CN115352149A - 一种曲面夹层玻璃及其制作方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种曲面夹层玻璃及其制作方法与应用，该曲面夹层玻璃包括厚度≥1.6mm的外玻璃板和厚度≤1.2mm的内玻璃板以及设置在外玻璃板和内玻璃板之间的中间层，其中，外玻璃板为高温热弯曲的玻璃板，弯曲温度在其退火上限温度Ta和软化点Tf之间，内玻璃板为低温冷弯曲的玻璃板，弯曲温度在其转变点温度Tg以下，且内板玻璃作为曲面夹层玻璃的第三面的表面压缩应力CS3大于第四面的表面压缩应力CS4。本发明中，内玻璃板经离子交换成型后，准确达到了期望曲率，并可以充分与外玻璃板的形状进行匹配，从而在夹胶合片后，内玻璃板和外玻璃板不会因为形状不匹配而产生夹胶内应力或胶合气泡，也不会因为间隙不一致而导致光学畸变。

Description

一种曲面夹层玻璃及其制作方法与应用
技术领域
本发明涉及一种曲面夹层玻璃及其制作方法与应用，属于夹层玻璃技术领域。
背景技术
对于弯曲的且包含有至少一片化学钢化薄玻璃的夹层玻璃产品，其中薄玻璃的成型一般有两种方式，一种是冷成型：当玻璃曲率较小时，使平板的化学钢化薄玻璃与弯曲的厚玻璃冷贴，再通过中间层粘接后使其屈服厚玻璃形状；另一种是热成型：当玻璃曲率较大或为复杂双曲时，薄玻璃需要事先进行热成型并充分退火，然后进行化学钢化，之后再与外片厚玻璃夹胶合片，其中化学钢化过程不改变已成型的薄玻璃形状。
化学钢化过程难以成型的原因包括：玻璃的化学钢化多采用低温离子交换工艺，一般是将玻璃浸泡在温度为380-450℃的熔融钾盐或钠盐内，使熔盐中较大半径离子交换玻璃结构表面的较小半径离子，具体为K+交换玻璃中的Na+，或Na+交换玻璃中的Li+，从而产生挤塞效应，形成均匀的表面压应力，由于玻璃两个表面的压应力和深度在交换后一致，对称的应力分布不改变离子交换后的玻璃形状，而且交换温度在玻璃转变点以下，玻璃也不会发生热弯曲变形，因此离子交换仅增强玻璃表面应力，无法对玻璃进行成型。
现有离子交换成型技术最大的缺点是无法提前对曲率进行设计，得到具有预期曲率的离子交换成型玻璃，表面不均匀的应力差与其最终形成的弯曲曲率对应关系十分复杂，受多个因素影响，如玻璃厚度、玻璃膨胀系数、玻璃弹性模量、表面应力力矩等均会影响最终的弯曲形状，目前也没有经验关系可以评估，因此难以应用在实际生产中；此外，通过阻碍离子交换或者蚀刻玻璃表面均会显著降低离子交换应力，大大降低了玻璃强度，而且增加了镀膜、蚀刻等工序，对环保不利并提高了工艺成本。
因此，提供一种新型的曲面夹层玻璃及其制作方法与应用已经成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种曲面夹层玻璃。本发明解决了离子交换不能可控成型以及无法提前设计曲率的问题，实现了离子交换强化的同时完成内玻璃板的成型，而且不阻碍离子交换，不增加化学蚀刻工序，也不增加镀膜除膜工序，可保留玻璃原始表面，不降低离子交换强度。
本发明的另一个目的还在于提供以上所述的曲面夹层玻璃的制作方法。
本发明的又一个目的还在于提供以上所述的曲面夹层玻璃作为汽车的前后挡风玻璃、汽车的前后门玻璃、汽车的天窗玻璃或者铁道交通车辆的窗玻璃的应用。
为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种曲面夹层玻璃，包括厚度≥1.6mm的外玻璃板和厚度≤1.2mm的内玻璃板以及设置在外玻璃板和内玻璃板之间的中间层，其中，外玻璃板为高温热弯曲的玻璃板，弯曲温度在其退火上限温度Ta和软化点Tf之间，内玻璃板为低温冷弯曲的玻璃板，弯曲温度在其转变点温度(玻璃化转变温度)Tg以下，且内板玻璃作为曲面夹层玻璃的第三面的表面压缩应力CS3大于第四面的表面压缩应力CS4。
作为本发明以上所述曲面夹层玻璃的一具体实施方式，其中，所述外玻璃板的公称厚度范围为1.6-5.0mm，所述内玻璃板的公称厚度范围为0.1-1.2mm。
作为本发明以上所述曲面夹层玻璃的一具体实施方式，其中，所述外玻璃板和所述内玻璃板相同或者不同地选自钠钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、锂铝硅酸盐玻璃或锂铝硼硅酸盐玻璃。
作为本发明以上所述曲面夹层玻璃的一具体实施方式，其中，所述外玻璃板为钠钙硅酸盐玻璃，所述内玻璃板为铝硅酸盐玻璃。
本发明中所使用的钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、锂铝硅酸盐玻璃及锂铝硼硅酸盐玻璃均为常规玻璃材质。
作为本发明以上所述曲面夹层玻璃的一具体实施方式，其中，所述内玻璃板为经过化学强化的玻璃板，所述第三面的表面压缩应力CS3为410-1000MPa，所述第四面的表面压缩应力CS4为400-990MPa，且CS3和CS4的差值为10-120MPa。
作为本发明以上所述曲面夹层玻璃的一具体实施方式，其中，所述中间层为聚合物中间层。聚合物中间层所用的聚合物材质为现有常规材质，可根据现场实际作业需要进行合理选择。如在本发明的一些实施例中，聚合物中间层可选自聚乙烯醇缩丁醛、乙烯乙酸乙烯酯、离子交联聚合物、聚氯乙烯共聚物或者热塑性聚氨酯等。
作为本发明以上所述曲面夹层玻璃的一具体实施方式，其中，冷弯曲的弯曲温度为常温。
另一方面，本发明还提供了以上所述的曲面夹层玻璃的制作方法，其中，所述曲面夹层玻璃的制作方法包括：
步骤(1)制作外玻璃板：对第一玻璃板进行热弯曲后得到外玻璃板，测量外玻璃板的曲率分布后得到其主曲率半径和副曲率半径；
步骤(2)确定内玻璃板的参数：根据外玻璃板的主曲率半径和副曲率半径确定内玻璃板的主曲率半径和副曲率半径，即第二主曲率半径RZ2和第二副曲率半径RF2；
步骤(3)制作内玻璃板：
对第二玻璃板进行第一次离子交换强化；
将经第一次离子交换强化后的第二玻璃板强制弯曲，使之形成具有第一主曲率半径RZ1和第一副曲率半径RF1的曲面，并在强制弯曲状态下进行第二次离子交换强化；
第二次离子交换强化完成后，获得具有第二主曲率半径RZ2和第二副曲率半径RF2的内玻璃板；
RZ1、RZ2、RF1以及RF2满足：RZ2＝RZ1/K，RF2＝RF1/K，0<K<1，其中，
Figure BDA0003793158460000031
Figure BDA0003793158460000032
式中，RZ1’和RF1’分别为先对未成型的第二玻璃板进行第一次离子交换强化再进行强制弯曲后所得曲面的第一主曲率半径和第一副曲率半径，RZ2’和RF2’分别为对所述曲面进行第二次离子交换强化后所得产品的第二主曲率半径和第二副曲率半径；
步骤(4)制作曲面夹层玻璃：将所述内玻璃板与所述外玻璃板夹胶合片，得到所述曲面夹层玻璃。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，步骤(2)中，根据外玻璃板的主曲率半径和副曲率半径确定内玻璃板的主曲率半径和副曲率半径，包括：
根据外玻璃板的主曲率半径和副曲率半径按照内玻璃板的主曲率半径/外玻璃板的主曲率半径＝内玻璃板的副曲率半径/外玻璃板的副曲率半径＝0.9-1.1确定内玻璃板的主曲率半径和副曲率半径。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，步骤(3)具体包括：采用弯曲保持结构强制弯曲经第一次离子交换强化后的第二玻璃板，使之形成具有第一主曲率半径RZ1和第一副曲率半径RF1的曲面，并将弯曲保持结构连同玻璃一起进行第二次离子交换强化；
第二次离子交换强化完成后，释放弯曲保持结构，即获得具有第二主曲率半径RZ2和第二副曲率半径RF2的内玻璃板。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，步骤(3)中，可使用多个弯曲保持结构/强制弯曲模具，并使多个所述弯曲保持结构/强制弯曲模具集成在第二次离子交换强化所使用的玻璃载具(本领域常规设备)上，以提高生产效率。
本发明中，所述弯曲保持结构/强制弯曲模具为常规设备，其具备以下功能：浸泡于熔融KNO3中不反应，不变形；与玻璃的接触点或接触面不影响接触处的离子交换。
在本发明一些实施例中，所述弯曲保持结构的材质为不锈钢、耐高温陶瓷或其他耐高温耐腐蚀且高温条件下不与玻璃表面反应的材料；强制弯曲结构可以为多点压头结构，也可以为带多孔的凹凸模结构，其中，压头或者凹凸模与玻璃表面接触点处用软质金属纤维织物分隔。
在本发明一些实施例中，所述弯曲保持结构的材质为100％金属材质，其主体结构为弯曲的具有环状、多点杆状或多孔的表面，其材质为硬质的316或304；与玻璃表面的接触点、接触线或接触面处的表面覆盖软质的316或304的多孔金属纤维布，起到不划伤玻璃且不阻碍离子交换的作用。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，步骤(3)中，经第一次离子交换强化后的第二玻璃板的表面压缩应力为300-900MPa，应力层深度为10-50μm。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，步骤(3)中，所述内板玻璃的表面压缩应力，即内板玻璃作为曲面夹层玻璃的第三面的表面压缩应力和第四面的表面压缩应力均为400-1000MPa，应力层深度为20-100μm。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，步骤(3)中，第一次离子交换强化的温度为400-480℃，时间为0.5-12h。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，步骤(3)中，第二次离子交换强化的温度为380-460℃，时间为0.25-6h。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，所述第一主曲率半径RZ1≥100mm，所述第一副曲率半径RF1≥1000mm。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，所述第二主曲率半径RZ2≥100mm，所述第二副曲率半径RF2≥1000mm。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，所述副曲率，即第一副曲率、第二副曲率以及外玻璃板的副曲率均可为0，对应的副曲率半径为+∞，此时玻璃为单曲率玻璃。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，步骤(3)中，所述强制弯曲的机械应力一般不能过大，过大会导致强制弯曲后的玻璃破裂，按经验，机械应力≤80MPa为宜。
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，步骤(3)中，K为由玻璃厚度、组分、离子交换条件等决定的无量纲常数；在进行内板玻璃制作前，通过对与第二玻璃板材质等完全相同的玻璃板进行一次测试实验获得内玻璃板的K值，其中，一次测试实验中涉及的第一次离子交换强化过程参数、第一次离子交换强化过程参数、经第一次离子交换强化后的玻璃板的表面压缩应力和应力层深度以及经第二次离子交换强化后所得曲面玻璃的表面压缩应力和应力层深度等参数均与内板玻璃制作过程中的参数对应相同。
在本发明的一些实施例中，所述内玻璃板的K值的获取过程具体包括以下步骤：
1、对未成型的第二玻璃板进行第一次离子交换强化，以获得300-900MPa范围内的表面压缩应力(CS1)以及10-50μm的应力层深度(DOL1)；
2、采用弯曲保持结构对经第一次离子交换强化后的玻璃板进行物理强制弯曲并保持，使之形成具有第一主曲率半径和第一副曲率半径，分别记为RZ1’和RF1’的曲面；
3、对弯曲保持在第一主曲率半径及第一副曲率半径的弯曲玻璃进行第二次离子交换强化，以获得400-1000MPa范围内的表面压缩应力(CS2)以及20-100μm的应力层深度(DOL2)，第二次离子交换强化完成后，释放弯曲保持结构，此时玻璃在自由状态下具有第二主曲率半径及第二副曲率半径，分别记为RZ2’和RF2’；
4、按照如下公式1)计算得到内玻璃板的K值；
Figure BDA0003793158460000061
作为本发明以上所述制作方法的一具体实施方式，其中，步骤(3)中，制作内玻璃板的具体过程包括：
1)第二玻璃板经过第一次离子交换强化，得到第三面和第四面表面压缩应力及应力层深度均相同的玻璃板；
2)采用弯曲保持结构强制弯曲步骤1)所得的玻璃板，在机械应力作用下，第三面受拉伸导致表面压缩应力和应力层深度降低，第四面受压缩导致表面压缩应力和应力层深度提高，两个表面不均匀的表面压缩应力与外加机械应力达到平衡；
3)对步骤2)中处在弯曲状态下的玻璃进行第二次离子交换强化，当K+与玻璃表面Na+达到动态离子交换平衡后，玻璃第三面和第四面的表面压缩应力值进一步提高且相等，应力层深度进一步提高且相比步骤2)的应力层深度差值减小；
4)释放弯曲保持结构，原机械应力释放后玻璃有变平趋势，但此时随着玻璃弯曲度降低，相比步骤3)状态，第三面受压缩导致表面压缩应力及应力层深度提高，第四面受到拉伸导致表面压缩应力及应力层深度降低，形成不均匀应力，因此玻璃无法回弹至平板状态，而只能释放一部分机械应力，当剩余机械应力与两个表面不均匀的表面压缩应力达到平衡时，玻璃在自由状态下仍具有一定程度的弯曲，此即本发明所述的内玻璃板成型原理。
又一方面，本发明还提供了以上所述的曲面夹层玻璃作为汽车的前后挡风玻璃、汽车的前后门玻璃、汽车的天窗玻璃或者铁道交通车辆的窗玻璃的应用。
本发明中，主曲率和副曲率的定义分别为：具有复合曲率的曲面上的某个点具有无穷个正交曲率，其中存在一条曲线A使得该曲线A的曲率绝对值为极大，这个曲率绝对值即为主曲率，其中存在一条曲线B，该曲线B与曲线A经过相同点且垂直于曲线A，则该曲线A的曲率绝对值即为副曲率。相应地，根据主曲率和副曲率计算得到的即为主曲率半径和副曲率半径。
本发明提供的曲面夹层玻璃的制作方法首先确定外玻璃板的主曲率半径和副曲率半径，再根据外玻璃板的主曲率半径和副曲率半径确定内玻璃板的主曲率半径和副曲率半径，即内玻璃板的期望RZ2、期望RF2，再根据内玻璃板的期望RZ2、期望RF2以及K值，计算得到第二次离子交换强化前玻璃的设计RZ1及设计RF1(如使用弯曲保持结构，其即为弯曲保持结构的设计曲率半径)，再对经第一次离子交换强化后的第二玻璃板进行强制弯曲后进行第二次离子交换强化，第二次离子交换强化后所得内玻璃板具有实际RZ2以及实际RF2，考虑到实际测量误差，内玻璃板经离子交换成型后，准确达到了期望曲率，并可以充分与外玻璃板的形状进行匹配，从而在夹胶合片后，内玻璃板和外玻璃板不会因为形状不匹配而产生夹胶内应力或胶合气泡，也不会因为间隙不一致而导致光学畸变，从而本发明所提供的曲面夹层玻璃及其制作方法解决了离子交换不能可控成型的问题，实现了离子交换强化的同时完成内玻璃板的成型，而且不阻碍离子交换，不增加化学蚀刻工序，也不增加镀膜除膜工序，可保留玻璃原始表面，不降低离子交换强度。
另外，传统冷成型技术中，基材(即内板玻璃)的第三面经受拉伸应力，而基材的第四面经受压缩应力，使得通过传统冷成型技术所得产品的第四面上的表面压缩应力有所增加，即内板玻璃作为曲面夹层玻璃的第四面上的表面压缩应力在冷成形后比冷成形之前大。不囿于理论，冷成形工艺增加了被成形的基材的表面压缩应力，以补偿弯曲和/或成形操作过程中赋予的拉伸应力。对比传统冷成型技术，本发明的优势在于：薄内玻璃板在自由状态下是弯曲的，并能接近厚外玻璃板的曲率，使得内板玻璃作为曲面夹层玻璃产品的第三面的表面压缩应力大于第四面的表面压缩应力，并显著降低了冷成型工艺(平板内板+弯曲外板)将内玻璃板强制弯曲时而产生的边缘褶皱或光学缺陷。
对比传统单片热成型技术，本发明的优势在于：薄内玻璃板没有经过转变点Tg以上的高温热成型，玻璃表面质量和光学状态可以得到显著提升。
具体实施方式
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式给出。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定的范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有以这种方式进行限定的范围是可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是可以预料到的。此外，如果列出的最小范围值为1和2，列出的最大范围值为3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。
在本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本发明中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。
在本发明中，如果没有特别的说明，本发明所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
在本发明中，如果没有特别的说明，本发明所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附表及实施例，对本发明进行进一步详细说明。下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1-实施例18
本实施例1-实施例18提供了一系列的曲面夹层玻璃，其中，所述曲面夹层玻璃包括外玻璃板和内玻璃板以及设置在外玻璃板和内玻璃板之间的中间层，所述内玻璃板为化学钢化低温冷弯曲的玻璃板，所述外玻璃板为热弯曲的玻璃板。
实施例1-实施例18中，所述曲面夹层玻璃的制作方法包括以下具体步骤：
步骤(1)、制作外玻璃板：
对第一玻璃板进行热弯曲后得到外玻璃板，测量外玻璃板的曲率分布后得到其主曲率半径和副曲率半径；其中，热弯曲的温度、外玻璃板的材质、厚度以及其主曲率半径和副曲率半径均如下表1所示。
表1
Figure BDA0003793158460000081
Figure BDA0003793158460000091
注：钠钙玻璃即为钠钙硅酸盐玻璃，中铝玻璃和高铝玻璃均为铝硅酸盐玻璃。
步骤(2)、确定不同材质的内玻璃板在其对应的离子交换强化条件下的K值：
1、对未成型的第二玻璃板进行第一次离子交换强化，以获得具有一定表面压缩应力(CS1)以及一定应力层深度(DOL1)的经第一次离子交换强化后的玻璃板；
2、常温条件下，采用弯曲保持结构对经第一次离子交换强化后的玻璃板进行物理强制弯曲并保持，使之形成具有第一主曲率半径(RZ1’)和第一副曲率半径(RF1’)的曲面；
3、对弯曲保持在第一主曲率半径及第一副曲率半径的弯曲玻璃进行第二次离子交换强化，以获得具有一定表面压缩应力(CS2)以及一定应力层深度(DOL2)的曲面，第二次离子交换强化完成后，释放弯曲保持结构，此时玻璃在自由状态下具有第二主曲率半径(RZ2’)及第二副曲率半径(RF2’)；
4、按照如下公式1)计算得到内玻璃板的K值；
Figure BDA0003793158460000092
步骤(2)中所使用的第二玻璃板的材质、厚度、CS1、DOL1、CS2、DOL2、K值、RZ1’、RF1’、RZ2’及RF2’均如下表2所示。
表2
Figure BDA0003793158460000101
表1和表2中所示的钠钙玻璃、中铝玻璃及高铝玻璃的成分信息如下表3所示。
表3
玻璃材质 SiO<sub>2</sub>/wt Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/wt CaO/wt MgO/wt Na<sub>2</sub>O/wt K<sub>2</sub>O/wt
钠钙玻璃 65-75％ 0-2％ 6-15％ 0-6％ 10-20％ 0-5％
中铝玻璃 65-75％ 2-10％ 5-10％ 2-6％ 10-20％ 0-5％
高铝玻璃 55-65％ 10-20％ 0-5％ 3-6％ 10-20％ 3-8％
表3中所示的钠钙玻璃、中铝玻璃及高铝玻璃的退火上限温度Ta、软化点Tf和转变点温度Tg分别如下表4所示。
表4
玻璃材质 Tg/℃ Ta/℃ Tf/℃
钠钙玻璃 460-530 490-560 680-760
中铝玻璃 470-540 500-570 690-770
高铝玻璃 530-600 560-630 760-900
步骤(3)、确定内玻璃板的参数：
将表1中所示的外玻璃板的主曲率半径和副曲率半径作为内玻璃板的主曲率半径和副曲率半径，即第二主曲率半径RZ2和第二副曲率半径RF2；再按照RZ2＝RZ1/K，RF2＝RF1/K并根据表2中所示的K值计算得到第一主曲率半径RZ1和第一副曲率半径RF1，并将其分别作为对第一次离子交换强化后的第二玻璃板进行强制弯曲后所得曲面的主曲率半径和副曲率半径，也即为强制弯曲所使用的弯曲保持结构的设计主曲率半径和副曲率半径；
步骤(4)、制作内玻璃板：
1)对第二玻璃板进行第一次离子交换强化；
2)常温下，采用弯曲保持结构弯曲经第一次离子交换强化后的第二玻璃板，使之形成具有第一主曲率半径RZ1和第一副曲率半径RF1的曲面，并将弯曲保持结构连同玻璃一起进行第二次离子交换强化；
3)第二次离子交换强化完成后，释放弯曲保持结构，即获得具有第二主曲率半径RZ2和第二副曲率半径RF2的内玻璃板；
其中，内玻璃板的材质、厚度、K值、期望RZ2、期望RF2、设计RZ1、设计RF1、实际RZ2、实际RF2以及内板玻璃作为曲面夹层玻璃的第三面的表面压缩应力CS3和第四面的表面压缩应力CS4均如下表5所示；另，制作内玻璃板时，第一次离子交换强化以及第二次离子交换强化过程中的温度、时间、CS1、DOL1、CS2、DOL2等参数均与确定K值时的对应参数，即上述表2中的对应参数相同。
表5
Figure BDA0003793158460000111
Figure BDA0003793158460000121
注：本发明依据ASTM C1422-20中的第9条，并采用日本折原的FSM-6000LE化学钢化应力仪进行表面压缩应力测试。
本发明中，曲率测试方法包括：首先将玻璃置于合适的支撑架(符合玻璃实际型面的多点或环状支撑架)上使其处于自由状态，然后采用三坐标测量系统对实体玻璃表面进行空间点测量并建立三维曲面，最后在常用三维软件(如Catia、PROE或者UG)上即可快速查看其主曲率及副曲率。
步骤(5)、制作曲面夹层玻璃：
将所述内玻璃板与所述外玻璃板夹胶合片，得到所述曲面夹层玻璃，其中，夹胶合片过程中使用的胶可选自聚乙烯醇缩丁醛、乙烯乙酸乙烯酯、离子交联聚合物、聚氯乙烯共聚物或者热塑性聚氨酯等。
综上，本发明实施例中根据内玻璃板的期望RZ2、期望RF2以及K值，计算得到第二次离子交换强化前玻璃的设计RZ1及设计RF1，即为弯曲保持结构的设计曲率半径，再对经第一次离子交换强化后的第二玻璃板进行强制弯曲后进行第二次离子交换强化，第二次离子交换强化后释放弯曲保持结构，所得内玻璃板具有如表5所示的实际RZ2以及实际RF2，考虑到实际测量误差，可以认为内玻璃板经离子交换成型后，准确达到了期望曲率，并可以充分与外玻璃板的形状进行匹配，从而在夹胶合片后，内玻璃板和外玻璃板不会因为形状不匹配而产生夹胶内应力或胶合气泡，也不会因为间隙不一致而导致光学畸变，从而本发明所提供的曲面夹层玻璃及其制作方法解决了离子交换不能可控成型的问题，实现了离子交换强化的同时完成内玻璃板的成型，而且不阻碍离子交换，不增加化学蚀刻工序，也不增加镀膜除膜工序，可保留玻璃原始表面，不降低离子交换强度。
另外，传统冷成型技术中，基材(即内板玻璃)的第三面经受拉伸应力，而基材的第四面经受压缩应力，使得通过传统冷成型技术所得产品的第四面上的表面压缩应力有所增加，即内板玻璃作为曲面夹层玻璃的第四面上的表面压缩应力在冷成形后比冷成形之前大。不囿于理论，冷成形工艺增加了被成形的基材的表面压缩应力，以补偿弯曲和/或成形操作过程中赋予的拉伸应力。对比传统冷成型技术，本发明的优势在于：薄内玻璃板在自由状态下是弯曲的，并能接近厚外玻璃板的曲率，使得内板玻璃作为曲面夹层玻璃产品的第三面的表面压缩应力大于第四面的表面压缩应力，并显著降低了冷成型工艺(平板内板+弯曲外板)将内玻璃板强制弯曲时而产生的边缘褶皱或光学缺陷。
对比传统单片热成型技术，本发明的优势在于：薄内玻璃板没有经过转变点Tg以上的高温热成型，玻璃表面质量和光学状态可以得到显著提升。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。

Claims (15)

1.一种曲面夹层玻璃，包括厚度≥1.6mm的外玻璃板和厚度≤1.2mm的内玻璃板以及设置在外玻璃板和内玻璃板之间的中间层，其特征在于，外玻璃板为高温热弯曲的玻璃板，弯曲温度在其退火上限温度Ta和软化点Tf之间，内玻璃板为低温冷弯曲的玻璃板，弯曲温度在其转变点温度Tg以下，且内板玻璃作为曲面夹层玻璃的第三面的表面压缩应力CS3大于第四面的表面压缩应力CS4。
2.根据权利要求1所述的曲面夹层玻璃，其特征在于，所述外玻璃板的公称厚度范围为1.6-5.0mm，所述内玻璃板的公称厚度范围为0.1-1.2mm。
3.根据权利要求1或2所述的曲面夹层玻璃，其特征在于，所述外玻璃板和所述内玻璃板相同或者不同地选自钠钙硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、锂铝硅酸盐玻璃或锂铝硼硅酸盐玻璃。
4.根据权利要求3所述的曲面夹层玻璃，其特征在于，所述外玻璃板为钠钙硅酸盐玻璃，所述内玻璃板为铝硅酸盐玻璃。
5.根据权利要求1所述的曲面夹层玻璃，其特征在于，所述内玻璃板为经过化学强化的玻璃板，所述第三面的表面压缩应力CS3为410-1000MPa，所述第四面的表面压缩应力CS4为400-990MPa，且CS3和CS4的差值为10-120MPa。
6.权利要求1-5任一项所述的曲面夹层玻璃的制作方法，其特征在于，所述曲面夹层玻璃的制作方法包括：
步骤(1)制作外玻璃板：对第一玻璃板进行热弯曲后得到外玻璃板，测量外玻璃板的曲率分布后得到其主曲率半径和副曲率半径；
步骤(2)确定内玻璃板的参数：根据外玻璃板的主曲率半径和副曲率半径确定内玻璃板的主曲率半径和副曲率半径，即第二主曲率半径RZ2和第二副曲率半径RF2；
步骤(3)制作内玻璃板：
对第二玻璃板进行第一次离子交换强化；
将经第一次离子交换强化后的第二玻璃板强制弯曲，使之形成具有第一主曲率半径RZ1和第一副曲率半径RF1的曲面，并在强制弯曲状态下进行第二次离子交换强化；
第二次离子交换强化完成后，获得具有第二主曲率半径RZ2和第二副曲率半径RF2的内玻璃板；
RZ1、RZ2、RF1以及RF2满足：RZ2＝RZ1/K，RF2＝RF1/K，0<K<1，其中，
Figure FDA0003793158450000021
Figure FDA0003793158450000022
式中，RZ1’和RF1’分别为先对未成型的第二玻璃板进行第一次离子交换强化再进行强制弯曲后所得曲面的第一主曲率半径和第一副曲率半径，RZ2’和RF2’分别为对所述曲面进行第二次离子交换强化后所得产品的第二主曲率半径和第二副曲率半径；
步骤(4)制作曲面夹层玻璃：将所述内玻璃板与所述外玻璃板夹胶合片，得到所述曲面夹层玻璃。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，步骤(2)中，根据外玻璃板的主曲率半径和副曲率半径确定内玻璃板的主曲率半径和副曲率半径，包括：
根据外玻璃板的主曲率半径和副曲率半径按照内玻璃板的主曲率半径/外玻璃板的主曲率半径＝内玻璃板的副曲率半径/外玻璃板的副曲率半径＝0.9-1.1确定内玻璃板的主曲率半径和副曲率半径。
8.根据权利要求6或7所述的制作方法，其特征在于，步骤(3)具体包括：采用弯曲保持结构强制弯曲经第一次离子交换强化后的第二玻璃板，使之形成具有第一主曲率半径RZ1和第一副曲率半径RF1的曲面，并将弯曲保持结构连同玻璃一起进行第二次离子交换强化；
第二次离子交换强化完成后，释放弯曲保持结构，即获得具有第二主曲率半径RZ2和第二副曲率半径RF2的内玻璃板。
9.根据权利要求6或7所述的制作方法，其特征在于，步骤(3)中，经第一次离子交换强化后的第二玻璃板的表面压缩应力为300-900MPa，应力层深度为10-50μm。
10.根据权利要求6或7所述的制作方法，其特征在于，步骤(3)中，所述内板玻璃的表面压缩应力为400-1000MPa，应力层深度为20-100μm。
11.根据权利要求6或7所述的制作方法，其特征在于，步骤(3)中，第一次离子交换强化的温度为400-480℃，时间为0.5-12h。
12.根据权利要求6或7所述的制作方法，其特征在于，步骤(3)中，第二次离子交换强化的温度为380-460℃，时间为0.25-6h。
13.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述第一主曲率半径RZ1≥100mm，所述第一副曲率半径RF1≥1000mm。
14.根据权利要求6或13所述的制作方法，其特征在于，所述第二主曲率半径RZ2≥100mm，所述第二副曲率半径RF2≥1000mm。
15.权利要求1-5任一项所述的曲面夹层玻璃作为汽车的前后挡风玻璃、汽车的前后门玻璃、汽车的天窗玻璃或者铁道交通车辆的窗玻璃的应用。
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