JP3158504B2 - 繊維強化ガラスおよびその製造法 - Google Patents
繊維強化ガラスおよびその製造法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒素含有量の高いガラス
繊維により補強された高強度の繊維強化ガラス(ＦＲ
Ｇ）に関する。本発明の繊維強化ガラスは高強度、高靭
性および高い透明性を有し、光センサーの窓材、防弾窓
材、車両、航空機、深海艇の窓材などに用いることがで
きる。
繊維により補強された高強度の繊維強化ガラス(ＦＲ
Ｇ）に関する。本発明の繊維強化ガラスは高強度、高靭
性および高い透明性を有し、光センサーの窓材、防弾窓
材、車両、航空機、深海艇の窓材などに用いることがで
きる。
【０００２】
【従来の技術および課題】近年、各種の強化繊維を用い
てプラスチック、ガラス、金属など各種構造材料を補強
する材料の複合化が種々行われている。このような複合
材料用の強化繊維としては、Ｅガラス繊維、Ｓガラス繊
維、アラミド繊維、ＳiＣ繊維、炭素繊維などがある。
しかしながら、Ｅガラスは強度、剛性(弾性)、耐薬品性
が低く、Ｓガラスは剛性が不足する。また、アラミド繊
維を強化繊維とする複合材料は圧縮強度および耐熱性が
低い。
てプラスチック、ガラス、金属など各種構造材料を補強
する材料の複合化が種々行われている。このような複合
材料用の強化繊維としては、Ｅガラス繊維、Ｓガラス繊
維、アラミド繊維、ＳiＣ繊維、炭素繊維などがある。
しかしながら、Ｅガラスは強度、剛性(弾性)、耐薬品性
が低く、Ｓガラスは剛性が不足する。また、アラミド繊
維を強化繊維とする複合材料は圧縮強度および耐熱性が
低い。
【０００３】ガラス用の強化繊維としてはＳiＣ繊維、
炭素繊維などの使用が試みられており、ガラスの欠点で
ある破壊靭性の向上をはかっている。しかしながら、Ｓ
iＣ繊維は半導体であり電気絶縁性が悪い。一方、炭素
繊維は繊維自身の破壊伸度が小さく得られたＦＲＧの破
壊靭性が不充分であり、また５００℃以上の高温で酸化
され性能が低下する。さらにＳｉＣ繊維、炭素繊維はい
ずれも黒色不透明であるため、得られた複合材料は黒色
不透明でガラスの基本的な特性である透明性が損なわれ
る。 本発明の目的は、高破壊靭性(耐衝撃性)、高強度
を有し、しかも透明性の高い複合ガラス材料を得ること
にある。
炭素繊維などの使用が試みられており、ガラスの欠点で
ある破壊靭性の向上をはかっている。しかしながら、Ｓ
iＣ繊維は半導体であり電気絶縁性が悪い。一方、炭素
繊維は繊維自身の破壊伸度が小さく得られたＦＲＧの破
壊靭性が不充分であり、また５００℃以上の高温で酸化
され性能が低下する。さらにＳｉＣ繊維、炭素繊維はい
ずれも黒色不透明であるため、得られた複合材料は黒色
不透明でガラスの基本的な特性である透明性が損なわれ
る。 本発明の目的は、高破壊靭性(耐衝撃性)、高強度
を有し、しかも透明性の高い複合ガラス材料を得ること
にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記問題
点に鑑み高弾性、高強度を有するオキシナイトライドガ
ラス繊維をガラスマトリックス材の強化繊維として用い
るべく検討を行ったところ所定以上の窒素含有量を有す
るオキシナイトライドガラスを用いることにより優れた
繊維強化ガラスが得られるとの知見を得て本発明を完成
するに至った。すなわち、本発明は、窒素含有量５原子
％以上のガラス繊維を強化繊維として用いた波長５００
ｎｍ以上における透過率５０％以上の繊維強化ガラスお
よびその製造法を提供するものである。本発明のＦＲＧ
に強化繊維として用いられるオキシナイトライドガラス
は、酸化物ガラス中の酸素が結合原子価三価の窒素によ
り置換された構造を有する。このため、酸化物ガラスよ
り数多くの化学結合が形成されてガラスのネットワーク
は強固になり、透明性が高く高弾性率および高強度を示
すなど優れた物理的性質を有する。本発明の繊維強化ガ
ラス(ＦＲＧ)に強化繊維として用いられるオキシナイト
ライドガラスは窒素含有量５原子％以上、好ましくは７
〜３０原子％である。ガラス繊維の窒素含有量が５原子
％未満であると充分な弾性、強度を有するガラス繊維が
得られず高靭性を有する繊維強化ガラスは得られない。
点に鑑み高弾性、高強度を有するオキシナイトライドガ
ラス繊維をガラスマトリックス材の強化繊維として用い
るべく検討を行ったところ所定以上の窒素含有量を有す
るオキシナイトライドガラスを用いることにより優れた
繊維強化ガラスが得られるとの知見を得て本発明を完成
するに至った。すなわち、本発明は、窒素含有量５原子
％以上のガラス繊維を強化繊維として用いた波長５００
ｎｍ以上における透過率５０％以上の繊維強化ガラスお
よびその製造法を提供するものである。本発明のＦＲＧ
に強化繊維として用いられるオキシナイトライドガラス
は、酸化物ガラス中の酸素が結合原子価三価の窒素によ
り置換された構造を有する。このため、酸化物ガラスよ
り数多くの化学結合が形成されてガラスのネットワーク
は強固になり、透明性が高く高弾性率および高強度を示
すなど優れた物理的性質を有する。本発明の繊維強化ガ
ラス(ＦＲＧ)に強化繊維として用いられるオキシナイト
ライドガラスは窒素含有量５原子％以上、好ましくは７
〜３０原子％である。ガラス繊維の窒素含有量が５原子
％未満であると充分な弾性、強度を有するガラス繊維が
得られず高靭性を有する繊維強化ガラスは得られない。
【０００５】本発明のＦＲＧに強化繊維として用いられ
る好ましいガラス繊維は、Ｓi−Ｍ1−Ｍ2−Ｏ−Ｎ系を
有するオキシナイトライドガラスからなり、ＳiＯ2、Ｓi
3Ｎ4およびＭ1Ｏをモル％にて下式： 65≦(ＳiＯ2＋3Ｓi3Ｎ4＋Ｍ1Ｏ)×100／(100＋2Ｓi3Ｎ4)＜100 ‥‥‥（ａ） 0.7≦(ＳiＯ2＋3Ｓi3Ｎ4)／Ｍ1Ｏ≦2.3 ‥‥‥（ｂ） ［式中、Ｍ1はＣaまたはＣa＋Ｍgであり、Ｍ2は前記以
外の金属を意味する。］を満足する量含有する。なお、
オキシナイトライドガラスはＳiＯ2 ０〜４０モル％、
ＣaＯ ２６〜７０モル％、ＭgＯ ０〜２０モル％および
Ｍ2２２原子％以下を含むのが好ましく、５原子％以上
の窒素を含有し、Ｓi−Ｎ結合に基づく緊密な架橋構造
を有する。
る好ましいガラス繊維は、Ｓi−Ｍ1−Ｍ2−Ｏ−Ｎ系を
有するオキシナイトライドガラスからなり、ＳiＯ2、Ｓi
3Ｎ4およびＭ1Ｏをモル％にて下式： 65≦(ＳiＯ2＋3Ｓi3Ｎ4＋Ｍ1Ｏ)×100／(100＋2Ｓi3Ｎ4)＜100 ‥‥‥（ａ） 0.7≦(ＳiＯ2＋3Ｓi3Ｎ4)／Ｍ1Ｏ≦2.3 ‥‥‥（ｂ） ［式中、Ｍ1はＣaまたはＣa＋Ｍgであり、Ｍ2は前記以
外の金属を意味する。］を満足する量含有する。なお、
オキシナイトライドガラスはＳiＯ2 ０〜４０モル％、
ＣaＯ ２６〜７０モル％、ＭgＯ ０〜２０モル％および
Ｍ2２２原子％以下を含むのが好ましく、５原子％以上
の窒素を含有し、Ｓi−Ｎ結合に基づく緊密な架橋構造
を有する。
【０００６】したがって強化繊維として好ましいオキシ
ナイトライドガラスはＳi−Ｃa−Ｍ2−Ｏ−ＮまたはＳi
−Ｃa−Ｍg−Ｍ2−Ｏ−Ｎガラス系を有し、また金属Ｍ2
はＡｌ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｂａ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｓｂ、Ｂ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｖ、Ｓｎなどである。
これらの金属は単独で、また２種以上を組み合わせて使
用してもよい。すなわち、好ましいオキシナイトライド
ガラスは、モル％にて次の式を満たす。 65≦(ＳiＯ2＋3Ｓi3Ｎ4＋ＣaＯ＋ＭgＯ)×100／(100＋2Ｓi3Ｎ4)＜100 ・・・・・・ (ａ)´ 0.7≦(ＳiＯ2＋3Ｓi3Ｎ4)／(ＣaＯ＋ＭgＯ)≦2.3 ・・・・・・ (ｂ)´ このオキシナイトライドガラスは必須成分としてＣａＯ
を含み、式中、ＣaＯは添加したＣaＯ、あるいはＣaＯ
に変換されうる化合物のモル％である。また、ＣａＯと
共にＭｇＯを含んでもよく、前記式中ＭgＯは添加した
ＭgＯ、あるいはＭgＯに変換されうる化合物のモル％で
ある。
ナイトライドガラスはＳi−Ｃa−Ｍ2−Ｏ−ＮまたはＳi
−Ｃa−Ｍg−Ｍ2−Ｏ−Ｎガラス系を有し、また金属Ｍ2
はＡｌ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｂａ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｓｂ、Ｂ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｖ、Ｓｎなどである。
これらの金属は単独で、また２種以上を組み合わせて使
用してもよい。すなわち、好ましいオキシナイトライド
ガラスは、モル％にて次の式を満たす。 65≦(ＳiＯ2＋3Ｓi3Ｎ4＋ＣaＯ＋ＭgＯ)×100／(100＋2Ｓi3Ｎ4)＜100 ・・・・・・ (ａ)´ 0.7≦(ＳiＯ2＋3Ｓi3Ｎ4)／(ＣaＯ＋ＭgＯ)≦2.3 ・・・・・・ (ｂ)´ このオキシナイトライドガラスは必須成分としてＣａＯ
を含み、式中、ＣaＯは添加したＣaＯ、あるいはＣaＯ
に変換されうる化合物のモル％である。また、ＣａＯと
共にＭｇＯを含んでもよく、前記式中ＭgＯは添加した
ＭgＯ、あるいはＭgＯに変換されうる化合物のモル％で
ある。
【０００７】本発明のＦＲＧに用いられる強化繊維は公
知のオキシナイトライドガラスに比べ多量のＣａを含有
する。前記式（ａ）が６５モル％より小さいと、オキシ
ナイトライドガラスは結晶化する。また、式（ｂ）が
０.７より小さいかあるいは２.３より大きいと、得られ
たガラスの窒素含有量が少なくなり、高弾性率のガラス
が得られない。
知のオキシナイトライドガラスに比べ多量のＣａを含有
する。前記式（ａ）が６５モル％より小さいと、オキシ
ナイトライドガラスは結晶化する。また、式（ｂ）が
０.７より小さいかあるいは２.３より大きいと、得られ
たガラスの窒素含有量が少なくなり、高弾性率のガラス
が得られない。
【０００８】このようなオキシナイトライドガラスを製
造するには、（i）ＳiＯ2、（ii）Ｓi3Ｎ4、または他の
金属窒化物、（iii）少なくとも１種のＭ2Ｏ、（iv）Ｃ
aＯまたはＣaＯ＋ＭgＯを混合する。
造するには、（i）ＳiＯ2、（ii）Ｓi3Ｎ4、または他の
金属窒化物、（iii）少なくとも１種のＭ2Ｏ、（iv）Ｃ
aＯまたはＣaＯ＋ＭgＯを混合する。
【０００９】前記（ii）のＳi3Ｎ4以外の金属窒化物と
しては、ＡｌＮ、ＢＮが挙げられる。前記（iii）の金
属酸化物としてはＡｌ2Ｏ3、ＢaＯ、Ｓb2Ｏ3、ＳrＯ、
Ｎa2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌa2Ｏ3、ＣeＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＺrＯ2、Ｔ
iＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｃr2Ｏ3、ＰbＯ、Ｖ2Ｏ5、ＳnＯ2など、
あるいは熱分解によりこれらの金属酸化物となる炭酸
塩、水酸化物、シュウ酸塩を配合してもよい。また、Ｃ
aＯおよびＭgＯの代わりに熱分解によりＣaＯまたはＭg
Ｏとなる化合物、例えば炭酸塩、水酸化物、シュウ酸塩
などを用いてもよい。
しては、ＡｌＮ、ＢＮが挙げられる。前記（iii）の金
属酸化物としてはＡｌ2Ｏ3、ＢaＯ、Ｓb2Ｏ3、ＳrＯ、
Ｎa2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌa2Ｏ3、ＣeＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＺrＯ2、Ｔ
iＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｃr2Ｏ3、ＰbＯ、Ｖ2Ｏ5、ＳnＯ2など、
あるいは熱分解によりこれらの金属酸化物となる炭酸
塩、水酸化物、シュウ酸塩を配合してもよい。また、Ｃ
aＯおよびＭgＯの代わりに熱分解によりＣaＯまたはＭg
Ｏとなる化合物、例えば炭酸塩、水酸化物、シュウ酸塩
などを用いてもよい。
【００１０】これらの原料は、モル％にて前記の式(ａ)
´、(ｂ)´を満たすように混合され、加熱、溶融してオ
キシナイトライドガラスを得る。該混合物の溶融は１４
００〜１９５０℃にて１分〜３時間、加熱速度１０〜８
００℃／分にて窒素、アルゴンなどの不活性ガスの雰囲
気下にて行うのが好ましい。
´、(ｂ)´を満たすように混合され、加熱、溶融してオ
キシナイトライドガラスを得る。該混合物の溶融は１４
００〜１９５０℃にて１分〜３時間、加熱速度１０〜８
００℃／分にて窒素、アルゴンなどの不活性ガスの雰囲
気下にて行うのが好ましい。
【００１１】ついで、得られたオキシナイトライドガラ
スを急冷、または緩冷する。冷却したオキシナイトライ
ドガラスを１１００〜１６００℃に加熱した紡糸装置に
移し、不活性雰囲気にて紡糸速度２０〜３０００ｍ／分
にて紡糸し連続繊維を得る。他の紡糸方法としては、オ
キシナイトライドガラスを紡糸装置の加熱炉にて溶融温
度から１１００〜１６００℃まで冷却し不活性雰囲気下
に紡糸してもよい。この方法では、オキシナイトライド
ガラスの原料をフィダーにて紡糸装置内の加熱炉に連続
的に供給し直接紡糸を行う。
スを急冷、または緩冷する。冷却したオキシナイトライ
ドガラスを１１００〜１６００℃に加熱した紡糸装置に
移し、不活性雰囲気にて紡糸速度２０〜３０００ｍ／分
にて紡糸し連続繊維を得る。他の紡糸方法としては、オ
キシナイトライドガラスを紡糸装置の加熱炉にて溶融温
度から１１００〜１６００℃まで冷却し不活性雰囲気下
に紡糸してもよい。この方法では、オキシナイトライド
ガラスの原料をフィダーにて紡糸装置内の加熱炉に連続
的に供給し直接紡糸を行う。
【００１２】得られたガラスは窒素含有量５〜３０原子
％、弾性率１００〜１２５ＧＰａ、引張強度１.０〜７
ＧＰａを有する。窒素含有量が５原子％より小さいと、
ガラスは高い弾性率を示さない。一方、窒素含有量が３
０原子％を越えるとガラスは結晶化する。窒素含有量の
調整は原料中の窒化物の量により行う。ガラス繊維の径
は３〜５０μｍであるのが好ましい。径がこの範囲より
も小さいと、紡糸操作が困難となる。一方、径がその範
囲より大きいと、強度が著しく低下する。ガラス繊維は
連続繊維であってもよく、また０.５〜１００ｍｍの短
繊維であってもよい。
％、弾性率１００〜１２５ＧＰａ、引張強度１.０〜７
ＧＰａを有する。窒素含有量が５原子％より小さいと、
ガラスは高い弾性率を示さない。一方、窒素含有量が３
０原子％を越えるとガラスは結晶化する。窒素含有量の
調整は原料中の窒化物の量により行う。ガラス繊維の径
は３〜５０μｍであるのが好ましい。径がこの範囲より
も小さいと、紡糸操作が困難となる。一方、径がその範
囲より大きいと、強度が著しく低下する。ガラス繊維は
連続繊維であってもよく、また０.５〜１００ｍｍの短
繊維であってもよい。
【００１３】また、かかるガラス繊維の形態は、クロ
ス、ロービング、ヤーン、ステープル、チョップドスト
ランド、ウール、ペーパー、マットなどのいずれであっ
てもよい。 なお、ガラス繊維には集束剤としてデンプ
ン、ポリビニルアルコールなどの公知のガラス繊維用の
表面処理剤を用いてもよい。さらに該表面処理剤には柔
軟剤(カチオン界面活性剤)、静電除去剤などが配合され
てもよい。
ス、ロービング、ヤーン、ステープル、チョップドスト
ランド、ウール、ペーパー、マットなどのいずれであっ
てもよい。 なお、ガラス繊維には集束剤としてデンプ
ン、ポリビニルアルコールなどの公知のガラス繊維用の
表面処理剤を用いてもよい。さらに該表面処理剤には柔
軟剤(カチオン界面活性剤)、静電除去剤などが配合され
てもよい。
【００１４】一方、本発明の繊維強化ガラスに用いられ
るマトリックスガラスとしては、従来ＦＲＧのマトリッ
クスガラスとして公知のガラスが用いられる。例えば、
鉛ガラス、鉛シリカガラス、フリントガラス、亜鉛バリ
ウムシリカガラスなどが好ましい。
るマトリックスガラスとしては、従来ＦＲＧのマトリッ
クスガラスとして公知のガラスが用いられる。例えば、
鉛ガラス、鉛シリカガラス、フリントガラス、亜鉛バリ
ウムシリカガラスなどが好ましい。
【００１５】本発明のＦＲＧにおいて、強化繊維の含有
率は８０体積％以下である。強化繊維の含有率が８０体
積％を越えると繊維中に気泡が残るなど複合材料が緻密
化せず透明性が低下する。
率は８０体積％以下である。強化繊維の含有率が８０体
積％を越えると繊維中に気泡が残るなど複合材料が緻密
化せず透明性が低下する。
【００１６】本発明ＦＲＧの製造するには、マトリック
スとなるガラス粉末のスラリーを調製し、これを強化用
ガラス繊維に含浸させその後、加熱溶融する公知の方法
を用いることができる。ここで用いられるスラリーはイ
ソプロピルアルコール、ｎ−ブタノール、sec−ブタノ
ールなどの有機溶融およびポリエチレングリコールなど
の粘度調整剤を加えこれに粒径１〜２０μｍの前記マト
リックスガラス粉末を加える。スラリーのガラス粉末濃
度は２０〜９０重量％が好ましい。このスラリーにオキ
シナイトライドガラス繊維を浸漬してスラリーを含浸さ
せる。ついでスラリーを含浸した繊維束を乾燥した後、
高温加圧処理して繊維強化ガラスに成形する。高温加圧
処理による成形温度はマトリックスガラスの軟化点付近
（軟化点±１００℃程度）であるのが好ましい。また、
成形圧力は１〜３０ＭＰａ程度で行うのが好ましい。
スとなるガラス粉末のスラリーを調製し、これを強化用
ガラス繊維に含浸させその後、加熱溶融する公知の方法
を用いることができる。ここで用いられるスラリーはイ
ソプロピルアルコール、ｎ−ブタノール、sec−ブタノ
ールなどの有機溶融およびポリエチレングリコールなど
の粘度調整剤を加えこれに粒径１〜２０μｍの前記マト
リックスガラス粉末を加える。スラリーのガラス粉末濃
度は２０〜９０重量％が好ましい。このスラリーにオキ
シナイトライドガラス繊維を浸漬してスラリーを含浸さ
せる。ついでスラリーを含浸した繊維束を乾燥した後、
高温加圧処理して繊維強化ガラスに成形する。高温加圧
処理による成形温度はマトリックスガラスの軟化点付近
（軟化点±１００℃程度）であるのが好ましい。また、
成形圧力は１〜３０ＭＰａ程度で行うのが好ましい。
【００１７】
【実施例】つぎに本発明を実施例に基づきさらに具体的
に説明する。実施例中、％はモル％を意味する。
に説明する。実施例中、％はモル％を意味する。
【００１８】［実施例１］ （オキシナイトライドガラス繊維の製造）図２に示す装
置を用い強化用オキシナイトライドガラス繊維の紡糸を
行った。ガラス原料としてＳiＯ2（８.６％）、Ｓi3Ｎ4
（１９.４％）、ＣaＯ（５９.８％）、ＭｇＯ（６.９
％）、Ａｌ2Ｏ3（５.２％）［ａ＝９６.２、ｂ＝１.０
０、窒素含有量２３.４原子％］の各粉末を用いた。こ
のガラス原料１を混合して紡糸装置のホッパーから加熱
装置内の溶融ルツボ２に供給した。ルツボ２内の混合物
を窒素雰囲気下、１７８０℃にて１２時間溶融した。つ
いでこの溶融混合物を１５７０℃に降温してブッシング
３より２０００ｍ／分にて紡糸しワインダー４に巻き取
り連続繊維を得た。得られたオキシナイトライドガラス
繊維は引張弾性率２１４ＧＰa、引張強度３.７８ＧＰ
ａ、繊維径１２〜１５μｍ、密度２.８９ｇ／ｃｍ3、繊
維束のフィラメント数約１００本であった。
置を用い強化用オキシナイトライドガラス繊維の紡糸を
行った。ガラス原料としてＳiＯ2（８.６％）、Ｓi3Ｎ4
（１９.４％）、ＣaＯ（５９.８％）、ＭｇＯ（６.９
％）、Ａｌ2Ｏ3（５.２％）［ａ＝９６.２、ｂ＝１.０
０、窒素含有量２３.４原子％］の各粉末を用いた。こ
のガラス原料１を混合して紡糸装置のホッパーから加熱
装置内の溶融ルツボ２に供給した。ルツボ２内の混合物
を窒素雰囲気下、１７８０℃にて１２時間溶融した。つ
いでこの溶融混合物を１５７０℃に降温してブッシング
３より２０００ｍ／分にて紡糸しワインダー４に巻き取
り連続繊維を得た。得られたオキシナイトライドガラス
繊維は引張弾性率２１４ＧＰa、引張強度３.７８ＧＰ
ａ、繊維径１２〜１５μｍ、密度２.８９ｇ／ｃｍ3、繊
維束のフィラメント数約１００本であった。
【００１９】（ＦＲＧの製造）マトリックスガラスの原
料粉末［ＳｉＯ2５８％、Ｎａ2Ｏ（Ｎａ2ＣＯ3を用い
た）１６％、ＰｂＯ２６％］を混合し、１０５０℃にて
３時間溶融して均一なガラスを得た。これを粉砕機で粉
砕後ふるい分けし、平均粒径１μｍの粉末とした。この
粉末８５ｇをイソプロピルアルコール０.１３Ｌおよび
ポリエチレングリコール（分子量１０００）２４ｇと混
合してスラリーとした。このスラリーを図１に示す装置
のスラリー浴６に入れ前記のオキシナイトライドガラス
の繊維束５を該スラリー浴６中に導入してオキシナイト
ライドガラス繊維にスラリーを含浸させた。スラリーを
含浸した繊維束５を１００℃にて１時間乾燥し５０×５
０ｍｍのシートに切り出した。シートの厚みは約５０μ
ｍであった。このシートの繊維方向を揃えて５０枚つみ
重ね、４００℃にて２時間熱処理した。つぎに、ホット
プレスを用いて５７０℃、１０ＭＰａにて３０分間処理
した。得られた複合材料は、繊維含有率が約６０％体積
であった。光の透過率を測定した結果、図３に示すよう
に波長５００ｎｍ以上で高い透明性を示した。また破壊
靭性は１５〜２０ＭＰａｍ1/2でありマトリックスのみ
（０.７〜１.０ＭＰａｍ1/2）の場合に比べはるかに高
靭化した。
料粉末［ＳｉＯ2５８％、Ｎａ2Ｏ（Ｎａ2ＣＯ3を用い
た）１６％、ＰｂＯ２６％］を混合し、１０５０℃にて
３時間溶融して均一なガラスを得た。これを粉砕機で粉
砕後ふるい分けし、平均粒径１μｍの粉末とした。この
粉末８５ｇをイソプロピルアルコール０.１３Ｌおよび
ポリエチレングリコール（分子量１０００）２４ｇと混
合してスラリーとした。このスラリーを図１に示す装置
のスラリー浴６に入れ前記のオキシナイトライドガラス
の繊維束５を該スラリー浴６中に導入してオキシナイト
ライドガラス繊維にスラリーを含浸させた。スラリーを
含浸した繊維束５を１００℃にて１時間乾燥し５０×５
０ｍｍのシートに切り出した。シートの厚みは約５０μ
ｍであった。このシートの繊維方向を揃えて５０枚つみ
重ね、４００℃にて２時間熱処理した。つぎに、ホット
プレスを用いて５７０℃、１０ＭＰａにて３０分間処理
した。得られた複合材料は、繊維含有率が約６０％体積
であった。光の透過率を測定した結果、図３に示すよう
に波長５００ｎｍ以上で高い透明性を示した。また破壊
靭性は１５〜２０ＭＰａｍ1/2でありマトリックスのみ
（０.７〜１.０ＭＰａｍ1/2）の場合に比べはるかに高
靭化した。
【００２０】［実施例２］ （オキシナイトライドガラス繊維の製造）実施例１と同
様にして強化用オキシナイトライドガラス繊維の紡糸を
行った。ガラス原料としてＳiＯ2（２８.５％）、Ｓi3
Ｎ4（５.０％）、ＣaＯ（５３.５％）、ＭｇＯ（６.０
％）、Ａｌ2Ｏ3（７.０％）［ａ＝０.９４、ｂ＝０.７
３、窒素含有量７.３原子％］の各粉末を用いた。この
ガラス原料を混合して溶融ルツボ中、窒素雰囲気下、１
６５０℃にて１２時間溶融した。ついでこの溶融混合物
を１５００℃に降温して紡糸し巻き取って連続繊維を得
た。得られたオキシナイトライドガラス繊維は引張弾性
率１０５ＧＰa、引張強度３.５ＧＰａ、繊維径１２〜１
５μｍ、繊維束のフィラメント数約１００本であった。
様にして強化用オキシナイトライドガラス繊維の紡糸を
行った。ガラス原料としてＳiＯ2（２８.５％）、Ｓi3
Ｎ4（５.０％）、ＣaＯ（５３.５％）、ＭｇＯ（６.０
％）、Ａｌ2Ｏ3（７.０％）［ａ＝０.９４、ｂ＝０.７
３、窒素含有量７.３原子％］の各粉末を用いた。この
ガラス原料を混合して溶融ルツボ中、窒素雰囲気下、１
６５０℃にて１２時間溶融した。ついでこの溶融混合物
を１５００℃に降温して紡糸し巻き取って連続繊維を得
た。得られたオキシナイトライドガラス繊維は引張弾性
率１０５ＧＰa、引張強度３.５ＧＰａ、繊維径１２〜１
５μｍ、繊維束のフィラメント数約１００本であった。
【００２１】（ＦＲＧの製造）マトリックスガラスの原
料粉末としてＳｉＯ2６４.７％、Ｎａ2Ｏ（Ｎａ2ＣＯ3
を用いた）１７.８％、ＰｂＯ１７.５％を用い、１１５
０℃にて３時間溶融して均一なマトリックスガラスを得
た以外は、実施例１と同様にして強化繊維の方向を揃え
た熱処理シートを得た。つぎに、このシートをホットプ
レスを用いて５９０℃、１０ＭＰａにて３０分間処理し
た。得られた複合材料は、繊維含有率が約６０体積％で
あった。光の透過率を測定した結果、実施例１と同様に
波長５００ｎｍ以上で高い透明性を示した。また破壊靭
性は１０〜１３ＭＰaｍ1/2でありマトリックスのみ
（０.７〜１.０ＭＰaｍ1/2）の場合に比べはるかに高靭
化した。
料粉末としてＳｉＯ2６４.７％、Ｎａ2Ｏ（Ｎａ2ＣＯ3
を用いた）１７.８％、ＰｂＯ１７.５％を用い、１１５
０℃にて３時間溶融して均一なマトリックスガラスを得
た以外は、実施例１と同様にして強化繊維の方向を揃え
た熱処理シートを得た。つぎに、このシートをホットプ
レスを用いて５９０℃、１０ＭＰａにて３０分間処理し
た。得られた複合材料は、繊維含有率が約６０体積％で
あった。光の透過率を測定した結果、実施例１と同様に
波長５００ｎｍ以上で高い透明性を示した。また破壊靭
性は１０〜１３ＭＰaｍ1/2でありマトリックスのみ
（０.７〜１.０ＭＰaｍ1/2）の場合に比べはるかに高靭
化した。
【００２２】［比較例１］ （オキシナイトライドガラス繊維の製造）実施例１と同
様にして強化用オキシナイトライドガラス繊維の紡糸を
行った。ガラス原料としてＳiＯ2（３２.０％）、Ｓi3
Ｎ4（３.０％）、ＣaＯ（５２.４％）、ＭｇＯ（６.０
％）、Ａｌ2Ｏ3（６.６％）［ａ＝０.９４、ｂ＝０.７
０、窒素含有量４.５原子％］の各粉末を用いた。この
ガラス原料を混合して溶融ルツボ中、窒素雰囲気下、１
６３０℃にて１２時間溶融した。ついでこの溶融混合物
を１４９０℃に降温して紡糸し巻き取って連続繊維を得
た。得られたオキシナイトライドガラス繊維は引張弾性
率９８ＧＰa、引張強度３.５ＧＰａ、繊維径１２〜１５
μｍ、繊維束のフィラメント数約１００本であった。
様にして強化用オキシナイトライドガラス繊維の紡糸を
行った。ガラス原料としてＳiＯ2（３２.０％）、Ｓi3
Ｎ4（３.０％）、ＣaＯ（５２.４％）、ＭｇＯ（６.０
％）、Ａｌ2Ｏ3（６.６％）［ａ＝０.９４、ｂ＝０.７
０、窒素含有量４.５原子％］の各粉末を用いた。この
ガラス原料を混合して溶融ルツボ中、窒素雰囲気下、１
６３０℃にて１２時間溶融した。ついでこの溶融混合物
を１４９０℃に降温して紡糸し巻き取って連続繊維を得
た。得られたオキシナイトライドガラス繊維は引張弾性
率９８ＧＰa、引張強度３.５ＧＰａ、繊維径１２〜１５
μｍ、繊維束のフィラメント数約１００本であった。
【００２３】（ＦＲＧの製造）マトリックスガラスの原
料粉末としてＳｉＯ2６４.５％、Ｎａ2Ｏ（Ｎａ2ＣＯ3
を用いた）１９.０％、ＰｂＯ１６.５％を用い、１２５
０℃にて３時間溶融して均一なマトリックスガラスを得
た以外は、実施例１と同様にして強化繊維の方向を揃え
た熱処理シートを得た。つぎに、このシートをホットプ
レスを用いて６００℃、１０ＭＰａにて３０分間処理し
た。得られた複合材料は、繊維含有率が約６０体積％で
あった。破壊靭性は０.５〜１.７ＭＰaｍ1/2でありマト
リックスのみ（０.７〜１.１ＭＰaｍ1/2）の場合に比べ
大きな破壊靭性の向上はなかった。
料粉末としてＳｉＯ2６４.５％、Ｎａ2Ｏ（Ｎａ2ＣＯ3
を用いた）１９.０％、ＰｂＯ１６.５％を用い、１２５
０℃にて３時間溶融して均一なマトリックスガラスを得
た以外は、実施例１と同様にして強化繊維の方向を揃え
た熱処理シートを得た。つぎに、このシートをホットプ
レスを用いて６００℃、１０ＭＰａにて３０分間処理し
た。得られた複合材料は、繊維含有率が約６０体積％で
あった。破壊靭性は０.５〜１.７ＭＰaｍ1/2でありマト
リックスのみ（０.７〜１.１ＭＰaｍ1/2）の場合に比べ
大きな破壊靭性の向上はなかった。
【００２４】
【発明の効果】本発明の繊維強化ガラスは、補強繊維と
マトリックスガラスとの接着性にすぐれ、高強度、高靭
性(耐衝撃性)を示すと共に高い透明度を有する。
マトリックスガラスとの接着性にすぐれ、高強度、高靭
性(耐衝撃性)を示すと共に高い透明度を有する。
【図１】本発明の繊維強化ガラスを製造する装置の一具
体例を示す概略図である。
体例を示す概略図である。
【図２】オキシナイトライドガラス繊維の製造装置の一
具体例を示す概略図である。
具体例を示す概略図である。
【図３】本発明の繊維強化ガラスの透過率を示すグラフ
である。
である。
５ 繊維束 ６ スラリー浴
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−22146（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−217435（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−103334（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−217332（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−26850（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03C 14/00
Claims (3)
- 【請求項１】 窒素含有量５原子％以上のガラス繊維を
強化繊維として用いた波長５００ｎｍ以上における透過
率５０％以上の繊維強化ガラス。 - 【請求項２】 ガラス繊維がＳi−Ｍ1−Ｍ2−Ｏ−Ｎ系
を有するオキシナイトライドガラスであって、ＳiＯ2、
Ｓi3Ｎ4およびＭ1Ｏをモル％にて下式： 65≦(ＳiＯ2＋3Ｓi3Ｎ4＋Ｍ1Ｏ)×100／(100＋2Ｓi3Ｎ4)＜100 ‥‥‥（ａ） 0.7≦(ＳiＯ2＋3Ｓi3Ｎ4)／Ｍ1Ｏ≦2.3 ‥‥‥（ｂ） ［式中、Ｍ1はＣaまたはＣa＋Ｍgであり、Ｍ2は前記以
外の金属を意味する。］を満足する量含有する前記請求
項１記載の繊維強化ガラス。 - 【請求項３】 マトリックスとなるガラス粉末のスラリ
ーを調製し、該スラリーを窒素含有量５原子％以上のガ
ラス繊維中に含浸させ、ついで加熱加圧することを特徴
とする請求項１の繊維強化ガラスの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18331891A JP3158504B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 繊維強化ガラスおよびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18331891A JP3158504B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 繊維強化ガラスおよびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH059041A JPH059041A (ja) | 1993-01-19 |
| JP3158504B2 true JP3158504B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=16133606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18331891A Expired - Lifetime JP3158504B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 繊維強化ガラスおよびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3158504B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2627488B2 (ja) * | 1994-06-15 | 1997-07-09 | ヒカリ電工株式会社 | 装飾模様を有するガラス製品の製造方法 |
| US7238402B2 (en) | 2004-03-10 | 2007-07-03 | Johns Manville | Glass fibers and mats having improved surface structures in gypsum boards |
| FR2997392B1 (fr) * | 2012-10-29 | 2015-06-26 | Saint Gobain | Procede de fabrication de verre mince |
-
1991
- 1991-06-27 JP JP18331891A patent/JP3158504B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH059041A (ja) | 1993-01-19 |
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