本发明专利技术提供了一种低膨胀高模量玻璃纤维组合物以及玻璃纤维，包括如下组分：SiO265.14wt％～66.5wt％；Al2O315.72wt％～17.2wt％；MgO 5.55wt％～7.82wt％；CaO1.11wt％～2.91wt％；MgO与CaO的总含量小于10wt％；Nb2O50.52wt～1.95wt％；CaO/Nb2O5质量分数比值>0.5并且<4；TiO23.57wt～4.98wt％；其余杂质组分总含量不超过1wt％。本发明专利技术提供的玻璃纤维具有良好的工艺性、操作性、较低的热膨胀系数和介电常数和较高的弹性模量，适合用于印刷电路板领域。适合用于印刷电路板领域。适合用于印刷电路板领域。
【技术实现步骤摘要】
一种低膨胀高模量玻璃纤维组合物以及玻璃纤维
[0001]本专利技术涉及玻璃纤维领域，尤其涉及一种低膨胀高模量玻璃纤维组合物以及玻璃纤维。
技术介绍
[0002]随着5G技术的发展，开发出了安装在陶瓷芯片载体上的集成电路。此类电路包括玻璃纤维填充层压板，其上附着有集成电路芯片。5G时代的电子设备通信功率更大，设备发热量也更高，这就要求电路板的热膨胀系数与芯片的热膨胀系数不能相差太太，以防止两者在制作过程中发生分离。5G时代通信的特点是高频率、高速率、低延迟、高清晰，要求电路板具有低的介电常数。此外，5G通讯的电子设备尺寸更小，加工精密度更高，要求电路板具有高的弹性模量。为了满足这些要求，电路板中所使用的玻璃纤维的热膨胀系数(CTE)应小于约3.5ppm/℃，介电常数应小于6(1MHz)，杨氏弹性模量应大于90GPa。此外，也要求玻璃纤维生产时的成型温度(玻璃粘度为103泊时的温度)小于1400℃，且液相温度(析晶上限温度)应低于成型温度50℃以下。以下能用于电路板的玻璃纤维类型为业内已知，通常具有以下特性(表1)：
[0003]表1能用于电路板的玻璃纤维类型及性能
[0004] E
‑
glassL
‑
glassS
‑
glassCTE(ppm/℃)5.03.92.2弹性模量(GPa)73.56291成型温度(℃)131613501588液相温度(℃)110012001482介电常数(1MHz)74.85.3
[0005]这些玻璃类型中的每一种都未能在某些重要方面满足所有要求。例如，E玻璃的成型温度和液相线温度较低，但CTE和介电常数不可接受。L玻璃的介电常数较低，但CTE不可接受。S玻璃纤维的热膨胀系数、弹性模量和介电常数均满足要求，但是成型温度和液化温度很高，生产难度大。因此开发热膨胀系数(CTE)小于3.5ppm/℃，介电常数小于6(1MHz)，杨氏弹性模量大于90GPa，玻璃纤维生产时的成型温度小于1400℃，且液相线温度低于成型温度50℃以下的玻璃纤维成了迫切的需要。但要获得同时满足玻璃纤维的物理性能和成型性能的组成是很困难的。比如虽然提高组成中SiO2、Al2O3的含量可以降低热膨胀系数，但是成型温度增加的太高，提高MgO、TiO2的含量可以降低成型温度，但是介电常数、热膨胀系数及液相温度又会上升。解决问题的方法之一是在现有技术提供的玻璃纤维组成中添加B2O3，主要目的是为了降低成型温度、介电常数和热膨胀系数。这种组成的现有玻璃纤维虽然获得了较优的综合性能，但是不符合绿色生产的趋势。因此要获得组成中不含有B2O3，同时热膨胀系数(CTE)小于3.5ppm/℃，介电常数小于6(1MHz)，杨氏弹性模量大于90GPa，玻璃纤维生产时的成型温度小于1400℃，且液相线温度低于成型温度50℃以下的玻璃纤维组成就成了需要急切解决的技术难题。
技术实现思路
[0006]基于本领域现有技术存在的技术难题，本专利技术的目的在于一种热膨胀系数、弹性模量、成型温度、液相温度及介电常数均能满足使用需求的玻璃纤维组合物以及玻璃纤维。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种低膨胀高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，包括如下组分：
[0009][0010]在所述玻璃纤维中，二氧化硅是形成玻璃网络的主要氧化物之一，它主要起提高玻璃的机械强度、减少介电常数和热膨胀系数的作用，但含量过高会增加玻璃的粘度和熔化温度，使玻璃纤维难以成型。适当的含量才能提供最优的性能。本专利技术所述二氧化硅的含量为65.14wt％～66.5％的SiO2。
[0011]氧化铝也是形成玻璃网络的主要氧化物之一，它具有降低热膨胀系数、提高玻璃弹性模量的作用，但如果Al2O3含量过大，则会增加介电常数，玻璃熔化时粘度过大，成型困难，还容易出现析晶问题。本专利技术所述氧化铝含量为15.72wt％～17.2wt％％。
[0012]氧化镁属于玻璃结构网络外体氧化物，具有降低玻璃高温粘度的作用，同时降低介电常数、提高弹性模量。但如果MgO含量过高，则会使玻璃成型时容易析晶。本专利技术所述氧化镁的含量为5.55wt％％～7.82wt％。
[0013]氧化钙属于玻璃结构网络外体氧化物，具有降低玻璃高温粘度的作用，但同时增加介电常数和热膨胀系数。本专利技术所述氧化钙的含量为1.11wt％～2.91wt％。
[0014]为了获得低的介电常数和热膨胀系数，MgO与CaO含量之和＜10wt％；
[0015]Nb2O5在玻璃中可以提高弹性模量，降低膨胀系数。但是过量的Nb2O5容易造成成型时发生析晶，也会增加介电常数。本专利技术所述Nb2O5的含量为0.52wt～1.95wt％。
[0016]Nb2O5的掺入量和氧化钙的掺入量相关。CaO/Nb2O5的值＞0.5且＜4时，能起到降低液相温度，提高弹性模量，降低热膨胀系数的作用，如果CaO/Nb2O5的值≤0.5，则增加了液相温度，玻璃成型时容易析晶，如果比值≥4，则起不到降低热膨胀系数的作用。
[0017]一定量的二氧化钛有助于改善玻璃高温流动性和析晶倾向，降低热膨胀系数和提高弹性模量，但是过量的二氧化钛容易造成成型时发生析晶，也会增加介电常数。本专利技术所述二氧化钛的含量为3.57wt～4.98wt％。
[0018]所述杂质含量不大于1wt％。
[0019]原料所引入的微量杂质一般对本专利技术的玻璃纤维性能没有决定性的影响。本专利技术
微量杂质的含量不大于1wt％。
[0020]所述组分选自下述任一组：
[0021]SiO
2 65.14wt％、Al2O
3 17.2wt％、、MgO 7.82wt％、、CaO 2.15wt％、MgO与CaO的总含量9.97wt％、Nb2O
5 1.95wt％、CaO/Nb2O5质量分数比1.10、TiO
2 4.82wt％、余量为杂质；
[0022]SiO
2 66.5wt％、Al2O
3 15.72wt％、、MgO 7.7 2wt％、、CaO 2.21wt％、MgO与CaO的总含量9.93wt％、Nb2O
5 1.91wt％、CaO/Nb2O5质量分数比1.16、TiO
2 4.98wt％；
[0023]SiO
2 66.35wt％、Al2O
3 17.71wt％、、MgO 5.55wt％、、CaO 2.91wt％、MgO与CaO的总含量8.46wt％、Nb2O
5 1.78wt％、CaO/Nb2O5质量分数比1.63、TiO
2 4.75wt％、余量为杂质；
[0024]SiO
2 66.41wt％、Al2O
3 17.13wt％、、MgO 7.82wt％、CaO 1.11wt％、MgO与CaO的总含量8.93wt％、Nb2O
5 1.86wt％、CaO/Nb2O5质量分数比0.6、TiO
2 4.71wt本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低膨胀高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，包括如下组分：MgO与CaO的总含量＜10wt％；Nb2O5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.52wt～1.95wt％；CaO/Nb2O5质量分数比值
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
＞0.5且＜4；TiO2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3.57wt～4.98wt％。2.根据权利要求1所述的一种低膨胀高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，所述杂质含量不大于1wt％。3.根据权利要求1所述的一种低膨胀高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，所述组分选自下述任一组：SiO
2 65.14wt％、Al2O
3 17.2wt％、、MgO 7.82wt％、、CaO 2.15wt％、MgO与CaO的总含量9.97wt％、Nb2O
5 1.95wt％、CaO/Nb2O5质量分数比1.10、TiO
2 4.82wt％、余量为杂质；SiO
2 66.5wt％、Al2O
3 15.72wt％、、MgO 7.7 2wt％、、CaO 2.21wt％、MgO与CaO的总含量9.93wt％、Nb2O
5 1.91wt％、CaO/Nb2O5质量分数比1.16、TiO
2 4.98wt％；SiO
2 66.35wt％、Al2O
3 17.71wt％、、MgO 5.55wt％、、CaO 2.91wt％、MgO与CaO的总含量8.46wt％、Nb2O
5 1.78wt％、CaO/Nb2O5质量分数比1.63、TiO
2 4.75wt％、余量为杂质；SiO
2 66.41wt％、Al2O
3 17.13wt％、、MgO 7.82wt％、CaO 1.11wt％、MgO与CaO的总含量8.93wt％、Nb2O
5 1.86wt％、CaO/Nb2O5质量分数比0.6、TiO
2 4.71wt％、余量为杂质；SiO
2 66.46wt％、Al2O
3 17.18wt％、、MgO 7.81wt％、CaO 2.07wt％、MgO与CaO的总含量9.88wt％、Nb2O
5 0.52wt％、CaO/Nb2O5质量分数比3.98、TiO
2 4.97wt％、余量为杂质；SiO
2 66.45wt％、Al2O
3 17.11wt％、、MgO 7.61wt％、、CaO 2.35wt％、MgO与CaO的总含量9.96wt％、Nb2O
5 1.93wt％、CaO/Nb2O5质量分数比1.22、TiO2 3.57wt％、余量为杂质；SiO
2 66.33wt％、Al2O
【专利技术属性】
技术研发人员：樊振华，李红宾，刘伟廷，曾庆文，韩利雄，谭家顶，赵世斌，张聪，刘也，周建刚，张燕，
申请(专利权)人：重庆国际复合材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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