[发明专利]一种玻璃纤维组合物及由其制成的具有低介电常数的玻璃纤维

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种玻璃纤维组合物及由该组合物制成的玻璃纤维，尤其涉及具有低介电常数的玻璃纤维，特别适用于印刷电路板领域。 

（二）背景技术

E玻璃是用于生产连续玻璃纤维最常用的玻璃成分，也称无碱玻璃。E玻璃的主要优点在于其成型温度与液相线温度之差较大，玻璃纤维成型过程中不易发生失透现象；同时，E玻璃可以在较低的温度下熔化并澄清，易于实现大规模池窑生产。传统的电子级E玻璃纤维作为基材被广泛应用于印刷电路板领域，在室温及1MHz频率下，它的介电常数在7.0左右。一般而言，材料的介电常数与介电损耗成正比，与电绝缘性能成反比。材料的介电常数越小，介电损耗越小，电绝缘性能越好。 

随着全球电子产业的蓬勃发展，电子产品不断向轻薄短小、高速及高频化演变，这对印刷电路板是新的挑战，要求作为基材的电子级玻璃纤维具有更低的介电损耗及更优的电绝缘性能，而传统E玻璃及其改良配方已无法满足这些要求。因此，开发一种比E玻璃纤维具有更低介电常数的玻璃纤维势在必行。 

基于上述原因，近些年国内外在该领域做了不少研究，但已知的研究成果在实际生产或应用中均存在一些缺陷。如国外研究人员开发出了一种称为D玻璃的低介电玻璃，其典型玻璃组分按重量百分比计为：SiO₂75.3%、Al₂O₃0.7%、B₂O₃19.6%、Na₂O1.8%、K₂O1.2%、CaO0.8%、MgO0.4%。在室温及1MHz频率下，D玻璃的介电常数低于4.5，介电损耗方面表现出色。但是，D玻璃的缺点也很突出，组分设计不合理，玻璃难熔化、难澄清，不利于纤维拉制；同时，氧化铝含量过低及碱金属含量较高，导致D玻璃的耐水性能不佳。美国专利申请20030054936中公开了一种具有低介电常数的玻璃纤维，虽然解决了D玻璃耐水性差的问题，但是介电常数在5.0左右，介电损耗方面表现不佳。中国专利申请200410087570.5中公开了一种具有低介电常数的玻璃纤维，为了低成本地降低玻璃熔化和澄清难度，引入了过多的碱土金属氧化物，导致介电常数较高， 介电损耗方面的表现也不理想。 

（三）发明内容

本发明是鉴于低介电玻璃纤维现有技术中存在的诸多不足，并结合玻璃纤维的生产工艺特点，提供了一种玻璃纤维组合物以及由该组合物制成的玻璃纤维，所述的玻璃纤维组合物可获得介电常数低、纤维成型范围大、玻璃析晶危险小及耐水性能好的玻璃纤维。 

为了达到上述目的，发明人的主要技术手段是通过引入适量五氧化二磷，合理设计五氧化二磷与氧化硼、氧化镁加氧化锶与氧化钙的比例关系，同时保证氧化铝及氧化硅用量，选择性地引入低含量的碱金属氧化物及氟。这些措施不仅能获得较低的玻璃介电常数和较高的耐水性能，还能改善玻璃的熔制效果，降低玻璃的析晶倾向，有利于提高玻璃纤维的成型效率。 

本发明采用的技术方案具体如下： 

本发明提供了一种玻璃纤维组合物，其含有下述组分，各组分的重量百分含量表示如下： 

本发明的玻璃纤维组合物中各组分的限定理由如下： 

SiO₂是形成玻璃骨架的主要氧化物，并且起稳定各组分的作用。本发明为了获得更好的玻璃熔制效果，希望SiO₂含量低一些，但为了保证玻璃结构稳定及良好的耐水性能，SiO₂含量又不能过低，故限定SiO₂含量范围为50～58%，优选52～56%。 

Al₂O₃也是形成玻璃骨架的氧化物，在阻止玻璃分相和抗水性方面起着重要 作用。一般认为氧化铝含量低于10%时，玻璃对水解侵蚀会更敏感，为了获得更好的玻璃耐水性能，尽可能降低玻璃析晶风险，希望Al₂O₃含量高一些，但其含量太高会使玻璃粘度过高导致熔化、澄清困难，故本发明限定Al₂O₃含量范围为10.5～16%，优选11～15%。