(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス組成物であって、
４５．０〜５８．０質量％のＳｉＯ２と、
１８．０質量％を超えるＢ２Ｏ３かつ２６．０質量％以下のＢ２Ｏ３と、
１６．０質量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２３．０質量％以下のＡｌ２Ｏ３と、
０．２５〜１２．０質量％のＰ２Ｏ５と、
０．２５質量％を超えるＣａＯかつ５．００質量％未満のＣａＯと、
４．５０質量％未満のＭｇＯと、
０．２５質量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ５．００質量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、
０．８０質量％未満のＦｅ２Ｏ３と、
０．５０質量％未満のＴｉＯ２と、を含み、
前記組成物が、１３５０℃を超える温度で、１０００ポアズのガラス粘度を有する、ガラス組成物。
【請求項２】
前記ガラス組成物が、
４５．５〜５７．５質量％のＳｉＯ２と、
１８．５〜２５．０質量％のＢ２Ｏ３と、
１６．０質量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２２．５０質量％以下のＡｌ２Ｏ３と、
０．２５〜１１．０質量％のＰ２Ｏ５と、
０．２５質量％を超えるＣａＯかつ４．５質量％未満のＣａＯと、
４．２５質量％未満のＭｇＯと、
０．２５質量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ４．５質量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、
０．７０質量％未満のＦｅ２Ｏ３と、
０．４５質量％未満のＴｉＯ２と、を含む、請求項１に記載のガラス組成物。
【請求項３】
前記ガラス組成物が、
４６．０〜５７．０質量％のＳｉＯ２と、
１９．０〜２４．０質量％のＢ２Ｏ３と、
１６．０質量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２２．０質量％以下のＡｌ２Ｏ３と、
０．２５〜１０．０質量％のＰ２Ｏ５と、
０．２５質量％を超えるＣａＯかつ４．０質量％未満のＣａＯと、
３．７５質量％未満のＭｇＯと、
０．２５質量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ４．０質量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、
０．６０質量％未満のＦｅ２Ｏ３と、
０．４０質量％未満のＴｉＯ２と、を含む、請求項１に記載のガラス組成物。
【請求項４】
前記組成物が、
４５．５質量％以上のＳｉＯ２、
５７．５質量％以下のＳｉＯ２、
１８．５質量％以上のＢ２Ｏ３、
２５．０質量％以下のＢ２Ｏ３、
２２．５０質量％以下のＡｌ２Ｏ３、
１１．０質量％以下のＰ２Ｏ５、
４．５質量％未満のＣａＯ、
４．２５質量％未満のＭｇＯ、
４．５質量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯ、
０．７０質量％以下のＦｅ２Ｏ３、および／または
０．４５質量％以下のＴｉＯ２、のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載のガラス組成物。
【請求項５】
前記組成物が、
４６．０質量％以上のＳｉＯ２、
５７．０質量％以下のＳｉＯ２、
１９．０質量％以上のＢ２Ｏ３、
２４．０質量％以下のＢ２Ｏ３、
２２．０質量％以下のＡｌ２Ｏ３、
１０．０質量％以下のＰ２Ｏ５、
４．０質量％未満のＣａＯ、
３．７５質量％未満のＭｇＯ、
４．０質量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯ、
０．６０質量％以下のＦｅ２Ｏ３、および／または
０．４質量％以下のＴｉＯ２、のうちの１つ以上を含む請求項１、２、または４に記載のガラス組成物。
【請求項６】
前記組成物が１１００℃を超える液相線温度を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のガラス組成物。
【請求項７】
前記組成物が１１５０℃を超える液相線温度を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のガラス組成物。
【請求項８】
前記組成物が１２００℃を超える液相線温度を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のガラス組成物。
【請求項９】
前記組成物が、１３５５℃を超える温度で１０００ポアズのガラス粘度を有する、請求項１〜８のいずれかに記載のガラス組成物。
【請求項１０】
前記組成物が、１３６０℃を超える温度で１０００ポアズのガラス粘度を有する、請求項１〜８のいずれかに記載のガラス組成物。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のガラス組成物を含むガラス繊維。
【請求項１２】
請求項１１に記載のガラス繊維を含むガラス繊維補強物品。
【請求項１３】
前記物品がプリント基板である、請求項１２に記載のガラス繊維補強物品。
【請求項１４】
前記ガラス繊維が、室温における１０ＧＨｚの周波数で、６以下の誘電率および／または３８×１０−４以下の散逸率を有する、請求項１１に記載のガラス繊維。
【請求項１５】
前記ガラス繊維が、室温における１０ＧＨｚの周波数で、４．６０以下の誘電率および／または３０×１０−４以下の散逸率を有する、請求項１１に記載のガラス繊維。
【請求項１６】
前記ガラス繊維が、室温における１０ＧＨｚの周波数で、４．５５以下の誘電率および／または２５×１０−４以下の散逸率を有する、請求項１１に記載のガラス繊維。
【請求項１７】
製造可能な低誘電性ガラス連続繊維を提供するためのプロセスであって、
請求項１〜１０のいずれかに記載のガラス組成物を、ガラス溶融炉の溶融ゾーンに供給するステップと、
液相線温度を超える成形温度に前記組成物を加熱するステップと、
前記溶融されたガラスを連続的に繊維化し、それによって低誘電率および低散逸率のガラス繊維を生成するステップと、を含む、プロセス。
【請求項１８】
ガラス組成物から形成される低誘電性ガラス繊維であって、前記ガラス組成物が
４５．０〜５８．０質量％のＳｉＯ２と、
１８．０質量％を超えるＢ２Ｏ３かつ２６．０質量％以下のＢ２Ｏ３と、
１６．０質量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２３．０質量％以下のＡｌ２Ｏ３と、
０．２５〜１２．０質量％のＰ２Ｏ５と、
０．２５質量％を超えるＣａＯかつ５．００質量％未満のＣａＯと、
４．５０質量％未満のＭｇＯと、
０．２５質量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ５．００質量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、
０．８０質量％未満のＦｅ２Ｏ３と、
０．５０質量％未満のＴｉＯ２と、を含み、
前記組成物が、１３５０℃を超える温度で、１０００ポアズのガラス粘度を有する、低誘電性ガラス繊維。
【請求項１９】
前記ガラス組成物が、
４５．５〜５７．５質量％のＳｉＯ２と、
１８．５〜２５．０質量％のＢ２Ｏ３と、
１６．０質量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２２．５０質量％以下のＡｌ２Ｏ３と、
０．２５〜１１．０質量％のＰ２Ｏ５と、
０．２５質量％を超えるＣａＯかつ４．５質量％未満のＣａＯと、
４．２５質量％未満のＭｇＯと、
０．２５質量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ４．５質量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、
０．７０質量％未満のＦｅ２Ｏ３と、
０．４５質量％未満のＴｉＯ２と、を含む、請求項１８に記載の低誘電性ガラス繊維。
【請求項２０】
前記ガラス組成物が、
４６．０〜５７．０質量％のＳｉＯ２と、
１９．０〜２４．０質量％のＢ２Ｏ３と、
１６．０質量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２２．０質量％以下のＡｌ２Ｏ３と、
０．２５〜１０．０質量％のＰ２Ｏ５と、
０．２５質量％を超えるＣａＯかつ４．０質量％未満のＣａＯと、
３．７５質量％未満のＭｇＯと、
０．２５質量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ４．０質量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、
０．６０質量％未満のＦｅ２Ｏ３と、
０．４０質量％未満のＴｉＯ２と、を含む、請求項１８に記載の低誘電性ガラス繊維。
【請求項２１】
前記ガラス組成物が、
４５．５質量％以上のＳｉＯ２、
５７．５質量％以下のＳｉＯ２、
１８．５質量％以上のＢ２Ｏ３、
２５．０質量％以下のＢ２Ｏ３、
２２．５０質量％以下のＡｌ２Ｏ３、
１１．０質量％以下のＰ２Ｏ５、
４．５質量％未満のＣａＯ、
４．２５質量％未満のＭｇＯ、
４．５質量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯ、
０．７０質量％以下のＦｅ２Ｏ３、および／または
０．４５質量％以下のＴｉＯ２、のうちの１つ以上を含む、請求項１８に記載の低誘電性ガラス繊維。
【請求項２２】
前記ガラス組成物が、
４６．０質量％以上のＳｉＯ２、
５７．０質量％以下のＳｉＯ２、
１９．０質量％以上のＢ２Ｏ３、
２４．０質量％以下のＢ２Ｏ３、
２２．０質量％以下のＡｌ２Ｏ３、
１０．０質量％以下のＰ２Ｏ５、
４．０質量％未満のＣａＯ、
３．７５質量％未満のＭｇＯ、
４．０質量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯ、
０．６０質量％以下のＦｅ２Ｏ３、および／または
０．４質量％以下のＴｉＯ２、のうちの１つ以上を含む、請求項１８、１９、または２１に記載の低誘電性ガラス繊維。
【請求項２３】
前記ガラス組成物が１１００℃を超える液相線温度を有する、請求項１８〜２２のいずれかに記載のガラス繊維。
【請求項２４】
前記ガラス組成物が１１５０℃を超える液相線温度を有する、請求項１８〜２２のいずれかに記載のガラス繊維。
【請求項２５】
前記ガラス組成物が１２００℃を超える液相線温度を有する、請求項１８〜２２のいずれかに記載のガラス繊維。
【請求項２６】
前記ガラス組成物が、１３５５℃を超える温度で１０００ポアズのガラス粘度を有する、請求項１８〜２５のいずれかに記載のガラス繊維。
【請求項２７】
前記ガラス組成物が、１３６０℃を超える温度で１０００ポアズのガラス粘度を有する、請求項１８〜２５のいずれかに記載のガラス繊維。
【請求項２８】
前記ガラス繊維が、室温における１０ＧＨｚの周波数で、６以下の誘電率および／または３８×１０−４以下の散逸率を有する、請求項１８〜２７のいずれかに記載のガラス繊維。
【請求項２９】
前記ガラス繊維が、室温における１０ＧＨｚの周波数で、４．６０以下の誘電率および／または３０×１０−４以下の散逸率を有する、請求項１８〜２７のいずれかに記載のガラス繊維。
【請求項３０】
前記ガラス繊維が、室温における１０ＧＨｚの周波数で、４．５５以下の誘電率および／または２５×１０−４以下の散逸率を有する、請求項１８〜２７のいずれかに記載のガラス繊維。
【請求項３１】
請求項１８〜３０のいずれかに記載のガラス繊維を含む、ガラス繊維補強物品。
【請求項３２】
前記物品がプリント基板である、請求項３１に記載のガラス繊維補強物品。
【請求項３３】
請求項１８〜３０のいずれかに記載のガラス繊維を含む製品であって、プリント基板、織布、不織布、一方向織物、チョップドストランド、チョップドストランドマット、複合材料、および通信信号伝達媒体からなる群から選択される、製品。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明はガラス組成物およびガラス繊維に関する。より具体的には、本発明は、低誘電率および低散逸率を有するガラス組成物およびガラス繊維に関する。さらに、本発明のガラス繊維は、好ましくは、プリント基板積層体の補強材などの電子系のデバイスと関連して使用するのに好適である。
【０００２】
現代の電子デバイスは一般に、ガラス繊維で補強されたプリント基板を含む。現代の多くの電子デバイス、例えば移動式または固定式無線電話機、コンピュータ、スマートフォン、タブレットなどは、高い処理速度、および高周波数または超高周波数で動作する電子システムを有する。ガラスがそのような高周波数または超高周波数の電磁界にさらされると、そのガラスは少なくともエネルギーの一部を吸収し、吸収したエネルギーを熱に変換する。ガラスによって熱に変換されるエネルギーは誘電損失エネルギーと呼ばれる。この誘電損失エネルギーは、次式で示される、ガラス組成物の「誘電率」および「誘電損失正接」に比例する。
Ｗ＝ｋ・ｆ・ｖ２・ε・（ｔａｎδ）
【０００３】
上式において、「Ｗ」はガラス中の誘電損失エネルギーであり、「ｋ」は定数であり、「ｆ」は周波数であり、「ｖ２」は電位の傾きであり、「ε」は誘電率であり、「ｔａｎδ」は誘電損失正接である。誘電損失正接（ｔａｎδ）は無次元であり、当技術分野では以下の同義語、「損失係数」、より一般的には「散逸率」（Ｄｆ）、と呼ばれることが多い。上式が示すように、誘電損失エネルギー「Ｗ」は、ガラスの誘電率および誘電損失正接（散逸率、Ｄｆ）が増大するにつれて、かつ／または周波数が増大するにつれて増大する。
【０００４】
プリント基板を補強するために一般的に使用される２種類のガラス繊維は、ＥガラスおよびＤガラスである。しかしながら、Ｅガラスは、室温における約１０ＧＨｚの周波数で、約６．１〜の範囲の比較的高い誘電率および約３８×１０−４〜の範囲の比較的高い散逸率を有する。したがって、Ｅガラスは比較的高い誘電損失を生じる可能性があるので、Ｅガラスは、高密度化した電子部品およびより高い処理速度を有するプリント基板の補強材料としては不十分である。他方、Ｄガラスは比較的低い誘電率および散逸率を有する。しかしながら、Ｄガラスは、比較的高い溶融温度、比較的低い加工性、比較的低い機械的性能、および比較的低い耐水性を有する。さらに、Ｄガラスはエポキシ樹脂に不適切に付着する可能性があり、一般的に脈理および気泡の形態の欠陥を含む。したがって、ＥガラスもＤガラスも高速プリント基板の補強繊維としての使用には理想的ではなく、また約１００ＭＨｚ〜約１８ＧＨｚの高周波数または超高周波数で動作する回路基板にもあまり適していない。
【０００５】
本発明は、好ましくは、高速および超高速電子デバイスにおけるプリント基板に使用するのに好適な、低誘電特性を有するガラス組成物およびガラス繊維を開示する。さらに、本発明のガラス組成物およびガラス繊維は、好ましくは、ＥガラスまたはＤガラスのような既知のガラスと比較して、向上した加工性および性能特性を有する。
【発明の概要】
【０００６】
好ましくは電子用途および電子物品での使用に好適であり、かつ好ましくは連続的な繊維化により経済的にガラス繊維を形成することができる、ガラス繊維形成用のガラス組成物が提供される。
【０００７】
本発明の一実施形態では、ガラス組成物が開示され、ガラス組成物は、４５．０〜５８．０重量％のＳｉＯ２と、１８．０重量％を超えるＢ２Ｏ３かつ２６．０重量％以下のＢ２Ｏ３と、１６．０重量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２３．０重量％以下のＡｌ２Ｏ３と、０．２５〜１２．０重量％のＰ２Ｏ５と、０．２５重量％を超えるＣａＯかつ５．００重量％未満のＣａＯと、４．５０重量％未満のＭｇＯと、０．２５重量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ５．００重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、０．８０重量％未満のＦｅ２Ｏ３と、０．５０重量％未満のＴｉＯ２と、を含む。
【０００８】
あるいは、上記に開示されたガラス組成物は、以下の、４５．５重量％以上のＳｉＯ２、５７．５重量％以下のＳｉＯ２、１８．５重量％以上のＢ２Ｏ３、２５．０重量％以下のＢ２Ｏ３、２２．５０重量％以下のＡｌ２Ｏ３、１１．０重量％以下のＰ２Ｏ５、４．５重量％未満のＣａＯ、４．２５重量％未満のＭｇＯ、４．５重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯ、０．７０重量％以下のＦｅ２Ｏ３、および／または０．４５重量％以下のＴｉＯ２、のうちの１つ以上を含んでもよい。
【０００９】
さらに別の代替的実施形態では、上記に開示されたガラス組成物は、以下の、４６．０重量％以上のＳｉＯ２、５７．０重量％以下のＳｉＯ２、１９．０重量％以上のＢ２Ｏ３、２４．０重量％以下のＢ２Ｏ３、２２．０重量％以下のＡｌ２Ｏ３、１０．０重量％以下のＰ２Ｏ５、４．０重量％未満のＣａＯ、３．７５重量％未満のＭｇＯ、４．０重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯ、０．６０重量％以下のＦｅ２Ｏ３、および／または０．４重量％以下のＴｉＯ２、のうちの１つ以上を含んでもよい。
【００１０】
本発明の別の実施形態では、ガラス組成物が開示され、ガラス組成物は、４５．５〜５７．５重量％のＳｉＯ２と、１８．５〜２５．０重量％のＢ２Ｏ３と、１６．０重量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２２．５０重量％以下のＡｌ２Ｏ３と、０．２５〜１１．０重量％のＰ２Ｏ５と、０．２５重量％を超えるＣａＯかつ４．５重量％未満のＣａＯと、４．２５重量％未満のＭｇＯと、０．２５重量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ４．５重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、０．７０重量％未満のＦｅ２Ｏ３と、０．４５重量％未満のＴｉＯ２と、を含む。
【００１１】
本発明のさらに代替的実施形態では、ガラス組成物が開示され、ガラス組成物は、４６．０〜５７．０重量％のＳｉＯ２と、１９．０〜２４．０重量％のＢ２Ｏ３と、１６．０重量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２２．０重量％以下のＡｌ２Ｏ３と、０．２５〜１０．０重量％のＰ２Ｏ５と、０．２５重量％を超えるＣａＯかつ４．０重量％未満のＣａＯと、３．７５重量％未満のＭｇＯと、０．２５重量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ４．０重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、０．６０重量％未満のＦｅ２Ｏ３と、０．４０重量％未満のＴｉＯ２と、を含む。
【００１２】
本発明のガラス組成物は、１１００℃を超える液相線温度を有し得る。代替的実施形態では、ガラス組成物は１１５０℃を超える液相線温度を有し得る。さらに別の代替的実施形態では、ガラス組成物は１２００℃を超える液相線温度を有し得る。本発明のガラス組成物は、１３５０℃を超える温度で１０００ポアズのガラス粘度を有し得る。あるいは、ガラス組成物は、１３５５℃を超える温度で１０００ポアズのガラス粘度を有し得る。さらに別の代替的実施形態では、ガラス組成物は、１３６０℃を超える温度で１０００ポアズのガラス粘度を有し得る。
【００１３】
本発明は、上記で開示されたガラス組成物から形成されたガラス繊維を含む。例えば、本発明は、４５．０〜５８．０重量％のＳｉＯ２と、１８．０重量％を超えるＢ２Ｏ３かつ２６．０重量％以下のＢ２Ｏ３と、１６．０重量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２３．０重量％以下のＡｌ２Ｏ３と、０．２５〜１２．０重量％のＰ２Ｏ５と、０．２５重量％を超えるＣａＯかつ５．００重量％未満のＣａＯと、４．５０重量％未満のＭｇＯと、０．２５重量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ５．００重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、０．８０重量％未満のＦｅ２Ｏ３と、０．５０重量％未満のＴｉＯ２と、を有するガラス組成物から形成される、低誘電率のガラス繊維を含む。
【００１４】
あるいは、上記に開示されたガラス繊維組成物は、以下の、４５．５重量％以上のＳｉＯ２、５７．５重量％以下のＳｉＯ２、１８．５重量％以上のＢ２Ｏ３、２５．０重量％以下のＢ２Ｏ３、２２．５０重量％以下のＡｌ２Ｏ３、１１．０重量％以下のＰ２Ｏ５、４．５重量％未満のＣａＯ、４．２５重量％未満のＭｇＯ、４．５重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯ、０．７０重量％以下のＦｅ２Ｏ３、および／または０．４５重量％以下のＴｉＯ２、のうちの１つ以上を含んでもよい。
【００１５】
さらに別の代替的実施形態では、上記に開示されたガラス繊維組成物は、以下の、４６．０重量％以上のＳｉＯ２、５７．０重量％以下のＳｉＯ２、１９．０重量％以上のＢ２Ｏ３、２４．０重量％以下のＢ２Ｏ３、２２．０重量％以下のＡｌ２Ｏ３、１０．０重量％以下のＰ２Ｏ５、４．０重量％未満のＣａＯ、３．７５重量％未満のＭｇＯ、４．０重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯ、０．６０重量％以下のＦｅ２Ｏ３、および／または０．４重量％以下のＴｉＯ２、のうちの１つ以上を含んでもよい。
【００１６】
本発明の代替的実施形態では、低誘電率のガラス繊維は、４５．５〜５７．５重量％のＳｉＯ２と、１８．５〜２５．０重量％のＢ２Ｏ３と、１６．０重量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２２．５０重量％以下のＡｌ２Ｏ３と、０．２５〜１１．０重量％のＰ２Ｏ５と、０．２５重量％を超えるＣａＯかつ４．５重量％未満のＣａＯと、４．２５重量％未満のＭｇＯと、０．２５重量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ４．５重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、０．７０重量％未満のＦｅ２Ｏ３と、０．４５重量％未満のＴｉＯ２と、を有するガラス組成物を含む。
【００１７】
さらに別の代替的実施形態では、本発明は、４６．０〜５７．０重量％のＳｉＯ２と、１９．０〜２４．０重量％のＢ２Ｏ３と、１６．０重量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２２．０重量％以下のＡｌ２Ｏ３と、０．２５〜１０．０重量％のＰ２Ｏ５と、０．２５重量％を超えるＣａＯかつ４．０重量％未満のＣａＯと、３．７５重量％未満のＭｇＯと、０．２５重量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ４．０重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、０．６０重量％未満のＦｅ２Ｏ３と、０．４０重量％未満のＴｉＯ２と、を有するガラス組成物から形成された、低誘電率のガラス繊維を含む。
【００１８】
本発明の低誘電率ガラス繊維は、１０ＧＨｚの周波数で６以下の誘電率を有し得る。あるいは、ガラス繊維は、１０ＧＨｚの周波数で４．６０以下の誘電率を有し得る。さらに別の代替的実施形態では、ガラス繊維は、１０ＧＨｚの周波数で４．５５以下の誘電率を有し得る。さらに、本発明のガラス繊維は、室温における１０ＧＨｚの周波数で、３８×１０−４以下の散逸率を有し得る。あるいは、ガラス繊維は、室温における１０ＧＨｚの周波数で３０×１０−４以下の散逸率を有し得る。さらに別の代替的実施形態では、本発明のガラス繊維は、室温における１０ＧＨｚの周波数で２５×１０−４以下の散逸率を有し得る。
【００１９】
本発明はまた、本発明のガラス繊維を組み込んだ、プリント基板などのガラス繊維補強物品を含む。さらに、本発明は、上記に開示したようなガラス繊維を組み込んだ製品を含み、製品は、プリント基板、織布、不織布、一方向織物、チョップドストランド、チョップドストランドマット、複合材料、および通信信号伝達媒体であり得る。
【００２０】
本発明は、製造可能な低誘電性ガラス連続繊維を提供するプロセスを含む。このプロセスは、本明細書に開示される組成物などのガラス組成物を、ガラス溶融炉の溶融ゾーンに供給するステップと、液相線温度を超える成形温度に組成物を加熱するステップと、溶融されたガラスを連続的に繊維化し、それによって低誘電率および低散逸率のガラス繊維を生成するステップと、を含み得る。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、好ましくは低い誘電率値および、本明細書ではｔａｎδとも呼ばれる、低い散逸率を有するガラス組成物およびガラス繊維に関する。本発明のガラス繊維は、好ましくは高い処理速度、および／または高周波数で動作する、電子デバイスおよび電子システム、例えば移動式または固定式無線電話機、コンピュータ、スマートフォン、タブレットなどに関連した使用に好適である。本発明のガラス繊維は、好ましくはＥガラスよりも低い誘電率および散逸率をもたらすが、Ｄガラスよりも優れた加工性を有する。主に電子デバイスおよびプリント基板の補強と関連した使用に関して記載されているが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明のガラス組成物およびガラス繊維の、その他の使用および利点が考えられ得る。本発明はまた、ガラス繊維補強物品、ガラス繊維を組み込んだ製品、例えばプリント基板、織布、不織布、一方向織物、チョップドストランド、チョップドストランドマット、複合材料、および通信信号伝達媒体ならびに製造可能な低誘電性ガラス連続繊維を提供するプロセスを開示する。
【００２２】
本発明の組成物は、一般に、１種以上の以下の酸化物、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と、酸化カルシウム（ＣａＯ）と、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）と、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）と、酸化チタン（ＴｉＯ２）と、から構成される。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、以下に論じるように追加の酸化物が存在してもよい。本発明の組成物は、１３５０℃を超える温度で、１１００℃を超える液相線温度および１０００ポアズのガラス粘度を有し得る。さらに、本発明のガラス繊維は、好ましくは室温における１０ＧＨｚの周波数で、６以下の誘電率および／または３８×１０−４以下の散逸率を有する。有利には、本ガラスの組成物は、好ましくはＴ  ｌｏｇ３粘度温度と液相線温度の差（ΔＴ３）正であるために、連続的に繊維化する能力を有する。
【００２３】
特に明記しない限り、本明細書および特許請求の範囲において使用される以下の用語は、以下に与えられる意味を有する。
【００２４】
本明細書で使用する場合、用語「液相線」は、一般的および慣用の意味を持ち、液体ガラスとその初晶相との間に平衡が存在する温度を一般に含み、一方で液相線を超える全ての温度において、ガラス溶融物はその初相に結晶を含まず、液相線より低い温度では、結晶が溶融物中に形成される可能性がある。したがって、液相線温度は下限温度を提供し、それ未満でガラスを連続的に繊維化することが可能である。
【００２５】
用語「繊維化温度」または「Ｔ  ｌｏｇ３粘度温度」は、ガラスが１０００ポアズに等しい粘度を有する温度（Ｔ  ｌｏｇ３で表される）を意味すると理解される。
【００２６】
本明細書で使用する場合、「（ΔＴ）」とも呼ばれる用語「デルタＴ」は、当該技術分野における一般的および慣用の意味を持ち、一般に、繊維化温度と液相線との差を含み、それゆえガラス組成物の繊維化特性を含む。デルタＴが大きいほど、ガラス繊維の形成中にプロセスの柔軟性が大きくなり、溶融および繊維化中にガラス溶融物の失透（結晶化）が起こりにくくなる。典型的には、デルタＴが大きいほど、一部には、成形炉耐用期間が延び、より多くの繊維形成プロセス機会を提供することになり、ガラス繊維の製造コストが低くなる。
【００２７】
用語「繊維」は伸長する細長い物体を指し、その長さ寸法は幅および厚みの横寸法より大きい。したがって、繊維という用語は、規則的または不規則な断面を有するモノフィラメント、マルチフィラメント、リボン、ストリップ、ステープル、および他の形態の細断、切断または不連続繊維などを含む。繊維およびフィラメントは本明細書では互換的に使用される。
【００２８】
用語「Ｅガラス」は、ＡＳＴＭ  Ｄ−５７８に記載されている意味に従って使用される。
【００２９】
用語「Ｄガラス」は、本明細書において以下に記述する性質を有するガラス組成物を意味する。
【００３０】
「低誘電率」とは、ガラス繊維がＥガラスよりも低い誘電率を有することを意味する。一例として、Ｅガラスは、室温における１０ＧＨｚの周波数で約６．１の誘電率を有する。
【００３１】
「低散逸率」とは、ガラス繊維がＥガラスよりも低い散逸率を有することを意味する。一例として、Ｅガラスは室温における約１０ＧＨｚの周波数で約３８×１０−４の散逸率を有する。
【００３２】
「低誘電性ガラス繊維」とは、本明細書で定義されるように、低誘電率および低散逸率を有するガラス繊維を意味する。
【００３３】
好ましくは電子用途および電子物品での使用に好適であり、かつ好ましくは連続的な繊維化により経済的にガラス繊維を形成することができる、ガラス繊維形成用のガラス組成物が提供される。
【００３４】
本発明のガラス繊維は、通常、４５〜５８重量％の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）（本明細書ではシリカとも呼ばれる）を有する組成物を含む。あるいは、二酸化ケイ素含有量は４５．５〜５７．５重量％であり得る。さらにその代わりとして、二酸化ケイ素含有量は４６〜５７重量％であり得る。さらなる実施形態では、二酸化ケイ素含有量は５６．７５重量％未満であり得る。なおさらなる実施形態では、二酸化ケイ素含有量は、５６．５０重量％未満であり得る。二酸化ケイ素の割合がこの範囲外であると、一般的にガラスの粘度および繊維化が影響を受ける。例えば、二酸化ケイ素がガラス繊維の全組成の４５重量％未満になると、ガラスの粘度は、繊維化中の失透（結晶化）が生じる程度まで低下する可能性がある。それに対し、二酸化ケイ素がガラス繊維の全組成の５８重量％を超えると、ガラスの粘性が高くなりすぎる場合があり、それによって溶融、均質化、および精製がより困難になる可能性がある。したがって、シリカ含有量はガラスの全組成の４５〜５８重量％であるのが好ましい。さらに、本明細書に記載の他の成分と組み合わせると、４５．００〜５８．００重量％のシリカ含有量で、典型的には望ましい低誘電率および低散逸率を有するガラス繊維が得られる。本発明のガラス繊維および／またはガラス組成物の一実施形態では、シリカ含有量は少なくとも４５．５０重量％である。あるいは、シリカ含有量は少なくとも４６．００重量％である。本発明のガラス繊維および／またはガラス組成物の別の実施形態では、シリカ含有量は５７．５０重量％以下である。あるいは、シリカ含有量は５７．００重量％以下である。さらにその代わりとして、シリカ含有量は５６．７５重量％以下である。別の実施形態では、シリカ含有量は、５６．５０重量％以下である。
【００３５】
本発明のガラス繊維はまた、通常、１８重量％を超える酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）かつ２６重量％以下の酸化ホウ素を有する組成物も含む。あるいは、酸化ホウ素含有量は１８．５〜２５重量％であり得る。さらにその代わりして、酸化ホウ素含有量は１９〜２２重量％であり得る。２６重量％を超えるような高い割合の酸化ホウ素は、溶融中の過度のＢ２Ｏ３の損失、乏しい均質性、強度の低下、および機械的特性の劣化を引き起こし得る。さらに、１８重量％以下のような低い割合の酸化ホウ素は、不十分な誘電特性をもたらし得る。したがって、酸化ホウ素含有量はガラスの全組成の１８重量％を超えかつ２６重量％以下であることが好ましい。さらに、本明細書に記載の他の成分と組み合わせると、１８．００重量％を超えかつ２６．００重量％以下の酸化ホウ素含有量で、典型的には望ましい低誘電率および低散逸率を有するガラス繊維が得られる。本発明のガラス繊維および／またはガラス組成物の一実施形態では、酸化ホウ素含有量は少なくとも１８．５０重量％である。あるいは、酸化ホウ素含有量は少なくとも１９．００重量％である。本発明のガラス繊維および／またはガラス組成物の別の実施形態では、酸化ホウ素含有量は２５．００重量％以下である。あるいは、酸化ホウ素含有量は２４．００重量％以下である。
【００３６】
本発明のガラス繊維はまた、通常、１６重量％を超える酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）（本明細書ではアルミナとも呼ばれる）かつ２３重量％以下の酸化アルミニウムを有する組成物も含む。あるいは、酸化アルミニウム含有量は、１６重量％を超えかつ２２．５重量％以下であり得る。さらにその代わりとして、酸化アルミニウム含有量は、１６重量％を超えかつ２２重量％以下であり得る。ガラス繊維の全組成に対する酸化アルミニウムの割合も、粘度および繊維化プロセスに影響を及ぼし得る。例えば、２３重量％を超えるような高い割合の酸化アルミニウムは、溶融粘度の低下を引き起こし、その結果、繊維化中に失透が生じる可能性がある。１８重量％以下のような低い割合の酸化アルミニウムは、相分離および不十分な繊維形成を引き起こし得る。したがって、アルミナ含有量は、ガラスの全組成の１６重量％を超えかつ２３重量％以下であることが好ましい。さらに、本明細書に記載の他の成分と組み合わせると、１６．００〜２３．００重量％のアルミナ含有量で、典型的には望ましい低誘電率および低散逸率を有するガラス繊維が得られる。本発明のガラス繊維および／またはガラス組成物の一実施形態では、アルミナ含有量は２２．５０重量％以下である。あるいは、アルミナ含有量は、２２．００重量％以下である。
【００３７】
酸化ケイ素、酸化アルミニウム、および酸化ホウ素の重量比は、本発明のガラス繊維の誘電率および／または散逸率に影響し得る。有利には、二酸化ケイ素対酸化アルミニウムの重量比は、約１．９〜約３．７であり得る。あるいは、二酸化ケイ素対酸化ホウ素の重量比は、約１．７〜約３．３であり得る。さらにその代わりとして、酸化ホウ素対酸化アルミニウムの重量比は、約０．７〜約１．７であり得る。
【００３８】
本発明のガラス繊維はまた、通常、０．２５〜１２重量％の酸化リン（Ｐ２Ｏ５）（五酸化リンとも呼ばれる）を有する組成物も含む。あるいは、酸化リン含有量は、０．２５〜１１重量％であり得る。さらにその代わりとして、酸化リン含有量は０．２５〜１０重量％であり得る。１２％を超えるような高い割合の酸化リンは、相分離および不十分な繊維形成を引き起こす場合があり、また溶融の阻害および貴金属合金の腐食を引き起こし得る。さらに、０．２５重量％未満のような低い割合の酸化リンは、不十分な誘電特性をもたらし得る。したがって、酸化リン含有量はガラスの全組成の０．２５〜１２重量％であるのが好ましい。さらに、本明細書に記載の他の成分と組み合わせると、０．２５重量％を超えかつ１２．００重量％以下の酸化リン含有量で、典型的には望ましい低誘電率および低散逸率を有するガラス繊維が得られる。本発明のガラス繊維および／またはガラス組成物の一実施形態では、酸化リン含有量は１１．００重量％以下である。あるいは、酸化リン含有量は１０．００重量％以下である。
【００３９】
本発明のガラス繊維組成物はまた、酸化カルシウム（ＣａＯ）（本明細書ではカルシアとも呼ばれる）を含んでもよい。本発明のガラス繊維は、通常、０．２５重量％を超える酸化カルシウムかつ５．０重量％未満の酸化カルシウムを有する組成物を含む。あるいは、酸化カルシウム含有量は、０．２５重量％を超えかつ４．５重量％未満であり得る。さらにその代わりとして、酸化カルシウム含有量は、０．２５重量％を超えかつ４．２５重量％未満であり得る。さらにその代わりとして、酸化カルシウム含有量は、０．２５重量％を超えかつ４．０重量％未満であり得る。酸化カルシウムの重量％は、ガラス繊維の粘度および失透過程に影響を与える可能性がある。５．０重量％を超える、または４重量％の高さなどの高い割合の酸化カルシウムは、不十分な誘電特性をもたらし得る。さらに、０．２５重量％以下のような低い割合の酸化カルシウムは、不十分な繊維形成を引き起こし得る。例えば、０．２５重量％未満のカルシアでは、粘度が高すぎて、得られるガラスの均質性は許容できる連続繊維の形成には不十分である。したがって、酸化カルシウム含有量は、ガラスの全組成の０．２５重量％を超えかつ５．０重量％未満であることが好ましい。さらに好ましくは、酸化カルシウム含有量は、ガラスの全組成の０．２５重量％を超えかつ４．０重量％未満である。さらに、本明細書に記載の他の成分と組み合わせると、０．２５重量％を超えかつ５．０重量％未満の酸化カルシウム含有量で、典型的には望ましい低誘電率および低散逸率を有するガラス繊維が得られる。本発明のガラス繊維および／またはガラス組成物の一実施形態では、カルシア含有量は４．５重量％未満である。あるいは、カルシア含有量は４．２５重量％未満である。さらにその代わりとして、カルシア含有量は４．００重量％未満である。
【００４０】
本発明のガラス繊維組成物はまた、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）（本明細書ではマグネシアとも呼ばれる）を含んでもよい。本発明のガラス繊維は、４．５重量％未満の酸化マグネシウムを有する組成物を含み得る。あるいは、酸化マグネシウム含有量は４．２５重量％未満であり得る。さらにその代わりとして、酸化マグネシウム含有量は４．０重量％未満であり得る。さらに別の代替的実施形態では、酸化マグネシウム含有量は３．７５重量％未満であり得る。酸化カルシウムと同様に、酸化マグネシウムの重量％もガラス繊維の粘度と失透プロセスに影響を与え得る。さらに、４．５重量％以上の、または４重量％の高さなど、高い割合の酸化マグネシウムは、不十分な誘電特性をもたらし得る。したがって、本明細書に記載の他の成分と組み合わせると、４．５０重量％未満の酸化マグネシウム含有量で、典型的には望ましい低誘電率および低散逸率を有するガラス繊維が得られる。さらに、少なくとも０．０１重量％、少なくとも０．０５重量％、または０．１重量％などの少なくともいくらかの酸化マグネシウムが、他の成分からの不純物を介して本発明の組成物中に存在することが多い。したがって、酸化マグネシウム含有量は、ガラスの全組成の４．５０重量％未満であることが好ましい。
【００４１】
酸化カルシウムと酸化マグネシウムとの合計重量％は、ガラスの液相線温度および粘度に影響を与えるだけでなく、ガラスの誘電特性にも影響することが多い。有利には、ＣａＯ＋ＭｇＯの合計重量％は、少なくとも０．２５でありかつ５．００未満であり得る。あるいは、ＣａＯ＋ＭｇＯの合計重量％は、少なくとも０．２５でありかつ４．５０未満であり得る。さらにその代わりとして、ＣａＯ＋ＭｇＯの合計重量％は、少なくとも０．２５でありかつ４．２５未満であり得る。そしてさらにその代わりとして、ＣａＯ＋ＭｇＯの合計重量％は、少なくとも０．２５でありかつ４．００未満であり得る。５．０％を超える、または４％の濃度の高い、酸化マグネシウムと酸化カルシウムとの合計重量％は、不十分な誘電特性をもたらし得る。さらに、０．２５重量％以下のような低い割合の酸化カルシウムと酸化マグネシウムの合計重量は、不十分な繊維形成を引き起こし得る。例えば、０．２５重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯでは、粘度が高すぎて、得られるガラスの均質性は許容できる連続繊維の形成には不十分である。したがって、ＣａＯ＋ＭｇＯ含有量は、ガラスの全組成の０．２５重量％を超えかつ５重量％未満であることが好ましい。あるいは、ＣａＯ＋ＭｇＯ含有量はガラスの全組成の４．５重量％未満である。さらにその代わりとして、ＣａＯ＋ＭｇＯ含有量はガラスの全組成の４．２５重量％未満である。なおさらにその代わりとして、ＣａＯ＋ＭｇＯ含有量はガラスの全組成の４．００重量％未満である。
【００４２】
本ガラス組成物中に酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が存在してもよい。一実施形態では、酸化鉄の重量％は０．８０未満である。あるいは、酸化鉄の重量％は０．７０以下である。さらにその代わりとして、酸化鉄の重量％は０．６０以下である。酸化鉄は一般に他の原料と共に不純物として導入される。したがって、酸化鉄は０．０１を超える重量％でガラス組成物中に存在し得る。あるいは、酸化鉄は０．０５を超える重量％でガラス組成物中に存在し得る。さらにその代わりとして、酸化鉄は０．１を超える重量％でガラス組成物中に存在し得る。
【００４３】
酸化チタン（ＴｉＯ２）は本発明のガラス組成物およびガラス繊維中に存在してもよいが、必須ではない。一実施形態において、酸化チタンの重量％は０．５０未満である。あるいは、酸化チタンの重量％は０．４５以下である。さらにその代わりとして、酸化チタンの重量％は、０．４０以下である。０．５０重量％以上の酸化チタンを有することは、特に五酸化リンと組み合わされたときに、ガラス組成物およびガラス繊維における相分離の傾向を高める。酸化チタンは、他の原料と共に不純物として導入されてもよい。酸化チタンは、典型的には粘度降下剤として作用し、意図的に添加されてもよく、または従来の原料からの不純物として存在してもよい。したがって、酸化チタンは０．０１を超える重量％でガラス組成物中に存在し得る。あるいは、酸化チタンは０．０５を超える重量％でガラス組成物中に存在し得る。さらにその代わりとして、酸化チタンは０．１を超える重量％でガラス組成物中に存在し得る。
【００４４】
本発明の範囲から逸脱することなく、本発明のガラス繊維および組成物中に追加の酸化物が存在してもよい。例えば、二酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３）、および／または酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などの酸化物が存在してもよい。典型的には、これらの酸化物は他の原料成分と共に微量の不純物として存在し、したがって意図的に添加された成分ではないことが多い。好ましくは、追加の酸化物はそれぞれ、ガラスの機能を変えない重量％、例えば１重量％未満で存在する。あるいは、追加の酸化物はそれぞれ０．５未満の重量％で存在する。さらにその代わりとして、追加の酸化物はそれぞれ０．１未満の重量％で存在する。加えて、これら追加の酸化物の合計重量は、全組成の３重量％未満であることが好ましい。あるいは、これら追加の酸化物の合計重量は、全組成の２重量％未満であり得る。さらにその代わりとして、これら追加の酸化物の合計重量は、全組成の１．５重量％未満であり得る。なおさらにその代わりとして、これら追加の酸化物の合計重量は、全組成の１．０重量％未満であり得る。加えて、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、Ｋ２Ｏ、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＶ２Ｏ３を組み込む結果として密度が増加するため、組成物は好ましくは０．５重量％未満の、これらの金属酸化物を含有する。より好ましくは、組成物は０．１重量％未満のこれらの金属酸化物を含有する。さらにより好ましくは、組成物は０．０５重量％未満のこれらの金属酸化物を含有する。少量のアルカリ金属酸化物でさえガラス組成物に重大な影響を及ぼし得るので、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、およびＬｉ２Ｏのようなアルカリ金属酸化物の合計重量は、好ましくは組成物総重量％の０．５未満である。より好ましくは、合計重量は組成物総重量％の０．２５未満である。さらにより好ましくは、合計重量は組成物総重量の０．２％未満である。
【００４５】
本発明のガラス組成物およびガラス繊維の例を本明細書に記載する。一実施形態では、ガラス組成物および／またはガラス繊維は、４５．０〜５８．０重量％のＳｉＯ２と、１８．０重量％を超えるＢ２Ｏ３かつ２６．０重量％以下のＢ２Ｏ３と、１６．０重量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２３．０重量％以下のＡｌ２Ｏ３と、０．２５〜１２．０重量％のＰ２Ｏ５と、０．２５重量％を超えるＣａＯかつ５．０重量％未満のＣａＯと、４．５０重量％未満のＭｇＯと、０．２５重量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ５．０重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、０．８０重量％未満のＦｅ２Ｏ３と、０．５０重量％未満のＴｉＯ２と、を含む。本発明の代替的なガラス組成物および／またはガラス繊維は、４５．５〜５７．５重量％のＳｉＯ２と、１８．５〜２５．０重量％のＢ２Ｏ３と、１６．０重量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２２．５０重量％以下のＡｌ２Ｏ３と、０．２５〜１１．０重量％のＰ２Ｏ５と、０．２５重量％を超えるＣａＯかつ４．５重量％未満のＣａＯと、４．２５重量％未満のＭｇＯと、０．２５重量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ４．５重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、０．７０重量％未満のＦｅ２Ｏ３と、０．４５重量％未満のＴｉＯ２と、を含む。さらに本発明の別の代替的なガラス組成物および／またはガラス繊維では、以下の成分、４６．０〜５７．０重量％のＳｉＯ２と、１９．０〜２４．０重量％のＢ２Ｏ３と、１６．０重量％を超えるＡｌ２Ｏ３かつ２２．０重量％以下のＡｌ２Ｏ３と、０．２５〜１０．０重量％のＰ２Ｏ５と、０．２５重量％を超えるＣａＯかつ４．０重量％未満のＣａＯと、３．７５重量％未満のＭｇＯと、０．２５重量％を超えるＣａＯ＋ＭｇＯかつ４．０重量％未満のＣａＯ＋ＭｇＯと、０．６０重量％未満のＦｅ２Ｏ３と、０．４０重量％未満のＴｉＯ２と、が含まれてよい。
【００４６】
本発明のガラス組成物は、１１００℃を超える液相線温度を有する。代替的実施形態では、ガラス組成物は１１５０℃を超える液相線温度を有し得る。さらに別の代替的実施形態では、ガラス組成物は１２００℃を超える液相線温度を有し得る。１１００℃を超える、より好ましくは１１５０℃を超える液相線温度を有することは、本発明によるガラス組成物を繊維化するのに好ましい。
【００４７】
さらに、本発明のガラス組成物は、１３５０℃を超えるＴ  ｌｏｇ３粘度温度を有し得る。あるいは、ガラス組成物は１３５５℃を超えるＴ  ｌｏｇ３粘度温度を有し得る。さらに別の代替的実施形態では、ガラス組成物は１３６０℃を超えるＴ  ｌｏｇ３粘度温度を有し得る。１３５０℃を超えるＴ  ｌｏｇ３粘度温度を有することは、本発明によるガラス組成物を繊維化するのに好ましい。
【００４８】
本発明のガラス繊維は、６以下の誘電率を有し得る。あるいは、ガラス繊維は４．６０以下の誘電率を有し得る。さらに別の代替的実施形態では、ガラス繊維は４．５５以下の誘電率を有し得る。
【００４９】
さらに、本発明のガラス繊維は、室温における１０ＧＨｚの周波数で、３８×１０−４以下の散逸率を有し得る。あるいは、ガラス繊維は、室温における１０ＧＨｚの周波数で３０×１０−４以下の散逸率を有し得る。さらに別の代替的実施形態では、本発明のガラス繊維は、室温における１０ＧＨｚの周波数で２５×１０−４以下の散逸率を有し得る。
【００５０】
本発明のガラス繊維は、プリント基板などのガラス繊維補強物品に組み込むことができる。さらに、本発明のガラス繊維は、織布、不織布、一方向織物、チョップドストランド、チョップドストランドマット、複合材料、および通信信号伝送媒体などの製品と関連して使用することができる。
【００５１】
本発明はまた、製造可能な低誘電性ガラス連続繊維を提供するプロセスを含む。このプロセスは、本明細書に開示される組成物などのガラス組成物を、ガラス溶融炉の溶融ゾーンに供給するステップと、液相線温度を超える成形温度に組成物を加熱するステップと、溶融されたガラスを連続的に繊維化し、それによって低誘電率および低散逸率のガラス繊維を生成するステップと、を含み得る。
【００５２】
上記で論じられるように、低誘電率ガラス繊維を提供するためのガラスの組成は、少なくとも部分的には、上記で論じられる酸化物の重量％、ならびに二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ホウ素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化リン、酸化鉄、および／または酸化チタンの比率および合計重量に基づく。一態様では、Ｔ  ｌｏｇ３粘度温度などの本明細書で論じる他のパラメータに加えて、これらのパラメータを組み合わせることによって、本明細書に記載の低誘電率および低散逸率を有するガラス繊維を得ることが可能になる。
【００５３】
この開示内容を一般的に説明してきたが、例示の目的のためにのみ提供され、明記されない限り全てを包含または限定することを意図しない以下に例示される特定の例を参照することにより、さらなる理解が得られ得る。
【実施例】
【００５４】
本発明に従って製造されたガラス組成物の実施例を以下に記載する。これらの実施例に列挙された特定の成分およびその量、ならびに他の条件および詳細は、本発明を不当に限定するように解釈されるべきではない。これらの実施例および本明細書を通して、他に指示がない限り、全ての百分率、割合および比率は重量（質量）による。
【００５５】
本発明の例示的なガラス組成物を以下の表１〜１２に示す。例示的なガラス組成物の液相線温度は「Ｔｌｉｑ」として表され、ガラス組成物が１０００ポアズの粘度を有した温度は「Ｔ３」として表される（「Ｔ  ｌｏｇ３」粘度温度とも呼ばれる）。実施例のガラス組成物の液相線温度およびＴ３温度を、いくつかのガラス組成物について測定し、他のものは計算した。実施例の組成物を用いてガラス繊維を形成し、いくつかのガラス繊維について誘電率および散逸率を測定し、他のものは計算した。誘電率は「Ｄｋ」値として表され、散逸率は「Ｄｆ」値として表される。
【表１】
0006905592.tif 000002
【表２】
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【表３】
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【表４】
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【表５】
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【表６】
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【表７】
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【表８】
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【表９】
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【表１０】
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【表１１】
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【表１２】
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【００５６】
表１〜１２に示すガラス組成物試料を有するバッチを以下のようにして調製した。ガラス合成には、バッチ前処理（機械的および熱的処理）、第１の溶融、水中でのフリット化または粉砕、第２の溶融、および最後にガラスをグラファイト型に注ぐこと、が含まれた。
【００５７】
ガラス試験片を、ＡＳＴＭ  Ｃ８２９−８１に従って結晶化能（液相線温度）について試験した。
【００５８】
Ｔ  ｌｏｇ３粘度温度は、ＡＳＴＭ  Ｃ９６５−８１を用いて測定した。
【００５９】
当技術分野ではＳＰＤＲ試験とも呼ばれるＳｐｌｉｔ  Ｐｏｓｔ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ法を使用して、１０ＧＨｚでの誘電特性の測定を行った。
【００６０】
表１〜１２に示されるように、１０ＧＨｚにおいて、実施例のガラス組成物は４．５２未満の誘電率、および２４×１０−４以下の散逸率を有する。具体的には、１０ＧＨｚにおいて、誘電率は４．０５〜４．５２であり、散逸率は１１×１０−４〜２４×１０−４である。したがって、実施例中のガラス組成物は、Ｅガラスの誘電特性よりも低い低誘電率および低散逸率を示した。
【００６１】
表８の実施例８０、表９の実施例８１、および表１０の実施例９２〜９５について密度およびヤング率を測定した。ヤング率はＡＳＴＭ  Ｃ６２３−９２を用いて測定し、密度はＡＳＴＭ  Ｃ６９３−９３に従って測定した。そのような実施例のヤング率および密度測定値を以下の表１３に記載する。
【表１３】
0006905592.tif 000014
【００６２】
上記の例について測定したヤング率は５５．０〜５９．６ＧＰａの範囲であり、上記の例について測定した密度は２．２３〜２．２５ｇ／ｃｍ３の範囲であった。
【００６３】
さらに、実施例中のガラス組成物は１３５６℃〜１４５６℃のＴ  ｌｏｇ３粘度温度を示し、これはＤガラスの典型的なＴ  ｌｏｇ３粘度温度（約１４００℃）と同様である。１３５０℃を超えるＴ  ｌｏｇ３粘度温度を有することは、本発明によるガラス組成物を繊維化するのに好ましい。したがって、実施例および本発明によるガラス組成は１３５０℃より大きくなければならない。
【００６４】
さらに、実施例中のガラス組成物は、１２８９℃〜１５３９℃の液相線温度を示した。１１００℃を超える、より好ましくは１１５０℃を超える液相線温度を有することは、本発明によるガラス組成物を繊維化するのに好ましい。したがって、実施例および本発明によるガラス組成は１１００℃より大きくなければならない。
【００６５】
産業上の利用可能性
本発明のガラス繊維は、低誘電率および低散逸率を有し、プリント基板用のガラス繊維として優れている。ガラス繊維は、高速ルーティングシステムで使用される、高密度基板のプリント基板を補強するのに特に好適である。さらに、本発明のガラス繊維を製造するのに使用されるガラス組成物は、優れた加工性を有する。したがって、安定した低誘電性ガラス繊維を容易に作製することができる。
【００６６】
織布、不織布、一方向織物、ニット製品、チョップドストランド、ロービング、フィラメントワインディング製品、ガラス粉末およびマットを含む、本発明のガラス繊維を含有する様々な支持材料を製造することができるが、これらに限定されない。これらの支持材料の少なくとも１つとプラスチック樹脂母材（熱硬化性プラスチック、配合熱可塑性樹脂、シートモールディングコンパウンド、バルクモールディングコンパウンド、またはプリプレグなど）から形成された複合材料も、周辺通信デバイスなどの補強材として使用できる。例えば、本発明によるガラス繊維を含む複合材料は、約３００ＭＨｚ〜約３０ＧＨｚの範囲の周波数でレーダーを透過させる用途に使用することができる。
【００６７】
開示および記載されたプロセスは、抵抗加熱または他の手段によって加熱されるブッシングの基部に位置するオリフィスから流出する溶融されたガラスを、機械的に細い流れにすることよって得られるガラス繊維に関する。これらのガラス繊維は特に、有機および／または無機母材を有する複合材料に使用されるメッシュおよび布地の製造を目的としていてもよい。
【００６８】
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されている。しかしながら、開示された実施形態は本発明の例示にすぎず、実施形態は様々な、代替的な形態で実施され得ることが理解されるべきである。したがって、本明細書に開示される特定の構造上および機能上の詳細は、限定として解釈されるべきではなく、請求項の唯一の基礎として、また当業者に本発明の各種使用を教示する例示的な基礎として解釈されるべきである。添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、好ましい実施形態および実施例の上記の説明に対して多くの変更および代替がなされ得ることが当業者には明らかであろう。
【００６９】
本発明の様々な実施形態および実施例を上に説明したが、これらの説明は例示および説明の目的で与えられている。本発明の精神および範囲から逸脱しなければ、上記で開示された実施形態、システム、および方法からの変形、変更、修正、および逸脱を採用することができる。