KR20180011786A

KR20180011786A - 고성능 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료

Info

Publication number: KR20180011786A
Application number: KR1020177036424A
Authority: KR
Inventors: 린 장; 구오롱 카오; 위치앙 장; 웬중 싱; 구이지앙 구
Original assignee: 주시 그룹 코., 엘티디.
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2018-02-02
Also published as: KR102001761B1; RU2018117560A; EP3406576A2; BR112017027193A2; RU2712988C2; CL2018002633A1; EP3406576B1; JP6487577B2; HRP20211579T1; MA42575A1; PT3406576T; JP2018517654A; WO2016165530A3; US10377662B2; BR112017027193B1; CN105753329A; AU2016248267B2; DK3406576T3; ZA201803244B; EP3909926A1

Abstract

본 발은 고성능 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료를 제공한다. 그중, 유리섬유 조성물의 각 성분의 함량은 중량백분비로, SiO₂ 53-64%，Al₂O₃>19%, <25%，Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃0.05-7%，Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%，CaO+MgO+SrO 10-24%，CaO 1.5-12%，TiO₂<2%，Fe₂O₃<1.5% 로 표시된다. 이 조성물은 유리의 탄성계수와 화학적 안정성을 대폭 제고시키고, 이 기초상에서 전통 고성능 유리의 결정화 위험성이 크고, 청징이 러렵고, 효율적인 탱크가마화 생산이 어려운 등 문제를 극복하고, 액상선 온도와 성형온도를 현저히 저하시키며, 동등한 조건하에서 유리의 결정화속도를 대폭 저하시킴으로써, 특히 화학적 안정성이 뛰어안 고성능 유리섬유의 탱크가마화 생산에 적합하다.

Description

고성능 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료

본 발명은 고성능 유리섬유 조성물에 관한 것으로서, 특히는 선진적인 복합재료 보강소지로 쓰이는 고성능 유리섬유 조성물 및 그 유리섬유와 복합재료에 관한 것이다.

유리섬유는 무기섬유재료에 속하며, 이 보강수지로 성능이 우수한 복합재료를 제작할 수 있다. 고성능 유리섬유는 선진적인 복합재료의 보강소지로서, 처음에는 주로 항공, 우주비행, 병기 등 국방 군수분야에 사용되어 왔다. 과학기술의 진보 및 경제기술의 발전에 따라, 고성능 유리섬유는 풍력발전기 날개, 압력용기, 해상송유관, 자동차 제조 등 민수 공업분야에 널리 사용되고 있다.

최초의 고성능 유리섬분은 MgO-Al₂O₃-SiO₂계를 주체로 되어 왔으며, 전형적인 방안으로는 미국 OC사로부터 개발된 S-2유리로서, 그 탄성계수는 89-90GPa에 달했지만, 생산 난이도가 너무 높아, 그 유리섬유 성형온도는 1571˚C, 액상선온도는 1470˚C에 달해, 대규모 탱크가마화 생산을 실현하기가 어려웠다. 때문에 OC는 스스로 S-2유리섬유의 생산을 포기하고, 그 특허권을 미국 AGY사에 양도하였다.

그후, OC사도 HiPer-tex유리를 개발하고, 그 탄성계수는 87-89GPa에 달했는데, 이는 일부분의 유리성능을 희생하여, 생산 난이도를 저하시키는 절충적인 방안이었다. 하지만, 설계방안은 단지 S-2유리에 대한 간단한 개진을 한것이기 때문에, 유리섬유의 성형온도와 액상선온도가 여전히 높고, 생산 난이도가 여전히 높아, 대규모 탱크가마화 생산을 실현하기가 어려웠다. 따라서 OC사도 HiPer-tex유리섬유의 생산을 포기하고, 그 특허권을 유럽의 3B사에 양도하였다.

프랑스의 생고뱅사는 MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂계를 주체로하는 R유리를 개발해 내었는데, 그 탄성계수는 86-89GPa에 달했다. 그러나 전통적인 R유리의 규소-알루미늄 함량이 비교적 높고, 유리 결정화를 개선시키는 효과적인 방안이 결핍하고, 칼슘과 마그네슘의 비례도 합리하지 못하기에, 유리의 성형이 어렵고, 결정화 위험성이 큼과 동시에, 유리 용융액의 표면장력이 크고, 청징이 어려우며, 유리섬유 성형온도가 1410˚C에 달하고, 액상선온도가 1350˚C에 달하는 바, 이는 모두 유리섬유의 효율적인 인출을 어렵게 하고, 대규모 탱크가마화 생산도 어렵게 된다.

국내의 난징유리섬유연구설계원에서는 HS2유리를 개발해 내었는데, 탄성계수는 84-87GPa에 달했다. 그 주요성분으로는 SiO₂、Al₂O₃、MgO을 포함함과 동시에, 일부분의 Li₂O、B₂O₃、CeO₂ 및 Fe₂O₃을 도입함으로써, 성형온도는 1245˚C, 액상선온도는 1320˚C밖에 안되어, 양자의 온도는 모두 S유리보다 훨씬 낮았지만, 그 성형온도는 액상선 온도보다 낮아, △T치가 부수로 되어, 유리섬유의 효율적인 인발에 아주 불리하며, 반드시 인발 온도를 높이고, 특수한 형식의 노즐을 사용하여 인발과정중 유리의 투명성 상실문제를 해결해야 함으로써, 온도의 제어가 어려워지고, 대규모 탱크가마화 생산도 어려워 진다.

상술한 바를 종합하면, 현단계의 각종 고성능 유리섬유는 실제 생산과정중 보편적으로 대규모 탱크가마생산이 어려운 문제가 존재한다. 구체적으로는 유리의 액상선 온도가 너무 높고, 결정화 속도가 너무 빠르며, 성형온도가 높고, 청징이 어려우며, △T치가 작고 심지어는 부수로되는 등 문제가 존재한다. 때문에 대부분의 회사들은 유리의 성능을 희생시키는 방식으로 생산의 난이도를 낮추는 바, 이는 상기 유리섬유의 탄성계수가 생산규모와 동시에 제고될 수 없게 되고, S유리섬유의 탄성계수 보틀넥을 돌파할 수 없게 하고 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여, 고성능 유리섬유 조성물을 제공함을 목적으로 한다. 이 조성물은 유리섬유의 탄성계수와 화학적 안정성을 현저히 제고 시키고, 이 기초상에서 전통적인 고성능 유리의 액상선온도가 높고, 결정화 속도가 빠르고, 성형온도가 높으며, 표면장력이 크고, 청징이 어려우며, 효율적인 탱크가마 생산이 어려운 등 문제를 극복하고, 고성능 유리의 액상선온도와 성형온도를 현저히 저하시키고, 동등한 조건하에서 유리의 결정화속도를 대폭 저하시킴으로써, 특히 화학적 안정성이 뛰어난 고성능 유리섬유의 탱크가마화 생산에 적합하다.

본 발명은 한방면으로는 고성능 유리섬유 조성물을 제공하고, 상기 유리섬유 조성물에는 아래 성분을 포함하며, 각 성분의 함량은 중량 백분비로 아래와 같이 표시된다.

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

그중, 진일보로 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위를 >0.5로 한정한다.

그중, 진일보로 Li₂O의 함량을 중량백분비로 0.05-0.85%로 한정한다.

그중, 진일보로 R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O의 함량을 중량백분비로 <0.97%로 한정한다.

그중, 진일보로 Li₂O의 함량을 중량백분비로 ≥0.05, <0.55%로 한정한다.

그중, 진일보로 Li₂O의 함량을 중량백분비로 0.1-0.5%로 한정한다.

그중, 진일보로 중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위를 >1.8로 한정한다.

그중, 진일보로 중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위를 >1.95로 한정한다.

그중, 진일보로 SiO₂+Al₂O₃의 함량을 중량백분비로 <80.4%로 한정한다.

그중, 진일보로 RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃의 함량을 중량백분비로 0.5-6%로 한정한다.

그중, 각 성분의 함량을 중량백분비로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

아울러, 중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는 >0.5이다.

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5이다.

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <80.4%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O <0.97%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

그중, 진일보로 R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O의 함량을 중량백분비로 ≤0.95%로 한정한다.

그중, 진일보로 R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O의 함량을 중량백분비로 ≤0.85%로 한정한다.

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.8이다.

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.5-6%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O ≥0.05%할<0.55%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.5-6%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O <0.97%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.95이다.

SiO₂ 54-62%

Al₂O₃ >19%, ≤23%

SiO₂+Al₂O₃ <80.4%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.5-6%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >1이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.95이다.

그중, 진일보로 Na₂O+K₂O의 함량을 중량 백분비로 <0.7%로 한정한다.

그중, 진일보로 TiO₂의 함량을 중량 백분비로 ≤0.75%로 한정한다.

그중, 진일보로 Al₂O₃의 함량을 중량 백분비로 >19%, ≤19.4%로 한정한다.

그중, 진일보로 Al₂O₃의 함량을 중량 백분비로 >19.4%, ≤23%로 한정한다.

그중, 진일보로 SrO의 함량을 중량 백분비로 0.1-2%로 한정한다.

그중, 진일보로 Gd₂O₃의 함량을 중량 백분비로 0.05-1%로 한정한다.

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

La₂O₃+Gd₂O₃ 0.1-3%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ ≤0.75%

Fe₂O₃ <1.5%

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

Y₂O₃ 0.5-5%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O <0.97%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

그중, 진일보로 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위를 1.5-5로 한정한다.

그중, 진일보로 중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위를 2-2.45로 한정한다.

그중, 진일보로 CaO의 함량을 중량 백분비로 5-10%로 한정한다.

그중, 진일보로 MgO의 함량을 중량 백분비로 8.1-12%로 한정한다.

그중, 진일보로 La₂O₃의 함량을 중량 백분비로 0.1-2%로 한정한다.

그중, 상기 고성능 유리섬유 조성물에는 F₂도 함유하고, 그 함량은 중량백분비는 0-1.2%로 표시된다.

그중, 상기 고성능 유리섬유 조성물에는 B₂O₃도 함유하고, 그 함량은 중량백분비는 0-2%로 표시된다.

그중, 상기 고성능 유리섬유 조성물에는 CeO₂도 함유하고, 그 함량은 중량백분비는 0-1%로 표시된다.

본 발명의 다른 한방면으로는 유리섬유를 제공하고, 상기 유리섬유는 상기 유리섬유 조성물로 제작된다.

본 발명의 또 다른 한방면으로는 복합재료를 제공하고, 상기 복합재료는 유리섬유가 포함된다.

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 있어서, 주요한 독창성은 고함량의 산화알루미늄과 저함량의 알칼리금속 산화물을 도입하는 기초상에서, 희토류 산화물 Y₂O₃、La₂O₃및 Gd₂O₃중의 하나 또는 여러가지를 도입하는 것으로서, 희토류 산화물 및 알칼리금속 산화물과 산화알루미늄간의 시너지효과를 이용하고, RE₂O₃/R₂O과 Al₂O₃/MgO의 비율을 제어하고, Al₂O₃、R₂O、Li₂O、Y₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、CaO 및 CaO+MgO+SrO의 함량범위를 합리하게 배치하며, CaO、MgO、SrO의 혼합알칼리 효과를 이용하하며, 이밖에도 선택성 있게 적당한 량의 F₂、B₂O₃ 와 CeO₂등을 도입할 수도 있다.

구체적으로 말하면, 본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에는 아래 성분이 포함되고, 각 성분의 함량은 중량 백분비로 아래와 같이 표시된다.

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

이 유리섬유 조성물중 각 성분의 역할 및 함량은 아래와 같다.

SiO₂는 유리골격을 구성하는 주요한 화합물로서, 각 성분을 안정시키는 역할을 한다. 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, SiO₂의 중량백분비 함량 범위를 53-64%로 하고, 선호적으로 SiO₂의 중량백분비 함량 범위를 54-62%로 한정할 수 있다.

Al₂O₃도 유리골격을 구성하는 화합물로서, SiO₂과 결합할 때, 유리의 기계적 성능에 대해, 실질적인 역할을 함과 동시에, 방수성, 내부식성 등 방면에서 중요한 역할을 한다. 유리의 충분한 기계적 성능과 방수성 및 내부식 성능을 얻기 위하여, Al₂O₃의높은 함량을 요구하지만, Al₂O₃의 함량이 너무 높으면 유리의 점도가 너무 높아져, 청징이 어렵게 됨과 동시에, 유리의 결정화가 발생하기 쉽고 심지어는 유리상 분리가 발생한다. 한 실시방안에 있어서, 발명자는 예상밖으로 Al₂O₃의 중량백분비 함량을 >19%, <25%로 하고, Li₂O+Na₂O+K₂O의 중량백분비 함량을 ≤1%로 하며, 적당한 량의 희토류 산화물을 도입할 때, 유리가 뛰어난 탄성계수, 화학적 안정성, 항결정화 능력 및 성형범위 △T치를 가짐을 발견하였다. 때문에, 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, Al₂O₃의 중량백분비 함량 범위를 >19%, ≤25%로 한정하고, 선호적으로 Al₂O₃의 중량백분비 함량 범위를 >19%, ≤23%로 한정할 수 있다. 진일보로, 한 실시방안에 있어서, Al₂O₃의 중량백분비 함량 범위를 >19%, ≤19.4%로 한정하고, 또 다른 한 실시방안에 있어서, Al₂O₃의 중량백분비 함량 범위를 >19.4%, ≤23%로 한정할 수 있다. 이밖에도, 진일보로 SiO₂+Al₂O₃의 중량백분비 함량 범위를 <82%로 한정하고, 선호적으로 SiO₂+Al₂O₃의 중량백분비 함량 범위를 <80.4%로 한정할 수 있다.

유리구조에 있어서, Al₂O₃에는 일반적으로 4배위[AlO₄] 및 6배위[AlO₆] 두자지 구조형식이 존재한다. 발명인은 고함량의 산화알루미늄과 저함량의 알칼리금속산화물을 도입하는 기초상에서 희토류산화물 Y₂O₃、La₂O₃과 Gd₂O₃중의 하나 또는 여러가지를 도입하여, 희토류산화물이 가지는 비교적 강한 알칼리성을 이용하여, 상단한 비산소가교성질을 제공함으로써, 구조중의 4배수량을 현저히 증가시키고, Al³ ⁺의 망상구조 진입을 촉진하며, 유리골격의 긴밀도 향상에 유리하다. 그리고, 상기 세가지 희토류이온은 모두 유리 망상구조에 들어가기 어렵고, 일반적으로 망상구조 틈새에 망상구조외 이온으로 존재하며, 배위수가 높고, 전하가 높고, 전자장 강도가 강하며, 축적능력이 강하여, 유리의 안정성을 진일보로 강화하고, 유리의 기계적 성능과 화학안정성을 향상시킨다. 동시에, 이들은 기타이온의 이동배열 또는 교환을 효과적으로 저애하여, 유리 결정화 경향을 저하시키고 화학적 안정성을 향상시키는 목적을 달성한다.

발명자는 이들을 단독으로 사용할 경우, 유리의 탄성계수향상, 유리결정화 억제 등 방면에 있어서, Y₂O₃의 역할이 La₂O₃과 Gd₂O₃에 비해 우수하고, 두가지 이상의 희토류산화물을 동시에 사용하고, 이들의 비율을 적당하게 제어할 때, 이들의 시너지작용이 현저하고, 탄성계수 제고, 유리결장화 억제 방면의 작용이 한가지 희토류산화물을 단독으로 사용할 때보다 좋은 등 예상밖의 효과가 얻어짐을 발견하였다. 따라서, 발명자는 첫째로, 여러가지 희토류 산화물은 풍부한 망상구조외 이온배위구조를 제공함으로써, 유리구조의 안정성 제고에 유리하고, 따라서 유리탄성계수를 제고시키며, 둘째로, 온도가 낮아질 때, 여러가지 부동한 반경을 가지는 희토류이온은 규칙적인 배열이 형성되는 확율도 낮추어 줌으로써, 이는 결정체의 생장속도를 현저히 낮추어줌에 유리하고, 유리의 항결정화 능력을 진일보로 제고시킨다고 인정하였다.

본 발명의 유리섬유 조성물에 있어서, RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃의 중량백분비 함량범위를 0.05-7%로 한정하고, 선호적으로 RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃의 중량백분비 함량범위를 0.5-6%로 한정할 수 있다. 진일보로, La₂O₃+Gd₂O₃의 중량백분비 함량범위를 0.1-3%로 한정하고, 진일보로, Y₂O₃의 중량백분비 함량범위를 0.5-5%로 한정하고, 진일보로, La₂O₃의 중량백분비 함량범위를 0.1-2%로 한정하며, 진일보로, Gd₂O₃의 중량백분비 함량범위를 0.05-1%로 한정할 수 있다.

K₂O와 Na₂O는 모두 유리의 점도를 저하 시키는 양호한 용해 촉진제이다. Na₂O와 K₂O에 비해, Li₂O은 유리의 점도를 현저하게 저하시킴으로써, 유리의 용융제조성능을 개선할 뿐만 아니라 유리의 역학적 성능을 향상시킴에 현저한 도움이 된다. 동시에 소량의 Li₂O는 상당한 비가교산소를 제공할 수 있어, 보다 많은 알루미늄 이온으로 인한 사면체 배위형성에 유리하고, 유리체계의 망상 구조를 증강시킨다. 그러나 알칼리금속이온이 너무 많으면 유리의 화학적 안정성을 저하시키므로 도입량이 너무 많아도 안좋다. 문에, 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, Li₂O+Na₂O+K₂O의 중량백분비 함량범위를 ≤1%로 한정하고, 선호적으로 Li₂O+Na₂O+K₂O의 중량백분비 함량범위를 <0.97%로 한정하고, 선호적으로 Li₂O+Na₂O+K₂O의 중량백분비 함량범위를 ≤0.95%로 한정하며, 선호적으로 Li₂O+Na₂O+K₂O의 중량백분비 함량범위를 ≤0.85%로 한정할 수 있다. 진일보로 Li₂O의 중량백분비 함량범위를0.05-0.85%로 한정하고, 선호적으로 Li₂O의 중량백분비 함량범위를 >0.05%, ≤0.55%로 한정하고, 선호적으로 Li₂O의 중량백분비 함량을 0.1-0.5%로 한정하며, 진일보로, Na₂O+K₂O의 중량백분비 함량을 <0.7%로 한정할 수 있다.

진일보로, 알칼리금속산화물이 제공하는 비가교산소를 효과적으로 희토류 이온에 의해 퇴적되게 하여, 이들이 [AlO₄]형식으로 유리 망상구조 내부로 들어감을 촉진한다. 본 발명의 유리섬유 조성물에 있어서, 중량백분비의 비율 C1=RE₂O₃/R₂O의 범위를 >1로 한정하고, 선호적으로, 중량백분비의 비율 C1=RE₂O₃/R₂O의 범위를 1.5-5로 한정할 수 있다.

CaO、MgO및SrO는 주로 유리의 결정화를 제어하고, 유리의 점도를 조절하는 역할을 한다. 특히 유리결정화를 제어하는 방면에 있어서, 발명자는 이들의 도입량과 비레관계를 제어함을 통해 예상밖의 효과가 얻어짐을 발견하였다. 일반적으로, MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂계를 주체로 하는 고성능 유리에 있어서, 그 유리결정후 포함되는 결정상으로는 주로 투회석(CaMgSi₂O₆)과 회장석(CaAl₂Si₂O₈) 이 포함된다. 이 두가지 결정상의 결정화 경향을 효과적으로 억제하여, 유리의 액상선온도와 결정화속도를 저하시키기 위하여, 본 발명에서는 CaO+MgO+SrO함량범위 및 각 성분간의 비례관계를 합리하게 제어하고, 혼합 알칼리의 효과를 이용하여 더욱 긴밀한 퇴적구조를 형성하여, 결정핵의 형성과 생장에 더욱 많은 에너지가 수요되게 함으로써, 유리결정화 경향을 억제하는 목적을 달성한다. 아울러, 적당한량의 스트론튬을 도입하여 유리구조를 더욱 안정하게 함으로써, 유리구조의 더한층 향상에 유리하다. 본 발명의 유리섬유 조성물에 있어서, CaO+MgO+SrO의 중량백분비 함량범위를 10-24%로 한정한다. CaO는 중요한 망목 외체의 산화물로서, 그 함량이 너무 높으면, 유리의 결정화 경향이 높아져, 유리로부터 회장석, 규회석 등 결정체가 석출될 위험성이 존재한다. 때문에 진일보로 CaO의 중량백분비 함량범위를 1.5-12%로 한정하고, 선호적으로 CaO의 중량백분비 함량범위를 5-12%로 한정한다. MgO의 유리중 역할은 CaO와 대체적으로 흡사하나, Mg² ⁺의 전장의 강도가 더욱 높기에 유리의 탄성계수 제고에 아주 중요한 역할을 한다. 진일보로 MgO의 중량백분비 함량범위를 8.1-12%로 한정하고, 진일보로 SrO의 중량백분비 함량범위를 <3%로 한정하고, 선호적으로 SrO의 중량백분비 함량범위를 0.1-2%로 한정할 수 있다.

진일보로 유리의 결정화를 효과적으로 제어하기 위하여, 본발명의 유리섬유 조성물에 있어서, 중량백분비의 비율 C2=Al₂O₃/MgO의 범위를 >1.8로 한정하고, 선호적으로 중량백분비의 비율 C2=Al₂O₃/MgO의 범위를 >1.95로 한정하며, 선호적으로 중량백분비의 비율 C2=Al₂O₃/MgO의 범위를 2-2.45로 한정할 수 있다.

TiO₂은 용해촉진 작용을 가질 뿐만 아니라, 유리의 화학적 안정성을 현저히 제고하고, 유리용융액의 표면장력 저하에도 일정한 역할을 한다. 그러나 Ti⁴ ⁺가 너무 많으면 불필요한 착색작용이 생기므로, 도입량이 너무 많아도 안좋다. 본발명의 유리섬유 조성물에 있어서, TiO₂의 중량백분비 함량범위를 <2%로 한정하고, 선호적으로 TiO₂의 중량백분비 함량범위를 ≤0.75%로 한정할 수 있다.

Fe₂O₃은 유리의 융해에 유리하고,유리의 결정화를 개선시켜주기도 한다. 하지만, 철이온과 제일철 이온은 착색작용이 있기 때문에 도입량이 너무 많아도 안좋다. 때문에 본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, Fe₂O₃의 중량백분비 함량 범위를 <1.5%로 한정한다.

본 발명의 유리섬유 조상물에 있어서, 선택성 있게 적당한량의 F₂、B₂O₃및CeO₂을 도입하여 진일보로 유리의 결정화 경향과 청징효과를 개선시킬 수 있다. 본 발명의 유리섬유 조상물에 있어서, F₂의 중량백분비 함량범위를 0-1.2%로 한정하고, B₂O₃의 중량백분비 함량범위를 0-2%로 한정하며, CeO₂의 중량백분비 함량범위를 0-1%로 한정할 수 있다.

이밖에도, 본 발명의 유리섬유 조성물중에는 소량의 불순물도 포함할 수 있으며, 중량백분비 함량은 일반적으로 2%를 초과히지 않는다.

본 발명의 유리섬유 조성물중에 있어서, 각 성분의 함량을 상기 범위로 선택하는 유익한 효과는 실시예를 통해 구체적인 실험데이터를 제시하여 설명하기로 한다.

아래는 본발명의 유리섬유 조성물중에 포함되는 각 성분의 선호적인 데이터범위의 범례를 표시한 것이다. 아래 선호적인 범례에 있어서, 이 조성물로 형성되는 유리섬유의 탄성계수는 >90GPa이다.

[선호적인 범례1]

본 발명의 고성능 유리섬유 조성물에 함유하는 아래 성분에 근거하여, 각 성분의 함량을 중량백분비로 아래와 같이 표시한다.

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

아울러, 중량백분비의 비율 C1=RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5이다.

[선호적인 범례2]

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <80.4%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O <0.97%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

[선호적인 범례3]

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O 0.1-0.5%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

아울러, 중량백분비의 비율 C1=RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5이고，중량백분비의 비율 C2=Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.8이다.

[선호적인 범례4]

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.5-6%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O ≥0.05%, <0.55%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

[선호적인 범례5]

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.5-6%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O <0.97%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

Gd₂O₃ 0.05-1%

아울러, 중량백분비의 비율 C1=RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5이고，중량백분비의 비율 C2=Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.95이다.

[선호적인 범례6]

SiO₂ 54-62%

Al₂O₃ >19%, ≤23%

SiO₂+Al₂O₃ <80.4%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.5-6%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.95%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

아울러, 중량백분비의 비율 C1=RE₂O₃/R₂O의 범위는 >1이고，중량백분비의 비율 C2=Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.95이다.

[선호적인 범례7]

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

La₂O₃+Gd₂O₃ 0.1-3%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤0.85%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ ≤0.75%

Fe₂O₃ <1.5%

[선호적인 범례8]

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

Y₂O₃ 0.5-5%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O <0.97%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

[선호적인 범례9]

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, ≤19.4%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.5-6%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O <0.97%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

[선호적인 범례10]

SiO₂ 54-62%

Al₂O₃ >19.4%, ≤23%

SiO₂+Al₂O₃ <80.4%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.5-6%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O 0.05-0.85%

Na₂O+K₂O <0.7%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

[선호적인 범례11]

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

La₂O₃+Gd₂O₃ 0.1-3%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ ≤0.75%

Fe₂O₃ <1.5%

SrO 0.1-2%

F₂0-1.2%

아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는1.5-5이다.

[선호적인 범례12]

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <82%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

La₂O₃+Gd₂O₃ 0.1-3%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 1.5-12%

TiO₂ ≤0.75%

Fe₂O₃ <1.5%

B₂O₃ 0-2%

CeO₂ 0-1%

아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는2-2.45이다.

[선호적인 범례13]

SiO₂ 53-64%

Al₂O₃ >19%, <25%

SiO₂+Al₂O₃ <80.4%

RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%

R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O <0.97%

Li₂O 0.05-0.85%

CaO+MgO+SrO 10-24%

CaO 5-10%

MgO 8.1-12%

TiO₂ <2%

Fe₂O₃ <1.5%

La₂O₃ 0.1-2%

선호적인 범례13에 있어서, 이 조성물로 형성되는 유리섬유의 탄성계수는 >95GPa이다.

본 발명에 따라 상기 문제점들의 해결이 가능한 고성능 유리섬유 조성물이 제공된다.

본 발명 실시예의 목적, 기술수단 및 장점을 보다 뚜렷하게 하기 위하여, 아래에서는 본 발명 실시예중의 기술수단에 대해, 명백하게 전면적으로 설명하기로 한다. 알다시피 상기 실시예는 본 발명의 일부분의 실시예로서, 전부의 실시예는 아니다.본 발명의 실시예에 근거하여, 본 분야의 보통 기술인원이 창조적인 노동을 하지 않고 얻은 기타 실세예는 모두 본 발명의 보호범위에 속한다. 여기서 설명하기 싶은 것은 트러블이 생기지 않는 상황하에서, 본 출원중의 실시예 및 실시예중의 특징은 상호간 임의로 조합할 수 있다.

본 발명의 기본 구상으로는, 유리섬유 조성물의 각 성분 함량을 중량백분비로 아래와 같이 표시한다. SiO₂는 53-64%, Al₂O₃은 >19%, <25%, Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃은0.05-7%，Li₂O+Na₂O+K₂O≤1%，CaO+MgO+SrO은 10-24%，CaO 은 1.5-12%，TiO₂<2%，Fe₂O₃은 <1.5%로 한다. 이 조성물은 유리의 탄성계수와 화학적 안정성을 대폭 제고시키고, 이 기초상에서, 전통 고성능유리의 결정화 위험성이 높고, 청징이 어렵고, 효율적인 탱크가마화 생산이 어려운 문제를 극복하고, 고성능 유리의 액상선온도와 성형온도를 현저히 저하시킬 수 있으며, 동등한 조건하에서 유리의 결정화속도를 대폭 저하시킬 수 있어, 특히 화학적 안정성이 뛰어난 고성능 유리섬유의 탱크가마화 생산에 적합하다.

본 발명의 유리섬유 조성물중 SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, Li₂O, Na₂O, K₂O, Fe₂O₃, TiO₂, SrO, Y₂O₃, La₂O₃, Gd₂O₃, F₂및 CeO₂의 구체적인 함량치를 선정하여 실시예로, S유리, 전통적인 R유리 및 개량 R유리의 성능 파라미터와 비교한다. 성능비교시, 6개의 성능 파라미터를 사용한다.

(1) 성형온도: 유리용융체의 점도가 10³P.S에 대응하는 온도.

(2) 액상선 온도: 유리용융체를 냉각시킬 때, 결정핵이 형성되기 시작하는 온도, 즉 유리결정의 상한온도.

(3) △T치: 성형온도와 액상선 온도와의 차로서, 인발성형 온도범위를 표시한다.

(4) 결정화 피이크 온도: DTA테스트 과정중, 유리 결정화가 가장 강한 피이크 온도로서, 일반적으로 이 온도가 높으면 높을 수록 결정핵의 생장에 수요되는 에너지가 많고, 유리의 결정화 경향이 작음을 설명한다.

(5) 탄성계수: 세로방향의 탄성계수를 말하고, 유리의 탄성변형 저항 능력을 표시하며, ASTM E2343에 따라 측정한다.

(6) 분말 감량율의 대략적인 측정방법: 용융하여 만든 유리샘플을 적당히 파쇄 및 가루낸 후, 체질하여, 60메시 체와 80메시 체로 0.4-0.6mm의 유리가루를 분리하여 예비용으로 한다. 질량이 3g인 유리가루 샘플을 3몫을 취해, 각기 정량의 10%HCL용액중에 넣어, 95˚C조건하에서 수조에 24시간 넣어 둔다. 유리가루의 고온 염산중에서의 평균 감량율을 산출함을 통해, 유리의 화학적 안정상을 평가한다.

상기 6개 파라미터 및 그 측정방법은 본 분야의 기술자가 숙지하는 것이기 때문에, 상기 파라미터를 사용하면 본 발명의 유리섬유 조성물의 성능을 충분히 설명할 수 있다.

실험의 구체적인 과정: 각 성분은 적당한 원료로부터 얻으며, 비례에 따라 각종 원료를 혼합하여, 각 성분이 최종적으로 예상중의 중량백분비에 달하게 하며, 혼합후의 원료를 용해시키고 청징시킨 후, 유리 용융액은 부싱위의 노즐을 통해 인출되어 유리섬유를 형성하며, 유리섬유는 신선기의 회전 다이헤드에 감기어 원사 케이크 또는 원사뭉치를 현성한다. 물론, 이 유리섬유는 일반적인 방법으로 재가공을 거쳐, 예상한 요구를 만족시킬 수 있다.

아래에는 본 발명에 따르는 유리섬유 조성물의 구체적인 실시예를 제공한다.

[실시예1]

SiO₂ 58.0%

Al₂O₃ 19.1%

CaO 7.9%

MgO 9.4%

Y₂O₃ 3.6%

Na₂O 0.18%

K₂O 0.31%

Li₂O 0.45%

Fe₂O₃ 0.44%

TiO₂ 0.43%

아울러, 중량백분비의 비율 C1=RE₂O₃/R₂O은 3.83이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO은 2.03이다.

실시예1에 의해 측정된 6개의 파라미터:

성형온도 1300˚C

액상선온도 1204˚C

△T치 96˚C

결정화 피이크 온도 1030˚C

탄성계수 95.7GPa

분말 감량율 0.98%

[실시예2]

SiO₂ 58.0%

Al₂O₃ 19.1%

CaO 7.2%

MgO 9.4%

Y₂O₃ 3.6%

Na₂O 0.18%

K₂O 0.31%

Li₂O 0.45%

Fe₂O₃ 0.44%

TiO₂ 0.43%

SrO 0.7%

실시예2에 의해 측정된 6개의 파라미터:

성형온도 1302˚C

액상선온도 1201˚C

△T치 101˚C

결정화 피이크 온도 1032˚C

탄성계수 96.5GPa

분말 감량율 0.95%

[실시예3]

SiO₂ 56.9%

Al₂O₃ 21.0%

CaO 5.3%

MgO 10.4%

Y₂O₃ 3.5%

La₂O₃ 0.5%

Na₂O 0.11%

K₂O 0.24%

Li₂O 0.61%

Fe₂O₃ 0.44%

TiO₂ 0.74%

아울러, 중량백분비의 비율 C1=RE₂O₃/R₂O은 4.17이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO은 2.02이다.

실시예3에 의해 측정된 6개의 파라미터:

성형온도 1306˚C

액상선온도 1216˚C

△T치 90˚C

결정화 피이크 온도 1023˚C

탄성계수 97.6GPa

분말 감량율 0.95%

[실시예4]

SiO₂ 56.1%

Al₂O₃ 21.6%

CaO 6.2%

MgO 9.0%

Y₂O₃ 3.8%

La₂O₃ 0.4%

Na₂O 0.12%

K₂O 0.28%

Li₂O 0.54%

Fe₂O₃ 0.44%

TiO₂ 0.62%

SrO 0.5%

아울러, 중량백분비의 비율 C1=RE₂O₃/R₂O은4.47이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO은 2.40이다.

실시예4에 의해 측정된 6개의 파라미터:

성형온도 1305˚C

액상선온도 1220˚C

△T치 85˚C

결정화 피이크 온도 1022˚C

탄성계수 99.2GPa

분말 감량율 0.8%

[실시예5]

SiO₂ 58.1%

Al₂O₃ 19.2%

CaO 7.3%

MgO 9.3%

Y₂O₃ 2.0%

La₂O₃ 1.6%

Na₂O 0.18%

K₂O 0.21%

Li₂O 0.51%

Fe₂O₃ 0.44%

TiO₂ 0.95%

아울러, 중량백분비의 비율 C1=RE₂O₃/R₂O은 4.0이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO은 2.06이다.

실시예5에 의해 측정된 6개의 파라미터:

성형온도 1296˚C

액상선온도 1199˚C

△T치 97˚C

결정화 피이크 온도 1033˚C

탄성계수 94.7GPa

분말 감량율 0.85%

[실시예6]

SiO₂ 58.3%

Al₂O₃ 19.3%

CaO 7.3%

MgO 8.9%

Y₂O₃ 3.7%

La₂O₃ 0.4%

Na₂O 0.23%

K₂O 0.18%

Li₂O 0.54%

Fe₂O₃ 0.44%

TiO₂ 0.51%

아울러, 중량백분비의 비율 C1=RE₂O₃/R₂O은 4.32이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO은 2.17이다.

실시예6에 의해 측정된 6개의 파라미터:

성형온도 1303˚C

액상선온도 1204˚C

△T치 99˚C

결정화 피이크 온도 1030˚C

탄성계수 97.4GPa

분말 감량율 0.9%

아래에서는 진일보로 리스트 방식으로, 본 발명 유리섬유 조성물의 상기 실시예 및 기타 실시예와 S유리, 전통적인 R유리 및 개량형 R유리의 성능 파라미터를 비교한다. 그중 유리섬유 조성물의 함량은 중량백분비로 표시한다. 설명이 필요하다면, 실시예의 각 성분의 총 함량은 100%보다 좀 적다는 점이다. 그 잔여량은 미량의 불순물 또는 분석되지 않는 소량의 성분이라고 이해하면 된다.

표1a

표1b

표1c

상기표중의 구체적인 데이터로부터 알다시피, S유리와 전통R유리에 비해, 본 발명의 유리섬유 조성물은 아래 우세를 가진다. (1) 훨씬 뛰어난 탄성계수를가진다. (2) 훨씬 낮은 액상선온도를 가지는바, 이는 유리의 결정화 위험성을 저하시키고 섬유의 인발효율을 높힘에 유리하다. 비교적 높은 결정화 피이크온도를 가지는 바, 이는 유리의 결정화 과정중 결정핵의 형성과 생장에 더욱 많은 에너지가 수요됨을 의미한다.

동시에, 개량형R유리에 비해, 본 발명의 유리섬유 조성물은 아래 우세를 가진다. (1) 훨씬 뛰어난 탄성계수를가진다. (2) 비교적 높은 결정화 피이크온도를 가지는 바, 이는 유리의 결정화 과정중 결정핵의 형성과 생장에 더욱 많은 에너지가 수요됨을 의미한다. 다시말해서, 동등한 조건하에서 본 발명 유리의 결정화속도가 더 느림을 의미한다. (3) 질량 감량율이 현저히 낮아지는 바, 이는 유리의 화학적 안정성이 현저히 개선됨을 의미한다.

S유리와 전통R유리는 모두 탱크가마화 생산을 실현할 수 없고, 개량형R유리는 일부분의 성능을 희생시키는 방식으로 액상선온도와 성형온도를 저하시켜, 생산난이도를 낮추어, 탱크가마화 생산을 실현하고 있다. 이와는 달리, 본 발명 조성물은 충분히 낮은 액상선온도와 성형온도를 가질 뿐만 아니라, 탱크가마화 생산을 실현할 수 있으며, 동시에 유리 탄성계수의 대폭 향상을 실현할 수 있어, S급 유리 및 R급 유리섬유의 탄성계수 수준이 생산규모와 동시에 생산규모와 동시에 제고될 수 없었던 기술적인 난제를 해결하였다.

본 발명의 유리섬유 조성물로는 상기 뛰어난 성능을 가지는 유리섬유를 만들 수 있다.

본 발명의 유리섬유 조성물은 한가지 또는 여러가지 유기 및/ 또는 무기재료와 결합시켜 성능이 뛰어난 유리보강소지 등 복합재료를 만들 수 있다.

마지막으로 설명하기 싶은 점: 본문중의 용어 "포괄", "포함" 또는 그 어떤 기타 변형은 비배타성의 포함을 의미 하기 때문에, 일련의 요소의 프로세서, 방법, 물품 또는 설비에는 이러한 요소들이 포함될 뿐만 아니라, 명확히 기재되지 않은 기타 요소도 포함되며, 또는 이러한 프로세서, 방법, 물품 또는 설비가 고유하는 요소도 포함된다. 더 상세한 제한이 없는 한, 어구중 "하나의 ......가 포괄"로 한정되는 요소는 상기 요소의 프로세서, 방법, 물품 또는 설비중에 다른 같은 요소도 존재함을 배제하지 않는다. (번역문중 중국어중의 "포괄"과 "포함"의 의미를 모두 포함으로 번역하고, "하나의 ......가 포괄" 중의 하나를 생략하였다.)

상기 실시예는 다만 본 발명의 기술수단을 설명하기 위한 것으로서, 본 발명을 제한하기 위한것은 아니다. 상기 실시예를 참조하여, 본 발명에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 분야의 기술자라면, 상기 각 실시예에 기재된 기술수단을 수정 또는 그중의 일부분의 기술특징에 등가치환 할 수 있고, 이러한 수정 또는 치환은 상응하는 기술수단이 본 발명의 각 실시예 기술수단의 정신과 범위를 근본적으로 벗어난 것이 아님을 이해야 한다.

[산업상 이용 가능성]

본 발명 조성물은 충분히 낮은 액상선온도와 성형온도를 가질 뿐만 아니라, 탱크가마화 생산을 실현할 수 있으며, 동시에 유리 탄성계수의 대폭 향상을 실현할 수 있어, S급 유리 및 R급 유리섬유의 탄성계수 수준이 생산규모와 동시에 생산규모와 동시에 제고될 수 없었던 기술적인 난제를 해결하였다. 현재 주류적인 고성능 유리에 비해, 본 발명의 유리섬유 조성물은 탄성계수, 결정화 성능 및 화학적 안정성 등 방면에서 돌파적인 진전을 가져왔고, 동등한 조건하에서 유리의 탄성계수를 대폭 증가시키고, 결정화 위험이 대폭 저하시키며, 화학적 안정성이 현저히 제고되어, 전체적인 기술수단이 특히 화학적 안정성이 뛰어넌 고성능 유리섬유의 탱크가마화생산에 적합하다.

Claims

아래 성분을 함유하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 53-64%
Al₂O₃ >19%, <25%
RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%
R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%
CaO+MgO+SrO 10-24%
CaO 1.5-12%
TiO₂ <2%
Fe₂O₃ <1.5%
와 같이 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5임을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, Li₂O의 함량은 중량백분비로 0.05-0.85%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O의 함량은 중량백분비로 <0.97%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, Li₂O의 함량은 중량백분비로 ≥0.05%, <0.55로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, Li₂O의 함량은 중량백분비로 0.1-0.5%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.8임을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.95임을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, SiO₂+Al₂O₃의 함량은 중량백분비로 <80.4%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃의 함량은 중량백분비로 0.5-6%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 53-64%
Al₂O₃ >19%, <25%
RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%
R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%
Li₂O 0.05-0.85%
CaO+MgO+SrO 10-24%
CaO 1.5-12%
TiO₂ <2%
Fe₂O₃ <1.5% 와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5임을,
특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 53-64%
Al₂O₃ >19%, <25%
SiO₂+Al₂O₃ <82%
RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%
R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%
Li₂O 0.05-0.85%
CaO+MgO+SrO 10-24%
CaO 1.5-12%
TiO₂ <2%
Fe₂O₃ <1.5% 와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5임을,
특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 53-64%
Al₂O₃ >19%, <25%
SiO₂+Al₂O₃ <80.4%
RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%
R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O <0.97%
Li₂O 0.05-0.85%
CaO+MgO+SrO 10-24%
CaO 1.5-12%
TiO₂ <2%
Fe₂O₃ <1.5% 와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5임을,
특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1 또는 11에 있어서, R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O의 함량은 중량백분비로 ≤0.95%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1 또는 11에 있어서, R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O의 함량은 중량백분비로 ≤0.85%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 53-64%
Al₂O₃ >19%, <25%
RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%
R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%
Li₂O 0.05-0.85%
CaO+MgO+SrO 10-24%
CaO 1.5-12%
TiO₂ <2%
Fe₂O₃ <1.5% 와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.8임을, 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 53-64%
Al₂O₃ >19%, <25%
SiO₂+Al₂O₃ <82%
RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.5-6%
R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%
Li₂O ≥0.05%, <0.55%
CaO+MgO+SrO 10-24%
CaO 1.5-12%
TiO₂ <2%
Fe₂O₃ <1.5% 와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.8임을, 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 53-64%
Al₂O₃ >19%, <25%
SiO₂+Al₂O₃ <82%
RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.5-6%
R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O <0.97%
Li₂O 0.05-0.85%
CaO+MgO+SrO 10-24%
CaO 1.5-12%
TiO₂ <2%
Fe₂O₃ <1.5% 와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.95임을, 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 54-62%
Al₂O₃ >19%, ≤23%
SiO₂+Al₂O₃ <80.4%
RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.5-6%
R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%
Li₂O 0.05-0.85%
CaO+MgO+SrO 10-24%
CaO 1.5-12%
TiO₂ <2%
Fe₂O₃ <1.5% 와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >1이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.95임을, 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1 또는 4에 있어서, Na₂O+K₂O의 함량은 중량백분비로 <0.7%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항4 또는 19에 있어서, TiO₂의 함량은 중량백분비로 ≤0.75%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항4 또는 18에 있어서, Al₂O₃의 함량은 중량백분비로 >19%, ≤19.4%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항4 또는 19에 있어서, Al₂O₃의 함량은 중량백분비로 >19.4%, ≤23%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1 또는 4에 있어서, SrO의 함량은 중량백분비로 0.1-2%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1 또는 11에 있어서, Gd₂O₃의 함량은 중량백분비로 0.05-1%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 53-64%
Al₂O₃ >19%, <25%
SiO₂+Al₂O₃ <82%
RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%
La₂O₃+Gd₂O₃ 0.1-3%
R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O ≤1%
Li₂O 0.05-0.85%
CaO+MgO+SrO 10-24%
CaO 1.5-12%
TiO₂ ≤0.75%
Fe₂O₃ <1.5% 와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5임을,
특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1에 있어서, 아래 성분을 포함하고, 각 성분의 함량은 중량백분비로 아래:
SiO₂ 53-64%
Al₂O₃ >19%, <25%
SiO₂+Al₂O₃ <82%
RE₂O₃=Y₂O₃+La₂O₃+Gd₂O₃ 0.05-7%
Y₂O₃ 0.5-5%
R₂O=Li₂O+Na₂O+K₂O <0.97%
Li₂O 0.05-0.85%
CaO+MgO+SrO 10-24%
CaO 1.5-12%
TiO₂ <2%
Fe₂O₃ <1.5% 와 같이 표시되고,
아울러, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는 >0.5이고，중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는 >1.8임을, 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항13 또는 26에 있어서, 중량백분비의 비율 C1= RE₂O₃/R₂O의 범위는1.5-5임을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항13 또는 26에 있어서, 중량백분비의 비율 C2= Al₂O₃/MgO의 범위는2-2.45임을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항13에 있어서, CaO의 함량은 중량백분비로 5-10%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1 또는 30에 있어서, MgO의 함량은 중량백분비로 8.1-12%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1 또는 13에 있어서, La₂O₃의 함량은 중량백분비로 0.1-2%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1 또는 26에 있어서, F₂도 포함되하고, 그 함량은 중량백분비로 0-1.2%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1 또는 26에 있어서, B₂O₃도 포함되하고, 그 함량은 중량백분비로 0-2%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1 또는 26에 있어서, CeO₂도 포함되하고, 그 함량은 중량백분비로 0-1%로 표시됨을 특징으로 하는 고성능 유리섬유 조성물.
청구항1 내지 35중의 어느 한항에 기재된 유리섬유 조성물로 제작됨을 특징으로 하는 유리섬유.
청구항36중에 기재된 유리섬유가 포함됨을 특징으로 하는 복합재료.