CN102826735A - 在玻璃制造过程中使用的牵引辊以及制造该牵引辊的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种在形成具有减少缺陷和破裂的玻璃带中使用的牵引辊。在一个实施方案中，牵引辊可包括一个轴构件和一个辊组件。所述辊组件可定位在所述轴构件上以随着所述轴构件转动。所述辊组件可包括由无机材料（例如云母纸）形成的环形元件的轴向压缩堆。所述云母纸可包括相对于彼此基本平行取向的多层重叠的云母片。所述辊组件的接触表面可具有大于或等于约10以及小于或等于约60的肖氏D硬度。

Description

在玻璃制造过程中使用的牵引辊以及制造该牵引辊的方法

相关申请的交叉引用

根据美国法典第35章第119节，本申请要求于2011年5月25日提交的序列号为61/489845、标题为“Pull-Rolls For Use In GlassManufacturing Processes And Methods for Making The Same”的美国临时申请的优先权权益，本申请依赖于该美国临时申请的内容，并且该美国临时申请在此以参引方式纳入本文。

技术领域

本发明总体涉及在玻璃制造工艺中制造平板玻璃（sheet glass）所使用的牵引辊（pulling roll）。

背景技术

在平板玻璃的制造中，牵引辊被用于向玻璃带或玻璃网施加竖直的牵引力，各个平板由所述玻璃带或玻璃网制成。例如在如第3,338,696号和第3,682,609号美国专利中描述的溢流下拉熔融工艺（overflow downdraw fusion process）或类似工艺中，随着玻璃被从玻璃液（molten glass）引上（draw），牵引辊向玻璃施加的牵引力的量被用于控制玻璃的标称厚度。除了主牵引辊，附加的辊有时用在带引上工艺（ribbon drawing process）中，以稳定带的运动，或者在玻璃带上产生水平张力。尽管这些辊总体被称作牵引辊，但是它们有时可在没有驱动电机的情况下运行，使得辊由于与移动的玻璃带接触而转动。无论是被驱动或空转，在引上过程中接触带的辊被称作牵引辊。

牵引辊通常被设计为在其外边缘处接触玻璃网，通常恰好在加厚的厚边（bead）的内侧区域中，加厚的厚边正好在玻璃带边缘处形成。辊功能的一个重要方面是避免带的破裂，这会导致工艺中断和重新开始。由于牵引辊与玻璃带的表面直接接触，因此会因与牵引辊接触而对玻璃表面有损坏。此外，由于牵引辊与玻璃接触，散杂的玻璃粒子可能会嵌入牵引辊的表面，这会导致对玻璃的额外损坏。

因此，需要一种替代的牵引辊设计。

发明内容

本文描述的实施方案涉及用于从玻璃液中引上玻璃带的牵引辊，该牵引辊降低了玻璃带中缺陷和破裂的发生率。

根据一个实施方案，一种用于在形成具有减少的缺陷和破裂的玻璃带中使用的牵引辊可包括一个轴构件和一个辊组件。所述辊组件可定位在所述轴构件上以随着所述轴构件转动。所述辊组件可包括由云母纸形成的环形元件的轴向压缩堆。所述云母纸可包括相对于彼此基本平行取向的多层重叠的云母片。所述辊组件的接触表面可具有大于或等于约10以及小于或等于约60的肖氏D硬度。

在另一个实施方案中，一种用于在形成具有减少的缺陷的玻璃带中使用的牵引辊可包括一个轴构件和一个辊组件。所述辊组件可定位在所述轴构件上以随着所述轴构件转动，所述辊组件可包括由无机材料形成的环形元件的轴向压缩堆。所述辊组件的芯部具有的肖氏D硬度可大于所述辊组件的包层部的接触表面的肖氏D硬度。所述辊组件的所述接触表面可具有大于或等于约10以及小于或等于约60的肖氏D硬度。

在又一个实施方案中，一种用于在形成具有减少的缺陷的玻璃带中使用的牵引辊可包括一个轴构件和一个辊组件。所述辊组件可包括第一多个环形元件，所述第一多个环形元件中的各个环形元件都具有第一外径。所述辊组件还可包括第二多个环形元件。所述第二多个环形元件中的各个环形元件都可具有第二外径，所述第二外径小于所述第一外径。所述第一多个环形元件与所述第二多个环形元件可在所述轴构件上间置，以形成所述辊组件。所述第一多个环形元件和所述第二多个环形元件可由云母纸形成。所述辊组件的接触表面可具有大于或等于约10以及小于或等于约60的肖氏D硬度。

在随后的详细描述中将陈述本发明的其他特征和优势，从所述描述或者通过实践如本文（包括随后的详细说明、权利要求以及附图）中描述的本发明，在某种程度上本领域普通技术人员应容易明了本发明的其他特征和优势。

应理解，前述总体描述和随后的详细描述了本发明的实施方案，并且意在提供一个概览或框架，以理解所主张的主题的性质和特点。附图被包括以提供对各种实施方案的进一步的理解，且附图被纳入且组成本说明书的一部分。附图示出了本文描述的不同实施方案，并连同说明书用于解释所主张的主题的原理和操作。

附图说明

图1A示意性描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的、用于由玻璃液形成玻璃带的装置；

图1B示意性描绘了在引上一个玻璃带中使用的引上组件的横截面；

图2示意性描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的、用于引上玻璃带的牵引辊；

图3示意性描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的、由云母纸形成的环形元件；

图4A示意性描绘了通过在轴构件上堆叠环形元件而形成牵引辊的方法；

图4B示意性描绘了通过在轴构件上堆叠直径不同的环形元件而形成牵引辊的方法；

图4C示意性描绘了处于压缩态的图4B的牵引辊的一部分；

图5图解描绘了针对以不同的单元间置模式形成的牵引辊，肖氏D硬度（y轴）与包层固相体积分数（x轴）之间的函数关系；

图6图解描绘了针对具有不同径向厚度的包层的牵引辊的肖氏D硬度（y轴）；

图7图解描绘了针对被不同量压缩的牵引辊，肖氏D硬度（y轴）与包层的固相体积分数之间的函数关系；

图8图解描绘了针对被不同压缩力压缩的牵引辊，肖氏D硬度（y轴）与包层的固相体积分数之间的函数关系。

具体实施方式

现将详细参考在制造平板玻璃中使用的牵引辊以及用于制造和使用牵引辊的方法的各种实施方案。只要适用，整个附图中相同的参考数字指的是相同或相似的部件。在图2中示意性描绘了牵引辊的一个实施方案。牵引辊总体包括多个由无机材料（例如云母纸）形成的环形元件，这些环形元件被堆叠和压缩以获得具有范围在约10肖氏D（Shore D）到约60肖氏D的肖氏D硬度的辊组件。在一些实施方案中，牵引辊的辊组件可包括一个芯部，该芯部被包层部所围绕，其中芯部的肖氏D硬度大于辊组件的接触表面的肖氏D硬度。在此将参考附图更详细地描述牵引辊以及用于形成和使用牵引辊的方法。

通常可通过融化玻璃配料以形成玻璃液，并将玻璃液制成玻璃带来形成平板玻璃。示例性工艺包括浮法玻璃（float glass）工艺、槽引上（slot draw）工艺和熔融下拉（fusion downdraw）工艺。在这些工艺的每一个中，可利用一个或多个牵引辊来接触玻璃并在下游方向上传送玻璃。

举例而言，参考图1A，示意性描绘了用于由玻璃液制成玻璃带的示例性玻璃制造装置100，其中使用熔融引上机来将玻璃液形成玻璃带。玻璃制造装置100包括熔化容器101、精炼容器103、混合容器104、输送容器108和熔融引上机（FDM）120。按照箭头102指示的将玻璃配料引入熔化容器101。配料被熔化以形成玻璃液106。精炼容器103具有高温处理区，该高温处理区从熔化容器101接收玻璃液106，并且在该高温处理区中气泡从玻璃液106中移除。精炼容器103通过连接管105流体联接至混合容器104。即，从精炼容器103流动至混合容器104的玻璃液流经连接管105。混合容器104转而通过连接管107流体联接至输送容器108，以使得从混合容器104流至输送容器108的玻璃液流经连接管107。

输送容器108经过下导管（downcomer）109将玻璃液106供应至FDM 120中。FDM120包括罩122，其中入口110、成形容器111和至少一个引上组件150位于外壳122中。如图1A中示出的，来自下导管109的玻璃液106流进入口110，入口110通向成形容器111。成形容器111包括接收玻璃液106的开口112，玻璃液106流进槽113，随后溢出并沿两个会聚侧114a和114b向下跑料,然后在两侧接合的根部一起熔融,然后在下游方向151上被引上组件150接触并引上，以形成连续的玻璃带148。

虽然本文中已描述了结合利用熔融引上机形成玻璃带的装置来使用牵引辊200，但是应理解，牵引辊可与类似的工艺一同使用，在所述类似的工艺中玻璃配料被熔化以形成玻璃液，随后玻璃液被形成为玻璃带。通过实施例，且非限制性地，本文描述的牵引辊还可结合垂直连续引上拉制工艺（up-draw process）、槽引上工艺（slot-drawprocess）、浮法引上工艺（float-draw process）和其他类似工艺来使用。

参考图1B，示意性描绘了引上组件150的横截面。如图1B示出的，引上组件150通常包括一对对置的牵引辊200，牵引辊200在相对侧上接触玻璃带148。牵引辊200可被提供动力（即，牵引辊200主动转动，因此传递一个引上力，该引上力在下游方向151上传送玻璃带148），或者牵引辊200是被动的（即，牵引辊200接触玻璃带148，并随着玻璃带被其他牵引辊在下游方向151上引上时稳定玻璃带）。

牵引辊200施加一个引上力，以使得玻璃带148变薄至预期的最终厚度。由于牵引辊200与玻璃带148之间的接触，施加至牵引辊200的夹紧力（pinching force）可导致表面损坏。具体而言，陷在牵引辊的接触表面和玻璃带的表面之间的玻璃粒子（通常被称作散杂玻璃）、来自玻璃成形工艺的冷凝物和/或其他碎片还可导致明显的表面损坏和/或破裂裂纹（crack out），这是因为碎片会撞击玻璃带的表面。例如，由于牵引辊与玻璃接触，散杂玻璃和/或碎片可能会嵌入牵引辊的表面，这导致对玻璃带的损坏。具体地，当牵引辊使散杂玻璃撞击玻璃带表面时，碎片导致夹紧力的局部应力集中，以及非常高的点负荷应力，这可导致玻璃断裂和破损。较高的夹紧力降低了玻璃带的破损阈值强度，还产生了较大的内部玻璃应力，内部玻璃应力可通过使玻璃破裂（也被称作破裂裂纹）增大玻璃带破损的倾向，这转而会由于玻璃带重新穿过装置而导致工艺停工。玻璃带对由夹紧力所导致的破损的敏感度取决于玻璃带的厚度，其中由于较大的夹紧力，较薄的玻璃带更易受到损坏和/或破损的影响。

本文描述的牵引辊的实施方案能够包住碎片和其他颗粒物质，由此减轻破裂裂纹和被牵引辊引上的玻璃带中的缺陷的形成。

现参考图2，该图示意性描绘了在引上具有减少缺陷的玻璃带中使用的一个示例性牵引辊200。牵引辊200通常包括定位在轴构件204上的辊组件202。辊组件202由分立的环形元件220的压缩堆构成。在本文描述的实施方案中，每个环形元件220由无机材料（例如单层云母纸）制成，或者由另一种适于在高温下使用的无机材料（即陶瓷材料、金属合金等）制成。环形元件220轴向地堆叠在轴构件204上，并被压缩以形成辊组件202。辊组件202中的环形元件220的数量可根据辊组件202的预期尺寸、环形元件220的厚度以及辊组件202的接触表面的预期的机械属性（即硬度）而变化。

在一个示例性实施方案中，辊组件可由云母纸形成。可形成环形元件220的云母纸通常包括多层重叠的云母片，这些云母片彼此基本平行地取向，并通过范德华力、静电力、烧结和/或其他方式而接合在一起。云母片的这种配置为最终的云母纸提供了最大的稳定性。在至少一个实施方案中，在没有额外的粘合剂或任何其他嵌有云母片的材料基质的情况下形成云母纸。云母纸中的云母片通常具有高的纵横比（即平均直径与平均厚度的比），并是高度分层的。例如，在一些实施方案中，包含在云母纸中的云母片可具有大于约50或者甚至大于约60的纵横比。在其他实施方案中，云母片可具有大于约75或者甚至大于约80的纵横比。例如，在一些实施方案中，云母片的纵横比可在约50到约150的范围内。虽然不希望被理论所束缚，但是通常相信，以彼此平行地取向的高纵横比的云母片提高了辊组件202的机械强度、几何稳定性和耐磨性。具体地，相信云母片之间的界面摩擦增大了在使用时所述片对脱离（pull-out）的抵抗能力，因此提高了辊组件的耐磨性，并降低了在使用牵引辊引上玻璃带时缺陷的发生率。

在本文描述的一些实施方案中，云母纸可由金云母云母片形成，以增大云母纸稳定的温度范围。例如，云母纸可以是以下企业市售的金云母云母纸或白云母云母纸：Chhaperia Mica Products,India;Cogebi Group,Belgium;Corona Films,USA;Glory Mica Co.Ltd.,China;或者Ruby Mica Co.Ltd.,India。在一些实施方案中，该云母纸可不包括粘合剂材料。然而应理解，可使用其他类型的云母纸，包括由其他类型的云母片形成的云母纸和/或包括粘合剂的云母纸。例如，其他合适类型的云母纸可包括但不限于由氟金云母（比金云母更加热稳定）形成的云母纸或由白云母形成的云母纸。

再参考图2，可使用不同厚度的云母纸来形成环形元件220。例如，在一些实施方案中，环形元件可具有大于约100μm的未压缩厚度。在压缩后，环形元件220可具有小于或等于约100μm的压缩厚度。然而应理解，也可使用具有更大和更小的压缩厚度的云母纸。

具有如上文所指出的压缩厚度的环形元件220有助于形成具有预期机械属性的辊组件202，并能够承受和/或减轻由在玻璃引上工艺中遇到的碎片（即玻璃粒子等）所导致的对接触表面的损坏。具体而言，由相对薄的环形元件220（即具有小于或等于约200μm的压缩厚度的环形元件）形成的辊组件202允许位于接触表面208上的碎片或其他颗粒物质被包在相邻的环形元件220之间和/或单个环形元件内的各片之间，以使得当辊组件202接触玻璃带时，碎片在玻璃带的表面上产生的伤痕最少，或者没有损坏玻璃带的表面。

虽然在一些实施方案中在此已经描述用于环形元件220的云母纸是在没有粘合剂材料的情况下形成的，但是应理解，在替代实施方案中，云母纸可包含粘合剂材料，以改进环形元件220的机械稳定性。例如，在一些实施方案中，云母纸可掺杂有填充材料，该填充材料可进一步将云母片粘合在一起。填充材料可以是有机的、半有机的或无机的。当填充材料是有机时，可通过热解工艺或化学工艺（即溶解）将填充材料从云母纸移除。在一些实施方案中，填充材料可以是例如硅树脂或其他可改进云母纸的机械稳定性且不会明显降低云母纸的柔性的聚合树脂。一般来说，填充材料既增大了云母纸的密度又增大了云母纸的硬度。

参考图3，在一个具体实施方案中，环形元件220掺杂有填充材料，以使得环形元件在径向方向上的密度减小。例如，在一个实施方案中，环形元件在靠近环形元件220的外径221处的密度可小于直接与中央环222相邻的环形元件220的密度。因此，应理解，环形元件的密度在箭头224所指示的径向向内的方向上增大。由这种环形元件构造的牵引辊通常将在牵引辊的接触表面处具有低的密度，并且所述密度朝着轴构件径向向内增大。牵引辊中心处增大的密度防止牵引辊在牵引辊的轴上滑动或转动，同时接触表面处的减小的密度为牵引辊组件提供了相对软的接触表面（即具有比辊的中心的肖氏D硬度小的肖氏D硬度的接触表面）。

虽然在一个示例性实施方案中环形元件220被描述为由云母纸形成，但是应理解，在其他实施方案中，环形元件220可由其他无机材料形成，包括但不限于陶瓷材料、元素金属、金属合金等。

现参考图3，无机材料（例如上文描述的云母纸）首先被形成为多个环形元件220（在图3中示出一个），以在形成牵引辊的辊组件中使用。在一个实施方案中，环形元件220可被掺杂有填充材料，以增强环形元件的机械强度，如上文描述的。在本文示出的实施方案中，每个环形元件220都被形成为具有中央环222，以有助于将环形元件220定位在牵引辊200的轴构件204上。虽然图3中描绘的环222为圆形，但是应理解，所述环可具有其他几何形状。例如，在环形元件220被安装在横截面为六边形的轴构件上的实施方案中，环222也可以是六边形的，以防止环形元件220在轴上转动。可选地，环形元件220还可以被形成具有键槽225，如图3描绘的。在这些实施方案中，键槽与在轴构件上形成的对应的键接合，以防止环形元件220在轴构件上转动。在一个实施方案中，环222和可选的键槽225可通过穿孔操作来形成。

在将环形元件装配在轴构件之前，环形元件可被预烧制（pre-fired），以煅烧环形元件220，从而在随后的使用中在较高的温度下预先硬化环形元件。在一个实施方案中，根据适合于煅烧的加热安排，可通过堆叠环形元件并加热它们来预烧制环形元件220。例如，可以2℃/分钟的升温速度将环形元件加热至约700℃的最大温度，并保持在该最大温度下约6小时。在另一个实施方案中，环形元件可在装配和压缩环形元件后被煅烧。

在本文描述的实施方案中，环形元件在轴构件上被堆叠并被轴向压缩，以使得牵引辊允许粒子（例如散杂的玻璃粒子或其他碎片）渗进辊的接触表面，从而使得由粒子导致的伤痕最少和/或粒子不会接触被牵引辊所引上的玻璃带的表面，因此降低了重复缺陷和/或破裂的发生率。使用常规的硬度度量，例如肖氏硬度计度量，可定性地获取牵引辊的接触表面的阻力（或顺从性）。通常采用肖氏D标度，具体地，根据ASTM D2240来测量牵引辊的硬度。在肖氏D硬度测量中使用的硬度计压头是圆锥形，如此接触表面208的肖氏D硬度测量通常指示辊组件将粒子包在相邻的环形元件220之间或在单个环形元件内的能力。肖氏D数越小，对于粒子来说越容易渗进辊的接触表面。较小的肖氏D数还指示辊组件能够包住较大的粒子。

在本文描述的牵引辊200的实施方案中，辊组件202的接触表面208具有大于或等于约10的肖氏D硬度，或者大于或等于约15，或者小于或等于约60，如根据ASTM D2240测量的。在这些实施方案中的一些实施方案中，辊组件202的接触表面208具有大于或等于约10并且小于或等于约50，或者甚至小于或等于约40的肖氏D硬度，如根据ASTM D2240测量的。在其他实施方案中，肖氏D硬度大于或等于约10并且小于或等于约30，如根据ASTM D2240测量的。

现参考图4A，在一些实施方案中，牵引辊由多个环形元件220形成，每个环形元件的直径近似相等。例如，环形元件可由云母纸制成，如上文描述的，或者由其他合适的无机材料制成。在至少一个实施方案中，环形元件由掺杂有填充材料的云母纸形成，以使得每个环形元件的密度在径向方向上分级，如上文描述的。在该实施方案中，第一扣环（retaining ring）206a定位在轴构件204上，并相对于形成于轴构件204中的肩部203被固定。第一扣环206a有助于以连续的步骤均匀地压缩轴构件204上的环形元件220。然而，应理解，可在不使用扣环的情况下形成牵引辊200。

在第一扣环206a定位在轴构件204上后，通过在轴构件204上定位多个环形元件220a形成辊组件202，以使得环形元件轴向地堆叠在轴构件204上，每个环形元件的一个面与相邻的环形元件的面和/或第一扣环206a的面接触。

当环形元件220以未压缩态定位在轴构件204上（即环形元件220被定位在轴构件204上，以使得环形元件220彼此接触但是没有压缩力被施加至环形元件）时，环形元件可相对于彼此在轴构件204上滑动，使得辊组件不能被有效地成形以实现预期的表面轮廓。此外，未压缩的辊组件202通常不适于在玻璃制造过程中使用。因此，辊组件202必须被压缩，以有助于辊组件202的成形和辊组件202在玻璃制造过程中的使用。

通过在箭头240指示的方向上向辊组件202施加夹持压力，辊组件202被压缩。例如，通过转动轴构件204上的螺母230以在箭头240指示的方向上使螺母230和第二扣环206b前进，夹持压力可被施加至辊组件202，由此轴向地压缩螺母230和肩部203之间的环形元件220，并增大辊组件202的硬度。在一些实施方案中，当环形元件掺杂有填充材料以使得环形元件的密度在轴向方向上从环形元件的中心开始减小时，辊组件202的硬度在径向向外的方向上从牵引辊的中心开始减小，产生了与轴直接相邻的、具有第一硬度的内芯部，以及围绕芯部的、具有小于芯部硬度的第二硬度的外部包层部。然而，在并非通过填充材料形成的环形元件的实施方案中，或者在通过均匀分布在整个环形元件中的填充材料形成的环形元件的实施方案中，在整个辊组件中，辊组件的硬度均匀。总的来说，辊组件202初始地被压缩第一量，以使得辊组件的接触表面具有第一肖氏D硬度，这有助于在辊组件202的接触表面中形成预期的表面轮廓。

现参考图4B-4C，在一个替代实施方案中，通过使用不同尺寸的环形元件来形成辊组件202，可实现牵引辊200的接触表面的预期的肖氏D硬度。在该实施方案中，各自具有第一直径的第一多个环形元件220a和各自具有小于第一直径的第二直径的至少一个第二多个环形元件220b被用于构造辊组件。在该实施方案中，第二多个环形元件220b可由与第一多个环形元件220a相同的材料制成，或者替代地，可由不同于第一多个环形元件220a的材料制成。例如，在第一多个环形元件220a由云母纸制成的实施方案中，如上文描述的，第二多个环形元件220b也可由云母纸制成。或者，第二多个环形元件220b可由与不同于云母纸的材料制成，例如麻丝板、陶瓷材料、金属、聚合物等。

为了构造该实施方案的牵引辊200，第一扣环206a定位在轴构件204上，并相对于在轴构件204中形成的肩部203被固定。第一扣环206a有助于以连续的步骤均匀地压缩轴构件204上的环形元件220。然而，应理解，可在不使用扣环的情况下形成牵引辊200。

在一个实施方案中，在第一扣环206a定位在轴构件204上之后，第一多个环形元件220a和至少一个第二多个环形元件220b以交替的方式定位在轴构件204上，以使得具有第二直径的环形元件220b在具有第一直径的环形元件220a之间间置（intersperse），如图4B描绘的。环形元件轴向堆叠在轴构件204上，以使得每个环形元件的一个面与相邻的环形元件的面和/或第一扣环206a的面接触。在轴构件204上搁置不同直径的环形元件形成了一个辊组件202，该辊组件具有芯部232和围绕芯部232的包层部234。芯部232的直径与第二多个环形元件220b的直径大致相等，包层部234的直径与第一多个环形元件220a的直径大致相等。在轴上压缩环形元件之后（如本文进一步描述的），辊组件202的芯部232具有的固相体积分数fv_cl大于包层部234的固相体积分数fv_c。因此，可证明辊组件202的包层部234的肖氏D硬度大于芯部232的肖氏D硬度。此外，使用具有不同直径的环形元件改进了辊组件的芯部232中的相邻环形元件之间的牵曳，从而使得环形元件相对于彼此不滑动，同时包层部234保持柔软，并在环形元件被压缩后更顺从。

在图4B描绘的牵引辊200的实施方案中，第一多个环形元件220a和至少一个第二多个环形元件220b被以交替模式布置（即B-L,B-L…B-L,其中“B”是第一多个环形元件220a中的一个，“L”是第二多个环形元件220b中的一个，B-L是一个单元间置模式，该模式在轴构件204的整个长度上重复）。然而，应理解，可使用其他堆叠顺序来形成与交替的单元间置模式不同的单元间置模式。举例而言，可使用B-L-L的单元间置模式。然而，应理解，可使用不同的单元间置模式。

不同的单元间置模式导致辊组件具有不同硬度的接触表面。例如，具有B-L单元间置模式的堆叠顺序产生的辊组件202所具有的肖氏D值比具有B-L-L单元间置模式的堆叠顺序产生的辊组件所具有的肖氏D值大。这是因为B-L-L单元间置模式形成了这样一个辊组件202，其中包层部234比B-L间置模式的包层部的密度低。

具体地，牵引辊的芯部和包层部的固相体积分数描述了芯部或包层部被固相材料占据的体积分数。在牵引辊由云母纸环形元件形成的情况下，固相体积分数描述了芯部或包层部被云母晶体占据的体积分数。

在本文描述的实施方案中，芯部的固相体积分数fv_c被定义为：

${\mathrm{fv}}_c=\frac{\left(\frac{m_{\mathrm{core}}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{crystal}}}\right)}{A_{\mathrm{core}}{t}_{\mathrm{core}}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{areal}}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{crystal}}}\frac{1}{t_{\mathrm{core}}}$

其中，m_core、A_core和t_core分别是形成环形元件的芯部的环形元件的质量、面积和厚度；ρ_areal是环形元件的面密度，其等于

ρ_crystal是形成环形元件的材料的密度。在云母纸的情形中，ρ_crystal是2.9g/cc。

当第一多个环形元件与第二多个环形元件是由相同材料形成并具有相同的面密度时，包层部的固相体积分数fv_cl与芯部的固相体积分数fv_c的关系如下式：

${\mathrm{fv}}_{\mathrm{cl}}=\left(\frac{n_b}{n_b+n_l}\right){\mathrm{fv}}_c$

其中，n_b是第一多个环形元件中环形元件的数量（即直径相对大的环形元件的数量）；n_l是第二多个环形元件中环形元件的数量（即直径相对小的环形元件的数量）。

当B-L单元间置模式被用于制造辊组件202时，包层部234的包层固相体积分数fv_cl是芯固相体积分数fv_c的0.5倍。然而，当B-L-L单元间置模式被用于制造辊组件202时，包层部234的固相体积分数fv_cl是芯固相体积分数fv_c的0.33倍。这指出对于施加至辊组件的固定量的压缩，通过B-L单元间置模式所形成的辊组件的包层部的固相体积分数大于通过B-L-L单元间置模式所形成的辊组件的包层部的固相体积分数。包层部的相对低的固相体积分数导致包层部的相对低的肖氏D值。因此，应理解，通过增加或减少第一多个环形元件和第二多个环形元件中的每一个的环形元件数量以及环形元件的单元间置模式，可调节牵引辊的包层部的硬度。

在本文描述的实施方案中，芯固相体积分数fv_c通常大于0.6，而包层固相体积分数fv_cl通常小于或等于0.6。

此外，通过增大或减小第一多个环形元件220a和至少一个第二多个环形元件220b的直径差，可以改变牵引辊的接触表面的肖氏D硬度。例如，与第一多个环形元件220a的直径仅比第二多个环形元件220b的直径大10%（即辊组件202的包层部234的直径比辊组件202的芯部232的直径大10%）时相比，当第一多个环形元件220a的直径比第二多个环形元件220b的直径大50%（即辊组件202的包层部234的直径比辊组件202的芯部232的直径大50%）时，牵引辊的接触表面会更软。因此，通过控制第一多个环形元件220a和至少一个第二多个环形元件220b的相对直径，可调节辊组件202的接触表面的肖氏D值。

此外，牵引辊的接触表面的肖氏D硬度还可受环形元件的其他特征的影响，包括但不限于：环形元件的厚度、使用不同直径的环形元件形成辊组件的芯部。例如，相对于由较厚的环形元件形成第一多个环形元件220a的牵引辊，当较薄的环形元件用于第一多个环形元件220a时，牵引辊的接触表面的肖氏D硬度可能较小。

当环形元件220a、220b以未压缩态定位在轴构件204上时（即环形元件220a、220b被定位在轴构件204上以使得环形元件彼此接触但是没有压缩力施加至环形元件），环形元件可相对于彼此在轴构件204上滑动，从而使得辊组件不能够被有效地成形以实现预期的表面轮廓。此外，未压缩的辊组件202通常不适于在玻璃制造工艺中使用。因此，辊组件202必须被压缩，以有助于辊组件202的成形和辊组件202在玻璃制造工艺中的使用。

现在仍参考图4B，通过在箭头240指示的方向上向辊组件202施加夹持压力，辊组件202被压缩。例如，通过转动轴构件204上的螺母230以在箭头240指示的方向上使螺母230和第二扣环206b前进，夹持压力可被施加至辊组件202，由此轴向地压缩螺母230和肩部203之间的环形元件220a、220b。随着环形元件220a、220b被压缩，具有较大直径的环形元件220a包住环形元件220b，如图4C中示出的辊组件的局部横截面图中示意性描绘的。在该实施方案中，由于辊组件202的包层部234中的相邻环形元件220a之间提供的额外间隔，辊组件202的固相体积分数从牵引辊的芯部的外径开始在径向向外方向上减小，如箭头227示出的。一般来说，施加至辊组件202的压缩量足以防止在辊接触表面的机械加工期间以及使用辊引上玻璃带期间环形元件在轴构件204上旋转。虽然在没有环形元件在轴构件上滑动的情况下辊的室温压缩对于机械加工辊的接触表面是重要的，但是在高操作温度下辊的压缩也是重要的。如此，在没有环形元件在轴构件上旋转的情况下，使用的轴材料和辊材料的热膨胀对于限定低温压缩以确保在操作温度下的足够压缩是很重要的考虑。

图5图解描绘了对于使用不同单元间置模式的由云母盘制成的牵引辊，对于大约相同的芯固相体积分数，接触表面的肖氏D硬度（y轴）与包层固相体积分数（x轴）之间的函数关系。如图5中展示的，由于包层固相体积分数fv_cl中的差别，肖氏D硬度随着单元间置模式而变化。具体地，图5展示了通过改变环形元件的单元间置模式，可获得表面硬度从10肖氏D上至60肖氏D的牵引辊。因此，使用不同直径的环形元件使得能够形成具有预先未知的宽泛范围的肖氏D硬度值的牵引辊，此外，使得能够形成具有低至10的肖氏D硬度值的、机械稳定的（即，环形元件在轴构件上相对于彼此不滑动、不转动）的牵引辊。

参考图4A和4B，一旦辊组件202被适当压缩，辊组件202在车床上被转动，以加工出辊组件202的轮廓。具体地，辊组件202的接触表面208可形成为具有不同轮廓，以有助于接触和引上玻璃带。例如，在图2示出的牵引辊200的实施方案中，辊组件202形成为具有突出的环形部，下文被称作牵引平坦部210。虽然描绘了辊组件202具有单个牵引平坦部210，但是应理解，辊组件202可包括一个以上的牵引平坦部。或者，辊组件202可形成为不具有任何牵引平坦部，例如当辊组件202是圆柱形时。此外，还应理解，牵引辊200的接触表面208不限于本文示出和/或描述的轮廓，接触表面208可具有其他轮廓。

可使用各种不同的技术给予辊组件202预期的表面轮廓。例如，可采用单点工具或使用研磨机使辊组件202成形。对于具有较低硬度值的辊组件，使用研磨机为辊组件形成预期的表面轮廓比单点工具更合适。

在一些实施方案中，施加至辊组件202以有助于辊组件202形成轮廓的第一量的压缩通常将辊组件硬化至一个水平，该水平使得辊组件202不适合在引上玻璃带时使用。因此，在一些实施方案中，辊组件202必须被解压缩，然后辊组件202可用于引上玻璃带。通过释放施加至辊组件的环形元件220的一些夹持压力，辊组件202被解压缩。例如，在本文描述的牵引辊的实施方案中，可将螺母230松动一预定量，这允许环形元件220稍微膨胀，由此减小辊组件的硬度。在解压缩后，辊组件202具有第二肖氏D硬度，第二肖氏D硬度小于辊组件202在形成轮廓后的第一肖氏D硬度。

相对于由常规材料（例如麻丝板等）制成的牵引辊，本文描述的牵引辊还展示了改进的耐磨性。具体地，已经发现，在类似的条件下操作，由云母纸形成的牵引辊不会像由麻丝板材料形成的牵引辊退化得那样快。因此，本文描述的牵引辊具有比常规牵引辊更长的使用寿命，因此降低了玻璃制造成本。

实施例

为了进一步阐释本公开内容的原理，描述了下列实施例。这些实施例旨在纯粹地示例本公开内容，不旨在限制所附权利要求的范围。已经努力确保数字的准确性（例如量、温度等），然而可能发生误差和偏差。

实施例1

四个牵引辊（样本A-D）由直径为1.5英寸（3.81厘米）和2.2英寸（5.588厘米）的云母纸环形元件构造。云母纸环形元件中的云母具有约2.9g/cc的晶体密度。以2℃/分钟的升温速度将云母纸环形元件预烧制到约700℃的最大温度，并保持在该最大温度约6小时。在预烧制步骤之后，环形元件具有约1.058g/in²的面密度。环形元件被装配在具有约0.75英寸（约1.905厘米）直径的轴构件上，并被压缩至表A示出的芯固相体积分数。每个牵引辊使用不同的单元间置模式。除了芯固相体积分数，表A也列出了每个牵引辊的单元间置模式，以及所计算的包层固相体积分数和所测量的牵引辊的接触表面的肖氏D硬度。图5图解描绘了肖氏D硬度和包层固相体积分数之间的函数关系。图5显示了牵引辊的接触表面的肖氏D硬度随着包层固相体积分数fv_cl而增加。

表A

实施例2

三个牵引辊（样本E-G）由大直径和小直径的云母纸环形元件构造。在每一个样本中，大的环形元件具有2.2英寸（5.588厘米）的直径。样本E的小的环形元件也具有2.2英寸（5.588厘米）的直径，以使得包层部和芯部具有相同的直径（即D_cl-D_c=0）。样本F的小的环形元件具有2.0英寸（5.08厘米）的直径，以使得芯部的直径比包层部的直径小0.2英寸（0.508厘米），且包层部具有0.1英寸（0.254厘米）的径向厚度。样本G的小的环形元件具有1.5英寸（3.81厘米）的直径，以使得芯部的直径比包层部的直径小0.7英寸（1.778厘米），且包层部具有0.35的径向厚度。云母纸环形元件中的云母具有约2.9g/cc的晶体密度。以2℃/分钟的升温速度将环形元件预烧制到约700℃的最大温度，并保持在该最大温度约6小时。在预烧制步骤之后，环形元件具有约1.058g/in²的面密度。环形元件被装配在具有约0.75英寸的直径的轴构件上，并被压缩至表B示出的芯固相体积分数。每个牵引辊的单元间置模式都是B-B-L。下面的表B列出了每个牵引辊的包层部的径向厚度，以及所计算的芯固相体积分数和包层固相体积分数和所测量的牵引辊的接触表面的肖氏D硬度。图6显示了对于具有相同直径的牵引辊，牵引辊的接触表面的肖氏D硬度随着包层的径向厚度的增加而减小。

表B

实施例3

六个牵引辊（样本H-M）由直径为2.2英寸（5.588厘米）和1.5英寸（3.81厘米）的云母纸环形元件构造。云母纸环形元件中的云母具有约2.9g/cc的晶体密度。以2℃/分钟的升温速度将环形元件预烧制到约700℃的最大温度，并保持在该最大温度约6小时。在预烧制步骤之后，环形元件具有约0.0976g/in²的面密度。环形元件被装配在具有约0.75英寸直径的轴构件上，并被压缩。通过不同量的压缩力来压缩每个牵引辊，从而实现表C中列出的芯密度。用于每个牵引辊的单元间置模式是B-B-L-B-L。下面的表C列出了长度/数量，长度/数量是辊的已压缩长度除以所述辊中的盘的数量。表C还列出了芯密度、包层密度、所计算的包层固相体积分数，以及所测量的牵引辊的接触表面的肖氏D硬度。表C中的数据总体指示牵引辊的硬度随着由牵引辊的长度减小决定的辊组件的环形元件被压缩的量而增大。图7图解描绘了肖氏D硬度和包层固相体积分数之间的函数关系。图7显示了牵引辊的接触表面的肖氏D硬度随着包层的固相体积分数的增加而增加，包层的固相体积分数转而随着环形元件被压缩的量而增加。

表C

实施例4

六个牵引辊（样本N-S）由直径为5.125英寸（13.02厘米）和4.6英寸（11.68厘米）的云母纸环形元件构造。云母纸环形元件中的云母具有约2.9g/cc的晶体密度。云母纸环形元件没有被预烧制。环形元件具有约0.0976g/in²到0.1143g/in²的面密度。环形元件被装配在具有约0.75英寸（约1.905厘米）直径的轴构件上，并被压缩。通过不同的压缩力压缩每个牵引辊。用于每个牵引辊的单元间置模式都是B-B-L-B-L。下面的表D列出了针对每个牵引辊所使用的压缩力、芯密度、包层密度、所计算的包层固相体积分数，以及所测量的牵引辊的接触表面的肖氏D硬度。表D中的数据总体指出牵引辊的硬度随着施加的压缩力而增加。图8图解描绘了肖氏D硬度和包层固相体积分数之间的函数关系。图8显示了牵引辊的接触表面的肖氏D硬度随着包层的固相体积分数的增加而增加，包层的固相体积分数转而随着施加至环形元件的压缩力的量而增加。

表D

基于前述，现应理解本文描述的牵引辊可与玻璃制造装置结合使用，以生产玻璃带。本文描述的牵引辊有助于形成具有较少缺陷的玻璃基底，这是因为本文描述的牵引辊比由纤维材料（例如麻丝板）形成的牵引辊更耐磨。此外，大直径和高纵横比的云母片以及纸中各云母片之间的摩擦力减小了在使用期间片脱离的发生率，因此减小了玻璃基底表面上缺陷的发生率，延长了牵引辊的使用寿命。

此外，形成具有本文所指出的硬度值的牵引辊使得牵引辊能够包住碎片和可能在牵引辊的接触表面上出现的其他颗粒材料，因此进一步减少了在玻璃带中缺陷的形成。

本领域技术人员应明了，在不偏离所主张的主题的精神和范围的前提下，可对所述实施方案做出多种改型和变体。因而，意在本说明书覆盖在此描述的各种实施方案的改型和变体，假设这些改型和变体落入随附的权利要求和它们的等同物所限定的范围内。

Claims (20)

1.一种牵引辊，包括：

一个轴构件；

一个辊组件，该辊组件定位在所述轴构件上以随着所述轴构件转动，所述辊组件包括由云母纸形成的环形元件的轴向压缩堆，所述云母纸包括相对于彼此基本平行取向的多层重叠的云母片，其中：

所述辊组件的接触表面具有大于或等于约10以及小于或等于约60的肖氏D硬度。

2.根据权利要求1所述牵引辊，其中所述辊组件的所述接触表面的肖氏D硬度小于或等于约30。

3.根据权利要求1所述牵引辊，其中所述环形元件掺杂有填充材料，以使得所述辊组件的密度从所述辊组件的所述接触表面径向地向内增加。

4.根据权利要求1所述牵引辊，其中所述环形元件被预烧制。

5.根据权利要求1所述牵引辊，其中以2℃/分钟的升温速度将所述环形元件加热至约700℃的最大温度来预烧制所述环形元件，并保持在该最大温度下约6小时。

6.根据权利要求1所述牵引辊，其中所述环形元件的轴向压缩堆包括：

第一多个环形元件，所述第一多个环形元件中的各个环形元件都具有第一外径，其中所述第一多个环形元件由云母纸形成；以及

第二多个环形元件，所述第二多个环形元件中的各个环形元件都具有第二外径，所述第二外径小于所述第一外径，其中所述第一多个环形元件与所述第二多个环形元件在所述轴构件上间置，以形成所述辊组件，使得所述辊组件具有被包层部围绕的芯部，所述包层部形成所述辊组件的所述接触表面。

7.根据权利要求6所述牵引辊，其中所述第二多个环形元件由不同于云母纸的材料制成。

8.根据权利要求6所述牵引辊，其中所述辊组件的芯部具有的肖氏D硬度大于所述辊组件的所述接触表面的肖氏D硬度。

9.根据权利要求6所述牵引辊，其中所述第一多个环形元件的各个环形元件和所述第二多个环形元件的各个环形元件交替布置在所述轴构件上。

10.根据权利要求6所述牵引辊，其中所述第一多个环形元件的各个环形元件和所述第二多个环形元件的各个环形元件以单元间置模式布置在所述轴构件上，该单元间置模式在所述轴构件的长度上连续地重复。

11.根据权利要求6所述牵引辊，其中所述辊组件的包层部具有小于或等于0.60的包层固相体积分数fv_cl。

12.根据权利要求6所述牵引辊，其中所述辊组件的芯部具有大于或等于0.60的芯固相体积分数fv_c。

13.一种牵引辊，包括：

一个轴构件；

一个辊组件，该辊组件定位在所述轴构件上以随着所述轴构件转动，所述辊组件包括由无机材料形成的环形元件的轴向压缩堆，其中：

所述辊组件的芯部具有的肖氏D硬度大于所述辊组件的包层部的接触表面的肖氏D硬度；以及

所述辊组件的所述接触表面具有大于或等于约10以及小于或等于约60的肖氏D硬度。

14.根据权利要求13所述牵引辊，其中所述辊组件的接触表面的肖氏D硬度小于或等于约30。

15.根据权利要求13所述牵引辊，其中所述环形元件的轴向压缩堆包括：

第一多个环形元件，所述第一多个环形元件中的各个环形元件都具有第一外径；

第二多个环形元件，所述第二多个环形元件中的各个环形元件都具有第二外径，所述第二外径小于所述第一外径，其中所述第一多个环形元件与所述第二多个环形元件在所述轴构件上间置，以形成所述辊组件。

16.根据权利要求15所述牵引辊，其中所述第二多个环形元件由不同于所述第一多个环形元件的材料的材料制成。

17.根据权利要求15所述牵引辊，其中所述第一多个环形元件的各个环形元件和所述第二多个环形元件的各个环形元件交替布置在所述轴构件上。

18.根据权利要求15所述牵引辊，其中所述第一多个环形元件的各个环形元件和所述第二多个环形元件的各个环形元件以单元间置模式布置在所述轴构件上，该单元间置模式在所述轴构件的长度上连续地重复。

19.根据权利要求14所述牵引辊，其中所述环形元件由云母纸形成，所述云母纸包括相对于彼此基本平行取向的多层重叠的云母片。

20.一种牵引辊，包括：

一个轴构件；

一个辊组件，该辊组件定位在所述轴构件上以随着所述轴构件转动，所述辊组件包括：

第一多个环形元件，所述第一多个环形元件中的各个环形元件都具有第一外径；

第二多个环形元件，所述第二多个环形元件中的各个环形元件都具有第二外径，所述第二外径小于所述第一外径，其中所述第一多个环形元件与所述第二多个环形元件在所述轴构件上间置，以形成所述辊组件，其中：

所述第一多个环形元件和所述第二多个环形元件由云母纸形成；以及

所述辊组件的接触表面具有大于或等于约10以及小于或等于约60的肖氏D硬度。

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