CN107107563A - 玻璃‑聚合物层压件及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种玻璃‑聚合物层压件，其包含厚度最大约300μm的玻璃层和层压至玻璃层的聚合物层。在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下，玻璃层具有压缩应力，且玻璃‑聚合物层压件具有最大约150N的平弯力。一种方法，其包括在层压温度下将玻璃层层压至聚合物层以形成玻璃‑聚合物层压件。玻璃层具有最大约300μm的厚度。层压温度足够高，以使玻璃层在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下具有压缩应力。层压温度足够低，以使玻璃‑聚合物层压件在上述温度范围内的所有温度下具有最大约150N的平弯力。

Description

玻璃-聚合物层压件及其形成方法
本申请要求2014年11月17日提交的美国专利申请号62/080764的优先权，其全部内容通过引用纳入本文。
背景
1.技术领域
本公开涉及玻璃-聚合物层压件，更具体而言，涉及具有预定应力和弯曲特性的玻璃-聚合物层压件，所述预定应力和弯曲特性使得能够对这些玻璃-聚合物层压件进行切割和安装而不使它们破裂，本公开还涉及用于形成这些玻璃-聚合物层压件的方法和设备。
2.背景技术
层压玻璃结构可以作为生产许多电器、汽车组件、建筑结构或者电子器件的组件。例如，层压玻璃结构可作为防护玻璃结合到各种终端产品中，如冰箱、后防溅板、装饰性玻璃制品或电视机。然而，难以在现场(例如在安装地点)对这些层压玻璃结构进行切割和安装而不使玻璃层破裂。例如，希望能够在宽范围的温度下对层压玻璃结构进行切割和安装。
发明概述
本文公开了玻璃-聚合物层压件及其形成方法。
本文公开了一种玻璃-聚合物层压件，其包含厚度最大约300μm的玻璃层和层压至玻璃层的聚合物层。在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下，玻璃层具有压缩应力，且玻璃-聚合物层压件具有最大约150N的平弯力。
本文公开了一种方法，其包括在层压温度下将玻璃层层压至聚合物层以形成玻璃-聚合物层压件。玻璃层具有最大约300μm的厚度。层压温度足够高，以使玻璃层在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下具有压缩应力。层压温度足够低，以使玻璃-聚合物层压件在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下具有最大约150N的平弯力。
在以下的详细描述中给出了本文的其他特征和优点，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，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是玻璃-聚合物层压件的一种示例性实施方式的截面图。
图2是一种示例性玻璃-聚合物层压件的玻璃层在短轴方向上的应力在多种温度下随该玻璃-聚合物层压件的短中心线上的位置而变化的图示。
图3是一种示例性玻璃-聚合物层压件的玻璃层在长轴方向上的应力在多种温度下随该玻璃-聚合物层压件的短中心线上的位置而变化的图示。
图4是一种示例性玻璃-聚合物层压件中的弯曲随与层压温度的ΔT而变化的图示。
图5是一种示例性玻璃-聚合物层压件中的平弯力随与层压温度的ΔT而变化的图示。
图6是一种示例性玻璃-聚合物层压件的温度极限以及这些温度极限与应力和弯曲极限之间关系的图示。
图7是一种示例性玻璃-聚合物层压件的玻璃层沿着各个长轴和短轴的最大压缩应力随与层压温度的ΔT而变化的图示。
图8是一种示例性玻璃-聚合物层压件在切割过程中所产生的单位部件中的裂纹数量随与层压温度的ΔT而变化的图示。
图9是一种示例性玻璃-聚合物层压件的玻璃层在短轴方向上的应力在玻璃-聚合物层压件的不同尺寸下随该玻璃-聚合物层压件的短中心线上的位置而变化的图示。
图10是一种示例性玻璃-聚合物层压件的玻璃层在长轴方向上的应力在玻璃-聚合物层压件的不同尺寸下随该玻璃-聚合物层压件的短中心线上的位置而变化的图示。
图11是针对两种不同的玻璃-聚合物层压件尺寸所进行的对22℃下测得的示例性玻璃-聚合物层压件的弯曲随层压温度而变化的情况进行比较的图示。
图12是针对两种不同的玻璃-聚合物层压件尺寸所进行的对玻璃-聚合物层压件的建模弯曲随与层压温度的ΔT而变化的情况进行比较的图示。
图13是针对两种不同的玻璃-聚合物层压件尺寸所进行的对22℃下测得的建模平弯力随层压温度而变化的情况进行比较的图示。
图14是针对两种不同的玻璃-聚合物层压件尺寸所进行的对玻璃-聚合物层压件的建模平弯力随与层压温度的ΔT而变化的情况进行比较的图示。
图15是针对两种不同的聚合物层厚度所进行的对玻璃-聚合物层压件的建模弯曲随与层压温度的ΔT而变化的情况进行比较的图示。
图16是针对两种不同的聚合物层厚度所进行的对玻璃-聚合物层压件的玻璃层的建模最大应力随与层压温度的ΔT而变化的情况进行比较的图示。
图17是显示利用一种示例性切割方法而形成的完成了的切割和所得到的出口开裂的照片的素描再现。
图18是显示在玻璃-聚合物层压件中形成的一种示例性凹口的照片的素描再现。
发明详述
下面，对示于附图中的示例性实施方式进行详细说明。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。另外，附图不一定按比例绘制，而重点在于说明示例性实施方式的原理。
在各种实施方式中，一种玻璃-聚合物层压件包含厚度最大约300μm的玻璃层和层压至玻璃层的聚合物层。对玻璃层、聚合物层的性质和/或层压方法进行控制，以使在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下，玻璃层具有压缩应力，且玻璃-聚合物层压件具有最大约150N的平弯力。
如本文所用，除非另有说明，否则术语“热膨胀系数”是指玻璃材料或层在20℃～300℃的温度范围内的材料和层的平均热膨胀系数(CTE)以及聚合物材料或层在0℃～40℃下的平均热膨胀系数。
如本文所用，术语“弯曲(bow)”是指弯曲的玻璃-聚合物层压件所展现出的曲率量。弯曲通过以下方法测定：将弯曲的玻璃-聚合物层压件置于平坦表面上，测量平坦表面与玻璃-聚合物层压件距离平坦表面的最大位移之间的最大距离。
如本文所用，术语“平弯力(bow flattening force)”是指足以使弯曲的玻璃-聚合物层压件成为基本平面构造的最小作用力。平弯力通过以下方法测定：(例如通过在玻璃-聚合物层压件上放置增重物)对弯曲的玻璃-聚合物层压件施加递增的作用力，直至玻璃-聚合物层压件成为基本平面构造。在测定弯曲时，在距离平坦表面最远的玻璃-聚合物层压件的边缘施加作用力。例如，如果绕着玻璃-聚合物层压件的长轴使其弯曲，则对玻璃-聚合物层压件的长边缘施加作用力。或者，如果绕着玻璃-聚合物层压件的短轴使其弯曲，则对玻璃-聚合物层压件的短边缘施加作用力。向玻璃-聚合物层压件的相对边缘对称地施加作用力。例如，可在玻璃-聚合物层压件的相对长边缘或相对短边缘上放置等量的增重物以对称地施加作用力。
本文所述的玻璃-聚合物层压件可用于建筑应用。例如，玻璃-聚合物层压件可用作装饰面板(例如后防溅板或墙板)和/或功能性面板(例如白板或投影屏幕)。在这些应用中，有益的是，在生产地点生产玻璃-聚合物层压件并随后在安装地点(即在现场)将玻璃-聚合物层压件原地切割成所需尺寸。能够在宽范围的温度下对玻璃-聚合物层压件进行切割和安装也是有益的。例如，安装地点的现场温度可在一年中的不同时间(例如夏季相对于冬季)或在不同的地理位置而存在明显差异，有益的是，能够在一年中的不同时间和在各种地理位置对玻璃-聚合物层压件进行切割和安装而不使玻璃-聚合物层压件或其一部分(例如玻璃层)破裂。
通常，玻璃层的CTE和聚合物层的CTE明显不同。例如，如本文所述，玻璃层的CTE明显低于聚合物层的CTE。玻璃层与聚合物层之间的CTE错配会导致两个会限制玻璃-聚合物层压件的切割和安装温度范围和/或玻璃-聚合物层压件的工作寿命的效果。
CTE错配的第一个效果是在玻璃层中形成应力。在层压温度下，玻璃层和聚合物层中的应力为零。随着玻璃-聚合物层压件的温度升高超过层压温度，玻璃层中的拉伸应力增大直至玻璃断裂。这限制了能够对玻璃-聚合物层压件进行切割的最高温度，还限制了玻璃-聚合物层压件精整后的使用过程中的最高温度。
CTE错配的第二个效果是玻璃-聚合物层压件的弯曲。在低于层压温度的温度下，即玻璃处于压缩下时，弯曲最明显。随着玻璃-聚合物层压件的温度降低低于层压温度，需要增加量的作用力来使玻璃-聚合物层压件变平坦。换言之，随着玻璃-聚合物层压件的温度降低低于层压温度，玻璃-聚合物层压件的平弯力增大。如果使用压敏粘合剂来(例如在安装过程中)将玻璃-聚合物层压件相对于平坦表面固定在原位并同时允许永久性粘合剂固化，则玻璃-聚合物层压件的弯曲会将尚未固化的粘合剂拽离平坦表面，从而阻碍永久性粘合剂的适当粘附。较低的温度也会限制压敏粘合剂的粘合，这进一步限制了安装处理，有益于因较小弯曲而引起的平坦力。
可能有益的是，提高层压温度以避免在较高的切割温度下在玻璃层中产生不可接受的拉伸应力。降低层压温度以避免在较低的安装温度下产生不可接受的高平弯力也可能是有益的。因此，高温切割极限和低温安装极限是鼓励向相反方向调节层压温度的互竞目标。
可如本文所述地对玻璃层和聚合物层的性质以及层压方法进行控制，以能够在预定的温度范围下对玻璃-聚合物层压件进行切割和安装。例如，在一些实施方式中，如本文所述，玻璃-聚合物层压件具有至少35℃的高温切割和安装极限、最高16℃的低温安装极限、和/或最高0℃的低温寿命极限。
图1是玻璃-聚合物层压件100的一种示例性实施方式的截面图。玻璃-聚合物层压件100包含玻璃层110、聚合物层120和设置在玻璃层110与聚合物层120之间的粘合剂层130。因此，聚合物层120通过粘合剂层130层压至玻璃层110。在一些实施方式中，玻璃-聚合物层压件100包含如图1所示的层压板。该层压板具有长度、宽度和厚度。长度是指最长的尺寸，厚度是指最小的尺寸。长度和宽度各自明显大于(例如至少大一个数量级)厚度。该层压板可基本上是平面的(即平坦的)或非平面的(即弯曲的)。在另一些实施方式中，玻璃-聚合物层压件包含三维(3D)形状。例如，3D形状可通过在模塑装置中对层压板进行模塑来形成。
在一些实施方式中，玻璃层110包含挠性玻璃层。因此，玻璃层110具有最大约300μm、最大约200μm、最大约150μm或最大约100μm的厚度。附加地或替代地，玻璃层110具有至少约50μm的厚度。例如，玻璃层110具有约150μm～约250μm的厚度。玻璃层110包含玻璃材料、陶瓷材料、玻璃-陶瓷材料或它们的组合。
可使用合适的形成方法来形成玻璃层110。例如，可使用诸如熔合法这样的下拉法来形成玻璃层110。使用熔合法形成玻璃层110可使得玻璃能够具有相比于利用其它方法生产的玻璃板而言非常平坦和光滑的表面。美国专利号3338696和3682609中描述了熔合法。其它合适的玻璃形成方法可包括浮法、上拉法或狭缝拉制法。在一些实施方式中，玻璃层110具有抗菌性。例如，玻璃层110在玻璃层表面具有大于0μg/cm2至0.047μg/cm2范围内的银离子浓度，如美国专利申请公开号2012/0034435所述。附加地或替代地，玻璃层110涂覆有包含银或掺杂有银离子的釉，以获得所需的抗菌性，如美国专利申请公开号2011/0081542所述。附加地或替代地，玻璃层110包含以下摩尔组成：50％的SiO2、25％的CaO和25％的Na2O，以实现所需的抗菌效果。
在一些实施方式中，聚合物层120具有至少约2mm、至少约3mm、至少约4mm或至少约5mm的厚度。附加地或替代地，聚合物层120具有最大约10mm、最大约9mm、最大约8mm、最大约7mm或最大约6mm的厚度。例如，聚合物层120具有约2.9mm～约6.1mm、约3.9mm～约6.1mm或约5.1mm～约6.1mm的厚度。聚合物层120包含例如以下聚合物材料：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、热聚合物聚烯烃(TPOTM—聚乙烯、聚丙烯、嵌段共聚物聚丙烯(BCPP)或橡胶的聚合物/填料共混物)、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯基丁酸酯、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯或取代的聚乙烯、聚羟基丁酸酯、聚羟基乙烯基丁酸酯、聚乙烯基乙炔、透明热塑性塑料、透明聚丁二烯、聚氰基丙烯酸酯、纤维素基聚合物、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇(PVA)、多硫化物、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚硅氧烷或它们的组合。聚合物层120可以是透明的、半透明的或不透明的。在一些实施方式中，聚合物层120包含穿过玻璃层110可见的颜色、装饰图案或设计。聚合物层120可包含单层或层压在一起以形成聚合物层的多层。例如，聚合物层120可包含聚合物基材层和设置在聚合物基材层表面上的装饰膜，以使装饰膜的装饰颜色或图案穿过玻璃层110可见。
在一些实施方式中，粘合剂层130具有至少约10μm、至少约20μm、至少约30μm或至少约40μm的厚度。附加地或替代地，粘合剂层130具有最大约100μm、最大约90μm、最大约70μm或最大约60μm的厚度。例如，粘合剂层130具有约25μm～约75μm的厚度。粘合剂层130包含非粘性中间层、粘合剂板或膜、液体粘合剂、粉末粘合剂、压敏粘合剂、可紫外光(UV)固化的粘合剂、可热固化的粘合剂或其他类似的粘合剂或者它们的组合。例如，粘合剂层130包含低温粘合剂，例如Norland 68(UV固化)、3M公司(3M)的OCA 8211或8212(室温下通过压力结合)、3M 4905、粘合剂、有机硅、丙烯酸酯、光学透明粘合剂、密封材料、聚氨酯或木胶。附加地或替代地，粘合剂层130包含更高温度的粘合剂，例如杜邦公司(DuPont)的SentryGlas、DuPont PV 5411、日本世界公司(Japan World Corporation)的材料FAS或聚乙烯醇缩丁醛树脂。在一些实施方式中，粘合剂层130包含一种或多种功能性成分，例如着色剂、装饰、耐热剂或抗UV剂或AR过滤剂。粘合剂层130在固化时可以是光学透明的或不透明的。在一些实施方式中，粘合剂层130包含具有或不具有穿过玻璃层110可见的颜色、装饰图案或设计的板材或膜。
可使用合适的层压方法将聚合物层120层压至玻璃层110，以形成玻璃-聚合物层压件100。例如，可使用板至板层(S2S)压法将聚合物层120层压至玻璃层110，其中利用压力和/或热来使用粘合剂层130使玻璃层结合至聚合物层。或者，可使用辊至板(R2S)或辊至辊(R2R)层压法将聚合物层120层压至玻璃层110，其中，利用压力使来自给料辊的玻璃层的连续带结合至作为来自给料辊的连续带或多个单独板材的聚合物层。如本文所述，可对层压方法进行控制，以向玻璃-聚合物层压件引入所需性质。层压后，仍如本文所述，可对玻璃-聚合物层压件110进行切割和/或安装。
在一些实施方式中，对玻璃层110和/或聚合物层120的性质(例如CTE或弹性模量)；玻璃层、聚合物层和/或玻璃-聚合物层压件100的尺寸；和/或层压条件(例如层压温度)进行控制，以使得能够在约16℃～约32℃的温度范围内对玻璃-聚合物层压件进行切割和安装。例如，在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下，玻璃层110具有压缩应力，且玻璃-聚合物层压件100具有最大约150N的平弯力。附加地或替代地，玻璃-聚合物层压件100能够在约32.2℃的切割温度下在手持式动力工具的切割下幸存。
在一些实施方式中，玻璃层110具有至少约0.5×10-6℃-1、至少约1×10-6℃-1、至少约1.5×10-6℃-1、至少约2×10-6℃-1或至少约2.5×10-6℃-1的CTE。附加地或替代地，玻璃层110具有最大约9×10-6℃-1、最大约8×10-6℃-1、最大约7×10-6℃-1、最大约6×10-6℃-1、最大约5×10-6℃-1或最大约4×10-6℃-1的CTE。例如，玻璃层110具有约2.7×10-6℃-1～约3.7×10-6℃-1的CTE。
在一些实施方式中，聚合物层120具有至少约20×10-6℃-1、至少约30×10-6℃-1、至少约40×10-6℃-1、至少约50×10-6℃-1、至少约60×10-6℃-1或至少约70×10-6℃-1的CTE。附加地或替代地，聚合物层120具有最大约130×10-6℃-1、最大约120×10-6℃-1、最大约110×10-6℃-1、最大约100×10-6℃-1、最大约90×10-6℃-1或最大约80×10-6℃-1的CTE。例如，聚合物层120具有约74.5×10-6℃-1～约75.5×10-6℃-1的CTE。
在一些实施方式中，玻璃层110与聚合物层120之间的CTE之差或CTE错配至少约为10×10-6℃-1、至少约为20×10-6℃-1、至少约为30×10-6℃-1、至少约为40×10-6℃-1、至少约为50×10-6℃-1、至少约为60×10-6℃-1或至少约为70×10-6℃-1。
在一些实施方式中，玻璃层110和聚合物层120具有参照图1如本文所述的厚度。在这些实施方式中，玻璃-聚合物层压件100具有至少约100mm、至少约200mm、至少约300mm、至少约400mm、至少约500mm或至少约600mm的宽度。附加地或替代地，玻璃-聚合物层压件具有最大约1300mm、最大约1200mm、最大约1100mm、最大约1000mm、最大约900mm或最大约800mm的宽度。例如，玻璃-聚合物层压件具有约640mm～约740mm的宽度。在这些实施方式中，玻璃-聚合物层压件100具有至少约2000mm、至少约2100mm、至少约2200mm、至少约2300mm、至少约2400mm或至少约2500mm的长度。附加地或替代地，玻璃-聚合物层压件具有最大约3200mm、最大约3100mm、最大约3000mm、最大约2900mm、最大约2800mm或最大约2700mm的长度。例如，玻璃-聚合物层压件具有约2570mm～约2670mm的长度。
在一些实施方式中，在层压温度下利用粘合剂层130将玻璃层110层压至聚合物层120，以形成玻璃-聚合物层压件100。层压温度足够高，以使玻璃层110在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下具有压缩应力。层压温度足够低，以使玻璃-聚合物层压件100在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下具有最大约150N的平弯力。在一些实施方式中，层压温度至少约为30℃或至少约为33℃。附加地或替代地，层压温度最高约为45℃、最高约为40℃或最高约为37℃。例如，层压温度约为30℃～约45℃、约30℃～约40℃或约33℃～约37℃。
在一些实施方式中，在低于层压温度的切割温度下利用手持式动力工具切割玻璃-聚合物层压件100。例如，手持式动力工具包含刨槽机或锯子(例如台锯)。在低于层压温度的切割温度下切割玻璃-聚合物层压件100可有助于确保玻璃层110在切割过程中处于压缩之下，并且避免玻璃层的破碎。在一些实施方式中，玻璃-聚合物层压件100的切割包括在玻璃-聚合物层压件的第一边缘中形成凹口，并且从朝向凹口且与第一边缘相对的第二边缘切割玻璃-聚合物层压件。
在一些实施方式中，在低于层压温度或比层压温度最多高约5℃的安装温度下将玻璃-聚合物层压件100结合至基本上平坦的表面。例如，基本上平坦的表面包括墙壁、天花板、地板、工作台面或台面、桌面或其它合适的表面。在一些实施方式中，安装温度至少约为16℃。例如，安装温度约为16℃～约40℃或约16℃～约35℃。在约16℃至层压温度之间的安装温度下安装玻璃-聚合物层压件可有助于确保平弯力对于安装而言足够低(例如最大约150N)，并且确保玻璃层110在安装过程中处于压缩之下，以避免玻璃层的破裂。在一些实施方式中，玻璃-聚合物层压件100对基本上平坦的表面的结合包括在玻璃-聚合物层压件与基本上平坦的表面之间使用第一粘合剂和第二粘合剂，并且在允许第二粘合剂固化的同时，利用第一粘合剂使玻璃-聚合物层压件在基本上平坦的表面上保持原位。例如，第一粘合剂包含压敏粘合剂。附加地或替代地，第二粘合剂包含基于有机硅的粘合剂。利用压敏粘合剂使玻璃-聚合物层压件100保持原位可使得基于有机硅的粘合剂固化，以将玻璃-聚合物层压件100原位固定在基本上平坦的表面上。
实施例
比较例
通过使用S2S层压法以及约22℃的层压温度利用粘合剂层将聚合物层层压至玻璃层来形成图1中所示的具有常规结构的玻璃-聚合物层压件。玻璃层由CTE为3.2×10-6℃-1、弹性模量为74GPa的碱土金属硼铝硅酸盐玻璃形成。聚合物层由CTE约为75×10-6℃-1、弹性模量为3GPa的PMMA形成。粘合剂层由弹性模量比聚合物层低的光学透明的压敏粘合剂形成。玻璃层具有200μm的厚度。聚合物层具有5.6mm的厚度。粘合剂层具有50μm的厚度。玻璃-聚合物层压件是矩形的，且具有920mm的宽度和2620mm的长度。
利用手持式动力工具对玻璃-聚合物层压件进行切割，导致玻璃层的强度从其预层压条件产生明显变化。利用刨槽机或台锯的切割导致约20MPa的B10玻璃边缘强度，所述强度使用100mm×50mm的四点弯曲试样测得。针对尺寸统计学对该强度进行的调整和玻璃疲劳使B10玻璃边缘强度降至约5MPa。对切割边缘增加精整步骤使B10边缘强度改善至约70MPa。针对尺寸统计学对该强度进行的调整和玻璃疲劳使B10玻璃边缘强度降至约12MPa。
在两个正交的方向上在沿着玻璃-聚合物层压件短中心线的多个点上测量玻璃层中的应力。发现各方向上的最大应力值在层压件的中心。图2是玻璃层在短轴方向上的应力在多种温度下随玻璃-聚合物层压件的短中心线上的位置而变化的图示。图3是玻璃层在长轴方向上的应力在多种温度下随玻璃-聚合物层压件的短中心线上的位置而变化的图示。在图2～3中，负值代表压缩应力，而正值代表拉伸应力。
如图2所示，与边缘正交的方向上的应力随着位置沿中心线接近该边缘而接近零。如图3所示，与边缘平行的方向上的应力不容易随着位置沿中心线接近该边缘而减小。图2显示对温度的应力敏感度约为2.4MPa/℃，图3显示应力敏感度约为3.3MPa/℃。实验数值在2MPa/℃～4MPa/℃的范围内。分析建模和有限元建模与实验数值吻合良好，显示约3MPa/℃的敏感度，这明显取决于输入性质，例如PMMA的CTE和弹性模量。
这种对温度的应力敏感度的一个潜在问题在于，高于层压温度的玻璃-聚合物层压件的温度升高2℃可产生足够的应力使玻璃层断裂，而高于层压温度的玻璃-聚合物层压件的温度升高4℃可产生足够的应力使具有精整边缘的玻璃层在其寿命的某些时间点断裂。
使玻璃-聚合物层压件的温度降低低于层压温度，导致PMMA比玻璃收缩得更多，从而导致层压件的弯曲。出人意料的是，弯曲绕着层压件的与短轴相对的长轴发生。使用有限元模型对弯曲进行建模。使模型迫使弯曲在实验观察到的相同方向上发生。图4是玻璃-聚合物层压件中的弯曲随与层压温度的ΔT或者层压温度与玻璃-聚合物层压件温度之差而变化的图示，弯曲在ΔT或该温度之差下测量。图线表示有限元模型的结果，其预测对PMMA的弹性模量使用1300MPa的数值的弯曲，与3000MPa的实验值相对。如图4中所示的数据点所示，更高的模量导致更硬的玻璃-聚合物层压件和更少量的弯曲。模型显示对ΔT的弯曲敏感度约为1.6mm/℃，而实验数据显示对ΔT的弯曲敏感度约为1.3mm/℃。
图5是玻璃-聚合物层压件中的平弯力随与层压温度的ΔT而变化的图示。实验数据通过以下方法测得：在玻璃-聚合物层压件上放置增重物以使玻璃-聚合物层压件变平坦。该图右上角的数据点表明当施加最大可用作用力时，弯曲并未完全消除。图线表示预测平弯力的有限元模型的结果。模型显示对ΔT的平弯力敏感度约为5.4N/℃，而实验数据显示对ΔT的平弯力敏感度＞14N/℃。随着平弯力增大超过150N，利用粘合带将玻璃-聚合物层压件安装在墙壁上变得极其困难。
如本文所述，对于玻璃-聚合物层压件而言可能有益的是具有至少35℃的高温切割和安装极限、最高16℃的低温安装极限、和/或最高0℃的低温寿命极限。
在22℃下层压的比较例的玻璃-聚合物层压件会在高温切割和安装极限下在玻璃层中具有65MPa的拉伸应力，这很可能导致玻璃层在切割过程中或在切割之前破裂。比较例的玻璃-聚合物层压件在低温安装极限下会具有大于250N的平弯力，这很可能使玻璃-聚合物层压件的安装变难。
实施例1
图6是玻璃-聚合物层压件的温度极限以及这些温度极限与应力和弯曲极限之间关系的图示。可对玻璃层和/或聚合物层的性质(例如CTE或弹性模量)；玻璃层、聚合物层和/或玻璃-聚合物层压件的尺寸；和/或层压条件(例如层压温度)进行调节，以改变弯曲和应力线的斜率，从而实现所需的切割、安装和/或寿命温度窗口。
通过使用S2S层压法以及约35℃的层压温度利用粘合剂层将聚合物层层压至玻璃层来形成图1中所示的具有常规结构的玻璃-聚合物层压件。玻璃层由CTE为3.2×10-6℃-1、弹性模量为74GPa的碱土金属硼铝硅酸盐玻璃形成。聚合物层由CTE约为75×10-6℃-1、弹性模量为3GPa的PMMA形成。粘合剂层由弹性模量比聚合物层低的光学透明的压敏粘合剂形成。玻璃层具有200μm的厚度。聚合物层具有5.6mm的厚度。粘合剂层具有50μm的厚度。玻璃-聚合物层压件是矩形的，且具有690mm的宽度和2620mm的长度。因此，实施例1的玻璃-聚合物层压件与比较例的玻璃-聚合物层压件的差异在于，层压温度为35℃，与22℃相对，且宽度为690mm，与920mm相对。
使用配置成在聚合物层层压至玻璃层的过程中对聚合物层进行加热的层压设备对层压温度进行控制。聚合物层和玻璃层沿着交叉路径沿层压方向前进，以利用位于聚合物层与玻璃层之间的粘合剂层使聚合物层与玻璃层合并在一起。聚合物层前进的输送设备包括指向聚合物层以在与玻璃层层压之前将聚合物层加热至层压温度的对流加热器和红外(IR)加热器。
表1显示了35℃、22℃、16℃以及0℃下的玻璃层中的最大压缩应力、玻璃-聚合物层压件的弯曲以及玻璃-聚合物层压件的平弯力。图7是玻璃-聚合物层压件的玻璃层沿着各个长轴和短轴的最大压缩应力随与层压温度的ΔT而变化的图示。如表1和图7所示，在16℃～35℃之间的所有温度下，玻璃层具有压缩应力(或在35℃下的零应力)。如表1所示，在16℃～35℃之间的所有温度下，玻璃-聚合物层压件具有最大140N的平弯力。
表1：玻璃-聚合物层压件的性质
温度 最大玻璃压缩应力 层压件的弯曲 层压件的平弯力
35℃ 0 0 0
22℃ 22-27MPa 11-14mm 80-120N
16℃ 33-39MPa 17-20mm 110-140N
0℃ 63-71MPa 32-35mm 280-350N
图8是实施例1的玻璃-聚合物层压件在切割过程中所产生的单位部件中的裂纹数量随与层压温度的ΔT而变化的图示。各点表示一个玻璃-聚合物层压件部件。如图8所示，在切割过程中使玻璃处于压缩应力之下有助于避免玻璃-聚合物层压件的玻璃层的开裂。
将实施例1的玻璃-聚合物层压件与比较例的玻璃-聚合物层压件进行比较，提高层压温度导致实施例1中的玻璃层在低于35℃的所有温度下都处于压缩之下，这包含了目标范围16℃～35℃。进一步提高层压温度是可能的，但其会导致弯曲的加剧，这会使得玻璃-聚合物层压件的安装更加困难。令人惊讶的是，减小玻璃-聚合物层压件的宽度使对温度的应力敏感度从比较例中的约3MPa/℃降至实施例1中的约1.9MPa/℃，并且使弯曲敏感度从比较例中的约1.4mm/℃降至实施例1中的约0.9mm/℃。这种降低了的敏感度能够使得相比于比较例的玻璃-聚合物层压件能够在更宽的温度范围内对实施例1的玻璃-聚合物层压件进行切割和安装。
实施例2
通过使用S2S层压法以及约22℃的层压温度利用粘合剂层将聚合物层层压至玻璃层来形成图1中所示的具有常规结构的玻璃-聚合物层压件。玻璃层由CTE为3.2×10-6℃-1、弹性模量为74GPa的碱土金属硼铝硅酸盐玻璃形成。聚合物层由CTE约为75×10-6℃-1、弹性模量为3GPa的PMMA形成。粘合剂层由弹性模量比聚合物层低的光学透明的压敏粘合剂形成。玻璃层具有200μm的厚度。聚合物层具有5.6mm的厚度。粘合剂层具有50μm的厚度。玻璃-聚合物层压件是矩形的，且初始具有965mm的宽度和2620mm的长度。逐渐将玻璃-聚合物层压件的尺寸切割成650mm×2620mm、650mm×2000mm、650mm×1000mm以及650mm×620mm。
图9是玻璃层在短轴方向上的应力在玻璃-聚合物层压件的不同尺寸下随该玻璃-聚合物层压件的短中心线上的位置而变化的图示。图10是玻璃层在长轴方向上的应力在玻璃-聚合物层压件的不同尺寸下随该玻璃-聚合物层压件的短中心线上的位置而变化的图示。在图9～10中，负值代表压缩应力，而正值代表拉伸应力。如图9～10所示，玻璃-聚合物层压件的宽度从965mm减小至650mm使两个方向上的应力、进而应力敏感度降低了约45％。
图11是针对两种不同的玻璃-聚合物层压件尺寸所进行的对22℃下测得的玻璃-聚合物层压件的弯曲随层压温度而变化的情况进行比较的图示。黑色圆圈表示尺寸与比较例相同(920mm×2620mm)的较大的玻璃-聚合物层压件，白色圆圈表示尺寸与实施例1相同(650mm×2620mm)的较小的玻璃-聚合物层压件。这些玻璃-聚合物层压件总体上分别按照比较例和实施例1中所述的方法形成，除了改变了层压温度。如图11所示，减小玻璃-聚合物层压件的宽度降低了对层压温度的弯曲敏感度。
图12是针对两种不同的玻璃-聚合物层压件尺寸所进行的对玻璃-聚合物层压件的建模弯曲随与层压温度的ΔT而变化的情况进行比较的图示。实线表示尺寸与比较例相同(920mm×2620mm)的较大的玻璃-聚合物层压件，虚线表示尺寸与实施例1相同(650mm×2620mm)的较小的玻璃-聚合物层压件。如图12所示，减小玻璃-聚合物层压件的宽度降低了对与层压温度的ΔT的弯曲敏感度。
图13是针对两种不同的玻璃-聚合物层压件尺寸所进行的对22℃下测得的建模平弯力随层压温度而变化的情况进行比较的图示。实线表示尺寸与比较例相同(920mm×2620mm)的较大的玻璃-聚合物层压件，虚线表示尺寸与实施例1相同(650mm×2620mm)的较小的玻璃-聚合物层压件。如图13所示，减小玻璃-聚合物层压件的宽度降低了对层压温度的平弯力敏感度。
图14是针对两种不同的玻璃-聚合物层压件尺寸所进行的对玻璃-聚合物层压件的建模平弯力随与层压温度的ΔT而变化的情况进行比较的图示。实线表示尺寸与比较例相同(920mm×2620mm)的较大的玻璃-聚合物层压件，虚线表示尺寸与实施例1相同(650mm×2620mm)的较小的玻璃-聚合物层压件。如图14所示，减小玻璃-聚合物层压件的宽度降低了对与层压温度的ΔT的平弯力敏感度。
可通过调整玻璃-聚合物层压件的性质使得能够在高于16℃～35℃的温度范围的温度下对较大的层压件(例如1.5m×3.0m)进行切割和安装。例如，减小聚合物层的厚度、增大玻璃层的厚度、减小聚合物层的CTE以及/或者增大玻璃层的CTE能够减小对温度的平弯力敏感度和玻璃应力，具有使得能够在35℃的高温极限下进行切割以及/或者在16℃的低温极限下进行安装。
建模预测对于690mm×2620mm的产品，使玻璃-聚合物层压件的PMMA厚度从5.6mm减小至3.0mm会对玻璃应力、弯曲大小和平弯力产生显著效果。对温度的玻璃应力敏感度减小了约25％，对温度的弯曲敏感度增大了约67％，且平弯力减小了约55％。具体而言，平弯力的这种减小对于扩大操作窗口以及使得能够对较大尺寸的玻璃-聚合物层压件进行处理具有显著的影响。
图15是针对两种不同的聚合物层厚度所进行的对玻璃-聚合物层压件的建模弯曲随与层压温度的ΔT而变化的情况进行比较的图示。虚线表示比较例和实施例1的玻璃-聚合物层压件中所述的较厚的PMMA层(5.6mm)，实线表示厚度为3mm的较薄的PMMA。如图15所示，随着与层压温度的ΔT的增加，具有较薄PMMA层的玻璃-聚合物层压件的弯曲比具有较厚PMMA层的玻璃-聚合物层压件的弯曲增大得显著更多。
图16是针对两种不同的聚合物层厚度所进行的对玻璃-聚合物层压件的玻璃层的建模最大应力随与层压温度的ΔT而变化的情况进行比较的图示。实线表示比较例和实施例1的玻璃-聚合物层压件中所述的较厚的PMMA层(5.6mm)，虚现表示厚度为3mm的较薄的PMMA。如图16所示，相比于具有较厚PMMA层的玻璃-聚合物层压件，具有较薄PMMA层的玻璃-聚合物层压件中玻璃层的压缩应力明显更小(例如小约23％～约27％)。
使用刨槽机沿短轴方向自第一边缘对按照实施例1的方式形成的玻璃-聚合物层压件进行切割。随着切割接近与第一边缘相对的第二边缘，在切割附近出现出口开裂。图17是显示完成了的切割和出口开裂的照片。无意受限于任何理论，认为随着刨槽机接近玻璃-聚合物层压件的第二边缘，玻璃层中形成了拉伸应力，导致出口开裂。当在玻璃-聚合物层压件中心处测得的压缩应力超过20MPa时，出现出口开裂。
使用刨槽机沿短轴方向自对另一个按照实施例1的方式形成的玻璃-聚合物层压件进行切割。在第一边缘中形成凹口。凹口自第一边缘沿着将要对玻璃-聚合物层压件进行切割的切割线延伸。凹口延伸通过玻璃-聚合物层压件的整个厚度。凹口具有自第一边缘沿切割线测得的约5mm的长度。图18是显示玻璃-聚合物层压件中的凹口的照片。沿着切割线自第二边缘向凹口对玻璃-聚合物层压件进行切割，以使切割终止于凹口。在切割附近未观察到出口开裂。无意受限于任何理论，认为凹口有助于随着刨槽机接近玻璃-聚合物层压件的第一边缘而在玻璃层中形成压缩应力，有助于避免出现出口开裂。
在一些实施方式中，层压温度可以足够高，且切割温度可以足够低，从而聚合物层在切割过程中不容易破裂。例如，在一些实施方式中观察到，当层压温度高于约40℃时，在16℃的切割温度下，玻璃层处于足够的拉伸应力下，其在切割过程中破裂。
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各种修改和变动。所以，本发明不受所附权利要求书及其等同形式以外的任何内容所限。

Claims (22)

1.一种玻璃-聚合物层压件，其包含：
玻璃层，所述玻璃层具有最大约300μm的厚度；和
聚合物层，所述聚合物层层压至所述玻璃层；
其中，在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下，所述玻璃层具有压缩应力，且所述玻璃-聚合物层压件具有最大约150N的平弯力。
2.如权利要求1所述的玻璃-聚合物层压件，其特征在于，所述玻璃-聚合物层压件能够在约32.2℃的切割温度下在手持式动力工具的切割下幸存。
3.如权利要求1或2所述的玻璃-聚合物层压件，其特征在于，还具有约640mm～约740mm的宽度以及约2570mm～约2670mm的长度。
4.如前述权利要求中任一项所述的玻璃-聚合物层压件，其特征在于，所述聚合物层具有约2.9mm～约6.1mm的厚度。
5.如前述权利要求中任一项所述的玻璃-聚合物层压件，其特征在于，所述聚合物层具有约3.9mm～约6.1mm的厚度。
6.如前述权利要求中任一项所述的玻璃-聚合物层压件，其特征在于，所述聚合物层具有约5.1mm～约6.1mm的厚度。
7.如前述权利要求中任一项所述的玻璃-聚合物层压件，其特征在于，所述玻璃层具有约2.7×10-6℃-1～约3.7×10-6℃-1的平均热膨胀系数。
8.如前述权利要求中任一项所述的玻璃-聚合物层压件，其特征在于，所述聚合物层具有约74.5×10-6℃-1～约75.5×10-6℃-1的平均热膨胀系数。
9.如前述权利要求中任一项所述的玻璃-聚合物层压件，其特征在于，所述玻璃层的平均热膨胀系数与所述聚合物层的平均热膨胀系数相差至少约10×10-6℃-1。
10.如前述权利要求中任一项所述的玻璃-聚合物层压件，其特征在于，所述聚合物层包含聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。
11.一种方法，所述方法包括：
在层压温度下利用粘合剂将玻璃层层压至聚合物层，以形成玻璃-聚合物层压件，所述玻璃层具有最大约300μm的厚度；
其中，所述层压温度足够高，以使所述玻璃层在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下具有压缩应力；且
其中，所述层压温度足够低，以使所述玻璃-聚合物层压件在约16℃～约32℃的温度范围内的所有温度下具有最大约150N的平弯力。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括在低于所述层压温度的切割温度下利用手持式动力工具切割所述玻璃-聚合物层压件。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述切割步骤包括在所述玻璃-聚合物层压件的第一边缘中形成凹口，并且从朝向所述凹口且与所述第一边缘相对的第二边缘切割所述玻璃-聚合物层压件。
14.如权利要求11～13中任一项所述的方法，其特征在于，还包括在低于所述层压温度或比所述层压温度最多高约5℃的安装温度下将所述玻璃-聚合物层压件结合至表面。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述表面包含基本上平坦的表面。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述结合步骤包括在所述玻璃-聚合物层压件与所述基本上平坦的表面之间使用第一粘合剂和第二粘合剂，并且在允许所述第二粘合剂固化的同时，利用所述第一粘合剂使所述玻璃-聚合物层压件在所述基本上平坦的表面上保持原位。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一粘合剂包含压敏粘合剂。
18.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述第二粘合剂包含基于有机硅的粘合剂。
19.如权利要求14～18中任一项所述的方法，其特征在于，所述安装温度约为16℃～约40℃。
20.如权利要求14～19中任一项所述的方法，其特征在于，所述安装温度约为16℃～约35℃。
21.如权利要求11～20中任一项所述的方法，其特征在于，所述层压温度约为30℃～约45℃。
22.如权利要求11～21中任一项所述的方法，其特征在于，所述层压温度约为30℃～约40℃。
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