JP2019508360A

JP2019508360A - 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

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Publication number: JP2019508360A
Application number: JP2018548181A
Authority: JP
Inventors: 張毓▲強▼; 曹国▲栄▼; 章林; ▲シン▼文忠; ▲顧▼桂江
Original assignee: ジュシグループカンパニーリミテッド
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2036-03-21
Also published as: MA43292B1; KR20180112028A; MX2018010963A; CN105819698A; CA3017536C; ZA201805678B; EP3409649A2; KR102133662B1; US20190077699A1; JP6651647B2; PL3409649T3; EP3409649C0; ES2955836T3; EP3409649A4; MA43292A1; EP3409649B1; WO2016165531A3; CN105819698B; WO2016165531A2; US10590027B2

Abstract

本発明は、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を提供する。ガラス繊維組成物の各成分の含有量は、重量百分率で、ＳｉＯ_２が５２〜６７％であり、Ａｌ_２Ｏ_３が１２〜２４％であり、Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３が０．０５〜４．５％であり、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏが２％より小さく、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯが１０〜２４％であり、ＣａＯが１６％より小さく、ＭｇＯが１３％より小さく、ＴｉＯ_２が３％より小さく、Ｆｅ_２Ｏ_３が１．５％より小さい。この組成物は、ガラスの機械的性能と熱安定性を大幅に高めることができ、更に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、タンク窯による熱安定性に優れた高性能ガラス繊維の生産に特に適している。

Description

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２０１６１０１４６２６３．２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。

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。

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広く適用されている。

最初の高性能ガラスの成分は、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２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。

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にして生産難度を低減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。

フランスサンゴバン社より、ＭｇＯ−ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２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延伸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。

中国国内で、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ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯを含み、更に一部のＬｉ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２とＦｅ_２Ｏ_３、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延伸に非常に不利であり、延伸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、延伸温度を高め、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。

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にして生産難度を低下させることが多く、これによって、上記ガラス繊維の各性能のレベルが生産規模に伴って同時に向上できない。

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、ガラスの機械的性能と熱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、タンク窯による熱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。

本発明の一つの側面によれば、高性能ガラス繊維組成物を提供し、以下の成分を含有し、各成分の含有量は、重量百分率で、以下の通りである。

ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
更に、重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きな値に限定されている。

更に、Ｌｉ_２Ｏの含有量は、重量百分率で０．１〜１．５％に限定されている。

前記高性能ガラス繊維組成物は、更にＹ_２Ｏ_３を含有し、その含有量が重量百分率で０．０５〜５％である。

前記高性能ガラス繊維組成物は、更にＬａ_２Ｏ_３を含有し、その含有量が重量百分率で０．０５〜３％である。

更に、ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で８２％より小さな値に限定されている。

更に、ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で７０〜８１％である限定されている。

更に、ＭｇＯの含有量は、重量百分率で６〜１２％に限定されている。

更に、Ｓｍ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で０．０５〜３％に限定されている。

更に、Ｇｄ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で０．０５〜２％に限定されている。

更に、Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で０．１〜４％に限定されている。

更に、重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０２以上に限定されている。

また、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

また、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＜８２％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ６〜１２％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

また、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５４〜６４％
Ａｌ_２Ｏ_３１３〜２３％
ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＜８２％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１４％
ＭｇＯ６〜１２％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

また、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５４〜６２％
Ａｌ_２Ｏ_３１３〜２２％
ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３７０〜８１％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．１〜４％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１４％
ＭｇＯ６〜１２％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０２以上である。

また、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｙ_２Ｏ_３０．０５〜５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

また、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｌａ_２Ｏ_３０．０５〜３％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

更に、ＳｒＯの含有量は、重量百分率で０．１〜２％に限定されている。

更に、重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０２〜０．１５に限定されている。

更に、重量百分率の比Ｃ２＝Ｙ_２Ｏ_３／（Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３）の範囲は、０．４より大きな値に限定されている。

更に、Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で０．５〜１．５％に限定されている。

更に、Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２の含有量は、重量百分率で１〜３．５％に限定されている。

前記高性能ガラス繊維組成物は、更にＣｅＯ_２を含有し、その含有量が重量百分率で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。

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。

本発明における高性能ガラス繊維組成物は、主な革新点が、希土類酸化物Ｓｍ_２Ｏ_３とＧｄ_２Ｏ_３を導入することである。二種類の希土類イオンの半径は小さく、電界強度は高く、強い蓄積効果と良好な協同効果を有する。また、（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の比を制御し、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｌｉ_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ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Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３とＣｅＯ_２などを選択的に導入してもよい。

具体的には、本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％

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。

ＳｉＯ_２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、ＳｉＯ_２の重量百分率含有量の範囲を５２〜６７％に限定する。好ましくは、ＳｉＯ_２の重量百分率含有量の範囲を５４〜６４％に限定してもよい。更に好ましくは、ＳｉＯ_２の重量百分率含有量の範囲を５４〜６２％に限定してもよい。

Ａｌ_２Ｏ_３も、ガラス骨格を形成する酸化物であり、ＳｉＯ_２と結合する時に、ガラスの機械的性能と熱安定性に対して実質的な作用を発揮することができる。その含有量が低すぎると、ガラスは十分に高い機械的性能と熱安定性を得ることができない。そ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、更に、ガラス結晶化リスクが大幅に高くなる。本発明のガラス繊維組成物において、Ａｌ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を１２〜２４％に限定する。好ましくは、Ａｌ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を１３〜２３％に限定してもよい。更に好ましくは、Ａｌ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を１３〜２２％に限定してもよい。

ガラス構造では、Ａｌ_２Ｏ_３は一般的に四配位［ＡｌＯ_４］と六配位［ＡｌＯ_６］の二種類の構造形式が存在する。本発明のガラス繊維組成物において、希土類酸化物Ｓｍ_２Ｏ_３とＧｄ_２Ｏ_３のうちの一つ又は二つを導入してもよい。ランタニド系の収縮効果によれば、この二種類の希土類酸化物は、高い塩基性を有し、多くの非架橋酸素を提供可能であり、構造におけるＡｌ−Ｏ四配位の数を顕著に多くし、Ａｌ^３＋がガラス網目に入るように促進し、ガラス骨格の緊密度の向上に寄与する。一方、Ｓｍ^３＋とＧｄ^３＋イオンは半径が小さく、電荷が高く、電界強度が大きく、一般的に網目外イオンとして網目の隙間内に位置し、陰イオンに対して強い蓄積効果を有し、ガラス構造の安定性を更に補強し、ガラスの機械的性能と熱安定性を高めることができる。また、強い蓄積効果は、更に他のイオンの移動配列を効果的に阻止して、ガラスの熱安定性を顕著に高め、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。また、Ｓｍ^３＋とＧｄ^３＋のイオン半径が近く、配位状態が類似し、両者間に良好な協同効果が存在し、同時に使用すれば、より優れた効果を有する。したがって、本発明のガラス繊維組成物において、Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を０．０５〜４．５％に限定する。好ましくは、Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を０．１〜４％に限定してもよい。更に、Ｓｍ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を０．０５〜３％に限定してもよい。更に、Ｇｄ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を０．０５〜２％に限定してもよい。また、ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を８２％より小さく更に限定してもよい。好ましくは、ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を７０〜８１％に限定してもよい。

Ｋ_２ＯとＮａ_２Ｏは、いずれもガラスの粘度を低下させることができ、良好な溶解剤である。Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏに比べれば、Ｌｉ_２Ｏ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、ガラスの力学性能にも明らかに寄与する。また、少量のＬｉ_２Ｏ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、ガラスの熱安定性と化学安定性が明らかに低下するため、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、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの重量百分率含有量の範囲を２％より小さな値に限定する。更に、Ｌｉ_２Ｏの重量百分率含有量の範囲を０．１〜１．５％に限定してもよい。

更に、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の網目に入るように促進するために、本発明のガラス繊維組成物において、更に、重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲を０．０１より大きな値に限定してもよい。好ましくは、重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲を０．０２以上であるように限定してもよい。更に好ましくは、重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲を０．０２〜０．１５であるように限定してもよい。

更に、希土類酸化物Ｙ_２Ｏ_３とＬａ_２Ｏ_３を選択的に導入してもよく、Ｙ^３＋とＬａ^３＋の配位状態、イオン半径、イオン電界強度はＳｍ^３＋とＧｄ^３＋と異なり、相互に結合して使用する場合、より豊富な網目外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の向上に寄与する一方、イットリウムイオンの六配位構造を他のイオンの八配位構造と結合することにより、ガラス構造の完全性を更に補強して、ガラス性能を高めることができる。更に、温度が下がる時、各イオンが規則的に配列する確率も低くなり、結晶体の成長速度の低減に寄与し、よって、ガラスの抗結晶化能力が高められる。しかしながら、Ｓｍ_２Ｏ_３とＧｄ_２Ｏ_３に対して、Ｙ_２Ｏ_３とＬａ_２Ｏ_３の塩基性が低く、使用量が大きい時、アルカリ金属酸化物により一定量の遊離酸素を提供して、ベイカンシを充填することによって、より良い効果を発揮することができる。したがって、本発明のガラス繊維組成物において、Ｙ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を０．０５〜５％に限定してもよく、Ｌａ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を０．０５〜３％に限定してもよい。ガラスの機械的性能を高めるために、更に、重量百分率の比Ｃ２＝Ｙ_２Ｏ_３／（Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３）の範囲を０．４より大きな値に限定してもよい。発明者は、酸化ガドリニウムと酸化ランタンを結合して使用する場合、ガラスの熱安定性に対して顕著な向上作用を発揮できることを発見した。更に、Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を０．５〜１．５％であるように限定してもよい。

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、発明者らは、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−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２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（ＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６）と灰長石（ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）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ことで、ガラスの結晶化傾向を抑制する目的を達成する。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の重量百分率含有量の範囲を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。本発明のガラス繊維組成物において、ＣａＯの重量百分率含有量の範囲を１６％より小さな値に限定する。好ましくは、ＣａＯの含有量範囲を１４％より小さな値に限定してもよい。ＭｇＯはガラスでの作用がＣａＯと大体類似するが、Ｍｇ^２＋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。本発明のガラス繊維組成物において、ＭｇＯの重量百分率含有量の範囲を１３％より小さな値に限定する。好ましくは、ＭｇＯの含有量範囲を６〜１２％に限定してもよい。更に、ＳｒＯの重量百分率含有量の範囲を３％より小さな値に限定してもよい。好ましくは、ＳｒＯの重量百分率含有量の範囲を０．１〜２％に限定してもよい。

ＴｉＯ_２は溶解作用を有し、更にガラスの熱安定性と化学安定性を明らかに高めることができる。発明者は、酸化チタンを酸化ガドリニウム、酸化ランタンと結合して使用する場合、ガラスの熱安定性に対して非常に大きな向上作用を発揮できることを発見した。Ｔｉ^４＋が多過ぎると、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。したがって、本発明のガラス繊維組成物において、ＴｉＯ_２の重量百分率含有量の範囲を３％より小さな値に限定する。更に、Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２の重量百分率含有量の範囲を１〜３．５％であるように限定してもよい。

Ｆｅ_２Ｏ_３は、ガラスの溶製に寄与し、ガラスの結晶化性能を改良することもできる。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、Ｆｅ_２Ｏ_３の重量百分率含有量の範囲を１．５％より小さな値に限定する。

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ＣｅＯ_２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、ＣｅＯ_２の重量百分率含有量の範囲を０〜１％に限定してもよい。

また、本発明のガラス繊維組成物は少量の他の成分を含有してもよく、重量百分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された有益な効果は、実施例における具体的な実験データにより説明される。

以下は、本発明の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。

好ましい例１
本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

好ましい例２
本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＜８２％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ６〜１２％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

好ましい例３
本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５４〜６４％
Ａｌ_２Ｏ_３１３〜２３％
ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＜８２％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１４％
ＭｇＯ６〜１２％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

好ましい例４
本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５４〜６２％
Ａｌ_２Ｏ_３１３〜２２％
ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３７０〜８１％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．１〜４％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１４％
ＭｇＯ６〜１２％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０２以上である。

好ましい例５
本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｙ_２Ｏ_３０．０５〜５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
ＣｅＯ_２０〜１％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

好ましい例６
本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｌａ_２Ｏ_３０．０５〜３％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

好ましい例７
本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｙ_２Ｏ_３０．０５〜５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＳｒＯ０．１〜２％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

好ましい例８
本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｙ_２Ｏ_３０．０５〜５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０２〜０．１５である。

好ましい例９
本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｙ_２Ｏ_３０．０５〜５％
Ｓｍ_２Ｏ_３０．０５〜３％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい、重量百分率の比Ｃ２＝Ｙ_２Ｏ_３／（Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３）の範囲は、０．４より大きい。

好ましい例９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１０
本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｌａ_２Ｏ_３０．０５〜３％
Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３０．５〜１．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

好ましい例１１
本発明における高性能ガラス繊維組成物は、以下の成分を含有し、各成分の含有量は重量百分率で、以下の通りである。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｌａ_２Ｏ_３０．０５〜３％
Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２１〜３．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜２％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１より大きい。

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。矛盾しない限り、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。

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、重量百分率で、ＳｉＯ_２が５２〜６７％であり、Ａｌ_２Ｏ_３が１２〜２４％であり、Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３が０．０５〜４．５％であり、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏが２％より小さく、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯが１０〜２４％であり、ＣａＯが１６％より小さく、ＭｇＯが１３％より小さく、ＴｉＯ_２が３％より小さく、Ｆｅ_２Ｏ_３が１．５％より小さい。この組成物は、ガラスの機械的性能と熱安定性を大幅に高めることができ、更に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、タンク窯による熱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。

本発明のガラス繊維組成物におけるＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２とＳｒＯ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。

（１）成形温度：ガラス溶融物の粘度が１０^３ポイズである時の温度に対応する。
（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に対応する。
（３）△Ｔ値：成形温度と液相線温度の差であり、延伸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に対応する。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。
（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）軟化点温度：標準的なサンプルを標準的な炉内に入れて、５±１℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、サンプルが１分内で１ｍｍ延伸する時に対応する温度が、ガラスの軟化点温度である。

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。

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百分率とし、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延伸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。

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
ＳｉＯ_２６０．２％
Ａｌ_２Ｏ_３１６．６％
ＣａＯ９．７％
ＭｇＯ９．２％
Ｓｍ_２Ｏ_３０．９％
Ｎａ_２Ｏ０．２１％
Ｋ_２Ｏ０．４３％
Ｌｉ_２Ｏ０．６０％
Ｆｅ_２Ｏ_３０．４４％
ＴｉＯ_２０．４８％
ＳｒＯ１．０％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３は、０．０９である。

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１２０３℃
△Ｔ値９５℃
結晶化ピーク温度１０３２℃
弾性率９３．６ＧＰａ
軟化点温度９３４℃

実施例２
ＳｉＯ_２５８．０％
Ａｌ_２Ｏ_３１９．０％
ＣａＯ９．９％
ＭｇＯ９．２％
Ｓｍ_２Ｏ_３０．４％
Ｎａ_２Ｏ０．２３％
Ｋ_２Ｏ０．４３％
Ｌｉ_２Ｏ０．６０％
Ｆｅ_２Ｏ_３０．４４％
ＴｉＯ_２０．５６％
ＳｒＯ１．０％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３は、０．０５３である。

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１２９４℃
液相線温度１２０９℃
△Ｔ値８５℃
結晶化ピーク温度１０２７℃
弾性率９２．８ＧＰａ
軟化点温度９３２℃

実施例３
ＳｉＯ_２５９．３％
Ａｌ_２Ｏ_３１７．４％
ＣａＯ８．２％
ＭｇＯ１０．６％
Ｇｄ_２Ｏ_３０．３％
Ｓｍ_２Ｏ_３１．５％
Ｎａ_２Ｏ０．２３％
Ｋ_２Ｏ０．３８％
Ｌｉ_２Ｏ０．６５％
Ｆｅ_２Ｏ_３０．４４％
ＴｉＯ_２０．５３％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３は、０．１４１である。

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１２９５℃
液相線温度１２０７℃
△Ｔ値８８℃
結晶化ピーク温度１０２９℃
弾性率９４．４ＧＰａ
軟化点温度９３６℃

実施例４
ＳｉＯ_２５９．６％
Ａｌ_２Ｏ_３１６．９％
ＣａＯ７．６％
ＭｇＯ９．６％
Ｓｍ_２Ｏ_３０．５％
Ｙ_２Ｏ_３３．５％
Ｎａ_２Ｏ０．２１％
Ｋ_２Ｏ０．４１％
Ｌｉ_２Ｏ０．５０％
Ｆｅ_２Ｏ_３０．４４％
ＴｉＯ_２０．５０％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３は、０．０５９であり、重量百分率の比Ｃ２＝Ｙ_２Ｏ_３／（Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３）は、０．８８である。

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１２９６℃
液相線温度１１９７℃
△Ｔ値９９℃
結晶化ピーク温度１０３４℃
弾性率９７．３ＧＰａ
軟化点温度９４３℃

実施例５
ＳｉＯ_２５９．１％
Ａｌ_２Ｏ_３１７．５％
ＣａＯ８．５％
ＭｇＯ１０．５％
Ｇｄ_２Ｏ_３０．５％
Ｌａ_２Ｏ_３１．０％
Ｎａ_２Ｏ０．２１％
Ｋ_２Ｏ０．３８％
Ｌｉ_２Ｏ０．７５％
Ｆｅ_２Ｏ_３０．４４％
ＴｉＯ_２０．８８％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３は、０．０７１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１２９５℃
液相線温度１２０８℃
△Ｔ値８７℃
結晶化ピーク温度１０２７℃
弾性率９４．０ＧＰａ
軟化点温度９４０℃

実施例６
ＳｉＯ_２５８．０％
Ａｌ_２Ｏ_３１９．０％
ＣａＯ９．９％
ＭｇＯ９．２％
Ｇｄ_２Ｏ_３０．４％
Ｎａ_２Ｏ０．２３％
Ｋ_２Ｏ０．４３％
Ｌｉ_２Ｏ０．６０％
Ｆｅ_２Ｏ_３０．４４％
ＴｉＯ_２０．５６％
ＳｒＯ１．０％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３は、０．０５３である。

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１２９２℃
液相線温度１２０６℃
△Ｔ値８６℃
結晶化ピーク温度１０２９℃
弾性率９３．０ＧＰａ
軟化点温度９３３℃

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、重量百分率で表される。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。

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、繊維の延伸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速度がより小さいことを示す。

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。低い液相線温度を有し、ガラスの結晶化リスクの低下と繊維の延伸効率の向上に寄与する。（三）顕著に向上した軟化点温度を有し、ガラスの熱安定性が顕著に改良されたことを示す。

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に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的なボトルネックが解消される。

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。

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。

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。

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的なボトルネックを解消し、現在主流となっている高性能ガラスに比べて、本発明のガラス繊維組成物は、弾性率、結晶化性能と熱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、熱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熱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。

Claims

以下の成分を含有し、各成分の含有量が重量百分率で以下の通りであることを特徴とする、高性能ガラス繊維組成物。
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１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。
Ｌｉ_２Ｏの含有量は、重量百分率で０．１〜１．５％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。
更にＹ_２Ｏ_３を含有し、その含有量が重量百分率で０．０５〜５％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。
更にＬａ_２Ｏ_３を含有し、その含有量が重量百分率で０．０５〜３％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。
ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で８２％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。
ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で７０〜８１％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。
ＭｇＯの含有量は、重量百分率で６〜１２％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。
Ｓｍ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で０．０５〜３％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。
Ｇｄ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で０．０５〜２％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。
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で０．１〜４％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。
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０２以上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。
以下の成分を含有し、各成分の含有量は、重量百分率で以下の通りであり、
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％、
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１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。
以下の成分を含有し、各成分の含有量は、重量百分率で以下の通りであり、
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＜８２％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ６〜１２％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％、
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１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。
以下の成分を含有し、各成分の含有量は、重量百分率で以下の通りであり、
ＳｉＯ_２５４〜６４％
Ａｌ_２Ｏ_３１３〜２３％
ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＜８２％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１４％
ＭｇＯ６〜１２％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％、
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１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。
以下の成分を含有し、各成分の含有量は、重量百分率で以下の通りであり、
ＳｉＯ_２５４〜６２％
Ａｌ_２Ｏ_３１３〜２２％
ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３７０〜８１％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．１〜４％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１４％
ＭｇＯ６〜１２％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％、
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０２以上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。
以下の成分を含有し、各成分の含有量は、重量百分率で以下の通りであり、
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｙ_２Ｏ_３０．０５〜５％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％、
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１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。
以下の成分を含有し、各成分の含有量は、重量百分率で以下の通りであり、
ＳｉＯ_２５２〜６７％
Ａｌ_２Ｏ_３１２〜２４％
Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３０．０５〜４．５％
Ｌａ_２Ｏ_３０．０５〜３％
Ｒ_２Ｏ＝Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＜２％
Ｌｉ_２Ｏ０．１〜１．５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ１０〜２４％
ＣａＯ＜１６％
ＭｇＯ＜１３％
ＴｉＯ_２＜３％
Ｆｅ_２Ｏ_３＜１．５％、
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０１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。
ＳｒＯの含有量は、重量百分率で０．１〜２％であることを特徴とする、請求項１又は１７に記載の高性能ガラス繊維組成物。
重量百分率の比Ｃ１＝（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３）／Ａｌ_２Ｏ_３の範囲は、０．０２〜０．１５であることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の高性能ガラス繊維組成物。
重量百分率の比Ｃ２＝Ｙ_２Ｏ_３／（Ｓｍ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｙ_２Ｏ_３）の範囲は、０．４より大きいことを特徴とする、請求項４又は１７に記載の高性能ガラス繊維組成物。
Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は、重量百分率で０．５〜１．５％であることを特徴とする、請求項５又は１８に記載の高性能ガラス繊維組成物。
Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２の含有量は、重量百分率で１〜３．５％であることを特徴とする、請求項５又は１８に記載の高性能ガラス繊維組成物。
更にＣｅＯ_２を含有し、その含有量が重量百分率で０〜１％であることを特徴とする、請求項１又は１７に記載の高性能ガラス繊維組成物。
請求項１〜２４のいずれか一項に記載のガラス繊維組成物で製造されることを特徴とするガラス繊維。
請求項２５に記載のガラス繊維を含むことを特徴とする複合材料。