 낮추는 효과를 또한 가진다. 이러한 산화물 함유량의 총합은 최대 6%, 바람직하게는 8%보다 높다. 대략 28%를 초과하면, 유리가 불투명하게(devitrify) 되는 경향이 금속 배쓰 상에서 유리를 플롯화하는 공정에 적합하지 않은 수준까지 증가할 수 있다.

유리의 조성물은, 특히 자동차의 유리창 타입에 적용하기 위해서, 추가적으로 착색제를 포함할 수 있으며; 이러한 착색제들은 특히, 철, 크롬, 코발트, 니켈, 셀레늄 등의 산화물일 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 유리판은 이 유리판의 매트릭스가, 중량%로, 위에서 언급된 구성 성분을 포함하며 다음의 관계를 만족시킨다:

Na₂O ＋ K₂O ＞ 20%

Na₂O ＋ K₂O ＋ CaO ＞ 27%

본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 유리의 매트릭스는 다음의 관계를 만족시킨다:

Na₂O ＋ K₂O ＞ 17%

Na₂O ＋ K₂O ＋ CaO ＞ 35%

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 유리의 매트릭스는 다음의 관계를 만족시킨다:

Na₂O ＋ K₂O ＞ 17%

Na₂O ＋ K₂O ＋ CaO ＞ 29%, 여기서 Na₂O ＞18% 이고, 및/또는 K₂O ＞ 5% 이고, 및/또는 Al₂O₃＜ 3% 일 때이다.

후자의 실시예에 의하면, 그리고 TiO₂산화물이 그 매트릭스 내에 존재할 때, 후자의 실시예는 추가적으로 다음의 관계를 만족시킨다:

TiO₂＋ Al₂O₃＜ 3%

이와 같은 다양한 실시예에 따라 기술된 모든 유리의 매트릭스는 2.5mm 미만의 두께, 바람직하게는 1.6mm보다 큰 두께를 갖는 유리판의 제조를 가능하게 하는데, 이 유리판은 원래 3.15mm의 두께를 갖는 유리를 강화하기 위한 강화 장치 상에서 유럽 규정 제 43조에 따라서 열 강화될 수 있다.

본 발명에 따른 유리 조성물에 의해서 제공되는 이점은 아래에 제시된 예의 도움을 통해서 보다 더 잘 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 다양한 유리 조성물은 용융되고, 본 발명에 따라서 유리 리본으로 변환되었다. 이러한 조성물은 6가지(1번부터 6번까지 번호가 매겨져 있다)가 있다. 조성물 T는 자동차 유리창용 표준 유리에 상응하는 대조구(control) 조성물이며, 3.15mm 두께를 갖는 유리판 형태의 경우일 때, 유럽 규정 제 43조에 따라서 열 강화될 수 있다.

이러한 다양한 조성물은 아래의 표 1에 주어져 있다.

	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	BaO
T	71.3	0.6	9.6	4.1	13.6	0.3	0
1	67.1	2.1	8.5	0.1	16.0	5.1	0.1
2	63.59	0.45	13.19	0.07	21.75	0.01	0
3	63.22	2.45	13.40	0.1	17.5	2.65	0
4	64.8	2.0	10.4	0.5	17.4	4.9	0
5	64.0	2.0	10.4	0.5	16.3	4.8	2
6	65.0	1.0	14.1	0	18.9	1.0	0

위에 나타난 유리의 다양한 특성들이 다음의 표 2에 주어져 있다.

	T	1	2	3	4	5	6
팽창 계수(10^-7K^-1)	90	116	128	120	122	120	120
영 계수(GPa)	70	68	70	70	68	68	69
열 전도율(W/m·K)	1	0.85	0.87	0.83	0.86	0.83	0.85
비 열(J/kg·K)	855	852	872	857	857	843	861
밀 도(kg/㎥)	2580	2560	2660	2648	2626	2731	2670
프아송 비	0.22	0.22	0.23	0.23	0.23	0.23	0.23

이러한 유리들이 용융될 수 있고, 대부분이 플롯 공정을 이용해서 변환될 수 있다는 것이 설명되어 왔다.

이러한 유리 조성물을 시험할 때, 이 유리 조성물은 완벽하게 종래의 조건 하에서, 더욱이 대조구 조성물 T의 온도보다 훨씬 낮은 온도에서 용융이 될 수 있음이 분명하다. 이러한 온도차는 에너지 비용의 절감을 예측하는 것을 가능하게 한다.

다른 한편으로, 형성 범위, 즉, 푸아즈로 표시된, logη=3.5가 되게 하는 점성 η에 상응하는 온도와 액상선 온도 사이의 차는 본 발명에 따른 조성물의 경우에 더 좁혀지는 것처럼 보일 수 있지만; 우수한 품질로 형성되는 것을 보장하기에는 충분하다.

초기 강화 온도가 본 발명에 따른 유리의 경우에 현저하게 더 낮은 것이 또한 분명하며; 이것은 또한 에너지 비용의 절감과, 노(furnace)의 덜 급속한 마모를 야기한다.

아래에 주어진 마지막 표(표 3)는 유럽 규정 제 43조에 따라 강화된 유리판의 두께를 보여준다.

	T	1	2	3	4	5	6
두 께(mm)	3.15	2.50	2.40	2.35	2.40	2.45	2.45

그래서 본 발명에 따른 조성물로부터 제조된 유리판은, 유리가 조성물 T일 때 상기 강화를 3.15mm의 두께로 제한하는 표준 장치를 사용하여 2.5mm 미만의 두께에 대해서, 소위 "안전(safety)" 열 강화를 가능하게 한다.

게다가, 2.5mm 미만의 두께를 갖고 열 강화된, 본 발명에 따른 유리판의 광학 품질은 대조구 조성물(T)로부터 제조된 3.15mm 두께를 갖는 유리판의 광학 품질과 거의 비교할 만하다.

본 발명은 첨부된 청구범위의 사상 및 범주에서 벗어남이 없이, 많은 변형과 변경이 당업자에게 분명하게 되고, 기대될 수 있다.

Claims

열 강화되기 위한 유리판으로서, 매트릭스(matrix)가 규토-소다-석회 타입인 유리판에 있어서,

100 × 10^-7K^-1보다 큰 팽창 계수(expansion coefficient) α와,

60 GPa 보다 큰 영 계수(Young's modulus) E, 및

0.9 W/m·K 미만의 열전도율 k를 갖는 것을 특징으로 하는 열 강화되기 위한 유리판.
제 1항에 있어서, 0.21 보다 큰 프아송 비(Poisson's ratio)를 갖는 것을 특징으로 하는 열 강화되기 위한 유리판.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 7.40 J/kg·K 보다 큰 비열(specific heat)을 갖는 것을 특징으로 하는 열 강화되기 위한 유리판.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 2520 kg/㎥ 보다 큰 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 열 강화되기 위한 유리판.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, α·E/K ＞ 8000

를 만족하는 것을 특징으로 하는 열 강화되기 위한 유리판.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리판의 매트릭스는, 중량%로,

SiO₂45 - 69%

Al₂O₃0 - 14%

CaO 0 - 22%

MgO 0 - 10%

Na₂O 6 - 24%

K₂O 0 - 10%

BaO 0 - 12%

B₂O₃0 - 6%

ZnO 0 - 10%

상기 구성 성분을 포함하고,

Na₂O ＋ K₂O ＞ 20%

Na₂O ＋ K₂O ＋ CaO ＞ 27%

를 만족하는 것을 특징으로 하는 열 강화되기 위한 유리판.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리판의 매트릭스는, 중량%로,

SiO₂45 - 69%

Al₂O₃0 - 14%

CaO 0 - 22%

MgO 0 - 10%

Na₂O 6 - 24%

K₂O 0 - 10%

BaO 0 - 12%

B₂O₃0 - 6%

ZnO 0 - 10%

상기 구성 성분을 포함하고,

Na₂O ＋ K₂O ＞ 17%

Na₂O ＋ K₂O ＋ CaO ＞ 35%

를 만족하는 것을 특징으로 하는 열 강화되기 위한 유리판.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리판의 매트릭스는, 중량%로,

SiO₂45 - 69%

Al₂O₃0 - 14%

CaO 0 - 22%

MgO 0 - 10%

Na₂O 6 - 24%

K₂O 0 - 10%

BaO 0 - 12%

B₂O₃0 - 6%

ZnO 0 - 10%.

상기 구성 성분을 포함하고,

Na₂O ＋ K₂O ＞ 17%

Na₂O ＞18% 이고, 및/또는 K₂O ＞ 5% 이고, 및/또는 Al₂O₃＜ 3% 일 때, Na₂O ＋ K₂O ＋ CaO ＞ 29%,

를 만족하는 것을 특징으로 하는 열 강화되기 위한 유리판.
제 8항에 있어서, 상기 매트릭스가 TiO₂산화물을 포함할 수 있되,

TiO₂＋ Al₂O₃＜ 3%, 를 만족하는 것을 특징으로 하는 열 강화되기 위한 유리판.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 2.5mm 미만의 두께를 가지며, 유럽 규정 제 43조(European Regulation No. 43)에 따라 열 강화되는 것을 특징으로 하는 열 강화되기 위한 유리판.