CN108709816A - 超薄玻璃柔韧性试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了超薄玻璃柔韧性试验装置和方法，包括：基座和计算机；基座上安装有电机，电机的水平输出轴连接滚珠丝杠，滚珠丝杠上安装有可相对运动的两个滑块；每个滑块上均竖直安装有挡板，超薄玻璃试样放置在两个挡板之间且超薄玻璃试样与挡板的底端形成线接触；基座上还安装有升降装置，升降装置上安装有影像仪，影像仪轴线与超薄玻璃试样侧边相垂直且位于超薄玻璃试样一侧的中间位置，计算机分别与电机和影像仪相连；该试验方法采用两点弯曲原理，可自动测量厚度小于1.1mm超薄玻璃试样在受压弯曲过程中破损时的临界最小曲率半径，采用最小曲率半径表征超薄玻璃柔韧性指标。

Description

超薄玻璃柔韧性试验装置和方法

技术领域

本发明涉及玻璃材料测量技术领域，尤其涉及超薄玻璃柔韧性试验装置和方法，用于表征测量超薄玻璃的柔韧性，也可测量表征同类属性其它材料。

背景技术

超薄玻璃是指厚度小于1.1mm的平板状玻璃，随着液晶显示器、智能手机、平板电脑日益普及并向轻薄化发展，超薄玻璃的开发和应用受到了广泛关注。

超薄玻璃具有普通玻璃的硬度、高透过率及稳定的机械和化学性能，同时具有可弯曲、质量轻、可加工的特点。同时，玻璃减薄可以减少原料使用量，重量轻，可以减少运输成本。超薄玻璃可以卷在辊子上，使玻璃储放和使用效率提高。

超薄玻璃主要应用于智能表面、显示器面板、柔性显示基板、OLED照明、ITO导电膜玻璃基板、柔性太阳能电池等领域。由于玻璃特有的高气密、热稳定、光透过率、耐腐蚀等特性，超薄玻璃还可能逐渐涉足有机聚合物和金属的一些应用领域。超薄玻璃被称为未来最具潜力的新材料之一，其生产与应用技术已成为我国玻璃行业重要发展战略之一。

超薄玻璃具有其自身特殊的力学性能即柔韧性，且随着厚度的超薄化，其柔韧性越来越好。由于超薄玻璃的柔性变形特征，使用常规“三点弯曲法”和“四点弯曲法”进行测试时，在较小的载荷作用下，超薄玻璃即可发生明显的变形，在玻璃断裂时产生了显著的大挠度和非线性变形特征，并改变了边缘支撑条件，进而使玻璃的变形与受力特征变得极为复杂。显然，如果按已有标准对玻璃强度进行计算，结果会存在明显的误差甚至是错误的，大变形及高应力梯度是导致常规方法测量超薄玻璃弯曲强度不准确的主要因素。

随着电子显示方面对超薄玻璃的需求迅猛增加，以及未来的柔性显示需要，材料制备与客户应用急需了解超薄玻璃柔韧性指标，将对缠绕轴直径选取和显示产品最大曲面变形指导作用，因此超薄玻璃柔韧性的测量方法、表征方式和测量装置亟待解决。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明根据两点弯曲法原理，提出超薄玻璃柔韧性试验装置和方法，用于测量和表征超薄玻璃柔韧性；该装置操作简单，自动化程度高，测量范围宽，可测量长度0.05～1.10m且厚度小于1.1mm各种超薄玻璃。

为实现上述目的，本发明提供一种超薄玻璃柔韧性试验装置，包括：基座和计算机；

所述基座上安装有电机，所述电机的水平输出轴上连接滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上安装有可相对运动的两个滑块；每个所述滑块上均竖直安装有挡板，超薄玻璃试样放置在两个挡板之间且所述超薄玻璃试样与所述挡板的底端形成线接触；

所述基座上还安装有升降装置，所述升降装置上安装有可上下高度调节的影像仪，所述影像仪轴线与所述超薄玻璃试样侧边相垂直且位于所述超薄玻璃试样一侧的中间位置；

所述计算机分别与所述电机和影像仪相连，用于设置挡板的运行速度、影像仪的拍摄频率和计算超薄玻璃试样断裂前的最小曲率半径，用最小曲率半径来表征超薄玻璃试样的柔韧性。

作为本发明的进一步改进，所述挡板的上方设有防护罩，所述防护罩为有机玻璃防护罩或钢化玻璃防护罩。

作为本发明的进一步改进，所述超薄玻璃试样另一侧设有不透明板，靠近影像仪的超薄玻璃试样的端面涂有颜色。

作为本发明的进一步改进，两个所述挡板平行设置，所述挡板宽5～10cm、高1.5～3cm。

作为本发明的进一步改进，所述挡板的移动速度不大于30cm/min。

作为本发明的进一步改进，所述影像仪的拍摄频率为2～5次/秒。

作为本发明的进一步改进，所述挡板与所述超薄玻璃试样的接触处设有压力传感器，所述压力传感器安装在所述挡板的L角内侧处，所述压力传感器与所述计算机相连。

本发明还提供一种超薄玻璃柔韧性试验方法，包括：

将超薄玻璃试样放于两平行挡板之间，与平行挡板底端形成线接触，确保超薄玻璃试样向上微弯曲；两个平行挡板向内迫近式移动，超薄玻璃试样受平行挡板挤压，其不断向上弯曲变形，影像仪以一定频率拍摄图像保存，并对图像中的超薄玻璃试样形态拟合计算出曲率半径，当超薄玻璃试样弯曲断裂时，取前一次计算得到的曲率半径为超薄玻璃试样断裂前的最小曲率半径，用最小曲率半径来表征超薄玻璃试样的柔韧性。

作为本发明的进一步改进，当超薄玻璃试样断裂时，所述计算机通过接收压力传感器的信号并发送控制信号给电机，控制电机停止运转，实现挡板的自动停止。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的方法简便易行，装置简单，安全可靠；超薄玻璃试样两端与挡板为线接触，无夹具对超薄玻璃试样在测试过程中产生接触影响；测量范围很宽，可测量长度0.05-1.1m且厚度小于1.1mm的长条状玻璃试样；自动化程度高，可自动测量最小曲率半径，最小曲率半径偏差小于±(3～6)mm，测量结果的重复较好，可满足超薄玻璃试样的柔韧性测量表征。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的超薄玻璃柔韧性试验装置的主视图；

图2为本发明一种实施例公开的超薄玻璃柔韧性试验装置的侧视图。

图中：

1、基座；2、电机；3、滚珠丝杠；4、滑块；5、挡板；6、升降装置；7、影像仪；8、防护罩；9、不透明板；10、超薄玻璃试样；11、压力传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点表达的更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“联接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

本发明提供超薄玻璃柔韧性试验装置和方法，用于表征测量超薄玻璃的柔韧性，除测量玻璃外也可测量表征同类属性其它材料。

如图1、2所示，本发明提供一种超薄玻璃柔韧性试验装置，包括：基座1、电机2、滚珠丝杠3、滑块4、挡板5、升降装置6、影像仪7、防护罩8、不透明板9、超薄玻璃试样10、压力传感器11和计算机(图中未示出)；其中：

本发明的基座1为各个部件提供安装基础和承托，基座1选用较重材料制成，用于实现基座稳定，避免和减少机械运动所产生的振动。

本发明的电机2水平安装在基座1上，电机2提供动力和传动输出；电机2的输出轴与滚珠丝杠3的一端相连，滚珠丝杠3呈水平设置；滚珠丝杠3的另一端固定在轴承座上，轴承座安装在基座1上。滚珠丝杠3上安装有可相对或相反运动的两个滑块4，为实现两个滑块4的相对或相反运动，滚珠丝杠3采用双向滚珠丝杠，即双向滚珠丝杠的两端分别为左旋螺纹和右旋螺纹；每个滑块4上均安装有L型挡板5，两个挡板5设置要求保证两者平行且垂直于水平移动平面，挡板5规格尺寸优选宽5～10cm且高1.5～3cm；挡板5的上方设有防护罩8，使用透明材料如有机玻璃、钢化玻璃做防护罩，用于防护玻璃断裂时对人身的伤害。超薄玻璃试样10放置在两个挡板5之间，置于防护罩8内，且超薄玻璃试样10与挡板5的底端形成线接触，挡板5与超薄玻璃试样10的接触处设有压力传感器11，压力传感器11安装在挡板5的L角内侧处，压力传感器11与所述计算机相连；在挡板5的L角内侧处设置压力传感器11用于提供控制信号，实现电机2运转运行/停止控制，如图1所示；本发明采用双端机械程控压迫靠近方式移动，确保超薄玻璃试样10移动过程中，超薄玻璃试样10中心附近区域位置不变，便于影像仪拍照记录。

本发明的影像仪7用来记录超薄玻璃柔韧性测试时的整个过程，用于记录超薄玻璃变形情况；影像仪7安装在升降装置6上，通过升降装置6实现影像仪7上下的高度调节，升降装置6可与电机2安装在同一基座1上或分别安装在两个基座上；具体的，本发明的升降装置6可选用齿轮与齿条配合的升降装置，即影像仪7安装在齿轮座上，齿轮座内的齿轮与竖架上的竖向齿条相配合，竖架固定在基座上；齿轮座上对应安装有用于旋转齿轮的旋钮和固定齿轮与齿条的自锁装置；同时，本发明还可采用其它可实现升降的升降装置，如滑块与滑轨配合的升降装置、伸缩杆等；影像仪7轴线与超薄玻璃试样10侧边相垂直且位于超薄玻璃试样一侧(如图1所示的超薄玻璃试样的正前方)的中间位置；用于拍照记录超薄玻璃试样10弯曲变形过程，并在计算机的软件(软件选用现有常规的柔韧性测量仪专用软件，其原理为根据三点模拟曲率半径)上对超薄玻璃试样10弯曲图像进行处理，拟合计算出当前状态下的超薄玻璃试样10弯曲变形的曲率半径，且影像仪7不与移动系统接触，防止震动影响拍摄效果；影像仪7的拍摄频率可设置，影像仪7支持的拍摄频率2-5次/秒。

计算机分别与电机2和影像仪7相连，用于设置挡板5的运行速度、影像仪7的拍摄频率和计算超薄玻璃试样10断裂前的最小曲率半径，用最小曲率半径来表征超薄玻璃试样的柔韧性。由电机和计算机精准控制挡板5的移动速率，速率不易太大，应控制在不大于30cm/min范围内，当超薄玻璃试样10断裂时，可通过压力传感器11控制电机2实现挡板的立即停止。

进一步，本发明的防护罩8为透明材料，可用有机玻璃、钢化玻璃等，是非固定件，能够覆盖超薄玻璃试样10和滚珠丝杠3范围，可单独移动或翻转，方便超薄玻璃试样装填、拿取和装置清理。挡板5应使用塑性变形小的刚性体，本发明使用铝合金材料。由于超薄玻璃试样10是透明体，需在超薄玻璃试样10的另一侧(即影像仪7对侧)放置不透明板9，并在靠近影像仪7的超薄玻璃试样10的侧边上涂上颜色，如记号笔涂抹黑色等，有利于软件识别图像中超薄玻璃试样的轮廓。超薄玻璃试样10受压变形过程中，影像仪7位于超薄玻璃试样侧面，实时拍照记录超薄玻璃试样10的变形轮廓，计算机软件拟合并计算出当前状态下超薄玻璃试样的曲率半径，影像仪7的适宜的拍摄频率为2～5次/秒。超薄玻璃试样10断裂时，压力传感器11因压力释放获得信号，传送给计算机，计算机控制电机2停止，挡板5自动停止，通过复位功能使挡板5返回初始位置，将超薄玻璃试样10断裂前一次计算出的曲率半径作为该超薄玻璃试样断裂前的最小曲率半径，用此最小曲率半径来表征该试样柔韧性的指标。

本发明还提供一种超薄玻璃柔韧性试验方法，该试验方法采用两点弯曲原理和方法，可自动测量厚度小于1.1mm超薄玻璃在弯曲过程中破损时的临界最小曲率半径，采用最小曲率半径表征超薄玻璃柔韧性指标。具体的：

将制备好的超薄玻璃试样10放于固定在滑块4上的平行挡板5之间，确保超薄玻璃试样10向上微弯曲；不透明板9固定在基座1上，其高度和宽度小于防护罩8高度和宽度,盖上防护罩8；根据超薄玻璃试样10厚度的不同，估计超薄玻璃试样10折断时的大致位置，通过升降装置6调整影像仪7的高度，使影像仪7的视域范围覆盖超薄玻璃试样10折断时的大致位置；通过计算机设置测试装置的相关参数，包括平行挡板5的运行速度以及影像仪7的拍摄频率；平行挡板5的移动速度不易过大，适宜的速度在1-3cm/min；影像仪7的拍摄频率不易过大，适宜的频率为每秒拍摄2～5次；计算机控制装置开始测试，电机2通过滚珠丝杠3带动平行挡板5相向或反向移动，超薄玻璃试样10受平行挡板挤压，不断向上弯曲变形，影像仪7依据设定的拍摄频率对超薄玻璃试样10拍照保存，并在计算机中拟合计算出超薄玻璃试样10当前状态下的曲率半径；当超薄玻璃试样10断裂时，压力传感器11将信号传输给计算机，计算机程序控制电机2停止运行，并反向运行，将挡板5返回初始位置；计算机软件取超薄玻璃试样10断裂前一次测得的曲率半径为该试样断裂前的最小曲率半径，用以表征该超薄玻璃试样的柔韧性指标。

进一步，由于玻璃试样透光性好，影像仪拍照后，计算机软件不易识别玻璃试样的轮廓，本实施案例使用油性的记号笔将玻璃试样的端面涂上颜色，例如黑色、蓝色等，便于软件识别玻璃试样的轮廓。

进一步，超薄玻璃柔韧性测试过程中，关键影响要素是边缘裂纹、移动速率、试样长条形状等，边缘裂纹对测试结果影响最大，玻璃边缘应精磨或火焰抛光，否则会导致测量结果重复性差；不同玻璃品种、不同厚度的玻璃，受移动速率的影响不同，应根据实际情况控制移动速率，一般在1-3cm/min；超薄玻璃试样长条形状应为长方形，受压两端必须平行，防止两端受力不均。

本发明的方法简便易行，装置简单，安全可靠；超薄玻璃试样两端与挡板为线接触，无夹具对超薄玻璃试样在测试过程中产生接触影响；测量范围很宽，可测量长度0.05-1.1m且厚度小于1.1mm的长条状玻璃试样；自动化程度高，可自动测量最小曲率半径，最小曲率半径偏差小于±(3～6)mm，测量结果的重复较好，可满足超薄玻璃试样的柔韧性测量表征。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超薄玻璃柔韧性试验装置，其特征在于，包括：基座和计算机；

所述基座上安装有电机，所述电机的水平输出轴上连接滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上安装有可相对运动的两个滑块；每个所述滑块上均竖直安装有挡板，超薄玻璃试样放置在两个挡板之间且所述超薄玻璃试样与所述挡板的底端形成线接触；

所述基座上还安装有升降装置，所述升降装置上安装有可上下高度调节的影像仪，所述影像仪轴线与所述超薄玻璃试样侧边相垂直且位于所述超薄玻璃试样一侧的中间位置；

所述计算机分别与所述电机和影像仪相连，用于设置挡板的运行速度、影像仪的拍摄频率和计算超薄玻璃试样断裂前的最小曲率半径，用最小曲率半径来表征超薄玻璃试样的柔韧性。

2.如权利要求1所述的超薄玻璃柔韧性试验装置，其特征在于，所述挡板的上方设有防护罩，所述防护罩为有机玻璃防护罩或钢化玻璃防护罩。

3.如权利要求1所述的超薄玻璃柔韧性试验装置，其特征在于，所述超薄玻璃试样另一侧设有不透明板，靠近影像仪的超薄玻璃试样的端面涂有颜色。

4.如权利要求1所述的超薄玻璃柔韧性试验装置，其特征在于，两个所述挡板平行设置，所述挡板宽5～10cm、高1.5～3cm。

5.如权利要求1所述的超薄玻璃柔韧性试验装置，其特征在于，所述挡板的移动速度不大于30cm/min。

6.如权利要求1所述的超薄玻璃柔韧性试验装置，其特征在于，所述影像仪的拍摄频率为2～5次/秒。

7.如权利要求1所述的超薄玻璃柔韧性试验装置，其特征在于，所述挡板与所述超薄玻璃试样的接触处设有压力传感器，所述压力传感器安装在所述挡板的L角内侧处，所述压力传感器与所述计算机相连。

8.一种应用权利要求1-7中任一项所述的超薄玻璃柔韧性试验装置的方法，其特征在于，包括：

将超薄玻璃试样放于两平行挡板之间，与平行挡板底端形成线接触，确保超薄玻璃试样向上微弯曲；两个平行挡板向内迫近式移动，超薄玻璃试样受平行挡板挤压，其不断向上弯曲变形，影像仪以一定频率拍摄图像保存，并对图像中的超薄玻璃试样形态拟合计算出曲率半径，当超薄玻璃试样弯曲断裂时，取前一次计算得到的曲率半径为超薄玻璃试样断裂前的最小曲率半径，用最小曲率半径来表征超薄玻璃试样的柔韧性。

9.如权利要求8所述的应用超薄玻璃柔韧性试验装置的方法，其特征在于，当超薄玻璃试样断裂时，所述计算机通过接收压力传感器的信号并发送控制信号给电机，控制电机停止运转，实现挡板的自动停止。