WO2023096244A1 - 미세기포를 포함하는 저유전성 유리섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

미세기포를 포함하는 저유전성 유리섬유 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2023096244A1
WO2023096244A1 PCT/KR2022/017915 KR2022017915W WO2023096244A1 WO 2023096244 A1 WO2023096244 A1 WO 2023096244A1 KR 2022017915 W KR2022017915 W KR 2022017915W WO 2023096244 A1 WO2023096244 A1 WO 2023096244A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
glass
microbubbles
glass fibers
fiber
melting
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/017915
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김복현
한원택
린가나카다탈라
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority claimed from KR1020220152030A external-priority patent/KR102645194B1/ko
Publication of WO2023096244A1 publication Critical patent/WO2023096244A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/022—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from molten glass in which the resultant product consists of different sorts of glass or is characterised by shape, e.g. hollow fibres, undulated fibres, fibres presenting a rough surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/075—Manufacture of non-optical fibres or filaments consisting of different sorts of glass or characterised by shape, e.g. undulated fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces

Definitions

  • the present invention relates to glass fibers having low dielectric constant by forming microbubbles on glass fibers, and to a method for manufacturing the same.
  • Printed Circuit Board is a core part required for these future IT devices.
  • CCL Copper Clad Laminate
  • PCB Printed Circuit Board
  • CCL substrate materials
  • ⁇ r dielectric constant
  • tan ⁇ dielectric dissipation factor
  • E-glass used for low-speed PCB, for example, SiO 2 54.3 wt%, B 2 O 3 6 wt%, Al 2 O 3 14 wt%, MgO+CaO 22.7 wt%, Li 2 O+Na 2 It contains 1.0 wt% of O+K 2 O and 0.3 wt% of FeO 2 .
  • E-glass has characteristics ranging from 6.6 to 6.9 at 1 MHz, so it is difficult to use it in a high frequency band of 1 GHz or higher due to high energy loss.
  • a method of adjusting the composition of materials constituting the oxide-based glass may be used.
  • a glass composition containing a large amount of silica (SiO 2 ) and boron (B 2 O 3 ) has been developed, and such glass is called low dielectric glass.
  • low-k glass for example, SiO 2 60-68 wt%, B 2 O 3 7-12 wt%, Al 2 O 3 9-14 wt%, CaO+MgO 8-18 wt%, Li 2 O+Na 2 It has a composition range of O+K 2 O 0 ⁇ 4 wt%.
  • various problems may occur, such as difficulty in spinning due to a high melting point, weak resistance to water, and weak mechanical strength, resulting in difficulties in using additional additives or optimizing the composition.
  • FIG. 1 shows a glass fiber form in which fine holes connected in the axial direction are formed in the glass fiber according to the prior art.
  • glass fibers are included in some layers, and processing is performed to etch them and create a hole structure. In this process, some of the glass fibers are cut or processed and exposed to the outside, so in the case of glass fibers having a microhole structure according to the prior art, the microholes are exposed to the outside and moisture and contaminants may flow into the microholes. This can make a problem for the PCB substrate to have constant and stable dielectric and electrical characteristics.
  • An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide glass having low dielectric properties and glass fiber technology using the same.
  • Patent Document US Registered Patent No. 8,697,590 B2 (“LOW DIELECTRIC GLASS AND FIBER GLASS FOR ELECTRONIC APPLICATIONS”)
  • the present invention is to solve various problems of the prior art, and to provide glass fibers having excellent dielectric properties by forming microbubbles in glass or glass fibers.
  • a low-k glass fiber is a fiber material based on a glass component; and a plurality of microbubbles distributed on the fiber material.
  • the total volume of the plurality of microbubbles may be 1 to 40 vol%.
  • the total volume of the plurality of microbubbles may be 5 to 30 vol%.
  • the size of the microbubbles may be in the range of 0.001 to 0.2 times the outer diameter of the fiber material.
  • a method for producing a low-k glass fiber according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a glass raw material mixture; preparing a glass melt by melting the glass raw material mixture; and producing glass fibers by spinning the glass melt, wherein at least one of the melting and the spinning may be ultrasonic treatment.
  • the glass raw material mixture may further include a glass precursor.
  • the glass precursor may be one or two or more selected from the group consisting of carbonate, hydrate, nitrate, sulfate, and boric acid (H 3 BO 3 ).
  • the ultrasonic treatment includes an ultrasonic frequency band; ultrasound intensity; ultrasound frequency; And it may be to control any one or more of the ultrasound time.
  • oxide-based glass having excellent dielectric properties and glass fibers using the same can be obtained by using microbubbles in the glass.
  • Oxide-based glass according to the present invention has characteristics of low permittivity and low dielectric loss because microbubbles are dispersed therein.
  • the dielectric properties of the oxide-based glass can be controlled by controlling the size and dispersion of microbubbles.
  • the distribution of microbubbles can be controlled using a microbubble generating material.
  • the distribution of microbubbles can be controlled using the microbubble generator.
  • oxide-based glass in which fine bubbles are uniformly dispersed according to the present invention and the glass fiber using the same can be used to manufacture a high-performance PCB used for high-speed communication.
  • FIG. 1 shows a glass fiber form in which fine holes connected in the axial direction are formed in the glass fiber according to the prior art.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a low-k glass fiber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a low-k glass fiber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a glass fiber manufacturing apparatus for manufacturing glass fibers having low dielectric properties according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for manufacturing glass fibers having low dielectric properties according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a microscope image of a glass fiber according to a comparative example of the present invention.
  • FIG. 6 shows a microscope image of a glass fiber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows a microscope image of a glass fiber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a microscope image confirming the formation of microbubbles in a glass plate according to ultrasonic treatment according to an embodiment of the present invention.
  • a low-k glass fiber according to an embodiment of the present invention is a fiber material based on a glass component; and a plurality of microbubbles distributed on the fiber material.
  • the total volume of the plurality of microbubbles may be 1 to 40 vol%.
  • the total volume of the plurality of microbubbles may be 5 to 30 vol%.
  • the size of the microbubbles may be in the range of 0.001 to 0.2 times the outer diameter of the fiber material.
  • a method for producing a low-k glass fiber according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a glass raw material mixture; preparing a glass melt by melting the glass raw material mixture; and producing glass fibers by spinning the glass melt, wherein at least one of the melting and the spinning may be ultrasonic treatment.
  • the glass raw material mixture may further include a glass precursor.
  • the glass precursor may be one or two or more selected from the group consisting of carbonate, hydrate, nitrate, sulfate, and boric acid (H 3 BO 3 ).
  • the ultrasonic treatment includes an ultrasonic frequency band; ultrasound intensity; ultrasound frequency; And it may be to control any one or more of the ultrasound time.
  • An object of the present invention is to provide an oxide-based glass having low permittivity and low dielectric loss and suitable thermal and mechanical properties for glass spinning and a glass fiber technology using the same.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a low-k glass fiber according to an embodiment of the present invention.
  • a glass fiber 100 includes a fiber material 110 based on a glass component; and a plurality of microbubbles 120 distributed on the fiber material 110.
  • the glass fiber 100 can control the dielectric properties of the oxide-based glass by uniformly distributing the plurality of microbubbles 120 on the fiber material 110 .
  • the dielectric constant of the glass fiber 100 is close to 1, and the dielectric loss is 1 ⁇ 10 -7 or less. Therefore, by evenly distributing the microbubbles 120 on the fiber material 110, the dielectric constant of the glass fibers 100 can be adjusted without changing the basic composition of the glass.
  • the problem of the microbubbles 120 leaking to the outside does not occur by the PCB processing process.
  • the fine holes are exposed to the outside and moisture and contaminants may flow into the fine holes, so that the PCB substrate is constant and stable. It can create problems in having dielectric and electrical properties.
  • the fiber material 110 is a material in the form of a fiber extending in the longitudinal direction, and the fiber material 110 may include a glass component as a main component.
  • the glass component may be a material constituting a matrix composition of glass.
  • the glass component may include silica (SiO 2 ), and preferably, the glass component includes oxides such as silica (SiO 2 ), boron trioxide (B 2 O 3 ), and alumina (Al 2 O 3 ). it could be In this case, the boron trioxide (B 2 O 3 ) may be provided from boron trioxide hydrate (B 2 O 3 .xH 2 O) or boric acid (H 2 BO 3 ).
  • the glass component includes silica (SiO 2 ), boron trioxide (B 2 O 3 ) and alumina (Al 2 O 3 ), and the glass component includes an alkaline earth oxide; alkali oxides; transition metal oxides; And it may further include any one or more of rare earth oxides.
  • the alkaline earth oxide may be any one or more of magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), barium oxide (BaO), and strontium oxide (SrO), and the alkali oxide may be lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide It may be any one or more of (Na 2 O) and potassium oxide (K 2 O), and the transition metal oxide is titanium dioxide (TiO 2 ), iron (III) oxide (Fe 2 O 3 ), iron (II) oxide (FeO) , zinc oxide (ZnO), or zirconia (ZrO 2 ), and the rare earth oxide may be lanthanum oxide (La 2 O 3 ).
  • MgO magnesium oxide
  • CaO calcium oxide
  • BaO barium oxide
  • SrO strontium oxide
  • the alkali oxide may be lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide It may be any one or more of (Na 2 O) and potassium oxide (K 2 O)
  • the transition metal oxide is titanium dioxide (TiO 2 ), iron (III)
  • the total volume of the fiber material 110 in the glass fiber 100 may be 60 to 99 vol%, preferably 70 to 95 vol%.
  • the total volume of the plurality of microbubbles 120 in the glass fiber 100 may be 1 to 40 vol%, preferably 5 to 30 vol%. More specifically, when the total volume of the plurality of microbubbles 120 exceeds 40 vol%, it is difficult to control the uniform distribution of the microbubbles 120 and the strength of the glass fibers 100 may be reduced. In addition, more preferably, the total volume of the plurality of microbubbles 120 distributed in the fiber material may be 5 to 30 vol% in order to ensure sufficient low dielectric properties and stable manufacturing of glass fibers.
  • the size (inner diameter) of the microbubbles 120 may be in the range of 0.001 to 0.2 times the outer diameter of the fiber material 110. More preferably, the size of the microbubbles 120 may be in the range of 0.001 to 0.1 times the outer diameter of the fiber material 110. For example, when the outer diameter of the fiber material 110 is tens of ⁇ m, the size of the microbubbles 120 may have a size of several nm to several ⁇ m, and for example, when the outer diameter of the fiber material 110 is 10 ⁇ m, The bubble 120 may have a size of 10 nm to 2 ⁇ m.
  • the microbubbles 120 may be one or more gases selected from the group consisting of O 2 , N 2 , CO, CO 2 , NO, NO 2 , SO 2 and SO 3 .
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a glass fiber manufacturing apparatus for manufacturing glass fibers having low dielectric properties according to an embodiment of the present invention.
  • Glass fiber manufacturing apparatus 20 of Figure 3 includes a melting unit (melting module) 210 including a melting vessel installed in the electric furnace; a bushing module 220 for spinning; and an ultrasonic generator 230.
  • melting module melting module
  • a melting vessel installed in the electric furnace
  • an ultrasonic generator 230 ultrasonic generator
  • the bushing unit 220 includes a bushing nozzle 221 in which a glass fiberization process is finally performed; and a transfer unit 222 that transfers the molten glass supplied from the melting unit 210 to the bushing nozzle 221 .
  • the ultrasonic generator 230 may be provided on the side of the transfer unit 222, and may control the distribution of microbubbles in the glass fibers through the ultrasonic generator 230.
  • the ultrasonic waves generated by the ultrasonic generator 230 are transmitted to the melting unit 210, the transfer unit 222, and the bushing nozzle 221, thereby controlling the distribution of microbubbles in the glass fibers.
  • the ultrasonic generator 230 may be capable of controlling the ultrasonic frequency band, intensity, frequency or time, and the ultrasonic frequency band, intensity, frequency or time may be controlled according to the microbubble generating material and the base composition of the glass.
  • the ultrasonic generator 230 may transmit ultrasonic waves to the molten glass by using the ultrasonic transmitter 231 .
  • the ultrasonic transmission unit 231 may be a length member made of a metal material, and one end of the ultrasonic transmission unit 231 is connected to the ultrasonic generator 230, and the other end of the ultrasonic transmission unit 231 is connected to the transfer unit 222. It could be
  • the ultrasonic transmission unit 231 may separate the ultrasonic melting unit 210 and the ultrasonic generator 230 from each other. Through this, it is possible to prevent the ultrasonic generator 230 from being damaged by the high temperature of the melting part 210 .
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for manufacturing glass fibers having low dielectric properties according to an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a glass fiber having low dielectric properties according to an embodiment of the present invention may be to use a glass fiber manufacturing apparatus 20 .
  • a method for manufacturing a glass fiber having low dielectric properties includes the steps of preparing a glass raw material mixture (S100); Melting the glass raw material mixture to prepare a glass melt (S200); and producing glass fibers by spinning the glass melt (S300), wherein at least one of the melting and the spinning may be performed by ultrasonic treatment.
  • the step of preparing a glass raw material mixture may be to prepare a glass raw material mixture including a prepared glass component and/or a glass precursor. More specifically, the glass raw material mixture may be prepared by introducing glass components into a melting vessel of the melting unit 210, or mixing the glass components and glass precursors together after introducing them into a melting vessel of the melting unit 210. there is.
  • the glass raw material mixture may include a glass component, and preferably may include the glass component and a glass precursor.
  • the glass component may be a material constituting a matrix composition of glass, and the glass precursor may be a material that provides the glass component by a high temperature or chemical reaction.
  • the glass component may include silica (SiO 2 ), preferably the glass component may include silica (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ), and more preferably the glass component Silica (SiO 2 ), boron trioxide (B 2 O 3 ), and alumina (Al 2 O 3 ) may be included.
  • the boron trioxide (B 2 O 3 ) may be provided from boron trioxide hydrate (B 2 O 3 .xH 2 O) or boric acid (H 2 BO 3 ).
  • the glass component includes silica (SiO 2 ), boron trioxide (B 2 O 3 ) and alumina (Al 2 O 3 ), and the glass component includes an alkaline earth oxide; alkali oxides; transition metal oxides; And it may further include any one or more of rare earth oxides. alkaline earth oxides; alkali oxides; transition metal oxides; And the rare earth oxide may be one that forms microbubbles by generating gas at a high temperature in a melting or spinning process.
  • the alkaline earth oxide may be any one or more of magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), barium oxide (BaO), and strontium oxide (SrO), and the alkali oxide may be lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide It may be any one or more of (Na 2 O) and potassium oxide (K 2 O), and the transition metal oxide is titanium dioxide (TiO 2 ), iron (III) oxide (Fe 2 O 3 ), iron (II) oxide (FeO) , zinc oxide (ZnO), or zirconia (ZrO 2 ), and the rare earth oxide may be lanthanum oxide (La 2 O 3 ).
  • MgO magnesium oxide
  • CaO calcium oxide
  • BaO barium oxide
  • SrO strontium oxide
  • the alkali oxide may be lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide It may be any one or more of (Na 2 O) and potassium oxide (K 2 O)
  • the transition metal oxide is titanium dioxide (TiO 2 ), iron (III)
  • the glass precursor provides the glass component and forms microbubbles at the same time by a high temperature or chemical reaction, and the glass precursor is O 2 , N 2 , CO, CO 2 , NO, NO 2 , It may form one or more gases selected from the group consisting of SO 2 and SO 3 .
  • the glass precursor may be one or two or more selected from the group consisting of carbonate, hydrate, nitrate, sulfate, and boric acid (H 3 BO 3 ).
  • the carbonate may be formed by generating carbon dioxide (CO 2 ) gas at a high temperature in a melting or spinning process to form microbubbles, and the carbonate is Na 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , K 2 CO 3 , MgCO 3 , CaCO 3 and SrCO 3 It may be 1 or 2 or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
  • CO 2 carbon dioxide
  • the hydrate may form microbubbles by generating water vapor (H 2 O) or oxygen (O 2 ) gas at a high temperature in a melting or spinning process.
  • the hydrate may be one or two or more selected from the group consisting of B 2 O 3 ⁇ xH 2 O, MgCl 2 ⁇ xH 2 O, and Mg(OH) 2 .
  • the nitrate may form microbubbles by generating nitrogen dioxide (NO 2 ) or nitrogen trioxide (NO 3 ) gas at a high temperature in a melting or spinning process.
  • the nitrate may be NaNO 3 .
  • the sulfate may form microbubbles by generating sulfur dioxide (SO 2 ) or sulfur trioxide (SO 3 ) gas at a high temperature in a melting or spinning process.
  • SO 2 sulfur dioxide
  • SO 3 sulfur trioxide
  • the sulfate may be Na 2 SO 4 .
  • the boric acid (H 3 BO 3 ) generates water vapor (H 2 O) or oxygen (O 2 ) gas at a high temperature in a melting or spinning process to form microbubbles and provides boron trioxide (B 2 O 3 ). there is.
  • the glass raw material mixture may further include a foaming agent, and more specifically, the glass raw material mixture may include a glass component; and a foaming agent, and preferably, the glass raw material mixture includes a glass component; glass precursor; and a foaming agent.
  • the glass raw material mixture may be prepared by adding a foaming agent together with a glass component and/or a glass precursor into a melting vessel of the melting unit 210 and then mixing them.
  • the foaming agent is one selected from the group consisting of O 2 , N 2 , CO, CO 2 , NO, NO 2 , SO 2 and SO 3 to form microbubbles by high temperature or chemical reaction, and by high temperature or chemical reaction. It may be to form one or more gases.
  • the blowing agent is 1 or 2 selected from the group consisting of Sb 2 O 3 , Sb 2 O 5 , As 2 O 3 , As 2 O 5 , (NH 4 ) 2 NO 3 , SnO 2 , CeO 2 , Ce 2 O 3 may be ideal
  • the content of the foaming agent may be 0.01 to 4 wt%, preferably 0.1 to 3 wt%. More specifically, when the content of the foaming agent exceeds 4 wt%, microbubbles are excessively generated, and when the content of the foaming agent is less than 0.01 wt%, the amount of microbubbles is remarkably insufficient. Also, more preferably, the content of the foaming agent may be 0.1 to 3 wt% in order to appropriately control the generation of microbubbles.
  • the manufacturing of the molten glass (S200) may be a melting process of melting the glass mixture at a predetermined temperature and time, and may be manufacturing the molten glass through a melting process.
  • the distribution of microbubbles (size and number of microbubbles) in the glass fibers can be controlled through the melting process.
  • the melting may include ultrasonic treatment, and more specifically, in performing the melting process, the molten glass may be manufactured through ultrasonic treatment at the same time, and through ultrasonic treatment
  • the distribution of microbubbles can be controlled.
  • the ultrasonic treatment includes an ultrasonic frequency band; ultrasound intensity; ultrasound frequency; And it may be to control any one or more of the ultrasound time.
  • a glass raw material mixture is prepared through a melting process by introducing glass components into a melting container of the melting unit 210 of the glass fiber manufacturing apparatus 20, or by melting the melting unit 210. It may be manufactured by mixing the glass component and the glass precursor together in a container and then introducing them through a melting process. It is preferable to use a platinum (Pt) or platinum (Pt)-rhodium (Rh) alloy container to withstand high temperatures as the melting vessel of the melting unit 210 . In performing the melting process, a glass melt may be prepared through ultrasonic treatment at the same time.
  • the glass raw material mixture is put into a heating device such as an electric furnace in a separate crucible, and then the mother glass is prepared in a primary melting process through a heating process, and the prepared mother glass is made of glass fibers. It may be manufactured through a secondary melting process by putting it into the melting container of the melting unit 210 of the manufacturing apparatus 20.
  • a glass melt may be prepared through ultrasonic treatment.
  • the manufacturing of glass fibers may be a spinning process of spinning the glass melt at a predetermined temperature and time, and may be manufacturing glass fibers through a spinning process.
  • the distribution of microbubbles (size and number of microbubbles) in the glass fibers can be controlled through the spinning process.
  • the spinning may be to perform ultrasonic treatment, and more specifically, in performing the spinning process, glass fibers may be manufactured through ultrasonic treatment at the same time, and through ultrasonic treatment
  • the distribution of microbubbles size and number of microbubbles
  • the ultrasonic treatment includes an ultrasonic frequency band; ultrasound intensity; ultrasound frequency; And it may be to control any one or more of the ultrasound time.
  • the ultrasonic treatment may be applied to the conveying unit 222 side of the glass fiber manufacturing apparatus 20.
  • the conveying part 222 side it is possible to simultaneously or selectively apply ultrasonic waves to the melting part 210, the conveying part 222 and the bushing nozzle 221, which can be applied simultaneously or selectively to the glass melt or the glass fiber. Ultrasonic application may be possible.
  • the ultrasonic frequency may be determined according to the composition of the glass raw material mixture, the components of the microbubbles, and the bushing module.
  • the ultrasonic frequency may be 10 kHz to 50 MHz.
  • the frequency of application of ultrasonic waves and the duration of application of ultrasonic waves are appropriately controlled.
  • the ultrasound time may be a time for applying ultrasonic waves, and the generation amount and size of microbubbles increase as the ultrasonic wave application time increases. can do.
  • the ultrasonic time may be 5 to 120 minutes (min).
  • the size and number of microbubbles in the glass fiber are increased by ultrasonic energy.
  • a method for manufacturing glass fibers having low dielectric properties according to an embodiment of the present invention in FIG. 4 will be described according to the apparatus for manufacturing glass fibers in FIG. 3 as follows.
  • the glass raw material mixture may be prepared by preparing the glass components constituting the glass fibers and putting them into a melting vessel.
  • the glass components and the glass precursor are prepared to melt the It may be to prepare a glass raw material mixture, and more preferably, it may be to prepare a glass component, a glass precursor, and a foaming agent and put them into a melting container to prepare a glass raw material mixture.
  • the glass raw material mixture is melted at a predetermined temperature and time to prepare a glass melt.
  • the molten glass may be subjected to ultrasonic treatment through an ultrasonic generator and an ultrasonic transmission unit, and microbubbles are generated by the ultrasonic treatment in the transfer unit where the molten glass moves to the bushing nozzle.
  • microbubbles are formed on the glass fibers manufactured through the bushing nozzle.
  • SiO 2 40 wt%, H 3 BO 3 16 wt%, Al 2 O 3 11 wt%, CaCO 3 29 wt%, MgCO 3 2 wt%, Na 2 CO 3 1.5 wt%, K 2 CO 3 Prepare 0.5 wt%.
  • a ball mill process was performed at a rotational speed of 150 rpm for 4 hours to prepare a mixture.
  • the mixture was heated at a melting temperature of 1600° C. for 2 hours (hr) in an electric furnace (Super kanthal) to prepare a glass melt.
  • the manufactured glass melt is put into a platinum melting vessel and heated at 1330 to 1350 ° C while glass fiber spinning is performed through a bushing module to produce glass fibers that do not contain microbubbles at a spinning temperature of 1350 ° C and a spinning speed of 800 rpm. manufactured.
  • SiO 2 40 wt%, H 3 BO 3 16 wt%, Al 2 O 3 11 wt%, CaCO 3 29 wt%, MgCO 3 2 wt%, Na 2 CO 3 1.5 wt%, K 2 CO 3 Prepare 0.5 wt%.
  • a ball mill process was performed at a rotational speed of 150 rpm for 4 hours to prepare a mixture.
  • the mixture was heated at a melting temperature of 1600° C. for 2 hours (hr) in an electric furnace (Super kanthal) to prepare a glass melt.
  • the manufactured glass melt is put into a platinum melting container and heated at 1330 to 1350 ° C while glass fiber is spun through a bushing module.
  • Ultrasonic waves were transmitted to (transfer unit 222), and glass fibers were manufactured at a spinning temperature of 1350 ° C and a spinning speed of 800 rpm while inducing the generation of microbubbles by treating the spun glass fibers with ultrasonic waves in the range of 0.1 to 2.4 MHz.
  • Example 1-1 The same procedure as in Example 1-1 was performed, but as raw materials, 54.8 wt% of SiO 2 , 15.9 wt% of B 2 O 3 , 20.9 wt% of Al 2 O 3 , 3.0 wt% of MgCO 3 , 5.0 wt% of CaCO 3 and Sb 2 O 3 0.4 wt% was prepared, and glass fibers were spun at a spinning temperature of 1330 ° C and a spinning speed of 400 rpm through a bushing module while heating the glass melt at 1390 to 1400 ° C.
  • FIG. 5 is a microscope image of the glass fibers prepared in Comparative Example 1. Referring to FIG. 5, it can be seen that no microbubbles are observed in the glass fibers prepared in Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a microscope image of the glass fibers prepared in Example 1-1. Referring to FIG. 6, it can be seen that microbubbles are distributed in the glass fibers. In addition, the outer diameter of the glass fiber observed in FIG. 6 is 180 ⁇ m, and the size (diameter) of the microbubbles distributed in the glass fiber is 0.025 (1/40) to 0.05 (1/20) times the outer diameter of the glass fiber. It can be seen that it has the size of
  • Example 7 is a microscope image of the glass fibers prepared in Example 1-2. Referring to FIG. 7, it can be seen that microbubbles are distributed in the glass fibers. In addition, the outer diameter of the glass fiber observed in FIG. 6 is 700 ⁇ m, and it can be observed more clearly that microbubbles are formed in the glass fiber by including an additional foaming agent (Sb 2 O 3 ) in comparison to Example 1-1. can
  • Example 1-1 The raw materials in Example 1-1 were prepared in the same way, and in the process of manufacturing the glass melt, the glass melt was subjected to ultrasonic treatment under the same conditions as in Example 1-1 to prepare a glass plate, and glass fibers were cut through the bushing module. Glass fiber spinning for manufacturing was not performed. A photographic image of the manufactured glass plate is shown in FIG. 8 .
  • microbubbles having a size of several ⁇ m to hundreds of ⁇ m are distributed in the glass plate by ultrasonic treatment.
  • Example 1-1 It is carried out in the same manner as in Example 1-1 using the same raw materials as in Comparative Example 3, but the spinning of glass fibers is performed at a spinning temperature of 1370 ° C. by applying ultrasonic waves in the range of 1.6 to 2.6 MHz to the spun glass fibers, Glass fibers in which microbubbles made of O 2 are distributed at 40 vol% of the total volume are prepared.
  • Example 3-2 the number of microbubbles was increased by increasing the spinning temperature compared to Example 3-1 and simultaneously decreasing the spinning speed.
  • Example 4-1 the higher the SiO 2 and B 2 O 3 content, the lower the density of the glass, so the resonance frequency was increased accordingly, and the higher the SiO 2 and B 2 O 3 content, the higher the melting point of the glass.
  • the glass fiber spinning temperature was increased in order to facilitate the generation of bubbles by lowering the viscosity of the glass.
  • Example 1-1 It is carried out in the same manner as in Example 1-1 using the same raw materials as in Comparative Example 4, but the spinning of glass fibers is performed at a spinning temperature of 1390 ° C. by applying ultrasonic waves in the range of 1.8 to 3.2 MHz to the spun glass fibers, Glass fibers in which microbubbles made of O 2 are distributed at 20 vol% of the total volume are prepared.
  • Example 4-2 the spinning temperature was increased compared to Example 4-1, and the spinning speed was decreased at the same time to increase the number of microbubbles.
  • raw materials were prepared by further adding 0.2 parts by weight of foaming agent Na 2 SO 4 and 0.2 parts by weight of SnO 2 as additives to promote microbubble generation, and Example 1-1 and It is carried out in the same manner, but the spinning of glass fibers is performed at a spinning temperature of 1380 ° C and a spinning speed of 1000 rpm by applying ultrasonic waves in the range of 2.0 to 3.6 MHz to the spun glass fibers, so that microbubbles made of O 2 are formed at 30% of the total volume. Prepare glass fibers distributed in vol%.
  • Example 1-1 It is carried out in the same manner as in Example 1-1 using the same raw materials as in Example 5-1, but the spinning of glass fibers is performed at a spinning temperature of 1395 ° C. by applying ultrasonic waves in the range of 2.0 to 3.6 MHz to the glass fibers to be spun.
  • glass fibers in which microbubbles made of O 2 are distributed at 40 vol% of the total volume are prepared.
  • the dielectric constant ( ⁇ r ) and dielectric dissipation factor (tan ⁇ ) of the glass fibers according to Examples 2 to 5-2 were measured, and the parallel plate capacitor method using an impedance analyzer was used. ) or the resonance cavity method using a vector network analyzer.
  • the glass fiber according to Example 3-1 had a dielectric constant of 4.84 at 10 GHz and a dielectric loss of 0.0044, and the glass fiber according to Example 3-2 had a dielectric constant of 3.88 at 10 GHz and a dielectric loss of 0.0033.
  • the glass fiber according to Example 4-1 had a dielectric constant of 4.78 at 10 GHz and a dielectric loss of 0.0036, and the glass fiber according to Example 4-2 had a dielectric constant of 4.36 and a dielectric loss of 0.0032 at 10 GHz.
  • the dielectric constant of the glass is 3.66 at 10 GHz and the dielectric loss is 0.0021
  • the glass made of O 2 according to Example 5-2 When microbubbles are contained in about 40% of the glass volume, the obtained dielectric constant is 3.28 at 10 GHz and the dielectric loss is 0.0018.
  • the present invention is a low-dielectric glass fiber containing microbubbles and a manufacturing method thereof.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

본 발명은 미세기포를 포함하는 저유전성 유리섬유 및 이의 제조방법으로, 미세기포를 유리섬유 상에 형성하여, 저유전성을 갖는 유리섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

미세기포를 포함하는 저유전성 유리섬유 및 이의 제조방법
본 발명은 미세기포를 포함하는 저유전성 유리섬유 및 이의 제조방법으로, 미세기포를 유리섬유 상에 형성하여, 저유전성을 갖는 유리섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
클라우드 컴퓨팅, 5G 통신, OTT 서비스, 인공지능 관련 시장의 성장에 따라 모바일 기기 및 기지국, 최신 데이터 센터 구축에 필요한 서버용 초고다층 PCB의 수요가 급속도로 증가하고 있다, 초고속 통신용 고다층 전자회로기판(PCB: Printed Circuit Board)은 이러한 미래 IT 기기에 필요한 핵심부품이다.
인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 개발에 사용되는 CCL(Copper Clad Laminate, 동박적층판)은 크게 무기소재인 유리섬유, 유기소재인 수지(필러), 그리고 동박으로 구성되고, 유리섬유는 CCL을 구성하는 프리프레그(Prepreg, 절연층)의 기본 골격을 이루어 전기적 절연 특성과 함께 절연층의 기계적 및 열적 변형을 최소화하는 기능을 담당하는 핵심 소재이다.
특히, 5G 이상의 통신에서 고속·대용량화에 따라서 통신장비, 기지국 레이더, 안테나, 서버보드 등에 들어가는 기판소재(CCL)의 경우 1GHz 이상의 고주파 신호 대역에서 낮은 유전 손실 특성을 갖는 소재 확보가 중요하고, 이를 위해서는 CCL을 구성하고 있는 낮은 유전상수(dielectric constant, εr)와 유전손실(dielectric dissipation factor, tanδ) 특성을 갖는 유리섬유 소재 기술의 확보가 필수적이다.
저속의 PCB에 사용되는 기존의 E-glass의 경우 일예로 SiO2 54.3 wt%, B2O3 6 wt%, Al2O3 14 wt%, MgO+CaO 22.7 wt%, Li2O+Na2O+K2O 1.0 wt%, FeO2 0.3 wt%를 함유하고 있다. 이러한 E-glass의 경우 1 MHz에서 6.6~6.9 범위의 특성을 가지고 있어 1GHz 이상의 고주파 대역에서는 높은 에너지 손실로 인하여 사용이 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 산화물계 유리를 구성하는 물질의 조성을 조절하는 방법을 이용할 수가 있다. 일례로 실리카(SiO2) 및 붕소(B2O3)가 다량 함유된 유리조성이 개발되었으며, 이러한 유리를 저유전 유리(low dielectric glass)라고 한다. 저유전 유리의 경우 일례로 SiO2 60~68 wt%, B2O3 7~12 wt%, Al2O3 9~14 wt%, CaO+MgO 8~18 wt%, Li2O+Na2O+K2O 0~4 wt%의 조성범위를 가지고 있다. 이러한 조성의 경우 융점이 높아져서 방사가 어렵고 물에 대한 내성이 약해지며 기계적 강도가 약해지는 등 여러 가지 문제가 발생할 수 있어서 부가적인 첨가물을 사용하거나 조성을 최적화해야 하는 어려움이 따른다.
도 1은 종래기술에 따라 유리섬유 내에 축방향으로 연결된 미세홀이 형성된 유리섬유 형태를 보여주고 있다. PCB 기판의 경우 유리섬유를 일부층에 함유시켜 이를 식각하고 홀구조를 만드는 가공을 하게 된다. 이러한 과정에서 유리섬유의 일부는 절단 또는 가공되어 외부로 노출되므로 종래기술에 따른 미세홀 구조를 가진 유리섬유의 경우, 미세홀이 외부로 노출되어 미세홀 내부로 수분 및 오염물질의 유입이 발생할 수 있어 PCB기판이 일정하고 안정적인 유전특성 및 전기적 특성을 갖는데 문제를 만들 수 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고 저유전 특성을 갖는 유리 및 이를 이용한 유리섬유 기술을 제공하는 것에 목적이 있다.
선행기술문헌.
특허문헌: 미국 등록특허 8,697,590 B2(“LOW DIELECTRIC GLASS AND FIBER GLASS FOR ELECTRONIC APPLICATIONS”)
본 발명은 종래 기술이 가지는 여러 가지 문제를 해결하기 위한 것으로, 유리 내지 유리섬유 내의 미세기포를 형성하여 유전특성이 우수한 유리섬유을 제공하는 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 저유전성 유리섬유는 유리 성분을 기반으로 섬유소재; 및 상기 섬유소재 상에 분포되는 복수 개의 미세기포을 포함한다.
상기 복수 개의 미세기포의 총 체적은 1 내지 40 vol%일 수 있다.
상기 복수 개의 미세기포의 총 체적은 5 내지 30 vol%일 수 있다.
상기 미세기포의 크기는 상기 섬유소재 외경의 0.001배 내지 0.2배 범위일 수 있다.
발명의 일 실시예에 따른 저유전성 유리섬유의 제조방법은 유리원료 혼합물을 제조하는 단계; 상기 유리원료 혼합물을 용융(melting)하여 유리용융물을 제조하는 단계; 및 상기 유리용융물을 방사(spinning)하여 유리 섬유를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 용융 및 상기 방사 중 적어도 하나는 초음파 처리를 수행하는 것일 수 있다.
상기 유리원료 혼합물은 유리 전구체를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 유리 전구체는 탄산염(carbonate), 수화물(hydrate), 질산염(nitrate), 황산염(surfate) 및 붕산(H3BO3)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상인 것일 수 있다.
상기 초음파 처리는 초음파 주파수 대역; 초음파 세기; 초음파 빈도; 및 초음파 시간 중 어느 하나 이상을 제어하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면 유리 내의 미세기포를 이용하여 유전특성이 우수한 산화물계 유리 및 이를 이용한 유리섬유를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 산화물계 유리는 미세기포가 분산되어 있어 유전율 및 유전손실이 낮은 특성을 가지고 있다.
본 발명에 따른 산화물계 유리는 미세기포의 크기 및 분산을 조절하여 산화물계 유리의 유전특성을 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면 미세기포 발생물질을 이용하여 미세기포의 분포를 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면 미세기포 발생장치를 이용하여 미세기포의 분포를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 미세 기포가 일정하게 분산된 산화물계 유리 및 이를 이용한 유리섬유는 초고속 통신에 사용되는 고성능 PCB 제작에 사용할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따라 유리섬유 내에 축방향으로 연결된 미세홀이 형성된 유리섬유 형태를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저유전성 유리 섬유의 모식도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저유전성 유리 섬유의 모식도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저유전 특성을 갖는 유리섬유의 제조를 위한 유리섬유 제조장치의 모식도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저유전 특성을 갖는 유리섬유의 제조방법 순서도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 비교예에 따른 유리섬유의 현미경 이미지를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리섬유의 현미경 이미지를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리섬유의 현미경 이미지를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 처리에 따른 유리판의 미세기포 형성을 확인한 현미경 이미지를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저유전성 유리섬유는 유리 성분을 기반으로 섬유소재; 및 상기 섬유소재 상에 분포되는 복수 개의 미세기포을 포함한다.
상기 복수 개의 미세기포의 총 체적은 1 내지 40 vol%일 수 있다.
상기 복수 개의 미세기포의 총 체적은 5 내지 30 vol%일 수 있다.
상기 미세기포의 크기는 상기 섬유소재 외경의 0.001배 내지 0.2배 범위일 수 있다.
발명의 일 실시예에 따른 저유전성 유리섬유의 제조방법은 유리원료 혼합물을 제조하는 단계; 상기 유리원료 혼합물을 용융(melting)하여 유리용융물을 제조하는 단계; 및 상기 유리용융물을 방사(spinning)하여 유리 섬유를 제조하는 단계를 포함하며, 상기 용융 및 상기 방사 중 적어도 하나는 초음파 처리를 수행하는 것일 수 있다.
상기 유리원료 혼합물은 유리 전구체를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 유리 전구체는 탄산염(carbonate), 수화물(hydrate), 질산염(nitrate), 황산염(surfate) 및 붕산(H3BO3)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상인 것일 수 있다.
상기 초음파 처리는 초음파 주파수 대역; 초음파 세기; 초음파 빈도; 및 초음파 시간 중 어느 하나 이상을 제어하는 것일 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명의 목적은 낮은 유전율 및 낮은 유전손실 그리고 유리 방사에 적합한 열특성 및 기계적 특성을 갖는 산화물계 유리 및 이를 이용한 유리섬유 기술을 제공하는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저유전성 유리 섬유의 모식도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리섬유(100)는 유리 성분을 기반으로 섬유소재(110); 및 섬유소재(110) 상에 분포되는 복수 개의 미세기포(120)을 포함한다.
유리섬유(100)는 섬유소재(110) 상에 복수 개의 미세기포(120)을 균일하게 분포시켜 산화물계 유리의 유전 특성을 제어할 수 있다.
유리섬유(100)의 유전율은 1에 근사하며, 유전손실도 1×10-7 이하이다. 따라서, 섬유소재(110) 상에 미세기포(120)을 고르게 분포시킴으로써 유리의 기본 조성을 변경하지 않고 유리섬유(100)의 유전율을 조절할 수 있다.
유리섬유(100)는 복수 개의 미세기포(120)가 작은 크기의 독립된 형태로 섬유소재(110) 내에 균일하게 분포하므로 PCB 가공공정에 의하여 미세기포(120)가 외부로 누출되는 문제가 발생되지 않는다. 반면에, 도 1에서 처럼 유리섬유 내에 축방향으로 연결된 미세홀이 형성된 유리섬유의 경우, 미세홀이 외부로 노출되어 미세홀 내부로 수분 및 오염물질의 유입이 발생할 수 있어 PCB기판이 일정하고 안정적인 유전특성 및 전기적 특성을 갖는데 문제를 만들 수 있다.
섬유소재(110)는 길이 방향으로 연장된 섬유 형태의 소재로서, 섬유소재(110)는 유리 성분을 주요 구성물질로 포함하는 것일 수 있다. 상기 유리 성분은 유리의 기지(matrix) 조성을 구성하는 물질일 수 있다.
상기 유리 성분은 실리카(SiO2)를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게 상기 유리 성분은 실리카(SiO2), 삼산화붕소(B2O3) 및 알루미나(Al2O3) 등의 산화물을 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 삼산화붕소(B2O3)는 삼산화붕소수화물(B2O3·xH2O) 또는 붕산(H2BO3)으로부터 제공된 것일 수 있다.
또한, 상기 유리 성분은 실리카(SiO2), 삼산화붕소(B2O3) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하며, 상기 유리 성분은 알칼리토 산화물; 알칼리 산화물; 전이금속 산화물; 및 희토류 산화물 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 알칼리토 산화물은 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO) 및 산화스트로튬(SrO) 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 알칼리 산화물은 산화리튬(Li2O), 산화소듐(Na2O) 및 산화칼륨(K2O) 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 전이금속 산화물은 이산화티타늄(TiO2), 산화철(Ⅲ)(Fe2O3), 산화철(Ⅱ)(FeO), 산화아연(ZnO), 지르코니아(ZrO2) 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 희토류 산화물은 산화란탄륨(La2O3)일 수 있다.
유리섬유(100)에서 차지하는 섬유소재(110)의 총 체적은 60 내지 99 vol%일 수 있으며, 바람직하게, 70 내지 95 vol%일 수 있다.
유리섬유(100)에서 차지하는 복수 개의 미세기포(120)의 총 체적은 1 내지 40 vol%일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 30 vol%일 수 있다. 보다 구체적으로, 복수 개의 미세기포(120)의 총 체적이 40 vol%를 초과하는 경우 미세기포(120) 균일한 분포 제어가 어렵고 유리섬유(100)의 강도를 저하시킬 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 충분한 저유전 특성 및 유리 섬유의 제조 안정 확보를 위하여 상기 섬유소재 내에 분포된 복수 개의 미세기포(120)의 총 체적은 5 내지 30 vol%일 수 있다.
미세기포(120)의 크기(내경)는 섬유소재(110) 외경의 0.001 배 내지 0.2배 범위인 것일 수 있다. 보다 바람직하게 미세기포(120)의 크기는 섬유소재(110) 외경의 0.001 배 내지 0.1배 범위일 수 있다. 일례로 섬유소재(110)의 외경이 수십 μm인 경우, 미세기포(120)의 크기는 수 nm 내지 수 μm 크기를 갖는 것일 수 있으며, 일례로 섬유소재(110)의 외경이 10 μm 인 경우 미세기포(120)의 크기는 10 nm 내지 2μm 일 수 있다.
미세기포(120)는 O2, N2, CO, CO2, NO, NO2, SO2 및 SO3으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 기체일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저유전 특성을 갖는 유리섬유의 제조를 위한 유리섬유 제조장치의 모식도를 도시한 것이다.
도 3의 유리섬유 제조장치(20)는 전기로 내에 설치된 용융용기를 포함하는 용융부(melting module)(210); 방사(spinning)을 위한 부싱부(bushing module)(220); 및 초음파 발생장치(230)로 구성될 수 있다.
부싱부(220)는 최종적으로 유리섬유화 과정이 진행되는 부싱노즐(221); 및 용융부(210)에서 공급된 유리용융물을 부싱노즐(221)로 전달하는 이송부(222)로 구성될 수 있다.
초음파 발생장치(230)는 이송부(222)측에 구비되는 것일 수 있으며, 초음파 발생장치(230)를 통하여 유리섬유의 미세기포 분포를 제어하는 것일 수 있다.
초음파 발생장치(230)를 통하여 발생된 초음파는 용융부(210), 이송부(222) 및 부싱노즐(221)에 전달하므로써 유리섬유의 미세기포의 분포를 제어할 수 있다.
초음파 발생장치(230)는 초음파 주파수 대역, 세기, 빈도 또는 시간을 제어할 수 있는 것일 수 있으며, 상기 초음파 주파수 대역, 세기, 빈도 또는 시간은 미세기포 발생물질 및 유리의 기지조성에 따라 제어되는 것일 수 있다.
초음파 발생장치(230)는 초음파를 초음파 전달부(231)를 이용하여 유리용융물에 전달할 수 있다.
초음파 전달부(231)는 금속재질의 길이부재일 수 있으며, 초음파 전달부(231) 일단은 초음파 발생장치(230)와 연결되는 것이며, 초음파 전달부(231) 타단은 이송부(222)와 연결되는 것일 수 있다.
초음파 전달부(231)는 초음파 용융부(210)와 초음파 발생장치(230)를 서로 이격시키는 것일 수 있다. 이를 통하여 용용부(210)의 고온에 의하여 초음파 발생장치(230)가 파손되는 것을 막을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저유전 특성을 갖는 유리섬유의 제조방법 순서도를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저유전 특성을 갖는 유리섬유의 제조방법의 제조방법은 유리섬유 제조장치(20)를 이용하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저유전 특성을 갖는 유리섬유의 제조방법의 제조방법은 유리원료 혼합물을 제조하는 단계(S100); 상기 유리원료 혼합물을 용융(melting)하여 유리용융물을 제조하는 단계(S200); 및 상기 유리용융물을 방사(spinning)하여 유리 섬유를 제조하는 단계(S300)를 포함하며, 상기 용융 및 상기 방사 중 적어도 하나는 초음파 처리를 수행하는 것일 수 있다.
유리원료 혼합물을 제조하는 단계(S100)는 준비된 유리 성분 및/또는 유리 전구체를 포함하는 유리원료 혼합물을 제조하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 유리원료 혼합물은 용융부(210)의 용융용기 내에 유리 성분을 투입하여 제조하거나, 용융부(210)의 용융용기 내에 유리 성분 및 유리 전구체를 함께 투입 후 혼합하여 제조되는 것일 수 있다.
상기 유리원료 혼합물은 유리 성분을 포함하며, 바람직하게는 상기 유리 성분 및 유리 전구체를 포함하는 것일 수 있다.
상기 유리 성분은 유리의 기지(matrix) 조성을 구성하는 물질일 수 있으며, 상기 유리 전구체는 고온 내지 화학적 반응에 의하여 상기 유리 성분을 제공하는 물질일 수 있다.
상기 유리 성분은 실리카(SiO2)를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게 상기 유리 성분은 실리카(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하는 것일 수 있으며, 보다 더 바람직하게 상기 유리 성분은 실리카(SiO2), 삼산화붕소(B2O3) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 삼산화붕소(B2O3)는 삼산화붕소수화물(B2O3·xH2O) 또는 붕산(H2BO3)으로부터 제공된 것일 수 있다.
또한, 상기 유리 성분은 실리카(SiO2), 삼산화붕소(B2O3) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하며, 상기 유리 성분은 알칼리토 산화물; 알칼리 산화물; 전이금속 산화물; 및 희토류 산화물 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것일 수 있다. 알칼리토 산화물; 알칼리 산화물; 전이금속 산화물; 및 희토류 산화물은 용융 또는 방사 공정의 고온에서 기체를 발생시켜 미세기포를 형성하는 것일 수 있다.
상기 알칼리토 산화물은 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화바륨(BaO) 및 산화스트로튬(SrO) 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 알칼리 산화물은 산화리튬(Li2O), 산화소듐(Na2O) 및 산화칼륨(K2O) 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 전이금속 산화물은 이산화티타늄(TiO2), 산화철(Ⅲ)(Fe2O3), 산화철(Ⅱ)(FeO), 산화아연(ZnO), 지르코니아(ZrO2) 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 희토류 산화물은 산화란탄륨(La2O3)일 수 있다.
상기 유리 전구체는 고온 내지 화학적 반응에 의하여 상기 유리 성분을 제공함과 동시에 미세기포를 형성하는 것으로, 상기 유리 전구체는 고온 내지 화학적 반응에 의하여 O2, N2, CO, CO2, NO, NO2, SO2 및 SO3으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 기체를 형성시키는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 유리 전구체는 탄산염(carbonate), 수화물(hydrate), 질산염(nitrate), 황산염(surfate) 및 붕산(H3BO3)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상일 수 있다.
상기 탄산염은 용융 또는 방사 공정의 고온에서 이산화탄소(CO2) 기체를 발생시켜 미세기포를 형성하는 것일 수 있으며, 상기 탄산염은 Na2CO3, Li2CO3, K2CO3, MgCO3, CaCO3 및 SrCO3으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수화물은 용융 또는 방사 공정의 고온에서 수증기(H2O) 또는 산소(O2) 기체를 발생시켜 미세기포를 형성하는 것일 수 있다. 상기 수화물은 B2O3·xH2O, MgCl2·xH2O 및 Mg(OH)2으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상일 수 있다.
상기 질산염은 용융 또는 방사 공정의 고온에서 이산화질소(NO2) 또는 삼산화질소(NO3) 기체를 발생시켜 미세기포를 형성하는 것일 수 있다. 상기 질산염은 NaNO3일 수 있다.
상기 황산염은 용융 또는 방사 공정의 고온에서 이산화황(SO2) 또는 삼산화황(SO3) 기체를 발생시켜 미세기포를 형성하는 것일 수 있다. 상기 황산염은 Na2SO4일 수 있다.
상기 붕산(H3BO3)은 용융 또는 방사 공정의 고온에서 수증기(H2O) 또는 산소(O2) 기체를 발생시켜 미세기포를 형성하고 삼산화붕소(B2O3)를 제공하는 것일 수 있다.
상기 유리원료 혼합물은 발포제를 더 포함하는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 유리원료 혼합물은 유리 성분; 및 발포제를 포함하며, 바람직하게는 상기 유리원료 혼합물은 유리 성분; 유리 전구체; 및 발포제를 포함하는 것일 수 있다.
상기 유리원료 혼합물은 용융부(210)의 용융용기 내에 유리 성분 및/또는 유리 전구체와 함께 발포제를 투입후 혼합하여 제조되는 것일 수 있다.
상기 발포제는 고온 내지 화학적 반응에 의하여 미세기포를 형성하는 것으로, 고온 내지 화학적 반응에 의하여 O2, N2, CO, CO2, NO, NO2, SO2 및 SO3으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 기체를 형성시키는 것일 수 있다.
상기 발포제는 Sb2O3, Sb2O5, As2O3, As2O5, (NH4)2NO3, SnO2, CeO2, Ce2O3으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상일 수 있다.
상기 유리원료 혼합물 100 wt%에 대하여, 상기 발포제의 함량은 0.01 내지 4 wt%일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 3 wt%일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 발포제의 함량이 4 wt%를 초과하는 경우, 미세기포가 과도하게 발생되며, 상기 발포제의 함량이 0.01 wt% 미만인 경우 미세기포 발생량이 현저히 부족한 문제점이 있다. 또한, 보다 바람직하게는, 미세기포의 발생을 적절하게 제어하기 위해서 상기 발포제의 함량은 0.1 내지 3 wt%일 수 있다.
유리용융물을 제조하는 단계(S200)는 상기 유리혼합물을 소정의 온도 및 시간에서 용융시키는 용융공정일 수 있으며, 용융공정을 통해 상기 유리용융물을 제조하는 것일 수 있다.
유리용융물을 제조하는 단계(S200)는 상기 용융공정을 통하여 유리섬유 내 분포하는 미세기포의 분포(미세기포의 크기 및 갯수)를 제어할 수 있다.
유리용융물을 제조하는 단계(S200)에서 상기 용융은 초음파 처리를 포함하는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 용융공정을 수행함에 있어 동시에 초음파 처리를 통하여 유리용융물을 제조하는 것일 수 있으며, 초음파 처리를 통하여 미세기포의 분포(미세기포의 크기 및 갯수)를 제어할 수 있다. 상기 초음파 처리는 초음파 주파수 대역; 초음파 세기; 초음파 빈도; 및 초음파 시간 중 어느 하나 이상을 제어하는 것일 수 있다.
유리용융물을 제조하는 단계(S200)는 유리원료 혼합물을 유리섬유 제조장치(20)의 용융부(210)의 용융용기 내에 유리 성분을 투입하여 용융공정을 통하여 제조하거나, 용융부(210)의 용융용기 내에 유리 성분 및 유리 전구체를 함께 혼합하여 투입 후 용융공정을 통하여 제조되는 것일 수 있다. 용융부(210)의 용융용기는 고온에 견디도록 백금(Pt) 또는 백금(Pt)-로듐(Rh) 합금 용기를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 용융공정을 수행함에 있어 동시에 초음파 처리를 통하여 유리용융물을 제조하는 것일 수 있다.
또한, 유리용융물을 제조하는 단계(S200)는 상기 유리원료 혼합물을 별도의 도가니에서 전기로와 같은 가열장치 내에 넣은 후 가열과정을 통하여 1차 용융공정으로 모유리를 제조하고 제조된 모유리를 유리섬유 제조장치(20)의 용융부(210)의 용융용기에 투입하여 2차 용융공정을 통하여 제조하는 것일 수 있다. 상기 1차 용융공정 및 상기 2차 용융공정을 수행함에 있어 초음파 처리를 통하여 유리용융물을 제조하는 것일 수 있다.
유리섬유를 제조하는 단계(S300)는 상기 유리용융물을 소정의 온도 및 시간에서 방사(spinning)시키는 방사공정일 수 있으며, 방사공정을 통해 유리섬유를 제조하는 것일 수 있다.
유리섬유를 제조하는 단계(S300)는 상기 방사공정을 통하여 유리섬유 내 분포하는 미세기포의 분포(미세기포의 크기 및 갯수)를 제어할 수 있다.
유리섬유를 제조하는 단계(S300)에서 상기 방사는 초음파 처리를 수행하는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 방사공정을 수행함에 있어 동시에 초음파 처리를 통하여 유리섬유를 제조하는 것일 수 있으며, 초음파 처리를 통하여 미세기포의 분포(미세기포의 크기 및 갯수)를 제어할 수 있다. 상기 초음파 처리는 초음파 주파수 대역; 초음파 세기; 초음파 빈도; 및 초음파 시간 중 어느 하나 이상을 제어하는 것일 수 있다.
유리용융물을 제조하는 단계(S200) 또는 유리섬유를 제조하는 단계(S300)에서, 상기 초음파 처리는 유리섬유 제조장치(20) 중 이송부(222) 측에 인가되는 것일 수 있다. 이송부(222) 측에 인가됨으로써, 용융부(210), 이송부(222) 및 부싱노즐(221)에 동시 또는 선택적으로 초음파 인가가 가능할 수 있으며, 이는 상기 유리용융물 또는 상기 유리섬유에 대하여 동시 또는 선택적으로 초음파 인가가 가능할 수 있다.
유리용융물을 제조하는 단계(S200) 또는 유리섬유를 제조하는 단계(S300)에서, 상기 초음파 주파수는 상기 유리원료 혼합물의 조성, 미세기포의 성분 및 부싱모듈에 따라 결정되는 것일 수 있다. 상기 초음파 주파수는 10 kHz 내지 50 MHz일 수 있다. 미세기포 발생량, 크기, 및 분포 제어를 위하여 유리 초음파 적용 빈도 및 초음파 적용시간을 적절히 제어한다.
유리용융물을 제조하는 단계(S200) 또는 유리섬유를 제조하는 단계(S300)에서, 상기 초음파 시간은 초음파를 인가하는 시간일 수 있으며, 상기 초음파를 인가하는 시간이 길어질수록 미세기포 발생량 및 크기가 증가할 수 있다.
유리용융물을 제조하는 단계(S200) 또는 유리섬유를 제조하는 단계(S300)에서, 상기 초음파 시간은 5 내지 120 분(min)일 수 있다.
유리섬유 방사 시 상기 유리용융물에 초음파 처리를 수행하면 유리섬유는 초음파 에너지에 의해 미세기포의 크기 및 개수가 증가하게 된다.
도 4에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 저유전 특성을 갖는 유리섬유의 제조방법을 도 3의 유리섬유 제조장치에 따라 설명하면 다음과 같다.
유리원료 혼합물을 제조하는 단계(S100)에서, 유리섬유를 구성하는 유리 성분을 준비하여 용융용기에 투입하여 유리원료 혼합물을 제조하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 유리 성분 및 유리 전구체를 준비하여 용융용기에 투입하여 유리원료 혼합물을 제조하는 것일 수 있으며, 보다더 바람직하게는 유리 성분, 유리 전구체 및 발포제를 준비하여 용융용기에 투입하여 유리원료 혼합물을 제조하는 것일 수 있다.
이후, 유리용융물을 제조하는 단계(S200)에서, 소정의 온도 및 시간으로 유리원료 혼합물을 용융시켜 유리용융물을 제조한다.
이후, 유리섬유를 제조하는 단계(S300)에서, 초음파 발생장치와 초음파 전달부를 통하여 상기 유리용융물을 초음파 처리할 수 있으며, 상기 유리용융물이 부싱노즐로 이동하는 이송부에서 초음파 처리에 따른 미세기포가 발생하여, 부싱노즐을 통하여 제조된 유리섬유 상에 미세기포를 형성한다.
이하 실시예 및 실험예를 통하여 보다 상세히 설명한다.
비교예 1.
원료물질로서, SiO2 40 wt%, H3BO3 16 wt%, Al2O3 11 wt%, CaCO3 29 wt%, MgCO3 2 wt%, Na2CO3 1.5 wt%, K2CO3 0.5 wt%를 준비한다. 준비된 원료물질의 혼합 및 분쇄를 위하여 회전속도 150 rpm 로 4시간 동안 볼밀공정 수행하여 혼합물을 제조하였다. 혼합물을 전기로(Super kanthal)에서 용융온도로 1600 ℃에서 2 시간(hr) 동안 가열하여 유리 용융물을 제조하였다. 제조된 유리용융물을 백금 용융 용기에 투입하여 1330 내지 1350 ℃에서 가열하면서 부싱(Bushing) 모듈을 통하여 유리섬유 방사를 진행하여 방사온도 1350 ℃, 방사속도 800 rpm에서 미세기포를 포함하지 않는 유리섬유를 제조하였다.
실시예 1-1.
원료물질로서, SiO2 40 wt%, H3BO3 16 wt%, Al2O3 11 wt%, CaCO3 29 wt%, MgCO3 2 wt%, Na2CO3 1.5 wt%, K2CO3 0.5 wt%를 준비한다. 준비된 원료물질의 혼합 및 분쇄를 위하여 회전속도 150 rpm 로 4시간 동안 볼밀공정 수행하여 혼합물을 제조하였다. 혼합물을 전기로(Super kanthal)에서 용융온도로 1600 ℃에서 2 시간(hr) 동안 가열하여 유리 용융물을 제조하였다. 제조된 유리용융물을 백금 용융 용기에 투입하여 1330 내지 1350 ℃에서 가열하면서 부싱(Bushing) 모듈을 통하여 유리섬유의 방사를 진행하며, 동시에 부싱 모듈에 초음파 전달부를 이용하여 초음파 발생장치와 연결시켜 부싱모듈(이송부(222))에 초음파를 전달하였으며, 방사되는 유리섬유에 0.1~2.4 MHz 범위의 초음파 처리하여 미세기포 발생을 유도하면서, 방사온도 1350 ℃ 및 방사속도 800 rpm에서 유리섬유를 제조하였다.
실시예 1-2.
실시예 1-1과 동일하게 수행하되, 원료물질로서, SiO2 54.8 wt%, B2O3 15.9 wt%, Al2O3 20.9 wt%, MgCO3 3.0 wt%, CaCO3 5.0 wt% 및 Sb2O3 0.4 wt%를 준비하였으며, 유리용융물을 1390 내지 1400 ℃에서 가열하면서 부싱(Bushing) 모듈을 통하여 방사온도 1330 oC 및 방사속도 400 rpm에서 유리섬유의 방사를 진행하였다.
측정예. 미세기포의 확인
상기 비교예 1에서 제조된 유리섬유와, 상기 실시예 1-1 및 1-2에서 제조된 미세섬유에 대하여, 현미경 이미지를 촬영하여 미세기포의 분포 여부를 확인하였다.
도 5는 상기 비교예 1에서 제조된 유리섬유의 현미경 이미지로서, 도 5를 참조하면, 상기 비교예 1에서 제조된 유리섬유 내에는 미세기포가 관찰되지 않는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 6은 상기 실시예 1-1에서 제조된 유리섬유의 현미경 이미지로서, 도 6을 참조하면, 유리섬유 내 미세기포가 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 6에서 관찰되는 유리섬유의 외경은 180 ㎛이고, 유리섬유 내 분포되어 있는 미세기포의 크기(직경)은 유리섬유의 외경의 0.025(1/40) 내지 0.05(1/20) 배 수준의 크기를 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 상기 실시예 1-2에서 제조된 유리섬유의 현미경 이미지로서, 도 7을 참조하면, 유리섬유 내 미세기포가 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 6에서 관찰되는 유리섬유의 외경은 700 ㎛이고, 상기 실시예 1-1과 대비하여 추가적인 발포제(Sb2O3)를 포함하으로써 유리섬유 내 미세기포 형성되어 있음을 보다 명확히 관찰할 수 있다.
실험예 1. 초음파 처리에 따른 미세기포 형성 확인
실시예 1-1에서의 원료물질을 동일하게 준비하여, 유리용융물을 제조하는 과정에서 유리용융물에 대하여 실시예 1-1과 동일한 조건으로 초음파 처리하여 유리판을 제조하였으며, 부싱모듈을 통한 유리섬유를 제조하기 위한 유리섬유 방사는 수행하지 않았다. 제조된 유리판에 대한 사진이미지를 도 8에 도시하였다.
도 8을 참조하면, 초음파 처리에 의하여 유리판 내에 수 μm에서 수백 μm 의 크기를 갖는 미세기포가 분포되는 것을 확인할 수 있다.
비교예 2.
비교예 1과 동일하게 실시하되, 원료물질로서 SiO2 40 wt%, H3BO3 14.5 wt%, Al2O3 13.0 wt%, CaCO3 28.0 wt%, MgCO3 1.5 wt%, Na2CO3 2.0 wt%, K2CO3 1.0 wt%를 사용하여 미세기포를 함유하지 않은 유리섬유를 제조한다. 제조된 유리섬유의 10 GHz에서의 유전율은 6.80이고 유전손실은 0.007이다.
실시예 2.
비교예 2와 동일한 원료물질을 사용하여 실시예 1-1과 동일한 방식으로 실시하되, 유리섬유의 방사는 방사되는 유리섬유에 1.2~2.6 MHz 범위의 초음파를 수행하여, O2로 이루어진 미세기포를 전체 체적의 35 vol%로 분포시킨 유리섬유를 제조한다.
비교예 3.
비교예 1과 동일하게 실시하되, 원료물질로서 SiO2 40 wt%, B2O3 17 wt%, Al2O3 24 wt%, La2O3 19 wt%를 사용하여 미세기포를 함유하지 않은 유리섬유를 제조한다. 제조된 유리섬유의 10 GHz에서의 유전율이 5.80 이고 유전손실이 0.0055이다.
실시예 3-1.
비교예 3과 동일한 원료물질을 사용하여 실시예 1-1과 동일한 방식으로 실시하되, 유리섬유의 방사는 방사되는 유리섬유에 1.6~2.6 MHz 범위의 초음파를 인가하고 방사속도 1200 rpm에서 수행하여 유리섬유를 제조하여, O2로 이루어진 미세기포를 전체 체적의 20 vol%로 분포시킨 유리섬유를 제조한다.
실시예 3-2.
비교예 3과 동일한 원료물질을 사용하여 실시예 1-1과 동일한 방식으로 실시하되, 유리섬유의 방사는 방사되는 유리섬유에 1.6~2.6 MHz 범위의 초음파를 인가하고 방사온도 1370 ℃에서 수행하여, O2로 이루어진 미세기포를 전체 체적의 40 vol%로 분포시킨 유리섬유를 제조한다.
실시예 3-2에서는 실시예 3-1 대비 방사온도를 높이고 동시에 방사속도를 감소시켜 미세기포 발생수를 늘리도록 하였다.
비교예 4.
비교예 1과 동일하게 실시하되, 원료물질로서 SiO2 52.0 wt%, B2O3 10.0 wt%, Al2O3 20.0 wt%, CaCO3 8.0 wt%, MgCO3 9.8 wt%, Na2CO3 0.2 wt%를 사용하고, 전기로를 사용하여 1640 ℃에서 3 시간(hr) 동안 가열하여 유리 용융물을 제조하며, 유리섬유의 방사는 방사온도 1370 ℃에서 수행하여 미세기포를 함유하지 않은 유리섬유를 제조한다. 유리섬유의 10 GHz에서의 유전율은 5.20이고 유전손실은 0.004인 미세기포를 함유하지 않은 유리섬유를 준비한다.
실시예 4-1.
비교예 4와 동일한 원료물질을 사용하여 실시예 1-1과 동일한 방식으로 실시하되, 유리섬유의 방사는 방사되는 유리섬유에 1.8~3.2 MHz 범위의 초음파를 인가하고 방사온도 1370 ℃ 및 방사속도 1200 rpm에서 수행하여, O2로 이루어진 미세기포를 전체 체적의 10 vol%로 분포시킨 유리섬유를 제조한다.
실시예 4-1에서는 SiO2 및 B2O3 함량이 높아질수록 유리의 밀도가 낮아지므로 그에 따른 공진 주파수를 높이도록 하였으며, 또한 SiO2 및 B2O3 함량이 높아질수록 유리의 융점이 높아지므로 유리의 점성을 낮추어 기포 발생을 용이하도록 하기 위하여 유리 섬유 방사온도를 높이도록 하였다.
실시예 4-2.
비교예 4와 동일한 원료물질을 사용하여 실시예 1-1과 동일한 방식으로 실시하되, 유리섬유의 방사는 방사되는 유리섬유에 1.8~3.2 MHz 범위의 초음파를 인가하고 방사온도 1390 ℃에서 수행하여, O2로 이루어진 미세기포를 전체 체적의 20 vol%로 분포시킨 유리섬유를 제조한다.
실시예 4-2에서는 실시예 4-1 대비 방사온도를 높이고 동시에 방사속도를 감소시켜 미세기포 발생수를 늘리도록 하였다.
비교예 5.
비교예 1과 동일하게 실시하되, 원료물질로서 SiO2 55.7 wt%, B2O3 15.0 wt%, Al2O3 21.4 wt%, CaO 4.8 wt%, MgO 3.1 wt%를 사용하고, 전기로를 사용하여 1650 ℃에서 3 시간(hr) 동안 가열하여 유리 용융물을 제조하며, 유리섬유의 방사는 방사온도 1380 ℃에서 수행하여 미세기포를 함유하지 않은 유리섬유를 제조한다. 제조된 유리섬유의 10 GHz에서의 유전율은 4.8 이고 유전손실은 0.003인 미세기포를 함유하지 않은 유리섬유를 준비한다.
실시예 5-1.
비교예 5의 원료물질 100 중량부를 기준으로 미세기포 발생을 촉진하기 위하여 첨가제로서 발포제인 Na2SO4 0.2 중량부 및 SnO2 0.2 중량부를 더 첨가하여 원료물질을 준비하고, 실시예 1-1과 동일한 방식으로 실시하되, 유리섬유의 방사는 방사되는 유리섬유에 2.0~3.6 MHz 범위의 초음파를 인가하고 방사온도 1380 ℃ 및 방사속도 1000 rpm에서 수행하여, O2로 이루어진 미세기포를 전체 체적의 30 vol%로 분포시킨 유리섬유를 제조한다.
실시예 5-2.
실시예 5-1과 동일한 원료물질을 사용하여 실시예 1-1과 동일한 방식으로 실시하되, 유리섬유의 방사는 방사되는 유리섬유에 2.0~3.6 MHz 범위의 초음파를 인가하여 방사온도 1395 ℃에서 수행하여, O2로 이루어진 미세기포를 전체 체적의 40 vol%로 분포시킨 유리섬유를 제조한다.
실험예 2. 유전율 및 유전손실 분석
실시예 2 내지 실시예 5-2에 따른 유리섬유에 대하여 유전율(dielectric constant, εr) 및 유전손실(dielectric dissipation factor, tanδ)을 측정하였으며, 임피던스 분석기를 이용한 평행판 측정방식(Parallel plate capacitor method) 또는 벡터 네트워크 분석기를 이용한 공진기 측정방식(Resonance cavity method)을 사용하여 분석하였다.
실시예 2에 따른 유리섬유의 유전율은 10 GHz에서의 4.77이고 유전손실은 0.0046이다.
실시예 3-1에 따른 유리섬유의 유전율은 10 GHz에서의 4.84이고 유전손실은 0.0044이고, 실시예 3-2에 따른 유리섬유의 유전율은 10 GHz에서의 3.88 이고 유전손실은 0.0033이다.
실시예 4-1에 따른 유리섬유의 유전율은 10 GHz에서의 4.78 이고 유전손실은 0.0036 이고, 실시예 4-2에 따른 유리섬유의 유전율은 10 GHz에서의 4.36 이고 유전손실은 0.0032 이다.
실시예 5-1에 따른 O2로 이루어진 미세기포를 유리 체적의 30% 정도 함유시킬 경우 유리의 유전율은 10 GHz에서의 3.66 이고 유전손실은 0.0021 이고, 실시예 5-2에 따른 O2로 이루어진 미세기포를 유리 체적의 40% 정도 함유시킬 경우 얻어지는 유전율은 10 GHz에서의 3.28 이고 유전손실은 0.0018이다.
실험예를 참조하면, 미세기포를 유리섬유 내에 분포시킴으로써, 가장 낮은 저유전 물질의 하나인 실리카(SiO2) 유리 수준의 낮은 유전특성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 미세기포를 포함하는 저유전성 유리섬유 및 이의 제조방법이다.

Claims (8)

  1. 유리 성분을 기반으로 섬유소재; 및
    상기 섬유소재 상에 분포되는 복수 개의 미세기포를 포함하는,
    저유전성 유리섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 미세기포의 총 체적은 1 내지 40 vol%인 것인,
    저유전 특성을 갖는 유리섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 미세기포의 총 체적은 5 내지 30 vol%인 것인,
    저유전 특성을 갖는 유리섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미세기포의 크기는 상기 섬유소재 외경의 0.001 배 내지 0.2 배 범위인 것인,
    저유전 특성을 갖는 유리섬유.
  5. 유리원료 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 유리원료 혼합물을 용융(melting)하여 유리용융물을 제조하는 단계; 및
    상기 유리용융물을 방사(spinning)하여 유리 섬유를 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 용융 및 상기 방사 중 적어도 하나는 초음파 처리를 수행하는 것인,
    저유전 특성을 갖는 유리섬유의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유리원료 혼합물은 유리 전구체를 더 포함하는 것인,
    저유전 특성을 갖는 유리섬유의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유리 전구체는 탄산염(carbonate), 수화물(hydrate), 질산염(nitrate), 황산염(surfate) 및 붕산(H3BO3)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것인,
    저유전 특성을 갖는 유리섬유의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 초음파 처리는 초음파 주파수 대역; 초음파 세기; 초음파 빈도; 및 초음파 시간 중 어느 하나 이상을 제어하는 것인,
    저유전 특성을 갖는 유리섬유의 제조방법.
PCT/KR2022/017915 2021-11-25 2022-11-14 미세기포를 포함하는 저유전성 유리섬유 및 이의 제조방법 WO2023096244A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210164944 2021-11-25
KR10-2021-0164944 2021-11-25
KR1020220152030A KR102645194B1 (ko) 2021-11-25 2022-11-14 미세기포를 포함하는 저유전성 유리섬유 및 이의 제조방법
KR10-2022-0152030 2022-11-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023096244A1 true WO2023096244A1 (ko) 2023-06-01

Family

ID=86539890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/017915 WO2023096244A1 (ko) 2021-11-25 2022-11-14 미세기포를 포함하는 저유전성 유리섬유 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023096244A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61146733A (ja) * 1984-12-19 1986-07-04 Toshinori Kokubu チタン酸多孔質ガラス繊維及びその製造方法
JPH03223137A (ja) * 1990-01-25 1991-10-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 金属被覆フッ化物ガラスファイバの製造方法
JPH04243510A (ja) * 1991-01-23 1992-08-31 Ohtsu Tire & Rubber Co Ltd :The 多孔質ガラス繊維フィルター及びその製造方法
KR950003200A (ko) * 1993-07-29 1995-02-16 에스 르바르레즈 절단 유리섬유 제조방법 및 그 제조장치
JP2004002176A (ja) * 2002-04-16 2004-01-08 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光触媒担持ガラス繊維布、その製造方法およびそれを用いたエアフィルター装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61146733A (ja) * 1984-12-19 1986-07-04 Toshinori Kokubu チタン酸多孔質ガラス繊維及びその製造方法
JPH03223137A (ja) * 1990-01-25 1991-10-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 金属被覆フッ化物ガラスファイバの製造方法
JPH04243510A (ja) * 1991-01-23 1992-08-31 Ohtsu Tire & Rubber Co Ltd :The 多孔質ガラス繊維フィルター及びその製造方法
KR950003200A (ko) * 1993-07-29 1995-02-16 에스 르바르레즈 절단 유리섬유 제조방법 및 그 제조장치
JP2004002176A (ja) * 2002-04-16 2004-01-08 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光触媒担持ガラス繊維布、その製造方法およびそれを用いたエアフィルター装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100364890B1 (ko) 저유전율유리섬유
WO2011021824A2 (ko) 정전척 및 이의 제조 방법
WO2019194389A1 (ko) 연성금속박적층판 제조용 폴리이미드 필름 및 이를 포함하는 연성금속박적층판
WO2020091432A1 (ko) 폴리이미드 필름의 접착성을 향상시키기 위한 폴리이미드 전구체 조성물 및 이로부터 제조되는 폴리이미드 필름
WO2023096244A1 (ko) 미세기포를 포함하는 저유전성 유리섬유 및 이의 제조방법
WO2020226292A1 (ko) 적층 구조체, 이를 포함하는 연성동박적층필름, 및 상기 적층 구조체의 제작방법
WO2016021782A1 (ko) 방향성 전기강판용 예비 코팅제 조성물, 이를 포함하는 방향성 전기강판 및 이의 제조방법
WO2020262765A1 (ko) 그라파이트 시트용 폴리이미드 필름 및 이의 제조방법
JP2004107112A (ja) 低誘電率低誘電正接ガラス繊維
WO2019198929A1 (ko) 구리 기반 전도성 페이스트 및 그 제조방법
WO2020040356A1 (ko) 방향족 카르복실산을 포함하는 도체 피복용 폴리이미드 바니쉬 및 이의 제조방법
WO2020091147A1 (ko) 폴리이미드 피복물의 내열성을 향상시키기 위한 도체 피복용 폴리이미드 바니쉬 및 이로부터 제조된 폴리이미드 피복물
WO2018074889A2 (ko) 그라파이트 시트의 제조방법
WO2023096243A1 (ko) 유전율이 낮은 산화물계 유리 조성물
WO2019143000A1 (ko) 2 종 이상의 필러를 포함하는 고열전도성 폴리이미드 필름
WO2016171323A1 (ko) 칩 부품용 전극 페이스트 조성물
WO2022145821A1 (ko) 복합 유리 조성물 및 그 제조 방법과, 이를 포함하는 조리기기
JPS62278145A (ja) ガラスセラミツク焼結体
WO2018088625A1 (ko) 도전성 페이스트 및 면상 발열체
WO2018139805A1 (ko) 분리막의 제조방법, 이로부터 제조된 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR102645194B1 (ko) 미세기포를 포함하는 저유전성 유리섬유 및 이의 제조방법
WO2020017692A1 (ko) 점토 입자 및 카본 블랙을 포함하는 폴리이미드 필름 및 이의 제조방법
JPH092839A (ja) 低誘電正接ガラス繊維
WO2021235920A1 (ko) 회로기판
WO2021049859A1 (ko) 인쇄회로기판

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22898926

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1