(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分として、
ＳｉＯ２   ５５−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３  １７．１−２４重量％
Ｙ２Ｏ３   ０．１−６重量％
ＣａＯ   ３．４−７．６重量％
ＭｇＯ  １０．４−１４重量％
ＳｒＯ   ０．１−１．１重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ ＜２２重量％ 
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ＜２重量％
ＴｉＯ２ ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３   ０−１．２重量％を含み、
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２６より大きいことを特徴とする高弾性率ガラス繊維組成物。
【請求項２】
ＭｇＯの含有量は重量比率で１０．４−１３％であることを特徴とする請求項１に記載の高弾性率ガラス繊維組成物。
【請求項３】
Ｙ２Ｏ３の含有量は重量比率で０．５−５％であることを特徴とする請求項１に記載の高弾性率ガラス繊維組成物。
【請求項４】
成分として、
ＳｉＯ２   ５５−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３   １９重量％より大きく２１重量％以下である
Ｙ２Ｏ３   ０．１−６重量％
ＣａＯ   ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ  ８−１０．５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ ＜２２重量％ 
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ≦１重量％
ＴｉＯ２ ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３   ０−１．２重量％を含み、
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２６より大きいことを特徴とする高弾性率ガラス繊維組成物。
【請求項５】
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１〜４のいずれかに記載の高弾性率ガラス繊維組成物。
【請求項６】
請求項１〜５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７】
請求項６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２月２９日に中国特許局に出願した出願番号が２０１６１０１１３３６２．０で、発明の名称が「高弾性率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、高弾性率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弾性率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。高弾性率ガラス繊維は、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、高弾性率ガラス繊維は、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】
最初の高弾性率ガラスの成分は、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、現段階の各種の高弾性率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、表面張力が大きく、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】
本発明の目的は、上記問題に対して、高弾性率ガラス繊維組成物を提供し、この組成物は、ガラスの弾性率を顕著に高めることができ、これを基礎に、従来の高弾性率ガラス液相線温度が高く、結晶化速度が速く、成形温度が高く、表面張力が大きく、清澄しにくく、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、高弾性率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と気泡率の低減に寄与し、更に、望ましい△Ｔ値が得られ、タンク窯による高弾性率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                 ５５−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １３−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．１−６重量％
ＣａＯ                 ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２２重量％ 
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％を含み、
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２６より大きい高弾性率ガラス繊維組成物を提供する。
【０００９】
更に、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１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                ５６−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １３−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．１−６重量％
ＣａＯ                 ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２２重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ｙ２Ｏ３の範囲は、０．２６より大きい。
【００１０】
更に、Ｌｉ２Ｏの含有量は、重量比率で０．１−１．５％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０．１−２．５％であるように限定されている。
【００１１】
更に、ＣａＯの含有量は、重量比率で６−１０．３％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８．６−１３％であるように限定されている。
更に、Ｙ２Ｏ３の含有量は、重量比率で０．５−５％であるように限定されている。
【００１２】
更に、Ｙ２Ｏ３の含有量は、重量比率で１．５−５％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                 ５６−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １３−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．５−５重量％
ＣａＯ                 ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２２重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１．５重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ｙ２Ｏ３の範囲は、０．２６より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１である。
【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                 ５６−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １３−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．５−５重量％
ＣａＯ                 ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２２重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１．５重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２８より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１である。
【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                 ５７−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １４−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．５−５重量％
ＣａＯ                 ５−１０．６重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２１重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２８より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１である。
【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                 ５７−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １４−２３重量％
Ｙ２Ｏ３                 １．５−５重量％
ＣａＯ                 ６−１０．３重量％
ＭｇＯ                 ８．６−１３重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２１重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２９より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．９−１．８である。
【００１６】
また、各成分の含有量は重量比率で以下の通りである。
ＳｉＯ２                 ５７−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １４−２３重量％
Ｙ２Ｏ３                 １．５−５重量％
ＣａＯ                 ６−１０．３重量％
ＭｇＯ                 ８．６−１３重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２１重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２９より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．９−１．７である。
【００１７】
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。
更に、Ｌａ２Ｏ３の含有量は、重量比率で０．１−１％であるように限定されている。
更に、Ｙ２Ｏ３の含有量は、重量比率で２−４％であるように限定されている。
【００１８】
更に、ＣａＯの含有量は、重量比率で６．５−１０％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１２％より大きく１３％以下であるように限定されている。
【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                 ５５−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １３−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．１−６重量％
ＣａＯ                 ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ                １２重量％より大きく１３重量％以下である
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ       ＜２２重量％ 
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２６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                ５５−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３               １９重量％より大きく２１重量％以下である
Ｙ２Ｏ３                ０．１−６重量％
ＣａＯ                ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ                ８−１０．５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ       ＜２２重量％ 
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ≦１重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２６より大きい。
【００２１】
更に、ＣｅＯ２を含有してもよく、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。
【００２２】
また、前記ガラス繊維の弾性率の範囲は、９０−１０３ＧＰａである。
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。
本発明による高弾性率ガラス繊維組成物は、主な革新点が、希土類酸化物Ｙ２Ｏ３を導入し、イットリウムのガラス構造における特別な補填作用を利用して、 （Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）及びＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の比を制御し、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯの含有量範囲を合理的に配置し、且つ、イットリウムとアルカリ金属酸化物の間の協同効果及びＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯの間の混合アルカリ土類効果を利用し、更に適量のＣｅＯ２などを選択的に導入してもよいことである。
【００２３】
具体的には、本発明による高弾性率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                 ５５−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １３−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．１−６重量％
ＣａＯ                 ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ       ＜２２重量％ 
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２６より大きい。
【００２４】
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。
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５５−６４％に限定する。機械的性能を保証する上で、ガラスの清澄難度を増やさないように、本発明において、わざと酸化ケイ素の含有量を高くないレベルに制御する。好ましくは、ＳｉＯ２の重量比率含有量の範囲は、５６−６０．４％に限定されてもよく、更に好ましくは、ＳｉＯ２の重量比率含有量の範囲は、５７−６０．４％に限定されてもよい。
【００２５】
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、ガラスの分相の阻止と耐水性の面で重要な作用を発揮する。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１３−２４％に限定し、その含有量が低いと、十分に高いガラス機械的性能、特に弾性率を得ることができないが、その含有量が余りにも高いと、ガラスの分相のリスクが大幅に高くなりやすい。好ましくは、Ａｌ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲は、１４−２４％に限定されてもよく、更に好ましくは、Ａｌ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲は、１４−２３％に限定されてもよい。また、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２１％以下、ＭｇＯの重量比率含有量を１０．５％以下、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの重量比率含有量を１％以下に制御する場合、ガラスが優れた弾性率性能、抗結晶化能力及び成形範囲の△Ｔ値を得ることができることを意外に発見した。
【００２６】
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。発明者は、アルカリ金属酸化物の総量が変わらない場合、Ｎａ２Ｏの代わりにＫ２Ｏを用いれば、ガラスの結晶化傾向を低減し、繊維の成形性能を改良することができることを発見した。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、ガラスの力学性能の向上にも明らかに寄与する。また、少量のＬｉ２Ｏだけで、相当な遊離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面体配位を形成して、ガラス体系の網目構造を補強することに寄与し、ガラスの結晶化能力を更に低下させることができるが、アルカリ金属イオンが余りにも多いと、ガラス構造の安定性に影響を及ぼすため、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、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの重量比率含有量の範囲を２％より小さく限定する。更に、Ｌｉ２Ｏの重量比率含有量の範囲は、０．１−１．５％に限定されてもよく、好ましくは、Ｌｉ２Ｏの重量比率含有量の範囲は、０．１−１％に限定されてもよい。
【００２７】
Ｙ２Ｏ３は、重要な希土類酸化物であり、発明者は、それがガラス弾性率の向上、ガラス結晶化の抑制の面で特に効果的であることを発見した。Ｙ３＋は、ガラスの網目に非常に入りにくく、一般的に、網目修飾イオンとして網目の隙間にあり、その配位数が高く、電界強度が高く、電荷が高く、蓄積能力が強く、ガラス構造の安定性を高め、ガラスの弾性率を高めることができ、更に、その他のイオンの移動と配列を効果的に阻止して、ガラスの結晶化傾向を低減する目的を達成することができる。本発明のガラス繊維組成物において、Ｙ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を０．１−６％に限定する。好ましくは、Ｙ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲は、０．５−５％に限定されてもよく、好ましくは、Ｙ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲は、１．５−５％に限定されてもよく、好ましくは、Ｙ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲は、２−４％に限定されてもよい。
【００２８】
Ｌａ２Ｏ３も、重要な希土類酸化物であり、発明者、それを単独に使用する際に、ガラス弾性率の向上、ガラス結晶化の抑制の面における作用がよりＹ２Ｏ３明らかに弱いが、その清澄効果がＹ２Ｏ３より優れていることを発見した。また、ランタンのモル質量とイオンの半径がいずれも大きいため、導入量が余りにも多いと、ガラス性能に対する向上作用が弱くなるだけでなく、更にガラス構造の安定性を破壊し、更にガラスの密度を顕著に増加するため、Ｌａ２Ｏ３の導入量は、多くない方が良い。本発明のガラス繊維組成物において、少量のＬａ２Ｏ３を選択的に導入することができ、Ｌａ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を０−１．２％に限定する。更に、Ｌａ２Ｏ３の重量比率含有量の範囲を０．１−１％に限定可能である。
【００２９】
発明者は、更に、Ｙ２Ｏ３の配位状態がガラスにおける遊離酸素の含有量に密に関連していることを発見した。Ｙ２Ｏ３は、結晶状態でベイカンシ欠陥が存在し、Ｙ２Ｏ３がガラスに添加された後、これらのベイカンシ欠陥は、他の酸化物、特にアルカリ金属酸化物により提供された遊離酸素で充填可能であり、異なる充填程度は、Ｙ２Ｏ３の配位状態及びその堆積密度に影響を及ぼし、ガラス性能に明らかな影響を及ぼす。これと同様に、Ｌａ２Ｏ３も同じくベイカンシを補填するために一定の数の酸素を必要とする。十分な遊離酸素を得て、構造堆積をより緊密にし、抗結晶化作用をより明らかにするために、本発明において、重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲を０．２６より大きく限定する。好ましくは、比Ｃ１の範囲は、０．２８より大きく限定されてもよい。更に好ましくは、比Ｃ１の範囲は、０．２９より大きく限定されてもよい。
【００３０】
ＣａＯ、ＭｇＯとＳｒＯは、主にガラス結晶化を制御し、ガラス粘度と材料特性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Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）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し、また、Ｓｒ２＋のイオン半径が大きく、その自身が移動しにくいだけでなく、更に同等の条件でＭｇ２＋とＣａ２＋イオンの移動と再構成を効果的に阻害して、ガラスの結晶化傾向を抑制する目的を達成することができる。また、ガラスの材料特性を効果的に改良することもできる。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２２％より小さく限定する。好ましくは、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯの重量比率含有量の範囲は、２１％より小さく限定されてもよい。更に、ある実施例において、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１に限定されてもよい。好ましくは、比Ｃ２の範囲は、０．９−１．８に限定されてもよい。更に好ましくは、比Ｃ２の範囲は、０．９−１．７に限定されてもよい。他の実施例において、ＭｇＯの含有量が１２％より大きい場合、上記比Ｃ２の範囲に制限されなくてもよい。
【００３１】
本発明のガラス繊維組成物において、ＣａＯの重量比率含有量の範囲を３．４−１０．９％に限定する。好ましくは、ＣａＯの重量比率含有量の範囲は、５−１０．６％に限定されてもよく、好ましくは、ＣａＯの重量比率含有量の範囲は、６−１０．３％に限定されてもよく、好ましくは、ＣａＯの重量比率含有量の範囲は、６．５−１０％に限定されてもよい。本発明のガラス繊維組成物において、ＭｇＯの重量比率含有量の範囲を８−１４％に限定する。更に、ある実施例において、好ましくは、ＭｇＯの重量比率含有量の範囲は、８．６−１３％に限定されてもよい。他の実施例において、好ましくは、ＭｇＯの重量比率含有量の範囲は、１２より大きく１３％以下であるよういに限定されてもよく。更に、ＳｒＯの重量比率含有量の範囲を３％より小さく限定する。好ましくは、ＳｒＯの重量比率含有量の範囲は、０．１−２．５％に限定されてもよい。更に好ましくは、ＳｒＯの重量比率含有量の範囲は、０．１−２％に限定されてもよい。
【００３２】
ＴｉＯ２は、高温時のガラスの粘度を低下させることができるだけでなく、一定のフラックス作用を有する。しかしながら、チタンイオンが一定の着色作用を有するため、特にＴｉＯ２の含有量が２％を超えると、この着色作用が特に顕著になり、ある程度でガラス繊維製品の外観に影響を及ぼす。したがって、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。
【００３３】
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。
【００３４】
本発明のガラス繊維組成物には、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、ＣｅＯ２の重量比率含有量の範囲を０−１％に限定する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
好ましい例１
本発明による高弾性率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                 ５６−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １３−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．５−５重量％
ＣａＯ                 ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２２重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１．５重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２６より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１である。
【００３７】
好ましい例２
本発明による高弾性率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                 ５６−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １３−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．５−５重量％
ＣａＯ                 ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２２重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１．５重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２８より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１である。
【００３８】
好ましい例３
本発明による高弾性率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                 ５７−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １４−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．５−５重量％
ＣａＯ                 ５−１０．６重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２１重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２８より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１である。
【００３９】
好ましい例４
本発明による高弾性率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                 ５７−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １４−２３重量％
Ｙ２Ｏ３                 １．５−５重量％
ＣａＯ                 ６−１０．３重量％
ＭｇＯ                 ８．６−１３重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２１重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２９より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．９−１．８である。
【００４０】
好ましい例５
本発明による高弾性率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                 ５７−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １４−２３重量％
Ｙ２Ｏ３                 １．５−５重量％
ＣａＯ                 ６−１０．３重量％
ＭｇＯ                 ８．６−１３重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２１重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２９より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．９−１．７である。
【００４１】
好ましい例５によれば、この組成物の液相線温度は、１３２０℃以下であり、１３００℃以下であることが好ましく、１２５０℃以下であることがより好ましく、この組成物で形成したガラス繊維の弾性率は、９０−１０３ＧＰａである。
【００４２】
好ましい例６
本発明による高弾性率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                 ５７−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １４−２３重量％
Ｙ２Ｏ３                 １．５−５重量％
ＣａＯ                 ６−１０．３重量％
ＭｇＯ                 ８．６−１３重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２１重量％
ＳｒＯ                  ０．１−２重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２９より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．９−１．７である。
【００４３】
好ましい例７
本発明による高弾性率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                 ５７−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １４−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．５−５重量％
ＣａＯ                 ５−１０．６重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２１重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０．１−１重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２８より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１である。
【００４４】
好ましい例８
本発明による高弾性率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                 ５７−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １４−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ２−４重量％
ＣａＯ                 ５−１０．６重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２１重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２８より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１である。
【００４５】
好ましい例９
本発明による高弾性率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                 ５７−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １４−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．５−５重量％
ＣａＯ                 ６．５−１０重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２１重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２８より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１である。
【００４６】
好ましい例１０
本発明による高弾性率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                 ５５−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １３−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．１−６重量％
ＣａＯ                 ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ                １２重量％より大きく１３重量％以下である
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ       ＜２２重量％ 
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２６より大きい。
【００４７】
好ましい例１０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。
好ましい例１１
本発明による高弾性率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                ５５−６４重量％
Ａｌ２Ｏ３               １９重量％より大きく２１重量％以下である
Ｙ２Ｏ３                ０．１−６重量％
ＣａＯ                ３．４−１０．９重量％
ＭｇＯ                ８−１０．５重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ       ＜２２重量％ 
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ≦１重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２６より大きい。
【００４８】
好ましい例１２
本発明による高弾性率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                 ５７−６０．４重量％
Ａｌ２Ｏ３                １４−２４重量％
Ｙ２Ｏ３                 ０．５−５重量％
ＣａＯ                 ５−１０．６重量％
ＭｇＯ                 ８−１４重量％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ        ＜２１重量％
ＳｒＯ                  ＜３重量％
Ｌｉ２Ｏ                 ０．１−１重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ       ＜２重量％
ＴｉＯ２                          ＜２重量％
Ｆｅ２Ｏ３                ＜１．５重量％
Ｌａ２Ｏ３                        ０−１．２重量％
ＣｅＯ２                 ０−１重量％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２８より大きく、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）の範囲は、０．８−２．１である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
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。
【００５０】
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の含有量は、重量比率で、ＳｉＯ２が５５−６４％であり、Ａｌ２Ｏ３が１３−２４％であり、Ｙ２Ｏ３が０．１−６％であり、ＣａＯが３．４−１０．９％であり、ＭｇＯが８−１４％であり、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯが２２％より小さく、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが２％より小さく、ＴｉＯ２が２％より小さく、Ｆｅ２Ｏ３が１．５％より小さく、Ｌａ２Ｏ３が０−１．２％であり、重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３）の範囲は、０．２６より大きい。この組成物は、ガラスの弾性率を顕著に高めることができ、且つ、ガラスの結晶化傾向を効果的に抑制し、ガラスの液相線温度を下げ、望ましい△Ｔ値を得ることができ、更に高弾性率ガラスの清澄効果を改良することができ、タンク窯による高弾性率ガラス繊維の生産に特に適用する。
【００５１】
本発明のガラス繊維組成物におけるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｒＯとＬａ２Ｏ３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。
【００５２】
（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。
【００５３】
（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。
【００５４】
（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）気泡数：気泡数を測定する大体の方法としては、専用の金型により各実施例の配合料を形状が同じであるサンプルにプレスし、高温顕微鏡のサンプルテーブルに置き、プロセスに従って設定された空間温度１５００℃に昇温し、保温せず、ガラスサンプルが炉に伴って常温まで冷却し、続いて偏光顕微鏡により微視的視点から各ガラスサンプルの気泡数を観察する。気泡数は、顕微鏡成像範囲を基準とする。
【００５５】
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有力に説明することができる。
【００５６】
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。
【００５７】
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                      ５９．５％
Ａｌ２Ｏ３                     １６．７％
ＣａＯ                      ８．９％
ＭｇＯ                      ９．５％
Ｙ２Ｏ３                      １．８％
Ｎａ２Ｏ                      ０．２３％
Ｋ２Ｏ                       ０．３６％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．７５％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４４％
ＴｉＯ２                       ０．４３％
ＳｒＯ                       １．０％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ｙ２Ｏ３は、０．７４であり、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）は、０．９６である。
【００５８】
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                    １２９８℃
液相線温度                  １２０５℃
△Ｔ値                       ９３℃
結晶化ピーク温度                  １０２３℃
弾性率                    ９３．９ＧＰａ
気泡数                    １１個
実施例２
ＳｉＯ２                      ５９．３％
Ａｌ２Ｏ３                     １７．０％
ＣａＯ                      ８．２％
ＭｇＯ                      ９．７％
Ｙ２Ｏ３                      ３．３％
Ｎａ２Ｏ                      ０．２２％
Ｋ２Ｏ                       ０．３７％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．７５％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４４％
ＴｉＯ２                       ０．４４％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ｙ２Ｏ３は、０．４１であり、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）は、１．１８である。
【００５９】
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                    １３００℃
液相線温度                  １２０６℃
△Ｔ値                       ９４℃
結晶化ピーク温度                  １０２４℃
弾性率                    ９５．６ＧＰａ
気泡数                    ８個
実施例３
ＳｉＯ２                      ５８．２％
Ａｌ２Ｏ３                     １９．２％
ＣａＯ                      ６．７％
ＭｇＯ                      １０％
Ｙ２Ｏ３                      ３．４％
Ｎａ２Ｏ                      ０．１９％
Ｋ２Ｏ                       ０．２３％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．５５％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４４％
ＴｉＯ２                       ０．８２％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ｙ２Ｏ３は、０．２９であり、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）は、１．４９である。
【００６０】
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                    １３０５℃
液相線温度                  １２００℃
△Ｔ値                       １０５℃
結晶化ピーク温度                  １０２４℃
弾性率                    ９７．０ＧＰａ
気泡数                    １１個
実施例４
ＳｉＯ２                      ５８．８％
Ａｌ２Ｏ３                     １７．４％
ＣａＯ                      ５．８％
ＭｇＯ                      １０．４％
Ｙ２Ｏ３                      ５．０％
Ｎａ２Ｏ                      ０．２９％
Ｋ２Ｏ                       ０．４９％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．７５％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４３％
ＴｉＯ２                       ０．４０％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ｙ２Ｏ３は、０．３１であり、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）は、１．７９である。
【００６１】
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                    １３０３℃
液相線温度                  １２１３℃
△Ｔ値                       ９０℃
結晶化ピーク温度                  １０２９℃
弾性率                    １００．３ＧＰａ
気泡数                    ９個
実施例５
ＳｉＯ２                      ５９．３％
Ａｌ２Ｏ３                     １７．１％
ＣａＯ                      ７．６％
ＭｇＯ                      １０．４％
Ｙ２Ｏ３                      ３．１％
Ｎａ２Ｏ                      ０．２１％
Ｋ２Ｏ                       ０．３４％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．４５％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４４％
ＴｉＯ２                       ０．４３％
ＳｒＯ                       ０．３％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ｙ２Ｏ３は、０．３２であり、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）は、１．３７である。
【００６２】
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                  １２０６℃
△Ｔ値                       ９０℃
結晶化ピーク温度                  １０２１℃
弾性率                    ９４．１ＧＰａ
気泡数                    １０個
実施例６
ＳｉＯ２                      ５９．３％
Ａｌ２Ｏ３                     １６．３％
ＣａＯ                      ６．１％
ＭｇＯ                      １２．２％
Ｙ２Ｏ３                      ３．４％
Ｎａ２Ｏ                      ０．２３％
Ｋ２Ｏ                       ０．４６％
Ｌｉ２Ｏ                       ０．５０％
Ｆｅ２Ｏ３                      ０．４４％
ＴｉＯ２                       ０．８２％
重量比率の比Ｃ１＝（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ｙ２Ｏ３は、０．３５であり、重量比率の比Ｃ２＝ＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＳｒＯ）は、２である。
【００６３】
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                    １３００℃
液相線温度                  １２２０℃
△Ｔ値                       ８０℃
結晶化ピーク温度                  １０２０℃
弾性率                    ９７．１ＧＰａ
気泡数                    １０個
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。
【００６４】
【表１Ａ】
0006662915.tif 000002
【００６５】
【表１Ｂ】
0006662915.tif 000003
【００６６】
【表１Ｃ】
0006662915.tif 000004
【００６７】
上記表における具体的な値から分かるように、Ｓガラスと従来の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。（三）少ない気泡数を有し、これはガラスの清澄効果がより優れていることを示す。
【００６８】
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成形温度を有し、タンク窯による生産を行うことができるだけでなく、ガラス弾性率が大幅に向上し、Ｓ等級とＲ等級ガラス繊維の弾性率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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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】
【００７２】
本発明の組成物は、十分に低い液相線温度と成形温度を有し、タンク窯による生産を行うことができるだけでなく、更にガラス弾性率が大幅に向上し、Ｓ等級とＲ等級ガラス繊維の弾性率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、結晶化性能とガラス清澄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、気泡数が少なく、技術提案が全体的にタンク窯による大規模の生産を実現しやすい。