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KR100235081B1 - 이중 유리 섬유 제조용 유리 성분 - Google Patents

이중 유리 섬유 제조용 유리 성분 Download PDF

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Publication number
KR100235081B1
KR100235081B1 KR1019960702324A KR19960702324A KR100235081B1 KR 100235081 B1 KR100235081 B1 KR 100235081B1 KR 1019960702324 A KR1019960702324 A KR 1019960702324A KR 19960702324 A KR19960702324 A KR 19960702324A KR 100235081 B1 KR100235081 B1 KR 100235081B1
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KR
South Korea
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glass
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irregularly shaped
borate
soda
Prior art date
Application number
KR1019960702324A
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English (en)
Inventor
러셀 엠. 포터
Original Assignee
휴스톤 로버트 엘
오웬스 코닝
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Filing date
Publication date
Application filed by 휴스톤 로버트 엘, 오웬스 코닝 filed Critical 휴스톤 로버트 엘
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Publication of KR100235081B1 publication Critical patent/KR100235081B1/ko

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Abstract

불규칙한 모양의 이중 유리섬유 제조용 성분은 제1유리 성분과 제2유리 성분을 포함하며, 제1 및 제2유리 성분은 비동일한 열팽창 계수를 가지며, 열팽창 계수의 차는 2.0ppm/℃보다 크다.

Description

[발명의 명칭]
이중 유리 섬유 제조용 유리 성분
[기술분야]
본 발명은 유리섬유 제조용 유리 성분에 관한 것으로, 더 상세하게는 절연품 및 구조제품용 유리섬유를 제조하기 위한 이중 유리섬유에 관한 것이다.
[배경기술]
작은 직경의 유리 섬유는 방음 및 열적 절연제품으로서 가장 중요한 장치의 다양성에 유용하다. 이러한 작은 직경의 섬유가 일반적으로 울팩(wool pack)이라 불리는 격자 또는 웨브로 조합되면, 하나로서는 강도 또는 경직성이 부족한 유리 섬유들이, 매우 강한 제품으로 형성된다. 제조되는 유리 섬유 절연재는 가볍고 또한 고압축성 및 고탄력성을 가진다.
유리 섬유 울을 제조하는 통상의 제조 방법은 최초의 직선형 유리 섬유를 사용하여 울 배트를 형성시키고, 그 후 이들 배트를 쉬핑(shipping)용 패키지로 압축하는 것을 포함한다. 불행하게도, 유리 섬유제품들은 여러 공통된 문제점을 가진다. 첫 번째는, 가늘게 되는 동안, 개별적이고 최초의 직선형 유리섬유는 그들 스스로 서로 정렬하여 로프구조를 형성하는 것이다. 이들 구조는 울 팩 섬유 밀도의 국부적 변화를 유발하고, 재료의 절연값을 감소시킨다. 두 번째로, 섬유들을 서로 결합시키기 위해 소정의 재료, 통상 페놀-포름알데히트 수지를 사용한다는 것이다. 마지막으로, 충분한 고압축하에서는, 섬유 파괴는 디자인된 두께로 복원하는 울 배트의 능력을 감소시킨다는 것이다. 따라서, 더 나은 내압축성을 가지고, 제품내에서 섬유를 보다 얽히게 하는 개선된 유리섬유제품을 요구한다. 또한, 절연제품에서 보다 균일하고, 로프 구조가 없는 섬유구조를 제공하는 것이 바람직하다.
종래 기술에서는 스테이플 섬유로서 사용되는 곱슬 머리 모양의 유리섬유를 제조하고, 얽힘이 많은 유리섬유매트를 제조하기 위한 노력이 있었다. 미국 특허 제2,998,620호에서 스탈레고(Stalego)는 이중 유리 성분으로 된 곱슬머리 모양의 유리 섬유를 개시하고 있다. 스탈레고는 상이한 열팽창 계수를 갖는 두 유리 성분을 한 스피너(spinner)의 오리피스를 통과시켜 주요한 곱슬머리 모양의 섬유를 만드는 방법을 제시하고 있다. 섬유들이 냉각시 열팽창 계수의 차로 인해 자연스럽게 곱슬곱슬하게 되도록, 유리들이 함께 정렬되면서 이중 유리 흐름으로서 압출된다.
그렇지만, 스탈레고가 개시한 유리 성분은 회전 성형 기술에는 적합하지 않다. 예컨대, 스탈레고가 개시한 유리쌍에 있어서, E유리는 저열팽창 유리이다. 회전 방법에서 만족스러운 유리를 성형하기 위해, 유리는 1000 푸아즈(poise)의 점성을 가지는 온도에 근접한 온도에서 스피너에 도입되어야만 한다. 이 점성에서, E 유리는 2190℉ (1200℃) 근처의 온도를 가지며, 이 온도는 스피너로부터 제조된 금속의 빠른 손상을 유발하기에 충분하다. 이는 효과적으로 상업용 제품에 필요한 연장된 기간동안 E 유리의 사용을 억제한다. 정도를 변화시키기 위해서는, 스탈레고가 개시한 모든 고열팽창 유리에 유사한 문제점이 존재한다.
미국 특허 제3,073,005에서 티에드(Tiede)는 곱슬머리 모양의 이중 유리 성분 섬유를 만드는 비회전 방법을 개시하고 있다. 여기서는, 상이한 유리 성분을 나란히 접촉하게 한 오리피스에 공급되어 두 유리가 단일 섬유로 가늘게 만들어진다. 티에드는 스탈레고와 동일한 유리성분을 개시하기 때문에, 그는 회전 방법에 의해 유리섬유제품의 상업용 제품에 유용한 유리 성분를 개시하지 않는다.
결과적으로, 회전방법에 의해 제조되는 경우, 개선된 복원 능력 및 열전도도를 가지는 유리섬유 제조에 유용한 개선된 유리 성분을 요구한다.
[발명의 개시]
상기와 같은 요구 조건은 본 발명에 의해 만족되는데, 이에 따르면 회전방법에서 스피너의 오리피스로부터 압출시켜 불규칙한 모양의 유리섬유를 제조하는데 유용한 이중 유리섬유가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 불규칙한 모양의 유리섬유를 제조하는 이중 유리섬유가 제공된다. 이중 유리섬유는 적어도 제1유리 성분과 제2유리 성분을 포함한다. 제1 및 제2유리 성분은 다른 열팽창계수를 가지며, 이 차는 2.0ppm/℃보다 크고, 바람직하게는 4.0ppm/℃보다 크며, 가장 바람직하게는 5.0ppm/℃보다 크다.
제1유리 성분은 바람직하게는 14중량% 내지 24중량% 범위내의 붕산염을 함유한, 고붕산염, 저소다 라임-알루미노실리케이트 유리성분이다. 제2유리 성분은 바람직하게는 14중량% 내지 25 중량%범위내의 소다를 함유한, 고소다, 저붕산염 라임-알루미노실리케이트 유리성분이다. 제1 및 제2유리 성분의 액상선은 1000 푸아즈의 유리점성에서 액상선 아래 50℉(28℃)이상이다. 바람직하게는, 액상선 온도는 1000 푸아즈의 유리점성에서 액상선 아래 200℉(111℃)보다 높다.
제1 및 제2유리 성분 각각의 화학적 내구성은 4.0%보다 작고, 바람직하게는 2.5%보다 작다. 제1 및 제2유리 성분 각각의 생리적 유체에서 분해율은 최종제품의 섬유에 대해 100ng/㎠hr보다 크다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이중 유리 성분은 제1유리 성분과 제2유리 성분을 포함한다. 제1 및 제2유리 성분 중 하나는 중량비로 약 50 내지 61%의 실리카, 약 0 내지 7%의 알루미나, 약 9 내지 13%의 라임, 약 0 내지 5%의 마그네시아, 약 14 내지 24%의 붕산염, 약 0 내지 10%의 소다 및 약 0 내지 2%의 산화칼륨을 함유하고 있다. 제1 및 제2유리성분 중 다른 하나는 중량비로 52 내지 69%의 실리카, 약 0 내지 8%의 알루미나, 약 6 내지 10%의 라임, 약 0 내지 7%의 마그네시아, 약 0 내지 8%의 붕산염, 약 14 내지 25%의 소다 및 약 0 내지 2%의 산화칼륨을 함유하고 있다.
바람직하게는, 제1 및 제2유리 성분 중 어느 하나는 중량비로 약 52 내지 57%의 실리카, 약 4 내지 6%의 알루미나, 약 10 내지 11%의 라임, 약 1 내지 3%의 마그네시아, 약 19 내지 22%의 붕산염, 약 4 내지 6%의 소다 및 약 0 내지 2%의 산화칼륨을 함유하며, 다른 유리 성분은 중량비로 약 57 내지 65%의 실리카, 약 2 내지 6%의 알루미나, 약 8 내지 9%의 라임, 약 4 내지 6%의 마그네시아, 약 0 내지 6%의 붕산염, 약 15 내지 21%의 소다 및 약 0 내지 2%의 산화칼륨을 함유하고 있다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 절연품이 제조되는 열 세팅 과정에 대한 개략적인 정면도.
제2도는 본 발명의 섬유가 제조되는 섬유 형성기에 대한 정면 종 단면도.
제3도는 제2도의 3-3선을 따라 취한 스피너의 부분평면도.
제4도는 제3도의 4-4선을 따라 취한 스피터의 개략적인 정면도.
제5도는 본 발명의 불규칙한 모양의 유리섬유를 시각적으로 향상시켜 나타낸 개략적인 사시도.
[발명의 상세한 설명]
[본 발명을 실시하는 형태]
본 발명에 따른 불규칙한 모양의 유리 섬유로 된 절연품을 제1도에 도시되어 있는 회전 섬유 형성 및 팩열세팅(pack heat setting)처리로 제조할 수 있다.
제1도를 참조하면, 두 개의 별개인 융용 유리 성분이 노(10)로부터 전화덕 (forehearth제42)을 거쳐 섬유 형성기(14)로 공급된다. 상기 섬유 형성기로 제조된 불규칙한 모양의 유리 섬유(18) 베일들이, 컨베이어(16) 밑에 형성된 진공에 의해 울팩(wool pack)으로서 집결된다. 섬유들은 섬유 형성기에 있는 블로어(blower : 22)가 발생시킨 공기 또는 가스에 의해 밑으로 날려 가며, 가늘게 되어 불규칙한 모양으로 된다.
그 후, 상기 울팩은 700 내지 1100℉(371∼593℃)의 열 세팅 온도에서 오븐(24)을 통과한다. 이 열 세팅 온도는, 섬유 형성 과정에서 섬유의 고온을 유지하거나 열세팅 오븐에서 섬유를 재가열함으로써 얻을 수 있다. 상기 오븐을 통과하는 동안, 울팩은 상부 컨베이어(26), 하부 컨베이어(28) 및 에지 가이드(도시되지 않음)에 의해 형성된다. 오븐에 있는 동안, 유리 섬유는 균일한 가열을 위해 고온 가스의 흐름을 받을 수도 있다. 10분이 경과하면, 울팩은 절연품(30)으로서 오븐에 존재한다.
제2도에 도시되어 있듯이, 스피너(60)는 스피너 바닥벽(62)과 스피너 둘레벽 (64)으로 구성되어 있다. 이 스피너는 선행 기술에서처럼 스핀들 상에서 회전한다. 스피너의 회전으로 인해, 융용된 유리는 스피너 둘레벽을 통과해 1차섬유(68)로 된다. 이들 1차 섬유는 환상형 버너(70)의 열에 의해 부드럽고 가늘게 유지된다. 본 발명의 한 실시예에서는, 도시되지 않은 내부 버너가 스피너의 내부에 열을 공급한다. 유입된 공기(74)를 사용하는 환상형 블로어(72)가 1차 섬유를 끌어내고, 또 울 절연재에 사용되기에 적합한 2차 섬유(76)로 만들기 위해 설치되어 있다. 그 후, 2차 섬유는 즉, 이형 성분의 이중 유리 섬유는 성형을 위해 울팩 안으로 모여진다.
스피너의 내부는 두 개의 개별적인 융용 유리의 흐름이 유입되는데, 제1흐름 (78)은 유리(A)을 포함하고, 제2흐름(80)은 유리(B)를 포함한다. 흐름(78) 안에 있는 유리는 스피너 바닥으로 직접 떨어져, 원심력을 받아 스피너 둘레벽쪽으로 흘러가 유리(A)의 헤드를 형성한다. 용융 유리 흐름(80)안에 있는 유리(B)는 흐름(78)보다 더 가깝게 스피너 둘레벽에 위치하며, 흐름(80)에 있는 유리는 스피너 바닥에 도달하기 전에 수평 플랜지(80)에 의해 인터셉트한다. 그리하여, 유리(B)의 빌드업(build-up) 또는 헤드가 상기 수평 플랜지 위에 형성된다.
제3도에 도시되어 있듯이, 스피너에는 수직 내측벽(84)이 있는데, 이것은 일반적으로 스피너 둘레벽으로부터 반경 방향 안쪽으로 원주 형태로 되어 있다. 스피너 둘레벽과 수직 내측벽 사이에 위치해 있는 일련의 수직 배플(baffle : 86)들이 그 공간을 일련의 격실(88)로 분할한다. 이 격실은 유리(A)나 유리(B)를 포함한다.
상기 스피너 둘레벽은, 수직 배플의 반경 방향 외측 단부에 인접해 있는 오리피스(90)와 함께 적합하게 된다. 이 오리피스들은 수직 배플의 것보다 큰 폭을 가지기 때문에, 유리(A)와 유리(B)의 흐름이 단일 1차 섬유로서 오리피스로부터 나오게 한다. 제4도에서 보는 바와 같이, 각 격실(88)들은 그를 분리하는 전 수직 배플을 따라 오리피스는 갖는 스피너 둘레벽(64)의 전체 높이까지 형성되어 있다. 이중 유리 흐름을 스피너 오리피스에 공급하기 위해, 다른 구성의 스피너를 사용할 수 있다.
제5도에 도시된 불규칙한 섬유(122B), 음영(124)은 본 발명의 이중 유리 성분에 의해 제조된 섬유를 시각적으로 강화시켜 나타낸 것이다.
섬유의 두께는 과장되어 있고, 더 잘 볼 수 있도록 마디선이 추가되어 있다.
기술된 방법으로 불규칙한 모양의 유리섬유를 생산할 때 만족스러운 유리 성분의 수는 실제로 매우 작다. 본 발명의 바람직한 유리 성분은 상기 목적에 적합하다. 스탈레고에 개시한 성분은 불규칙한 모양의 유리섬유 제조에 사용될 수 없다.
유리 A나 유리 B의 열팽창 계수 값에 대한 직접적인 제약은 없다. 그렇지만, 유리 A와 유리 B 사이의 열팽창 계수의 차이에 대한 제한은 있다. 부분적으로 열팽창 계수의 차가 불규칙한 모양의 섬유를 형성하기 때문에, 이 차는 또한 개별적인 이중 유리섬유에서 굽힘의 정도를 조절한다. 섬유가 적절한 양으로 얽히면서 불규칙한 모양의 유리섬유로 가늘어지는 것을 보장하기 위해, 열팽창 계수의 차는 각 이중 유리섬유에서 적절한 굽힘의 정도가 발생할 수 있도록 충분히 커야 한다. 차가 너무 작은 경우, 이중 유리섬유는 너무 큰 곡률반경을 가진다. 이러한 큰 곡률 반경을 가진 섬유로 제조된 울 전열제품은 낮고, 불만족스러운 강도 및 복원값을 가진다. 열팽창 계수의 차가 큰 경우에는 ℃준원재료로 제조될 수 없는 특별한 유리를 요구하며, 따라서 값이 비싸다.
본 발명에 있어서, ℃준 딜라토미터(dilatometer) 기술로 개별적으로 측정한 유리 A와 유리 B의 열팽창 계수는 적어도 2.0ppm/℃의 차이가 나야만 한다. 바람직하게는, 이 차는 약 4.0ppm/℃보다 크며, 가장 바람직하게는 약 5.0ppm/℃보다 크다.
불규칙한 모양의 유리 섬유를 상업적으로 제조하기 위해서, 유리 성분은 또한 여러 다른 제약을 만족해야만 하며, 그 첫 번째는 점성이다. 종래에서는 유리의 점성을 유리가 1000 poise의 점도를 가질 때의 온도로서 유리의 점성을 기술한다. 이것은 일반적으로 log3 점성 온도로서 알려져 있다. 본 발명에 있어서, log3 점성 온도는 바람직하게는 약 1850℉(1010℃) 내지 2050℉(1121℃)이며, 더욱 바람직하게는, 약 1900℉ (1037℃) 내지 2000℉(1093℃)이며, 가장 바람직하게는 약 1950℉(1065℃)이다.
스피너 오리피스를 통한 유리의 유량과 섬유의 가늘기율은 유리 점도에 의존한다. 점도가 너무 높으면, 스피너 오리피스를 통한 유리의 유량은 감소된다. 이는 스피너 오리피스의 확장, 즉 주어진 스피너 구조에서 가능한 한 오리피스의 수의 감소를 요구한다. 선택적으로, 스피너 온도는 상승될 수 있지만, 스피너의 수명은 감소하며, 어떤 관점에서 보면, 값비싼 새로운 금속 스피너를 요구한다. 추가적으로, 보다 높은 점도의 유리는 유리 섬유가 가늘어지는 스피너 면에서 보다 큰 블로어 및/또는 높은 온도를 요구한다. 높은 온도의 결과로 스피너의 전체 수명이 감소되고, 값비싼 금속 스피너를 요구한다.
본 발명의 이중 유리 성분에서 유리 A와 유리 B의 log3 점성 온도는 바람직하게는 약 75℉(42℃)내에 있다. log3 점성 온도의 큰 불일치는 두 개의 수용할 수 없는 결과 중 하나를 발생시킨다. 고온의 스피너에서는, 더 많은 유동체의 유리가 스피너내의 경로에서 일찍 만나는 오리피스를 통해 흐른다. 이는 더 많은 유동체의 유리가 오리피스를 통해 방출될 수 있도록 하며, 단일 성분 섬유를 필수적으로 만들도록 한다. 선택적으로, 스피너의 온도가 낮아진다면, 소량의 유동체 유리의 수위가 스피너에서 정상 플랜지를 넘칠 때까지 증가한다. 점성에서 큰 불일치를 가진 유리 쌍에 대해, 이들 양 결과는 동시에 발생한다.
본 발명의 유리에 대한 다른 제약은 액상선의 제약을 만족해야 한다. 유리의 액상선 온도는 결정이 용융된 유리에서 안정되는 최고 온도이다. 이 액상선 온도 이하의 온도에서 유리는 시간이 충분하면 결정화된다. 노 및 전화덕내의 결정은 고상 입자의 형성을 유도하는데, 이 고상 입자는 일단 섬유 형성기로 전달되면 스피너의 오리피스 안에 집적되어 이 오리피스를 막게 된다. 또한, 어떤 점에서 스피너 면의 온도가 여러 시간 이상 액상선 밑에 유지된다면, 스피너 오리피스는 스피너내의 직접 결정 성장에 의해 차단될 수도 있다. 스피너 오리피스에서 유리의 결정화를 피하기 위해, 본 발명에 따른 이중 유리 성분의 유리 A와 유리 B의 각 log3 점성 온도와 액상선 온도의 차는 약 50℉(28℃)이고, 바람직하게는 log3 점성 온도보다도 더 낮은 200℉(111℃)이상이다. 이러한 제약이 만족되지 않으면, 스피너의 오리피스를 차단하는 스피커의 하부(즉, 저온부)에서 결정화가 발생한다.
본 발명의 유리 성분에 대한 다른 제약은 유리의 내구성이다. 화학적 내구성은 두개의 유리 울팩 특성에 관한 것이다. 첫번째는, 유리 울팩이 설치를 위해 개방되는 경우, 이 유리 울팩이 회복되는 능력이고, 두번째는, 유리 울팩의 장기적인 물리적 보전성이다. 유리의 화학적 내구성이 너무 낮으면, 설치시 유리 울 배트가 그의 디자인 두께까지 회복되지 못하는 수가 있다. 유리 울팩이 충분히 회복되지 못하거나 또는 너무 빨리 분해되면, 적절한 절연을 할 수 없게 된다.
절연을 위한 유리 섬유의 화학적 내구성을 측정하는 유용한 방법은, 유리 섬유를 205℉(96°)에서 0.1ℓ의 증류수에 2시간 동안 넣은 후에 직경이 10㎛인 섬유의 1g의 백분율 중량 손실을 측정하는 것이다. 이와 같이 측정된 내구성은 유리 섬유의 성분에 크게 의존하며, 또한 덜하지만 섬유의 열적 이력(thermal history)에도 의존한다. 울팩의 적절한 기능이 보장되기 위해서는, 이중 유리 성분의 각 섬유들은 약 4%, 바람직하게는 약 2.5% 이하의 중량 손실을 보여야 한다. 유리 성분에 대한 강한 의존성 때문에, 유리 섬유의 화학적 내구성은 섬유의 열적 이력에는 크게 영향을 받지 않는다. 따라서, 예컨대, 유리 섬유를 1000℉(538℃)에서 수 분 동안 가열하면, 화학적 내구성이 다소 향상된다. 여기서 제시된 화학적 내구성에 대한 제한은, 유리 섬유를 본래 가늘게 만들기 위한 열처리 이외의 다른 열처리를 받지 않은 유리 섬유를 측정하는 것임을 알 수 있다. 짧은 길이로 절단되면, 호흡할 수 있는 정도로 충분히 얇게 되는 일부 섬유들을 유리 울 절연재가 포함하고 있기 때문에, 그러한 섬유는 공기를 타고 호흡으로 흡입될 수 있다. 체내에서 그것들은 생리적인 유동을 하게 된다. 체내에서 섬유가 분해되는 비율이 흡입된 섬유의 생물학적 활성화에 도움을 주는 경우라면, 생리적 유동에서 비교적 높은 분해율을 갖는 유리 섬유를 제조하는 것이 바람직할 수도 있다. 유리 섬유의 분해율은 98℉(37℃)에서 시뮬레이션된 폐(lung) 유동에서 섬유에 대해 측정된 분해율 상수로서 ℃현된다.
분해율은 유리 섬유 성분에 크게 의존하며, 덜하지만 그의 열적 이력에도 의존한다. 모든 절연 섬유에 대해 적어도 100ng/㎠hr의 분해율 상수를 갖는 유리 성분을 사용하는 것이 바람직하다. 그러므로, 각 이중 유리 성분의 섬유에 대한 분해율 상수는 바람직℃는 적어도 100ng/㎠hr가 된다. 화학적 내구성으로 인해 섬유의 후속 처리는 분해율을 감소시킨다. 100ng/㎠hr의 한계는 최종 제품 형상의 울 절연팩으로 형성된 섬유들에 해당되는 것임을 알 수 있다.
용이하게 알 수 있듯이, 불규칙한 모양의 유리섬유를 제조하기 위한 이중 유리 성분을 선택하는 것은 매우 복잡하다. 개별적인 유리 성분, 즉 유리 A와 유리 B는 좁은 log3 점성 온도, 액상선 및 내구성 제약을 만족해야만 한다. 추가로, 두 유리의 열팽창 계수와 log3 점성온도의 차는 소정의 범위 안에 있어야만 한다. 바람직하게는, 분해율이 또한 소정의 범위내로 떨어져야만 한다.
하나의 고붕산염, 저소다 라임-알루미노실리케이트 조성으로 된 유리 A와, 하나의 고소다, 저붕산 라임-알루미노실리케이트 조성으로 된 유리 B를 포함하는 본 발명의 이중 유리 성분은 성공적인 불규칙한 모양의 섬유를 위해 필요한 모든 제약을 만족시킨다. 고붕산염, 저소다 라임-알루미노실리케이트로 된 상기 유리 성분은 중량비로 전체 성분의 약 14% 내지 24%의 붕산염을 함유한다. 고소다, 저붕산 라임-알루미노실리케이트로 된 상기 유리 성분은 중량비로 전체 성분의 약 14% 내지 25%의 소다를 함유한다.
바람직하게는, 제1유리성분은 중량비로 약 50 내지 61%의 실리카 또는 SiO2, 약 0 내지 7%의 알루미나 또는 Al2O3, 약 9 내지 13%의 라임 또는 CaO, 약 0 내지 5%의 마그네시아 또는 MgO, 약 14 내지 24%의 붕산염 또는 B2O3, 약 0 내지 10%의 소다 또는 Na2O 및 약 0 내지 2%의 산화칼륨 또는 K2O을 함유하고 있다.
제2유리성분은 바람직하게는 중량비로 약 52 내지 60%의 실리카 또는 SiO2, 약 0 내지 8%의 알루미나 또는 Al2O3, 약 6 내지 10%의 라임 또는 CaO, 약 0 내지 7%의 마그네시아 또는 MaO, 약 0 내지 6%의 붕산염 또는 B2O3, 약 14 내지 25%의 소다 또는 Na2O 및 약 0 내지 2%의 산화칼륨 또는 K2O를 함유하고 있다. 각 유리 성분에는 의도적으로 유리에 첨가된 것은 아니지만 배치(batch) 형성에 사용되는 원료로부터 생기는 Fe2O3, TiO2및 SrO와 같은 다른 여러 구성 물질이 모두 1% 미만을 차지하고 있음을 알 수 있다.
더욱 바람직하게는, 본 발명의 이중 유리 성분은, 약 52∼57% 실리카, 4∼6% 알루미나, 10∼11% 라임, 1∼3% 마그네시아, 19∼22%의 붕산염, 4∼6% 소다 및 0∼2% 산화칼륨을 함유하는 제1유리성분과, 그리고 약 57∼65% 실리카, 2∼6% 알루미나, 8∼9% 라임, 4∼6% 마그네시아, 0∼6%의 붕산염, 15∼21% 소다 및 0∼2% 산화칼륨을 함유하는 제2유리성분을 포함하고 있다.
적절한 분해율은 본 발명의 중요한 양상이다. 적절한 화학적 내구성을 가진 고소다 유리는 낮은 분해율을 가진다. 이 고소다 유리에서 낮은 분해율 값을 해결하기 위한 수단은 유리 성분에 붕산염을 첨가하는 것이다. 그렇지만, 본 발명은 소정의 범위로 열팽창 계수의 차를 달성하기 위해 하나의 고소다, 저붕산염 유리 성분을 요구하기 때문에, 붕산염을 첨가하는 것은 해결책이 아니다. 요구되는 분해율과 명확한 차를 가지는 열팽창 계수를 모두 만족하는 복수쌍의 내구성 유리를 선택하는 것을 어렵기 때문에, 본 발명의 유리 성분은 용이하게 명료해지지 않는다.
[실시예]
복수의 이중 유리섬유 성분이 혼합되고, 불규칙한 모양의 유리섬유를 제조하였다. 배치형 공정으로 불규칙한 모양의 유리섬유를 형성하였다. 10 파운드의 각 유리 성분은 혼합하고, 용융시켰다. 그 후, 40 홀을 가진 실험실 시험용 스피너를 사용하여 섬유를 제조하였다. 유리 성분 A에서 유리 성분 H 각각에 대한 log3 점성 온도, 액상선, 열팽창 계수, 화학적 내구성 및 분해율을 측정하였다. 그 조성과 결과를 표 1a에 요약하였다.
쌍1은 본 발명에 따른 이중 유리 성분이다. 쌍1은 화학적 내구성, 분해율, 유리질 제거 부족 및 최종 제품의 복원에 관하여 만족스러운 것으로 증명되었다. 반면, 본 발명의 조성 범위안에서, 쌍2는 유리 D의 불량한 화학적 내구성 때문에 만족스럽지 못하다. 쌍3은 본 발명의 조성 범위를 벗어나 있으며, 작은 열팽창 계수의 차 때문에 만족스럽지 못하다. 쌍4는 본 발명의 조성 범위안에 있지만, 유리 H의 낮은 분해율 때문에 만족스럽지 못하다.
[표 1a]
[표 1b]

Claims (43)

  1. 2.0ppm/℃보다 큰 차이를 가지는 비동일한 열팽창 계수와, 1850℉ 내지 2050℉(1010℃ 내지 1121℃) 범위 내의 log3 점성 온도와, log3 점성 온도 액상선 아래 50℉(28℃)이상의 액상선 온도와, 4.0% 미만의 내구성을 갖는 제1 및 제2유리 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유 제조용 이중 유리 성분.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비동일한 열팽창 계수의 차는 4.0ppm/℃보다 큰 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  3. 제2항에 있어서, 상기 비동일한 열팽창 계수의 차는 5.0ppm/℃보다 큰 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 1900℉ 내지 2000℉(1037℃ 내지 1093℃) 범위 내의 log3 점성 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 2.5% 미만의 내구성을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 그들의 log3 점성 온도의 액상선 아래 200℉(111℃) 이상의 액상선 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 그들의 log3 점성 온도의 액상선 아래 200℉(111℃)이상의 액상선 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 2.5% 미만의 내구성을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 2.5% 미만의 내구성을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 각각 100ng/㎠hr 이상의 분해율을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 2.5% 미만의 내구성을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분의 log3 점성 온도가 서로 75℉(42℃) 내에 있는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  13. 제1항에 있어서, 상기 성분 중 하나는 고붕산염, 저소다 라임-알루미노실리케이트 조성인 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  14. 제13항에 있어서, 상기 고붕산염, 저소다 라임-알루미노실리케이트 조성이 중량비로 14% 내지 25% 범위내의 붕산염을 함유하는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  15. 제1항에 있어서, 상기 유리 성분 중 하나는 고소다, 저붕산염라임-알루미노실리케이트 조성인 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  16. 제15항에 있어서, 상기 고소다, 저붕산염 라임-알루미노실리케이트 조성이 중량비로 14% 내지 25% 범위내의 소다를 함유하는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  17. 제1항에 있어서, 중량비로, 50 내지 61%의 실리카, 0 내지 7%의 알루미나, 9 내지 13%의 라임, 0 내지 5%의 마그네시아, 14 내지 24%의 붕산염, 0 내지 10%의 소다 및 0 내지 2%의 산화칼륨을 함유하는 제1유리 성분과, 중량비로, 52 내지 69%의 실리카, 0 내지 8%의 붕산염, 6 내지 10%의 라임, 0 내지 7%의 마그네시아, 0 내지 8%의 붕산염, 14 내지 25%의 소다 및 0 내지 2%의 산화칼륨을 함유하는 제2유리 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유 제조용 이중 유리 성분.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1유리 성분은 중량비로, 52 내지 57%의 실리카, 4 내지 6%의 알루미나, 10 내지 11%의 라임, 1 내지 3%의 마그네시아, 19 내지 22%의 붕산염, 4 내지 6%의 소다 및 0 내지 2%의 산화칼륨을 함유하며, 상기 제2유리 성분은 중량비로, 57 내지 65%의 실리카, 2 내지 6%의 알루미나, 8 내지 9%의 라임, 4 내지 6%의 마그네시아, 0 내지 6%의 붕산염, 15 내지 21%의 소다 및 0 내지 2%의 산화칼륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분은 비동일한 열팽창 계수를 가지며, 이 비동일한 열팽창 계수의 차가 4.0ppm/℃보다 큰 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  20. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분은 1850℉ 내지 2050℉(1010℃ 내지 1121℃)범위 내의 log3 점성 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  21. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 그들의 log3 점성 온도 액상선 아래 50℉(28℃) 이상의 액상선 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  22. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 4.0% 미만의 내구성을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 유리 성분.
  23. 2.0ppm/℃보다 큰 차이를 가지는 비동일한 열팽창 계수와, 1850℉ 내지 2050℉(1010℃ 내지 1121℃) 범위 내의 log3 점성 온도와, log3 점성 온도의 액상선 아래 50℉(28℃)이상의 액상선 온도와, 4.0%미만의 내구성을 갖는 제1 및 제2유리 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  24. 제23항에 있어서, 상기 비동일한 열팽창 계수의 차는 4.0ppm/℃보다 큰 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  25. 제24항에 있어서, 상기 비동일한 열팽창 계수의 차는 5.0ppm/℃보다 큰 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  26. 제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 1900℉ 내지 2000℉(1037℃ 내지 1093℃)범위 내의 log3 점성 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  27. 제26항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 2.5% 미만의 내구성을 가지는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  28. 제27항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 그들의 log3 점성 온도의 액상선 아래 200℉(111℃)이상의 액상선 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  29. 제26항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 그들의 log3 점성 온도의 액상선 아래 200℉(111℃) 이상의 액상선 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 2.5% 미만의 내구성을 가지는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  31. 제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 2.5% 미만의 내구성을 가지는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  32. 제23항에 있어서, 각각의 상기 제1 및 제2유리 성분이 100ng/㎠hr 이상의 분해율을 가지는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  33. 제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분의 log3 점성 온도가 서로 75㎠℉(42㎠℃)내에 있는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  34. 제23항에 있어서, 상기 성분 중 하나는 고붕산염, 저소다 라임-알루미노실리케이트 조성인 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  35. 제34항에 있어서, 상기 고붕산염, 저소다 라임-알루미노실리케이트 조성이 중량비로 14% 내지 25% 범위내의 붕소를 함유하는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  36. 제23항에 있어서, 상기 유리 성분 중 하나는 고소다, 저붕산염 라임-알루미노실리케이트 조성인 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  37. 제36항에 있어서, 상기 고소다, 저붕산염 라임-알루미노실리케이트 조성이 중량비로 14% 내지 25% 범위내의 소다를 함유하는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  38. 제23항에 있어서, 중량비로, 50 내지 61%의 실리카, 0 내지 77%의 알루미나, 9 내지 13%의 라임, 0 내지 5%의 마그네시아, 14 내지 24%의 붕산염, 0 내지 10%의 소다 및 0 내지 2%의 산화칼륨을 함유하는 제1유리 성분과, 중량비로, 52 내지 69%의 실리카, 0 내지 8%의 알루미나, 6 내지 10%의 라임, 0 내지 7%의 마그네시아, 0 내지 8%의 붕산염, 14 내지 25%의 소다 및 0 내지 2%의 산화칼륨을 함유하는 제2유리 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  39. 제38항에 있어서, 상기 제1유리 성분은 중량비로, 52 내지 57%의 실리카, 4 내지 6%의 알루미나, 10 내지 11%의 라임, 1 내지 3%의 마그네시아, 19 내지 22%의 붕산염, 4 내지 6%의 소다 및 0 내지 2%의 산화칼륨을 함유하며, 상기 제2유리 성분은 중량비로, 57 내지 65%의 실리카, 2 내지 6%의 알루미나, 8 내지 9%의 라임, 4 내지 6%의 마그네시아, 0 내지 6%의 붕산염, 15 내지 21%의 소다 및 0 내지 2%의 산화칼륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  40. 제38항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분은 비동일한 열팽창 계수를 가지며, 이 비동일한 열팽창 계수의 차가 4.0ppm/℃보다 큰 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  41. 제38항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분은 1850℉ 내지 2050℉(1010℃ 내지 1121℃) 범위 내의 log3 점성 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  42. 제38항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 그들의 log3 점성 온도의 액상선 아래 50℉(28℃)이상의 액상선 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
  43. 제38항에 있어서, 상기 제1 및 제2유리 성분이 4.0% 미만의 내구성을 가지는 것을 특징으로 하는 불규칙한 모양의 유리섬유.
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