CN105593014A - 用于制造和切割挠性玻璃和聚合物复合结构的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了方法和设备：提供超薄玻璃片，所述超薄玻璃片具有第一和第二相对主表面和其间的周界边缘，玻璃片在第一和第二表面之间的厚度小于约400微米；将至少一层聚合物层直接或间接粘附到玻璃片的第一和第二表面中的至少一个，以形成层叠结构；以及采用如下至少一种技术来切割层叠结构：剪切切割、爆裂切割、撕裂切割以及压碎切割。

Description

用于制造和切割挠性玻璃和聚合物复合结构的方法和设备
本申请根据35U.S.C.§119，要求2013年3月14日提交的美国临时申请系列第61/782,621号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术背景
本发明涉及用于制造和切割挠性玻璃和聚合物层叠结构的方法和设备。
超薄玻璃卷材(例如测量小于约0.3mm的玻璃卷材)的连续加工是较新的领域，存在许多制造困难。用于生产、运输和加工此类玻璃卷材的常规工艺包括采用辊-辊技术，其中，在供给辊和卷取辊之间以连续传输的方式运输玻璃卷材。为了生产最终产品，例如用于阻隔、光学膜或平板显示器的玻璃或者其他产品应用，必须将玻璃卷材切割成合适尺寸的宽度和长度。
但是，用于切割超薄玻璃卷材的常规方法规定需要特殊的机械和/或激光技术，从而实现所需的边缘质量。事实上，材料科学领域的公知常识是，通常来说，材料越薄，则发生失效的可能性越高，更具体来说，当将玻璃卷材切割成一定尺寸时，横向边缘开裂的可能性、数量、深度和总体尺寸越高。换言之，该技术领域的技术人员的公知常识是，要么使用高度特殊化且昂贵的切割方法来切割超薄玻璃卷材，要么将玻璃卷材的厚度增加到超过300微米，从而可以使用常规机械划线和破裂。如果可以使用更简单、更快速和/或更低成本的方法，则常规替代方法都不是特别理想。不幸的是，迄今为止，还没有此类可用的替代方案。因此，本领域需要新的方法和设备来将挠性玻璃卷材切割成各种宽度和长度。
发明内容
本发明涉及超薄玻璃和聚合物复合卷材的制备并加工成所需的形状和尺寸，例如连续传输过程中的不同宽度和/或不同长度。
对于某些应用，希望使用玻璃和聚合物复合(或层叠)结构，其将多种材料的性质结合成单个复合体。通过将超薄玻璃与一层或多层聚合物层进行层叠，聚合物获得了尺寸稳定性(特别是在大致垂直于厚度方向的平面上)以及玻璃的阻隔性质，同时超薄玻璃获得了更大的挠性和类似于塑料材料的可弯曲性。稳定性的增加可表述为以下任意一种或多种：层叠体抗蠕变性、降低的弹性伸长率和屈服伸长率、降低的水分可渗透性、热膨胀系数(CTE)，或者成形后结晶。相比于简单的超薄玻璃，玻璃和聚合物层叠还提供易于处理和加工，无论是片材形式或者布置在辊中的卷材形式。有时使用术语“玻璃片”，而其他时候使用术语“玻璃卷材”。但是，应理解的是，出于本发明的目的，这些术语极大程度上可互换使用，因为本文所揭示的技术可用于玻璃材料的片材或卷材，这是由于可以将卷材视为长度远大于其宽度的片材。
根据本文所揭示的一个或多个实施方式的特定方面，实现了对玻璃和聚合物层叠进行切割中的优势。例如，不同于涉及切割超薄玻璃卷材的公知常识(即，简单的机械切割技术(例如剪切切割(如剪刀切割)、爆裂(或刀片)切割、撕裂切割或者压碎(或划线)切割，如旋转模头切割等)会导致可能达到玻璃破裂程度的不合乎希望的边缘特性)，本文的实施方式使用此类切割技术同时实现了可接受的边缘质量特性(例如，甚至在低于玻璃片的软化点的温度(例如室温)和/或足够低的温度，使得聚合物层106维持完整性)。此外，(远没有常规激光方法切割超薄玻璃材料那么负载和昂贵的)此类切割技术可用于超薄玻璃和聚合物层叠的辊-辊连续工艺，从而产生任意数量的成本有效的商业产品。
注意的是，公知常识规定使用激光切割技术来切割超薄玻璃卷材，例如在运输过程中去除卷材不合乎希望的特征，例如卷材熔融珠(即，位于卷材的周界边缘处的珠)。事实上，由于传递到消费者的最终产品通常必须展现出非常好的不含颗粒的边缘，具有最小的边缘缺陷和/或边缘角缺陷，常规认识要求非常复杂和昂贵的切割技术(如激光切割)。
但是，发现可以通过如下方法和设备获得上文所述的具有最小的边缘缺陷和/或边缘角缺陷的非常好的边缘，其包括：提供超薄玻璃片，所述超薄玻璃片具有第一和第二相对主表面和其间的周界边缘，玻璃片在第一和第二表面之间的厚度小于约400微米；将至少一层聚合物层直接或间接粘附到玻璃片的第一和第二表面中的至少一个，以形成层叠结构；以及采用如下至少一种技术来切割层叠结构：剪切切割(例如，剪刀切割)、爆裂切割(或刀片切割)、撕裂切割)和/或压碎切割(或划线切割)(例如旋转模头切割)。
本文所述的一个或多个实施方式的优点和益处包括任意如下详细描述的那些。本文的实施方式可提供极为有效的阻隔，其展现出对于玻璃片的主表面和/或装置的表面保护。例如，在光伏应用中，玻璃片可作为密封的水分阻隔，而层叠结构(聚合物-玻璃-聚合物)为薄膜光伏(PV)，特别是构建一体化光伏(BIPV)应用提供了良好的阻隔层。此外，通过在负荷冲击过程中提供材料刚性，玻璃可以改善PV模块在冲击下的可靠性。作为补充和/或替代，(相对于单独的聚合物阻隔层)玻璃片可作为水分阻隔并且还可阻挡不合乎希望的紫外光能量。类似于玻璃片上的聚合物薄层，强化的超薄玻璃片还可层叠到聚合物层顶部，以保护其免受劣化并保护内部组件免受水分。例如，此类结构可用作有机发光二极管(OLED)或阵列的包封。
本文的实施方式可提供高的尺寸稳定性和刚性，同时维持挠性(例如，弯曲至约2cm的半径)，增加玻璃强度和/或保护。作为补充或替代，本文的实施方式可提供高的光学透明性，其中，聚合物层确保了玻璃片保持质朴。
作为补充或替代，本文的实施方式可以为连续辊-辊工艺提供高的灵活性，例如提供直线前进、低成本方法，在辊-辊传输过程中施加聚合物层和/或切割玻璃片(例如，剪切切割vs激光切割)。
本领域技术人员在结合附图阅读本文所述之后，将清楚地了解其他方面、特征、优点等。例如，可以在以下方面结合各种特征。
根据第1个方面，提供了一种方法，该方法包括：
提供超薄玻璃片，所述超薄玻璃片具有第一和第二相对主表面和位于其间的周界边缘，玻璃片在第一和第二表面之间的厚度小于约400微米；
将至少一层聚合物层直接或间接粘附到玻璃片的第一和第二表面中的至少一个，以形成层叠结构；以及
采用如下至少一种技术来切割层叠结构：剪切切割、爆裂切割、撕裂切割和压碎切割。
根据第2个方面，提供了第1个方面的方法，其中，切割步骤产生至少一个切割边缘，所述切割边缘具有如下边缘特性，其中，横向裂纹从切割边缘进入玻璃片中，渗透不超过如下一种：(i)约1400微米；(ii)约1000微米；(iii)约800微米；(iv)约600微米；以及(v)约400微米；(vi)约200微米；(vii)约100微米；以及(viii)约50微米。
根据第3个方面，提供了第1或第2个方面的方法，其中，所述至少一层聚合物层的厚度是如下一种：(i)约为1-2密耳；(ii)约为2-3密耳；(iii)约为3-5密耳；(iv)约为5-10密耳；以及(v)约为10-20密耳。
根据第4个方面，提供了第1-3个方面中任一项的方法，其中，由如下材料形成所述至少一层聚合物层：(i)聚丙烯(PP)和/或丙烯共聚物；(ii)聚对苯二甲酸乙二酯(PET)；(iii)乙烯乙酸乙烯酯(EVA)；(iv)乙烯四氟乙烯(ETFE)；(v)乙酸纤维素聚合物(CA)，包括三乙酸纤维素(TAC)；(vi)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；(vii)聚乙烯和/或聚乙烯共聚物(PE)；(viii)聚氯乙烯(PVC)；(ix)聚碳酸酯(PC)；(x)丙烯酸聚合物(ACRYL)；以及(xi)尼龙聚合物。
根据第5个方面，提供了第1-4个方面中任一项的方法，其中，玻璃片的厚度是以下一种：(i)小于约400微米；(ii)小于约300微米；(iii)小于约200微米；(iv)小于约100微米；(v)小于约50微米；(vi)小于约30微米；(vii)小于约20微米；以及(viii)小于约10微米；(IX)约2微米。
根据第6个方面，提供了第1-5个方面中任一项的方法，其中，玻璃片由如下组合物形成：50-80％的SiO2，2-15％的Al2O3，10-36％的B2O3，1-15％的RO(其中，RO是MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO的一种或多种)，以及0-5％的其他次要组分，以摩尔％计。
根据第7个方面，提供了第1-6个方面中任一项的方法，其中，粘附步骤包括将所述至少一层聚合物层直接层叠到玻璃片的第一和第二表面中的至少一个。
根据第8个方面，提供了第7个方面的方法，其中，在如下一种情况期间的温度下进行将所述至少一层聚合物层直接层叠到玻璃片的第一和第二表面中的至少一个：上拉工艺；下拉工艺；熔合工艺；再拉制工艺；以及狭缝拉制工艺。
根据第9个方面，提供了第1个方面的方法，其中，粘附步骤包括通过一层或多层中间粘合剂层，将所述至少一层聚合物层间接层叠到玻璃片的第一和第二表面中的至少一个。
根据第10个方面，提供了第1-9个方面中任一项的方法，其中，粘附步骤包括将所述至少一层聚合物层仅仅层叠到玻璃片的第一和第二表面中的一个。
根据第11个方面，提供了第1-9个方面中任一项的方法，其中，粘附步骤包括将一层或多层第一种聚合物层层叠到玻璃片的第一表面，以及将一层或多层第二种聚合物层层叠到玻璃片的第二表面。
根据第12个方面，提供了第1-9个方面中任一项的方法，其中，粘附步骤包括将一层或多层聚合物层层叠到玻璃片的至少一个边缘。
根据第13个方面，提供了第1-12个方面中任一项的方法，所述方法还包括：
提供层叠结构的卷材；
以沿着卷材长度的运输方向，将卷材连续移动到终点辊；以及
当卷材移动到终点辊时，采用所列出的切割技术中的一种或多种，在一个或多个切割区，将卷材连续切割成一个或多个带材。
根据第14个方面，提供了第13个方面的方法，其中，提供步骤包括：
在源辊上提供玻璃片的卷材；
以沿着卷材长度的运输方向，将卷材从源辊连续移动到终点辊；以及
当卷材移动到终点辊时，将所述至少一层聚合物层直接或间接地连续层叠到卷材的第一和第二表面。
根据第15个方面，提供了第1-14个方面中任一项的方法，所述方法还包括：在切割步骤之前，将可去除的背衬层直接或间接施加到层叠结构的第一和第二主表面中的至少一个。
根据第16个方面，提供了第15个方面的方法，所述方法还包括通过一层或多层中间粘合剂层，将可去除的背衬层间接施加到层叠结构的第一和第二主表面中的至少一个。
根据第17个方面，提供了一种设备，该设备包括：
超薄玻璃片，所述超薄玻璃片具有第一和第二相对主表面和位于其间的至少一个切割周界边缘，玻璃片在第一和第二表面之间的厚度小于约400微米；以及
至少一层聚合物层，其直接或间接粘附到玻璃片的第一和第二表面中的至少一个，从而形成层叠结构，
其中，采用如下至少一种技术对层叠结构进行切割得到所述至少一个切割周界边缘：剪切切割、爆裂切割、撕裂切割和压碎切割。
根据第18个方面，提供了第17个方面的设备，其中，具有如下至少一种性质：
层叠结构包括通过一层或多层中间粘合剂层与玻璃片的第一和第二表面中的至少一个间接粘附的至少一层聚合物层；
层叠结构包括仅与玻璃片的第一和第二表面中的一个粘附的至少一层聚合物层；以及
层叠结构包括与玻璃片的第一表面粘附的一层或多层第一种聚合物层，以及与玻璃片的第二表面粘附的一层或多层第二种聚合物层。
根据第19个方面，提供了第17或18个方面的设备，所述设备还包括如下至少一个：
可去除的背衬层，其与层叠结构的第一和第二主表面中的至少一个直接或间接粘附；
可去除的背衬层，其通过一层或多层中间粘合剂层与层叠结构的第一和第二主表面中的至少一个间接粘附。
根据第20个方面，提供了第17-19个方面中任一项的设备，其中，所述设置展现出小于10-6g.mm/m2.天的水蒸气透过率。
根据第21个方面，提供了第17-20个方面中任一项的设备，其中，超薄玻璃片的尺寸符合如下一种：≥1cm宽；≥10cm宽；≥1m宽；≥10m宽；≥1cm长；≥10cm长；≥1m长；≥10m长；宽度≥0.5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；宽度≥5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；或者宽度≥10cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m。
根据第22个方面，提供了第17-21个方面中任一项的设备，其中，聚合物层的尺寸符合如下一种：≥1cm宽；≥10cm宽；≥1m宽；≥10m宽；≥1cm长；≥10cm长；≥1m长；≥10m长；宽度≥0.5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；宽度≥5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；或者宽度≥10cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m。
根据第23个方面，提供了第1-16个方面中任一项的方法，其中，超薄玻璃片的尺寸符合如下一种：≥1cm宽；≥10cm宽；≥1m宽；≥10m宽；≥1cm长；≥10cm长；≥1m长；≥10m长；宽度≥0.5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；宽度≥5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；或者宽度≥10cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m。
根据第24个方面，提供了第1-16或23个方面中任一项的方法，其中，聚合物层的尺寸符合如下一种：≥1cm宽；≥10cm宽；≥1m宽；≥10m宽；≥1cm长；≥10cm长；≥1m长；≥10m长；宽度≥0.5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；宽度≥5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；或者宽度≥10cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m。
附图说明
出于示意性目的，在附图中示出优选形式，但是，应理解，本文所揭示和所述的实施方式不限于所示的精确配置和手段。
图1是根据本文实施方式的一个或多个方面的层叠结构(具有聚合物层的超薄玻璃片)的侧面正视图；
图2是根据本文实施方式的一个或多个方面的替代层叠结构(具有聚合物层和可去除的背衬层的超薄玻璃片)的侧面正视图；
图3A和3B显示(经由剪切切割的)层叠结构的切割边缘特性(图3A)相比于简单超薄玻璃片的切割边缘特性(图3B)的高度放大的照片；
图4A和4B显示不同厚度的层叠结构(经由模头切割的)切割边缘特性的高度放大的照片；
图5A和5B的表格显示各种层叠结构的实验中所使用的玻璃组成；
图6的表格显示用于生产本文实施方式的层叠结构的玻璃组合物的合适的组分范围；
图7是用于在连续过程中生产层叠结构卷材的加工系统的示意图；
图8是用于在连续传输过程中将卷材(例如层叠结构)至少切割成带材的设备的俯视示意图；以及
图9是侧面正视示意图，其进一步显示了图8的设备的细节。
具体实施方式
参见附图，其中相同附图标记表示相同元件，图1显示设备(层叠或复合结构)100，其包括超薄玻璃片102，所述超薄玻璃片102具有第一和第二相对主表面，以及位于其间的多个周界边缘。应注意的是，玻璃片102是超薄的，第一和第二表面之间的厚度是以下一种：(i)小于约400微米；(ii)小于约300微米；(iii)小于约200微米；(iv)小于约100微米；(v)小于约50微米；(vi)小于约30微米；(vii)小于约20微米；(viii)小于约10微米；以及(ix)约2微米。玻璃片可具有任意所需的宽度和长度，例如：≥1cm宽；≥10cm宽；≥1m宽；≥10m宽；≥1cm长；≥10cm长；≥1m长；≥10m长；宽度≥0.5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；宽度≥5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；或者宽度≥10cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m。如上文所述，本领域公知常识认为无法采用简单、低成本的方法(例如剪切切割)对该超薄玻璃片102进行切割，因为所得到的边缘质量不会符合预期。
但是，根据本文的一个或多个实施方式，将至少一层聚合物层106直接或间接粘附到玻璃片102的第一和第二表面中的至少一个，从而形成层叠结构100。聚合物层106可以具有与玻璃片相同的宽度和长度尺寸，需要的话也可以更小或更大，从而可以在聚合物层106和玻璃片102之间获得任意所需的重叠量。例如，聚合物层106可具有任意所需的宽度和长度，例如：≥1cm宽；≥10cm宽；≥1m宽；≥10m宽；≥1cm长；≥10cm长；≥1m长；≥10m长；宽度≥0.5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；宽度≥5cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m；或者宽度≥10cm，以及长度≥5cm、10cm、1m或10m。当希望间接粘附时，层叠结构100可任选地在玻璃片102和聚合物层106之间包含一层或多层中间粘合剂层104。如果使用粘合剂层104的话，则其厚度约为100-500微米左右。根据一个方面，在希望切割玻璃片102的地方，将聚合物层与部分玻璃片102粘附。
图1所示的层叠结构100显示经由粘合剂层104与玻璃片102粘附的单层聚合物层106；但是，本领域技术人员可以使用许多变化形式。例如，层叠结构100可包括与玻璃片102的第一和/或第二表面直接粘附的至少一层(或多层)聚合物层106。或者，层叠结构100可包括与玻璃片102的第一表面粘附的第一聚合物层106(或者多层第一聚合物层106)，以及与玻璃片102的第二表面粘附的第二聚合物层106(或者多层第二聚合物层106)，其中，当在玻璃片102的一侧上布置多层聚合物层时，它们可以布置在相互的顶部，并且可以由相同或不同聚合物材料制造。
所述至少一层聚合物层106的厚度是如下一种：(i)约为1-2密耳；(ii)约为2-3密耳；(iii)约为3-5密耳；(iv)约为5-10密耳；以及(v)约为10-20密耳。所述至少一层聚合物层106由如下至少一种材料形成：(i)聚丙烯(PP)和/或丙烯共聚物；(ii)聚对苯二甲酸乙二酯(PET)；(iii)乙烯乙酸乙烯酯(EVA)；(iv)乙烯四氟乙烯(ETFE)；(v)乙酸纤维素聚合物(CA)，包括三乙酸纤维素(TAC)；(vi)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；(vii)聚乙烯和/或聚乙烯共聚物(PE)；(viii)聚氯乙烯(PVC)；(ix)聚碳酸酯(PC)；(x)丙烯酸聚合物(ACRYL)；以及(xi)尼龙聚合物。
参见图2，显示了另一个替代层叠结构100A。在该实施方式中，结构100A还包括与层叠结构100的第一和第二主表面中的至少一个直接或间接粘附的可去除的背衬层110。例如，结构100A可具有通过一层或多层粘合剂层108与层叠结构100间接粘附的可去除的背衬层110。可以向玻璃片102施加任选的保护层112,(假定在玻璃片102的该侧上没有其他聚合物层106)。举例来说，层叠结构100A可用于“撕开”应用，其中背衬层100和粘合剂层108被撕扯掉，暴露玻璃片102和聚合物106层叠结构100进行使用。例如，一种此类应用是“撕开”车辆顶灯覆盖，如果/当顶灯发生划痕和/或其透明度发生损失时，可以容易地替换掉它。
结构100和/或结构100A的一个或多个边缘可以是采用如下至少一种技术的切割过程的结果：剪切切割、爆裂切割、刀片切割、压碎切割、划线切割和旋转模头切割。层叠结构100的性质使得对层叠结构100进行切割所得到的一个或多个边缘展现出非常好的无颗粒特性，几乎没有缺陷和/或边缘角缺陷。注意的是，无需采用复杂且昂贵的激光切割技术来切割层叠结构100、100A。所需的边缘特性使得由于切割操作产生的任意横向裂纹从切割边缘进入玻璃片102中的渗透不超过如下情况：(i)约1400微米；(ii)约1000微米；(iii)约800微米；(iv)约600微米；以及(v)约400微米；(vi)约200微米；(vii)约100微米；以及(viii)约50微米。
在实验室中制备许多层叠结构样品，具体地，对多块15cmx15cm的玻璃片102层叠聚合物膜106。由具有不同厚度(例如，100微米、50微米、35微米、25微米和10微米)的挠性玻璃形成玻璃片102。由各种厚度的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)形成聚合物层106，厚度包括3密耳、5密耳和10密耳。
用许多不同的切割机制来切割样品，包括剪切类型的切割机制、手工剪刀、铡刀和旋转切刀、剪切纵断器、压碎切割器和旋转模头切割器。
现参见图3A-3B，它们是从上往下看的各个玻璃片102的主平面的俯视图，具有水平地沿着附图顶部的切割边缘，玻璃片102的厚度以垂直于附图平面的方向延伸。图3A-3B中的斑马线表示横向裂纹进入玻璃片102的深度。在图3A中，剪刀型切割机制的剪切切割产生非常高质量的切割边缘，具体来说，由切割操作产生的横向裂纹从切割边缘进入玻璃片102中，渗透不超过约586微米。相比较而言，图3B显示没有聚合物层的玻璃片102所进行的相同切割技术产生来自切割边缘并渗透进入玻璃片102约1600微米的横向裂纹。在一些实验中，当尝试剪切切割时，没有聚合物层106的样品导致玻璃片102开裂并碎成许多片。
参见图4A和4B，旋转模头切割机制也产生非常高质量的切割边缘。再次，图4A-4B是从上往下看的各个玻璃片102的主平面的俯视图，具有水平地沿着附图顶部的切割边缘，玻璃片102的厚度以垂直于附图平面的方向延伸。图4A-4B中的斑马线表示横向裂纹进入玻璃片102的深度。采用旋转模头切割器来切割许多具有不同厚度的样品，厚度包括100微米、50微米、25微米和10微米，它们分别具有3密耳的(PET，可热密封的PET，购自史泰博公司(Staples)的史泰博品牌热密封层叠膜)的聚合物层106(其与玻璃粘结形成玻璃-聚合物层叠)。层叠样品约为20cmx20cm(长x宽)。图4A显示10微米厚的样品展现出这样的边缘特性，其中，由切割操作产生的横向裂纹从切割边缘进入玻璃片102中，渗透不超过约84微米。图4B显示100微米厚的样品展现出这样的边缘特性，其中，由切割操作产生的横向裂纹从切割边缘进入玻璃片102中，渗透不超过约380微米。所有样品的表面分析都表明，取决于玻璃片102的厚度，沿着边缘的表面和横向开裂程度具有明显差异，从而相比于较厚的样品，较薄的10微米样品展现出较少且较小的横向裂纹。
将聚合物层106用于玻璃片102，为层叠结构100提供了超越上文所述的切割边缘特性的改善的一些额外特征。例如，对形成玻璃片102和聚合物层106的材料进行适当选择，可以提供非常合乎希望的水蒸气透过率(WVTR)。WVTR是阻隔膜对于水蒸气的密封性或不可渗透性的测量。超薄玻璃和聚合物结构100提供了与玻璃相似的不可渗透性，远超市售可得的单独的塑料膜阻隔。事实上，玻璃是已知完美的阻隔，超越了现有的测量能力。适用文献提出，玻璃WVTR小于约10-6g.mm/m2.天。可用的测量结果表明玻璃实际上展现出约为6x10-6g.mm/m2.天；但是该值实际上是由于可用的测量设备的局限所导致的，不是玻璃的实际水蒸气阻隔性。本文的玻璃和聚合物层叠结构100会具有与玻璃相似的WVTR值。相比较而言，市售可得的单独的聚合物阻隔膜展现出高得多的WVTR，例如，对于PET，0.39–0.51g.mm/m2.天；对于聚碳酸酯，3.82–4.33g.mm/m2.天；以及对于尼龙6(Nylon6)，15–16g.mm/m2.天。
此外，通过将超薄玻璃102与一层或多层聚合物层106进行层叠，聚合物获得了尺寸稳定性(特别是在大致垂直于厚度方向的平面上)以及玻璃的阻隔性质，同时超薄玻璃获得了更大的挠性和类似于塑料材料的可弯曲性。稳定性的增加可表述为以下任意一种或多种：层叠体抗蠕变性、降低的弹性伸长率和屈服伸长率、降低的水分可渗透性、热膨胀系数(CTE)，或者成形后结晶。相比于简单的超薄玻璃，玻璃和聚合物层叠还提供易于处理和加工，无论是片材形式或者布置在辊中的卷材形式。
参见图5A-5B，在实验过程中改变玻璃片102的组成，以评估对于结构100的边缘特性的影响。例如，在19个样品中，改变SiO2、Al2O3、B2O3、MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的摩尔百分比。参见图6，当玻璃片102由如下组合物形成时，具有可接受的边缘特性：50-80％的SiO2，2-15％的Al2O3，10-36％的B2O3，1-15％的RO(其中，RO是MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO的一种或多种)，以及0-5％的其他次要组分，以摩尔％计。虽然发现上述组成是非常有效的，但是相信取决于具体应用，其他玻璃组成也会产生满意(但是不同的)结果。
参见图7，使得聚合物层106与玻璃片102粘附的过程可包括在以下一个过程中，直接层叠到玻璃片102的第一和第二表面的至少一个：上拉工艺；下拉工艺；狭缝拉制工艺；熔合工艺；再拉制工艺(例如，来自卷绕来源，来自片材来源等)。所示的工艺是再拉制工艺，其中，将玻璃片102材料的卷材从源辊202供给进入炉中，并加热至再拉制温度。在玻璃片102出现在再拉制炉之前，可能需要去除临时静电膜(可能之前将其施加到玻璃片102作为保护膜)。事实上，可以在之前的成形过程中施加此类临时膜，从而在再拉制之前保有原始玻璃质量。可以在工艺中的各点处使用抗静电棒，以保护玻璃片102的原始表面。然后小心地将玻璃片102拉伸至所需厚度(例如，小于约300微米或者上文所述的其他厚度)。在拉伸区的下游提供聚合物膜106的一个或多个来源(例如，卷或卷绕)252、254，并将聚合物层106施加到玻璃片102(由于下拉玻璃炉的残留热量，这可能是处于提升的温度下)。层压机260提供额外的压力、加热/冷却、张力等，以促进聚合物层106与玻璃片102所希望的粘附，并产生层叠结构100的卷材103。
可以在层叠区下游提供前述切割步骤(例如，通过剪切切割或者撕裂切割等)。可以提供多个切割原件120以产生多条层叠材料条，将它们卷绕到合适数量的终点卷绕204A、204B、204C上。当要丢弃卷材103的边缘时，切割原件120最靠近卷材103的边缘，外卷绕204A、204C可以收集废料，而卷绕204B收集所需的带材用于后续加工。
注意的是，存在任意数量的替代方式来向玻璃片102施加聚合物层106。例如，可以从卷绕、通过模头技术、通过喷涂技术等，将聚合物层106施加到玻璃片102。可以通过压力、化学技术、热技术、紫外固化技术、粘合剂层和/或上述技术和本领域已知的其他技术的任意组合或者将来开发的技术，使得聚合物层106与玻璃片粘结。
如图8-9所示是作为补充和/或替代的用于切割层叠结构100的连续辊-辊设备200。注意的是，设备200可以与图7的一些结构结合，以实现其他功能性，但是本领域技术人员会看到，在图7和图8-9各自的设备中存在一些通用或者至少相似的结构。操作设备200将层叠结构100的卷材103切割成至少两条带材103A、103B。可以提供额外切割来丢弃靠近卷材103的边缘201、203的废料。通常来说，操作设备200来提供卷材103，并将卷材103从来源202连续移动到终点204，其传输方向是沿着卷材103的长度方向(如箭头所示)。在卷材103从来源202传输到终点204的过程中，在切割区147中，将卷材103至少切割成第一带材103A和第二带材103B。卷材具有长度(其处于传输方向)和与长度呈横向的宽度，第一带材103A和第二带材103B各自的宽度显然会被限制在卷材103的总宽度内。
可采用宽范围的来源提供卷材103。例如，可以使用上文所述的没有终点卷绕204的再拉制成形设备来提供卷材103(参见图7)，即，可以将得到的卷材103引入到设备200的传输机制中进行切割。或者，卷材103的来源可以包括如所示的盘绕卷绕202，其中首先将卷材103缠绕到卷绕202上，例如在上文相对于图7所述的再拉制过程之后。通常，盘绕卷绕202会具有提供可接受的弯曲应力的直径，以适应卷材103的特性。一旦盘绕之后，可以从卷绕202解绕卷材103并引入到设备200的传输机制中。注意的是，卷材103通常会包含一对相对边缘部分201、203以及跨度在相对边缘部分201、203之间的中心部分205。由于再拉制过程(或者其他成形过程)，卷材103的边缘部分201、203可能具有不合乎希望的特征，例如珠，所述珠的厚度通常大于卷材103的中心部分205的厚度。可以使用本文所揭示的切割技术或者其他方法来去除此类特征。
设备的终点204可包括任意合适的机制来积累各条带材103A、103B。在图9所示的例子中，终点204包括第一卷绕204A和第二卷绕204B，每个卷绕接收并缠绕带材103A、103B中的一条。同样地，卷绕204A、204B应该具有提供可接受的弯曲半径的合适直径，从而适应各条带材103A、103B的特性。
设备200包括具有许多单个元件的传输机制，所述许多单个元件进行协作，将卷材103以传输方向从源卷绕202连续移动到终点卷绕204。可以实现该传输功能而不造成边缘部分201、203，切割操作所产生的边缘或者卷材的中心部分205的任一(原始)侧面的所需特性的劣化。简而言之，实现传输功能而不造成单独的带材103A、103B所需特性的劣化。
具体来说，设备200可包括多个非接触式支撑元件206、208，辊等，以引导卷材103和带材103A、103B通过系统从源卷绕202到终点卷绕204。非接触式支撑元件206、208可以是平坦和/或弯曲的，从而实现各自工件所需的方向传输。非接触式支撑元件206、208可分别包括流体条和/或低摩擦表面，从而确保卷材103和带材103A、103B被适当地传输通过系统而没有造成损坏或污染。当给定的非接触式支撑元件206、208包括流体条时，此类元件包括多个配置成向卷材103和/或带材103A、103B的相关表面提供正向流体压力流(例如空气)的通道和端口，和/或多个配置成相向卷材103和/或带材103A、103B的相关表面提供负向流体压力流的通道和端口，从而为此类非接触式支撑提供空气气垫。正向流体压力流和负向流体压力流的组合可以使得传输通过系统过程中卷材103和带材103A、103B稳定化。
任选地，可以靠近带材103A、103B和/或卷材103的边缘部分201、203采用多个横向引导件(未示出)，以帮助将卷材103相对于运输方向朝向成所需的横向位置。例如，可以使用辊来实现横向引导件，所述辊配置成啮合卷材103的相对边缘部分201、203中相应的一个和/或带材103A、103B的一个或多个边缘部分。通过相应横向引导件施加到边缘部分201、203的对应作用力可以在卷材103传输通过设备时，将卷材103偏移并对齐为合适的横向朝向。
设备200还包括切割机制120，其操作成当卷材103在例如非接触式支撑元件208上通过时，在切割区147中切割或切断卷材103。切割机制120可进行单次切割或者同时多次切割。但是，注意的是，切割机制120无需是激光系统以实现所需的边缘特性。相反地，切割机制可以是上文所述的较不复杂、较为廉价的类型，例如剪切切割、爆裂切割、刀片切割、压碎切割、划线切割、切割机等。
根据一个或多个其他实施方式，可以将前述切割技术中的一种或多种(例如剪切切割)与划线(或刻线)操作结合，以实现所需的结果。如上文所述，当切割层叠结构100时，会在切割边缘引发横向裂纹，并扩散进入玻璃片102中(参见图3-4)。已经发现，通过使用划线技术，可以获得对于此类裂纹在深度上的扩散的部分控制。具体来说，可以使用划线工具(例如钻石尖端工具)，首先在玻璃片102中划线或刻线处凹槽，其平行于目标切割线并且与目标切割线略微间隔开。一旦具有划痕线之后(其在玻璃片102的表面中展现出凹槽状特性)，沿着目标切割线切割来进行切割操作。从切割边缘朝向划痕线扩散的任意裂纹会在划痕线处停止扩散。事实上，到达划痕线的任意裂纹会由于凹槽突然改变方向，其中，扩散方向从大致与玻璃片102的厚度呈横向变化成大致平行于玻璃片102的厚度。因此，相对于目标切割线放置划痕线会使得本领域技术人员对于微裂纹的程度具有一定的控制，从而对于切割边缘的质量特性具有一定的控制。
已经发现上述划线技术可成功地用于采用剪刀类型机制的剪切切割(但是其他切割技术可以获益)。注意的是，当用剪刀切割层叠结构100时，(单次切割导致的)裂纹会从两侧切割边缘扩散并进入到玻璃片102的各自部分中。发现该裂纹扩展进入到玻璃片102的一个部分明显大于另一个部分，该特性与切割过程中玻璃片102的相应部分放置在剪刀的哪侧是高度相关的。换言之，剪刀的机械特性没有导致任一侧切割的玻璃片102的相应部分的对称处理；相反地，剪刀的作用实际上以如下方式操纵玻璃片102的一个部分：引起裂纹扩散进入到该部分中大于另一部分。不希望将实施方式限制到任意操作理论，相信起作用的具体操纵机制是，剪刀使得部分玻璃片102在剪刀的一侧弯曲得比另一侧更厉害，从而导致部分玻璃片102在一侧具有比另一侧更多的裂纹。在目标切割线的一侧上放置划痕线(即，在对应于倾向于使得玻璃片102弯曲得更为厉害的那侧剪刀的目标切割线的一侧上)，会减缓裂纹在该侧的扩张。
上述划线技术可仅用于目标切割线的一侧，或者可用于目标切割线的两侧，全都取决于特定应用的苛刻程度。已经采用划线进行切割的层叠结构100所得到的边缘会包括极端位置的切割边缘，从切割边缘向内的中间区(其含有从切割边缘朝向划线的裂纹)，以及从划线向内的主体区(其基本不含来自切割操作的裂纹)。所得到的结构可以以该状态使用或者可以进一步加工，例如通过去除中心区的聚合物层106以及去除(含有裂纹的)中间区的部分玻璃片102。去除中间区的部分玻璃片102可包括突然折断该部分或者任意其他方式提供机械加重，以导致该部分与结构100脱离。该操作会导致结构100的划线处的新边缘。
根据替代方法，可以将划线技术用于层叠结构100而不使用后续切割技术。事实上，可以使用划线工具，沿着目标分离线来划线穿过聚合物层106并进入玻璃片102其下。但是，作为使用进一步切割技术(例如剪切)的替代，结构100会沿着该划线(即沿着目标分离线)突然折断以实现所需的切割边缘。
尽管本文已结合具体实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，这些实施方式仅是用于说明本文的实施方式的原理和应用。因此，应当理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对列举的实施方式进行各种修改，并且可以设计其他实现形式。

Claims (15)

1.一种方法，所述方法包括：
提供超薄玻璃片，所述超薄玻璃片具有第一和第二相对主表面和位于其间的周界边缘，所述玻璃片在所述第一和第二表面之间的厚度小于约400微米；
将至少一层聚合物层直接或间接粘附到所述玻璃片的第一和第二表面中的至少一个，以形成层叠结构；以及
采用以下至少一种技术来切割所述层叠结构：剪切切割、爆裂切割、撕裂切割以及压碎切割，该切割步骤产生至少一个具有如下边缘特性的切割边缘，其中，横向裂纹从所述切割边缘进入所述玻璃片中，其渗透不超过以下情况之一：(i)约1400微米；(ii)约1000微米；(iii)约800微米；(iv)约600微米；以及(v)约400微米；(vi)约200微米；(vii)约100微米；以及(viii)约50微米。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一层聚合物层的厚度是如下情况之一：(i)约为1-2密耳；(ii)约为2-3密耳；(iii)约为3-5密耳；(iv)约为5-10密耳；以及(v)约为10-20密耳。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由至少一种如下材料形成所述至少一层聚合物层：(i)聚丙烯(PP)和/或丙烯共聚物；(ii)聚对苯二甲酸乙二酯(PET)；(iii)乙烯乙酸乙烯酯(EVA)；(iv)乙烯四氟乙烯(ETFE)；(v)乙酸纤维素聚合物(CA)，包括三乙酸纤维素(TAC)；(vi)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；(vii)聚乙烯和/或聚乙烯共聚物(PE)；(viii)聚氯乙烯(PVC)；(ix)聚碳酸酯(PC)；(x)丙烯酸聚合物(ACRYL)；以及(xi)尼龙聚合物。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃片的厚度是以下一种：(i)小于约400微米；(ii)小于约300微米；(iii)小于约200微米；(iv)小于约100微米；(v)小于约50微米；(vi)小于约30微米；(vii)小于约20微米；以及(viii)小于约10微米；(IX)约2微米。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃片由如下组合物形成：50-80摩尔％的SiO2，2-15摩尔％的Al2O3，10-36摩尔％的B2O3，1-15摩尔％的RO(其中，RO是MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO中的一种或多种)，以及0-5摩尔％的其他次要组分。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，粘附步骤包括将所述至少一层聚合物层直接层叠到所述玻璃片的第一和第二表面中的至少一个。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在如下一种工艺的温度下进行将所述至少一层聚合物层直接层叠到所述玻璃片的第一和第二表面中的至少一个：上拉工艺；下拉工艺；熔合工艺；再拉制工艺；以及狭缝拉制工艺。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，粘附步骤包括通过一层或多层中间粘合剂层将所述至少一层聚合物层间接层叠到所述玻璃片的第一和第二表面中的至少一个。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，粘附步骤包括将一层或多层的第一种聚合物层层叠到所述玻璃片的第一表面，以及将一层或多层的第二种聚合物层层叠到所述玻璃片的第二表面。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，粘附步骤包括将一层或多层聚合物层层叠到所述玻璃片的至少一个边缘。
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，所述方法还包括：
提供层叠结构的卷材；
以沿着所述卷材长度的运输方向，将所述卷材连续移动到终点辊；以及
当所述卷材移动到所述终点辊时，采用所列出的切割技术中的一种或多种，在一个或多个切割区将所述卷材连续切割成一条或多条带材。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述提供步骤包括：
在源辊上提供所述玻璃片的卷材；
以沿着所述卷材长度的运输方向，将所述卷材从所述源辊连续移动到终点辊；以及
当所述卷材移动到所述终点辊时，将所述至少一层聚合物层直接或间接地连续层叠到所述卷材的第一和第二表面。
13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，在切割步骤之前，所述方法还包括将可去除的背衬层直接或间接施加到所述层叠结构的第一和第二主表面中的至少一个。
14.如权利要求13所述的方法，所述方法还包括通过一层或多层中间粘合剂层将所述可去除的背衬层间接施加到所述层叠结构的第一和第二主表面中的至少一个。
15.一种设备，所述设备包括：
超薄玻璃片，所述超薄玻璃片具有第一和第二相对主表面和位于其间的至少一个切割周界边缘，所述玻璃片在第一和第二表面之间的厚度小于约400微米；以及
至少一层聚合物层，其直接或间接粘附到所述玻璃片的第一和第二表面中的至少一个，从而形成层叠结构，
其中，采用如下技术中的至少一种对层叠结构进行切割得到所述至少一个切割周界边缘：剪切切割、爆裂切割、撕裂切割和压碎切割；以及
所述设备展现出小于10-6g.mm/m2.天的水蒸气透过率。
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