CN105593176A - 用于形成玻璃层压板的外层的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于形成玻璃层压板的外层的设备(10)，所述设备包括储器(12)、在所述储器下方延伸并与所述储器流体连通的独立的第一分配器(14a)和第二分配器(14b)和分别位于所述第一和第二分配器底部的第一狭缝(30a)和第二狭缝(30b)。所述狭缝具有长度，所述分配器具有侧部和中部，所述分配器侧部的狭缝的长度相对于所述分配器中部的狭缝的长度减小。所述设备可与槽或等压槽(100)联用以提供包层玻璃物流并使其与所述槽或等压槽的各侧面上的溢流芯体玻璃接触。

Description

用于形成玻璃层压板的外层的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2013年9月30日提交的美国临时申请序列号61/884985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

本发明涉及用于形成具有被一个或多个外玻璃层(“包层”玻璃层)包围的芯体玻璃层的层压玻璃板的装置和方法，具体涉及适用于宽范围的玻璃组成和性质的装置和方法。

背景

层压玻璃板通常包含被第一和第二包层玻璃层包围的芯体玻璃层。可对芯体玻璃和包层玻璃的组成进行选择使它们具有不同的性质，以提供所得层压件的所需益处。可在层压件中取得的一个显著的有益性质是增加的强度和耐损坏性：通过结合形成层压件的工艺条件对包层玻璃和芯体玻璃进行适当选择(例如通过选择CTE高于包层玻璃的芯体玻璃)，最终层压板中的包层会处于压缩状态，使得玻璃层压板能够明显抵御损伤和断裂。这些和其它的所需性质可通过玻璃层压板来得到。

等压槽是一种用于生产双薄玻璃板的便利的设备，可以有益地使用等压槽形成玻璃层压板的包层。然而，等压槽的最佳适用范围限定在较窄的流速和粘度范围内。如果改变流速和/或粘度以适应不同的包层玻璃组成以生产为各种不同用途而最优化的板材，则通常的情况是需要倾斜等压槽以在所得到的板材的宽度上保持平坦的流动特性。受到制造环境中可用的设备空间的限制，提供用于这种倾斜的机械装置可能是困难的。而且，可能只在相对受限的不同粘度和流速范围内允许进行倾斜。因此，一种新型的设备占地面积小且能够适应宽范围的玻璃粘度和流速的包层成形装置和方法是很有用的。

发明概述

本发明提供一种用于形成玻璃层压板的外层的设备，所述设备包括储器、在所述储器下方延伸并与所述储器流体连通的独立的第一和第二分配器和分别位于所述第一和第二分配器底部的第一和第二狭缝。所述狭缝具有长度和宽度，且狭缝的长度在其宽度的中心处最大。

所得到的设备能够在宽范围的粘度和流速下依靠重力供料生产用于玻璃层压件的外层的双玻璃板，允许使用宽范围的玻璃组成。

在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。所附附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了本发明的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

附图的简要说明

图1是本发明的设备的一种实施方式的示意性的截面图；

图1A是示意性的截面图，其显示使用一种本发明的设备的实施方式生产玻璃层压体；

图2是与图1中的本发明的设备相似的实施方式的三维剖视图；

图3是一个分配器的形状的三维再现图(以切去形状一半的形式显示)。

图4是与图1或图2所示类似的设备中压力与狭缝出口上方的高度的关系图。

图5是从图4所示的压力中减去作用于玻璃的重力后，图4的数据图。

图6是使用具有代表性的分配器几何结构时，对于8000泊的典型的玻璃粘度，分配器出口上方的自由表面的液位与流速的关系图。

图7是2400kg/m³的典型玻璃密度下，分配器刚好被完全填满(在储器底部)时的流速与玻璃粘度的关系图。

图8是在使用本发明的设备的一种实施方式和如本文所述的分配器时，所能实现的排出速度曲线的图。

图9是与本发明的设备相似但具有固定长度狭缝的分配器的设备的算得的排出速率曲线的比较图。

发明详述

下面详细说明本发明的优选实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的组件。

如图1的截面示意图和与之相对应的图2的三维剖视图所示，本发明提供设备10和与之相关的用于形成玻璃层压板的外层的方法，如图1和图2所示，所述设备10包括储器12，在所述储器的下方有两个分配器14a、14b。以特定的流速q从储器12的顶部向该其中加入玻璃16。玻璃16的液流通过流过两个分配器14a、14b的入口20a、20b而被一分为二。接着，分配器14a、14b中各自的液流通过各自的重新成形部分22a、22b，在所述重新成形部分中，液流在经过各狭缝30a、30b于设备10的底部排出前变薄和变宽。图3给出了一种分配器14a的形状的三维再现图(以切去形状一半的形式显示)。

在运行条件下，玻璃16完全充满分配器14a、14b，玻璃16的自由表面18浮于储器12的某个位置。进入储器12中的玻璃16倾泻在自由表面18之上以连续不断地对储器12进行重新填充，优选将自由表面保持在适合玻璃16的组成和层压件形成过程的需要的给定的液位。可按照需要将自由表面液位18(以垂直于以虚线表示的垂直参考线的虚线表示)保持在储器12中的任意位置，这取决于玻璃16的粘度、流速和密度。这允许使用性质和特性迥异的玻璃。玻璃液流从分别位于分配器14a、14b底部的狭缝30a、30b各自的出口32a、32b排出，优选使玻璃液流始终具有均匀的流速。狭缝具有长度L(沿垂直或“液流”方向)(参见图1)和宽度W(在图2中以“1/2W”表示，因为图中只显示了分配器的一半)。

如图1A所示，根据本发明的工艺或方法的一种实施方式，优选在另一种不同的玻璃17从槽或等压槽100溢流出来的时候，使离开狭缝32a、32b的玻璃16与该另一种不同的玻璃17接触。对狭缝32a、32b的间隔进行选择以匹配槽或等压槽上所需的接触点，使从狭缝32a、32b流出的玻璃位于从槽或等压槽100溢流出来或沿着槽或等压槽100向下流动的玻璃的上方。8.向设备10中供给熔融包层玻璃16，以使设备的储器内保持所选的自由表面液位，并使第一和第二包层玻璃物流52a、52b从设备10的第一和第二狭缝32a、32b处流出。向槽或等压槽100中供给足够的熔融芯体玻璃17，以允许芯体玻璃17从槽或等压槽100中溢流出来，槽或等压槽100置于设备10的第一和第二狭缝32a、32b的下方。

使沿槽或等压槽100的第一侧面溢流的芯体玻璃17与第一包层玻璃物流52a接触，同时，使沿槽或等压槽100的第二侧面溢流的芯体玻璃与所述第二包层玻璃物流52b接触。

接着，沿槽或等压槽100的第一侧面溢流的芯体玻璃17(与来自于第一包层玻璃物流52a的一层包层玻璃一起流动)与沿槽或等压槽100的第二侧面溢流的芯体玻璃(与来自于第二包层玻璃物流52b的一层包层玻璃一起流动)融合，以形成具有包含芯体玻璃17的芯体和包含包层玻璃16的包层的玻璃层压件200。

储器中的自由表面液位

质量和动量平衡方程式给出了压降与几何结构的关系。在其最简式中，下标“1”表示分配器14a、14b的入口13a、13b处的条件，而下标“2”表示狭缝出口32a、32b处的条件，我们可以沿着给定的流线写出：

$\frac{V_1^2}{2}+\frac{P_1}{\mathrm{\ρ}}+gH-F_{loss}=\frac{V_2^2}{2}+\frac{P_a}{\mathrm{\ρ}}---\left(1\right)$

此处认为分配器出口处的压力P₂与大气压Pa相等。对该表达式进行整理，得到：

$\frac{P_1-P_a}{\mathrm{\ρ}}=-gH+\frac{1}{2}(V_2^2-V_1^2)+F_{loss}---\left(2\right)$

由不可压缩液体的质量守恒，我们可以写出：

V₁A₁＝V₂A₂(3)

结合(2)和(3)，我们可以写出：

$\frac{P_1-P_a}{\mathrm{\ρ}}=-gH+\frac{1}{2}{V}_2^2(1-{\left(\frac{A_2}{A_1}\right)}^2)+F_{loss}---\left(4\right)$

在压力沿着液流/重力方向降低的条件下，我们必须确保P₁＞Pa以满足某些设计要求：首先，上述表达式(4)中等号右侧的第二和第三项之和必须大于gH。其次，只有当分配器在出口处的面积(A2)小于其在入口处的面积(A1)时，所述第二项才具有积极的作用。所述第二个条件引入了对截面面积的要求，即狭缝30a、30b的厚度必须足够小，以使当与第三项(液流从1流至2的过程中的损失，以F_loss表示)结合时(与第二项结合)，第二项可足够大，以满足P₁＞Pa的条件。

对于本实施方式中的截面基本上呈圆形的分配器入口部分20，圆管中层流的范宁摩擦系数通常可表示为：

$F_{loss\left(circ\right)}=\frac{16\mathrm{\μ}}{V_{av}D\mathrm{\ρ}}---\left(5\right)$

然而，无论入口部分呈圆形或椭圆形或其它形状，其阻力相比于以下两个主要的阻力源而言都是微不足道的：从分配器入口至底面(land)部分或狭缝30a、30b的形状变化，以R2表示，以及狭缝30a、30b产生的阻力，以R1表示。

使用计算流体动力学(CFD)确定由给定的与图1和图2相似的分配器几何结构所产生的对液流的阻力，不考虑重力的影响，所述液流具有4000泊的典型的玻璃粘度和3.6kg/h的流速。压力(单位：帕斯卡)对狭缝出口上方的高度(单位：米)的关系示于图4中。从图中可以看到，阻力R1比阻力R2大得多，R1基本上决定了总阻力或总压降。

R1的数值(或由于R1造成的压降)可由如下所示的用于宽度＞＞厚度的矩形通道(狭缝30a、30b的情况)的泊肃叶流体方程式分析得到：

$\mathrm{\Δ}P=\frac{12\mathrm{\μ}LQ}{{\mathrm{Wh}}^3}---\left(6\right)$

其中，ΔP表示压降，μ表示粘度，L表示底面的长度，Q表示流速，W表示分配器的宽度，h表示厚度。

当从由模型得到的压力中减去作用在玻璃上的重力时，我们得到了图5所示的预测的实际压力(P-密度·g·高度)(单位：帕斯卡)对高度位置(单位：米)的关系。对于4000泊的典型玻璃粘度和3.6kg/h且具有典型的分配器几何构型，自由表面按照所需在分配器出口上方0.1m处得到，这是因为本实施方式中的分配器的顶部至底部长度为0.1m。

如图6所示，在8000泊的典型玻璃粘度和典型的分配器几何结构下，计算不同流速下(此处的单位是lb/h)的分配器出口上方的自由表面液位(单位：米)。如果流速为0.9kg/h(或2lbs/h)，则自由表面液位为分配器出口上方0.03m，且随着流速的上升，重力驱动流动状态的自由表面液位也上升。或者，在2400kg/m³的典型玻璃密度下，刚好完全充满分配器(储器底部)的流速与玻璃粘度的关系示于图7。

通过考虑上述会影响自由表面液位的参数，可以通过改变狭缝(底面)长度、狭缝厚度，甚至通过调整从分配器入口至狭缝的形状变化的性质来对分配器进行设计，以使其能够在重力供料下以所需范围内的流速、玻璃粘度和密度通过位于储器12内的玻璃16的自由表面18来输送玻璃。优选地，分配器输送8000泊的玻璃的速率为0.3kg/h～0.6kg/h(储器几乎是空的至储器被充满)，输送6000泊的玻璃的速率为0.4kg/h～0.8kg/h。换言之，通过使用本发明的设备的实施方式，所提供的分配器能够在位于储器中的玻璃的自由表面的重力供料下以0.3·Skg/h～0.6·Skg/h的速率输送8000泊的玻璃，以及能够在位于储器中的玻璃的自由表面的重力供料下以0.4·Skg/h～0.8·Skg/h的速率输送6000泊的玻璃，其中，S是设备尺寸和将要生产的玻璃板的任意缩放常数。

狭缝出口处的均匀玻璃流

希望在狭缝出口处得到均匀的玻璃流。通常，对于以给定流速流动的给定流体，流动阻力取决于流动路径的长度和截面面积。流动路径越长，相比于更短的流动路径，其流动阻力也越大。同时，对于以给定流速流动的给定流体，流动路径的截面面积越大，剪切应变速率越小、流动阻力也越小。因此，如果狭缝宽度中心的长度(这里指垂直长度)最大，或换言之，长度在分配器的中部达到最大，则流动路径至狭缝中心的流动阻力与通向狭缝侧部的流动路径的流动阻力之间的差异可大大降低，以使玻璃被更均匀地从中部向侧部分配。所以，本发明的分配器优选包含具有长度和宽度的狭缝，其中，狭缝的长度在其宽度的中心处最大。根据一种替代性的实施方式，如图3所示，这可以通过向狭缝的顶部引入角度“A”来实现，所述角度“A”使得流动阻力在整个分配器中得到平衡，从狭缝输送更多均匀的流出的液流。并且，狭缝长度的总增量有助于使出口处的流动特性更加均匀。图8中显示了使用分配器的实施方式所能实现的排出速率曲线。作为CFD建模所预测的实施例，一种比较性的具有固定长度狭缝的分配器的排出速率曲线示于图9中，显示出其得到的流动具有相对较高的不均匀性。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行其它各种修改和变动。

Claims (9)

1.一种用于形成玻璃层压板的外层的设备，所述设备包括：

储器；

在所述储器下方延伸并与所述储器流体连通的独立的第一和第二分配器；和

分别位于所述第一和第二分配器底部的第一和第二狭缝。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分配器各自在储器处包含其各自入口和从储器向下延伸至各自狭缝的各自的重新成形部分。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第二分配器是所述第一分配器的镜像。

4.如权利要求1～3中任一项所述的设备，其特征在于，所述狭缝具有长度和宽度，其中，所述狭缝的长度在所述宽度的中心处最大。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述狭缝具有底部和顶部，其中，狭缝顶部以相对于狭缝底部的角度倾斜，以使所述分配器侧部上的所述狭缝的长度相对于所述分配器中部的所述狭缝的长度减小。

6.如权利要求1～5中任一项所述的设备，其特征在于，所述分配器能够在位于储器中的玻璃的自由表面的重力供料下以0.3·Skg/h～0.6·Skg/h的速率输送8000泊的玻璃，以及能够在位于储器中的玻璃的自由表面的重力供料下以0.4·Skg/h～0.8·Skg/h的速率输送6000泊的玻璃，其中，S是任意缩放常数。

7.使用权利要求1～6中任一项所述的设备来形成玻璃层压板的外层。

8.一种玻璃层压件的形成方法，所述玻璃层压件包含芯体玻璃和一个或多个包层玻璃外层，所述方法包括：

将熔融包层玻璃供给至如权利要求1～6中任一项所述的设备中，以维持所述设备的储器内经过选择的自由表面的液位，以及使第一和第二包层玻璃物流从所述设备的第一和第二狭缝处流出；

向槽或等压槽中供给足够的熔融芯体玻璃，以允许该芯体玻璃从所述槽或等压槽中溢流出来，将所述槽或等压槽置于所述设备的所述第一和第二狭缝的下方；以及

使沿所述槽或等压槽的第一侧面溢流的所述芯体玻璃与所述第一包层玻璃物流接触，同时，使沿所述槽或等压槽的第二侧面溢流的所述芯体玻璃与所述第二包层玻璃物流接触。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括使沿所述槽或等压槽的第一侧面溢流的所述芯体玻璃与沿所述槽或等压槽的第二侧面溢流的所述芯体玻璃融合，以形成具有包含所述芯体玻璃的芯体和包含所述包层玻璃的包层的玻璃层压件。