CN102341356A - 具有开口的玻璃的形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制备具有开口的弯曲玻璃片的方法，其包括先弯曲后冷却，所述片的外周和开口的外周至少在冷却开始时由骨架支持。

Description

具有开口的玻璃的形成方法
本发明涉及形成具有一个或多个开口的玻璃的方法，所述玻璃特别地可作为机动车的顶板。
机动车的固定玻璃顶篷的形成提供了多项益处，如美观、成本、透明、可将顶板与光伏电池匹配等。可期待通过将其设置窗口而向该类型的顶篷增加开口功能，所述窗口可接触并从车辆内部开启。由此必须知晓如何弯曲装配有大尺寸孔的玻璃而不使所述孔总体削弱玻璃或特别地改变玻璃的总体曲率，因为这些情况将背离产品的美观和功能性，并且可产生光学缺陷。主要的难点之一在于确保对应所述玻璃的外轮廓的内部开口的容差相近，以与汽车顶板连接。此外，该玻璃必须具有充分的对行驶时顶板开启或闭合下向其施加重载荷的风产生的力(俗称“风载荷”)的耐受性。它还须承载如一米的雪的负载。另一种类型的载荷是当机动车的一只轮子静止在人行道上或当突然骑上路边石时产生的扭转作用。已发现当向玻璃施加任何类型的机械力时，在顶板中开口的边角出现拉伸应力。
US5974834教导了如何弯曲和退火具有小尺寸孔的玻璃，特别是用于制备机动车后窗中的孔。该后窗中的孔基本上用于连接天线或停车灯，这意味着它的面积至多为0.006m2的量级。单个玻璃片在重力下在包括用于孔边界的额外支持件的框上弯曲。该额外支持件在它的边缘上呈凹口(在WO93/02017或US5118335中也教导了涉及无孔玻璃的外边框)以使玻璃边缘可更多接触退火空气。如US5118335的图5所示，玻璃的边缘应位于凹口的正中。根据US5974834，所述支持件也可以是比孔面积更大的固体金属板，以在弯曲和退火过程中支持孔边缘。机动车后窗弯曲框架通常具有大于5cm的接触宽度。
本申请人进行的测试证实了用于开口的边缘的该类型支持件不能得到充分牢固的、特别是用于“嵌入式日光顶板的顶篷”应用的玻璃。特别地，开有凹口的支持件显示出在玻璃边界上的一系列压力和拉伸力，这实际上显著地使玻璃变脆弱，并且更多地产生需禁止的光学缺陷。
在本发明的上下文中，为了向开口的边界赋予充分的强度，已确定应向其施加压力环(a ring of compression)，这意味着对于开口的整个周边，开口的最边缘处系统地处于压力下。此外，在开口周边上任意点处已尝试给予的高压力值为至少4MPa，优选为至少6MPa，更优选为至少8MPa，甚至更优选为至少9MPa。这些值首先涉及与机动车的外边缘接触的玻璃片，并且还优选涉及在层合玻璃中包括的其它片材，并由此还涉及所有玻璃片的代数平均应力值。
为了达到该目的，已发现至少在冷却开始时开口的边界的支持件有利地是连续的(或是直线的，相对于US5974834中的“凹口的”)，并平行于玻璃的边缘。这意味着在开口支持件边界上的每一点对支持件的切线不在所述支持件内部交叉，这不同于现有技术中的“凹口”框架的情况。此外，所述开口支持件需是相对细长的，并且位于离它在支持端所支持的玻璃开口的边缘数mm，一般为至少2mm，并且甚至至少为3mm处。该类型的支持件常用术语称为“骨架(squelette)”。骨架是指金属薄条，其边缘面(tranches)中的一个表面朝上以支持玻璃，所述边缘面的厚度一般为1-5mm，并且更优选为2-3.5mm。在弯曲端，骨架与玻璃在边缘面上连续接触(对于涉及特定骨架的弯曲步骤)。如本领域技术人员所熟知的，所述骨架优选涂覆有毡类型的纤维材料或金属网和/或陶瓷耐火纤维。这些毡减少玻璃的痕迹。该纤维材料的厚度通常在0.3-1mm的范围内。
如同开口的边界，在玻璃片材的周边上的任意点处，玻璃外边界也具有至少4MPa，优选至少6MPa，优选至少8MPa，更优选至少9MPa的压力环。为了达到这些值，片材外周至少在冷却开始时由骨架支持，这在对于开口的描述中已进行介绍。这些值首先涉及与玻璃片材与机动车外部的接触(并由此片材与骨架直接接触)，并优选地还涉及在层合玻璃中包括的其它片材，并由此还涉及所有玻璃片材的代数平均应力值。
根据本发明的方法包括先弯曲后冷却。至少部分(如果不是全部地)在弯曲骨架上进行在开口的边界和玻璃外边界处的弯曲。根据本发明，至少部分地在重力下，在支持片材的外周和开口的外周的弯曲骨架上进行弯曲。
至少使用骨架对开口的外边界和对玻璃外边界处开始进行冷却。冷却开始时支持玻璃的骨架被称为“最终骨架”(squelettes finisseurs)，应理解该最终骨架还可以是弯曲骨架，并且特别地，在使用多个骨架的情况中，最后的弯曲骨架与玻璃接触。由此，可在同一骨架上形成全部弯曲和冷却操作。
由此，本发明首先涉及制备具有开口的弯曲玻璃片材的方法，其包括先弯曲后冷却，所述片材外周和开口外周至少在冷却开始时由骨架(被称为“最终”骨架)支持。
有利地，最终骨架距离至少在冷却开始时与它接触的片材(也就是说片材的最终形式)的开口的边缘为至少2mm，并且更优选至少3mm，如至少5mm。最终骨架至少在冷却开始时沿边缘面与玻璃连续接触。
根据本发明的方法非常好地适用于所有尺寸的玻璃，甚至是可作为机动车顶板的大尺寸玻璃。大尺寸玻璃是指玻璃的一个表面经测量大于0.8m2，或大于1m2，或甚至大于2m2(当然，这是指包括玻璃表面积和任何开口表面积的一个主表面的总面积)。大尺寸玻璃的重量特别大，并且本领域技术人员可能考虑所述支持件将留下痕迹。这种担忧在层合玻璃的情况中更敏锐，这是因为两个片材同时弯曲，叠置在弯曲支持件上。由于重量非常快地随玻璃尺寸的增大而增大，其都倾向于增大产生痕迹的风险。当在玻璃中具有开口造成在弯曲方面和最终玻璃的力学强度的下降方面的制备困难时，如果在弯曲过程中和在冷却开始时选择支持开口外周，矛盾地是较大的开口可具有益处。特别地，a)开口越大，玻璃重量的减少越大，易于减少痕迹，和b)开口越大，它的周长越长，并由此支持表面的周长越长，这意味着玻璃遍及较大的支持件表面积上，这也易于减少痕迹。由此，优选所述开孔的面积大于0.03m2，并且甚至大于0.05m2，并且甚至大于0.08m2，并且甚至大于0.1m2，并且甚至大于0.2m2，并且通常大于0.3m2。通常，所述开口的面积小于1m2。优选所述开口的面积大于所述玻璃总面积(当然是指包括玻璃的表面积和开口表面积的单主表面的总面积)的5％，或甚至大于10％。通常，所述开口的面积小于所述玻璃总面积的80％，或甚至小于50％。
已能够证实太小的开口尺寸(测量小于0.03m2)不利于开口的边界的冷却，这意味着不能达到所希望的边缘应力。特别地，似乎太小的开口导致由于在所述开口周围的大质量玻璃而不利于有效冷却的质量效应。开口越大，以赋予玻璃外边界的冷却相似的方法出现的冷却越多，这意味着使用骨架型支持件可实际地在冷却开始时对开口的边界进行最后支持，而对边缘应力没有不利后果。
冷却可在层叠片材上进行，在该情况中，冷却相对较慢。在该情况中，玻璃温度在通常低于3℃/秒，并且通常大于0.2℃/秒的受控速率下降至低于重力弯曲温度的480℃。在低于480℃下可向玻璃吹气以加速冷却。片材的叠置不妨碍在单独考虑的各片材上得到所需的边缘应力。所述冷却可快速进行至构成半回火的点，在该情况中冷却单独地、分片进行，而不是使片材叠置。在该情况中，玻璃温度在大于10℃/秒，并通常低于150℃/秒的速率下降至低于重力弯曲温度的480℃。在所有情况中，当玻璃仍然与最终骨架接触时开始冷却，并且至少在玻璃片的情况中直接接触骨架，并且优选其它片材并置于其上的情况中足够快地进行冷却以得到具有所需的压应力(至少4MPa)的压力环。冷却进行得越快速，在压力环中的增大的压应力的程度越大。对于开口的边缘和玻璃的外边缘都是如此。
根据本发明，所述方法可适用于在弯曲和冷却过程中叠置的两个片材，或甚至多于两个片材。
对于用于与同一层合玻璃组装的片材，其弯曲可同时在所述叠置片材上进行。当通过对固体形式施压进行弯曲的最终步骤时，所述弯曲也可以分片(各片不叠置)进行。但在所有情况中，当将这些片材用于叠置组装时，优选至少在开始时在最终骨架上进行冷却。
优选地，开口的周边不具有小于15mm的曲率半径，并且优选没有半径曲率不小于60mm，例如曲率半径不小于80mm。因此，在所有点上所述开口的周边具有至少15mm的曲率半径，并且优选为至少60mm，例如至少80mm。例如所述开口可以是圆形或四边形的，其具有以上所述的倒圆的边角。当在边角施加扭转力和拉伸应力时，该与曲率半径相关的特征特别有利于玻璃的完整度。
本发明还涉及重力弯曲玻璃片材(包括具有多个叠置的玻璃片材，特别是两个玻璃片材的可能)的方法，其包括开口(包括在同一玻璃上具有多个开口的可能)，开口的外周在弯曲过程中由弯曲骨架支持。
所述弯曲骨架包括支持玻璃边缘(或外缘或外侧边缘)的部件和支持开口的外周的部件。对于最终骨架同样如此。
支持开口的该骨架部件可以是固定的、或是铰接的、或是多个的。优选地，在弯曲过程中修正该部件，使得当俯视时，在弯曲过程中它的凹度增大。这样的形状修正使其更好地在弯曲过程中按照曲率的变化，使得玻璃的重量更长时间地分布在较大的支持表面上。由此这减少了留痕的倾向性，并减少了反向弯曲的风险(在所需曲率的相反方向上局部形成曲率)。使用铰接或多个骨架可得到骨架凹度的增大。铰接骨架装配有多个铰接在一起的部件，并且其几何形状在弯曲过程中改变。优选地，在弯曲过程中逐步地(而非突然地)进行铰接。
多个骨架包括具有不同凹度的多个单一骨架(通常是两个)，其一个在前、一个在后(当俯视时，凹度较小的在前，凹度较大的在后)基本上支持支持件的同一边线(或是非常相邻且并列的边线)。在先支持玻璃的弯曲骨架常被称为“粗”骨架(squelettes èbaucheur)，支持最后玻璃的弯曲骨架被称为“最终”骨架。
部分支持片材外边缘的弯曲骨架固件可与用于支持开口的外边缘的骨架是相同类型的。在所有情况中，它是简单的、铰接的或是多个类型的。根据片材形状的复杂度并且根据其在尺寸上的容差选择骨架类型。
如果片材的几何形状难以得到(在所有方向曲率较大和/或接近的容差)，利用支持外边界和开口的外界的骨架而有利地使用多个类型的两部件骨架。在多个双骨架部件的情况中，这些骨架(用于外边缘的和用于开口的边缘的骨架)各包括两个具有不同曲率的简单骨架，它们先后地支持玻璃，曲率较小的骨架在先支持玻璃。
在所有情况中，弯曲骨架的最后形状完全按照玻璃的开口的外周和片的外周。对于在冷却开始时接触玻璃的最终骨架同样如此。
支持开口的边缘的最终骨架具有基本上与其接触的片材上的开口相同的形状，同时在开始冷却时，也就是说当片材通过冷却固定为它的最终形式时(片材由此在此时弯曲，该情况并未在图2a中显示)，观察到数毫米的回缩(图2a中的“d”)，通常为至少2mm，或甚至是3mm。因此，支持开口的边缘的骨架一般具有与开口相同的形状，沿着它的全部周边以后缩量“d”放大。骨架在它的全部周边上按照开口的形状，使距离开口的边缘基本上保持相同的距离。
玻璃中的开口不过于接近玻璃外边界，因为其可能整体使玻璃脆弱，特别是在处理过程中。由此，开口距离玻璃外边界至少50mm，优选至少100mm，或甚至至少150mm。
所述开口通常在单一片材弯曲前，并因此当它们在平坦状态下在单一片材上制备。通常使用加压喷水机切割开口。在切割步骤和弯曲步骤之间对切割边缘(外边缘与开口的边缘相似)进行合适的成形。
在组合成层合玻璃之前，用于形成层合玻璃的一个或多个片材可涂覆有搪瓷。在组合了由一层聚合物如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)分隔的两片玻璃的机动车顶篷的情况中，特别地可将搪瓷涂覆在两个片材的一个或另一个的凹表面(因此是面向机动车内部的凹表面)。在将玻璃弯曲前涂覆该搪瓷。
可考虑单个片材或在叠置状态的片材上进行弯曲。在所有情况中，在600-700℃之间，并且优选在550-650℃之间的温度范围下对玻璃进行重力弯曲。
在骨架上的重力弯曲可以是预弯曲步骤，然后进行对凹或凸固体形式施压的加压弯曲步骤。该加压弯曲通常在600-620℃之间进行。在该情况中，为了在加压弯曲后回复至所所需的边缘压力值(至少4MPa)，玻璃边界(外边缘和开口的边缘)在热状态下(玻璃温度：在600-700℃之间，并且优选在550-650℃之间)设置在“最终骨架”上。实际在冷却开始时，玻璃边界和最终骨架之间接触，产生最佳的观察到的边缘应力。根据是否希望玻璃将是半退火的而以如上所述的方式进行冷却。
如果对两个叠置的片材进行重力弯曲，上侧片材的开口比下侧的略微更大，这意味着上侧片材的边界将在各处相对于下侧片材的边界回缩一些，该回缩(图7中的“x”)优选在0-15mm，特别在3-10mm之间。这样的在两个片材中开口的偏差可确保下侧片材略微更有效的冷却，由此可发现它的边缘应力的增大。这样的下侧片材在弯曲过程中将成为机动车顶篷的上侧片，并且希望它具有特别高的边缘应力。
本发明涉及的玻璃片材通常的厚度范围为1-4mm。
图1显示了本发明涉及的玻璃类型。其是包括两个玻璃片和它们中插入的PVB型聚合物薄层的层合玻璃1。该玻璃是弯曲的，并具有开口2，所述开口的表面积约为玻璃的总表面积的约20％。该玻璃具有两个主表面。该玻璃可作为机动车的遮阳篷顶，对于开口可配有折合板。该玻璃包括外边界3，并且开口2包括边界4。开口2具有四边形的周边，其四个边角具有较大的曲率半径r。
图2a)以截面图形显示了由包覆有耐火纤维的毡11的骨架型支持件10支持的两个叠置的玻璃片。骨架距离玻璃边缘d(“回缩量”)。图2b)表示在各最终片材中的应力分布。该图表示使用本领域技术人员通常用于测量应力的测试工具“sharples”的嵌入性应力的测量。由于应力曲线的部分12为负，可发现玻璃片的最边缘处完全处在压力下，并由此在应力的作用下。相比之下，由于应力曲线的部分13为正，仅在支持件10之上的玻璃区域在拉伸力下。
图3表示用于重力弯曲的包括两部件双骨架的玻璃片的装置，所述一个部件(31、33)用于支持玻璃片的外周，而一个部件(32、34)用于支持开口的外周。各组件31、32、33和34本身是简单的骨架。在图3a)中，在最高位置的是粗骨架，也就是说一方面粗骨架支持玻璃的外周，另一方面粗骨架支持开口的外周。分别用于玻璃的外周和开口的外周的最终骨架33和34在最低位置，不可能接触玻璃。在一定的弯曲时间之后，粗骨架逐渐降低，并且如图3b)所示，发现玻璃(图中未显示)本身由最终骨架33和34支持。实际上，粗骨架31和32通过固定连接件彼此连接，并且最终骨架33和34也通过固定连接件彼此连接。从粗骨架向最终骨架的转变是非常渐进的，并且通过如WO2007/077371的图1-5中所示的装置进行。
图4显示了两对骨架，粗骨架对(31、32)和最终骨架对(33、34)在设置有开口2的玻璃片1的弯曲过程中的相对移动。在图4a中，设置有开口2的玻璃片1位于粗骨架对上，粗骨架31支持片材的外周，而粗骨架32支持开口2的外周。在图4b)中，设置有开口2的玻璃片1位于最终骨架对上，最终骨架33支持片材的外周，而最终骨架34支持开口2的外周。粗骨架31和粗骨架32由它们的固定连接件35相互固定。最终骨架33和最终骨架34由它们的固定连接件36相互固定。
图5显示了可用于支持开口周围玻璃的铰接骨架。该骨架包括两个铰接横向部件，其可在弯曲过程中升高。发明人考虑这样的运动造成骨架的曲率或凹度的总体增大(当俯视时)。在此没有显示出与玻璃外周接触的骨架。
图6显示了包括简单的第一骨架5的铰接式多骨架和两个铰接横向部件8和9，第一骨架5在弯曲开始时用于支持开口的周边，两个铰接横向部件8和9可在弯曲过程中升高。发明人考虑这样的移动增大骨架的整体曲率或凹度(当俯视时)。在此没有显示出与玻璃外周接触的骨架。
图7显示在弯曲过程中叠置的两个玻璃片41和42(未显示支持骨架)，上侧片41具有比下侧片42略微更大的开口43，使得上侧片的边界在各处距离下侧片的边界44回缩x mm。这样的两个片材开口的偏差可确保下侧片材略微更有效的冷却，由此增大它的边缘应力。

Claims (18)

1.制备具有开口的弯曲玻璃片的方法，其包括先弯曲后冷却，其特征在于所述片的外周和开口的外周至少在冷却开始时由被称为最终骨架的骨架支持。
2.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于所述骨架是线状金属条，其边缘面中的一个表面朝上以支持所述玻璃。
3.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于所述边缘面的厚度范围为1-5mm。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于所述弯曲至少部分地在重力下在支持所述片的外周和所述开口的外周的弯曲骨架上进行。
5.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于在弯曲过程中，支持所述开口的外周的部分弯曲骨架的凹度增大。
6.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于支持所述开口的外周的部分弯曲骨架包括在弯曲过程中先后地支持所述开口的两个骨架。
7.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于至少在开始冷却时，所述最终骨架距离所述开口的边缘至少2mm。
8.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于所述最终骨架在其全部周边上具有开口的形状，基本上与所述开口的边缘保持相同距离。
9.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于所述开口的周边在所有点上的曲率半径为至少15mm。
10.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于所述开口的周边在所述点上的曲率半径为至少60mm。
11.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于足够快速地进行所述冷却，以使得在所述开口的边界周围的压应力值为至少4MPa，优选至少6MPa。
12.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于足够快速地进行所述冷却，以使得在所述开口的边界周围的压应力值为至少8MPa，优选至少9MPa。
13.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于所述开口的面积大于0.03m2，甚至大于0.05m2。
14.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于所述开口的面积大于0.08m2，并且甚至大于0.1m2，并且甚至大于0.2m2。
15.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于所述开口的面积大于所述片的主表面的总面积的5％，或甚至大于10％。
16.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于所述最终骨架也是弯曲骨架。
17.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于支持所述片的外周的部分弯曲骨架包括在弯曲过程中先后地支持所述片的两个骨架，在后支持的骨架的曲率比在先支持的骨架的曲率更明显。
18.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于所述两个片在所述弯曲和冷却时是叠置的。
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