CN108658473B - 一种盖板玻璃及其制备方法和应用 - Google Patents

一种盖板玻璃及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盖板玻璃及其制备方法和应用，该盖板玻璃包括基板玻璃和设在基板玻璃的一面上的二氧化硅溶胶涂层，该二氧化硅溶胶涂层位于该盖板玻璃受冲击面的背面，该二氧化硅溶胶涂层的厚度为1‑20μm，该二氧化硅溶胶涂层的二氧化硅的含量不低于95％。该盖板玻璃抗弯强度、抗冲击和抗摔能力强。

Description

一种盖板玻璃及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种盖板玻璃及其制备方法和应用，属于盖板玻璃技术领域。
背景技术
盖板玻璃常用在各类显示设备，特别是手机、平板电脑等可移动显示屏、显示器等显示设备上，或者作为显示设备的壳的一部分进行应用，可以防止显示屏的防摔破裂。目前盖板玻璃产品的发展趋势是超薄化、轻量化、3D曲面化，例如盖板玻璃的厚度从1.0mm向0.7mm、0.4mm等越来越薄的方向发展。但是，玻璃是脆性材料，通常其厚度越薄，其抗弯强度、抗冲击及抗摔能力也越低。
现有技术主要是通过基板玻璃的化学钢化技术提高盖板玻璃的抗弯强度、抗冲击及抗摔能力，如专利申请CN 107365064 A、CN 105645764 A、CN 106630680 A、CN103842310 B等所述。专利申请CN 107365064 A公开了一种玻璃化学强化处理的工艺配方，专利申请CN 105645764 A提供了一种耐冲击玻璃的玻璃配方和化学强化处理方法，专利申请CN 106630680 A提供了一种盖板玻璃的高铝硅玻璃配方和化学强化处理工艺，专利申请CN 103842310 B涉及显示装置用盖板玻璃，使用钠钙玻璃，用化学强化处理。但是，这些化学钢化技术提高盖板玻璃的抗弯强度、抗冲击及抗摔能力的技术方案仍存在抗弯强度、抗冲击和抗摔能力不足的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种盖板玻璃及其制备方法和应用，大幅提高盖板玻璃的抗弯强度、抗冲击和抗摔能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种盖板玻璃，包括基板玻璃和设在基板玻璃的一面上的二氧化硅溶胶涂层，该二氧化硅溶胶涂层位于该盖板玻璃受冲击面的背面，该二氧化硅溶胶涂层的厚度为1-20μm，该二氧化硅溶胶涂层的二氧化硅的含量不低于95％，所述抗弯强度为按EN1288-5:2000标准进行抗弯强度测试所得，所述盖板玻璃的抗弯强度σ盖板玻璃与所述基板玻璃的抗弯强度σ基板玻璃的关系，满足σ盖板玻璃-σ基板玻璃≥100MPa。
优选地，所述二氧化硅溶胶涂层由二氧化硅溶胶涂覆在所述基板玻璃上后固化形成。
优选地，该基板玻璃为高铝玻璃、钠钙玻璃、全钢化玻璃、半钢化玻璃、热强化玻璃、原片玻璃的其中一种玻璃。
优选地，该二氧化硅溶胶涂层的二氧化硅溶胶通过以下方法制备得到：将13.5-14.5wt％主原料、11.5-12.5wt％偶联剂、73.5-74.5wt％溶剂混合搅匀后，加入占主原料、偶联剂和溶剂总量的1.8-2.2wt％的0.08-0.12mol/L硝酸，配制成二氧化硅溶胶；其中：主原料为正硅酸乙酯，偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，溶剂为水和醇类。
优选地，该醇类为乙醇或异丙醇。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
一种盖板玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)将13.5-14.5wt％主原料、11.5-12.5wt％偶联剂、73.5-74.5wt％溶剂混合搅匀后，加入占主原料、偶联剂和溶剂总量的1.8-2.2wt％的0.08-0.12mol/L硝酸，配制成二氧化硅溶胶；其中：主原料为正硅酸乙酯，偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，溶剂为水和醇类；
(2)在所述基板玻璃的一面涂抹步骤(1)配制的二氧化硅溶胶，静置流平后在178-182℃热固化55-65min，得到所述盖板玻璃。
优选地，所述醇类为乙醇或异丙醇。
优选地，所述步骤(2)中，在所述基板玻璃的一面用线棒涂布器以刮涂方式涂抹步骤(1)配制的二氧化硅溶胶。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之三是：
该盖板玻璃用于显示设备上，例如可移动显示屏、显示器，手机、平板电脑的全面屏，非全面屏，或者作为显示设备的壳的一部分等。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本发明的抗冲击的盖板玻璃，包括基板玻璃和设在基板玻璃的一面上的微米级的、主成分为SiO2的涂层构成；该涂层位于盖板玻璃受冲击面的背面；该涂层的厚度为1～20μm，该二氧化硅溶胶涂层的二氧化硅的含量不低于95％。该抗冲击盖板玻璃，相比基板玻璃，抗弯强度提高100MPa以上，抗冲击、抗摔能力大幅提高，可应用于各种手机、平板电脑等显示设备领域。
本发明是在由化学强化处理的基板玻璃的基础上，发明了进一步提高盖板玻璃抗弯强度，提升盖板玻璃抗冲击、抗摔能力的技术方案。现有技术主要是通过化学强化玻璃，在玻璃表面，让具有大的离子半径的阳离子置换其他的小的离子半径的阳离子，玻璃表面的离子交换层产生表面压应力，没有发生离子交换的玻璃内部产生张应力，从而强化玻璃。本发明提高盖板玻璃抗弯强度、提升盖板玻璃抗冲击和抗摔能力的原理，与现有技术完全不同。本发明注意到玻璃受硬物冲击时，其受冲击面所受的力是压应力，而受冲击面的背面所受的力是张应力，玻璃是脆性材料，抗张能力弱于抗压能力，玻璃受冲击破碎首先从其受冲击面的背面开始破碎，微观上，玻璃受冲击面的背面表面的微裂纹受张应力扩张直到玻璃破碎。无论玻璃组分的不同、无论浮法或溢流法的制备方法的不同、无论化学或物理强化方法的不同、无论表面研磨或抛光或刻蚀的不同，所得玻璃的表面都存在微裂纹。本发明发现玻璃受硬物冲击时，在玻璃受冲击面的背面有涂层，涂层的厚度为1～20μm，涂层的SiO2的含量≥95％，此时，抗弯强度大幅提高，抗冲击和抗摔能力大幅提升。发现该涂层厚度小于1μm时，没有明显效果。发现该涂层厚度大于20μm时，涂层外观容易起桔皮，外观质量不好。发现涂层的SiO2的含量＜95％时，涂层与玻璃表面的结合力差，容易剥落。发现该涂层可通过溶胶凝胶方法制备。发现以磁控溅射镀膜原理的表面镀膜方法不适合该涂层的制备，磁控溅射镀膜没有增强效果。本发明能够提高盖板玻璃的抗弯强度，能够提升盖板玻璃的抗冲击和抗摔能力，原理在于涂层与玻璃表面之间通过化学反应产生了Si-O-Si的化学键结合，结合牢固，填补了受冲击面的背面的玻璃表面微裂纹，抑制了盖板受硬物冲击时，受冲击面的背面的玻璃表面微裂纹的扩张。
本发明的技术方案，与表面贴膜完全不同。发现受冲击面的背面的玻璃表面上，通过物理贴膜方式，没有产生Si-O-Si的化学键结合，不能提高抗弯强度，不能提升抗冲击和抗摔能力，仅可以防止玻璃碎片的飞溅。
背景技术中涉及的玻璃组分是Al2O3含量较高的铝硅玻璃或者是Al2O3含量较低的钠钙玻璃，均通过化学强化的技术方法使玻璃强化。本发明所提供的技术方案与上述现有技术完全不同，无论玻璃组分是Al2O3含量较高的铝硅玻璃还是Al2O3含量较低的钠钙玻璃，通过本发明的技术方案制备的盖板玻璃，按EN1288-5:2000标准进行抗弯强度测试，盖板玻璃的抗弯强度(σ盖板玻璃)，与基板玻璃的抗弯强度(σ基板玻璃)的关系，满足σ盖板玻璃-σ基板玻璃≥100MPa，其效果是抗弯强度大幅提高，盖板的抗冲击和抗摔能力大幅提升。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1本发明的盖板玻璃截面示意图。
图2本发明的盖板玻璃用作手机盖板玻璃时，受冲击面的示意图。
附图标记：1 盖板玻璃
11 构成盖板玻璃的通过化学强化处理的基板玻璃
12 构成盖板玻璃的涂层
111 盖板玻璃的受冲击面
112 受冲击面的背面
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
实施例1：以化学强化处理的厚0.7mm的高铝玻璃为基板玻璃，该基板玻璃的组成(以重量百分比计)SiO263％、Al2O313％、Na2O 10％、K2O 7％、MgO 6％，该基板玻璃的表面压应力890MPa、离子交换层深度60μm。
以溶胶凝胶法制备涂层。以正硅酸乙酯主原料、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)为偶联剂、水和醇类(乙醇或异丙醇)为溶剂，溶剂中水和醇类比例为1:3(重量比)，按主原料14％、偶联剂12％、溶剂74％(以重量比计)的比例混合，加入占主原料、偶联剂和溶剂总量的2wt％的0.08-0.12mol/L硝酸，配制二氧化硅溶胶。在基板玻璃的单面，用线棒涂布器以刮涂方式涂抹溶胶，湿膜厚度为20μm，静置流平后在180℃热固化1h，得到单面有涂层的基板玻璃，即所述的盖板玻璃。
对所得的涂层通过扫描电镜测得涂层厚度，通过X射线荧光光谱测得涂层SiO2含量，通过红外光谱FT-IR测试，测试结果显示位于波数为1104cm-1的吸收峰存在，该峰属于Si-O-Si，证实涂层与玻璃之间形成了Si-O-Si化学键合，通过参照JIS D0205进行涂层耐候测试，测试结果显示涂层没有老化、龟裂和脱离问题；对由基板玻璃和涂层构成的盖板玻璃，按EN1288-5:2000标准进行抗弯强度测试，涂层所在的面为盖板玻璃的受冲击面的背面，测试时，涂层所在的面为测试设备载荷压头与盖板玻璃接触面的背面；对由基板玻璃和涂层构成的盖板玻璃，进行130g钢球自由落下的硬物冲击实验，涂层所在的面为盖板玻璃受钢球冲击面的背面，以耐冲击不破碎的高度为评价盖板玻璃抗冲击和抗摔能力。实施例1的涂层厚度、涂层SiO2含量、抗弯强度(σ盖板玻璃)、抗弯强度与基板玻璃抗弯强度的差值(σ盖板玻璃-σ基板玻璃)，列于表1。
实施例2：控制湿膜厚度为100μm，其他与实施例1相同。实施例2的涂层厚度、涂层SiO2含量、抗弯强度(σ盖板玻璃)、抗弯强度与基板玻璃抗弯强度的差值(σ盖板玻璃-σ基板玻璃)，列于表1。
实施例3：控制湿膜厚度为180μm，其他与实施例1相同。实施例3的涂层厚度、涂层SiO2含量、抗弯强度(σ盖板玻璃)、抗弯强度与基板玻璃抗弯强度的差值(σ盖板玻璃-σ基板玻璃)，列于表1。
实施例4：控制湿膜厚度为400μm，其他与实施例1相同。实施例4的涂层厚度、涂层SiO2含量、抗弯强度(σ盖板玻璃)、抗弯强度与基板玻璃抗弯强度的差值(σ盖板玻璃-σ基板玻璃)，列于表1。
比较例1：控制湿膜厚度为12μm，其他与实施例1相同。比较例1的涂层厚度、涂层SiO2含量、抗弯强度(σ盖板玻璃)、抗弯强度与基板玻璃抗弯强度的差值(σ盖板玻璃-σ基板玻璃)，列于表1。
比较例2：制湿膜厚度为500μm，其他与实施例1相同。该实施例的涂层与基板玻璃结合不牢，有剥落现象，测定了涂层厚度，但没有测定涂层的SiO2含量，没有进行抗弯强度和落球破碎实验。比较例2的涂层厚度，列于表1。
比较例3：调整溶胶中偶联剂的含量和水解程度，将正硅酸乙酯主原料、KH560为偶联剂的比例调整为1:3(以重量比计)，其他与实施例2相同。比较例3的涂层厚度、涂层SiO2含量、抗弯强度(σ盖板玻璃)、抗弯强度与基板玻璃抗弯强度的差值(σ盖板玻璃-σ基板玻璃)，列于表1。
比较例4：抗弯强度测试时，涂层所在的面为盖板玻璃的受冲击面，测试时，涂层所在的面为测试设备载荷压头与盖板玻璃接触面；钢球自由落下的硬物冲击实验时，涂层所在的面为盖板玻璃受钢球冲击面。其他的与实施例1相同。比较例4的涂层厚度、涂层SiO2含量、抗弯强度(σ盖板玻璃)、抗弯强度与基板玻璃抗弯强度的差值(σ盖板玻璃-σ基板玻璃)，列于表1。
比较例5：以实施例1中的化学强化处理的高铝玻璃为盖板玻璃，不实施涂层。按EN1288-5:2000标准进行抗弯强度测试；进行130g钢球自由落下的硬物冲击实验。比较例5抗弯强度(σ基板玻璃)，列于表1。
表1各实施例和比较例的的涂层厚度、涂层SiO2含量、抗弯强度、耐冲击不破碎的落球高度
Figure BDA0001680456420000061
Figure BDA0001680456420000071
实施例1～4与比较例5的数据表明，当涂层所在的面是位于盖板玻璃受冲击的背面，涂层的厚度为1～20μm，涂层的SiO2的含量≥95％，盖板玻璃的抗弯强度(σ盖板玻璃)，与基板玻璃的抗弯强度(σ基板玻璃)的关系，满足σ盖板玻璃-σ基板玻璃≥100MPa，盖板玻璃的抗弯强度大幅提高。落球高度的实验也表明，实施例1～4的盖板玻璃的抗冲击和抗摔能力大幅提升。
实施例1与比较例1的数据表明，涂层所在的面是位于盖板玻璃受冲击的背面，涂层的厚度小于1μm时，盖板玻璃的抗弯强度有所提高，但效果不大。落球高度的实验也表明，盖板的抗冲击和抗摔能力有所提升，但效果不大。
比较例2的数据表明，涂层的厚度大于20μm时，涂层与基板玻璃的结合不良，容易剥落。
实施例2和比较例3的数据表明，涂层所在的面是位于盖板玻璃受冲击的背面，涂层的厚度在1～20μm范围，但涂层的SiO2的含量＜95％时，盖板玻璃的抗弯强度有所提高，但效果不大。落球高度的实验也表明，盖板玻璃的抗冲击和抗摔能力有所提升，但效果不大。
实施例1和比较例4的数据表明，涂层的厚度在1～20μm范围，但涂层的SiO2的含量≥95％，但当涂层所在的面是位于盖板玻璃受冲击面时，盖板玻璃的抗弯强度有所提高，但效果不大。落球高度的实验也表明，盖板的抗冲击和抗摔能力有所提升，但效果不大。
因此，本发明提供一种盖板玻璃的技术方案，该盖板玻璃由基板玻璃和设在基板玻璃的一面上的微米级的、主成分为二氧化硅溶胶的涂层构成，该二氧化硅溶胶涂层所在的面是位于盖板玻璃受冲击面的背面，涂层的厚度为1～20μm，涂层的SiO2的含量≥95％。该抗冲击盖板玻璃的强度，按EN1288-5:2000标准进行抗弯强度测试，盖板玻璃的抗弯强度(σ盖板玻璃)，与基板玻璃的抗弯强度(σ基板玻璃)的关系，满足σ盖板玻璃-σ基板玻璃≥100MPa。该盖板玻璃的抗弯强度大幅提高，抗冲击和抗摔能力大幅提升。
此外，上述实施例中采用的基板玻璃为化学强化处理的的高铝玻璃，但并不以此为限，对化学强化处理的其他组份的玻璃，同样有效，例如对化学强化处理的钠钙玻璃，同样呈现效果。对于物理全钢化、半钢化、热强化的不同组份的玻璃，同样有效；对于没有钢化处理的不同组份的原片玻璃，同样有效；对于3D曲面化的玻璃，同样有效。不论基板玻璃是否经过强化处理，不论基板玻璃经过什么类型的强化处理，采用本发明的方法得到的盖板玻璃相对基板玻璃，性能均可得到提升。
本发明可大幅提高盖板玻璃的抗弯强度和抗冲击能力，可广泛应用推广于手机、平板电脑等显示设备领域的盖板玻璃或者作为显示设备的壳的一部分。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (4)

1.一种盖板玻璃在显示设备上的应用，其特征在于：所述盖板玻璃包括基板玻璃和设在基板玻璃的一面上的二氧化硅溶胶涂层，该二氧化硅溶胶涂层位于该盖板玻璃受冲击面的背面，该二氧化硅溶胶涂层的厚度为1-20μm，该二氧化硅溶胶涂层的二氧化硅的含量不低于95％，所述盖板玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)将13.5-14.5wt％主原料、11.5-12.5wt％偶联剂、73.5-74.5wt％溶剂混合搅匀后，加入占主原料、偶联剂和溶剂总量的1.8-2.2wt％的0.08-0.12mol/L硝酸，配制成二氧化硅溶胶；其中：主原料为正硅酸乙酯，偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，溶剂为水和醇类；
(2)在所述基板玻璃的一面涂抹步骤(1)配制的二氧化硅溶胶，静置流平后在178-182℃热固化55-65min，得到所述盖板玻璃；
抗弯强度为按EN1288-5:2000标准进行抗弯强度测试所得，所述盖板玻璃的抗弯强度σ盖板玻璃与所述基板玻璃的抗弯强度σ基板玻璃的关系，满足σ盖板玻璃-σ基板玻璃≥100MPa。
2.根据权利要求1所述的盖板玻璃在显示设备上的应用，其特征在于：该基板玻璃为高铝玻璃、钠钙玻璃、全钢化玻璃、半钢化玻璃、热强化玻璃、原片玻璃的其中一种玻璃。
3.根据权利要求1所述的盖板玻璃在显示设备上的应用，其特征在于：所述醇类为乙醇或异丙醇。
4.根据权利要求1所述的盖板玻璃在显示设备上的应用，其特征在于：所述步骤(2)中，在所述基板玻璃的一面用线棒涂布器以刮涂方式涂抹步骤(1)配制的二氧化硅溶胶。
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