CN112979146B - 一种再拉法制备柔性玻璃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种再拉法制备柔性玻璃的方法。所述方法包括：原片玻璃竖直向下入料，依次经预热和软化，当软化后玻璃黏度达到10^4.5dPa·s～10^5.5dPa·s时，在自身重力和牵引力下进行拉制展薄，制得柔性玻璃。本发明制备的柔性玻璃的板宽收缩率稳定控制在32.2％～45.3％，有利于获得更大尺寸的柔性玻璃，并且制得的柔性玻璃的厚度为25μm～75μm，厚度偏差在5μm以内，表面粗糙度Ra小于0.050μm，表面质量良好。本发明方法设备投资小，生产场地空间小，易于推广应用。

Description

一种再拉法制备柔性玻璃的方法

技术领域

本发明涉及玻璃加工技术领域，尤其涉及一种再拉法制备柔性玻璃的方法。

背景技术

柔性玻璃是指厚度≤100μm且具有良好弯折韧性的玻璃材料，厚度越小弯曲临界半径越小，当厚度小于50μm，最小弯曲半径小于3mm。柔性玻璃除了具有良好柔韧性之外，依然保持玻璃固有的高硬度、高透明性、高热稳定性、耐化学侵蚀等特性。

柔性玻璃产品形态将会使“卷对卷”的生产加工方式成为可能，在柔性玻璃表面实现丝网印刷、打印、镀膜等加工工艺，将颠覆现有平板玻璃的传统加工工艺，会使生产效率大幅提升，柔性玻璃将在显示、照明、太阳能和航空航天等领域得到广泛应用。

目前，制备柔性玻璃的生产工艺方法主要分为一次成形方法和二次成形方法。一次成形方法主要包括浮法、溢流法、狭缝下拉法；二次成形方法主要包括化学减薄法和再拉法。其中，再拉法是一种通过将原片玻璃加热至软化点温度以上，此时玻璃成为粘弹体且具有一定流动性，当玻璃处于此种黏度状态时，通过施加牵引力的方式对玻璃进行拉制展薄，从而制备出厚度小于100μm的柔性玻璃。再拉法具有设备投资小，生产场地空间小等优点，通过不断输入原板玻璃可进行连续生产柔性玻璃。

研究发现，在拉制展薄工序中，因受表面张力的影响，原片玻璃会受到一个较大的横向收缩力作用从而使得原片玻璃经拉制后板宽产生急剧收缩，使得制备的柔性玻璃板宽甚至仅为原板宽的30％以下，难以生产大尺寸柔性玻璃，并且厚薄差达10μm～15μm，表面粗糙度大于0.110μm，表面质量也不佳，较难用于信息显示和屏幕保护等领域。

对于再拉法存在的上述问题，现有技术中往往采用拉边机夹持原片玻璃边部的方式来限制原片玻璃在下拉过程中的宽度变窄，但该方式会导致玻璃在下拉过程中边部发生严重变形，使得该部分成为废料，降低原板玻璃利用率，同时拉边机对原片玻璃边部的夹持存在较难控制的问题。

因此有必要对柔性玻璃的再拉法进行深入研究。

发明内容

本发明提供一种再拉法制备柔性玻璃的方法，用以解决现有再拉法制备的柔性玻璃存在的板宽收缩率高、品质不佳的缺陷。

本发明提供一种再拉法制备柔性玻璃的方法，原片玻璃竖直向下入料，依次经预热和软化，当软化后的玻璃黏度达到10^4.5dPa·s～10^5.5dPa·s时，在自身重力和牵引力下进行拉制展薄，制得柔性玻璃。

发明人对柔性玻璃的再拉法制备工艺进行大量的试验，意外发现柔性玻璃的原板宽度收缩率与加热成形工序中的拉制起始黏度有着显著的相关性，特别是在其他拉制工艺参数如(原片宽度尺寸、拉伸比(入料速度/出料速度)等)保持不变时，原板宽度收缩率(w％)与拉制起始黏度(η)存在以下数学关系式：

w％＝a+b/(lgη+c)

其中，w％＝(w_原板-w_拉制)/w_原板；w_原板指原片玻璃的原板宽度，单位为毫米(mm)；w_拉制指原片玻璃在拉制展薄后的板宽，单位为毫米(mm)；lgη的单位为dPa·s；a、b、c为常数。

因此，通过改变再拉法的拉制起始黏度可有效调控原板宽度收缩率，在本发明限定的拉制起始黏度进行拉制展薄，原板宽度收缩率低，能够获得大尺寸柔性玻璃，同时制备的柔性玻璃的厚度偏差及表面粗糙度性能指标优异，表面质量优良。

进一步地，所述方法还包括：对所述柔性玻璃进行退火处理。

进一步地，所述原片玻璃的入料速率为20mm/min～60mm/min，所述拉制展薄的牵引速率为800mm/min～2400mm/min。由此，在上述拉制条件下，不仅可以制备低板宽收缩率及表面质量优异的柔性玻璃，同时制备的柔性玻璃的厚度更薄。

进一步地，所述预热后的玻璃黏度为10^6.0dPa·s～10^12.0dPa·s。

进一步地，所述软化后的玻璃黏度为10^4.75dPa·s～10^5.5dPa·s。

进一步地，所述退火后的玻璃黏度为10^13.0dPa·s～10^25.0dPa·s，退火保温时间为10s～30s。

进一步地，所述原片玻璃的原板宽度为366mm～1100mm，原板厚度为0.5mm～5mm。

进一步地，所述原片玻璃选自LCD基板玻璃、OLED基板玻璃、普通钠钙玻璃、低铝玻璃、中铝玻璃、高铝玻璃、超高铝玻璃、硼硅玻璃中的任一种。

进一步地，所述方法包括：原片玻璃经给料装置以送料速率20mm/min～60mm/min竖直向下送入加热炉，所述加热炉按进料方向设有预热区、成形区和退火区，经所述预热区预热后的玻璃黏度为10^6.0dPa·s～10^12.0dPa·s，当所述成形区的玻璃黏度达到10^4.5dPa·s～10^5.5dPa·s时，在自身重力和牵引力下以牵引速率800mm/min～2400mm/min进行拉制展薄，再经所述给料装置送入退火区进行退火，所述退火后的玻璃黏度为10^13.0dPa·s～10^25.0dPa·s，退火保温时间为10s～30s。

在一个优选的实施例中，所述加热炉包括在竖直方向自上而下分布的预热区、成形区和退火区，并且所述加热炉设有原片玻璃能够穿过预热区、成形区和退火区的通道，加热炉的预热区、成形区和退火区均设置有加热元件，通过控制加热元件的发热功率来调控加热炉不同区域的温度。而玻璃黏度与玻璃温度符合Eyring黏度公式

其中N_A为阿伏伽德罗常数，h为普朗克常数，V玻璃熔体的摩尔体积；公式描述了玻璃黏度与分子活化能和温度之间的关系，玻璃温度越高，其黏度越小；活化能越小，玻璃的黏度也越小。本发明通过控制加热炉内各加热元件的发热功率进而实现原片玻璃在加热炉的不同区域的玻璃黏度的调控，即原片玻璃经过加热炉的预热区、成形区和退火区时，能够达到相应的玻璃黏度。

上述加热元件可以包括硅碳棒或电阻丝或加热带等发热元件，优选为棒状或板状硅碳棒。本发明优选采用平面式加热方式，通过将硅碳棒串联或并联为一个平面或直接采用板状硅碳棒使得加热面发热量更为均匀，从而使得制备的柔性玻璃表面更加平整。

本发明还提供一种由前面所述的再拉法制备柔性玻璃的方法制备的柔性玻璃。

本发明提供的一种再拉法制备柔性玻璃的方法，具有如下效果：

本发明制备的柔性玻璃的原板宽度收缩率稳定控制在32.2％～45.3％，有利于获得更大尺寸的柔性玻璃，并且制得的柔性玻璃的厚度为25μm～75μm，厚度偏差在5μm以内，表面粗糙度Ra小于0.050μm，表面质量良好。本发明方法设备投资小，生产场地空间小，且可操作性强，易于推广应用。

具体实施方式

实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

本发明的再拉法制备柔性玻璃的方法包括：

在操作前先通过控制加热元件的发热功率来调控预热区、成形区和退火区的温度，具体来说，将预热区的温度控制在玻璃黏度为10^6.0dPa·s～10^12.0dPa·s对应的温度，成形区的温度控制在玻璃黏度为10^4.5dPa·s～10^5.5dPa·s对应的温度，退火区的温度控制在玻璃黏度为10^13.0dPa·s～10^25.0dPa·s对应的温度。

给料装置与规格为1300×366×0.9mm的原片玻璃(品种为高铝玻璃)的长度方向一端相连接，以20mm/min～60mm/min的送料速率竖直向下送入加热炉，原片玻璃进入预热区开始加热升温，此时预热区的玻璃黏度逐渐降低，经过预热区的玻璃黏度为10^6.0dPa·s～10^12.0dPa·s，经给料装置送入成形区继续加热升温，此时成形区的玻璃黏度进一步逐渐降低，当成形区的玻璃黏度为10^4.5dPa·s～10^5.5dPa·s时，在原片玻璃长度方向的另一端夹持牵引，使其在自身重力和牵引力下以800mm/min～2400mm/min的牵引速率进行拉制展薄，得到厚度为25μm～75μm的玻璃，最后经给料装置送入退火区进行退火，退火后的玻璃黏度为10^13.0dPa·s～10^25.0dPa·s，退火保温时间为10s～30s，即制得柔性玻璃。

按照上述方法获得实施例1～实施例8产品、以及对比例1～对比例2产品，制备工艺条件以及检测结果如表1所示。

表1

由实施例1～实施例8可知，控制板厚及给料速度等工艺条件保持不变，预热区为10^8.5dPa·s所对应的温度600℃；退火区分为保温区、缓冷区和快冷区，各区所对应的温度分别为630℃、380℃和120℃，其中退火保温时间为20s，缓冷区为25s和快冷区为15s。通过调节拉制起始黏度制得的柔性玻璃宽度w在200.1mm～248.0mm范围内，厚度t在25～75μm，原板宽度收缩率均在32.2％～45.3％范围内，表面粗糙度Ra均在0.050μm以下，表面质量良好。

由对比例1～对比例2可知，当拉制起始黏度过小时，玻璃在加热炉内经受温度过高导致玻璃过于软化而影响后续拉伸过程，此时玻璃板宽收缩率为89.3％左右，难以作为大尺寸的柔性玻璃产品使用。而当拉制起始黏度过大时，玻璃板宽收缩率为20.8％左右，但厚度为323μm，无法作为柔性玻璃产品使用，且强行拉制变薄会导致玻璃断板。

实施例9

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例以规格为1300×1100×0.5mm的硼硅玻璃为原片玻璃，预热区为10^9.0dPa·s所对应的温度723℃，成形区为10^4.75dPa·s所对应的温度1103℃，退火区分为保温区、缓冷区和快冷区，各区所对应的温度分别为655℃、401℃和150℃，其中退火保温时间为25s，缓冷区为30s和快冷区为15s。所获得的柔性玻璃的厚度t为57μm，宽度收缩率为40.1％，厚度偏差为5μm，表面粗糙度Ra为0.037μm。

实施例10

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例以规格为1300×722×5mm的低铝玻璃为原片玻璃，预热区为10^8.0dPa·s所对应的温度568℃，成形区为10^5.25dPa·s所对应的温度895℃，退火区分为保温区、缓冷区和快冷区，各区所对应的温度分别为606℃、350℃和110℃，其中退火保温时间为20s，缓冷区为25s和快冷区为15s。所获得的柔性玻璃的厚度t为39μm，宽度收缩率为34.1％，厚度偏差为5μm，表面粗糙度R为0.029μm。

实施例11

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例以规格为1300×366×4.3mm的中铝玻璃为原片玻璃，预热区为10^7.0dPa·s所对应的温度580℃，预热区为10^5.0dPa·s所对应的温度963℃，退火区分为保温区、缓冷区和快冷区，各区所对应的温度分别为615℃、363℃和143℃，其中退火保温时间为20s，缓冷区为25s和快冷区为15s。所获得的柔性玻璃的厚度t为38μm，宽度收缩率为36.6％，厚度偏差为5μm，表面粗糙度Ra为0.030μm。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种再拉法制备柔性玻璃的方法，其特征在于，所述方法包括：

原片玻璃经给料装置以送料速率20mm/min～60mm/min竖直向下送入加热炉，所述加热炉按进料方向设有预热区、成形区和退火区，经所述预热区预热后的玻璃黏度为10^6.0dPa·s～10^12.0dPa·s，当所述成形区的玻璃黏度达到10^4.5dPa·s～10^5.5dPa·s时，在自身重力和牵引力下以牵引速率800mm/min～2400mm/min进行拉制展薄，再经所述给料装置送入退火区进行退火，所述退火后的玻璃黏度为10^13.0dPa·s～10^25.0dPa·s，退火保温时间为10s～30s。

2.根据权利要求1所述的再拉法制备柔性玻璃的方法，其特征在于，所述原片玻璃的原板宽度为366mm～1100mm，原板厚度为0.5mm～5mm。

3.根据权利要求1所述的再拉法制备柔性玻璃的方法，其特征在于，所述原片玻璃选自LCD基板玻璃、OLED基板玻璃、普通钠钙玻璃、低铝玻璃、中铝玻璃、高铝玻璃、超高铝玻璃、硼硅玻璃中的任一种。

4.权利要求1-3任一项所述的再拉法制备柔性玻璃的方法制备的柔性玻璃。