KR101187989B1

KR101187989B1 - 열전도성 향상을 위한 유리섬유 조성물

Info

Publication number: KR101187989B1
Application number: KR1020090105002A
Authority: KR
Inventors: 조문수
Original assignee: 주식회사 한국카본
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2012-10-04
Also published as: KR20110048265A

Abstract

본 발명은 열전도성을 향상시킬 수 있는 유리섬유 조성물에 관한 것이고, 구체적으로 전기 절연성을 유지하면서 일정 수준의 열 방출이 가능한 유리섬유의 제조를 위한 유리섬유 조성물에 관한 것이다. 유리섬유의 제조를 위한 조성물은 실리카(SiO₂) 56 내지 72 wt%; 산화알루미늄(Al₂O₃) 8 내지 22 wt%; 석고(CaO) 6 내지 8 wt%; 산화마그네슘(MgO) 3.5 내지 5 wt%; 알칼리산화물(R₂O) 0.3 내지 0.6 wt%; 제2산화철 0.010 내지 0.02 wt%: 및 전체가 100 wt%가 되도록 하는 붕소(B₂O₃)를 포함하고, 상기에서 알칼리산화물(R₂O)은 산화리튬(Li₂O), 산화나트륨(Na₂O) 및 산화칼륨(K₂O)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다.

열전도성, 실리카, 산화마그네슘, 용융물, 산화나트륨

Description

열전도성 향상을 위한 유리섬유 조성물{Composition of Glass Fiber for Improving Thermal Conductivity}

본 발명은 열전도성을 향상시킬 수 있는 유리섬유 조성물에 관한 것이고, 구체적으로 전기 절연성을 유지하면서 일정 수준의 열 방출이 가능한 유리섬유의 제조를 위한 유리섬유 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 유리섬유는 원료를 고온에서 용융하여 2 내지 30 ㎛의 필라멘트 형태로 제조된 비정질 인조 광물 무기질 섬유를 의미한다. 유리섬유는 내열성, 내화학성, 전기절연성 및 단열성을 가지면서 이와 동시에 흡수성을 가지지 않고 신장성이 작다는 특성을 가진다. 이와 같은 특성을 가지는 유리섬유는 시트 형태, 웹 형태 또는 위스커(whisker) 형태로 만들어져 내화 직물 또는 전기 절연재료의 용도로 사용되거나 보온, 흡음 방음재 또는 공기 여과의 용도로 건축 소재로 사용될 수 있다.

유리섬유의 제조를 위한 조성물과 관련된 선행기술로 특허공개번호 제2005-0104728호 “생분해성 유리 섬유 조성물”이 있다. 상기 선행기술은 생분해성과 내 수성이 우수한 유리 섬유 조성물에 관한 것으로 이산화규소(SiO₂) 61~66 wt%, 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.1 내지 2.5 wt%, 산화바륨(B₂O₃4~8wt%, Na₂O+K₂O 12~17 wt% 및 CaO+MgO 9~15 wt%로 이루어진 유리섬유 조성물에 대하여 개시하고 있다.

공지된 유리섬유 또는 선행기술에서 개시된 유리섬유는 다른 일반적인 물성과 함께 단열성을 가지도록 제조된다. 그러나 유리섬유는 용도에 따라 일정 수준 이상의 열을 방출할 수 있도록 만들어질 필요가 있다. 예를 들어 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)에서 보강 또는 절연을 위한 중간 소재로 사용되는 경우 유리섬유는 기판에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출시킬 수 있도록 만들어지는 것이 유리하다.

본 발명은 이와 같이 방열의 필요가 있는 소재로 사용되기 위한 유리섬유의 제조를 위한 유리섬유 조성물을 제안하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 전기 절연성과 방열 특성을 동시에 가진 유리섬유의 제조를 위한 유리섬유 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 유리섬유의 제조를 위한 조성물은 실리카(SiO₂) 56 내지 72 wt%; 산화알루미늄(Al₂O₃) 8 내지 22 wt%; 석고(CaO) 6 내지 8 wt%; 산화마그네슘(MgO) 3.5 내지 5 wt%; 알칼리산화물(R₂O) 0.3 내지 0.6 wt%; 제2산화철 0.010 내지 0.02 wt%: 및 전체가 100 wt%가 되도록 하는 붕소(B₂O₃)를 포함하고, 상기에서 알칼리산화물(R₂O)은 산화리튬(Li₂O), 산화나트륨(Na₂O) 및 산화칼륨(K₂O)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 산화알루미늄의 양은 적어도 15 wt%가 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 실리카 : 석고의 중량비는 적어도 9:1이 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 인쇄회로기판 또는 조명기구에 적용될 수 있는 유리섬유 시트가 제공된다.

본 발명에 따른 조성물에 의하여 제조된 유리섬유는 시트 형태, 웹 형태 또 는 위스커 형태로 만들어져 방열이 요구되는 인쇄회로기판 또는 조명기구의 지지체를 위한 보강재로 사용될 수 있다는 이점을 가진다. 이와 함께 본 발명에 따른 유리섬유 조성물은 방열성과 함께 용도에 따라 요구되는 전기 절연성을 가진다는 장점을 가진다.

아래에서 본 발명은 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.

본 발명에 따른 유리섬유의 제조를 위한 조성물은 실리카, 석고 및 붕소 성분을 기초로 하면서 알칼리산화물(R₂O)을 포함하고 그리고 열전도성을 높이기 위한 적정량의 산화알루미늄과 산화마그네슘을 포함한다.

구체적으로 본 발명에 따른 조성물은 실리카(SiO₂) 56 내지 72 wt%; 산화알루미늄(Al₂O₃) 8 내지 22 wt%; 석고(CaO) 6 내지 8 wt%; 산화마그네슘(MgO) 3.5 내지 5 wt%; 알칼리산화물(R₂O) 0.3 내지 0.6 wt%; 제2산화철 0.010 내지 0.02 wt%: 및 전체가 100 wt%가 되도록 하는 붕소(B₂O₃)를 포함할 수 있고 알칼리산화물(R₂O)은 산화리튬(Li₂O), 산화나트륨(Na₂O) 및 산화칼륨(K₂O)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.

유리섬유의 조성물은 기본적으로 유리 조성물의 네트워크를 형성하여 안정화시키는 실리카, 충진 기능을 가지면서 점도를 감소시키는 석고 및 융점을 조절하는 한편 제조된 유리섬유에 탄성을 부여하기 위한 붕산을 포함한다. 용융제의 기능을 가지는 알칼리 산화물은 산화리튬, 산화나트륨 및 산화칼륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나가 될 수 있지만 바람직하게 적어도 2개의 혼합물로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 조성물에서 열전도성은 2가지 방법으로 개선될 수 있다. 구체적으로 실리카와 석고의 상대적인 중량에 의하여 조절될 수 있고 그리고 산화마그네슘 또는 산화알루미늄의 양을 조절하는 것에 의하여 열전도성이 개선될 수 있다.

석고의 열전도율은 약 0.8 W/mK가 되고 결정성 이산화규소의 열전도율은 약 1.3 W/mK가 된다. 그러므로 다른 성분을 제외하면 열전도성을 향상시키기 위하여 석고의 양의 적을수록 유리하다. 다른 한편으로 석고는 점도를 감소시킬 수 있으므로 융용 과정에서 점도를 일정 수준으로 유지할 수 있는 양이 되어야 한다. 본 발명에 따르면, 이산화규소 : 석고의 비는 7 :1 내지 12: 1이 될 수 있지만 바람직하게 적어도 9:1 될 수 있다.

열전도성을 조절하기 위한 다른 방법은 산화알루미늄과 산화마그네슘의 양을 증가시키는 것이다. 일반적으로 산화알루미늄의 열전도율은 30 내지 35 W/mK가 되고 산화마그네슘의 열전도율은 약 42 W/mK가 된다. 이와 같이 산화알루미늄 및 산화마그네슘은 조성물의 다른 성분에 비하여 큰 값의 열전도율을 가지므로 조성물에 많이 포함되는 것이 유리하다. 다른 한편으로 산화알루미늄은 네트워크 형성제의 기능을 가지고 산화마그네슘은 액상 온도의 조절 기능을 가지므로 적절한 양으로 조절될 필요가 있다. 본 발명에 따르면 산화알루미늄은 8 내지 22 wt%, 바람직하게 15 내지 22 wt%의 양으로 조성물에 포함되고 그리고 산화마그네슘은 3 내지 5 wt%, 바람직하게 4.5 내지 5 wt%로 조성물에 포함될 수 있다.

제2 산화철은 조성물에 포함되는 불순물의 함량에 해당되므로 원료의 순도에 의존하고 작은 값을 가지는 것이 유리하다.

위와 같은 조성물로부터 제조된 유리섬유는 다른 공지된 유리의 열전도율에 해당하는 0.76 W/mK보다 높은 0.85 W/mK 이상의 열전도율을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 조성물에 추가적으로 소량의 다이아몬드, 탄화규소(SiC), 결정성 실리카(SiO₂), 질화알루미늄(AlN), 질화붕산(BN), 질화규산(Si₃N₄) 및 산화베릴륨(BeO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질이 추가될 수 있다. 이와 같은 물질은 미세 입자 또는 미세 분말 형태로 만들어져 조성물에 분산된 형태로 첨가될 수 있다. 대안으로 제조된 유리섬유의 후 공정에서 미세 입자 또는 미세 분말 형태로 유리섬유 내부로 침투시키는 방법으로 첨가될 수 있다. 제시된 물질의 첨가량은 전체 조성물에 대하여 0.1 내지 10.0 wt%가 될 수 있다.

아래에서 본 발명에 따른 조성물의 실시 예에 대하여 설명을 한다.

실시 예

아래와 같은 원료를 사용하여 유리섬유의 제조를 위한 조성물을 형성하였다.

표 1: 유리섬유 조성물의 원료 혼합비

원료	실시예 1		실시예 2		실시 예 3
원료	투입량(kg)	wt%	투입량	wt%	투입량	wt%
석회석	250	3.8	250	3.8	250	3.8
회붕석	1200	18.5	1200	18.5	1200	18.5
Na ₂ CO ₃	30	0.5	30	0.5	30	0.5
Na ₂ SO ₄	20	0.3	20	0.3	20	0.3
SiO ₂	3500	53.9	3800	58.5	4200	64.6
Al ₂ O ₃	1250	19.2	950	14.6	550	8.5
MgO	250	3.8	250	3.8	250	3.8
합계	6500	100	6500	100	6500	100

원료로부터 형성된 용융물의 성분은 아래와 같다.

표 2: 용융물의 성분비

성분	실시예 1	실시예 2	실시예 3
SiO₂	58.608	63.541	64.118
Al₂O₃	20.610	15.677	15.100
CaO	7.585	7.585	7.585
MgO	4.639	4.639	4.639
B₂O₃	7.975	7.975	7.975
R₂O	0.473	0.473	0.473
Fe₂O₃	0.016	0.016	0.016

원료는 정해진 비율로 혼합되어 용융로에 투입되고 1400 ℃ 이상의 고온에서 용융물로 형성되어 필라멘트 형태로 만들어지거나 또는 다수 개의 필라멘트를 모아 스트랜드(strand)로 만들어질 수 있다. 이와 같은 유리섬유의 제조공정은 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다.

조성물로부터 제조된 유리섬유는 시트, 매트 또는 위스커와 같은 다양한 형태로 제조되어 인쇄회로기판 또는 조명기구의 방열 시트 또는 패드로 사용될 수 있다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으면 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

Claims

유리섬유의 제조를 위한 조성물에 있어서,

실리카(SiO₂) 56 내지 72 wt%; 산화알루미늄(Al₂O₃) 8 내지 22 wt%; 석고(CaO) 6 내지 8 wt%; 산화마그네슘(MgO) 3.5 내지 5 wt%; 알칼리산화물(R₂O) 0.3 내지 0.6 wt%; 제2산화철 0.010 내지 0.02 wt%: 및 전체가 100 wt%가 되도록 하는 붕소(B₂O₃)를 포함하고,

상기에서 알칼리산화물(R₂O)은 산화리튬(Li₂O), 산화나트륨(Na₂O) 및 산화칼륨(K₂O)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어지며,

다이아몬드, 탄화규소(SiC), 결정성 실리카(SiO₂), 질화알루미늄(AlN), 질화붕산(BN), 질화규산(Si₃N₄) 및 산화베릴륨(BeO)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 0.1 내지 10.0 wt%의 양으로 포함하는 유리섬유의 제조를 위한 조성물.
청구항 1에 있어서, 산화알루미늄의 양은 적어도 15 wt%가 되는 것을 특징으로 하는 유리섬유의 제조를 위한 조성물.
청구항 1에 있어서, 실리카 : 석고의 중량비는 적어도 9:1이 되는 것을 특징으로 하는 유리섬유의 제조를 위한 조성물.
삭제
청구항 1에 따른 조성물로부터 제조된 섬유, 시트, 웹 또는 위스커 형태의 유리섬유 성형품.