(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分として、
ＳｉＯ２ ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ≦１重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ １０−２４重量％
ＣａＯ １．５−１２重量％
ＴｉＯ２ ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ＜１．５重量％であって、
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きいことを特徴とする高性能ガラス繊維組成物。
【請求項２】
Ｌｉ２Ｏの含有量は重量比率で０．０５−０．８５％であることを特徴とする請求項１に記載の高性能ガラス繊維組成物。
【請求項３】
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量は重量比率で０．９７％より小さいことを特徴とする請求項１に記載の高性能ガラス繊維組成物。
【請求項４】
重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．８より大きいことを特徴とする請求項１に記載の高性能ガラス繊維組成物。
【請求項５】
成分として、
ＳｉＯ２ ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ １０−２４重量％
ＣａＯ １．５−１２重量％
ＴｉＯ２ ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ＜１．５重量％を含み、
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きいことを特徴とする請求項１に記載の高性能ガラス繊維組成物。
【請求項６】
成分として、
ＳｉＯ２ ５４−６２重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３ ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ １０−２４重量％
ＣａＯ １．５−１２重量％
ＴｉＯ２ ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ＜１．５重量％を含み、
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きいことを特徴とする請求項１に記載の高性能ガラス繊維組成物。
【請求項７】
成分として、
ＳｉＯ２ ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ １０−２４重量％
ＣａＯ １．５−１２重量％
ＴｉＯ２ ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ＜１．５重量％を含み、
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．８より大きいことを特徴とする請求項１に記載の高性能ガラス繊維組成物。
【請求項８】
ＳｒＯの含有量は重量比率で０．１−２％であることを特徴とする請求項１に記載の高性能ガラス繊維組成物。
【請求項９】
成分として、
ＳｉＯ２ ５４−６２重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３ ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３０．０５−７重量％
Ｙ２Ｏ３ ０．５−５重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ＜０．９７重量％
Ｌｉ２Ｏ ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ １０−２４重量％
ＣａＯ １．５−１２重量％
ＴｉＯ２ ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ＜１．５重量％を含み、
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．８より大きいことを特徴とする請求項１に記載の高性能ガラス繊維組成物。
【請求項１０】
成分として、
ＳｉＯ２ ５３−５８．５重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３ ＜８０．４重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ＜０．９７重量％
Ｌｉ２Ｏ ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ １０−２４重量％
ＣａＯ ５−１０重量％
ＴｉＯ２ ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ＜１．５重量％を含み、
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きいことを特徴とする請求項１に記載の高性能ガラス繊維組成物。
【請求項１１】
ＭｇＯの含有量は重量比率で８．１−１２％であることを特徴とする請求項１に記載の高性能ガラス繊維組成物。
【請求項１２】
更にＣｅＯ２を含有し、その含有量が重量比率で０−１％であることを特徴とする請求項１に記載の高性能ガラス繊維組成物。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のガラス繊維組成物を有することを特徴とするガラス繊維。
【請求項１４】
請求項１３に記載のガラス繊維を含むことを特徴とする複合材料。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本願は、２０１６年３月１５日に中国特許局に出願した出願番号が２０１６１０１４７９０５．０で、発明の名称が「高性能ガラス繊維組成物及びそのガラス繊維並びに複合材料」である中国特許出願の優先権を主張し、その全内容は引用により本願に組み込まれる。
（技術分野）
本発明は、高性能ガラス繊維組成物に関し、特に、先進的な複合材料補強基材とすることができる高性能ガラス繊維組成物及びそのガラス繊維並びに複合材料に関する。
（背景技術）
ガラス繊維は、無機繊維材料に属し、それを使用して樹脂を補強すれば、性能に優れた複合材料が得られる。高性能ガラス繊維は、先進的な複合材料の補強基材として、最初に主に航空、宇宙飛行、兵器などの国防と軍需産業分野に適用される。科学技術の進歩と経済の発展に伴って、高性能ガラス繊維は、風力翼、圧力容器、海上石油管路、自動車製造などの民用、工業分野において幅広く適用されている。
【０００２】
最初の高性能ガラスの成分は、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系を主体とし、典型的な提案は、米国ＯＣ社のＳ−２ガラスが挙げられ、弾性率が８９−９０ＧＰａであるが、その生産難度が高く、そのガラス繊維の成形温度が１５７１℃に高く達しており、液相線温度が１４７０℃に高く達しており、タンク窯による大規模の生産を実現し難い。したがって、ＯＣ社は、Ｓ−２ガラス繊維の生産を自ら諦め、その特許権を米国ＡＧＹ社に譲渡した。
【０００３】
その後、ＯＣ社より更にＨｉＰｅｒ−ｔｅｘガラスが開発され、弾性率が８７−８９ＧＰａであり、これは、一部のガラス性能を犠牲して生産規模を交換する妥協的な策略であり、設計案は、Ｓ−２ガラスに対する簡単な改良に過ぎないため、ガラス繊維の成形温度と液相線温度が依然として高く、生産難度が依然として高く、タンク窯による大規模の生産を実現し難い。したがって、ＯＣ社はＨｉＰｅｒ−ｔｅｘガラス繊維の生産も諦め、その特許権をヨーロッパの３Ｂ社に譲渡した。
【０００４】
フランスサンゴバン社より、ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系を主体とするＲガラスが開発され、弾性率は、８６−８９ＧＰａである。しかしながら、従来のＲガラスのケイ素とアルミニウムの合計含有量が高く、ガラス結晶化性能を改良する効果的な提案も欠いており、カルシウムとマグネシウムの割合も合理的ではないため、ガラスが成形し難く、結晶化リスクが高く、且つ、ガラス液の表面張力が大きく、清澄難度が高く、そのガラス繊維の成形温度が１４１０℃に達し、液相線温度が１３５０℃に達し、これらは全てガラス繊維の効果的な引抜上の困難をもたらし、同様にタンク窯による大規模の生産を実現し難い。
【０００５】
中国では、南京ガラス繊維研究設計院よりＨＳ２ガラスが開発され、弾性率が８４−８７ＧＰａであり、その主な成分もＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯを含み、更に一部のＬｉ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２とＦｅ２Ｏ３、が導入され、その成形温度が１２４５℃に過ぎず、液相線温度が１３２０℃であり、両者の温度がいずれもＳガラス繊維より遥かに低いが、その成形温度が液相線温度より低く、△Ｔ値が負であるため、ガラス繊維の効果的な引抜に非常に不利であり、引抜プロセスにガラス失透現象が発生することを防止するように、引抜温度を高め、特別な形のノズルを採用しなければならず、これは温度制御上の困難をもたらし、同じくタンク窯による大規模の生産を実現し難い。
【０００６】
まとめていえば、現段階の各種の高性能ガラス繊維は実際の生産において、全てタンク窯による生産難度が高いという一般的な普遍問題が存在し、具体的な表現として、ガラスの液相線温度が高く、結晶化速度が速く、成形温度が高く、清澄難度が高く、△Ｔ値が小さく更に負であることが発見された。そのために、殆どの会社は、一部のガラス性能を犠牲して生産難度を低下させることが多く、これによって、上記ガラス繊維の弾性率のレベルが生産規模に伴って同時に向上できず、Ｓガラスの弾性率のボトルネックを今まで解消できない。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、以上に記載された問題を解決することを意図する。本発明の目的は、高性能ガラス繊維組成物を提供し、この組成物は、ガラスの弾性率と化学安定性を顕著に高めることができ、これを基礎に、従来の高性能ガラスの結晶化リスクが高く、清澄難度が大きく、タンク窯による効率的な生産を行いにくいという問題を克服し、高性能ガラスの液相線温度と成形温度を顕著に下げることができ、同等の条件でガラスの結晶化速度を大幅に低減し、タンク窯による化学安定性に優れた高性能ガラス繊維の生産に特に適用する。
【０００８】
本発明の一つの側面によれば、成分として、
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％を含み、
更に、重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく限定されている高性能ガラス繊維組成物を提供する。
【０００９】
更に、Ｌｉ２Ｏの含有量は、重量比率で０．０５−０．８５％であるように限定されている。
更に、Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量は、重量比率で０．９７％より小さく限定されている。
【００１０】
更に、Ｌｉ２Ｏの含有量は、重量比率で０．０５％以上で０．５５％より小さく限定されている。
更に、Ｌｉ２Ｏの含有量は、重量比率で０．１−０．５％であるように限定されている。
【００１１】
更に、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．８より大きく限定されている。
更に、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．９５より大きく限定されている。
【００１２】
更に、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の含有量は、重量比率で８０．４％より小さくように限定されている。
更に、ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３の含有量は、重量比率で０．５−６％であるように限定されている。
【００１３】
また、各成分の含有量は重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きい。
【００１４】
また、各成分の含有量は重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きい。
【００１５】
また、各成分の含有量は重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８０．４重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ          ＜０．９７重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きい。
【００１６】
更に、Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量は、重量比率で０．９５％以下であるように限定されている。
更に、Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量は、重量比率で０．８５％以下であるように限定されている。
【００１７】
また、各成分の含有量は重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．８より大きい。
【００１８】
また、各成分の含有量は重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．５−６重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ≧０．０５重量％且つ＜０．５５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．８より大きい。
【００１９】
また、各成分の含有量は重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．５−６重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ＜０．９７重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．９５より大きい。
【００２０】
また、各成分の含有量は重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５４−６２重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ≦２３重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８０．４重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．５−６重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、１より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．９５より大きい。
【００２１】
更に、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量は、重量比率で０．７％より小さく限定されている。
更に、ＴｉＯ２の含有量は、重量比率で０．７５％以下であるように限定されている。
更に、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、重量比率で１９％より大きく１９．４％以下であるように限定されている。
【００２２】
更に、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、重量比率で１９．４％より大きく２３％以下であるように限定されている。
更に、ＳｒＯの含有量は、重量比率で０．１−２％であるように限定されている。
【００２３】
更に、Ｇｄ２Ｏ３の含有量は、重量比率で０．０５−１％であるように限定されている。
また、各成分の含有量は重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３                            ０．１−３重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ≦０．７５重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きい。
【００２４】
また、各成分の含有量は重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｙ２Ｏ３                                       ０．５−５重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ＜０．９７重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．８より大きい。
【００２５】
更に、重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、１．５−５であるように限定されている。
更に、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、２−２．４５であるように限定されている。
【００２６】
更に、ＣａＯの含有量は、重量比率で５−１０％であるように限定されている。
更に、ＭｇＯの含有量は、重量比率で８．１−１２％であるように限定されている。
更に、Ｌａ２Ｏ３の含有量は、重量比率で０．１−２％であるように限定されている。
【００２７】
前記高性能ガラス繊維組成物は、更にＦ２を含有し、その含有量が重量比率で０−１．２％である。
前記高性能ガラス繊維組成物は、更にＢ２Ｏ３を含有し、その含有量が重量比率で０−２％である。
【００２８】
前記高性能ガラス繊維組成物は、更にＣｅＯ２を含有し、その含有量が重量比率で０−１％である。
本発明の他の側面によれば、上記ガラス繊維組成物で製造されるガラス繊維を提供する。
【００２９】
本発明の三つ目の側面によれば、上記ガラス繊維を含む複合材料を提供する。
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、主な革新点が、高含有量のアルミナと低含有量のアルカリ金属酸化物を導入する上で、希土類酸化物Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３のうちの一つ又は複数を導入し、希土類酸化物、アルカリ金属酸化物とアルミナの間の協同効果を利用して、ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２ＯとＡｌ２Ｏ３／ＭｇＯの比を制御し、Ａｌ２Ｏ３、Ｒ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＣａＯとＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯの含有量範囲を合理的に配置し、且つ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯの混合アルカリ土類効果を利用し、更に適量のＦ２、Ｂ２Ｏ３とＣｅＯ２などを選択的に導入してもよいことである。
【００３０】
具体的には、本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
このガラス繊維組成物中の各成分の作用及び含有量についての説明は以下のとおりである。
【００３１】
ＳｉＯ２は、ガラス骨格を形成する主な酸化物であり、且つ、各成分を安定化させる作用を発揮する。本発明のガラス繊維組成物において、ＳｉＯ２の重量比率含有量の範囲を５３−６４％に限定する。好ましくは、ＳｉＯ２の重量比率含有量の範囲を５４−６２％に限定してもよい。
【００３２】
Ａｌ２Ｏ３も、ガラス骨格を形成する酸化物であり、ＳｉＯ２と結合する時に、ガラスの機械的性能に対して実質的な作用を発揮することができ、また、抗水、耐酸腐食の面で重要な作用を発揮する。ガラスが十分に高い機械的性能と抗水、耐酸腐食性能を得るために、Ａｌ２Ｏ３の含有量が高い方が望ましいが、Ａｌ２Ｏ３の含有量が余りにも高いと、ガラスの粘度が余りにも高くなり、清澄しにくくなり、且つ、ガラスが結晶化して更に分相しやすくなる。ある実施例において、発明者は、Ａｌ２Ｏ３の重量比率含有量を１９％より大きく２５％より小さく、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの重量比率含有量を１％以下であるように制御し、適量の希土類酸化物を導入する時に、ガラスは、特に優れた弾性率、化学安定性、抗結晶化能力及び成形範囲△Ｔ値を得ることができることを発見した。したがって、本発明のガラス繊維組成物において、Ａｌ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を１９％より大きく２５％より小さく限定する。好ましくは、Ａｌ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を１９％より大きく２３％以下であるように限定してもよい。更に、ある実施例において、Ａｌ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を１９％より大きく１９．４％以下であるように限定してもよく、他の実施例において、Ａｌ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を１９．４％より大きく２３％以下であるように限定してもよい。更に、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を８２％より小さく限定してもよい。好ましくは、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を８０．４％より小さく限定してもよい。
【００３３】
ガラス構造では、Ａｌ２Ｏ３は一般的に四配位[ＡｌＯ４]と六配位[ＡｌＯ６]の二種類の構造形式が存在する。発明者は、高含有量のアルミナと低含有量のアルカリ金属酸化物を導入する上で、希土類酸化物のＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３のうちの一つ又は複数を導入し、希土類酸化物が強い塩基性を有して相当な非架橋酸素を提供できる特性を利用することにより、構造中のＡｌ−Ｏ四配位の数を明らかに増やし、Ａｌ３＋がガラス網目に入るように促進することができ、ガラス骨架の緊密度の向上に寄与することを発見した。また、上記三種類の希土イオンがいずれもガラス網目に入りにくく、一般的に網目修飾イオンとして網目の隙間にあり、それらの配位数が高く、電荷が高く、電界強度が大きく、蓄積能力が強く、ガラス構造の安定性を更に補強して、ガラスの機械的性能と化学安定性を高めることができる。また、それらは、他のイオンの移動配列又は交換を効果的に阻止し、ガラス結晶化傾向の低減と化学安定性の向上の目的を達成することができる。
【００３４】
発明者は、更に、それらを単独で使用する場合、ガラス弾性率の向上及びガラス結晶化の抑制の面で、Ｙ２Ｏ３の作用はＬａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３よりも優れており、また、二種類及びそれ以上の希土類酸化物を同時に使用して、それらの比を適切な数値に制御する場合、それらの協同効果が明らかであり、ガラス弾性率の向上及びガラス結晶化の抑制の面での作用が一種類の希土類酸化物を単独で使用する場合よりも優れており、予想できない効果が得られたことを発見した。発明者の考えによれば、第一、複数種の希土類酸化物がより豊かな網目修飾イオン配位構造を提供することができ、ガラス構造の安定性を向上させ、ガラス弾性率を向上させることに寄与する。第二、温度が低下する時、複数種の異なる半径の希土イオンが規則的に配列される確率も減少し、これは結晶体の成長速度を明らかに遅くすることに寄与し、ガラスの抗結晶化能力が更に高められる。
【００３５】
本発明のガラス繊維組成物において、ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を０．０５−７％に限定する。好ましくは、ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を０．５−６％に限定してもよい。更に、Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を０．１−３％に限定してもよい。更に、Ｙ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を０．５−５％に限定してもよい。更に、Ｌａ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を０．１−２％に限定してもよい。更に、Ｇｄ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を０．０５−１％に限定してもよい。
【００３６】
Ｋ２ＯとＮａ２Ｏは、いずれもガラスの粘度を低下させることができ、良好なフラックス剤である。Ｎａ２ＯとＫ２Ｏに比べれば、Ｌｉ２Ｏは、ガラスの粘度を明らかに低下させ、ガラスの溶製性能を改良することができるだけでなく、ガラスの機械的性能にも明らかに寄与する。また、少量のＬｉ２Ｏだけで、相当な非架橋酸素を提供することができ、より多くのアルミニウムイオンが四配位を形成して、ガラス体系の網目構造を補強することに寄与する。しかしながら、アルカリ金属イオンが余りにも多いと、ガラスの化学安定性が明らかに低下してしまい、導入量が多くない方が良い。したがって、本発明のガラス繊維組成物において、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの重量比率含有量の範囲を１％以下であるように限定する。好ましくは、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの重量比率含有量の範囲は、０．９７％より小さく、好ましくは、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの重量比率含有量の範囲は、０．９５％以下であり、好ましくは、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの重量比率含有量の範囲は、０．８５％以下である。更に、Ｌｉ２Ｏの重量比率含有量の範囲を０．０５−０．８５％に限定してもよい。好ましくは、Ｌｉ２Ｏの重量比率含有量の範囲を０．０５％以上で０．５５％より小さく限定してもよく、好ましくは、Ｌｉ２Ｏの重量比率含有量の範囲を０．１−０．５％に限定してもよい。更に、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量を重量比率で０．７％より小さく限定してもよい。
【００３７】
更に、アルカリ金属酸化物により提供される非架橋酸素が希土イオンにより効果的に蓄積されるように、それらが[ＡｌＯ４]の形でガラス網目構造に入るように促進する。本発明のガラス繊維組成物において、重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲を０．５より大きく限定してもよい。好ましくは、重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲を１より大きく限定してもよく、好ましくは、重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲を１．５−５に限定してもよい。
【００３８】
ＣａＯ、ＭｇＯとＳｒＯは、主にガラス結晶化を制御して、ガラス粘度を調節する作用を発揮する。特に、ガラス結晶化を制御する面で、発明者は、それらの導入量と割合関係を制御することにより、予想できない効果が得られた。一般的に、ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系を主体とする高性能ガラスは、ガラス結晶化後に含まれる結晶相が主に透輝石（ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６）と灰長石（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）を含む。二種類の結晶相の結晶化傾向を効果的に抑制し、ガラスの液相線温度と結晶化速度を低下させるために、本発明において、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯの含有量範囲及び各成分間の割合関係を合理的に制御し、混合アルカリ土類効果を利用してより緊密な堆積構造を形成することで、その結晶核の形成と成長の際により多くのエネルギーが必要とされるようにする。また、適量の酸化ストロンチウムを導入することにより形成したガラス構造はより安定的であり、ガラス性能の更なる向上に寄与する。本発明のガラス繊維組成物において、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯの重量比率含有量の範囲を１０−２４％に限定する。ＣａＯは、重要な網目外体酸化物として、その含有量が余りにも高いと、ガラスの結晶化傾向を増やし、ガラスから灰長石、硅灰石などの結晶体が析出する恐れを招く。更に、ＣａＯの重量比率含有量の範囲を１．５−１２％に限定してもよい。好ましくは、ＣａＯの重量比率含有量の範囲を５−１０％に限定してもよい。ＭｇＯはガラスでの作用がＣａＯと大体類似するが、Ｍｇ２＋の電界強度がより大きく、ガラス弾性率の向上に重要の作用を発揮する。更に、ＭｇＯの重量比率含有量の範囲を８．１−１２％に限定してもよい。更に、ＳｒＯの重量比率含有量の範囲を３％より小さく限定してもよい。好ましくは、ＳｒＯの重量比率含有量の範囲を０．１−２％に限定してもよい。
【００３９】
更に、ガラスの結晶化を効果的に制御するために、本発明のガラス繊維組成物において、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲を１．８より大きく限定してもよい。好ましくは、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲を１．９５より大きく限定してもよく、好ましくは、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲を２−２．４５に限定してもよい。
【００４０】
ＴｉＯ２はフラックス作用を有し、更にガラスの化学安定性を明らかに高めることができ、ガラス液の表面張力の低減にも一定の作用を有する。Ｔｉ４＋が余りにも多いと、ガラスに不適切な着色が発生するため、導入量が多くない方が良い。本発明のガラス繊維組成物において、ＴｉＯ２の重量比率含有量の範囲を２％より小さく限定する。好ましくは、ＴｉＯ２の重量比率含有量の範囲を０．７５％以下であるように限定する。
【００４１】
Ｆｅ２Ｏ３は、ガラスの溶製に寄与し、ガラスの結晶化性能をも改良することができる。しかしながら、鉄イオンと第一鉄イオンが着色作用を有するため、導入量が多くない方が良い。したがって、本発明のガラス繊維組成物において、Ｆｅ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を１．５％より小さく限定する。
【００４２】
本発明のガラス繊維組成物において、ガラスの結晶化傾向と清澄効果を更に改良するために、更に適量のＦ２、Ｂ２Ｏ３とＣｅＯ２を選択的に導入してもよい。本発明のガラス繊維組成物において、Ｆ２の重量比率含有量の範囲を０−１．２％に限定してもよく、Ｂ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を０−２％に限定してもよく、ＣｅＯ２の重量比率含有量の範囲を０−１％に限定してもよい。
【００４３】
また、本発明のガラス繊維組成物に少量の他の成分を含有してもよく、重量比率の合計含有量が一般的に２％を超えない。
本発明のガラス繊維組成物において、各成分の含有量の上記範囲を選択することによりもたらした有益な効果は、実施例における具体的な実験データにより説明される。
【００４４】
以下は、本発明によるガラス繊維組成物に含まれる各成分の好ましい値の範囲の例である。下記好ましい例によれば、この組成物で形成したガラス繊維の弾性率は、９０ＧＰａより大きい。
【００４５】
好ましい例１
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きい。
【００４６】
好ましい例２                  
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８０．４重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ          ＜０．９７重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きい。
【００４７】
好ましい例３               
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．１−０．５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．８より大きい。
【００４８】
好ましい例４                  
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．５−６重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ≧０．０５重量％且つ＜０．５５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．８より大きい。
【００４９】
好ましい例５                  
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．５−６重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ＜０．９７重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
Ｇｄ２Ｏ３                                      ０．０５−１重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．９５より大きい。
【００５０】
好ましい例６                 
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５４−６２重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ≦２３重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８０．４重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．５−６重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦０．９５重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、１より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．９５より大きい。
【００５１】
好ましい例７                 
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３                            ０．１−３重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦０．８５重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ≦０．７５重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きい。
【００５２】
好ましい例８                 
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｙ２Ｏ３                                       ０．５−５重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ＜０．９７重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．８より大きい。
【００５３】
好ましい例９                
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ≦１９．４重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．５−６重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ＜０．９７重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．９５より大きい。
【００５４】
好ましい例１０                
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５４−６２重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９．４重量％且つ≦２３重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８０．４重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．５−６重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ                    ＜０．７重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、１より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、１．９５より大きい。
【００５５】
好ましい例１１                
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３                            ０．１−３重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ≦０．７５重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
ＳｒＯ                          ０．１−２重量％
Ｆ２                                           ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、１．５−５である。
【００５６】
好ましい例１２                
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８２重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３                            ０．１−３重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ           ≦１重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         １．５−１２重量％
ＴｉＯ２                         ≦０．７５重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
Ｂ２Ｏ３                                       ０−２重量％
ＣｅＯ２                         ０−１重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きく、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯの範囲は、２−２．４５である。
【００５７】
好ましい例１３
本発明による高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                         ５３−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                        ＞１９重量％且つ＜２５重量％
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３                              ＜８０．４重量％
ＲＥ２Ｏ３＝Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３      ０．０５−７重量％
Ｒ２Ｏ＝Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ          ＜０．９７重量％
Ｌｉ２Ｏ                         ０．０５−０．８５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ               １０−２４重量％
ＣａＯ                         ５−１０重量％
ＭｇＯ                        ８．１−１２重量％
ＴｉＯ２                         ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                        ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                                      ０．１−２重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏの範囲は、０．５より大きい。
【００５８】
好ましい例１３によれば、この組成物で形成したガラス繊維の弾性率は、９５ＧＰａより大きい。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
本発明の実施例の目的、技術提案及び利点をより明瞭にするために、以下、本発明の実施例における技術提案を明瞭で、完全に説明し、明らかに、説明される実施例は、本発明の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではない。本発明における実施例に基づき、当業者が創造的な努力をすることなく得られた全ての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。衝突しない限り、本願の実施例及び実施例における特徴は相互に任意に組み合わせることができることを説明しておく。
【００６０】
本発明の基本的な思想として、ガラス繊維組成物の各成分含有量は重量比率で、 ＳｉＯ２が５３−６４％であり、Ａｌ２Ｏ３が１９％より大きく２５％より小さく、Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３が０．０５−７％であり、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが１％以下であり、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯが１０−２４％であり、ＣａＯ が１．５−１２％であり、ＴｉＯ２が２％より小さく、Ｆｅ２Ｏ３が１．５％より小さい。この組成物は、ガラスの弾性率と化学安定性を大幅に高めることができ、これを基礎に、従来の高性能ガラスの結晶化リスクが高く、清澄難度が大きく、タンク窯による効率的な生産を行いにくいという問題を克服し、高性能ガラスの液相線温度と成形温度を顕著に下げることができ、同等の条件でガラスの結晶化速度を大幅に低減し、タンク窯による化学安定性に優れた高性能ガラス繊維の生産に特に適用する。
【００６１】
本発明のガラス繊維組成物におけるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｒＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｆ２とＣｅＯ２の具体的な含有量の値を選択して実施例とし、Ｓガラス、従来のＲガラスと改良Ｒガラスの性能パラメータと比較する。性能比較時に、６つの性能パラメータを選択する。
【００６２】
（１）成形温度：ガラス溶融物の粘度が１０３ポイズである時の温度。
（２）液相線温度：ガラス溶融物冷却時の結晶核形成開始温度、即ち、ガラス結晶化の上限温度。
【００６３】
（３）△Ｔ値：成形温度と液相線温度の差であり、引抜成形の温度範囲を表す。
（４）結晶化ピーク温度：ＤＴＡテストプロセスにおけるガラス結晶化最強ピークの温度。一般的に、この温度が高いほど、結晶核の成長に必要なエネルギーが多くなり、ガラスの結晶化傾向が小さくなることを表す。
【００６４】
（５）弾性率：縦方向に沿う弾性率であり，ガラス繊維の弾性変形抵抗能力を表し、ＡＳＴＭ２３４３テストによるものである。
（６）粉末重量減少率：大体の方法は、将溶製したガラス試料を適度に破碎して製粉してから、篩分けを行い、６０メッシュの篩の下と８０メッシュの篩の上の０．４−０．６mmのガラス粉末を取って必要に備える。３部の質量が３ｇのガラス粉サンプルを秤量し、それぞれ定量の１０％のＨＣＬ溶液中に入れ、９５℃条件で２４時間水浴する。ガラス粉の高温酸液中での平均重量減少率を算出することにより、ガラスの化学安定性を表す。
【００６５】
上記した６つのパラメータ及びその測定方法は、当業者にとって熟知したものであるため、上記パラメータによって本発明のガラス繊維組成物の性能を強力に説明することができる。
【００６６】
実験の具体的なプロセスとして、各成分は、適切な原料から得られ、割合に応じて各種の原料を混合し、各成分を最終的な所望の重量比率とし、混合後の配合料を溶融して清澄してから、ガラス液をブッシングプレート上のノズルを介して引き出すことによりガラス繊維を形成し、ガラス繊維を牽引して引抜機の回転ハンドピースに巻き取り、原繊維ケーキ又は糸ボールを形成する。勿論、所望の要求を満たすように、これらのガラス繊維を慣用の方法で高度加工することができる。
【００６７】
以下、本発明によるガラス繊維組成物の具体的な実施例を提供する。
実施例１
ＳｉＯ２                      ５８．０重量％
Ａｌ２Ｏ３                     １９．１重量％
ＣａＯ                      ７．９重量％
ＭｇＯ                      ９．４重量％
Ｙ２Ｏ３                       ３．６重量％
Ｎａ２Ｏ                      ０．１８重量％
Ｋ２Ｏ                       ０．３１重量％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．４５重量％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４４重量％
ＴｉＯ２                       ０．４３重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏは、３．８３であり、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯは、２．０３である。
【００６８】
実施例１において測定された６つのパラメータの値はそれぞれ以下の通りである。
成形温度                    １３００℃
液相線温度                  １２０４℃
△Ｔ値                       ９６℃
結晶化ピーク温度                  １０３０℃
弾性率                    ９５．７ＧＰａ
粉末重量減少率                  ０．９８％
実施例２
ＳｉＯ２                      ５８．０重量％
Ａｌ２Ｏ３                     １９．１重量％
ＣａＯ                      ７．２重量％
ＭｇＯ                      ９．４重量％
Ｙ２Ｏ３                       ３．６重量％
Ｎａ２Ｏ                      ０．１８重量％
Ｋ２Ｏ                       ０．３１重量％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．４５重量％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４４重量％
ＴｉＯ２                       ０．４３重量％
ＳｒＯ                       ０．７重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏは、３．８３であり、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯは、２．０３である。
【００６９】
実施例２において測定された６つのパラメータの値はそれぞれ以下の通りである。
成形温度                    １３０２℃
液相線温度                  １２０１℃
△Ｔ値                       １０１℃
結晶化ピーク温度                  １０３２℃
弾性率                    ９６．５ＧＰａ
粉末重量減少率                  ０．９５％
実施例３
ＳｉＯ２                      ５６．９重量％
Ａｌ２Ｏ３                     ２１．０重量％
ＣａＯ                      ５．３重量％
ＭｇＯ                     １０．４重量％
Ｙ２Ｏ３                      ３．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                     ０．５重量％
Ｎａ２Ｏ                      ０．１１重量％
Ｋ２Ｏ                       ０．２４重量％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．６１重量％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４４重量％
ＴｉＯ２                       ０．７４重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏは、４．１７であり、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯは、２．０２である。
【００７０】
実施例３において測定された６つのパラメータの値はそれぞれ以下の通りである。
成形温度                    １３０６℃
液相線温度                  １２１６℃
△Ｔ値                       ９０℃
結晶化ピーク温度                  １０２３℃
弾性率                    ９７．６ＧＰａ
粉末重量減少率                  ０．９５％
実施例４
ＳｉＯ２                      ５６．１重量％
Ａｌ２Ｏ３                     ２１．６重量％
ＣａＯ                      ６．２重量％
ＭｇＯ                      ９．０重量％
Ｙ２Ｏ３                       ３．８重量％
Ｌａ２Ｏ３                      ０．４重量％
Ｎａ２Ｏ                      ０．１２重量％
Ｋ２Ｏ                       ０．２８重量％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．５４重量％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４４重量％
ＴｉＯ２                       ０．６２重量％
ＳｒＯ                       ０．５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏは、４．４７であり、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯは、２．４０である。
【００７１】
実施例４において測定された６つのパラメータの値はそれぞれ以下の通りである。
成形温度                    １３０５℃
液相線温度                  １２２０℃
△Ｔ値                       ８５℃
結晶化ピーク温度                  １０２２℃
弾性率                    ９９．２ＧＰａ
粉末重量減少率                  ０．８％
実施例５
ＳｉＯ２                      ５８．１重量％
Ａｌ２Ｏ３                     １９．２重量％
ＣａＯ                      ７．３重量％
ＭｇＯ                      ９．３重量％
Ｙ２Ｏ３                      ２．０重量％
Ｌａ２Ｏ３                     １．６重量％
Ｎａ２Ｏ                      ０．１８重量％
Ｋ２Ｏ                       ０．２１重量％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．５１重量％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４４重量％
ＴｉＯ２                       ０．９５重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏは、４．０であり、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯは、２．０６である。
実施例５において測定された６つのパラメータの値はそれぞれ以下の通りである。
成形温度                    １２９６℃
液相線温度                  １１９９℃
△Ｔ値                       ９７℃
結晶化ピーク温度                  １０３３℃
弾性率                    ９４．７ＧＰａ
粉末重量減少率                  ０．８５％
実施例６
ＳｉＯ２                      ５８．３重量％
Ａｌ２Ｏ３                     １９．３重量％
ＣａＯ                      ７．３重量％
ＭｇＯ                      ８．９重量％
Ｙ２Ｏ３                       ３．７重量％
Ｌａ２Ｏ３                      ０．４重量％
Ｎａ２Ｏ                      ０．２３重量％
Ｋ２Ｏ                       ０．１８重量％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．５４重量％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４４重量％
ＴｉＯ２                       ０．５１重量％
重量比率の比Ｃ１＝ＲＥ２Ｏ３／Ｒ２Ｏは、４．３２であり、重量比率の比Ｃ２＝Ａｌ２Ｏ３／ＭｇＯは、２．１７である。
【００７２】
実施例６において測定された６つのパラメータの値はそれぞれ以下の通りである。
成形温度                    １３０３℃
液相線温度                  １２０４℃
△Ｔ値                       ９９℃
結晶化ピーク温度                  １０３０℃
弾性率                    ９７．４ＧＰａ
粉末重量減少率                  ０．９％
以下、表の形で、本発明のガラス繊維組成物の上記実施例及び他の実施例とＳガラス、従来のＲガラスと改良Ｒガラスの性能パラメータの比較を提供する。ガラス繊維組成物の含有量は、重量比率で表される。実施例の成分の合計含有量が１００％よりやや小さく、残量が微量の不純物又は分析できない少量の成分であると理解できることを説明しておく。
【００７３】
【表１Ａ】
0006487577.tif 000002
【００７４】
【表１Ｂ】
0006487577.tif 000003
【００７５】
【表１Ｃ】
0006487577.tif 000004
上記表における具体的な値から分かるように、Ｓガラス、従来のＲガラスに比べれば、本発明のガラス繊維組成物は以下の利点を有する。（一）遥かに高い弾性率を有する。（二）遥かに低い液相線温度を有し、これは、ガラスの結晶化リスクを低減し、繊維の引抜効率を高めることに寄与し、高い結晶化ピーク温度を有し、これは、ガラスの結晶化プロセスにおいて結晶核の形成と成長により多くのエネルギーを必要とし、つまり、同等の条件で本発明ガラスの結晶化リスクがより小さいことを示す。
【００７６】
また、改良Ｒガラスに比べれば、本発明のガラス繊維組成物は以下の利点を有する。（一）遥かに高い弾性率を有する。（二）高い結晶化ピーク温度を有し、これは、ガラスの結晶化プロセスにおいて結晶核の形成と成長により多くのエネルギーを必要とし、つまり、同等の条件で本発明ガラスの結晶化リスクがより小さいことを示す。（三）重量減少率が明らかに低下し、これは、ガラスの化学安定性が明らかに改良されたことを示す。
【００７７】
Ｓガラスと従来のＲガラスは、いずれもタンク窯による生産を実現できず、改良Ｒガラスは一部の性能を犠牲して液相線温度と成形温度を低下させることで、生産難度を低下させ、タンク窯による生産を実現する。それと異なり、本発明の組成物は、十分に低い液相線温度とより小さい結晶化速度を有し、タンク窯による生産を行うことができるだけでなく、ガラス弾性率と化学安定性が大幅に向上し、Ｓ等級とＲ等級ガラス繊維の性能レベルが生産規模に伴って同時に向上できないという技術ボトルネックが解消される。
【００７８】
本発明によるガラス繊維組成物は、上記優れた性能を有するガラス繊維とすることができる。
本発明によるガラス繊維組成物は、一つ又は複数の有機及び／又は無機材料と結合して、例えばガラス繊維補強基材のような性能に優れた複合材料を調製することができる。
【００７９】
最後に、本明細書では、用語「含む」、「有する」又はその他の任意の変形は、非排他的な包含を網羅することを意図しており、一連の要素を含むプロセス、方法、物品又は装置がそれらの要素を含むだけでなく、更に明らかに列挙していない他の要素をも含み、又は、更にこのようなプロセス、方法、物品又は装置に固有の要素を含み、他の限定がない限り、「一つの…を含む」という文に限定された要素について、前記要素を含むプロセス、方法、物品又は装置に、更に他の同じ要素が存在することを排除しないことを説明しておきたい。
【００８０】
以上の実施例は、本発明の技術提案を説明するためのものに過ぎず、それを制限するものではない。前記実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、依然として前記各実施例に記載の技術提案を変更し、又はその一部の技術的特徴に等価置換を行うことができ、これらの変更や置換によって、対応する技術提案の本質が本発明の各実施例の技術提案の精神と範囲から逸脱することはないことが理解できる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の組成物は、十分に低い液相線温度とより小さい結晶化速度を有し、タンク窯による生産を行うことができるだけでなく、更にガラス弾性率と化学安定性が大幅に向上し、Ｓ等級とＲ等級ガラス繊維の性能レベルが生産規模に伴って同時に向上できないという技術ボトルネックを解消し、現在主流となっている高弾性率ガラスに比べて、本発明のガラス繊維組成物は、弾性率、結晶化性能と化学安定性の面で突破的な進展を取得し、同等の条件でのガラスの弾性率が大幅に向上し、結晶化リスクが大幅に低下し、化学安定性が明らかに高くなり、技術提案全体がタンク窯による化学安定性に優れた高性能ガラス繊維の生産に特に適用する。