KR20110048265A - Composition of Glass Fiber for Improving Thermal Conductivity - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열전도성을 향상시킬 수 있는 유리섬유 조성물에 관한 것이고, 구체적으로 전기 절연성을 유지하면서 일정 수준의 열 방출이 가능한 유리섬유의 제조를 위한 유리섬유 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a glass fiber composition capable of improving thermal conductivity, and more particularly, to a glass fiber composition for preparing a glass fiber capable of emitting a certain level of heat while maintaining electrical insulation.
일반적으로 유리섬유는 원료를 고온에서 용융하여 2 내지 30 ㎛의 필라멘트 형태로 제조된 비정질 인조 광물 무기질 섬유를 의미한다. 유리섬유는 내열성, 내화학성, 전기절연성 및 단열성을 가지면서 이와 동시에 흡수성을 가지지 않고 신장성이 작다는 특성을 가진다. 이와 같은 특성을 가지는 유리섬유는 시트 형태, 웹 형태 또는 위스커(whisker) 형태로 만들어져 내화 직물 또는 전기 절연재료의 용도로 사용되거나 보온, 흡음 방음재 또는 공기 여과의 용도로 건축 소재로 사용될 수 있다. Generally, glass fiber refers to an amorphous artificial mineral inorganic fiber prepared by fusing a raw material at a high temperature to form a filament of 2 to 30 μm. Glass fiber has the property of having heat resistance, chemical resistance, electrical insulation, and heat insulation while at the same time having no absorptivity and small stretchability. Glass fibers having such characteristics can be used in the form of sheets, webs or whiskers for use in refractory fabrics or electrical insulation materials or as building materials for thermal insulation, sound-absorbing sound insulation or air filtration.
유리섬유의 제조를 위한 조성물과 관련된 선행기술로 특허공개번호 제2005-0104728호 “생분해성 유리 섬유 조성물”이 있다. 상기 선행기술은 생분해성과 내 수성이 우수한 유리 섬유 조성물에 관한 것으로 이산화규소(SiO2) 61~66 wt%, 산화알루미늄(Al2O3) 0.1 내지 2.5 wt%, 산화바륨(B2O3 4~8wt%, Na2O+K2O 12~17 wt% 및 CaO+MgO 9~15 wt%로 이루어진 유리섬유 조성물에 대하여 개시하고 있다. Prior art relating to compositions for the preparation of glass fibers is disclosed in Patent Publication No. 2005-0104728 “Biodegradable Glass Fiber Compositions”. The prior art relates to a glass fiber composition having excellent biodegradability and water resistance, which is 61 to 66 wt% of silicon dioxide (SiO 2 ), 0.1 to 2.5 wt% of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and barium oxide (B 2 O 3 4 Disclosed is a glass fiber composition consisting of ˜8 wt%, Na 2 O + K 2 O 12-17 wt%, and CaO + MgO 9-15 wt%.
공지된 유리섬유 또는 선행기술에서 개시된 유리섬유는 다른 일반적인 물성과 함께 단열성을 가지도록 제조된다. 그러나 유리섬유는 용도에 따라 일정 수준 이상의 열을 방출할 수 있도록 만들어질 필요가 있다. 예를 들어 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)에서 보강 또는 절연을 위한 중간 소재로 사용되는 경우 유리섬유는 기판에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출시킬 수 있도록 만들어지는 것이 유리하다. Known glass fibers or glass fibers disclosed in the prior art are produced to have thermal insulation along with other general physical properties. However, fiberglass needs to be made to emit more than a certain level of heat, depending on the application. For example, when used as an intermediate material for reinforcement or insulation in a printed circuit board, the glass fiber is advantageously made to effectively release heat generated from the substrate to the outside.
본 발명은 이와 같이 방열의 필요가 있는 소재로 사용되기 위한 유리섬유의 제조를 위한 유리섬유 조성물을 제안하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.The present invention is to propose a glass fiber composition for the production of glass fibers for use as a material that needs heat radiation as described above has the following object.
본 발명의 목적은 전기 전열성과 방열 특성을 동시에 가진 유리섬유의 제조를 위한 유리섬유 조성물을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a glass fiber composition for the production of glass fibers having both electrical heat transfer and heat dissipation characteristics.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 유리섬유의 제조를 위한 조성물은 실리카(SiO2) 56 내지 72 wt%; 산화알루미늄(Al2O3) 8 내지 22 wt%; 석고(CaO) 6 내지 8 wt%; 산화마그네슘(MgO) 3.5 내지 5 wt%; 알칼리산화물(R2O) 0.3 내지 0.6 wt%; 제2산화철 0.010 내지 0.02 wt: 및 전체가 100 wt가 되도록 하는 붕소(B2O3)를 포함하고, 상기에서 알칼리산화물(R2O)은 산화리튬(Li2O), 산화나트륨(Na2O) 및 산화칼륨(K2O)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다. According to a suitable embodiment of the present invention, the composition for the production of glass fibers comprises silica (SiO 2 ) 56 to 72 wt%; Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) 8-22 wt%; Gypsum (CaO) 6-8 wt%; Magnesium oxide (MgO) 3.5 to 5 wt%; 0.3 to 0.6 wt% of an alkali oxide (R 2 O); 0.010 to 0.02 wt% ferric oxide, and boron (B 2 O 3 ) to be 100 wt% in total, wherein the alkali oxide (R 2 O) is lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide (Na 2 O) And at least one selected from the group consisting of potassium oxide (K 2 O).
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 산화알루미늄의 양은 적어도 15 wt%가 된다. According to another suitable embodiment of the present invention, the amount of aluminum oxide is at least 15 wt%.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 실리카 : 석고의 중량비는 적어도 9:1이 된다. According to another suitable embodiment of the invention, the weight ratio of silica to gypsum is at least 9: 1.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 인쇄회로기판 또는 조명기구에 적용될 수 있는 유리섬유 시트가 제공된다. According to another suitable embodiment of the present invention, there is provided a glass fiber sheet which can be applied to a printed circuit board or a luminaire.
본 발명에 따른 조성물에 의하여 제조된 유리섬유는 시트 형태, 웹 형태 또 는 위스커 형태로 만들어져 방열이 요구되는 인쇄회로기판 또는 조명기구의 지지체를 위한 보강재로 사용될 수 있다는 이점을 가진다. 이와 함께 본 발명에 따른 유리섬유 조성물은 방열성과 함께 용도에 따라 요구되는 전기 절연성을 가진다는 장점을 가진다. The glass fiber produced by the composition according to the present invention has the advantage that it can be used as a reinforcement for the support of a printed circuit board or a lighting fixture that is made in sheet form, web form or whisker form. Along with this, the glass fiber composition according to the present invention has the advantage of having electrical insulation required according to the use with heat dissipation.
아래에서 본 발명은 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments, but the embodiments presented are illustrative for clarity of understanding and are not intended to limit the scope of the invention.
본 발명에 따른 유리섬유의 제조를 위한 조성물은 실리카, 석고 및 붕소 성분을 기초로 하면서 알칼리산화물(R2O)을 포함하고 그리고 열전도성을 높이기 위한 적정량의 산화알루미늄과 산화마그네슘을 포함한다. The composition for the production of glass fibers according to the invention comprises alkali oxides (R2O) based on silica, gypsum and boron components and comprises an appropriate amount of aluminum oxide and magnesium oxide to increase the thermal conductivity.
구체적으로 본 발명에 따른 조성물은 실리카(SiO2) 56 내지 72 wt%; 산화알루미늄(Al2O3) 8 내지 22 wt%; 석고(CaO) 6 내지 8 wt%; 산화마그네슘(MgO) 3.5 내지 5 wt%; 알칼리산화물(R2O) 0.3 내지 0.6 wt%; 제2산화철 0.010 내지 0.02 wt: 및 전체가 100 wt가 되도록 하는 붕소(B2O3)를 포함할 수 있고 알칼리산화물(R2O)은 산화리튬(Li2O), 산화나트륨(Na2O) 및 산화칼륨(K2O)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다. Specifically, the composition according to the present invention comprises silica (SiO 2 ) 56 to 72 wt%; Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) 8-22 wt%; Gypsum (CaO) 6-8 wt%; Magnesium oxide (MgO) 3.5 to 5 wt%; 0.3 to 0.6 wt% of an alkali oxide (R 2 O); Ferric oxide 0.010 to 0.02 wt: and boron (B 2 O 3 ) to be 100 wt% in total and the alkali oxide (R 2 O) is lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide (Na 2 O) and At least one selected from the group consisting of potassium oxide (K 2 O).
유리섬유의 조성물은 기본적으로 유리 조성물의 네트워크를 형성하여 안정화시키는 실리카, 충진 기능을 가지면서 점도를 감소시키는 석고 및 융점을 조절하는 한편 제조된 유리섬유에 탄성을 부여하기 위한 붕산을 포함한다. 용융제의 기능을 가지는 알칼리 산화물은 산화리튬, 산화나트륨 및 산화칼륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나가 될 수 있지만 바람직하게 적어도 2개의 혼합물로 이루어질 수 있다. The composition of glass fibers basically comprises silica to form and stabilize a network of glass compositions, gypsum to reduce viscosity while having a filling function, and boric acid to impart elasticity to the manufactured glass fibers while controlling the melting point. The alkali oxide having the function of a melting agent may be at least one selected from the group consisting of lithium oxide, sodium oxide and potassium oxide, but may preferably consist of at least two mixtures.
본 발명에 따른 조성물에서 열전도성은 2가지 방법으로 개선될 수 있다. 구체적으로 실리카와 석고의 상대적인 중량에 의하여 조절될 수 있고 그리고 산화마그네슘 또는 산화알루미늄의 양을 조절하는 것에 의하여 열전도성이 개선될 수 있다. Thermal conductivity in the composition according to the invention can be improved in two ways. Specifically, it can be controlled by the relative weight of silica and gypsum and the thermal conductivity can be improved by controlling the amount of magnesium oxide or aluminum oxide.
석고의 열전도율은 약 0.8 W/mK가 되고 결정성 이산화규소의 열전도율은 약 1.3 W/mK가 된다. 그러므로 다른 성분을 제외하면 열전도성을 향상시키기 위하여 석고의 양의 적을수록 유리하다. 다른 한편으로 석고는 점도를 감소시킬 수 있으므로 융용 과정에서 점도를 일정 수준으로 유지할 수 있는 양이 되어야 한다. 본 발명에 따르면, 이산화규소 : 석고의 비는 7 :1 내지 12: 1이 될 수 있지만 바람직하게 적어도 9:1 될 수 있다. The thermal conductivity of gypsum is about 0.8 W / mK and the thermal conductivity of crystalline silicon dioxide is about 1.3 W / mK. Therefore, except for the other components, the smaller the amount of gypsum in order to improve the thermal conductivity is advantageous. On the other hand, gypsum can reduce the viscosity, so it should be an amount that can maintain the viscosity at a constant level during the melting process. According to the invention, the ratio of silicon dioxide: gypsum may be from 7: 1 to 12: 1 but preferably at least 9: 1.
열전도성을 조절하기 위한 다른 방법은 산화알루미늄과 산화마그네슘의 양을 증가시키는 것이다. 일반적으로 산화알루미늄의 열전도율은 30 내지 35 W/mK가 되고 산화마그네슘의 열전도율은 약 42 W/mK가 된다. 이와 같이 산화알루미늄 및 산화마그네슘은 조성물의 다른 성분에 비하여 큰 값의 열전도율을 가지므로 조성물에 많이 포함되는 것이 유리하다. 다른 한편으로 산화알루미늄은 네트워크 형성제의 기능을 가지고 산화마그네슘은 액상 온도의 조절 기능을 가지므로 적절한 양으로 조절될 필요가 있다. 본 발명에 따르면 산화알루미늄은 8 내지 22 wt%, 바람직하게 15 내지 22 wt%의 양으로 조성물에 포함되고 그리고 산화마그네슘은 3 내지 5 wt%, 바람직하게 4.5 내지 5 wt%로 조성물에 포함될 수 있다. Another way to control thermal conductivity is to increase the amount of aluminum oxide and magnesium oxide. In general, the thermal conductivity of aluminum oxide is 30 to 35 W / mK, and the thermal conductivity of magnesium oxide is about 42 W / mK. As such, aluminum oxide and magnesium oxide are advantageously included in the composition because they have a large value of thermal conductivity compared to other components of the composition. On the other hand, aluminum oxide has the function of a network former and magnesium oxide has a function of controlling the liquidus temperature, so it needs to be adjusted in an appropriate amount. According to the invention aluminum oxide may be included in the composition in an amount of 8 to 22 wt%, preferably 15 to 22 wt% and magnesium oxide may be included in the composition at 3 to 5 wt%, preferably 4.5 to 5 wt%. .
제2 산화철은 조성물에 포함되는 불순물의 함량에 해당되므로 원료의 순도에 의존하고 작은 값을 가지는 것이 유리하다. Since the second iron oxide corresponds to the content of impurities contained in the composition, it is advantageous to have a small value depending on the purity of the raw material.
위와 같은 조성물로부터 제조된 유리섬유는 다른 공지된 유리의 열전도율에 해당하는 0.76 W/mK보다 높은 0.85 W/mK 이상의 열전도율을 가질 수 있다. Glass fibers prepared from the composition as described above may have a thermal conductivity of 0.85 W / mK or more higher than 0.76 W / mK corresponding to the thermal conductivity of other known glass.
본 발명에 따른 조성물에 추가적으로 소량의 다이아몬드, 탄화규소(SiC), 결정성 실리카(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 질화붕산(BN), 질화규산(Si3N4) 및 산화베릴륨(BeO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질이 추가될 수 있다. 이와 같은 물질은 미세 입자 또는 미세 분말 형태로 만들어져 조성물에 분산된 형태로 첨가될 수 있다. 대안으로 제조된 유리섬유의 후 공정에서 미세 입자 또는 미세 분말 형태로 유리섬유 내부로 침투시키는 방법으로 첨가될 수 있다. 제시된 물질의 첨가량은 전체 조성물에 대하여 0.1 내지 10.0 wt%가 될 수 있다. In addition to the composition according to the invention, small amounts of diamond, silicon carbide (SiC), crystalline silica (SiO 2 ), aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), silicic acid (Si 3 N 4 ) and beryllium oxide (BeO) At least one substance selected from the group consisting of) may be added. Such materials may be added in the form of fine particles or fine powder and dispersed in the composition. Alternatively, the prepared glass fiber may be added by a method of infiltrating into the glass fiber in the form of fine particles or fine powder in a subsequent process. The amount of the substance added may be 0.1 to 10.0 wt% based on the total composition.
아래에서 본 발명에 따른 조성물의 실시 예에 대하여 설명을 한다. Hereinafter, an embodiment of the composition according to the present invention will be described.
실시 예 Example
아래와 같은 원료를 사용하여 유리섬유의 제조를 위한 조성물을 형성하였다. Using the following raw materials to form a composition for the production of glass fibers.
표 1: 유리섬유 조성물의 원료 혼합비 Table 1: Raw Material Mixing Ratios of Glass Fiber Compositions
원료로부터 형성된 용융물의 성분은 아래와 같다. The components of the melt formed from the raw materials are as follows.
표 2: 용융물의 성분비Table 2: Composition ratio of melt
원료는 정해진 비율로 혼합되어 용융로에 투입되고 1400 ℃ 이상의 고온에서 용융물로 형성되어 필라멘트 형태로 만들어지거나 또는 다수 개의 필라멘트를 모아 스트랜드(strand)로 만들어질 수 있다. 이와 같은 유리섬유의 제조공정은 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다. The raw materials may be mixed in a predetermined ratio, introduced into a melting furnace, and formed into a melt at a high temperature of 1400 ° C. or more to form a filament, or a plurality of filaments may be gathered into strands. The manufacturing process of such glass fibers can be made according to methods known in the art.
조성물로부터 제조된 유리섬유는 시트, 매트 또는 위스커와 같은 다양한 형태로 제조되어 인쇄회로기판 또는 조명기구의 방열 시트 또는 패드로 사용될 수 있다. Glass fibers made from the composition may be prepared in various forms such as sheets, mats, or whiskers to be used as heat dissipating sheets or pads of printed circuit boards or lighting fixtures.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으면 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention . The invention is not limited by these variations and modifications, but is only limited by the scope of the appended claims.
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