KR20140074336A - 유리 조성물 및 이로부터 제조된 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시태양은 유리 조성물, 이러한 조성물로부터 형성된 유리 섬유, 및 관련된 제품에 관한 것이다. 하나의 실시태양에서, 유리 조성물은 58 내지 62 중량%의 SiO2, 14 내지 17 중량%의 Al2O3, 14 내지 17.5 중량%의 CaO, 및 6 내지 9 중량%의 MgO를 포함하며, 여기에서 Na2O의 양은 0.09 중량% 이하이다.

Description

유리 조성물 및 이로부터 제조된 섬유{GLASS COMPOSITIONS AND FIBERS MADE THEREFROM}
본 발명은 유리 조성물, 및 특히 섬유를 형성하기 위한 유리 조성물에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 2011년 9월 9일자로 출원된 미국 가 특허 출원 제 61/532,840 호, 및 2011년 9월 13일자로 출원된 미국 가 특허 출원 제 61/534,041 호에 대한 우선권을 주장하며, 각 출원의 전체 내용은 본 발명에 참고로 인용된다.
배경
유리 섬유는 수년간 다양한 중합체성 수지의 강화에 사용되어 왔다. 강화 용도에 사용하기 위한 일부 통상적으로 사용되는 유리 조성물은 조성물의 "E-유리" 및 "D-유리" 계열을 포함한다. 또 다른 통상적으로 사용되는 유리 조성물을 상표명 "S-2 글래스" 하에서 AGY(에이켄(Aiken), 미국 사우스 캐롤라이나주 소재)로부터 상업적으로 입수할 수 있다.
강화 및 다른 용도에서, 유리 섬유 또는 유리 섬유로 강화된 복합체의 몇몇 기계적인 성질들이 중요할 수 있다. 그러나, 다수의 경우에, 개선된 기계적 성질(예를 들어 보다 높은 강도, 보다 높은 모듈러스 등)을 갖는 유리 섬유의 제조는, 예를 들어 증가된 배치 물질 비용, 증가된 제조 비용, 또는 다른 인자들로 인해 보다 높은 비용을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 언급된 "S-2 글래스"는 통상적인 E-유리에 비해 개선된 기계적 성질을 갖지만, 비용이 현저하게 더 들 뿐만 아니라 배치에서 유리로의 전환 용융 정련 및 섬유 인발에 실질적으로 보다 높은 온도 및 에너지 요구를 발생시킨다. 섬유 유리 제작자는 상업적인 제조 환경에서 바람직한 기계적 성질들을 갖는 유리 섬유의 형성에 사용될 수 있는 유리 조성물을 계속해서 찾고 있다.
본 발명의 다양한 실시태양들은 일반적으로 유리 조성물, 상기와 같은 유리 조성물로부터 형성된 유리 섬유, 및 하나 이상의 유리 섬유를 포함하는 다양한 제품에 관한 것이다.
하나의 예시적인 실시태양에서, 유리 조성물은 58 내지 62 중량%의 SiO2, 14 내지 17 중량%의 Al2O3, 14 내지 17.5 중량%의 CaO, 및 6 내지 9 중량%의 MgO를 포함하며, 여기에서 Na2O의 양은 0.09 중량% 이하이다. 또 다른 예시적인 실시태양에서, 유리 조성물은 58 내지 62 중량%의 SiO2, 14 내지 17 중량%의 Al2O3, 14 내지 16 중량%의 CaO, 6 내지 9 중량%의 MgO, 0 내지 1 중량%의 Na2O, 0 내지 0.2 중량%의 K2O, 0 내지 1 중량%의 Li2O, 0 내지 0.5 중량%의 B2O3, 0 내지 0.44 중량%의 Fe2O3, 0 내지 0.1 중량%의 F2, 0 내지 1 중량%의 TiO2, 0 내지 1 중량%의 ZrO2, 및 0 내지 5 중량%의 다른 구성성분들을 포함한다. 또 다른 예시적인 실시태양에서, 유리 조성물은 60 내지 62 중량%의 SiO2, 14.5 내지 16 중량%의 Al2O3, 14.5 내지 17.5 중량%의 CaO, 및 6 내지 7.5 중량%의 MgO를 포함하며, 여기에서 Na2O의 양은 0.09 중량% 이하이다. 또 다른 예시적인 실시태양에서, 유리 조성물은 60 내지 62 중량%의 SiO2, 15 내지 16 중량%의 Al2O3, 14.5 내지 16.5 중량%의 CaO, 6.5 내지 7.5 중량%의 MgO, 0.09 중량% 이하의 Na2O, 0 내지 0.1 중량%의 K2O, 0 내지 1 중량%의 Li2O, 0 내지 0.1 중량%의 B2O3, 0 내지 0.44 중량%의 Fe2O3, 0 내지 0.1 중량%의 F2, 0 내지 0.75 중량%의 TiO2, 0 내지 0.1 중량%의 ZrO2, 및 0 내지 5 중량%의 다른 구성성분들을 포함한다.
일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 Na2O를 실질적으로 미함유한다. 본 발명의 유리 조성물은, 일부의 실시태양에서, B2O3를 실질적으로 미함유한다. 일부의 실시태양에서, 유리 조성물 중의 (MgO + CaO) 함량은 약 21.5 중량% 초과이다. 유리 조성물은, 일부의 실시태양에서, 중량% 기준으로 약 2.0 초과의 CaO/MgO 비를 가질 수 있다. 일부의 실시태양에서, 유리 조성물은 0 내지 1 중량%의 K2O를 포함한다. 일부의 실시태양에서, 유리 조성물은 0.09 중량% 이하의 K2O를 포함한다. 일부의 실시태양에서, 유리 조성물은 0 내지 2 중량%의 Li2O를 포함한다. 유리 조성물의 일부의 실시태양에서, (Na2O + K2O + Li2O) 함량은 약 1 중량% 미만이다.
본 발명의 유리 조성물은, 일부의 실시태양에서, 상기 조성물을 다수의 유리 섬유의 형성에 사용할 수 있도록 섬유화 가능하다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 약 1250 ℃ 미만의 액체화 온도를 가질 수 있다. 본 발명의 유리 조성물은, 일부의 실시태양에서, 약 1300 ℃ 미만의 성형 온도를 가질 수 있다. 일부의 실시태양에서, 상기 유리 조성물의 성형 온도와 액체화 온도 사이의 차이는 50 ℃ 이상이다.
본 발명의 일부의 실시태양은 본 발명의 유리 조성물로부터 형성된 하나 이상의 유리 섬유에 관한 것이다. 일부의 실시태양에서, 유리 섬유는 약 80 GPa 초과의 영률을 가질 수 있다. 유리 섬유는, 일부의 실시태양에서, 약 85 GPa 초과의 영률을 가질 수 있다. 유리 섬유는, 일부의 실시태양에서, 약 87 GPa 초과의 영률을 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양은 중합체성 복합체에 관한 것이다. 일부의 실시태양에서, 중합체성 복합체는 중합체성 물질(예를 들어 열가소성 또는 열경화성 수지) 및 본 발명에 개시되거나 기술되는 유리 조성물들 중 임의의 조성물로부터 형성되는 하나 이상의 유리 섬유를 포함한다.
이들 및 다른 실시태양들은 하기의 구체적인 내용에서 보다 상세히 논의된다.
달리 나타내지 않는 한, 하기의 명세서에 나타낸 숫자 매개변수들은 본 발명에 의해 획득하고자 하는 목적하는 성질들에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 각각의 숫자 매개변수는, 적어도 및 청구의 범위의 범위에 대한 동치 주의의 적용을 제한하고자 하는 시도로서가 아니라, 적어도 보고된 유의숫자의 수에 비추어 통상적인 라운딩 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다.
본 발명의 넓은 범위를 나열하는 숫자 범위 및 매개변수들이 근사치임에도 불구하고, 특정한 실시예들에 나열된 수치들은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치는 본질적으로 각 시험 측정 시 발견되는 표준 변화로부터 반드시 발생되는 어느 정도의 오차를 함유한다. 더욱이, 본 발명에 개시된 모든 범위들은 상기 범위 중에 포함된 모든 하위범위들을 포함하는 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 명시된 범위는 최소값 1(포함) 내지 최대값 10(포함) 사이; 즉 1 이상의 최소값으로 시작하는, 예를 들어 1 내지 6.1, 및 10 이하의 최대값으로 끝나는, 예를 들어 5.5 내지 10의 모든 하위범위를 갖는 모든 하위범위들을 포함하는 것으로 간주해야 한다. 또한, "본 발명에 인용되는" 것으로 언급되는 임의의 참고문헌은 그의 내용 전체가 인용되는 것으로 이해해야 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "하나의" 및 "상기"는 일부러 명백히 지시대상을 제한하지 않는 한 복수의 지시대상을 포함함에 또한 주목한다.
본 발명은 일반적으로 유리 조성물에 관한 것이다. 하나의 태양에서, 본 발명은 본 발명에 개시된 유리 조성물로부터 형성된 유리 섬유를 제공한다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 섬유는 통상적인 E-유리 섬유에 비해 개선된 기계적 성질, 예를 들어 영률을 가질 수 있다.
하나의 실시태양에서, 본 발명은 52 내지 67 중량%의 SiO2, 10.5 내지 20 중량%의 Al2O3, 10.5 내지 19 중량%의 CaO, 4 내지 14 중량%의 MgO, 0 내지 3 중량%의 Na2O, 0 내지 1 중량%의 K2O, 0 내지 2 중량%의 Li2O, 0 내지 4 중량%의 B2O3, 0 내지 0.44 중량%의 Fe2O3, 0 내지 0.5 중량%의 F2, 0 내지 2 중량%의 TiO2, 0 내지 2 중량%의 ZrO2, 및 0 내지 5 중량%의 다른 구성성분들을 포함하는 유리 조성물을 제공한다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 SiO2의 양을 특징으로 할 수 있다. SiO2는, 일부의 실시태양에서, 약 52 내지 약 67 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, SiO2는 약 55 내지 약 67 중량%의 양으로 존재할 수 있다. SiO2는, 일부의 실시태양에서, 약 58 내지 약 62 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, SiO2는 약 60 내지 약 62 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 Al2O3의 양을 특징으로 할 수 있다. Al2O3는, 일부의 실시태양에서, 약 10.5 내지 약 20 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, Al2O3는 약 11 내지 약 19 중량%의 양으로 존재할 수 있다. Al2O3는, 일부의 실시태양에서, 약 14 내지 약 17 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, Al2O3는 약 14.5 내지 약 16 중량%의 양으로 존재할 수 있다. Al2O3는 일부의 실시태양에서 약 15 내지 약 16 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 CaO의 양을 특징으로 할 수 있다. CaO는, 일부의 실시태양에서, 약 10.5 내지 약 19 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, CaO는 약 11 내지 약 18 중량%의 양으로 존재할 수 있다. CaO는 일부의 실시태양에서, 약 14 내지 약 17.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다. CaO는, 일부의 실시태양에서, 약 14.5 내지 약 17.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, CaO는 약 14 내지 약 16 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, CaO는 약 14.5 내지 약 16.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 MgO의 양을 특징으로 할 수 있다. MgO는, 일부의 실시태양에서, 약 4 내지 약 14 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, MgO는 약 4.5 내지 약 13 중량%의 양으로 존재할 수 있다. MgO는, 일부의 실시태양에서, 약 6 내지 약 9 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, MgO는 약 6 내지 약 7.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다. MgO는 일부의 실시태양에서, 약 6.5 내지 약 7.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
일부의 실시태양에서, 본 발명의 조성물은 (MgO + CaO) 함량을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 일부의 실시태양에서, 상기 (MgO + CaO) 함량은 약 21.5 중량% 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 상기 (MgO + CaO) 함량은 약 21.7 중량% 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 상기 (MgO + CaO) 함량은 약 22 중량% 초과일 수 있다.
일부의 실시태양에서, 본 발명의 조성물은 총 알칼리 토 산화물(RO) 함량(즉 MgO + CaO + BaO + SrO)을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 일부의 실시태양에서, 상기 RO 함량은 약 21.5 중량% 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 상기 RO 함량은 약 21.7 중량% 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 상기 RO 함량은 약 22 중량% 초과일 수 있다.
본 발명의 일부의 실시태양은 CaO/MgO(CaO의 중량%를 MgO의 중량%로 나눈 것)로서 나타낼 수 있는 CaO에 대한 MgO의 양을 특징으로 할 수 있다. 일부의 실시태양에서, CaO/MgO는 약 2.0 초과일 수 있다. 상기 CaO/MgO 비는 일부의 실시태양에서 약 2.1 초과일 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 Na2O의 양을 특징으로 할 수 있다. Na2O는, 일부의 실시태양에서, 약 0 내지 약 3 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, Na2O는 약 0 내지 약 2.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다. Na2O는, 일부의 실시태양에서, 약 1 중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, Na2O는 0.09 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 Na2O를 실질적으로 미함유할 수 있으며, 이는 상기 유리 조성물 중에 존재하는 임의의 Na2O가 배치 물질 중에 미량 불순물로서 존재하는 Na2O로부터 생성될 수 있음을 의미한다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 K2O의 양을 특징으로 할 수 있다. K2O는, 일부의 실시태양에서, 약 0 내지 약 1 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, K2O는 약 0.2 중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, K2O는 0.09 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 K2O를 실질적으로 미함유할 수 있으며, 이는 상기 유리 조성물 중에 존재하는 임의의 K2O가 배치 물질 중에 미량 불순물로서 존재하는 K2O로부터 생성될 수 있음을 의미한다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 Li2O의 양을 특징으로 할 수 있다. Li2O는, 일부의 실시태양에서, 약 0 내지 약 2 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, Li2O는 약 0 내지 약 1 중량%의 양으로 존재할 수 있다. Li2O는, 일부의 실시태양에서, 약 0.7 중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다.
일부의 실시태양에서, 본 발명의 조성물은 총 알칼리 금속 산화물(R2O) 함량(즉 Na2O + K2O + Li2O)을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 일부 실시태양에서 상기 R2O 함량은 약 0.1 내지 약 3 중량%일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 상기 R2O 함량은 약 1.5 중량% 미만일 수 있다. 상기 R2O 함량은 일부의 실시태양에서 약 1 중량% 미만일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 상기 유리 조성물 중의 Na2O 함량은 상기 K2O 함량 및/또는 Li2O 함량 미만일 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 B2O3의 양을 특징으로 할 수 있다. B2O3는, 일부의 실시태양에서, 약 0 내지 약 4 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, B2O3는 약 1 중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, B2O3는 약 0.5 중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 B2O3를 실질적으로 미함유할 수 있으며, 이는 상기 유리 조성물 중에 존재하는 임의의 B2O3가 배치 물질 중에 미량 불순물로서 존재하는 B2O3로부터 생성될 수 있음을 의미한다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 Fe2O3의 양을 특징으로 할 수 있다. Fe2O3는, 일부의 실시태양에서, 약 0 내지 약 0.44 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, Fe2O3는 약 0 내지 약 0.4 중량%의 양으로 존재할 수 있다. Fe2O3는, 일부의 실시태양에서, 약 0.2 내지 약 0.3 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 F2의 양을 특징으로 할 수 있다. F2는, 일부의 실시태양에서, 약 0 내지 약 0.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, F2는 약 0 내지 약 0.1 중량%의 양으로 존재할 수 있다. F2는, 일부의 실시태양에서, 약 0.1 중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 TiO2의 양을 특징으로 할 수 있다. TiO2는, 일부의 실시태양에서, 약 0 내지 약 2 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, TiO2는 약 0 내지 약 1 중량%의 양으로 존재할 수 있다. TiO2는, 일부의 실시태양에서, 약 0.2 내지 약 0.75 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, TiO2는 약 0.75 중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양은 상기 유리 조성물 중에 존재하는 ZrO2의 양을 특징으로 할 수 있다. ZrO2는, 일부의 실시태양에서, 약 0 내지 약 2 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, ZrO2는 약 0 내지 약 1 중량%의 양으로 존재할 수 있다. ZrO2는 일부의 실시태양에서 약 0.01 중량% 미만의 양으로 존재할 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 ZrO2를 실질적으로 미함유할 수 있으며, 이는 상기 유리 조성물 중에 존재하는 임의의 ZrO2가 배치 물질 중에 미량 불순물로서 존재하는 ZrO2로부터 생성될 수 있음을 의미한다.
상기 실시태양들 중 일부에 존재하는 본 발명의 한 가지 유리한 태양은 섬유 유리 산업에 통상적인 구성성분들에 대한 신뢰성 및 원료 물질 공급원이 값비싼 상당량의 구성성분들을 피할 수 있음이다. 본 발명의 상기 태양에 대해서, 본 발명의 유리의 조성 정의에 명백히 나타낸 것들 외의 구성성분들은, 필요하지 않다하더라도 포함될 수 있지만, 총량은 5 중량%를 초과하지 않는다. 이들 임의의 구성성분은 용융 보조제, 정련 보조제, 착색제, 미량의 불순물 및 유리 제조 숙련가들에게 공지된 다른 첨가제들을 포함한다. 예를 들어, BaO는 본 발명의 조성물에 필요하지 않지만, 소량의 BaO(예를 들어 약 1 중량% 이하)의 포함을 배제하지 않을 것이다. 마찬가지로, 다량의 ZnO는 본 발명에 필요하지 않지만, 일부 실시태양에서 소량(예를 들어 약 2.0 중량% 이하)이 포함될 수도 있다. 임의의 구성성분들을 최소화하는 본 발명의 실시태양들에서, 임의의 구성성분들 전체는 2 중량%를 초과하지 않거나, 1 중량%를 초과하지 않는다. 한편으로, 본 발명의 일부의 실시태양은 상기 지명된 구성성분들로 필수적으로 이루어진다고 할 수 있다.
일부의 실시태양에서, 본 발명은 55 내지 67 중량%의 SiO2, 11 내지 19 중량%의 Al2O3, 11 내지 18 중량%의 CaO, 4.5 내지 13 중량%의 MgO, 0 내지 2.5 중량%의 Na2O, 0 내지 1 중량%의 K2O, 0 내지 2 중량%의 Li2O, 0 내지 1 중량%의 B2O3, 0 내지 0.44 중량%의 Fe2O3, 0 내지 0.1 중량%의 F2, 0 내지 1 중량%의 TiO2, 0 내지 1 중량%의 ZrO2, 및 0 내지 5 중량%의 다른 구성성분들을 포함하는 유리 조성물을 제공한다. 일부 추가의 실시태양에서, Na2O의 양은 0.09 중량% 이하일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 상기와 같은 유리 조성물은 Na2O를 실질적으로 미함유할 수 있다. 일부 추가의 실시태양에서, 상기 (MgO + CaO) 함량은 약 21.5 중량% 초과, 다른 실시태양에서 21.7 중량% 초과, 및 다른 실시태양에서 약 22 중량% 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, CaO 대 MgO 또는 CaO/MgO의 비는 2.0 초과일 수 있고, 다른 실시태양에서 약 2.1 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 유리 조성물은 B2O3를 실질적으로 미함유할 수 있다.
일부의 실시태양에서, 본 발명은 58 내지 62 중량%의 SiO2, 14 내지 17 중량%의 Al2O3, 14 내지 17.5 중량%의 CaO, 6 내지 9 중량%의 MgO, 0 내지 1 중량%의 Na2O, 0 내지 0.2 중량%의 K2O, 0 내지 1 중량%의 Li2O, 0 내지 0.5 중량%의 B2O3, 0 내지 0.44 중량%의 Fe2O3, 0 내지 0.1 중량%의 F2, 0 내지 1 중량%의 TiO2, 0 내지 1 중량%의 ZrO2, 및 0 내지 5 중량%의 다른 구성성분들을 포함하는 유리 조성물을 제공한다. 일부 추가의 실시태양에서, Na2O의 양은 0.09 중량% 이하일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 상기와 같은 유리 조성물은 Na2O를 실질적으로 미함유할 수 있다. 일부 추가의 실시태양에서, 상기 (MgO + CaO) 함량은 약 21.5 중량% 초과, 다른 실시태양에서 21.7 중량% 초과, 및 다른 실시태양에서 약 22 중량% 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, CaO 대 MgO 또는 CaO/MgO의 비는 2.0 초과일 수 있고, 다른 실시태양에서 약 2.1 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 유리 조성물은 B2O3를 실질적으로 미함유할 수 있다.
일부의 실시태양에서, 본 발명은 58 내지 62 중량%의 SiO2, 14 내지 17 중량%의 Al2O3, 14 내지 16 중량%의 CaO, 6 내지 9 중량%의 MgO, 0 내지 1 중량%의 Na2O, 0 내지 0.2 중량%의 K2O, 0 내지 1 중량%의 Li2O, 0 내지 0.5 중량%의 B2O3, 0 내지 0.44 중량%의 Fe2O3, 0 내지 0.1 중량%의 F2, 0 내지 1 중량%의 TiO2, 0 내지 1 중량%의 ZrO2, 및 0 내지 5 중량%의 다른 구성성분들을 포함하는 유리 조성물을 제공한다. 일부 추가의 실시태양에서, Na2O의 양은 0.09 중량% 이하일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 상기와 같은 유리 조성물은 Na2O를 실질적으로 미함유할 수 있다. 일부 추가의 실시태양에서, 상기 (MgO + CaO) 함량은 약 21.5 중량% 초과, 다른 실시태양에서 21.7 중량% 초과, 및 다른 실시태양에서 약 22 중량% 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, CaO 대 MgO 또는 CaO/MgO의 비는 2.0 초과일 수 있고, 다른 실시태양에서 약 2.1 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 유리 조성물은 B2O3를 실질적으로 미함유할 수 있다.
일부의 실시태양에서, 본 발명은 60 내지 62 중량%의 SiO2, 14.5 내지 16 중량%의 Al2O3, 14.5 내지 17.5 중량%의 CaO, 6 내지 7.5 중량%의 MgO, 0.09 중량% 이하의 Na2O, 0 내지 0.1 중량%의 K2O, 0 내지 1 중량%의 Li2O, 0 내지 0.1 중량%의 B2O3, 0 내지 0.44 중량%의 Fe2O3, 0 내지 0.1 중량%의 F2, 0 내지 0.75 중량%의 TiO2, 0 내지 0.1 중량%의 ZrO2, 및 0 내지 5 중량%의 다른 구성성분들을 포함하는 유리 조성물을 제공한다. 일부 추가의 실시태양에서, 상기와 같은 유리 조성물은 Na2O를 실질적으로 미함유할 수 있다. 일부 추가의 실시태양에서, 상기 (MgO + CaO) 함량은 약 21.5 중량% 초과, 다른 실시태양에서 21.7 중량% 초과, 및 다른 실시태양에서 약 22 중량% 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, CaO 대 MgO 또는 CaO/MgO의 비는 2.0 초과일 수 있고, 다른 실시태양에서 약 2.1 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 유리 조성물은 B2O3를 실질적으로 미함유할 수 있다.
일부의 실시태양에서, 본 발명은 60 내지 62 중량%의 SiO2, 15 내지 16 중량%의 Al2O3, 14.5 내지 16.5 중량%의 CaO, 6.5 내지 7.5 중량%의 MgO, 0.09 중량% 이하의 Na2O, 0 내지 0.1 중량%의 K2O, 0 내지 1 중량%의 Li2O, 0 내지 0.1 중량%의 B2O3, 0 내지 0.44 중량%의 Fe2O3, 0 내지 0.1 중량%의 F2, 0 내지 0.75 중량%의 TiO2, 0 내지 0.1 중량%의 ZrO2, 및 0 내지 5 중량%의 다른 구성성분들을 포함하는 유리 조성물을 제공한다. 일부 추가의 실시태양에서, 상기와 같은 유리 조성물은 Na2O를 실질적으로 미함유할 수 있다. 일부 추가의 실시태양에서, 상기 (MgO + CaO) 함량은 약 21.5 중량% 초과, 다른 실시태양에서 21.7 중량% 초과, 및 다른 실시태양에서 약 22 중량% 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, CaO 대 MgO 또는 CaO/MgO의 비는 2.0 초과일 수 있고, 다른 실시태양에서 약 2.1 초과일 수 있다. 일부의 실시태양에서, 유리 조성물은 B2O3를 실질적으로 미함유할 수 있다.
본 발명의 일부 실시태양에 따른 유리 조성물은 섬유화 가능하다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 약 1300 ℃ 미만의 성형 온도(TF)를 갖는다. 본 발명에 사용된 바와 같이, "성형 온도"란 용어는 상기 유리 조성물이 1000 포이즈의 점도를 갖는 온도(또는 "로그 3 온도")를 의미한다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 상기 성형 온도에서 섬유화 가능하다. 본 발명의 일부 실시태양에 따른 유리 조성물은 약 1200 ℃ 내지 약 1300 ℃의 성형 온도를 갖는다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 약 1240 ℃ 내지 약 1280 ℃ 범위의 성형 온도를 갖는다.
더욱이, 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 약 1250 ℃ 미만의 액체화 온도(TL)를 갖는다. 본 발명의 일부 실시태양에 따른 유리 조성물은 약 1200 ℃ 내지 약 1240 ℃ 범위의 액체화 온도를 갖는다.
일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물의 성형 온도와 액체화 온도 사이의 차이는 약 35 ℃ 내지 60 ℃ 초과의 범위이다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물의 성형 온도와 액체화 온도 사이의 차이는 50 ℃ 이상이다.
일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 상기 성형 온도에서 2.5 g/㎠ 내지 2.7 g/㎠ 범위의 용융 밀도를 갖는다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물은 2.50 g/㎠ 내지 2.65 g/㎠ 범위의 용융 밀도를 갖는다.
본 발명에 제공된 바와 같이, 유리 섬유는 본 발명의 유리 조성물의 일부 실시태양으로부터 형성될 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 섬유는 E-유리로부터 형성된 유리 섬유에 비해 개선된 기계적 성질을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물로부터 형성된 섬유는 약 75 GPa 초과의 영률(E)을 가질 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 섬유는 약 80 GPa 초과의 영률을 가질 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 섬유는 약 85 GPa 초과의 영률을 가질 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 섬유는 약 87 GPa 초과의 영률을 가질 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 본 발명에서 논의된 영률 값은 하기 실시예 부분에 나타낸 과정을 사용하여 측정된다.
일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 섬유는 3300 MPa 초과의 인장 강도를 가질 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 섬유는 3600 MPa 초과의 인장 강도를 가질 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 인장 강도 값은 실시예 부분에 나타낸 과정을 사용하여 측정된다.
일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 섬유의 비강도 또는 비모듈러스가 중요할 수 있다. 비강도는 비중(N/㎥)으로 나눈 인장 강도(N/㎡)를 지칭한다. 비모듈러스는 비중(N/㎥)으로 나눈 영률(N/㎡)을 지칭한다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 섬유는 13 x 104 m 초과의 비강도를 가질 수 있다. 유리 섬유는 본 발명의 일부의 실시태양에서 약 14 x 104 m 초과의 비강도를 가질 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 섬유는 약 3.35 x 106 m 초과의 비모듈러스를 가질 수 있다. 이러한 값들은, 전형적으로 11.8 x 104 m의 비강도 및 3.16 x 106 m의 비모듈로스를 갖는 것으로 생각되는 E-유리 섬유에 대한 개선이다.
본 발명의 상업적인 유리 섬유를 당해 분야에 널리 공지된 통상적인 방식으로, 상기 섬유의 조성물을 형성하는 특정한 산화물들을 공급하는데 사용되는 원료 물질들을 블렌딩함으로써 제조할 수 있다. 예를 들어, 전형적으로 SiO2에 모래가, Al2O3에 점토가, CaO에 석회 또는 석회석이, MgO 및 CaO의 일부에 돌로마이트가 사용된다.
상기에 나타낸 바와 같이, 상기 유리는, 유리 또는 유리 섬유 기계적 성질 또는 특정한 기계적 성질들에 불리한 영향을 미치지 않으면서 상기 유리 용융 및 섬유 인발 공정을 돕기 위해 첨가되는 다른 첨가제들을 포함할 수 있다. 상기 유리가 배치 성분으로부터 나오는 소량의 불순물을 함유하는 것도 또한 가능하다. 예를 들어, 설페이트(SO3로서 표현됨)가 또한 정련제로서 존재할 수도 있다. 소량의 불순물, 예를 들어 SrO, BaO, Cl2, P2O5, Cr2O3 또는 NiO(이들 특정한 화학적 형태로 제한되지 않는다)가 또한 원료 물질로부터 또는 상기 용융 공정 동안 오염으로부터 존재할 수 있다. 다른 정련제 및/또는 가공 보조제들, 예를 들어 As2O3, MnO, MnO2, Sb2O3 또는 SnO2(이들 특정한 화학적 형태로 제한되지 않는다)가 또한 존재할 수도 있다. 이들 불순물 및 정련제는, 존재하는 경우, 각각 전형적으로 전체 유리 조성물의 0.5 중량% 미만의 양으로 존재한다. 임의로, 원자 번호 21(Sc), 39(Y) 및 57(La) 내지 71(Lu)을 포함하여 원소 주기율표의 희토 그룹으로부터의 원소들을 본 발명의 조성물에 첨가할 수도 있다. 이들은 가공 보조제로서 또는 상기 유리의 전기적, 물리적(열 및 광학적), 기계적 및 화학적 성질들을 개선시키는 작용을 할 수 있다. 상기 희토 첨가제는 원래의 화학적 형태 및 산화 상태와 관련하여 포함될 수 있다. 희토 원소의 첨가는, 특히 원료 물질 비용을 최소화할 목적을 갖는 본 발명의 실시태양들에서 임의적인 것으로 간주되는데, 그 이유는 상기 원소가 저 농도에서조차도 배치 비용을 증가시킬 수 있기 때문이다. 어쨌든, 상기 원료 물질의 비용은 전형적으로 상기 희토 성분(산화물로서 측정됨)이, 포함되는 경우, 전체 유리 조성물의 약 0.1 내지 3.0 중량% 이하의 양으로 존재할 것을 지시한다.
본 발명의 다양한 실시태양들에 따른 유리 섬유는 유리 섬유의 형성에 대해 당해 분야에 공지된 임의의 공정, 및 보다 바람직하게는 필수적으로 연속적인 유리 섬유의 형성에 대해 당해 분야에 공지된 임의의 공정을 사용하여 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 제한되는 것은 아니지만, 본 발명의 비-제한적인 실시태양에 따른 유리 섬유를 직접-용융 또는 간접-용융 섬유 형성 방법을 사용하여 형성시킬 수 있다. 이들 방법은 당해 분야에 널리 공지되어 있으며 이에 대한 추가적인 논의는 본 내용에 비추어 필요하지 않은 것으로 여겨진다. 예를 들어 문헌[K.L. Loewenstein, The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers, 3rd Ed., Elsevier, N.Y., 1993 at pages 47-48 and 117-234]을 참조하시오.
본 발명에서 제한되는 것은 아니지만, 본 발명의 일부 실시태양에 따른 유리 섬유는 구조 강화 용도에 유용할 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 섬유를 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 포함한 중합체의 강화에 사용할 수 있다. 일부의 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물로부터 형성된 유리 섬유를 강화 용도에 사용할 수 있다. 예를 들어, 비교적 높은 비강도 또는 비교적 높은 비모듈러스(특히 E-유리 섬유에 비해)를 갖는 본 발명의 일부 실시태양은 복합체의 전체 중량을 감소시키면서 기계적 성질 및 제품 성능을 증가시키고자 하는 용도에서 바람직할 수 있다. 본 발명의 일부 실시태양에 따른 복합체의 잠재적인 용도의 일부 예는 비제한적으로 풍력 에너지(예를 들어 풍차 블레이드), 방탄복, 우주 산업 또는 비행기 용도(예를 들어 비행기의 내부 바닥재) 등을 포함한다. 예를 들어, 일부의 실시태양에서, 본 발명의 일부 실시태양에 따른 유리 섬유를 포함하는 복합체는 기존의 표준 E-유리 강화된 복합체보다 더 높은 모듈러스를 가질 수 있으며, 신세대 풍력 터빈 블레이드의 제조 및 기계적 동작에 의해 구동되는 다른 용도에 유용할 수 있다.
다양한 실시태양들에서, 본 발명은 중합체성 물질 및 본 발명에 개시되거나 기술된 유리 조성물 중 임의의 조성물로부터 형성된 하나 이상의 유리 섬유를 포함하는 중합체성 복합체를 제공한다. 본 발명의 다양한 실시태양에 따른 중합체성 복합체를 중합체성 복합체의 제조에 대해 당해 분야에 공지된 임의의 방법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시태양에서, 본 발명에 따른 중합체성 복합체를, 유리 섬유의 직물 또는 부직포 또는 매트에 중합체성 물질을 함침시키고 이어서 상기 중합체성 물질을 경화시킴으로써 제조할 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 본 발명의 유리 조성물을 포함하는 연속적인 섬유 및/또는 절단된 유리 섬유를 상기 중합체성 물질 중에 배치할 수 있다. 상기 중합체성 물질의 정체에 따라, 상기 중합체성 물질을 상기 연속적이거나 절단된 유리 섬유의 수용에 후속으로 경화시킬 수 있다.
본 발명을 하기 일련의 구체적인 실시태양들을 통해 예시할 것이다. 그러나, 당해 분야의 숙련가는 다수의 다른 실시태양들이 본 발명의 원리에 의해 고려됨을 알 것이다.
실시예
실시예 1 내지 11
이들 실시예에서 유리를, 10% Rh/Pt 도가니에서 시약 등급 화학물질들의 혼합물을 분말 형태로 1500 ℃ 내지 1550 ℃(2732 ℉ 내지 2822 ℉)의 온도에서 4 시간 동안 용융시킴으로써 제조하였다. 각각의 배치는 약 1200 g이었다. 상기 4 시간의 용융 기간 후에, 상기 용융된 유리를 급냉용 강판 상에 부었다. 휘발성 종들, 예를 들어 플루오라이드 및 알칼리 산화물은 상기 유리 중의 그들의 낮은 농도로 인해 상기 배치 중의 방출 손실에 대해 조정되지 않았다. 이들 실시예에서 조성물은 처리된 그대로의 조성물을 나타낸다. 상업적인 성분들을 상기 유리의 제조에 사용하였다. 상기 배치 계산에서, 각 유리 중의 산화물을 계산하기 위해서 특별한 원료 물질 체류 인자들을 고려하였다. 상기 체류 인자는 유리 배치 용융 년수 및 측정된 바와 같은 상기 유리 중의 산화물 수율에 근거한다. 따라서, 본 발명에 예시된 처리된 그대로의 조성물을 상기 측정된 조성물에 가까운 것으로 간주한다.
[표 1]
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용융 성질
온도의 함수로서 용융 점도 및 액체화 온도를 각각 ASTM 시험 방법 C965 "연화점 이상에서 유리의 점도를 측정하기 위한 표준 실행" 및 C829 "구배 노 방법에 의한 유리의 액체화 온도의 측정을 위한 표준 실행"을 사용하여 측정하였다.
상기 표 1은 실시예 1 내지 10의 유리 조성물에 대해 측정된 액체화 온도(TL) 및 1000 포이즈의 용융 점도에 의해 한정된 기준 성형 온도(TF)를 요약한다. 실시예 1 내지 10의 유리 조성물은 1200 ℃ 초과의 액체화 온도를 나타내었다. 상기 유리 조성물은 1249 ℃ 내지 1280 ℃의 성형 온도를 나타내었다. 이들 조성물에 대한 상기 성형 온도와 액체화 온도 간의 차이(또는 ΔT)는 39 ℃ 내지 66 ℃ 범위였다.
기계적 성질
섬유 인장 강도 시험을 위해서, 상기 유리 조성물로부터의 섬유 샘플을 10Rh/90Pt 단일 팁 섬유 인발 유닛으로부터 생성시켰다. 대략적으로, 85 g의 주어진 조성물의 컬릿을 상기 부싱 용융 유닛에 공급하고 100 포이즈 용융 점도와 동등한 또는 이에 가까운 온도에서 2 시간 동안 콘디셔닝하였다. 후속으로 상기 용융물을 1000 포이즈 용융 점도와 동등한 또는 이에 가까운 온도로 낮추고 섬유 인발에 앞서 1 시간 동안 안정화시켰다. 섬유 인발 와인더의 속도를 조절함으로써 대략 10 ㎛ 직경 섬유가 생성되도록 섬유 직경을 조절하였다. 모든 섬유 샘플을 외부 물체와의 어떠한 접촉도 없이 공기 중에서 포획하였다. 상기 섬유 인발을 40 내지 45% RH의 조절된 습도를 갖는 방에서 완료하였다.
섬유 인장 강도를 가와바타(Kawabata) C 유형 로드 셀이 구비된 가와바타 KES-G1(카토 테크 캄파니 리미티드(Kato Tech Co. Ltd.), 일본 소재) 인장 강도 분석기를 사용하여 측정하였다. 섬유 샘플을 수지 접착제를 사용하여 종이 틀 스트립상에 올려 놓았다. 파손시까지 상기 섬유에 인장력을 가하고, 이로부터 상기 섬유 강도를 상기 섬유 직경 및 파단 응력을 근거로 측정하였다. 상기 시험을 40 내지 45% RH의 조절된 습도 하에 실온에서 수행하였다. 평균값을 각각의 조성물에 대해 65 내지 72 개 섬유의 샘플 크기를 기본으로 계산하였다.
상기 표 1은 실시예 1 내지 9의 조성물로부터 형성된 섬유들에 대한 평균 인장 강도를 보고한다. 인장 강도의 범위는 실시예 1 내지 9의 조성물로부터 형성된 섬유들에 대해 3353 내지 3751 MPa이었다. 상기 인장 강도 값(N/㎡)을 상응하는 비중(N/㎥)으로 나눔으로써 비강도를 계산하였다. 실시예 1 내지 9의 조성물로부터 제조된 섬유의 비강도 범위는 13.24 x 104 내지 14.82 x 104 m이었다. 비교를 위해서, 10 마이크론 E-유리 섬유는 2.659 g/㎤의 섬유 밀도, 3076 MPa의 인장 강도, 및 12.2 x 104 m의 비강도를 갖는 것으로서 측정되었다. 따라서, 실시예 1 내지 9의 조성물로부터 제조된 섬유는 E-유리 섬유의 인장 강도보다 9 내지 22% 더 높은 인장 강도 및 8 내지 21%의 E-유리 섬유에 대한 비강도 개선을 갖는다.
영률을 또한 하기의 기법을 사용하여 표 1의 몇몇 유리 조성물에 대해 측정하였다. 표 1의 적합한 실시예에 상응하는 조성을 갖는 대략 50 g의 유리 컬릿을 100 포이즈에 의해 한정된 용융 온도에서 2 시간 동안 90Pt/10Rh 도가니에서 재용융시켰다. 후속으로 상기 도가니를 전기 가열된 노인 수직 튜브로 옮겼다. 상기 노 온도를 1000 포이즈 용융 점도와 동등하거나 이에 가까운 섬유 견인 온도로 예비설정하였다. 상기 유리를 섬유 인발 전에 1 시간 동안 상기 온도에서 평형화시켰다. 상기 섬유 인발 노의 상부는 가운데 구멍이 있는 커버를 가졌으며, 그 위에 수-냉각된 구리 코일이 적재되어 상기 섬유의 냉각을 조절하였다. 이어서 실리카 막대를 상기 냉각 코일을 통해 손으로 상기 용융물 내로 담그고, 약 1 내지 1.5 m 길이의 섬유를 인발하고 수거하였다. 상기 섬유의 직경 범위는 한쪽 끝에서 100 μ 내지 다른쪽 끝에서 1000 ㎛이었다.
탄성 모듈러스를 상기 유리 용융물로부터 인발된 섬유에 대해서 초음파 음향 펄스 기법(파나덤(Panatherm) 5010 유닛, 파나메트릭스 인코포레이티드(Panametrics, Inc.), 미국 매사추세츠주 왈탐 소재)을 사용하여 측정하였다. 확장파 반사 시간을 20 마이크로-초 지속기간, 200 kHz 펄스를 사용하여 획득하였다. 상기 샘플 길이를 측정하고 각각의 확장파 속도(VE)를 계산하였다. 섬유 밀도(ρ)를 마이크로메트리틱스 애큐픽(Micrometritics AccuPyc) 1330 피크노미터를 사용하여 측정하였다. 각 조성물에 대해 약 20 회의 측정을 수행하였으며 평균 영률(E)을 하기 식으로부터 계산하였다:
E = VE 2 x ρ
상기 모듈러스 시험기는 1 ㎜ 직경의 도파관을 사용하며, 상기 시험기는 상기 섬유 직경을 도파관과의 접촉면에서 상기 도파관 직경과 대략 동일하게 고정시킨다. 즉, 1000 ㎛의 직경을 갖는 섬유의 단부를 상기 도파관의 접촉면에 연결시켰다. 다양한 직경들을 갖는 섬유를 영률에 대해 시험하였으며 결과는 100 내지 1000 ㎛의 섬유 직경이 섬유 모듈러스에 영향을 미치지 않음을 보인다.
영률 값은 표 1의 조성물들로부터 형성된 섬유들에 대해서 83.17 내지 86.53 GPa의 범위였다. 비모듈러스 값을, 상기 영률 값을 상응하는 밀도로 나누어 계산하였다. 실시예 1 및 5 내지 9의 조성물들로부터 제조된 섬유의 비모듈러스는 3.34 x 106 내지 3.41 x 106 m의 범위였다. 비교를 위해서, E-유리 섬유는 2.602 g/㎤의 섬유 밀도, 80.54 GPa의 모듈러스, 및 3.16 x 106 m의 비모듈러스를 갖는 것으로서 측정되었다(상기와 동일한 과정을 사용하여). 따라서, 실시예 1 및 5 내지 9의 조성물들로부터 제조된 섬유는 E-유리 섬유의 모듈러스보다 3 내지 7% 더 높은 모듈러스 및 5 내지 8%의 E-유리 섬유에 대한 비모듈러스 개선을 갖는다.
실시예 12 내지 22
실시예 12 내지 22를 섬유 유리를 형성하는 유리 조성물의 용융을 위한 통상적인 노에서 제조하였다. 상기 유리 배치를 통상적인 배치 물질(예를 들어 모래, 점토, 석회석 등)로부터 제조하였다. 용융된 유리의 샘플을 상기 노로부터 회수하고 고화시켰다. 이어서 상기 유리의 조성을, LiO2 함량(이는 통상적인 습식 분석에 의해 측정되었다)을 제외하고 보정된 x-선 형광을 사용하여 측정하였다. 하기 표 2에 보고된 다른 성질들은, 통상적인 노로부터의 유리 샘플을 상기 섬유에 대한 유리의 공급원으로서 사용함을 제외하고, 실시예 1 내지 11과 관련하여 상술한 바와 동일한 기법(상기 섬유 샘플을 제조한 방법 및 상기 섬유의 직경 범위 포함)을 사용하여 측정하였다.
[표 2]
Figure pct00002
상기 표 2는 실시예 12, 18 및 22의 조성물로부터 형성된 섬유들에 대한 평균 인장 강도를 보고한다. 인장 강도의 범위는 3373 내지 3632 MPa이었다. 상기 인장 강도 값(N/㎡)을 상응하는 비중(N/㎥)으로 나눔으로써 비강도를 계산하였다. 실시예 12, 18 및 22의 조성물로부터 제조된 섬유의 비강도 범위는 13.1 x 104 내지 14.19 x 104 m이었다. 비교를 위해서, 10 마이크론 E-유리 섬유는 2.659 g/㎤의 섬유 밀도, 3076 MPa의 인장 강도, 및 12.2 x 104 m의 비강도를 갖는 것으로서 측정되었다. 따라서, 실시예 12, 18 및 22의 조성물로부터 제조된 섬유는 E-유리 섬유의 인장 강도보다 9 내지 18% 더 높은 인장 강도 및 7 내지 16%의 E-유리 섬유에 대한 비강도 개선을 갖는다.
영률을 또한 표 1과 관련하여 개시된 동일한 기법을 사용하여 표 2의 조성물들로부터 형성된 섬유들에 대해 측정하였다. 영률 값은 표 2의 조성물들로부터 형성된 섬유들에 대해서 87.90 내지 89.11 GPa의 범위였다. 비모듈러스 값을, 상기 영률 값을 상응하는 밀도로 나누어 계산하였다. 실시예 12 내지 22의 조성물들로부터 제조된 섬유의 비모듈러스는 3.41 x 106 내지 3.49 x 106 m의 범위였다. 비교를 위해서, E-유리 섬유는 2.602 g/㎤의 섬유 밀도, 80.54 GPa의 모듈러스, 및 3.16 x 106 m의 비모듈러스를 갖는 것으로서 측정되었다(상기와 동일한 과정을 사용하여). 따라서, 실시예 12 내지 22의 조성물들로부터 제조된 섬유는 E-유리 섬유의 모듈러스보다 9 내지 10.6% 더 높은 모듈러스 및 8 내지 10%의 E-유리 섬유에 대한 비모듈러스 개선을 갖는다.
본 발명의 실시태양들에 의해 나타날 수 있는 바람직한 특성들은 비제한적으로, 바람직한 성질들을 나타내는 신규의 유리 조성물의 제공; 바람직한 기계적 성질을 갖는 유리 섬유를 생성시키는데 사용될 수 있는 신규의 유리 조성물의 제공; 상업적으로 허용 가능한 성형 온도에서 유리 섬유를 생성시키는데 사용될 수 있는 신규의 유리 조성물의 제공; 액체화 및 성형 온도에 있어서 바람직한 차이를 나타내는 신규의 유리 조성물의 제공 등을 포함할 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 명확한 이해와 관련된 본 발명의 태양들을 예시하는 것으로 이해되어야 한다. 당해 분야의 통상적인 숙련가들에게 자명하고, 따라서 본 발명의 보다 양호한 이해를 촉진하지 않는 본 발명의 몇몇 태양들은 본 명세서를 간략하게 하기 위해서 제공되지 않았다. 본 발명을 몇몇 실시태양들과 관련하여 개시하였지만, 본 발명은 개시된 특정 실시태양들로 제한되지 않고 본 발명의 진의 및 범위 내에 있는 변형들을 포함하고자 한다.

Claims (21)

  1. 58 내지 62 중량%의 SiO2;
    14 내지 17 중량%의 Al2O3;
    14 내지 17.5 중량%의 CaO; 및
    6 내지 9 중량%의 MgO
    를 포함하는 유리 조성물로, Na2O의 양이 0.09 중량% 이하인 유리 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    B2O3를 실질적으로 미함유하는 유리 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    Na2O를 실질적으로 미함유하는 유리 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    (MgO + CaO) 함량이 약 21.5 중량% 초과인 유리 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    중량% 기준으로 CaO/MgO 비가 약 2.0 초과인 유리 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    0 내지 1 중량%의 K2O 및 0 내지 2 중량%의 Li2O를 또한 포함하는 유리 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    (Na2O + K2O + Li2O) 함량이 약 1 중량% 미만인 유리 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    섬유화 가능하고, 약 1250 ℃ 미만의 액체화 온도를 가지며, 약 1300 ℃ 미만의 성형 온도를 갖고, 상기 성형 온도와 상기 액체화 온도 간의 차이가 50 ℃ 이상인 유리 조성물.
  9. 제 1 항의 유리 조성물로부터 형성된 유리 섬유.
  10. 제 9 항에 있어서,
    약 80 GPa 초과의 영률을 갖는 유리 섬유.
  11. 제 9 항에 있어서,
    약 85 GPa 초과의 영률을 갖는 유리 섬유.
  12. 제 9 항에 있어서,
    약 87 GPa 초과의 영률을 갖는 유리 섬유.
  13. 60 내지 62 중량%의 SiO2;
    14.5 내지 16 중량%의 Al2O3;
    14.5 내지 17.5 중량%의 CaO; 및
    6 내지 7.5 중량%의 MgO
    를 포함하는 유리 조성물로, Na2O의 양이 0.09 중량% 이하인 유리 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    B2O3를 실질적으로 미함유하는 유리 조성물.
  15. 제 13 항에 있어서,
    Na2O를 실질적으로 미함유하는 유리 조성물.
  16. 제 13 항에 있어서,
    (MgO + CaO) 함량이 약 21.5 중량% 초과인 유리 조성물.
  17. 제 13 항에 있어서,
    중량% 기준으로 CaO/MgO 비가 약 2.0 초과인 유리 조성물.
  18. 제 13 항에 있어서,
    0 내지 1 중량%의 K2O 및 0 내지 2 중량%의 Li2O를 또한 포함하고 (Na2O + K2O + Li2O) 함량이 약 1 중량% 미만인 유리 조성물.
  19. 제 13 항에 있어서,
    섬유화 가능하고, 약 1250 ℃ 미만의 액체화 온도를 가지며, 약 1300 ℃ 미만의 성형 온도를 갖고, 상기 성형 온도와 상기 액체화 온도 간의 차이가 50 ℃ 이상인 유리 조성물.
  20. 제 13 항의 유리 조성물로부터 형성된 유리 섬유.
  21. 제 20 항에 있어서,
    약 80 GPa 초과의 영률을 갖는 유리 섬유.
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