CN108383359A - 一种柔性玻璃的成型设备及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性玻璃成型设备及成型方法，包括依次连接的一次成型系统、成型区加热系统和二次成型系统，还包括将所述系统包裹其中的壳体。本发明提供的成型设备是在现有浮法玻璃的成型设备的基础上改造得到，改动小、投资少、易于推广应用。本发明的成型方法采用水平浮法工艺，通过两次水平浮法工艺成型，将玻璃的厚度通过二次水平拉伸，拉薄至100μm以下。由于本发明方法在水平方向上二次成型，水平方向能够生产的柔性玻璃板宽与成型区宽度相同，建筑设备没有标高限制，且可连续生产，成品率高，成本降低。

Description

一种柔性玻璃的成型设备及成型方法

技术领域

本发明涉及超薄玻璃的加工技术领域，特别是涉及一种柔性玻璃成型设备及成型方法。

背景技术

柔性玻璃是超薄玻璃的一种,是指厚度≤0.1mm(100μm)的超薄玻璃，其组成主要是普通钠钙玻璃和高铝无碱玻璃。柔性玻璃是利用玻璃厚度减薄到一定极限时,表现出的较好柔韧性，将其作为理想的柔性玻璃基板材料之一。柔性玻璃由于具有较好的柔韧性，在柔性显示、电子通讯、有机薄膜太阳能电池等方面具有很好的应用前景。

随着柔性显示技术和电子技术的迅速发展,柔性玻璃基板的需求越来越迫切。然而目前，柔性玻璃的生产加工仍处于初步的发展阶段，美国康宁公司、日本旭硝子公司和德国肖特公司是世界生产柔性玻璃的领跑者。近几年来，三家公司在玻璃厚度上不断取得突破，相继生产出厚度为0.1mm、0.05mm的柔性玻璃样品，使得柔性玻璃的研发和生产技术迅速发展。

我国目前只能生产0.2mm的普通钠钙玻璃和0.3mm的无碱超薄玻璃，国内也有部分科研机构正在对0.1mm的柔性玻璃进行研发，目前还处于实验室初步研发阶段，与国外的差距较大。

柔性玻璃的生产方法主要有浮法(一次法)、溢流下拉法、狭缝下拉法和二次下拉法等。

现有的柔性玻璃采用重新引下法(即二次下拉法)和狭缝下拉法。其中，重新引下法是日本NEG公司(电气硝子公司)使用的方法，是将已成型的平板玻璃通过加热软化后再一次引下拉薄，一般是先将玻璃拉制成1.5-2mm左右的平板玻璃，然后再进行重新加热拉薄至100μm以下。该方法得到的柔性玻璃平整性较好，初期投资和生产成本低，但是不能连续生产，需将成型好的厚度为1.5-2mm的玻璃再次重新加热进行拉薄；而且玻璃的板宽受到限制，难以生产板宽在1m以上的超薄玻璃。狭缝下拉法是将澄清均质的熔融玻璃液流过白金制内衬的细长缝隙后，利用双棍引下制成薄板，适用于连续拉制薄板(几十至几百微米厚度的玻璃)。该方法平整度相对较差，柔性玻璃一般还需二次加工后才能应用，且加工成本高，成品率低，不能满足应用要求。

因此，一种能够满足柔性玻璃连续成型的方法和设备是本领域亟需的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，第一方面，提供一种能稳定生产高质量的大板柔性玻璃的成型设备，包括依次连接的一次成型系统、成型区加热系统和二次成型系统，还包括将以上系统包裹其中的壳体；其中，

一次成型系统用来将玻璃液水平拉薄成厚度为0.7-1.8mm的玻璃带；

成型区加热系统用来将一次成型的玻璃带加热至软化温度；

二次成型系统用来将达到软化温度的玻璃带水平拉薄至厚度在30-100μm之间。

所述二次成型系统包括水平设置的二次拉薄锡槽，沿二次拉薄锡槽长度方向对称设有两组二次拉边机。

所述二次拉薄锡槽的长度为30-40m，宽度为4500-5400mm；可选的，所述二次拉边机每组为10-15台。

所述成型区加热系统包括设置在玻璃带上方和下方的加热元件，所述加热元件优选硅碳棒。

所述加热元件和玻璃带之间设有衬板，衬板优选不锈钢材料，衬板与玻璃带之间的距离优选180-320mm。

所述一次成型系统包括水平设置的一次拉薄锡槽，沿一次拉薄锡槽长度方向对称设有两组一次拉边机。

所述一次拉薄锡槽的长度为25-35m，宽度为4300-5200mm；可选的，所述一次拉边机一组为8-12台。

第二方面，本发明提供一种柔性玻璃的成型方法，使用上述成型设备，所述成型方法为二次水平拉薄法，具体为：先通过一次成型系统将玻璃液水平拉制成厚度为0.7-1.8mm的水平玻璃带，将水平玻璃带水平输送至成型区加热系统，将水平玻璃带水平加热至软化温度以上；达到软化温度的玻璃带进入二次成型系统,将玻璃带水平拉至厚度为30-100μm，完成柔性玻璃的成型；

优选的，具体包括以下步骤：

(1)、将熔融的玻璃液倒入一次成型系统中，在拉引压力为10-20Pa、拉引速度为200-500m/h下，将熔融的玻璃液水平拉引成厚度为0.7-1.8mm的水平玻璃带；

(2)、步骤(1)得到的水平玻璃带进入成型区加热系统，经加热至软化温度以上(软化温度一般不低于1200℃，优选为1260-1350℃)；

(3)、经步骤(2)加热达到软化温度的玻璃带进入二次成型系统中，在拉引压力为8-15Pa、拉引速度为750-1050m/h下，将软化的玻璃带水平拉引至厚度为30-100μm，完成柔性玻璃的成型。

第三方面，本发明提供一种柔性玻璃的生产工艺，包括玻璃的熔化、澄清、冷却、成型、退火、缺陷检测、裁切、深加工处理等工序，所述成型按照上述成型方法进行。

第四方面，本发明提供一种柔性玻璃，是由上述成型方法成型得到，或由上述生产方法生产得到，其宽度一般大于2500mm，最宽能达到4000-5000mm，玻璃厚度差在100μm以下。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

重新引下法是采用垂直拉直，需要建筑设备的高度高，标高高，同时连续生产长度受标高限制，需要定时向二次加热炉放入新的玻璃片，因此本发明采用水平浮法工艺，而且是通过两次水平浮法工艺成型，将玻璃的厚度通过二次水平拉伸，拉薄至100μm以下。由于本发明方法在水平方向上二次成型，水平方向能够生产的柔性玻璃板宽与成型区宽度相同，建筑设备没有标高限制，且可连续生产，成品率高，成本降低。本发明提供的成型设备是在现有浮法玻璃的成型设备的基础上改造得到，改动小、投资少、易于推广应用。

附图说明

图1所示为现有普通浮法玻璃成型设备的侧视图；

图2所示为本发明柔性玻璃成型设备的侧视图；

图3所示为本发明柔性玻璃成型设备的俯视图。

具体实施方式

鉴于柔性玻璃的生产工艺存在以下两方面的缺陷：1.板宽受到限制，2.需二次加工，发明人在现有的其它玻璃的生产工艺中进行探索，期望寻找到一种能够解决以上两个缺陷的柔性玻璃的生产方法。在探索过程中发现：普通浮法玻璃的生产设备如图1所示，包括依次连接的用于普通浮法玻璃成型的锡槽、过渡辊台和退火窑。锡槽7’的长度为25-35m，其中盛装熔融好的玻璃液，由于密度差异，熔融的玻璃液漂浮在锡液上方，锡槽7’两侧对称排布八对拉边机2’，将熔融的玻璃液牵拉至所需的厚度和宽度，使玻璃液成型成玻璃板，完成成型。成型好的玻璃板12’经过过渡辊台3’进入到退火窑14’中迅速冷却，进行退火，以消除应力。然而目前普通浮法玻璃严重过剩，现有普通浮法玻璃的生产系统中退火窑都比较长(一般在80-110m左右)，于是发明人在普通浮法玻璃的生产工艺上进行改进，给原来锡槽后面连接的过渡辊台增加加热功能，并将退火窑与过渡辊台连接的前半部分(大概30-40m)改为用来成型的锡槽，用做二次拉薄成型；由于柔性玻璃很薄，对退火的要求低，甚至基本不需要退火即可消除玻璃的应力，因此退火窑的后半部分(大概50-70m，图2中的14)用来退火，其长度完全可以满足要求。这样对现有玻璃窑炉的改造最小，同时能够生产与原有锡槽宽度相当的柔性玻璃，得到的柔性玻璃表面质量好，不需进行二次处理，解决现有二次下拉法生产的柔性玻璃的板宽宽度不能满足应用要求，也不能连续生产的难题，同时解决二次下拉法制得的柔性玻璃表面质量相对较差，缺陷多，还需要对玻璃表面进行二次处理的缺陷。

以下结合具体实施例，更具体地说明本发明的内容，并对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明进行限制。

本发明提供的用于柔性玻璃的成型设备，如图2所示，包括依次连接的一次成型系统1、成型区加热系统3、二次成型系统2。一次成型系统1的主要作用是将玻璃液成型至厚度为0.7-1.8mm的玻璃带，然后通过成型区加热系统3将已经降温的玻璃带重新加热准备进行二次拉薄，二次成型系统2是将重新加热达到软化温度的玻璃带再次拉薄至厚度为30-100μm，至此成型结束，达到柔性玻璃的厚度要求。

成型设备还包括壳体8，将一次成型系统1、成型区加热系统3和二次成型系统2全部包裹于壳体8中，仅在成型设备的前后方向(图2的上方为前，下方为后)设置入口和出口，使壳体8形成可供玻璃进入和输出的通道，为壳体8内的各系统及玻璃保温。其中：

一次成型系统1包括水平设置的锡槽7，锡槽7的长度为25-35m，宽度为4500-5400mm，锡槽7内装有熔融的锡液，锡液上漂浮着熔融的玻璃液，由于玻璃液的密度小于锡液，因此漂浮在锡液表面，并在锡液表面张力的作用下铺展为玻璃带11。沿锡槽7长度方向分别设有两排拉边机4，拉边机4在锡槽7两侧对称设置，一般设8-12对，拉边机4的高度与玻璃带11等高，对玻璃的拉引速度为200-500m/h，将玻璃带11拉至设定的宽度，厚度为0.7-1.8mm，即一次成型。

一次成型系统1后部与成型区加热系统3(长度为3-6m)连接，玻璃带11经一次成型后(此时玻璃带11温度为850-980℃)输送至成型区加热系统3内进行加热，使玻璃带11的温度达到软化点以上(1200℃以上，一般为1260-1350℃)，呈软化状态。玻璃在一次成型的温度下，主要成分SiO₂发生了晶相改变，熔点也改变，此时再加热至1200℃以上时，不会熔融，而是呈软化状态。成型区加热系统3是由现有普通浮法玻璃成型设备中的过渡辊台改造得到，即在现有的过渡辊台上方和下方设置加热元件5，加热元件5采用硅碳棒，加热功率为30-70KW；为保证玻璃带11的温度均匀、快速升高，在加热元件5和玻璃带之间设有衬板6，衬板6选用不锈钢材料，衬板6距玻璃带11的距离为180-320mm。

成型区加热系统3后部与二次成型系统2连接，玻璃带11经成型区加热系统3加热至1260-1350℃的成型温度。二次成型系统2包括水平设置的锡槽7，锡槽7的长度为30-40m，宽度为4300-5200，锡槽7内装有熔融的锡液，锡液上漂浮着软化的玻璃，并在锡液表面铺展为玻璃带11。沿锡槽7长度方向分别设有两排拉边机4，拉边机4在锡槽7两侧对称设置，一般设10-15对，拉边机4的高度与玻璃带11等高，对玻璃的拉引速度为750-1050m/h，将玻璃带11拉至设定的宽度，厚度为30-100μm，至此成型过程结束；此后还可根据玻璃的用途，性质指标的要求，继续进行退火、缺陷检测、裁切、打磨等深加工处理等工序。

发明人经过大量的摸索，发现玻璃液在第一次拉薄的过程中会有温度下降，当温度降低到一定范围内玻璃液凝固，不能被再拉薄，但此时的厚度远不能达到柔性玻璃的厚度要求。而如果持续加热玻璃液，使其始终处于熔融状态，对其进行拉薄成型的话，玻璃液中的主要成分SiO₂会发生晶相转变引起应力的变化，继续拉薄会导致玻璃板炸裂。因此一次成型是行不通的。于是，发明人采用水平二次成型，其中，一次成型是在拉边机的作用下将玻璃成型至一定厚度的玻璃板，玻璃板温度降至二氧化硅的晶相转变点附近，再重新加热到软化温度，再进行二次成型，二次成型是在一次成型的基础上再次在拉边机的作用下对玻璃拉薄，最终拉至柔性玻璃的厚度，这样既可以得到厚度满足柔性玻璃要求的玻璃，又可以防止晶相转变而引起的应力变化，导致的玻璃板炸裂断板。

在以上柔性玻璃成型设备的基础上，本发明还提供了柔性玻璃的成型方法，使用了上述柔性玻璃的成型设备。该成型方法采用二次拉薄，先通过一次成型系统1将玻璃采用浮法工艺成型为厚度0.7-1.8mm的水平玻璃带11，将水平玻璃带11水平输送至过渡区(兼具加热和过渡输送的功能)的同时，通过成型区加热系统3将水平玻璃带11重新横向加热，使玻璃带11温度重新达到软化温度以上；达到软化温度的玻璃带11进入二次成型系统2,在二次成型系统2的作用下将玻璃带11拉至厚度为30-100μm，得到柔性玻璃。

本发明提供的柔性玻璃的成型方法，具体包括以下步骤：

(1)、将熔融的玻璃液倒入一次成型系统1的锡槽7中，锡槽7的温度为1250-1310℃，一次成型系统1中的拉边机4将锡槽7内熔融的玻璃液拉引成厚度为0.7-1.8mm的玻璃带11，拉引压力为10-20Pa、拉引速度为200-500m/h；

(2)、步骤(1)得到的玻璃带11进入成型区加热系统3，经加热至软化温度以上(一般为1260-1350℃)；

(3)、经步骤(2)加热达到软化温度的玻璃带11进入二次成型系统2的锡槽7中，二次成型系统2的拉边机4拉引锡槽7内软化的玻璃带11至其厚度为30-100μm，得到温度为680-730℃的柔性玻璃，成型结束；拉引压力为8-15Pa、拉引速度为750-1050m/h。

成型的玻璃可根据柔性玻璃的用途，选择后续要进行的工序，如退火、缺陷检测、裁切等，如果柔性玻璃要用于电子显示屏，对导电性有要求，还需要对玻璃的沾锡面进行打磨，去除成型过程中玻璃表面沾的锡液。

由于柔性玻璃的组成为高铝、中铝、高硼硅，这种组成的玻璃粘度大、收缩大、黏度温度曲线陡、成型范围窄，如采用一次拉薄成型至100μm以下，工艺控制困难，成品率也难以保证。本发明采用二次水平拉薄成型，一次拉薄成型时，拉引速度为200-500m/h、将玻璃水平拉引至厚度为0.7-1.8mm；二次拉薄成型时，拉引速度为750-1050m/h，将玻璃快速展薄成型至厚度为30-100μm。

本发明通过二次水平连续拉薄的成型方法能够提高柔性玻璃的产量，加宽柔性玻璃的合格板宽，使其板宽一般能够大于2500mm，并且能够连续稳定生产，得到的柔性玻璃表面和内部缺陷少，玻璃质量好，成品率高，能够满足柔性玻璃的各项性能要求。用本发明的二次成型能够克服上述缺陷，满足保证柔性玻璃的稳定量产和质量要求。此种成型方法特别适用于一次成型困难的中铝、高铝、高硼硅等类型的玻璃，解决了目前高粘度玻璃一次成型展薄困难的问题。

将同样组成的玻璃液分别使用本发明成型方法和现有二次下拉法，得到柔性玻璃，得到的柔性玻璃进行性能比较，结果见表1。

表1本发明成型方法与二次下拉法的性能比较

性能参数	二次下拉法	本发明二次水平成型方法
			工作效率	低，3-10吨/天	高，50-130吨/天
连续生产	否	是
			玻璃板宽	一般小于1000mm	一般大于2500mm，最宽能达到4000-5000mm
能耗	高，13000kJ/kg玻璃液	低，约8000kJ/kg玻璃液
			成型后处理	需要对玻璃的两面进行研磨	只需对玻璃的一面进行研磨
玻璃厚薄差	20μm以上	10μm以下
			成品率	小于60％	大于85％

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的内容。

Claims (10)

1.一种柔性玻璃成型设备，其特征在于，包括依次连接的一次成型系统、成型区加热系统和二次成型系统，还包括将以上系统包裹其中的壳体；其中，

一次成型系统用来将玻璃液水平拉薄成厚度为0.7-1.8mm的玻璃带；

成型区加热系统用来将一次成型的玻璃带加热至软化温度；

二次成型系统用来将达到软化温度的玻璃带水平拉薄至厚度在30-100μm之间。

2.根据权利要求1所述柔性玻璃成型设备，其特征在于，所述二次成型系统包括水平设置的二次拉薄锡槽，沿二次拉薄锡槽长度方向对称设有两组二次拉边机。

3.根据权利要求2所述柔性玻璃成型设备，其特征在于，所述二次拉薄锡槽的长度为30-40m，宽度为4500-5400mm；可选的，所述二次拉边机每组为10-15台。

4.根据权利要求1-3任一所述柔性玻璃成型设备，其特征在于，所述成型区加热系统包括设置在玻璃带上方和下方的加热元件，所述加热元件优选硅碳棒。

5.根据权利要求4所述柔性玻璃成型设备，其特征在于，所述加热元件和玻璃带之间设有衬板，衬板优选不锈钢材料，衬板与玻璃带之间的距离优选180-320mm。

6.根据权利要求1-5任一所述柔性玻璃成型设备，其特征在于，所述一次成型系统包括水平设置的一次拉薄锡槽，沿一次拉薄锡槽长度方向对称设有两组一次拉边机。

7.根据权利要求6所述柔性玻璃成型设备，其特征在于，所述一次拉薄锡槽的长度为25-35m，宽度为4300-5200mm；可选的，所述一次拉边机一组为8-12台。

8.一种柔性玻璃的成型方法，其特征在于，使用权利要求1-7任一所述柔性玻璃成型设备，所述成型方法为二次水平拉薄法，具体为：先通过一次成型系统将玻璃液水平拉制成厚度为0.7-1.8mm的水平玻璃带，将水平玻璃带水平输送至成型区加热系统，将水平玻璃带水平加热至软化温度以上；达到软化温度的玻璃带进入二次成型系统,将玻璃带水平拉至厚度为30-100μm，完成柔性玻璃的成型；

优选的，具体包括以下步骤：

(1)、将熔融的玻璃液倒入一次成型系统中，在拉引压力为10-20Pa、拉引速度为200-500m/h下，将熔融的玻璃液水平拉引成厚度为0.7-1.8mm的水平玻璃带；

(2)、步骤(1)得到的水平玻璃带进入成型区加热系统，经加热至软化温度以上(软化温度一般不低于1200℃，优选为1260-1350℃)；

(3)、经步骤(2)加热达到软化温度的玻璃带进入二次成型系统中，在拉引压力为8-15Pa、拉引速度为750-1050m/h下，将软化的玻璃带水平拉引至厚度为30-100μm，完成柔性玻璃的成型。

9.一种柔性玻璃的生产工艺，包括玻璃的熔化、澄清、冷却、成型、退火、缺陷检测、裁切、深加工处理等工序，其特征在于，所述成型按照权利要求8所述成型方法进行。

10.一种柔性玻璃，是由权利要求8所述成型方法成型得到，或由权利要求9所述生产方法生产得到，其特征在于，其宽度一般大于2500mm，最宽能达到4000-5000mm，玻璃厚度差在100μm以下。