E-Glass에서 실리카(SiO2)의 핵심 역할

실리카(SiO2)는 절대적으로 중요하고 근본적인 역할을 합니다.전자 유리실리카는 모든 우수한 특성의 기반을 형성합니다. 간단히 말해, 실리카는 E-유리의 "네트워크 형성자" 또는 "골격"입니다. 실리카의 기능은 구체적으로 다음과 같은 영역으로 분류할 수 있습니다.

1. 유리 네트워크 구조 형성(핵심 기능)

이것이 실리카의 가장 기본적인 기능입니다. 실리카는 그 자체로 유리 형성 산화물입니다. 실리카의 SiO4 사면체들은 가교 산소 원자를 통해 서로 연결되어 연속적이고 견고하며 무작위적인 3차원 네트워크 구조를 형성합니다.

• 유추:이는 건설 중인 주택의 철골 구조와 같습니다. 실리카는 전체 유리 구조의 주요 골격을 제공하고, 산화칼슘, 산화알루미늄, 산화붕소 등과 같은 다른 성분들은 이 골격을 채우거나 변형하여 성능을 조절하는 재료입니다.
• 이 실리카 골격이 없으면 안정한 유리 상태의 물질을 형성할 수 없습니다.

2. 우수한 전기 절연 성능 제공

• 높은 전기 저항률:실리카 자체는 이온 이동도가 매우 낮고, 화학 결합(Si-O 결합)이 매우 안정적이고 강하여 이온화가 어렵습니다. 실리카가 형성하는 연속적인 네트워크는 전하의 이동을 크게 제한하여 E-유리의 체적 저항률과 표면 저항률을 매우 높게 만듭니다.
• 낮은 유전상수와 낮은 유전손실:E-유리의 유전 특성은 고주파 및 고온에서 매우 안정적입니다. 이는 주로 SiO2 네트워크 구조의 대칭성과 안정성에 기인하며, 이로 인해 고주파 전기장에서 분극도가 낮고 에너지 손실(열로의 변환)이 최소화됩니다. 따라서 전자 회로 기판(PCB) 및 고전압 절연체의 보강재로 사용하기에 이상적입니다.

3. 우수한 화학적 안정성 보장

E-유리는 물, 산(불산과 고온 인산 제외), 화학물질에 대한 뛰어난 내성을 보입니다.

• 불활성 표면:치밀한 Si-O-Si 네트워크는 화학적 활성이 매우 낮고 물이나 H+ 이온과 쉽게 반응하지 않습니다. 따라서 가수분해 저항성과 내산성이 매우 우수합니다. 이를 통해 E-유리 섬유로 강화된 복합재는 가혹한 환경에서도 장기간 성능을 유지합니다.

4. 높은 기계적 강도에 기여

최종 강도는유리 섬유표면 결함 및 미세 균열과 같은 요인에 의해 크게 영향을 받지만, 이론적 강도는 주로 강력한 Si-O 공유 결합과 3차원 네트워크 구조에서 비롯됩니다.

• 높은 결합 에너지:Si-O 결합의 결합 에너지는 매우 높아 유리 골격 자체가 매우 견고해지며, 섬유에 높은 인장 강도와 탄성 계수를 제공합니다.

5. 이상적인 열적 특성 부여

• 낮은 열팽창 계수:실리카 자체는 열팽창 계수가 매우 낮습니다. E-유리는 주요 골격 역할을 하기 때문에 열팽창 계수가 비교적 낮습니다. 즉, 온도 변화 시 치수 안정성이 우수하고 열팽창 및 수축으로 인한 과도한 응력이 발생할 가능성이 적습니다.
• 높은 연화점:실리카의 녹는점은 매우 높습니다(약 1723°C). 다른 플럭싱 산화물을 첨가하면 E-유리의 최종 녹는점이 낮아지지만, SiO2​ 코어는 유리가 대부분의 응용 분야에서 요구하는 연화점과 열 안정성을 충분히 유지하도록 보장합니다.

일반적으로전자 유리유리 조성에서 실리카 함량은 일반적으로 52~56%(중량 기준)로, 단일 산화물 구성 요소 중 가장 큰 비중을 차지합니다. 이는 유리의 기본 특성을 정의합니다.

E-Glass 내 산화물의 분업:

• SiO2​(규토): 주요 골격; 구조적 안정성, 전기적 절연성, 화학적 내구성 및 강도를 제공합니다.
• Al2O3(알루미나): 보조 네트워크 형성 및 안정기; 화학적 안정성과 기계적 강도를 증가시키고 실투 경향을 감소시킵니다.
• B2O3(산화붕소): 플럭스 및 속성 수정자; 열적, 전기적 특성을 개선하는 동시에 용융 온도를 크게 낮춥니다(에너지 절약).
• CaO/MgO(산화칼슘/산화마그네슘): 플럭스 및 안정제; 용융을 돕고 화학적 내구성과 실투 특성을 조절합니다.