CN105517796B - 强化层压玻璃结构 - Google Patents

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Abstract

一种层压玻璃结构，其包括一块非玻璃基板和一块玻璃板，所述玻璃板与所述非玻璃基板相结合以构成所述的层压玻璃结构，所述层压玻璃结构能够承受落球试验，所述落球试验是将一颗535g重的不锈钢球体从0.8m的高度坠落至所述层压玻璃结构上，使所述玻璃板受到所述球体的撞击。所述玻璃板有一个厚度，使所述玻璃板能够发生形变以适应落球试验中球体使非玻璃基板产生的任何形变而不会破裂。

Description

强化层压玻璃结构
本申请根据35 U.S.C.§119要求于2013年1月7日提交的美国临时申请序列号61/749671的优先权，本申请以该文为基础，该文的内容通过引用全文纳入本申请。
技术领域
本发明涉及一种玻璃层压结构，更具体地，涉及一种强化/抗损伤和冲击的层压玻璃结构。
背景技术
强化玻璃结构可以作为生产许多设备的组件，如汽车组件、建筑结构或者电子设备。例如，层压玻璃结构可以被纳入作为许多终端产品的盖板玻璃，比如，电冰箱、装饰玻璃，电视机或者作为智能互动显示器的嵌入式触摸层压件。然而，使用层压玻璃结构的设备受到强度和冲击性方面的限制。而且，有些电子器件要求特定形状的层压玻璃结构，例如具有弯曲、成形、有斜面边缘的、有承载边缘的或有其它轮廓曲线的层压玻璃板。因此，需要一种能够制造强化和/或具有抗冲击性能的层压玻璃结构的装置和方法。
概述
作为一种提高挠性玻璃的机械可靠性的方法，将挠性玻璃与一种或者多种具有特定结构的层压材料或者基板进行层压或粘接。挠性玻璃的厚度可以在300μm以下，包含但不局限于，300、275、250、225、200、190、180、170、160、150、140、130、120、110、100、90、80、70、60、50、40、30、20或者10μm。根据层压玻璃结构所需要达到的机械强度和抗冲击性能，以及目标用途中预期的弯曲应力和弯曲方向，按照本发明的理念，可以设计出能够满足不同机械要求的层压玻璃结构。使用得当时，相对于非层压的挠性玻璃，层压玻璃结构能够提供更好的机械可靠性和抗冲击表现。
例如，如下所述，层压玻璃结构的抗冲击性能可以通过使用落球试验机进行落球试验加以确定。当一颗直径51mm，重535g且处于静止状态的不锈钢球体从一个固定的高度坠落至一块承载于位于铝质台面上的泡沫块上的层压玻璃结构上时，层压玻璃结构可能产生形变，在层压或者粘接挠性玻璃的层压材料或者基板上形成凹陷，同时挠性玻璃保持完整并适应非玻璃基板的形状。如果该挠性玻璃没有发生穿透其厚度的破裂也没有部分挠性玻璃从层压玻璃结构中分离，那么可以认为该层压玻璃结构具有该不锈钢球体坠落高度的抗冲击性能，换言之，可以说该层压玻璃结构能够承受该落球试验。
以下的详细叙述中披露了本发明的附加特征和优点，其中的部分内容对于本领域的技术人员而言，可以通过所述内容或者按文字描述以及附图中的举例实施本发明而变得显而易见。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是对本发明的示例，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。
包括的附图提供了对本发明原理的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图图示说明了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用以说明例如本发明的原理和操作。应理解，在本说明书和附图中披露的本发明的各种特征可以任意组合使用。作为非限制性例子，本发明的各种特征可以按照以下各个方面相互组合。
根据第1方面，提供一种层压玻璃结构，其包括：
非玻璃基板；和
玻璃板，所述玻璃板与所述非玻璃基板相结合以构成所述的层压玻璃结构，所述层压玻璃结构能够承受落球试验，所述落球试验是将一颗535g重的不锈钢球体从至少0.8m的高度坠落至所述层压玻璃结构上，使所述玻璃板受到所述球体的撞击；
所述玻璃板有一个厚度，使所述玻璃板发生形变以适应落球试验中球体的撞击使非玻璃基板产生的任何形变而不会开裂。
根据第2方面，提供第1方面的层压玻璃结构，其中，所述球体从0.9m的高度坠落。
根据第3方面，提供第1方面的层压玻璃结构，其中，所述球体从1m的高度坠落。
根据第4方面，提供第1方面的层压玻璃结构，其中，所述球体从1.295m的高度坠落。
根据第5方面，提供第1方面的层压玻璃结构，其中，所述球体从1.45m的高度坠落。
根据第6方面，提供第1到第5方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述玻璃板的厚度为300μm以下。
根据第7方面，提供第1到第6方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述层压玻璃结构承载于一块厚25.4mm的挤出式聚苯乙烯泡沫板上，所述聚苯乙烯泡沫板置于一张铝制的试验台上，使得所述玻璃板受到所述球体的撞击，并且非玻璃基板朝向所述泡沫板。
根据第8方面，提供第1到第7方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述非玻璃基板包含金属或者金属合金。
根据第9方面，提供第1到第8方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述非玻璃基板包含不锈钢、铝、镍、黄铜、青铜、钛、钨、铜、铸铁和贵金属中的一种或者多种。
根据第10方面，提供第1到第9方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，进一步包含一个位于所述玻璃板和所述非玻璃基板之间的粘合剂层。
根据第11方面，提供第10方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层的厚度不超过大约1000μm。
根据第12方面，提供第10或第11方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层在固化时是光学透明的。
根据第13方面，提供第10到12方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层中没有直径在100微米以上的气泡。
根据第14方面，提供第10到13方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层是不透明的。
根据第15方面，提供第10到14方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层是通过加热固化的。
根据第16方面，提供第10到14方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层是通过紫外光曝光而固化的。
根据第17方面，提供第10到16方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层是粘合剂的板或者膜。
根据第18方面，提供第17方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂的板或者膜具有能够透过玻璃板可见的装饰图案。
根据第19方面，提供第1到第18方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述非玻璃基板的厚度不超过大约5mm。
根据第20方面，提供第1到第19方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述非玻璃基板的热膨胀系数(CTE)至少是所述玻璃板的CTE的大约2倍。
根据第21方面，提供第1到第20方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述层压玻璃结构在其厚度上的压缩应力至少为大约30MPa。
根据第22方面，提供第1到第21方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述层压玻璃结构在其厚度上的压缩应力至少为大约80MPa。
根据第23方面，提供第1到第22方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述非玻璃基板的CTE至少是所述玻璃板的CTE的大约5倍。
根据第24方面，提供第1到第23方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述玻璃板是第一玻璃板，所述层压结构含包括第二玻璃板，所述非玻璃基板位于所述第一和第二玻璃板之间。
根据第25方面，提供第1到第24方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述非玻璃基板的杨氏模量为大约30000MPa以上，大约500000MPa以下。
根据第26方面，提供第1到第25方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述玻璃板的第一CTE为大约2ppm/℃以上，大约5ppm/℃以下，所述非玻璃基板的第二CTE为大约10ppm/℃以上。
根据第27方面，提供第1到第26方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述玻璃板具有抗菌性能。
根据第28方面，提供一种层压玻璃结构，其包括：
厚度不超过大约300μm的玻璃板；以及
层压于所述玻璃板一个表面的金属基板，使所述玻璃板在其厚度上的压缩应力至少为大约30MPa。
根据第29方面，提供第28方面的层压玻璃结构，其中，所述玻璃板在其厚度上的压缩应力至少为大约80MPa。
根据第30方面，提供第28或第29方面的层压玻璃结构，其中，所述玻璃板在其厚度上的压缩应力至少为大约100MPa。
根据第31方面，提供第28到第30方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述金属基板包含不锈钢、铝、镍、黄铜、青铜、钛、钨、铜、铸铁和贵金属中的一种或者多种。
根据第32方面，提供第28到第31方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，进一步包含一个位于所述玻璃板和所述金属基板之间并与所述玻璃板和所述金属基板相接触的粘合剂层。
根据第33方面，提供第32方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层在固化时是光学透明的。
根据第34方面，提供第32或第33方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层的厚度不超过大约1000μm。
根据第35方面，提供第28到第34方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述金属基板的厚度不超过大约5mm。
根据第36方面，提供第28到第35方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述金属基板的热膨胀系数(CTE)至少为所述玻璃板的CTE的大约2倍。
根据第37方面，提供第28到第36方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述金属基板的CTE至少为所述玻璃板的CTE的大约5倍。
根据第38方面，提供第28到第37方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，该层压玻璃结构包括至少三个层，所述至少三个层包括第一玻璃板层，第二玻璃板层和位于所述第一玻璃板层和所述第二玻璃板层之间的金属基板层。
根据第39方面，提供第28到第38方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，金属基板的杨氏模量在大约30000MPa以上，大约500000MPa以下。
根据第40方面，提供第32到第39方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层是热固化的。
根据第41方面，提供第32到第39方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层是通过紫外光曝光而固化的。
根据第42方面，提供第32到第39方面中任意一个方面的层压玻璃结构，其中，所述粘合剂层是不透明的。
附图简要说明
参照附图，阅读本发明的以下详细描述，可以更好地理解本发明的这些方面、特征和优点以及其他的方面、特征和优点，其中：
图1和2显示了根据本发明的一些方面对称层压玻璃结构的一个实施方式的截面图以及相关压缩应力测试曲线图。
图3和4显示了根据本发明的一些方面含有粘合剂层的非称层压玻璃结构的一个实施方式的截面图以及相关压缩应力测试曲线图。
图5显示了根据本发明的一些方面，图1所示的对称层压玻璃结构的截面图，该结构在粘合剂层上具有装饰图案。
图6显示了根据本发明的一些方面非对称层压玻璃结构的一个实施方式的截面图，该实施方式不含有粘合剂层。
图7提供了一张表格，其中列举了根据本发明的一些方面形成以及测试的层压玻璃结构样品的材料的性质。
图8示意性地显示了根据本发明的一些方面图6中非对称层压玻璃结构上可能产生的翘曲。
图9显示了根据本发明的一些方面测试样品所使用的落球试验装置。
图10显示了根据本发明的一些方面在层压玻璃结构上所进行的落球试验的结果，该层压玻璃结构的材料的性质列举于图7。
图11显示了根据本发明的一些方面使用图10中的落球试验装置进行落球试验后的层压玻璃结构样品的前视图。
图12显示了根据本发明的一些方面对层压玻璃结构样品进行的压缩应力分析。
详细描述
在以下的详述中，为了解释而非限制，给出了说明具体细节的示例性实施方式，以提供对本发明的各种原理的充分理解。但是，对于本领域普通技术人员显而易见的是，在从本说明书获益后，可以按照不同于本文所述具体细节的其他实施方式实施本发明。另外，本文可能省去对众所周知的装置、方法和材料的描述，以免干扰对本发明的各种原理的描述。最后，在任何适用的情况下，相同的附图标记表示相同的元件。
在本文中，范围可以表述为自“大约”某一具体值始和/或至“大约”另一具体值止。表述这样的范围时，另一种实施方式包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，用先行词“大约”将数值表示为近似值时，应理解该具体值构成另一个实施方式。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值有关和与另一个端点值相互独立时，都是有意义的。
本文所用的方向术语，例如上、下、左、右、前、后、顶、底，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来表示绝对的取向。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，在任何方面，当方法权利要求实际上没有陈述其步骤应遵循的顺序时，或者当权利要求或描述中没有另外具体说明所述步骤应限于特定顺序时，不应推断出任何特定顺序。这样同样适用于任何可能的未明确表述的解释依据，包括：关于设置步骤或操作流程的逻辑；由语法结构或标点获得的一般含义；说明书所述的实施方式的数量或种类。
本文中，单数形式的“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代形式，除非文中另有明确说明。因此，例如，提到的一种“组件”包括具有两种或更多种这类组件的方面，除非文本中有另外的明确表示。
尽管玻璃本身是一种结实的材料，其强度和机械可靠性仍然受到其表面缺陷或者瑕疵尺寸密度分布以及在一段时间内材料经受的累积应力的影响。在一个完整的产品寿命周期中，层压玻璃结构可能受到不同种类的静态和动态的机械应力。本文所描述的实施方式一般涉及使用非玻璃基板强化挠性玻璃板的层压玻璃结构。本文所讨论的具体例子所涉及的层压玻璃结构中，非玻璃基板是金属或者金属合金，例如不锈钢、铝、镍、黄铜、青铜、钛、钨、铜、铸铁或贵金属。为了提高抗冲击性能，使用非玻璃基板和挠性玻璃板之间相对较大的热膨胀系数(CTE)错配，在升高的层压温度下将非玻璃基板层压于挠性玻璃板，然后进行缓慢的冷却。当层压玻璃结构冷却后，这一在升高的层压温度下的层压方法能够在挠性玻璃的厚度上生成均匀分布的压缩残余应力。
层压玻璃结构
图1和3中显示了两个示例性的层压玻璃结构200和202的截面图。首先参考图1，层压玻璃结构200通常指的是对称层压玻璃结构，其包括一个由挠性玻璃板140形成的第一最外层挠性玻璃层141，一个由另一挠性玻璃板140形成的第二最外层挠性玻璃层143，以及夹在第一和第二挠性玻璃层141和143之间并且层压于第一和第二挠性玻璃层141和143的非玻璃基板层133。如图1所示，对称的层压玻璃结构200构造成以下方式，层压玻璃结构200的中间平面C以下的层与中间平面C以上的层构成镜像，而图3所示的非对称层压玻璃结构没有相对于其中间平面构成镜像。非玻璃基板层133由诸如木材、金属和/或金属合金构成的非玻璃基板130组成，例如，可以是不锈钢、铜、镍、黄铜、青铜、钛、钨、铸铁、铝、陶瓷、复合物或者另一种聚合物或者刚性材料或者以上材料的组合。在许多实施方式中，所述的非玻璃基板130是由金属或者金属合金形成的。
粘合剂层174、175可以由粘合剂材料170构成，可以在第一和第二挠性玻璃层141、143和非玻璃基板133各自的宽表面134、142以及132、148之间的界面上使用粘合剂层174、175，将第一和第二挠性玻璃层141、143层压于非玻璃基板层133。粘合剂材料170可以是非粘合性的中间层，粘合剂，粘合剂的板或者膜(可以是干燥的膜或者液体膜，所述液体膜之后发生固化)，液体粘合剂，粉末粘合剂，压敏粘合剂，紫外光粘合剂，热粘合剂或者其它类似的粘合剂或者以上粘合剂的组合。粘合剂材料170可能在层压过程中对挠性玻璃140附着于非玻璃基板130的过程起到辅助的作用。市售可得的粘合剂材料170的一些例子包括，Norland 68，3M OCA 8211，3M 8212，DuPont SentriGlas，DuPont PV 5411，硅酮，丙烯酸酯，日本世界株式会社材料(Japan World Corporation material)FAS，密封材料，聚氨酯，聚乙烯醇缩丁醛树脂，木胶(原文：wood glue)之类，或者光学透明的粘合剂。粘合剂层174可以很薄，其厚度为大约1000μm以下，包含大约900μm以下，包含大约800μm以下，包含大约700μm以下，包含大约600μm以下，包含大约500μm以下，包含大约400μm以下，包含大约300μm以下，大约250μm，包含大约200μm以下，包含大约150μm以下，包含大约100μm以下，包含大约50μm以下，包含大约25μm以下，以及亚微米级厚度。粘合剂也可以含有其它功能性组分，例如着色、装饰、耐热或者抗UV，减反射(AR)过滤功能等。粘合剂材料170可以在固化时是光学透明的，也可以是不透明的。在一些实施方式中的粘合剂材料170是粘合剂的板或者膜，粘合剂材料170可以具有一个透过挠性玻璃厚度可见的装饰图案或者设计，如图5所示。
图5中，层压玻璃结构200包括由粘合材料的板或者膜170构成的粘合剂层174。粘合剂材料170有一种从挠性玻璃层141的外表面144可见的条状图案145。一些气泡可能会在层压过程中或者层压之后夹带入层压玻璃结构中，但是直径在100μm以下的气泡不会影响层压玻璃结构的抗冲击性能。可以利用真空系统或者向结构的一个表面施加压力以减少气泡的产生。其它一些实施方式中，层压挠性玻璃层时可以不使用粘合剂。在另一些实施方式中，构成第二挠性玻璃层143的挠性玻璃的化学组分可与第一挠性玻璃层141的挠性玻璃板140不同。对层压玻璃结构中141、174、133各层之间粘接强度的调整也会对层压玻璃结构的抗冲击性能产生影响。
图1显示了对称层压玻璃结构200的最外侧挠性玻璃层141、143，图3显示了另一种层压玻璃结构202，其只有层压于非玻璃基板层133的第一最外侧挠性玻璃层141，通常称其为非对称层压玻璃结构。同样地，可以在第一最外侧挠性玻璃层141和非玻璃基板层133各自的宽表面134、142之间的界面上使用粘合剂层174将第一最外侧挠性玻璃层141层压至非玻璃基板层133。图6显示了另一种层压玻璃结构204，其包括包含将第一最外侧挠性玻璃层141层压至非玻璃基板层133，且不包含粘合剂层174。图1、3、5和6显示了具有多个层的示例性的层压玻璃结构，但是，也可能使用其它含有更多或者更少层数的层压玻璃结构。
挠性玻璃板140的厚度146可以在大约0.3mm以下，包括但不限于，例如，大约0.01～0.05mm、大约0.05～0.1mm、大约0.1～0.15mm、大约0.15～0.3mm、0.3、0.275、0.25、0.225、0.2、0.19、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02或者0.01mm。挠性玻璃板140可以由玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷材料或者它们的复合物构成。熔合法(例如下拉法)制成的高质量挠性玻璃板可用于各种器件，例如平板显示器。相比于通过其它方法制得的玻璃板，熔合法制得的玻璃板的表面具有优异的平坦度和光滑度。美国专利序列号3338696和3682609中披露了熔合法。其它合适的玻璃板形成方法包括浮法、上拉法和狭缝拉制法。另外，挠性玻璃板140可以通过使用表面银离子浓度大于0至0.047μg/cm2的玻璃的化学组分使其进一步具有抗菌性能，美国专利申请公开序列号2012/0034435A1中对此作出了更进一步的披露。也可以在挠性玻璃140上涂敷含有银的釉，或者掺杂银离子，以获得所需的抗菌性能，美国专利申请公开序列号2011/0081542A1中对此作出了更进一步的披露。另外，为了获得所需的抗菌效果，挠性玻璃140的组成按照摩尔百分比可以为50％SiO2、25％CaO，和25％Na2O。
现在参考图2和4，示例性的应力图210和220显示出相关层压玻璃结构200(图1)和202(图3)中挠性玻璃板140中的残余压缩应力随非玻璃基板层厚度的增加而变化的关系。这些示例性的应力图210和220中，非玻璃基板层137由三种不同的非玻璃基板130构成，分别是：不锈钢、铝，和铜。这些非玻璃基板130的材料的性质如图7所示。
先参考图2，层压玻璃结构200的挠性玻璃层141和143(厚度为100μm)中的残余压缩应力在挠性玻璃141和143的宽度上是基本均一的。如图1所示，残余压缩应力是在以下过程中产生的，将非玻璃基板130(厚度从大约0.1mm至大约5mm)与挠性玻璃层141和143在升高的层压温度下进行层压，然后冷却至室温，冷却的速率取决于非玻璃基板130的热质量，例如大约3℉/分钟或者大约4℉/分钟。升高的层压温度高于室温，低于非玻璃基板特定的变形温度，包括但不局限于大约165℃、大约140℃或者大约110℃。另外，虽然图1显示的是三层的层压玻璃结构，但是层数可以多于或者少于三层，可以根据，比如终端用途或者工艺要求进行选择。多种其它层状的层压例子将会在这里进行描述。
现在参考图4，层压玻璃结构202的挠性玻璃层141(厚度为100μm)中的残余压缩应力在挠性玻璃141的宽度上是基本或几乎均一的。如图3所示，残余压缩应力是在以下过程中产生的，将非玻璃基板130(厚度从大约0.1mm至大约5mm)与挠性玻璃层141在升高的层压温度下进行层压，然后冷却至室温。
强化对称层压玻璃结构
虽然不希望被理论限制，本发明的层压玻璃结构可能是由于存在于玻璃层中的压缩应力而具有更佳的抗冲击/损坏性能的原因。本发明提供强化挠性玻璃板的设备和方法，使用CTE相差较大(例如，相差大约2倍以上，相差大约5倍以上，相差大约10倍以上)的非玻璃基板130和挠性玻璃板140进行错配，在升高的层压温度下层压非玻璃基板130和挠性玻璃板140(例如，如图1所示)，然后缓慢冷却，从而在挠性玻璃板140的厚度146上产生残余压缩应力。在将非玻璃基板130层压于挠性玻璃板140之前，应当允许非玻璃基板130相对于挠性玻璃板140进行至少一定程度的热膨胀，因为挠性玻璃板140和非玻璃基板130之间存在较大的CTE错配。一旦完成层压，层压玻璃结构200可以以受控的方式冷却(例如，优选大约1～2℃/分钟或更低)至室温，使粘合剂层174、175完全固化，这使挠性玻璃140中产生压缩应力。一些实施方式中，CTE的错配可以至少在大约3ppm/℃以上，例如大约6ppm/℃以上，例如大约9ppm/℃以上，例如大约12ppm/℃以上，例如大约15ppm/℃以上，例如大约20ppm/℃以上，例如大约27ppm/℃以上，例如大约50ppm/℃以上。层压玻璃结构可以分为对称的(例如200)和非对称的(例如202、204)。如上所述，对称层压玻璃结构200中，中间平面C(如图1所示)以下的层与中间平面C以上的层构成镜像，而非对称层压玻璃结构202、204没有这样相对于中间平面构成的镜像。
对于对称层压玻璃结构，例如层压玻璃结构200，由两种不同的材料构成，包含三个以上具有不同CTE的层，在升高的层压温度下层压，室温时挠性玻璃140在厚度146上的压缩应力σg(假设双轴形变)由下式给出：
其中，σmtm+σgtg＝0，且
E表示杨氏模量，α表示线性热膨胀系数，t表示一种材料的总厚度，ν表示泊松比，下标“g”和“m”分别表示“玻璃”和“材料(非玻璃基板)”。Tlam表示层压过程中使用的粘合剂的固化温度，Troom表示室温。
因此，挠性玻璃中的压缩应力σg可以通过以下途径中的一种或多种提高：
1、减小玻璃层的厚度tg；
2、增大挠性玻璃的杨氏模量Eg；
3、增大非玻璃基板层的杨氏模量Em；
4、增大非玻璃基板层的厚度tm；
5、增大挠性玻璃140的热膨胀系数和非玻璃基板130的热膨胀系数之间的差别；以及
6、提高层化温度Tlam。
虽然人们希望挠性玻璃板140在厚度146上具有更大的压缩应力(例如，30Mpa以上，50Mpa以上，60Mpa以上，70Mpa以上，80Mpa以上，90Mpa以上，100Mpa以上，110Mpa以上)，但是能够引入的压缩应力的量值存在一些限制。例如，为了在挠性玻璃板140中获得较大的压缩应力σg，一种方法是尽可能地提高层压温度Tlam。然而，这一层压温度Tlam的上限不应超过由层压玻璃结构的具体特性所决定的极限，例如使用的任何粘合剂的工作温度极限。任何粘合剂层174对挠性玻璃板140在厚度146上的压缩应力σg的影响都将会是微乎其微的，例如小于10MPa，这是因为粘合剂层174是柔软的，其杨氏模量低于挠性玻璃140和非玻璃基板130的杨氏模量。为了提供产品可靠性，应当考虑材料和结构完整性。因此，多种限制可能影响能够被引入挠性玻璃板140的压缩应力值。
下式给出了双轴层压玻璃结构的挠性玻璃板140中的最大压缩应力σg_max的近似方程式。此方程式适用于对称和非对称层压玻璃结构：
对于图1所示的层压玻璃结构，例如，假设层压温度Tlam和室温Troom之差为100℃，当金属基板的材料是不锈钢时，对称的层压玻璃结构200的挠性玻璃板140中的压缩应力最大值σg_max为132MPa，当金属基板的材料是铝时，对称的层压玻璃结构200的挠性玻璃板140中的压缩应力最大值σg_max为190MPa，当金属基板的材料是铜时，对称的层压玻璃结构200的挠性玻璃板140中的压缩应力最大值σg_max为127MPa。此处计算使用图7中提供的数值。
强化非对称层压玻璃结构
层压工艺也可以用于控制或影响非对称层压玻璃结构中的应力分布，例如层压玻璃结构202和204(图3和5)。在这些实施例中，在将非玻璃基板130层压于挠性玻璃140之前，基板材料层133可以被允许相对于挠性玻璃140进行热膨胀，这是因为挠性玻璃140和非玻璃基板130之间存在较大的CTE错配。然而，由于层压玻璃结构202、204的非对称性，挠性玻璃和基板材料层中可能产生单轴或者双轴弯曲。另外，非对称层压玻璃结构202、204可能在冷却至室温的过程中翘曲。
参考图8，非对称层压玻璃结构206中CTE错配引发的单轴弯曲曲率(假设平面应力和挠性玻璃140以及非玻璃基板130具有相同的长宽尺寸)可以根据下式得到：
其中：
κ表示弯曲曲率，E表示杨氏模量，α表示线性热膨胀系数，t表示一种材料的总厚度，下标“g”和“m”分别表示“玻璃”和“基板材料”。Tlam表示层压过程中使用的粘合剂的固化温度，Troom表示室温。
从中心点C到中性轴A的距离记为半径R，弯曲曲率κ与半径R的关系是：R＝1/κ。中性轴对应的高度h可由下式得到：
对于双轴弯曲，将上式中的E替换为于单轴平面应变弯曲，将上式中的E替换为因此，当材料性质和层压温度已知时，非对称层压玻璃结构的弯曲特征就可以确定。
在某些示例中，对于非对称层压玻璃结构202、204，挠性玻璃板140在厚度146上的压缩应力σ可能不是均一的。对于挠性玻璃140中的顶部表面144(位置如图3、4所示)，挠性玻璃板140在厚度146上的压缩应力σg_top可由下式得到：
其中：
E表示杨氏模量，α表示线性热膨胀系数，t表示一种材料的总厚度，下标“g”和“m”分别表示“玻璃”和“材料(基板材料)”。Tlam表示层压过程中使用的粘合剂的固化温度，Troom表示室温。
对于挠性玻璃140中的底部表面148(位置如图1、3所示)，挠性玻璃板140在厚度146上的压缩应力σg_bot可由下式计算：
挠性玻璃板140在厚度146上的平均压缩应力σg_avg可由下式计算：
当使用任意上述的方程式计算双轴弯曲时，将E替换为当使用任意上述的方程式计算单轴平面弯曲时，将E替换为
根据上述的方程式，挠性玻璃板140中的压缩应力σ可以通过以下一种或多种途径增大：
1、减小挠性玻璃板140的厚度tg；
2、增大挠性玻璃140的杨氏模量Eg；
3、增大非玻璃基板130的杨氏模量Em；
4、增大非玻璃基板130的厚度tm；
5、增大挠性玻璃140的热膨胀系数和非玻璃基板130的热膨胀系数之间的差别；
6、提高层压温度。
粘合剂层174对挠性玻璃板140整个厚度146上的压缩应力的影响通常都将会是微乎其微的，例如小于10MPa，这是因为粘合剂层174通常是柔软的，其杨氏模量低于挠性玻璃140的杨氏模量和非玻璃基板130的杨氏模量。但是应当注意，适当选择粘合剂能够通过离子键或化学键和/或机械结构互锁以及基于压缩的收缩增强层压结构的抗冲击性能。最后，非对称层压玻璃结构的最大压缩应力σgmax与上述的对称层压玻璃结构相同。
实施例
落球试验
对称和非对称层压玻璃结构样品都是按照上述的装置和方法制造的。每一个层压玻璃结构样品都具有100mm×100mm尺寸的玻璃，101.6mm×101.6mm尺寸的金属基板，以及厚度为250μm的DuPont PV粘合剂层。一块挠性玻璃板与三种不同的基板材料进行层压：不锈钢、铝和铜，其材料性质如表7所示。我们发现，所述层压玻璃结构样品相比于其它具有更厚的玻璃和/或更厚的金属基板的层压玻璃结构而言，前者的抗冲击性能和固有强度有所提升。本发明的层压玻璃结构样品通过进行落球试验以确定其抗冲击性能，发现其抗冲击性能和固有强度有所提升。
现在参考图9，图9图示了落球试验装置400。落球试验装置400包含一个铝制试验台410，层压玻璃结构样品420，以及一颗重535g、直径51mm的不锈钢球体430。高度调节机构431用以调节球体坠落的高度432，从15cm开始，每次增加5cm直到无法通过试验。球体释放机构435置于电枢433上，使不锈钢球体430能够从静止状态被磁性释放。也可以使用真空和/或机械释放。球体430重535g，直径51mm。一块厚25.4mm的泡沫块480(例如，OwensCorning Foamular 250挤出式聚苯乙烯(XPS)泡沫)置于层压玻璃结构420的下面，支撑层压玻璃结构420的整个区域。在其它实施方式中，也可以不使用泡沫块480，层压玻璃结构420可以直接置于铝制试验台410上。铝制试验台410是刚性和完全支撑的以保证其结构吸收最小的能量，使用高度调节控制装置以保证落球装置432的精确性。
本申请中冲击试验按照以下步骤进行：重535g的不锈钢球体430从0.15m的落球高度432坠落至层压玻璃结构样品420(玻璃朝上)的上表面422。层压玻璃结构样品420水平不受约束地置于铝制试验台410上。不锈钢球体430瞄准并且撞击位于层压玻璃结构样品420几何中心的直径5/8英寸的圆圈以内。不锈钢球在自由下落或者撞击前没有受到引导或者其它限制。不锈钢球体430从静止状态和固定的位置以初速度0mm/s开始下坠。不锈钢球体430被释放并且自由下坠直到撞击层压玻璃结构样品420的玻璃板。
为了判断层压玻璃结构样品420是否通过了撞击试验，该层压玻璃结构样品420的上表面422绝不能发生破裂。如果有裂缝延伸贯穿层压玻璃结构样品420之内的整个厚度，或者有任何肉眼可见的碎片从层压玻璃结构样品420的任何表面分离，就认为层压玻璃结构样品420发生了破裂。
如果层压玻璃结构样品420通过了相当于高度432的抗冲击性能的冲击试验，相同的层压玻璃结构样品420就被重新放置于铝制试验台410上，再次使不锈钢球体坠落，这次将落球高度432提高至0.8m。如果层压玻璃结构样品420又通过了冲击试验，就将落球高度432提高至0.9m，在接下来的试验中每次提高大约0.1m，直到无法通过试验，或者落球高度432达到了1.45m，相当于1.45m的抗冲击性能。落球高度432包括1m、1.295m和1.45m。
利用落球试验装置402测试三个层压玻璃结构样品420的组合。每一组合的材料性质都在图7所示的范围内。第一组层压玻璃结构样品440具有以下组合：厚度为100μm的挠性玻璃，厚度为1.5875mm的不锈钢基板材料，位于中间的厚度为250μm的3M OCA8211粘合剂。第二层压玻璃结构样品450具有以下构成：厚度为100μm的挠性玻璃，厚度为0.8128的铝基板材料，位于其间的厚度为250μm的DuPont SentriGlas粘合剂。第三组层压玻璃结构样品460具有以下组合：厚度为100μm的挠性玻璃，厚度为1.5875mm的不锈钢基板材料，位于其间的厚度为250μm的DuPont SentriGlas粘合剂。
三种样品440、450、460的落球试验结果如图10所示。所有组合中的任一个样品都通过了高度0.8m的落球试验。另外，一些样品通过了高度1.45m的落球试验，从而证明其具有1.45m的抗冲击性能。第三组合显然具有最高的连续抗冲击性能测试结果。
现在参考图11，图中显示一个接受图9所述的泡沫球体的落球试验的层压玻璃样品420，初始的落球高度为15cm，每次增加5cm。测试该层压玻璃样品420直到落球高度达到1.45m，该层压玻璃样品420成功通过了落球高度为1.45m的落球试验。随着不锈钢球体430以越来越高的高度反复坠落至层压玻璃结构样品420上，层压玻璃结构发生形变，在与挠性玻璃板140层压的非玻璃基板130上产生了一个浅凹或者凹陷，而挠性玻璃板140保持完整。如图11所示，挠性玻璃板140适应了非玻璃基板的形变，或者浅凹而没有发生开裂。图11所示的具体层压玻璃结构样品包含100μm厚度的挠性玻璃，具有16厚度尺度或者1.59mm厚度的不锈钢基板材料，以及250μm厚度的DuPontSentriGlas/PV5411粘合剂层。由于挠性玻璃板140保持完整，如图11所示，层压玻璃样品420通过了高度432的落球试验。IEC-60065和UL-60950描述了各种与冲击相关的标准。
压缩应力测量
测量一种层压玻璃结构的直接压缩应力，在该层压玻璃结构中，将具有亚微米厚度的Norland 68 UV粘合剂置于玻璃和非玻璃基板之间。使用一台FSM-6000棱镜耦合仪测量直接压缩应力，结果如图12所示。结果显示层压玻璃结构中的双折射。
图1所示的层压玻璃结构样品由两块厚度0.1mm的挠性玻璃板，以及一层厚度为1.3mm的透明热塑性塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成。PMMA层和挠性玻璃层之间施涂了厚度为20nm的UV、或者紫外线敏感粘合剂(NOA 68，Norland Products公司制造销售)。将层压玻璃结构置于热电加热板上对其一面进行加热并保持在80℃，这一温度低于UV敏感粘合剂的工作极限：90℃。接着，从层压玻璃结构背向热电加热板的一面对紫外光敏感粘合剂施加紫外光，使得紫外光固化UV敏感粘合剂固化，使金属层在升高的层压温度下与挠性玻璃层结合，然后以3℃/分钟的速率冷却。使用双折射测试(FSM)可以确定挠性玻璃中存在大约110Mpa的压缩应力，如图12所示。表Ⅰ以粗体形式显示了这一示例性层压玻璃结构的材料性质，表Ⅱ列举了使用上述的压缩应力方程式得到应力估算值。
表I：材料
表II：应力估算值
虽然上述例子中都使用了居间粘合剂层以结合金属层和挠性玻璃，其他实施方式可能包含金属层直接与挠性玻璃结合而不使用任何居间粘合剂层。例如，可以将金属层加热高于塑料软化温度(玻璃化转变温度)，但低于金属的熔点。对于PMMA，例如，其软化温度为91℃到115℃，熔点为160℃。为了将金属层加热至软化温度与熔点之间的温度，可能需要热量和压力的组合使用(例如使用高压釜)。在一些例子中，加热温度可以保持一段预定的时间，然后可以按照预定的速率(例如，小于大约3℉/分钟)冷却层压玻璃结构。
总体考虑
除了上文所提到的，其他用以将非玻璃基板130在升高的层压温度下层压至挠性玻璃板140的粘合材料170的非限制性例子还包含可UV固化的光粘合剂或者光学粘结剂，例如NorlandTM Optical Adhesives的产品(NOA60、NOA61、NOA63、NOA65、NOA68、NOA68T、NOA71、NOA72、NOA73、NOA74、NOA75、NOA76、NOA78、NOA81、NOA84、NOA88、NOA89、)，DowCorningTM的(Sylgard 184以及其他热固性硅酮)，DymaxTM等等。对于热活化粘合材料(例如NOA83H)，可以使用活化温度高于预定温度(例如大约50℃以上，例如大约70℃以上，例如大约80℃以上，例如大约100℃以上)的粘合材料使基板材料有机会在层压至挠性玻璃上之前相对于挠性玻璃发生膨胀。
另外，每一块非玻璃基板可以本身是层压的或者是由不同类型的金属构成的复合结构，这些金属具有不同的杨氏模量，不同的泊松比，和/或不同的层厚度。此时，本领域的技术人员应当能够均化混合层以找到本文所描述的整体层的有效值，包括有效厚度，有效杨氏模量，以及有效泊松比从而有益地形成玻璃-金属层压体。该复合物，例如，可以是任何上述材料和/或金属的组合，例如不锈钢、镍、铜、贵金属、金属氧化物等等形成。
本发明的层压玻璃结构可以是光学透明的可成形的和/或作为电子器件保护元件的挠性结构，其中层压玻璃结构是复合结构，包括一层厚度5～300μm的挠性玻璃板140，以及一层非玻璃基板130，例如金属，厚度范围0.1～5mm。在这种连接中，层压玻璃结构的可成形性允许其通过弯曲和/或扭转偏离完全的平面从而适应其它物体的形状或形态。
挠性玻璃板140和非玻璃基板130可以通过间歇法制成板状形态。或者，挠性玻璃板140可以是板状，而非玻璃基板130来自连续的卷。作为进一步的可能性，挠性玻璃板140和非玻璃基板130都是来自连续的卷。
对于非玻璃基板130，可以使用能够作为预聚物或者前化合物先沉淀/涂敷然后加以转化的聚合物，例如环氧树脂、聚氨酯、苯酚甲醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂。挠性玻璃140和非玻璃基板130的层压可以在层之间存在粘合剂材料170的条件下进行。在此情况下，粘合剂材料170可以预涂敷至挠性玻璃板140和非玻璃基板130的其中一者或者两者上，或者在层压过程中添加，该层压过程可以在室温或者升高的层压温度下进行，可以在加压或者未加压条件下进行。UV固化粘合剂同样适用。非玻璃基板130可以是预涂敷有热密封胶的金属板的形式。将非玻璃基板130层压和/或沉淀于挠性玻璃板140上的操作可与玻璃的生产过程相整合，例如挠性玻璃离开生产线之后(仍然是炙热的或者温热的或者冷的)再将金属基板覆盖于其上。
上述的层压玻璃结构相比于挠性玻璃具有更高的强度。对称层压玻璃结构在其整个玻璃厚度上可以得到几乎恒定均一的压缩应力。基板材料能够提供破裂保护，使挠性玻璃在任何破裂发生时保持在一起。层压玻璃结构能够制成触摸和盖板玻璃，以取代化学强化玻璃。能够制得与非对称层压玻璃结构有关的上述的曲面显示玻璃。挠性玻璃也可用作密封防水阻挡层，阻挡不利的UV光，或者抑制至于其下的基板的腐蚀。
层压玻璃结构还可以提高基板材料透过挠性玻璃的光学质量，提高其下基板的性能、强度、抗冲击性、抗刮擦性和机械耐久性。层压玻璃结构中的挠性玻璃层可以保护基板材料免于刮擦、破裂或者其它损伤。位于层压玻璃结构外表面的挠性玻璃可能比基板材料的表面更易于清洗。例如，由不锈钢与挠性玻璃层压制成的层压玻璃结构制造的电冰箱门可以耐指印，而由铝与挠性玻璃层压制成的层压玻璃结构制造的移动电子器材电池盖板则可以耐刮擦和易于清洁。另一个可能的用途是抑制铜材的铜绿化，例如，屋顶或者沟槽材料，或者应用于含水环境的配置器皿(其中，使玻璃表面朝向种植介质可以抑制不希望发生的铜向作物的迁移)。
非玻璃基板130可以具有其它更多功能。例如，基板材料可以含有金属偏光板，对比增强过滤层压膜，具有减反射性能，滤色性能或者色彩转化性能。作为替代或者附加的方式，可以设计非玻璃基板130以阻挡不希望的外界光线和/或具有散射粒子从而降低波导提高设备的亮度。进一步，作为替代或者附加的方式，该玻璃可以具有抗菌功能。挠性玻璃140可以具有这些附加性能。
聚合物材料容易被刮擦，被包括阳光照射的环境因素降解，以及不能很好地阻隔水分/氧气。而玻璃具有耐刮擦性，耐久性以及众所周知的优异的阻隔水分/氧气的能力。但是，相比于，例如金属，玻璃具有更高的密度，而且玻璃是脆性材料，其强度由缺陷和瑕疵决定。上述的层压玻璃结构和方法充分利用了这两种材料的优点，相比于单纯经过堆叠的挠性玻璃，将它们组合得到的层压结构具有更好的阻隔性能、轻量以及更高的机械耐久性。
结论
应当强调，本发明上述实施方式、包括任何实施例，仅是可能实现的实施例，仅是为了清楚理解本发明的各种原理而陈述的。可以在基本上不偏离本发明的精神和各种原理的情况下，对本发明的上述实施方式进行许多改变和调整。在本文中，所有这些调整和改变都包括在本说明书和本发明的范围之内，并受所附权利要求的保护。

Claims (19)

1.一种层压玻璃结构，其包括：
非玻璃基板；和
玻璃板，所述玻璃板与所述非玻璃基板相结合以构成所述的层压玻璃结构，所述层压玻璃结构能够承受落球试验，所述落球试验是将一颗535g重的不锈钢球体从0.8m的高度坠落至所述层压玻璃结构上，使所述玻璃板受到所述球体的撞击；
所述玻璃板具有300μm以下的厚度，且所述非玻璃基板的热膨胀系数至少为所述玻璃板的热膨胀系数的2倍，以使所述玻璃板能够发生形变以适应落球试验中球体使非玻璃基板产生的任何形变而不会破裂。
2.如权利要求1所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述层压玻璃结构由一块厚25.4mm的挤出式聚苯乙烯泡沫板承载，所述聚苯乙烯泡沫板置于一张铝制的测试台上，使得所述玻璃板在所述试验台上受到所述球体的撞击，并且非玻璃基板朝向所述泡沫板。
3.如权利要求1所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述非玻璃基板包含金属。
4.如权利要求1所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述非玻璃基板包含金属合金。
5.如权利要求1所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述玻璃板在其厚度上的压缩应力至少为30MPa。
6.如权利要求1所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述玻璃板的第一热膨胀系数为2ppm/℃以上，5ppm/℃以下，所述非玻璃基板的第二热膨胀系数为10ppm/℃以上。
7.如权利要求1所述的层压玻璃结构，其特征在于，进一步包括一个位于所述玻璃板和所述非玻璃基板之间并与所述玻璃板和所述非玻璃基板相接触的粘合剂层。
8.如权利要求1所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述非玻璃基板的厚度不超过5mm。
9.如权利要求1所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述非玻璃基板的杨氏模量在30000MPa以上，500000MPa以下。
10.如权利要求1所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述非玻璃基板含有不锈钢、铝、镍、黄铜、青铜、钛、钨、铜、铸铁和贵金属中的一种或者多种。
11.一种层压玻璃结构，其包括：
厚度不超过300μm的玻璃板；以及
层压于所述玻璃板一个表面的金属基板，所述金属基板的热膨胀系数至少为所述玻璃板的热膨胀系数的2倍，以使所述玻璃板在其厚度上的压缩应力至少为30MPa。
12.如权利要求11所述的层压玻璃结构，其特征在于，进一步包括一个位于所述玻璃板和所述金属基板之间并与所述玻璃板和所述金属基板相接触的粘合剂层。
13.如权利要求12所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述粘合剂层的厚度不超过1000μm。
14.如权利要求11所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述金属基板的厚度不超过5mm。
15.如权利要求11所述的层压玻璃结构，其特征在于，金属基板的杨氏模量在30000MPa以上，500000MPa以下。
16.如权利要求1或11所述的层压玻璃结构，其特征在于，该结构包括至少三个层，所述至少三个层包括第一玻璃板层，第二玻璃板层和位于所述第一玻璃板层和所述第二玻璃板层之间的非玻璃基板层。
17.如权利要求1或11所述的层压玻璃结构，其特征在于，该结构包括至少三个层，所述至少三个层包括第一玻璃板层，第二玻璃板层和位于所述第一玻璃板层和所述第二玻璃板层之间的金属基板层。
18.如权利要求11所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述金属基板含有不锈钢、铝、镍、黄铜、青铜、钛、钨、铜、铸铁和贵金属中的一种或者多种。
19.如权利要求12所述的层压玻璃结构，其特征在于，所述粘合剂层中没有直径在100μm以上的气泡。
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