TWI698406B - 利用ＭｇＯ,ＺｎＯ及稀土氧化物製造之具有改善低熱膨脹係數之高硼鋁矽酸鹽組合物的改良低介電纖維 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示新型玻璃組合物及其應用。如本文所述之玻璃組合物可包括50重量%至55重量%之SiO2、17重量%至26重量%之B2O3、13重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至8.5重量%之MgO、0重量%至7.5重量%之ZnO、0重量%至6重量%之CaO、0重量%至1.5重量%之Li2O、0重量%至1.5重量%之F2、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之Fe2O3、0重量%至1重量%之TiO2及0重量%至8重量%之其他組分。本文中亦描述由該等組合物形成之玻璃纖維、包含該等玻璃組合物及/或玻璃纖維之複合物及製品。
Description
本申請案主張2015年5月13日申請之美國臨時專利申請案第62/160,709號之優先權，該申請案以全文引用之方式併入本文中。
本發明係關於玻璃組合物及其應用。實施例包括用於形成纖維的玻璃組合物、纖維及包括纖維的製品(例如印刷電路板)，印刷電路板具有經改良電氣效能及熱穩定性。
玻璃纖維多年來已用於加強各種聚合樹脂。一些常用於增強應用之玻璃組合物包括「E-玻璃」及「D-玻璃」系列之組合物。另一常用玻璃組合物可自AGY(Aiken，南卡羅萊納州)以商標名「L-玻璃」購得。
在增強及其他應用中，玻璃纖維之某些電性質及熱性質或藉由玻璃纖維增強之複合物之某些電性質及熱性質可至關重要，尤其對於印刷電路板基板而言。然而，在許多情況下，歸因於(例如)增加之批料成本、增加之製造成本或其他因素，具有經改良電性質及熱性質
(例如，低介電常數、低熱膨脹係數等)之玻璃纖維之製造可導致較高成本。舉例而言，前述「L-玻璃」與習知E-玻璃相比具有改良之電性質及熱性質，但因為批料向玻璃轉化、熔體澄清及纖維牽伸之實質上更高的溫度及能量需求，成本亦顯著更多。纖維玻璃製造商繼續尋找可用於在商業製造環境中形成具有所需的效能相關性質的玻璃纖維的玻璃組合物。
本發明之各種實施例提供玻璃組合物、可纖維化玻璃組合物、由該等組合物形成的玻璃纖維及包含該等玻璃組合物及/或玻璃纖維之製品。
在本發明之實施例中的玻璃組合物、可纖維化玻璃組合物及玻璃纖維(例如)相較於當前可商購之玻璃組合物可具有以下有利特徵中之一或多者：較低熱膨脹係數(CTE)值、較低介電常數(Dk)、較低熔融及成形溫度及/或較高玻璃轉變溫度。本發明之實施例之額外益處可包括增加之纖維強度、增加之纖維楊氏模數、減小之纖維密度及/或減少之硼排放。本發明之實施例可有利於印刷電路板應用，以及其他潛在應用。根據本文所提供之描述，對一般熟悉此項技術者而言，本發明之實施例的額外優勢將顯而易見。
本發明之特徵及實施例更詳細描述於以下實施方式中。
除非有相反指示，否則以下說明書中所闡述之數值參數為可能取決於試圖藉由本發明獲得的所要性質而變化之近似值。至少，且不試圖將均等論(doctrine of equivalents)之應用限於申請專利範圍之範疇，各數值參數至少應根據所報導之有效數位之數目且藉由應用一般
捨入技術來解釋。
儘管闡述本發明之廣泛範疇的數值範圍及參數為近似值，但仍儘可能精確地報導特定實例中所闡述之數值。然而，任何數值均固有地含有由其各別測試量測中發現之標準差必然產生的某些誤差。此外，本文中所揭示之所有範圍應理解為涵蓋其中包含之任何及所有子範圍。舉例而言，所陳述範圍「1至10」應視為包括最小值1與最大值10之間的任何及所有子範圍(且包括最小值1與最大值10)；亦即，開始於最小值1或更大(例如，1至6.1)及結束於最大值10或更小(例如，5.5至10)之所有子範圍。另外，被稱作「併入本文中」之任何參考應理解為全文併入。
如本文所使用，術語「實質上無」係指由在批料中作為痕量雜質存在的組分導致的玻璃組合物中存在的組分之任何量，其將僅以約0.2重量%或更小(例如，0.1重量%或更小、0.05重量%或更小、0.01重量%或更小或0.005重量%或更小)之量存在。
進一步注意，除非明確且肯定限於一個指示物，否則如本說明書中所用之單數形式「一(a/an)」及「該」包括複數個指示物。
本發明之實施例包括玻璃組合物。在一態樣中，本發明提供由本文所述之玻璃組合物形成之玻璃纖維。在一些實施例中，相較於L-玻璃纖維，本發明之玻璃纖維可具有經改良之機械性質，諸如低介電常數及低熱膨脹係數。另外，該組合物具有經改良之性質，諸如較低熔融及成形溫度及較高玻璃轉變溫度。
在一些實施例中，本發明之玻璃組合物適於纖維成形且包含約50重量%至約55重量%的SiO2、約17重量%至約26重量%的B2O3、約13重量%至約19重量%的Al2O3、約0重量%至約8.5重量%的MgO、約0重量%至約7.5重量%的ZnO、約0重量%至約6重量%的CaO、約0重量%至約1.5重量%的Li2O、約0重量%至約1.5重量%的F2、約0重量%至約1
重量%的Na2O、約0重量%至約1重量%的Fe2O3、約0重量%至約1重量%的TiO2、及約0重量%至約8重量%的其他組分，所有量皆基於該玻璃組合物之重量。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之SiO2量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，SiO2可以約50重量%至約55重量%的量存在。在一些實施例中，SiO2可為約51重量%至約54重量%。在一些實施例中，SiO2含量可為約52重量%至約54重量%。在一些實施例中，SiO2含量可為大於52重量%至約53.5重量%。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之B2O3量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，B2O3可以約17重量%至約26重量%的量存在。在一些實施例中，B2O3含量可為約17.5重量%至約25重量%。在一些實施例中，B2O3含量可為約19重量%至約24重量%。在一些實施例中，B2O3含量可為約17.5重量%至約22重量%。在一些實施例中，B2O3含量可為約22重量%至約26重量%。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之Al2O3量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，Al2O3可以約13重量%至約19重量%的量存在。在一些實施例中，Al2O3含量可為約14重量%至約18重量%。在一些實施例中，Al2O3可以大於13重量%至約16重量%的量存在。在一些實施例中，Al2O3可以約16重量%至約18.5重量%的量存在。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之MgO量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，MgO含量可為約8.5重量%或更小。在一些實施例中，MgO可為大於0重量%至約8.5重量%。在一些實施例中，MgO可為大於0重量%至約7.5重量%。在一些實施例中，MgO含量可為約1重量%至約8.5重量%。在一些實施例中，MgO含量可為約2重量%至約8.5重量%。在一些實施例中，MgO
含量可為約2重量%至約8重量%。在一些實施例中，MgO量可為約3重量%至約7重量%。在一些實施例中，MgO含量可為1重量%或更小。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之Al2O3與MgO(亦即，Al2O3+MgO)之組合含量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，Al2O3+MgO含量可為至少約14重量%。在一些實施例中，Al2O3+MgO含量可為約14重量%至約26.5重量%。在一些實施例中，Al2O3+MgO含量可為約14重量%至約26重量%。在一些實施例中，Al2O3+MgO含量可為約14重量%至約21重量%。在一些實施例中，Al2O3+MgO含量可為約20重量%至約26.5重量%。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之ZnO量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，ZnO含量可為約0重量%至約8重量%。在一些實施例中，ZnO含量可為約0重量%至約7.5重量%。在一些實施例中，ZnO可為大於0重量%至約5重量%。在一些實施例中，ZnO含量可為約2重量%至約7.5重量%。在一些實施例中，ZnO含量可為約2重量%至約5.5重量%。在一些實施例中，該組合物可實質上不含ZnO。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之Al2O3與ZnO(亦即，Al2O3+ZnO)之組合含量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，Al2O3+ZnO含量可為至少約14重量%。在一些實施例中，Al2O3+ZnO含量可為約14重量%至約22重量%。在一些實施例中，Al2O3+ZnO含量可為約14重量%至約20重量%。在一些實施例中，Al2O3+ZnO含量可為約14.5重量%至約18重量%。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之CaO量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，CaO含量可為約0重量%至約6重量%。在一些實施例中，CaO含量可為大於0重量%至約5.5重量%。在一些實施例中，CaO含量可為大於0重量%至約4.5重量%。在一
些實施例中，CaO含量可為約1.5重量%至約5.5重量%。在一些實施例中，CaO含量可少於約1重量%。在一些實施例中，該組合物可實質上不含CaO。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之MgO與CaO(亦即，MgO+CaO)之組合含量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，總MgO+CaO含量可為約9重量%或更小。在一些實施例中，MgO+CaO含量可為大於0重量%至約9重量%。在一些實施例中，MgO+CaO含量可為大於0重量%至約7.5重量%。在一些實施例中，MgO+CaO含量可為大於0重量%至約4重量%。在一些實施例中，MgO+CaO含量可為約2重量%至約9重量%。在一些實施例中，MgO+CaO含量可為約4重量%至約8.5重量%。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之Na2O量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，Na2O含量可為約1重量%或更小。在一些實施例中，Na2O含量可為約0.5重量%或更小。在一些實施例中，Na2O含量可為約0.1重量%或更小。在一些實施例中，Na2O含量可為約0.05重量%或更小。在一些實施例中，Na2O可為大於0重量%至約1重量%。在一些實施例中，Na2O可為大於0重量%至約0.5重量%。在一些實施例中，Na2O可為大於0重量%至約0.1重量%。在一些實施例中，Na2O含量可為約0.04重量%至約0.05重量%。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之Li2O量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，Li2O含量可為約1.5重量%或更小。在一些實施例中，Li2O含量可為約1.2重量%或更小。在一些實施例中，Li2O含量可為約0.8重量%或更小。在一些實施例中，Li2O含量可為約0.5重量%或更小。在一些實施例中，Li2O可為大於0重量%至約1.5重量%。在一些實施例中，Li2O可為大於0重量%至約0.8重量%。在一些實施例中，Li2O含量可為約0.4重量%至約0.7重量%。在
一些實施例中，該組合物可實質上不含Li2O。
本發明之一些實施例可藉由該組合物中存在之Na2O與Li2O含量(亦即，Na2O+Li2O）之總量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，Na2O+Li2O含量可小於約1.5重量%。在一些實施例中，Na2O+Li2O含量可小於約1.2重量%。在一些實施例中，Na2O+Li2O含量可小於約0.7重量%。在一些實施例中，Na2O+Li2O含量可為約0.1重量%或更小。在一些實施例中，Na2O+Li2O含量可為約0.4重量%至約0.7重量%。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之F2量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，F2含量可為約1.5重量%或更小。在一些實施例中，F2可為大於0重量%至約1.5重量%。在一些實施例中，F2可以約0.5重量%至約1.5重量%的量存在。在一些實施例中，F2可以約0.9重量%至約1.3重量%的量存在。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之Fe2O3量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，Fe2O3含量可為約1重量%或更小。在一些實施例中，Fe2O3含量可為約0.5重量%或更小。在一些實施例中，Fe2O3可為大於0重量%至約0.5重量%。在一些實施例中，Fe2O3可以約0.2重量%至約0.4重量%的量存在。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之TiO2量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，TiO2含量可為約1重量%或更小。在一些實施例中，TiO2可以大於0重量%至約0.7重量%存在。在一些實施例中，TiO2可以約0.4重量%至約1重量%的量存在。在一些實施例中，TiO2可以約0.4重量%至約0.7重量%的量存在。在一些實施例中，TiO2可以約0.45重量%至約0.6重量%的量存在。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之BaO及/或SrO量表徵。該等組合物可含有少量來自雜質之BaO及/或SrO；基於玻璃
組合物之重量，BaO與SrO之組合濃度可為約0.2重量%或更小。在一些實施例中，該組合物可實質上不含BaO。在一些實施例中，該組合物可實質上不含SrO。
硫酸鹽(表示為SO3)亦可作為淨化劑存在。在一些實施例中，該組合物實質上不含SO3。由於原材料或由於融熔製程期間之污染，亦可存在少量雜質，諸如Cl2、P2O5、Cr2O3或NiO，儘管不限於此等特定化學形態。其他淨化劑及/或加工助劑(諸如As2O3、MnO2、Sb2O3或SnO2)亦可存在，儘管不限於此等特定化學形態。此等雜質及淨化劑(若存在)各自典型地以基於玻璃組合物之重量的小於約0.5重量%的量存在。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之稀土氧化物(RE2O3)量表徵。如熟習此項技術者所理解，術語「稀土氧化物」係指併有稀土金屬之氧化物且包括以下各者之氧化物：鈧(Sc2O3)、釔(Y2O3)及鑭系元素(鑭(La2O3)、鈰(Ce2O3及CeO2)、鐠(Pr2O3)、釹(Nd2O3)、鉕(Pm2O3)、釤(Sm2O3)、銪(Eu2O3及EuO)、釓(Gd2O3)、鋱(Tb2O3)、鏑(Dy2O3)、鈥(Ho2O3)、鉺(Er2O3)、銩(Tm2O3)、鐿(Yb2O3)及鎦(Lu2O3))。
在本發明之玻璃組合物之一些實施例中，可以超過稀土氧化物僅作為包括於玻璃批料中的批料中之混入物或雜質存在的情況下之彼等量的量包括一或多種稀土氧化物以提供另一組分。在一些實施例中，玻璃組合物可包含稀土氧化物(例如，各種稀土氧化物中之一或多者)之組合。在一些實施例，該一或多種稀土氧化物包含La2O3、CeO2、Y2O3及Sc2O3中之至少一者。
在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，本發明之玻璃組合物可包含量為大於約0.1重量%的一或多種稀土氧化物(RE2O3)。在一些實施例中，該一或多種稀土氧化物之總量可為約8重量%或更小。
在一些實施例中，該一或多種稀土氧化物含量可為大於0重量%至約8重量%。在一些實施例中，該一或多種稀土氧化物含量可為大於0重量%至約7.5重量%。在一些實施例中，該一或多種稀土氧化物含量可以約3.5重量%至約7.5重量%的量存在。在一些實施例中，該組合物可實質上不含稀土氧化物。本發明之一些實施例可藉由玻璃組合物中所存在之Al2O3與稀土氧化物(亦即，Al2O3+RE2O3)之組合含量表徵。在一些實施例中，基於玻璃組合物之重量，Al2O3+RE2O3含量可為至少約13重量%。在一些實施例中，Al2O3+RE2O3含量可為約13重量%至約22重量%。在一些實施例中，Al2O3+RE2O3含量可為約14重量%至約22重量%。在一些實施例中，Al2O3+RE2O3含量可為約14重量%至約18重量%。在一些實施例中，Al2O3+RE2O3含量可為約18重量%至約22重量%。應理解，玻璃組合物之描述為以約0重量%至另一重量%的量存在之任何組分不一定為所有實施例中所需。換言之，在一些實施例中，該等組分可當然視組合物中所包括之其他組分的量而定存在。同樣，在一些實施例中，玻璃組合物可實質上不含該等組分，其意指玻璃組合物中存在之該組分之任意量將由作為痕量雜質存在於批料中的該組分產生，且將僅以約0.2重量%或更小的量存在。
如上文所指出，根據本發明之一些實施例之玻璃組合物為可纖維化的。在一些實施例中，本發明之玻璃組合物具有對於商業纖維玻璃製造操作合乎需要的成形溫度(TF)。如本文所使用，術語「成形溫度」或TF意謂玻璃組合物具有1000泊黏度之溫度(或「對數3溫度(log 3 temperature)」)。在一些實施例中，本發明之玻璃組合物之TF範圍為約1030℃至約1350℃。在另一實施例中，本發明之玻璃組合物之TF範圍為約1150℃至約1300℃。
在一些實施例中，本發明之玻璃組合物之液相線溫度範圍為約1030℃至約1360℃。在另一實施例中，本發明之玻璃組合物之液相線
溫度範圍為約1155℃至約1255℃。
在一些實施例中，本發明之玻璃組合物之成形溫度與液相線溫度之間的差異合乎商業纖維玻璃製造操作的需要。舉例而言，針對玻璃組合物之一些實施例，成形溫度與液相線溫度之間的差異範圍介於約35℃至大於60℃。在一些實施例中，本發明之玻璃組合物之成形溫度與液相線溫度之間的差異為至少65℃。
如本文所提供，玻璃纖維可由本發明之玻璃組合物之一些實施例形成。因此，本發明之實施例可包含由本文所述之玻璃組合物中之任一者形成之玻璃纖維。在一些實施例中，玻璃纖維可配置成織物。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可以其他形式提供，包括例如且不限於作為連續絲束、短切絲束(乾或濕)、紗線、粗紗、預浸材等。簡言之，玻璃組合物(及由其形成之任何纖維)之各種實施例可用於多種應用。
本發明之玻璃纖維可以此項技術中熟知之習知方式，藉由摻合用於供應形成纖維組合物之特定氧化物的原材料來製備。根據本發明之各種實施例之玻璃纖維可使用此項技術中已知用於形成玻璃纖維之任何方法及更理想地此項技術中已知用於形成基本上連續玻璃纖維之任何方法形成。舉例而言，儘管本文中無限制，但根據本發明之非限制性實施例之玻璃纖維可使用直接熔融或間接熔融纖維成形方法形成。此等方法為此項技術中熟知，且鑒於本發明咸信其進一步論述為不必需的。參見(例如)K.L.Loewenstein，The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers，Elsevier，N.Y.，1993年第三版第47-48頁及第117-234頁。
本發明之一些實施例係關於纖維玻璃絲束。本發明之一些實施例係關於包含纖維玻璃絲束之紗線。本發明之紗線之一些實施例尤其適合於編織應用。另外，本發明之一些實施例係關於玻璃纖維織物。
本發明之纖維玻璃織物之一些實施例尤其適合用於增強應用，尤其高模數、高強度及/或高伸長率為重要之增強應用。此外，本發明之一些實施例係關於併有纖維玻璃絲束、纖維玻璃紗線及纖維玻璃織物之複合物，諸如纖維增強聚合物複合物。更進一步地，本發明之一些實施例係關於針對應用之纖維增強複合物，該等應用包括(但不限於)風能、汽車、安全/安保、航天、航空、及高壓槽。本發明之一些實施例係關於印刷電路板，其中較低熱膨脹係數為尤其合乎需要的，諸如晶片封裝用基板。
本發明之一些實施例係關於纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束包含複數個玻璃纖維，其包含含以下組分之玻璃組合物：約50重量%至約55重量%的SiO2；約17重量%至約26重量%的B2O3；約13重量%至約19重量%的Al2O3；約0重量%至約8.5重量%的MgO；約0重量%至約7.5重量%的ZnO；約0重量%至約6重量%的CaO；約0重量%至約1.5重量%的Li2O；約0重量%至約1.5重量%的F2；約0重量%至約1重量%的Na2O；約0重量%至約1重量%的Fe2O3；約0重量%至約1重量%的TiO2；及總量約0重量%至約8重量%的其他組分。
本文揭示作為本發明之一部分的多種其他玻璃組合物，且本發明之其他實施例係關於由該等組合物形成之纖維玻璃絲束。
在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可展現合乎需要的機械性
質及其他性質。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可相對於由L-玻璃形成之玻璃纖維展現一或多種改良之機械性質。藉由本發明之一些實施例展現的經改良合乎需要的性質之實例包括(不限於)介電常數、熱膨脹係數、熔融及成形溫度、轉變溫度、纖維強度、楊氏模數、密度及硼排放。
在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合乎需要之介電常數(DK)值。在一些實施例中，由本發明之玻璃組合物形成之纖維可具有小於5之介電常數(在1GHz下)。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有小於4.75之介電常數(在1GHz下)。在一些實施例中，由本發明之玻璃組合物形成之纖維可具有小於4.0之介電常數(在1GHz下)。除非本文中另外陳述，否則使用以下實例部分中所闡述之程序測定本文中論述之介電常數值。
在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合乎需要之熱膨脹係數(CTE)值。在一些實施例中，由本發明之玻璃組合物形成之纖維可具有小於3.5ppm/℃之CTE。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有小於3.3ppm/℃之CTE。在一些實施例中，由本發明之玻璃組合物形成之纖維可具有小於3.2ppm/℃之CTE。除非本文中另外陳述，否則使用以下實例部分中所闡述之程序測定本文中論述之CTE值。
纖維玻璃絲束可視所要應用而定包含各種直徑之玻璃纖維。在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束包含直徑在約5μm與約24μm之間的至少一個玻璃纖維。在其他實施例中，至少一個玻璃纖維之直徑在約5μm與約10μm之間。
在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束可形成為紗線及粗紗。粗紗可包含組裝、多端或單端直接牽伸粗紗。包含本發明之纖維玻璃絲束之粗紗可視所要應用而定包含具有各種直徑及密度之直接牽
伸單端粗紗。在一些實施例中，包含本發明之纖維玻璃絲束之粗紗展現多達約113碼/磅之密度。
本發明之一些實施例係關於包含至少一個如本文所揭示之纖維玻璃絲束的紗線。在一些實施例中，本發明之紗線包含至少一個如本文所揭示之纖維玻璃絲束，其中至少一個纖維玻璃絲束至少部分塗佈有上漿組合物。在一些實施例中，上漿組合物與熱固性聚合樹脂相容。在其他實施例中，上漿組合物可包含澱粉-油上漿組合物。
紗線可視所要應用而定具有各種線性質量密度。在一些實施例中，本發明之紗線之線性質量密度為約5,000碼/磅至約10,000碼/磅。
紗線可視所要應用而定具有各種撚度及方向。在一些實施例中，本發明之紗線在z方向上之撚度為約0.5匝/吋至約2匝/吋。在其他實施例中，本發明之紗線在z方向上之撚度為約0.7匝/吋。
紗線可視所要應用而定由撚在一起及/或合股之一或多個絲束製成。紗線可由撚在一起但未合股之一或多個絲束製成；該等紗線稱為「單紗」。本發明之紗線可由撚在一起但未合股之一或多個絲束製成。在一些實施例中，本發明之紗線包含撚在一起的1-4個絲束。在其他實施例中，本發明之紗線包含1個加撚絲束。
本發明之一些實施例係關於包含至少一個纖維玻璃絲束之織物。在一些實施例中，本發明之織物可包含含本文作為本發明之一部分所揭示之玻璃組合物中之至少一者的至少一個纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之織物包含如本文所揭示之紗線。在一些實施例中，本發明之織物可包含含如本文所揭示之至少一個纖維玻璃絲束之至少一個緯紗。在一些實施例中，本發明之織物可包含含如本文所揭示之至少一個纖維玻璃絲束之至少一個經紗。在一些實施例中，本發明之織物包含含如本文所揭示之至少一個纖維玻璃絲束的至少一個緯紗及含如本文所揭示之至少一個纖維玻璃絲束的至少一個經紗。
在本發明之包含織物之一些實施例中，玻璃纖維織物為根據工業織物樣式第7781號編織之織物。在其他實施例中，織物包含平紋織物、斜紋織物、爪形織物、緞紋織物、縫編織物(亦稱為非捲曲織物)或「三維」編織物。
本發明之實施例可進一步包括包含本發明之玻璃組合物之實施例及/或玻璃纖維之實施例的製品。在一些實施例中，製品包含：本發明之紗線的實施例；本發明之織物的實施例；及/或本發明之複合物的實施例。
本發明之製品之一些實施例係關於印刷電路板。在一些實施例中，印刷電路板包含本發明之紗線、織物及/或複合物。製造印刷電路板之方法大體上為一般熟習此項技術者已知的。
本發明之一些實施例係關於複合物。在一些實施例中，本發明之複合物包含聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包含本文作為本發明之一部分揭示之玻璃組合物之任一者。在一些實施例中，本發明之複合物包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一個纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之複合物包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之包含如本文所揭示之至少一個纖維玻璃絲束的粗紗的至少一部分。在其他實施例中，本發明之複合物包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一個紗線。在另其他實施例中，本發明之複合物包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一個織物。在一些實施例中，本發明之複合物包含含如本文所揭示之至少一個纖維玻璃絲束的至少一個緯紗及含如本文所揭示之至少一個纖維玻璃絲束的至少一個經紗。
本發明之複合物可視所要性質及應用而定包含各種聚合樹脂。在本發明之包含複合物之一些實施例中，聚合樹脂包含環氧樹脂。本
發明之包含複合物之其他實施例中，該聚合樹脂可包含聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺基甲酸酯、酚、聚酯、乙烯酯、聚二環戊二烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、氰酸酯、雙順丁烯二醯亞胺及熱固性聚胺基甲酸酯樹脂。本發明將經由如下一系列具體實施例予以說明。然而，熟習此項技術者應理解，本發明之原理涵蓋許多其他實施例。
表1提供根據本發明之各種實施例之複數個可纖維化玻璃組合物以及與該等組合物之各種性質相關之資料。
藉由將粉末形式之商業及試劑級化學品(試劑級化學品僅用於稀土氧化物)之混合物在10% Rh/Pt坩堝中在1500℃與1600℃(2732℉-2822℉)之間的溫度下熔融四個小時製成此等實例中之玻璃。各批料為約1000公克。在4小時熔融時段之後，將熔融玻璃傾倒至鋼板上用於驟冷。在該等批料中針對揮發性物質硼及氟化物的排放損失做出調整。實例中之該等組合物表示具備以上調整之作為批料材料的組合物。將商業成分用於製備玻璃。在批料計算中，考慮特殊原料保留因子以計算各玻璃中之氧化物。保留因子係基於多年的如所量測之玻璃中的玻璃批料熔融及氧化物產率。因此，認為實例中所說明之作為批料的組合物接近所量測之組合物。
藉由分別使用ASTM測試方法C965「Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point」及C829「Standard Practices for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method」來測定隨溫度及液相線溫度而變之熔融黏度。藉由使用ASTM C338-93(2008)「Standard Test Method for Softening Point of Glass」來測定玻璃軟化。
表1包括玻璃組合物之已量測液相線溫度(TL)、由1000泊的熔融黏度定義的參考成形溫度(TF)及由100泊的黏度定義的參考熔融溫度
(TM)。亦展示成形溫度與液相線溫度之間的差值(△T)。
藉由使用ASTM測試方法E228-11「Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials With a Push-Rod Dilatometer」來測定玻璃之線性熱膨脹係數。藉由使用相同之方法來測定該玻璃之玻璃轉變溫度Tg。
藉由使用ASTM測試方法D150「Standard Test Methods for A-C Loss Characteristics and Permittivity(Dielectric Constant)of Solid Electrical Insulating Materials」在1GHz頻率處測定每一玻璃之介電常數(Dk)及耗散因子(Df)。將具有40mm直徑及1-1.5mm厚度之每一玻璃樣本之已拋光薄片用於在1GHz頻率下使用安捷倫E4991A RF阻抗/材料分析器之Dk及Df量測。
亦使用以下技術量測表1中的某些玻璃組合物之楊氏模數。將具有對應於表1之合適實例之組成的近似50公克的玻璃屑在90Pt/10Rh坩堝中在由100泊定義的熔融溫度下再熔融兩小時。隨後將坩堝轉移至垂直管、電熱爐中。爐溫度預設在接近或等於1000泊熔融黏度之纖維拉伸溫度。玻璃在纖維抽絲前在該溫度下平衡一小時。纖維抽絲爐之頂部具有帶中心孔的蓋子，在蓋子上方安裝水冷銅線圈來調節纖維冷卻。隨後經由冷卻旋管將二氧化矽棒手動浸入熔體中，且抽出且收集約1-1.5m長之纖維。纖維直徑範圍在100μm至1000μm內。
使用超音波聲學脈衝技術(來自Panametrics,Inc.,Waltham,Massachusetts之Panatherm 5010單元)測定自玻璃熔體抽出之纖維之彈性模數。使用二十微秒持續時間、200kHz脈衝獲得延伸波反射時間。量測樣品長度，且計算各別伸張波速度(VE)。使用Micromeritics
AccuPyc 1330比重計量測纖維密度(ρ)。對各組合物進行約20次量測，且由下式計算平均楊氏模數(E)：
模數測試儀使用直徑為1mm之波導管，其將與波導管之接觸側之纖維直徑設定為約與波導管直徑相同。換言之，在波導管之接觸側連接直徑為1000μm之纖維端。測試具有各種直徑之纖維之楊氏模數，且結果展示100μm至1000μm之纖維直徑不影響纖維模數。藉由將楊氏模數值除以相應密度來計算比模數值。
應理解，本說明書說明與本發明之清晰理解有關的本發明之態樣。尚未呈現一般技術者將顯而易知且因此將不會促進對本發明之更好理解的本發明之某些態樣，以便簡化本說明書。儘管已結合某些實施例描述本發明，但本發明不限於所揭示之特定實施例，而是意欲覆蓋在本發明之精神及範疇內的修改。
Claims (20)
- 一種適合於纖維成形之玻璃組合物，其包含：50重量%至55重量%之SiO2；20.13重量%至25重量%之B2O3；大於14重量%至19重量%之Al2O3；大於0重量%至8.5重量%之MgO；0重量%至7.5重量%之ZnO；0重量%至6重量%之CaO；0重量%至1.5重量%之Li2O；大於0重量%至1.5重量%之F2；0重量%至1重量%之Na2O；0重量%至1重量%之Fe2O3；0.4重量%至1重量%之TiO2；以及總量為0重量%至8重量%之一或多種稀土氧化物(RE2O3)，其中該組合物實質上不含SrO。
- 如請求項1之組合物，其中該SiO2含量為51重量%至54重量%。
- 如請求項1之組合物，其中該MgO含量為2重量%至8.5重量%。
- 如請求項1之組合物，其中Al2O3+MgO含量為14重量%至26.5重量%。
- 如請求項1之組合物，其中該ZnO含量為大於0重量%至5重量%。
- 如請求項1之組合物，其中Al2O3+ZnO含量為14重量%至22重量%。
- 如請求項1之組合物，其中MgO+CaO含量為9重量%或9重量%以下。
- 如請求項1之組合物，其中該Na2O含量為大於0重量%至0.5重量 %。
- 如請求項1之組合物，其中該Li2O含量為0.8重量%或0.8重量%以下。
- 如請求項1之組合物，其中總的Na2O+Li2O含量為1.5重量%或1.5重量%以下。
- 如請求項1之組合物，其中該Fe2O3含量為大於0重量%至0.5重量%。
- 如請求項1之組合物，其中該TiO2含量為0.4重量%至0.6重量%。
- 如請求項1之組合物，其中該玻璃組合物包含量大於0.01重量%的一或多種稀土氧化物。
- 如請求項1之組合物，其中該一或多種稀土氧化物含量為大於0重量%至7重量%。
- 如請求項1之組合物，其中RE2O3+Al2O3含量為13重量%至22重量%。
- 如請求項1之組合物，其中該一或多種稀土氧化物包含總量為0至8重量%之La2O3、CeO2、Y2O3及Sc2O3中之至少一者。
- 如請求項1之組合物，其中該組合物實質上不含BaO。
- 一種玻璃纖維，其由如請求項1之組合物形成。
- 一種製品，其包含如請求項18之玻璃纖維。
- 如請求項19之製品，其中該製品係印刷電路板。
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