WO2016037746A1

WO2016037746A1 - Glaselement mit niedriger bruchwahrscheinlichkeit

Info

Publication number: WO2016037746A1
Application number: PCT/EP2015/066681
Authority: WO
Inventors: Andreas Habeck; Andreas Ortner; Ralf Eiden; Clemens Ottermann
Original assignee: Schott Ag
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2016-03-17
Also published as: DE102014113150A1

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es ein Glaselement mit einem Dünnglas zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere, eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit infolge eines verzögerten Risswachstums aufweist. Dazu ist ein Glaselement vorgesehen, umfassend ein Dünnglas mit einer Dicke kleiner 1,2 mm mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche. Beide Oberflächen werden durch zumindest zwei parallel verlaufende Kanten miteinander verbunden. Eine Polymerbeschichtung auf zumindest den zwei parallel verlaufenden Kanten ist vorgesehen, wobei die Polymerbeschichtung ausgewählt ist aus der Gruppe der selbstheilenden Kunststoffe und die Bruchwahrscheinlichkeit des Glaselements durch eine maximale Bruchquote kleiner gleich 10% über eine Zeit größer als 6 Monate bei einer maximalen Zugspannung von größer gleich 21 MPa beträgt.

Description

Glaselement mit niedriger Bruchwahrscheinlichkeit

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Glaselement, welches ein Dünnglas mit einer Dicke kleiner gleich 1 ,2 mm und speziell ausgebildeten Kanten umfasst. Die Kantenoberflächen und gegebenenfalls auch zumindest eine Oberfläche des Dünnglases sind mit einer Poly- merbeschichtung aus einem selbstheilenden Kunststoff beschichtet, sodass ein Schutz der Kante und eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit mit einer max. Bruchquote von kleiner gleich 10% über eine Zeit von größer als 6 Monaten bei einer maximalen Zugspannung von 21 MPa erreicht wird.

Für verschiedenste Anwendungen wie z.B. in den Bereichen der Verbraucherelektronik beispielsweise für organische LED-Lichtquellen oder als Element für dünne oder gebogene Anzeigevorrichtungen oder in Bereichen der regenerativen Energien oder Energietechnik, wie für Solarzellen, wird zunehmend Dünnglas eingesetzt. Beispiele hierfür sind Touch- screens, Displays von Informationsterminals und Handys, Kondensatoren, Dünnfilmbatterien, flexible Leiterplatten, flexible OLED's, flexible Photovoltaikmodule oder auch e- Papers. Dünnglas gerät für viele Anwendungen immer mehr in den Fokus aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften wie Chemikalien-, Temperaturwechsel- und Hitzebeständigkeit, Gasdichtigkeit, hohes elektrisches Isolationsvermögen, angepasster Ausdehnungskoeffizient, Biegsamkeit, hohe optische Qualität und Lichtdurchlässigkeit oder auch hohe Oberflächenqualität mit sehr geringer Rauigkeit aufgrund einer feuerpolierten Ober- fläche der beiden Dünnglasseiten. Unter Dünnglas werden hierbei Dünngläser verstanden mit Dicken kleiner gleich etwa 1 ,2 mm bis zu Dicken von 5 μηι und kleiner. Aufgrund seiner Biegsamkeit wird Dünnglas vor allem mit Dicken kleiner gleich 250 μηι bzw. 100 μηι zunehmend nach der Herstellung aufgerollt und als Glasrolle gelagert oder zur Konfektionierung oder Weiterverarbeitung transportiert. In einem Roll-to-Roll-Prozess kann das Dünn- glas auch nach einer Zwischenbehandlung, beispielsweise einem Beschichten oder Konfektionieren der Oberfläche, wiederum aufgerollt und einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Das Rollen des Glases beinhaltet gegenüber einer Lagerung und dem Transport von flächig ausgebreitetem Material den Vorteil einer kostengünstigeren kompakten Lagerung, Transport und Handhabung in der Weiterverarbeitung.

In der Weiterverarbeitung werden aus der Glasrolle oder auch aus flächig gelagertem oder transportiertem Material kleinere, den Anforderungen entsprechende Dünnglasabschnitte abgetrennt. Bei manchen Anwendungen werden auch diese Dünnglasabschnitte wiederum als gebogenes oder gerolltes Glas eingesetzt.

Bei all den hervorragenden Eigenschaften besitzt Glas als spröder Werkstoff eine eher ge- ringe Bruchfestigkeit, da es wenig widerstandsfähig gegen Zugspannungen ist. Bei einem Biegen des Glases treten Zugspannungen an der äußeren Oberfläche des gebogenen Glases auf. Für eine bruchfreie Lagerung und für einen bruchfreien Transport einer solchen Glasrolle oder für einen riss- und bruchfreien Einsatz kleinerer Dünnglasabschnitte ist zunächst die Qualität und Unversehrtheit der Kanten und auch der Fläche von Bedeutung, um das Entstehen eines Risses oder Bruchs in dem aufgerollten oder gebogenen Dünnglas zu vermeiden. Schon Beschädigungen an den Kanten wie winzige Risse, z.B. Mikro- risse oder auch verschiedenartige Fehler in der Fläche des Glases können die Ursache und der Entstehungspunkt für größere Risse oder Brüche im Dünnglas werden. Weiterhin ist aufgrund der Zugspannung an der Oberseite des gerollten oder gebogenen Dünnglases eine Unversehrtheit und Freiheit der Oberfläche von Kratzern, Riefen oder anderen Oberflächendefekten von Bedeutung, um das Entstehen eines Risses oder Bruchs in dem aufgerollten oder gebogenen Dünnglas zu vermeiden. Drittens sollten auch herstellungsbedingte innere Spannungen im Glas möglichst gering gehalten werden oder nicht vorhanden sein, um das Entstehen eines Risses oder Bruchs in dem aufgerollten oder gebogenen Dünnglas zu vermeiden. Insbesondere die Beschaffenheit der Dünnglaskanten ist von besonderer Bedeutung hinsichtlich einer Rissentstehung oder Rissausbreitung bis zum Bruch des Dünnglases.

Kritisch bei der Herstellung eines Dünnglases mit einer niedrigen Bruchwahrscheinlichkeit ist vor allem der Effekt eines Risswachstums an einer unter Zugspannung stehenden Kante oder Oberfläche eines gebogenen Dünnglases ab dessen Herstellung, ausgehend von Mikrorissen und gegebenenfalls unterstützt durch herstellungsbedingte Spannungen oder Fehler im Glas. Unter Bruchwahrscheinlichkeit wird eine Bruchfreiheit des Dünnglases über eine bestimmte Zeit verstanden. Solch ein Risswachstum kann zu einem Bruch des Dünn- glases führen. Da das Risswachstum in der Zugspannungszone der Glasoberfläche im gebogenen bzw. aufgerollten Zustand eines Dünnglases meistens langsam fortschreitet, kommt es zu einem zeitlich verzögerten Bruch des Dünnglases in der Rolle. Oft wird aber ein Dünnglas nicht direkt weiterverarbeitet. Vielmehr ist zu erwarten, dass z.B. eine Dünnglasrolle für eine gewisse Zeit gelagert wird. Auch benötigt der Transport zu einer weiter- verarbeitenden Betriebsstätte Zeit und verursacht zusätzliche dynamische Lasten. Bereits ein einzelner Bruch kann dabei ein erhebliches Problem verursachen, da an der Bruchstel- le beim Abwickeln des Bandes von einer Rolle ein Weiterverarbeitungsprozess unterbrochen werden muss.

Auch die Anwendung einer gebogenen Dünnglasscheibe z.B. als Element einer geboge- nen Anzeigevorrichtung stellt eine Dauerbeanspruchung in der Zugspannungszone des Dünnglases dar. Auch bei weiterverarbeiteten Dünngläsern, etwa bei aufgeklebten Dünnglasscheiben oder Dünngläsern in Materialverbünden besteht der Bedarf, ein Versagen des Glaselements durch einen Glasbruch aufgrund von durch die Weiterverarbeitung bedingten Zugspannungen im Material zu vermeiden.

Nach dem Stand der Technik werden Dünngläser mechanisch mit einem speziell geschliffenen Diamanten oder einem Rädchen aus Spezialstahl oder Wolframcarbit angeritzt und gebrochen. Hierbei wird durch das Anritzen der Oberfläche gezielt eine Spannung im Glas erzeugt. Entlang der so erzeugten Fissur wird das Glas kontrolliert durch Druck, Zug oder Biegung gebrochen. Hierdurch entstehen Kanten mit starker Rauigkeit, vielen Mikrorissen und Ausplatzungen oder Ausmuschelungen an den Kantenrändern. Meistens werden diese Kanten zur Erhöhung der Kantenfestigkeit anschließend gesäumt, gefast oder geschliffen und poliert. Eine mechanische Kantenbearbeitung ist bei Dünnglasern insbesondere im Bereich von Dicken kleiner 250 μηι nicht mehr realisierbar ohne eine zusätzliche Riss- und Bruchgefahr für das Glas darzustellen.

Um eine bessere Kantenqualität zu erzielen wird nach dem Stand der Technik in einer Weiterentwicklung das Laserritzverfahren eingesetzt, um ein Glassubstrat mittels einer thermisch generierten mechanischen Spannung zu brechen. Auch eine Kombination beider Verfahren ist im Stand der Technik bekannt und verbreitet. Ein solches Laserritzverfahren beschreiben beispielsweise die DE 693 04 194 T2, EP 0 872 303 B1 und die US

6,407,360. Aber auch ein Laserritzverfahren erzeugt eine gebrochene Kante mit entsprechender Rauigkeit und Mikrorissen. Ausgehend von den Vertiefungen und Mikrorissen in der Kantenstruktur können sich insbesondere beim Biegen oder Rollen einer dünnen Dünnglas im Bereich einer Dicke von kleiner 200 μηι Risse in das Glas hinein ausbilden und ausbreiten, die schließlich zu einem Bruch des Glases führen.

Einen Vorschlag zur Erhöhung der Kantenfestigkeit macht die WO 99/46212. Sie schlägt das Beschichten einer Glasscheibenkante und Ausfüllen der von der Glaskante ausgehen- den Mikrorisse mit einem hochviskosen aushärtbaren Kunststoff vor. Die Beschichtung kann durch Eintauchen der Glaskante in den Kunststoff erfolgen und die Aushärtung mit UV-Licht. Überstehender Kunststoff auf der Außenfläche der Glasscheibe wird anschließend entfernt. Dieses Verfahren wird für Glasscheiben von 0,1 bis 2 mm Dicke vorgeschlagen. Nachteilig ist hierbei, dass es Verfahrensschritte beinhaltet, wie insbesondere das Entfernen von überstehendem Kunststoff an den Außenflächen der Glasscheibe, welche für Dünnglas ungeeignet sind. Diese Anmeldung schlägt eine Verbesserung einer Glasscheibe bei Stoß- und Druckbelastungen vor, löst aber in keiner Weise die Problematik eines Rissfortschrittes unter Zugbelastung, welcher zu einem Bruch der Glasscheibe führen kann. Auch die WO 2007/140978 A1 schlägt eine Kantenbeschichtung einer Glasscheibe nur zum Schutz gegen Schlagbeanspruchung z.B. beim Absetzen oder Anstoßen der Glasscheibe vor, um die Beschädigungsgefahr von thermisch geschnittenem Glas an den Glaskanten zu verbessern. Auch hier wird keiner Weise die Problematik eines Rissfortschrittes unter Zugbelastung, welcher zu einem verzögerten Bruch der Glasscheibe führen kann, angegeben.

Die WO 2010/135614 A1 schlägt zur Erhöhung der Kantenfestigkeit von Glassubstraten im Dickenbereich größer 0,6 mm bzw. größer 0,1 mm eine Beschichtung der Kanten mit einem Polymer vor. Die Stärke der Beschichtung soll im Bereich von 5 bis 50 μηι liegen. Die Beschichtung soll als Schutzschicht für die Kante gegen spätere Beschädigungen dienen, welche die Festigkeit der Kante beeinträchtigen können. Aber auch hier wird in keiner Weise eine Lösung für die Problematik eines Rissfortschrittes unter Zugbelastung angegeben, welche zu einem zeitlich verzögerten Bruch der Glasscheibe führen kann. Vielmehr verhindert eine dort beschriebene Beschichtung nur sehr begrenzt die Entstehung und Ausbrei- tung von Rissen von der Kante her, wie auch in der Schrift ausgeführt wird, da Mikrorisse in der Kantenoberflächenstruktur aus ihrer Tiefe heraus ungehindert zu einem Rissfortschritt führen können. Auch ist bei einer Beschädigung der Kantenbeschichtung an der Außenseite oder an der Kontaktseite zum Glas, z.B. im Falle eines Bruches, der Kantenschutz an dieser Stelle aufgehoben. Insbesondere im Falle des Biegens eines solchen Glassubstrates kommt es häufig zu einer spröden Rissbildung in der Polymerbeschichtung, wodurch die Schutzwirkung derselben verloren geht.

Die WO 01/79128 A2 schlägt zur Festigkeitserhöhung eines Glaskörpers die Beschichtung einer Oberfläche oder auch der Kanten mit einem Polymer vor. Diese Beschichtung soll in Form einer mechanisch vorgespannten Schicht vorliegen, welche auf den Glaskörper eine Druck- oder eine Zugspannung ausübt. Nachteilig ist jedoch ein Verlust oder eine Minde- rung dieser Druck- oder Zugspannung bei Beschädigung der Beschichtung oder auch eine Relaxation der Vorspannung durch äußere Einflüsse. Insbesondere im Falle des Biegens eines solchen Glaskörpers kommt es häufig zu einer spröden Rissbildung in der Polymerbeschichtung, wodurch die Wirkung einer Vorspannung derselben verloren geht.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Glaselement mit einem Dünnglas zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere, eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit infolge eines verzögerten Risswachstums aufweist. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das Glaselement umfasst ein Dünnglas mit einer Dicke kleiner 1 ,2 mm und mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, beide Oberflächen werden durch zumindest zwei parallel verlaufende Kanten miteinander verbunden, und eine Polymerbeschichtung auf zumindest den zwei parallel verlaufenden Kanten. Erfindungsgemäß ist die Polymerbeschichtung aus der Gruppe der selbstheilenden Kunststoffe ausgewählt. Die Bruchwahrscheinlichkeit des Glaselements ist auch unter Biegebelastung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch eine max. Bruchquote kleiner gleich 10%, bevorzugt kleiner gleich 5%, besonders bevorzugt kleiner gleich 3%, insbesondere bevorzugt kleiner gleich 1 %, am meisten bevorzugt kleiner gleich 0,5% über eine Zeit größer als 6 Monate bei einer maximalen Zugspannung von größer gleich 21 MPa gekennzeichnet.

Um die niedrige Bruchquote zu gewährleisten, wird das Glaselement in Weiterbildung der Erfindung höchstens einer Zugspannung ausgesetzt, die kleiner ist, als folgender Term:

(1 ) 1 .1 5-Min

wobei σ_α und a_e Mittelwerte der Zugspannung beim Bruch von Proben des Glaselements unter Biegebeanspruchung sind, wobei L_ref die Kantenlänge und A_ref die Fläche der Proben bezeichnen, wobei σ_α der Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche der Probe und o_e der Mittelwert der Zugspannung bei einem von der mit der Polymerbeschichtung beschichteten Kante der Probe ausgehenden Bruch sind, und wobei A_e und A_a die Standardabweichungen der Mittelwerte o_e , beziehungsweise σ_α bezeichnen, und wobei A_app die Fläche des Glaselements und L_app die addierte Kantenlänge gegenüberliegender Kan- ten des Glaselement und Φ eine vorgegebene maximale Bruchquote innerhalb eines Zeitraums von mindestens einem halben Jahr sind.

Die vorgegebene maximale Bruchquote Φ beträgt bevorzugt 0,1 oder weniger (also höchs- tens 10%), besonders bevorzugt weniger als 0,05 (weniger als 5%).

Demnach kann eine lange Lebensdauer des Glaselements auch bei einer Zugspannung von 21 MPa oder mehr garantiert werden, sofern die Zugspannung kleiner als der sich durch den oben angegebenen Term ergebende Wert bleibt.

Mit dem Verfahren wird ein erfindungsgemäßes Dünnglaselement erhalten, bei welchem das Dünnglas unter eine Zugspannung c_app gesetzt ist, welche kleiner ist als der oben genannte Term (1 ). Vorzugsweise werden Dünngläser weiterverarbeitet, welche eine Dicke von weniger als 500μηι, besonders bevorzugt höchstens 350 μηι aufweisen. Die Mindestdicke beträgt vorzugsweise 5 μηι. Ein besonders bevorzugter Dickenbereich liegt zwischen 20 μηι und 200 μηι.

Um eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit innerhalb von längeren Zeiträumen, beispielsweise bis zu zehn Jahren, zu erzielen, wird bevorzugt, dass das Glaselement unter eine Zugspannung G_app gesetzt wird, welche kleiner ist als

(2) 0.93 -Min Ü_a - A_a 0.4 1 - ln

Bereits diese vergleichsweise kleine Verringerung der maximalen Zugspannung um einen Faktor 1 ,15/0,93 = 1 ,236 führt zu einer erheblichen Steigerung der Lebensdauer des mit der Zugspannung beaufschlagten Glasartikels.

Um die Bruchwahrscheinlichkeit eines Glaselements zu erniedrigen, muss die Polymerbe- schichtung ihre Eigenschaft als Schutz- und Stabilisierungsschicht immerzu behalten. Wenn sie jedoch infolge einer Beschädigung geschwächt oder gestört ist, kann diese

Schutz- und Stabilisierungswirkung geschwächt werden oder verloren gehen und ein Risswachstum kann ungehindert bis zum Bruch fortschreiten. Solche Beschädigungen können Kratzer oder Riefen sein, welche beim Transport, Handling oder in einem nachfolgenden Prozessschritt verursacht wurden und die Dicke und Stabilität der Polymerbeschichtung verringern oder sie können auch einen Riss oder Schnitt in der Beschichtung bilden. Wei- terhin Verringern solche Beschädigungen auch die Höhe einer mechanischen Vorspannung, d.h. einer Druckspannung auf die Dünnglasoberfläche oder führen zu einem vollständigen Verlust der Vorspannung. Ein mögliche Lösung wäre die Erhöhung der Kratzfestigkeit oder Härte der Beschichtung durch Erhöhung der Dichte des Polymernetzwerkes, jedoch wird das Polymer dadurch spröder und es kommt zu irreversiblen feinen Sprödbrüchen, insbesondere beim Biegen des Glaselements, wodurch die Schutz- und Stabilisierungswirkung für das Dünnglas verloren geht.

Erfindungsgemäß wird eine Dünnglaskante oder Oberfläche jedoch mit einer Polymerbe- schichtung beschichtet, welche einen Selbstheilungseffekt hat. Durch die Eigenschaft der Selbstheilung kann sich die Polymerbeschichtung von selber immer wieder regenerieren. Durch den Effekt der Selbstheilung, insbesondere verbunden mit einer Erwärmung der be- schichteten Bereiche, kann auch eine geschwächte oder verloren gegangene Vorspannung wiederhergestellt werden.

Solche selbstheilenden Kunststoffe für die Polymerbeschichtung sind in einer Ausführung aus einem System ausgewählt, welches eine Polymermatrix als reversibles Netzwerk um- fasst, wobei die Polymermatrix insbesondere ein UV aushärtendes Polymer, bevorzugt ein 2-Komponentenpolyurethanlack (2K-PUR-Lack) ist.

Polyurethane haben eine hohe mechanische Widerstandskraft bei gleichzeitiger Flexibilität, was vor allem für Beanspruchungen beim Biegen des Glaselements wichtig ist. Hierbei sind die festen Doppelbindungen im Kunststoff für die Härte und Beständigkeit und die re- versiblen Wasserstoffbrückenbindungen für die Elastizität verantwortlich. Polyurethanlacke mit ausgeprägter Selbstheilungsfähigkeit als erfindungsgemäße Polymerbeschichtung verdanken diese Selbstheilungsfähigkeit besonders einem hohen Anteil an solchen Wasserstoffbrückenbindungen. Diese wirken im Polymernetzwerk als eine Art Federungsverstärkung: Mechanische Energie wird absorbiert, und eine Umorientierung der Polymerketten (Selbstheilungseffekt) ist erleichtert, wenn die Glasübergangstemperatur des Polymers, z.B. bei 50 bis 60°C, überschritten wird. Aufgrund dieser reversiblen, elastischen Wasserstoffbrücken kann sich ein vernetzter Polyurethan-Lack nach einer Beschädigung, wie einem Kratzer oder Riefe auf der Oberfläche, unter Temperatureinwirkung von beispielsweise 50 bis 60°C, somit wieder in das ursprüngliche Stadium des Netzwerkes zurückbilden. Bei solch einer Beschädigung sind die festen chemischen Bindungen hierbei nicht betroffen aber das Polymer-Netzwerk ist in einem Stadium fester Spannung. Sobald sich das Po- lymer wieder entspannt, bilden sich die Wasserstoffbrücken wieder zurück und eine Beschädigung, wie ein Kratzer, verschwindet. Solche Polymerbeschichtungen zeigen entsprechend einen Ref low- Effekt. Voraussetzung für den Selbstheilungseffekt sind Urethan- und Harnstoff-Strukturen in einem elastischen Polymer in der Form eines Polyurethan- Lackes.

Solche Lacke sind vor allem aufgebaut als 1 (1 K) oder 2-Komponentensysteme (2K), lö- semittelhaltige, lösemittelfreie oder wässrige Systeme oder die Vernetzung von NCO-OH oder über UV-härtende Systeme. Aufgrund der kurzen Aushärtezeiten werden UV- härtende Systeme bevorzugt. Mit Hilfe von hochfunktionellem Polyacrylat mit eingebauten flexiblen Netzbögen und hochfunktionellem HDI-Allophanat/Trimerisat lassen sich lösemit- telhaltige 2K-PUR-Lacke mit guter Kratzfestigkeit und ausgeprägten Selbstheilungseigenschaften formulieren. Wässrige 2K-PUR-Systeme auf Basis spezieller OH-funktioneller PU- Dispersionen erzielen selbst bei sehr niedrigem Colösergehalt gute Verlaufseigenschaften und ausgeprägte Selbstheilungseigenschaften. UV-Systeme benötigen monofunktionelle Reaktivverdünner, um Selbstheilungseigenschaften zu erzielen. Beispielsweise ergibt in einer Ausführung ein hochfunktionelles Urethanacrylat (hohe Tg) mit einem monofunktionellen Reaktivverdünner eine Polymerbeschichtung mit guten Selbstheilungseigenschaften.

Das Lacksystem kann den jeweiligen Anforderungen angepasst werden, indem man durch die Auswahl geeigneter Polyisocyanat und Polyol-Komponenten die Molekularstruktur der Weich-Segmente anpasst und die Verteilung und Länge der Hart-Segmente oder die Anzahl der Kettenverzweigungen variiert.

Beispiele für Polyurethan-Rohstoffe als Basis zur Herstellung eines Polyurethan-Lackes mit Selbstheilungseffekt werden von Bayer MaterialScience AG /Leverkusen unter der Bezeichnung Desmodur^®/Bayhydur^® für Polyisocyanate, Desmophen^®/Bayhydrol^® für Polyole sowie Desmolux^® für UV-Harze angeboten.

In einer anderen Ausführung sind solche selbstheilenden Kunststoffe für die Polymerbeschichtung aus einem System ausgewählt, umfassend eine Polymermatrix und in Mikro- oder Nanokapseln eingekapselte Heilungsagentien, wobei die Polymermatrix insbesondere ein UV aushärtendes Polymer ist. Der Vorteil solcher Systeme ist eine Selbstheilung, auch wenn die Grundstruktur des Netzwerkes durch eine Beschädigung zerstört ist, wie z.B. ein Riss oder Schnitt in der Beschichtung. Bei einer Beschädigung werden die Micro- oder Na- nokapseln in der Polymermatrix geöffnet und ein Heilungsagents tritt heraus und schließt wieder die offene Stelle. Die Vernetzung des Heilungsagents kann beispielsweise durch Luftzutritt, Temperatur oder UV-Stahlung erfolgen. Ein beispielhaftes System ist in der WO 2009/156376 beschrieben.

In einer weiteren Ausführung umfasst die Polymerbeschichtung weiterhin Nanopartikel, insbesondere nanoskalige anorganische Partikel und/oder Nano Composites. Die Widerstandsfähigkeit einer erfindungsgemäßen Polymerbeschichtung in der Ausführung als Polyurethanlack gegenüber Beschädigungen durch mechanische Einwirkungen wird durch den Einbau von Nanopartikeln in das Netzwerk verbessert. Das Netzwerk besteht aus PUR-Strukturen kombiniert mit nanoskaligen anorganischen Polymereinheiten und bildet sogenannte Nano Composites. Diese können auch mit den vorgenannten Ausführungen kombiniert werden. Die Polymerbeschichtung eines erfindungsgemäßen Glaselements kann eine Dicke im Bereich 50 bis 500 μηι, bevorzugt 50 μηι bis 300 μηι aufweisen. Die Dicke richtet sich nach den jeweiligen Anforderungen und kann auch aus mehreren Schichten einer Polymerbeschichtung bestehen. Durch die gemäß einer Ausführungsform von der Beschichtung auf die Dünnglasoberfläche ausgeübte Druckspannung, unterstützt durch die Behinderung eines Feuchtigkeitszutrittes an einen Mikroriss durch die Schutzwirkung der Beschichtung, kann ein verzögerter Rissfortschritt wirksam vermieden oder unterbunden und somit die Bruchwahrscheinlichkeit für ein Glaselement herabgesetzt werden. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass die Be- Schichtung in ihrer Wirkung erhalten bleibt.

In Weiterbildung der Erfindung übt die Polymerbeschichtung im Bereich der Beschichtung auf das Dünnglas im Oberflächenbereich eine Druckspannung im Bereich von 0 bis 1000 MPa, bevorzugt im Bereich von 10 bis 500 MPa, besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 300 MPa aus. Hierdurch wird ein verzögerter Rissfortschritt weiterhin wirksam unterbunden oder behindert. Die Polymerbeschichtung auf der Oberfläche des Dünnglases steht unter Zugspannung und übt auf den oberflächennahen Bereich des Dünnglases eine Druckspannung aus. Insbesondere beim Biegen des Glaselements muss zunächst diese Druckspannung überwunden werden, um eine rissfortschrittsfördernde Zugspannung in das Dünnglas einzubringen. Je nach Biegeradius kann eine Zugspannung im Dünnglas somit ganz unterbunden oder vermindert werden. ln einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke der Polymerbeschichtung so ange- passt, dass die neutrale Phase zwischen Zug- und Druckspannung im aufgerollten Zustand eines Dünnglases und einer angrenzenden Polymerbeschichtung in der beide Lagen ver- bindenden Grenzschicht oder in der Polymerbeschichtung liegt. Hierdurch ist insbesondere die Dünnglasoberfläche kräftefrei und es kann wirksam ein verzögerter Rissfortschritt unterbunden und die Bruchwahrscheinlichkeit erniedrigt werden. Hierzu ist die Dicke der Polymerbeschichtung (D_p) unter Berücksichtigung der Dicke des Dünnglases (D_g), der Pois- sonzahl der Polymerbeschichtung (v_p), der Poissonzahl des Dünnglases (v_g), des E-Moduls der Polymerbeschichtung (E_p) und des E-Moduls des Dünnglases (E_g) wie folgt bestimmt:

Die Zugspannung der aufgebrachten Polymerbeschichtung liegt dabei im Bereich von 0 - 1000 MPa, vorzugsweise bei 10 - 500 MPa und besonders vorzugsweise bei 10 - 300 MPa. Das Dünnglas kann dabei nur an zwei parallel verlaufenden Kanten oder allen Kanten und an einer ersten Oberfläche oder beidseitig beschichtet sein.

In einer besonders bevorzugten Ausführung wird die Polymerbeschichtung direkt nach der Heißformgebung, also am Dünnglasband, durchgeführt. Dadurch kann eine zusätzliche Er- höhung der Oberflächenfestigkeit erreicht werden. Weil das Glas sofort nach der Fertigung mit einer schützenden Schicht versehen wird und so z.B. Kratzer oder Korrosionserscheinungen an der Glasoberfläche verhindert werden. Auch ist die Haftung der Polymerbeschichtung auf der Glasoberfläche direkt nach der Glasformgebung am besten und es kann auf zusätzliche Maßnahmen verzichtet werden.

Aufgrund der mechanischen Spannung im Schichtmaterial kommt der Haftung des Schichtmaterials auf dem Glas eine besondere Bedeutung zu. Ist diese Haftung zwischen Schicht und Dünnglasoberfläche zu gering, löst sich die Schicht aufgrund der Schichtspannung vom Glas ab oder bekommt Risse. Für eine ausreichende Haftung der Schicht auf dem Glas ist es deshalb zweckmäßig, durch eine geeignete Vorbehandlung des Glases die Haftung der Schicht zu verbessern. Dies kann durch eine entsprechende Reinigung der Glasoberfläche durch wässrige oder organische Lösungen erfolgen. Andere bekannte Verfahren zur Verbesserung der Haftfestigkeit von Beschichtungen auf Glas sind die Corona- vorbehandlung, die Beflammung, die Pfasmavorbehandlung im Vakuum, die UV- Vorbehandlung, die Ozonvorbehandlung oder die UV/Ozon-Vorbehandlung. Das Dünnglas in dem erfindungsgemäßen Glaselement hat eine Dicke im Bereich kleiner gleich 1 ,2mm, bevorzugt kleiner gleich 700 μηι, besonders bevorzugt 5 μηι bis 350 μηι, insbesondere bevorzugt 15 μηι bis 200 μηι, ganz besonders bevorzugt 15 μηι bis 100 μηι. Gerade in diesen Bereichen sind Dünngläser biegbar und anfällig gegen verzögerten Rissforschritt und Bruch.

Das Dünnglas eines erfindungsgemäßen Glaselements weist an seiner ersten und zweiten Oberfläche einen quadratischen Mittenrauwert (RMS) Rq von höchstens 1 Nanometer, vorzugsweise von höchstens 0,8 Nanometer, besonders bevorzugt von höchstens 0,5 Nanometer und eine gemittelte Rautiefe R von höchstens 2 Nanometer, vorzugsweise von höchstens 1 ,5 Nanometer, besonders bevorzugt von höchstens 1 Nanometer auf. Hierdurch wird ein Rissfortschritt, welcher von der Oberfläche des Dünnglases ausgeht stark unterbunden und eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit erreicht. Weiterhin ist auch die Haftung der Polymerbeschichtung hierbei deutlich verbessert.

Die Kanten des Dünnglases für ein erfindungsgemäßes Glaselement sind in einem Downdraw-, einem Overflow-Fusion- oder einem Wiederziehprozess oder durch einen Schneidprozess, insbesondere ein mechanisches Schneiden, thermisches Schneiden, La- serschneiden, Laserritzen oder Wasserstrahlschneiden, oder durch Lochbohren mit einem Ultraschallbohrer, Sandstrahlen, chemisches Ätzen der Kante oder der Oberfläche oder Kombinationen hiervon hergestellt. Bei der Herstellung des Dünnglases mit zwei parallel verlaufenden Kanten im Downdraw-, einem Overflow-Fusion- oder einem Wiederziehprozess können die Kanten auch gegenüber dem übrigen Dünnglas dicker in Form von Borten sein. Hierbei sind die Kanten feuerpoliert und haben weniger Mikrorisse als Ausgangsstellen für einen verzögerten Rissfortschritt. Die Kanten können aber auch durch einen Schneidprozess wie mechanisches Schneiden, thermisches Schneiden, Laserschneiden, Laserritzen oder Wasserstrahlschneiden gebildet werden. Hierfür kann das Glas auch in einem Floatverfahren hergestellt worden sein. Auch können Kanten in einem weiteren Kon- fektionierungsprozess hergestellt werden wie Lochbohren mit einem Ultraschallbohrer oder Sandstrahlen. Die Kante oder eine Oberfläche kann aber auch durch chemisches Ätzen behandelt worden sein.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die erste und zweite Oberfläche des Dünn- glases chemisch vorgespannt, wobei die lonenaustauschschicht DoL (L_DoL) weniger als 30 μηι, die Oberflächendruckspannung CS (G_CS) zwischen 100 MPa und 700 MPa und die zentrale Zugspannung CT (G_ct) weniger als 120 MPa beträgt und die Dicke t, DoL, CS und CT die nachfolgende Beziehung erfüllen:

In bevorzugten Ausführungen bestehen hierbei folgende Zusammenhänge und Bereiche:

- das Dünnglas weist eine Dicke von kleiner gleich 100 μηι, eine CS zwischen 100 MPa und 600 MPa, eine DoL von weniger als 20 μηι und eine CT von weniger als 120 MPa auf oder

- das Dünnglas weist eine Dicke von kleiner gleich 70 μηι, eine CS zwischen 100 MPa und 400 MPa, eine DoL von weniger als 15 μηι und eine CT von weniger als 120 MPa auf oder

- das Dünnglas weist eine Dicke von kleiner gleich 50 μηι, einer CS zwischen 100 MPa und 350 MPa, eine DoL von weniger als 10 μηι und eine CT von weniger als 120 MPa auf oder

- das Dünnglas weist eine Dicke von kleiner gleich 25 μηι, eine CS zwischen 100 MPa und 350 MPa, eine DoL von weniger als 5 μηι und eine CT von weniger als 120 MPa.

Hierbei sind:

Druckspannung (Compressive strees, CS): die Spannung, die aus dem Extrusionseffekt auf das Glasnetzwerk durch die Glasoberfläche nach einem lonenaustausch resultiert, während keine Deformation im Glas auftritt, gemessen durch das kommerziell erhältliche Spannungsmessgerät FSM6000, basierend auf optischen Prinzipien.

Tiefe der ionenausgetauschten Schicht (depth of ion exchanged layer, DoL): die Dicke der Glasoberflächenschicht, wo lonenaustausch auftritt und Druckspannung erzeugt wird. Die DoL kann durch das kommerziell erhältliche Spannungsmessgerät FSM6000, basierend auf optischen Prinzipien, gemessen werden.

Zentrale Zugspannung (central tensile stress, CT): die Zugspannung, die in der Zwischenschicht aus Glas erzeugt wird und der Druckspannung entgegenwirkt, die zwischen der oberen und der unteren Oberfläche des Glases nach einem lonenaustausch erzeugt wird. Die CT kann durch Messen der CS und der DoL berechnet werden.

Durchschnittliche Rauigkeit (Ra): die Rauigkeit bedeutet, dass die verarbeiteten Oberflächen kleinere Intervalle und winzige Höhen- und Tiefenunebenheiten aufweisen, und die durchschnittliche Rauigkeit Ra ist der arithmetische Mittelwert der Materialoberflächenpro- filabweichung der absoluten Werte innerhalb der Probenlänge. Ra kann durch ein Tunnel- rasterelektronenmikroskop gemessen werden. Koeffizient der thermischen Leitfähigkeit (λ): die Fähigkeit von Substanzen Wärme zu leiten, λ kann durch ein kommerziell erhältliches Wärmeleitfähigkeitsmessgerät gemessen werden.

Festigkeit von Materialien (σ): die maximale Belastung, die Materialien aushalten können, bevor ein Bruch auftritt, σ kann durch einen Dreipunkt- oder Vierpunktbiegetest gemessen werden. In diesem Schutzrecht wird σ definiert als der Durchschnittswert, gemessen durch eine Reihe von Versuchen.

Poissonzahl von Materialien (μ): das Verhältnis von Querspannung zu Längsspannung von Materialien unter Belastung, μ kann durch Tests gemessen werden, in denen eine Last auf die Materialien aufgebracht wird und die Spannungen aufgezeichnet werden.

Durch das chemische Vorspannen kann die mechanische Festigkeit und Biegsamkeit eines Dünnglases erhöht werden. Hierbei ist aber immer das Verhältnis der lonenaustausch- schicht zum nicht veränderten Kernbereich des Glases zu beachten. Das chemische Vor- spannen kann als ergänzender Faktor den verzögerten Rissfortschritt und damit die Bruchwahrscheinlichkeit einer Dünnglasscheibe vermindern.

Nach dem lonenaustausch wird die Druckspannungsschicht auf der Oberfläche des Glases gebildet. Die Druckspannung kann der Zugspannung entgegenwirken, wenn die Glasplatte bzw. -läge gebogen wird, daher wird die Festigkeit des Glases verbessert, wodurch es einfacher wird, das Glas zu handhaben und zu verarbeiten. Jedoch gelten die CS- und DoL- Werte, die für dickeres Kalknatron- oder Aluminosilikatglas empfohlen werden, die üblicherweise für chemisch gehärtetes Glas verwendet werden, für ultradünne Glasplatten bzw. -lagen der Erfindung nicht länger. Für ein Dünnglas mit weniger als 0,3 mm sind die DoL- und CT-Werte viel kritischer als für ein dickeres Glas, und das Glas würde beschädigt werden, wenn diese zu hoch sind. Daher stellen eine DoL von weniger als 30 μηι und eine CT von weniger als 120 MPa die grundlegenden Voraussetzungen für chemisch vorgespanntes Dünnglasdar.

Überraschenderweise kann ein Alkali- und Bor-haltiges Silikatglas mit einer speziell konzi- pierten Zusammensetzung die Anforderungen für das Vorspannen von ultradünnem Glas mit geringer CS und geringer DoL und relativ langer Härtungszeit erfüllen. Die Zusammensetzung von Glas muss sich von herkömmlichen Gläsern unterscheiden, um kontrollierbare und geeignete chemisch vorgespannte Ergebnisse zu verwirklichen. Auch für die vorliegende Erfindung sind die Temperaturwechselbeständigkeit der Rohglasplatte bzw. -läge vor dem chemischen Vorspannen und die Steifheit des Glases Schlüsselfaktoren. Um die- se Anforderungen zu erfüllen, sollte die Glaszusammensetzung sorgfältig konzipiert werden.

In einer Ausführungsform ist das Dünnglas ein Lithiumaluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):

Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Mn02, ΤΊ02, CuO, Ce02, Cr203, 0 - 2 Gew-% As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0 - 5 Gew.-% Sel- tenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.

Das Lithiumaluminosilikatglas der Erfindung weist bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:

Zusammensetzung (Gew.-%)

Si02 57-66

AI203 18-23

Li20 3-5

Na20 + K20 3-25

MgO + CaO +SrO + BaO 1 -4

ZnO 0-4

ΤΊ02 0-4 Zusammensetzung (Gew.-%)

Zr02 0-5

ΤΊ02 + Zr02 + Sn02 2-6

P205 0-7

F 0-1

B203 0-2

Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Mn02, ΤΊ02, CuO, Ce02, Cr203, 0 - 2 Gew.-% As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0 - 5 Gew.-% Sel- tenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.

Das Lithiumaluminosilikatglas der Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:

Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Mn02, ΤΊ02, CuO, Ce02, Cr203, 0 - 2 Gew.-% As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und können als Läuter- mittel zugegeben werden, und 0 - 5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. ln einer Ausführungsform ist das ultradünne flexible Glas ein Kalknatronglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung und umfasst (in Gew.-%):

Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Mn02, ΤΊ02, CuO, Ce02, Cr203, 0 - 2 Gew.-% As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0 - 5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Ge- samtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.

Das Kalknatronglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:

Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Mn02, ΤΊ02, CuO, Ce02, Cr203, 0 - 2 Gew.-% As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0 - 5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Ge- samtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Kalknatronglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:

Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Mn02, Ti02, CuO, Ce02, Cr203, 0 - 2 Gew.-% As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0 - 5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Ge- samtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.

In einer Ausführungsform ist das ultradünne flexible Glas ein Borosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):

Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Mn02, ΤΊ02, CuO, Ce02, Cr203, 0 - 2 Gew.-% As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0 - 5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Ge- samtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Borosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:

Das Borosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:

Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Mn02, ΤΊ02, CuO, Ce02, Cr203, 0 - 2 Gew.-% As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0 - 5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Ge- samtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. ln einer Ausführungsform ist das ultradünne flexible Glas ein Alkalimetallaluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):

Das Alkalimetallaluminosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:

Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Mn02, ΤΊ02, CuO, Ce02, Cr203, 0 - 2 Gew.-% As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0 - 5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Ge- samtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Alkalialuminosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:

In einer Ausführungsform ist das ultradünne flexible Glas ein Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):

Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Mn02, ΤΊ02, CuO, Ce02, Cr203, 0 - 2 Gew.-% As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0 - 5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Ge- samtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:

Das Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:

Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd203, Fe203, CoO, NiO, V205, Mn02, ΤΊ02, CuO, Ce02, Cr203, 0 - 2 Gew.-% As203, Sb203, Sn02, S03, Cl, F und/oder Ce02 können als Läutermittel zugegeben werden, und 0 - 5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Ge- samtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Tabelle 1 zeigt mehrere typische Ausführungsformen von ultradünnen Alkali-haltigen Gläsern, die chemisch vorgespannt werden sollen.

Tabelle 1 Ausführungsformen von Alkali-haltigen Borosilikatgläsern

Si0₂, B₂0₃ und P₂0₅ fungieren als Glasnetzwerkbildner. Ihr Gehalt sollte nicht weniger als 40% für herkömmliche Verfahren sein oder die Glasplatte bzw. -läge kann nicht gebildet werden und würde brüchig bzw. spröde werden und an Transparenz verlieren. Der höhere Si0₂-Gehalt erfordert eine höhere Schmelz- und Bearbeitungstemperatur während der Glasherstellung und daher sollte dieser Gehalt normalerweise weniger als 90% sein. Der Zusatz von B₂0₃ und P₂0₅ zum Si0₂ kann die Netzwerkeigenschaften modifizieren und die Schmelz- und Bearbeitungstemperatur des Glases absenken. Auch die Glasnetzwerkbildner weisen einen starken Einfluss auf den CTE des Glases auf.

Zusätzlich kann das B₂0₃ im Glasnetzwerk zwei verschiedene Polyederstrukturen bilden, die an die Belastungskraft von außen besser angepasst werden können. Der Zusatz von B₂0₃ resultiert in der Regel in einer geringeren Wärmeausdehnung und einem geringeren Young-Modul, was wiederum zu guter Temperaturwechselbeständigkeit und langsamerem chemischen Vorspannen führt, wobei eine geringe CS und eine kleine DoL ohne weiteres erhalten werden konnten. Daher kann der Zusatz von B₂0₃ zu ultradünnem Glas das chemische Vorspannen in großem Umfang verbessern, und das somit chemisch vorgespannte Dünnglaskann zu praktischen Anwendungen in größerem Umfang eingesetzt werden. Al₂0₃ fungiert als der Glasnetzwerkbildner und auch als Glasnetzwerkmodifizierer. Der [AI0₄]-Tetraeder und der [AI0₆]-Hexaeder werden im Glasnetzwerk, abhängig von der Menge an Al₂0₃ gebildet. Diese können die lonenaustauschgeschwindigkeit einstellen, indem die Größe des Raums für den lonenaustausch innerhalb des Glasnetzwerks geändert wird. Wenn die Menge an Al₂0₃ zu hoch ist, beispielsweise höher als 40%, wird die

Schmelztemperatur und Bearbeitungstemperatur des Glases sehr viel höher, und dieses tendiert dazu zu kristallisieren, was dazu führt, dass das Glas Transparenz und Flexibilität verliert.

Die Alkalimetalloxide wie K₂0, Na₂0 und Li₂0 fungieren als Glasverarbeitungsmodifizierer, und diese können das Glasnetzwerk durch Bildung von Nichtbrückenoxiden innerhalb des Glasnetzwerks zerstören. Der Zusatz von Alkalimetallen kann die Verarbeitungstemperatur von Glas herabsetzen und den CTE des Glases erhöhen. Die Gegenwart von Na und Li ist für ultradünnes flexibles Glas notwendig, um chemisch vorgespannt zu werden, der lonenaustausch von Na+/Li+, Na+/K+ und Li+/K+ ist ein notwendiger Schritt für das Vorspannen. Das Glas wird nicht vorgespannt, wenn es selbst keine Alkalimetalle enthält. Jedoch sollte die Gesamtmenge an Alkalimetall nicht höher als 30% betragen, oder das Glasnetzwerk wird ohne Ausbildung eines Glases vollständig zerstört. Ein weiterer wichtiger Faktor ist, dass Dünnglaseinen niedrigen CTE aufweisen sollte, und dann sollte das Glas keine überschüssige Menge an Alkalimetallen mehr enthalten, um diese Anforderung zu erfüllen. Erdalkalielemente, wie MgO, CaO, SrO und BaO, fungieren als Netzwerkmodifizierer und sind dazu in der Lage, die Bildungstemperatur des Glases abzusenken. Diese Elemente können den CTE und Young-Modul des Glases ändern, und die Erdalkalielemente haben eine sehr wichtige Funktion, um den Brechungsindex des Glases zu verändern, um spezielle Anforderungen zu erfüllen. Beispielsweise kann MgO den Brechungsindex von Glas absenken, während BaO den Brechungsindex anheben kann. Die Menge an Erdalkalielementen sollte bei der Glasherstellung nicht höher als 40% sein.

Einige Übergangsmetallelemente im Glas, wie ZnO und Zr0₂, haben eine ähnliche Funktion wie diejenige der Erdalkalielemente. Andere Übergangsmetallelemente, wie Nd₂0₃, Fe₂0₃, CoO, NiO, V₂0₅, Mn0₂, Ti0₂, CuO, Ce0₂ und Cr₂0₃, fungieren als farbgebende Mit- tel, damit das Glas spezielle Photonen aufweist oder optische Funktionen zeigt, beispielsweise Farbfilterfunktion oder Lichtumwandlung.

Typischerweise kann ein ultradünnes Glas, das Alkalimetallionen enthält, durch Abtragen bzw. Abschleifen oder Ätzen aus dünneren Gläsern hergestellt werden. Die zwei Verfahren sind einfach durchzuführen, aber nicht ökonomisch. Dabei ist die Oberflächenqualität, z.B. Ra Rauigkeit und Welligkeit, nicht gut. Das Redrawing-Verfahren kann ebenfalls verwendet werden, um das Dünnglasaus einem dickeren Glas zu bilden, aber die Kosten hierfür sind ebenfalls hoch und eine effiziente Massenproduktion ist nicht leicht zu verwirklichen.

Die anderen Herstellungsverfahren für ultradünne alkalihaltige Borosilikatglasplatten bzw. - lagen umfasst das Downdraw-, Overflowfusion- und spezielle Float-Verfahren. Das Downdraw- und das Overflowfusion-Verfahren sind für die Massenproduktion bevorzugt, da sie wirtschaftlich sind, wobei die Erzeugung eines Dünnglases mit einer Dicke von 10 bis 300 μηι mit hoher Oberflächenqualität möglich ist. Das Downdraw- oder das Overflowfusion-Verfahren können eine natürliche oder feuerpolierte Oberfläche mit einer Rauigkeit Ra von weniger als 5 nm, bevorzugt weniger als 2 nm, und noch bevorzugter von weniger als 1 nm erzeugen. Für die praktische Verwendung in elektronischen Vorrichtungen weist die Glasplatte bzw. -läge eine Dickenvariationstoleranz von weniger als ±10% auf. Die Dicke kann in einem Bereich von 10 bis 300 μηι ebenfalls exakt gesteuert bzw. kontrolliert werden. Es ist die Stärke bzw. Dicke, die dem Glas Flexibilität verleiht. Das spezielle Float- Verfahren kann ein Dünnglasmit der natürlichen Oberfläche erzeugen, was wirtschaftlich und ebenfalls für die Massenproduktion geeignet ist, aber das durch das Floatverfahren erzeugte Glas weist eine Seite auf (die Zinnseite), die sich von der anderen Seite unterscheidet. Der Unterschied zwischen den beiden Seiten würde bewirken, dass eine Krümmung des Glases nach dem chemischen Vorspannen auftritt, und würde weiterhin das Bedruckoder Beschichtungsverfahren beeinträchtigen, weil die zwei Seiten verschiedene Oberflä- chenenergien haben.

Das Dünnglas kann in Form von Lagen bzw. Platten oder Rollen erzeugt und verarbeitet werden. Glaselement kann eine Schichtlage oder ein flächiges Element mit einer Größe von größer als 9 cm², bevorzugt größer als 90 cm², besonders bevorzugt größer als 1000 cm² sein. Es sind aber auch flächige Elemente von größer 100 m² oder größer 500 m² bis 1000 m² und mehr im Rahmen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Glaselement kann eine Glasrolle darstellen. Seine Breite ist vorzugsweise größer als 5 mm, bevorzugt größer als 20 mm, besonders bevorzugt größer als 300 mm und am meisten bevorzugt größer als 400 mm; und die ausgerollte Länge ist größer als 1 m, bevorzugt größer als 10 m, besonders bevorzugt größer als 100 m und am meisten bevorzugt größer als 500 m.

Das Vorspannverfahren kann durch Eintauchen der Glasplatten bzw. -lagen und Glasrollen in ein Salzbad, enthaltend einwertige Ionen, durchgeführt werden, um mit Alkaliionen innerhalb des Glases auszutauschen. Die einwertigen Ionen im Salzbad weisen einen Durchmesser auf, der größer ist als der der Alkalimetallionen innerhalb des Glases, womit eine Druckspannung erzeugt werden kann, die nach dem lonenaustausch auf das Glasnetzwerk wirkt. Nach dem lonenaustausch sind die Festigkeit und die Flexibilität des Dünnglases erhöht. Zusätzlich kann die durch das chemische Vorspannen induzierte CS die Kratzbeständigkeit des Glases erhöhen, so dass das gehärtete Glas nicht ohne weiteres zerkratzt werden würde und die DoL kann die Kratztoleranz erhöhen, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass das Glas bricht oder verkratzt wird.

Das am typischsten verwendete Salz für das chemische Vorspannen ist Na+-haltiges geschmolzenes Salz oder K+-haltiges geschmolzenes Salz oder Mischungen hiervon. Die herkömmlicherweise verwendeten Salze umfassen NaN0₃, KN0₃, NaCI, KCl, K₂S0₄,

Na₂S0₄ und Na₂C0₃, Additive wie NaOH, KOH und andere Natriumsalze oder Kaliumsalze oder Cäsiumsalze werden ebenfalls verwendet, um die Rate des lonenaustauschs für das chemische Vorspannen besser zu kontrollieren bzw. zu steuern. Ag⁺-haltige oder Cu²⁺- haltige Salzbäder können verwendet werden, um das Dünnglasmit einer antimikrobiellen Funktion auszurüsten.

Der lonenaustausch wird in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren oder in einem Rolle-zu-Lage- Verfahren in einer Verarbeitungsstraße durchgeführt. In diesem Verfahren werden die Glasrollen in ein Bad zum chemischen Vorspannen gegeben und hiernach wieder aufgerollt oder in Lagen bzw. Platten geschnitten. Alternativ können die chemisch vorgespannten Glasrollen direkt in eine Verarbeitungsstraße zur Badreinigung gegeben und wieder aufgerollt oder danach in Lagen bzw. Platten geschnitten werden.

Da das Glas sehr dünn ist, sollte der lonenaustausch nicht zu schnell oder zu tief durchgeführt werden und der zentrale Zugspannungswert (CT) von Glas ist für Dünnglaskritisch und kann durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt werden:

^ _ cs ^x L_DoL

wobei aCS den Wert für CS darstellt, LDoL ist die Dicke der DoL, t ist die Dicke des Glases. Die Einheit für die Spannung ist MPa und für die Dicke μηι. Der lonenaustausch sollte nicht so tief wie für ein dickeres Glas durchgeführt werden und dieser sollte nicht zu schnell durchgeführt werden, um eine präzise Kontrolle bzw. Steuerung des chemischen Vorspannverfahrens bereitzustellen. Eine tiefe DoL würde eine hohe CT induzieren und den Selbstbruch von ultradünnem Glas bewirken oder sogar dazu führen, dass die CS verschwindet, wenn das Dünnglasvollständig ionenausgetauscht wird, ohne dieses vorzuspannen. Typischerweise erhöht eine große DoL durch das chemische Vorspannen die Festigkeit und Flexibilität von ultradünnem Glas nicht. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Dicke des Glases t für Dünnglaseine spezielle Beziehung für DoL, CS und CT auf, wie folgt:

Tabelle 2 listet eine Ausführungsform auf, wobei die CS und die DoL innerhalb spezifischer Bereiche kontrolliert bzw. gesteuert werden müssen, um die optimale Festigkeit und Flexibilität zu erreichen. Die Proben sind in einem reinen KN03-Salzbad bei einer Temperatur zwischen 350 und 480°C für 15 Minuten bis 48 Stunden chemisch vorgespannt, um kontrollierte CS- und DoL-Werte zu erhalten.

Tabelle 2: Technische Spezifikationen für das Vorspannen

In einer spezifischen Ausführungsform besitzt das Borosilikatglas die Eigenschaften eines relativ geringen CTEs, geringen spezifischen Young-Moduls und einer hohen Temperaturwechselbeständigkeit. Neben diesen Vorteilen enthält das Borosilikatglas Alkali und kann ebenfalls chemisch vorgespannt werden. Die CS und die DoL können aufgrund der relativ langsamen Austauschverfahren gut kontrolliert werden.

Die Verarbeitung von ultradünnem Glas ist ebenfalls für die Festigkeit und Flexibilität wichtig und selbst die Temperaturwechselbeständigkeit hängt mit der Qualität der Verarbeitung zusammen. Eine weitere Verarbeitung des ultradünnen flexiblen Glases umfasst das me- chanische Schneiden mit Diamantspitzen oder Schneidrädern oder Legierungsschneidrädern, thermisches Schneiden, Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden. Strukturierverfahren, wie Ultraschallbohren, Sandstrahlen und chemisches Ätzen auf der Kante oder Oberfläche kann ebenfalls eingesetzt werden, um auf der Glaslage bzw. -platte Strukturen zu erzeugen.

Das Laserschneiden umfasst sowohl herkömmliches als auch nicht-herkömmliches Laserschneiden. Das herkömmliche Laserschneiden wird verwirklicht durch Dauerstrich-Laser (continuous wave, CW), wie einen C02-Laser oder einen herkömmlichen grünen Laser, herkömmliche Infrarotlaser, herkömmliche UV-Laser, und das schnelle Aufheizen durch einen Laser, gefolgt von schnellem Abschrecken führt zu Glasbruch und Trennung. Direktes Erhitzen durch einen Laser, um Materialien zu verdampfen, ist mit hochenergetischen Lasern ebenfalls möglich, aber mit sehr langsamen Schneidraten. Beide Verfahren führen zu unerwünschten Mikrorissen und rauher Oberflächenausführung. Die Materialien, die mit herkömmlichen Laserverfahren geschnitten werden, erfordern eine Nachbearbeitung, um die unerwünschten Kanten und Oberflächenbeschädigungen zu entfernen. Für Dünnglas ist die Kante schwer zu verarbeiten und somit wird ein herkömmliches Laserschneiden normalerweise gefolgt von einem chemischen Ätzen als Nachbearbeitung.

Das nicht-herkömmliche Laserschneiden basiert auf Filamenten von ultrakurz gepulsten Lasern, wobei ultrakurze Laserpulse im Nano- oder Pico- oder Femto- oder Attosekunden- bereich eingesetzt werden, die brüchige Materialien über Plasmadissoziation, induziert durch Filamentation oder Selbstfokussierung des Pulslasers, schneiden. Dieses nichtherkömmliche Verfahren stellt höhere Qualitätsschneidkanten, geringere Oberflächenrau- igkeit, höhere Biegefestigkeit und schnellere Verarbeitung sicher. Diese neue Laserschneidtechnologie arbeitet speziell gut auf chemisch vorgespanntem Glas und anderen transparenten Materialien, die mit herkömmlichen Verfahren schwierig zu schneiden waren.

Die thermische Belastung, verursacht durch Temperaturdifferenz, ist verantwortlich für den Bruch von Glas beim Temperaturwechsel. Auch die thermische Spannung bzw. Belastung („stress"), induziert durch thermische Verfahren, kann die Glasfestigkeit absenken, wodurch das Glas spröder wird und die Flexibilität verliert. Zusätzlich ist Dünnglas gegenüber thermischer Belastung empfindlicher als dickes Glas. Folglich sind die Temperaturwechselbeständigkeit und die thermische Belastungsbeständigkeit insbesondere für einander re- levant, wenn dünne Glaslagen bzw. -platten eingesetzt werden.

In einer Ausführungsform umfasst das chemische Vorspannen das schnelle Erhitzen und Abschrecken, wobei das thermische Abschrecken für dieses Verfahren unerlässlich ist. Ein Salzbad zum chemischen Vorspannen wird in der Regel auf eine Temperatur erhitzt, die höher als 250°C ist oder sogar bis zu 700°C beträgt, um zu ermöglichen, dass das Salzbad schmilzt. Wenn ein Dünnglas in ein Salzbad eingetaucht wird, bilden sich Temperaturgradienten zwischen dem Glas und dem Salzbad und der Gradient bildet sich innerhalb eines einzelnen Glasstücks, selbst wenn nur ein Teil des Glases in das Salzbad eingetaucht wird. Wenn andererseits das Dünnglas aus dem Salzbad herausgenommen wird, wird es in der Regel einem schnellen Abschreckverfahren unterzogen. Aufgrund der geringen Dicke ist das Dünnglas beim selben Temperaturgradienten anfälliger für Bruch. Die Temperaturwechselverfahren resultieren daher in geringer Ausbeute, wenn Dünnglas ohne spezielle Zusammenstellung der Zusammensetzung vorgespannt wird. Obwohl ein Vorerhitzen und Nachglühen den Temperaturgradienten reduzieren kann, sind diese Verfahren zeit- und energieaufwendig. Das Glas mit maximalem Temperaturgradient kann der Temperaturwechselbeständigkeit widerstehen, auch während den Vorheiz- und Nachglühverfahren. Daher ist eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit für das Dünnglas in hohem Maße bevorzugt, um das chemische Vorspannverfahren zu vereinfachen und die Ausbeute zu verbessern. Zusätzlich zum chemischen Vorspannen kann auch die thermische Belastung bzw. Spannung während der nachträglichen Verarbeitung nach dem chemischen Vorspannen eingeführt werden, wie ein Laserschneiden oder thermisches Schneiden.

Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, dass die Temperaturwechselbeständigkeit des ursprünglichen Glases vor dem chemischen Vorspannen der wichtigste Faktor für das flexible Dünnglas ist, weil die Temperaturwechselbeständigkeit die wirtschaftliche Verfügbarkeit des vorgespannten Glases mit hoher Qualität bestimmt. Die Zusammensetzung der ursprünglichen Glasplatte bzw. -läge spielt ebenfalls eine Schlüsselrolle bei der Glasherstel- lung und sollte daher für jeden Glastyp sorgfältig gestaltet werden, was bereits in den vorangehenden Absätzen beschrieben wurde.

Die Robustheit eines Materials gegenüber Temperaturwechsel wird durch den Temperaturwechselparameter gekennzeichnet:

σ ⁽1 - μ λ

κ—

Ea

wobei R der Temperaturwechselwiderstand ist; λ ist der Koeffizient der thermischen Leitfähigkeit; α ist der CTE; σ ist die Festigkeit eines Materials; E ist der Young-Modul und μ ist das Poissonverhältnis.

Ein höherer Wert für R stellt eine größere Beständigkeit gegenüber dem Versagen bei Temperaturwechsel dar. Demgemäß wird die thermische Belastungs- bzw. Spannungsbe- ständigkeit für Glas durch die maximale thermische Belastung ΔΤ aus der nachfolgenden Gleichung bestimmt:

Ea

Offensichtlich würde ein Glas mit einem höheren R eine höhere thermische Belastung bzw. Spannung aufweisen und daher eine größere Beständigkeit gegenüber einem Tempera- turwechsel haben.

Zur praktischen Verwendung sollte R höher als 190 W/m2, bevorzugt höher als 250 W/m2, noch bevorzugter höher als 300 W/m2 sein, und ΔΤ sollte höher als 380°C, bevorzugt höher als 500°C, noch bevorzugter höher als 600°C sein. Der CTE ist ein Schlüsselfaktor für die oben erwähnte Anforderung für die Temperaturwechselbeständigkeit von ultradünnem Glas. Das Glas mit einem geringeren CTE und einem geringeren Young-Modul weist eine höhere Temperaturwechselbeständigkeit auf und ist gegenüber einem Bruch, verursacht durch einen Temperaturgradienten weniger anfällig und weist den Vorteil auf, dass ungleichmäßige Verteilung von thermischer Belastung bzw. Spannung im chemischen Vorspannverfahren und anderen Hochtemperaturverfahren, wie Beschichten oder Schneiden, reduziert werden. Der CTE sollte geringer als 10 x 10-6/K sein, normalerweise geringer als 8 x 10-6/K, bevorzugt geringer als 7 x 10-6/K, noch bevorzugter geringer als 6 x 10-6/K und am meisten bevorzugt geringer als 5 x 10-6/K.

Die Beständigkeit gegenüber einer Temperaturdifferenz (resistance to temperature diffe- rence, RTG) kann durch den nachfolgenden Versuch gemessen werden: Zuerst werden Glasproben einer Größe von 250 x 250 mm2 hergestellt. Der Mittelbereich der Probenplatten wird auf eine definierte Temperatur erhitzt, wobei gleichzeitig die Kanten bei Raumtemperatur belassen werden. Der Temperaturunterschied zwischen dem heißen Mittelbereich der Platte und den kühlen Kanten der Platte stellt die Beständigkeit gegenüber der Temperaturdifferenz von Glas dar, wenn bei 5% oder weniger der Proben ein Bruch auftritt. Für die Anwendung von ultradünnem Glas sollte die RTG größer als 50 K, bevorzugt größer als 100 K, bevorzugter größer als 150 K und am meisten bevorzugt größer als 200 K sein. Der Versuch, um die Beständigkeit gegenüber Temperaturwechsel (resistance to thermal shock, RTS) zu testen, wird wie folgt durchgeführt: Zuerst werden Glasproben einer Größe von 200 x 200 mm2 hergestellt, die Proben werden in einem Umluftofen erhitzt, wonach der Mittelbereich der Probenplatten mit 50 ml kaltem Wasser (Raumtemperatur) begossen wird. Der Wert der Beständigkeit gegenüber Temperaturwechsel ist die Differenz der Temperatur zwischen der heißen Platte und dem kalten Wasser (Raumtemperatur), bei dem bei 5% der Proben oder weniger ein Bruch auftritt. Für die Anwendung von ultradünnem Glas sollte der RTS höher als 75 K sein, bevorzugt höher als 1 15 K, bevorzugter höher als 150 K und am meisten bevorzugt höher als 200 K.

R ist ein theoretisch berechneter Wert, um die Temperaturwechselbeständigkeit zu beurteilen, ohne ein Temperaturwechselexperiment durchzuführen. Jedoch wird die Temperatur- Wechselbeständigkeit von Glas ebenfalls von anderen Faktoren beeinflusst, z.B. der Form, der Dicke und der Verarbeitungshistorie der Probe. Der RTS ist ein experimentelles Ergebnis, das die spezifische Temperaturwechselbeständigkeit von Glas für eine vorgegebene Bedingung misst. Die Eigenschaften des Glasmaterials wurden bei der Berechnung von R berücksichtigt, wobei der RTS mit anderen Faktoren bei praktischer Verwendung in Zu- sammenhang steht. Der RTS ist proportional zu R, wenn andere Bedingungen für das Glas dieselben sind. ΔΤ ist ebenfalls ein theoretisch berechneter Wert, ähnlich zu R, um die Temperaturdifferenzbeständigkeit von Glasmaterial zu beurteilen, ohne ein Temperaturdifferenzexperiment durchzuführen. Jedoch ist die Beständigkeit gegenüber einer Temperaturdifferenz von Glas ebenfalls hochgradig abhängig von den spezifischen Bedingungen, wie der Größe einer Glasprobe, der Dicke eines Glases und der Verarbeitungshistorie eines Glases. Der RTG ist ein experimentelles Ergebnis unter Messung der spezifischen Beständigkeit gegenüber einer Temperaturdifferenz von Glas für vorgegebene Bedingungen. Die Eigenschaften des Glasmaterials wurden bei der Berechnung von ΔΤ berücksichtigt, wobei der RTG bei der praktischen Verwendung mit anderen Faktoren in Zusammenhang steht. Der RTG ist pro- portional zu ΔΤ, aber nicht notwendigerweise mit diesem identisch.

In einer Ausführungsform weist das Borosilikatglas mit geringem CTE eine viel höhere Ausbeute (größer 95%) für ein chemisches Vorspannverfahren auf, während sämtliche Aluminosilikatgläser aufgrund des höheren CTs, induziert durch eine höhere CS und DoL zerbrochen sind. Tabelle 3 zeigt die Eigenschaften der in Tabelle 1 gezeigten Ausführungs- formen.

Tabelle 3: Eigenschaften der Ausführungsformen

Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel 1 2 3 4 5 6 7 8

E 64 GPa 73 GPa 72 GPa 83 GPa 70 GPa 64 GPa 63 GPa 65 GPa

Tg 525°C 557°C 533°C 505°C - - - -

3,3x 7,2x 9,4x 8,5x 5,2x 5,2x 5,6x 7,1 x

CTE

10-6/K 10-6/K 10-6/K 10-6/K 10-6/K 10-6/K 10-6/K 10-6/K

Kühlungs- 560°C 557°C 541 °C 515°C - - - - punkt

2,2 2,5 2,5 2,5 2,4 2,3 2,3 2,3

Dichte

g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3

1 ,2 0,9 1 1 U 1 ,1 1 ,1 1 ,1 λ

W/mK W/mK W/mK W/mK W/mK W/mK W/mK W/mK

143 220 207 162 1 17 177 166 σ^* 86 MPa

MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa

SchneidDiaDia- Fila- ChemiDia- DiaDia- Dia- verfahmantsc mantspi ment- sches mantspi mantsc mantspi mantspi ren hneidra tze schnei- Ätzen tze hneidra tze tze Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel 1 2 3 4 5 6 7 8 d den d

μ 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

391 196 260 235 392 309 441 316

R

W/m W/m W/m W/m W/m W/m W/m W/m

ΔΤ 652°C 435°C 520°C 469°C 712°C 563°C 802°C 576°C ε^** 29,1 29,2 28,8 33,2 29,2 29,1 28,6 26

^* Es ist die Festigkeit des Glases vor dem chemischen Vorspannen; dieses wird ebenfalls durch das Schneidverfahren beeinflusst

*^* Die Einheit von ε ist GPa-cm³/g Die Materialfestigkeit beeinflusst ebenfalls die Beständigkeit gegenüber einem Temperaturwechsel, weil der Bruch aufgrund der Wärmebelastung nur auftritt, wenn die induzierte Wärmebelastung die Materialfestigkeit übersteigt. Nach einem geeigneten chemischen Härten mit einer kontrollierten CT unterhalb 120 MPa kann die Festigkeit des Glases erhöht werden und die Beständigkeit gegenüber einem Temperaturwechsel kann ebenfalls verbessert werden. Tabelle 4a und b zeigen die Werte für Beispiele von chemisch vorgespanntem Glas entsprechend Tabelle 3.

Tabelle 4a: Eigenschaften der Ausführungsformen nach chemischem Vorspannen

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4

Bedingungen des

430°C 400°C 430°C 410°C

chemischen Vor15h 3h 2h 1 h

spannens

CS 122 MPa 304 MPa 504 MPa 503 MPa

DoL 14 μηι 14 μηι 8 μηι 7 μηι

KN03 mit 95% KN03

100% 100%

Salzbad 1000 ppm + 5% Na- KN03 KN03

AgN03 N03

100x100x0 50x50x 0,1 50x50x 200x200x0

Probengröße

,2 mm3 mm3 0,15 mm3 ,1 mm3

SchneidverfahChemi¬

DiamantDiamantFilament- ren vor dem sches Ätschneidrad spitze schneiden

chemischen Vorzen Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 spannen

Ausbeute des

chemischen Vor>95% >90% >85% >90%

spannens

σ^* 147 MPa 329 MPa 473 MPa 558 MPa

R 668 W/m 451 W/m 559 W/m 557 W/m

ΔΤ 1 1 13°C 1002°C 1 1 18°C 1 1 16°C

Tabelle 4b: Eigenschaften der Ausführungsformen nach chemischem Vorspannen

^*ist die Festigkeit des Glases vor dem chemischen Vorspannen; dieses wird ebenfalls durch das Schneidverfahren beeinflusst Das Dünnglas weist ebenfalls einen geringeren spezifischen Young-Modul auf, um bessere Flexibilität bereitzustellen. Daher weist das Dünnglas eine geringere Steifheit und ein besseres Biegeverhalten auf, was insbesondere für eine Rolle-zu-Rolle- Verarbeitung und - Handhabung gut ist. Die Steifheit von Glas wird definiert durch einen spezifischen Young- Modul:

E

ε =—

P

wobei E den Young-Modul darstellt, und p ist die Dichte von Glas. Da die Dichteänderung des Glases mit dessen Zusammensetzung nicht beträchtlich ist, sollte der spezifische Young-Modul geringer als 84 GPa sein, bevorzugt geringer als 73 GPa, und noch bevor- zugter geringer als 68 GPa, um das Dünnglasflexibel genug zum Rollen zu machen. Die Steifheit von Glas ε beträgt weniger als 33,5 GPa-cm3/g, bevorzugt weniger als 29,2 GPa-cm3/g, und noch bevorzugter weniger als 27,2 GPa-cm3/g.

Die Flexibilität des Glases f wird charakterisiert durch den Biegeradius, wenn das Glas biegbar ist und kein Bruch auftritt (Radius) und wird typischerweise durch nachfolgende Gleichung definiert:

f = 1/radius

Der Biegeradius wird gemessen als die Innenkurve bei der Biegeposition eines Materials. Der Biegeradius wird definiert als der minimale Radius des Kreisbogens bei der Biegeposition, wo ein Glas die maximale Durchbiegung vor dem Knicken oder Zerstören oder Bre- chen erreicht. Ein kleineres r bedeutet größere Flexibilität und Verbiegung des Glases. Der Biegeradius ist ein Parameter, der durch die Glasdicke, den Young-Modul und die Festigkeit bestimmt wird. Chemisch vorgespanntes Dünnglasweist eine sehr geringe Dicke, einen geringen Young-Modul und hohe Festigkeit auf. Alle drei Faktoren tragen zum geringen Biegeradius und besserer Flexibilität bei. Das gehärtete flexible Glas der Erfindung weist einen Biegeradius von weniger als 150 mm, bevorzugt weniger als 100 mm und noch bevorzugter weniger als 50 mm auf.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Glaselements umfassend die Schritte:

- Bereitstellen eines Dünnglases durch Herstellung mittels eines Downdraw-, Over- flow-Fusion-, Float- oder Wiederziehprozesses,

- gegebenenfalls Schneiden oder Erzeugen von Kanten mittels eines Schneidprozesses, insbesondere ein mechanisches Schneiden, thermisches Schneiden, Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden, oder durch Lochbohren mit einem Ultra- schallbohrer, Sandstrahlen, chemisches Ätzen der Kante oder der Oberfläche oder einer Kombinationen hiervon,

Beschichten zumindest einer der Kanten und gegebenenfalls zumindest einer Oberfläche des Dünnglases mit einem selbstheilenden Kunststoff zur Herstellung eines Glaselements,

- Aushärten der Kunststoffbeschichtung

- gegebenenfalls Aufrollen des Glaselements zu einer Rolle oder Verbauen des

Glaselements, wobei das Glaselement im verbauten Zustand auch gebogen und damit dauerhaft unter mechanische Spannung gesetzt sein kann.

Das Beschichten erfolgt bevorzugt mittels einer Sprühbeschichtung. Das Aushärten erfolgt bevorzugt mittels einer UV-Strahlungsquelle, wobei die Aushärtezeit kleiner gleich 20 Sekunden, bevorzugt kleiner gleich 10 Sekunden, besonders bevorzugt kleiner gleich 5 Sekunden beträgt.

Die Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen Glaselements als Element für ein Touchscreen, Display, Mobiltelefon, Fernseher, Spiegel, Fenster, Flugzeugfenster oder für eine Möbel- und Haushaltsgeräteanwendung, wobei die Polymerbe- schichtung auf zumindest den zwei parallel verlaufenden Kanten des Glaselements aufge- tragen ist und die Bruchwahrscheinlichkeit des Glaselements durch eine max. Bruchquote kleiner gleich 10% über eine Zeit größer als 6 Monate bei einer maximalen Zugspannung von 21 MPa gekennzeichnet ist.

Die Erfindung umfasst weiterhin eine Rolle mit einem aufgerollten Glaselement nach einem der Ansprüche 1 bis 19. Insbesondere kann das Glaselement gemäß dieser Ausführungsform ein aufgewickeltes und damit zu einer Rolle geformtes Dünnglasband sein. Bei einem zu einer Rolle aufgewickelten Dünnglasband sind dann erfindungsgemäß insbesondere die Längskanten des Dünnglasbands mit dem selbstheilenden Kunststoff beschichtet.

Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend auch unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Glaselement in Form eines aufgerollten Dünnglasbandes, ein Diagramm von Bruchwahrscheinlichkeiten als Funktion der Zugspannung, Fig. 3 die Bruchwahrscheinlichkeit von Dünngläsern als Funktion der Zeit,

Fig. 4 einen Aufbau zur Ermittlung des Mittelwerts der Zugspannung beim Bruch in der Fläche von Dünnglas-Proben und dessen Standardabweichung,

Fig. 5 einen Aufbau zur Ermittlung des Mittelwerts der Zugspannung bei vom

Rand eines Dünnglases ausgehenden Brüchen und dessen Standardabweichung, Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Anwendung der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein Dünnglasband 2 zu einem Glaselement 1 in Form einer Rolle 3 aufgewickelt. Die beiden Kanten 22, 23, beziehungsweise genauer die Längskanten des Dünnglasbandes 2 bilden dabei die Stirnflächen der Rolle 3. Gegebenenfalls kann die Rolle 3 auf einer Spindel aufgewickelt sein, so dass die Innenseite der Rolle 3 am Außenmantel der Spindel anliegt.

Das Dünnglasband 2 kann in dieser Form für nachfolgende Verarbeitungsschritte wieder von der Rolle 3 abgewickelt werden. Diese Form der Konfektionierung von Dünnglas 1 ist besonders gut für automatisierte Fertigungsprozesse wie etwa das Auflaminieren auf elekt- ronische Bauteile oder die Herstellung von Displays geeignet.

Um die Glasoberflächen zu schützen, kann wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel noch ein Bahnmaterial 7 mit eingewickelt werden. Dieses Bahnmaterial trennt dann in der Rolle die aufeinanderfolgenden Glaslagen. Vorzugsweise wird Papier oder Kunststoff als Bahn- material 7 verwendet.

Wird der Fertigungsprozess automatisiert, ist es wichtig, dass das gesamte aufgewickelte Dünnglasband 2 keinen Bruch aufweist und beim automatisierten Abwickeln sich das Dünnglasband 2 auftrennt. Allerdings wird das Dünnglasband 2 beim Aufwickeln gebogen. Mit dem Verbiegen geht eine Zugspannung einher, unter die eine der Seiten des Dünnglases gesetzt wird. Die Zugspannung ist um so größer, je kleiner der Biegeradius ist. Der kleinste Biegeradius tritt beim aufgewickelten Dünnglasband 2 an der Innenseite 31 der Rolle 3 auf. Nun kann zwischen der Weiterverarbeitung des Dünnglases 1 durch Aufwickeln zu einer Rolle 3 und dem Abwickeln in einem weiteren Fertigungsprozess einige Zeit vergehen. Ty- pischerweise wird die Rolle 3 nach deren Herstellung für einige Zeit gelagert. Auch nimmt der Transport Zeit in Anspruch. Es zeigt sich nun, dass solche nachteiligen Glasbrüche bedingt durch die beim Biegen entstehende einseitige Zugspannung trotz der geringen Glasdicke auch zeitverzögert nach dem Aufwickeln auftreten können.

Mit der Erfindung wird nun ermöglicht, Dünnglasbänder zu Rollen 3 aufzuwickeln, die hinsichtlich des Innenradius so bemessen sind, dass sie einen vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise einen durchschnittlichen oder maximalen Lagerungszeitraum mit hoher Wahrscheinlichkeit unbeschadet überstehen. Dies gilt allgemein auch für andere Formen der Weiterverarbeitung des Dünnglases, bei denen das hergestellte Glaselement unter Zugspannung steht. Wie auch bei der Ausführungsform der Rolle sind die am häufigsten in Anwendungen, beziehungsweise bei einem weiterverarbeiteten Glasartikel auftretenden Zugspannungen durch Biegung des Dünnglases verursacht. Dabei steht der minimale Biegeradius R mit der Zugspannung G_app in folgender Beziehung:

E t

In dieser Beziehung bezeichnet E den Elastizitätsmodul, t die Dicke des Dünnglases und v die Poissonzahl des Glases. Bevorzugte Glasdicken sind oben in der Beschreibung angegeben.

Für den Biegeradius, welcher die Bedingung einer gemäß Term ( 1 ) berechneten maximalen Zugspannung c_app erfüllt, ergibt sich durch Kombination mit Gleichung (3) folgender Zusammenhang zwischen Biegeradius und Zugspannung:

Entsprechend folgt aus der Kombination von Gleichung (3) mit Term (2) für den Biegeradius, mit welchem eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit bei längeren Zeiträumen erhalten wird, die Beziehung

Für ein Glaselement 1 in Form eines wie in Fig. 1 dargestellt, zu einer Rolle 3 aufgewickelten Dünnglasbandes 2, liegt der minimale Biegeradius R des Dünnglasbandes 2, aus dem gemäß Beziehung (3) die maximale Zugspannung G_app resultiert, an der Innenseite 31 der Rolle 3 vor. Um die Rolle 3 handhabbar und klein halten zu können, werden Biegeradien bevorzugt, bei welchen die maximale Zugspannung, die an der Innenseite 31 auftritt, aber mindestens 21 MPa beträgt. Insbesondere ist dazu weiterhin, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Polymerbeschichtung 4 auf den parallel verlaufenden Kanten 22, 23 vorgesehen. Die Polymerbeschichtung 4 umschließt dabei vorzugsweise die Kanten 22, 23 vollständig und erstreckt sich damit auch in Form randseitiger Streifen auf den Seitenflächen des Dünnglasbands 2, welche die erste und zweite Oberfläche des Glaselements 1 bilden. Durch die erfindungsgemäße Polymer- beschichtung 4 wird die Kantenfestigkeit verbessert. In den oben angegebenen Beziehungen (1 ) und (2), beziehungsweise unter Einbeziehung von Gleichung (3) auch in den Beziehungen (4) und (5) äußert sich dies dann in einem gegenüber dem unbeschichteten Glas höheren Wert von o_e . In die Terme (1 ) oder (2), welche die zu einer vorgegebenen Bruchwahrscheinlichkeit innerhalb mindestens eines halben Jahres (Term (1 )) oder länger (Term (2)) korrespondierende maximale Zugspannung angeben, geht auch die Fläche des Dünnglases und dessen Kantenlänge ein. Die Bruchwahrscheinlichkeit skaliert also mit der Größe und Form des Dünnglasartikels. Dies ist bedeutsam, da Dünngläser, insbesondere bei einem Zwischen- produkt wie einer Rolle 3 auch erhebliche Flächen aufweisen können.

Anhand von Fig. 2 wird der Effekt der Skalierung der Bruchwahrscheinlichkeit verdeutlicht. Fig. 2 zeigt dabei ein Diagramm von Bruchwahrscheinlichkeiten, die anhand von Bruchtests ermittelt wurden, als Funktion der Zugspannung. Die gefüllt dargestellten Messwerte und die mit„A" bezeichnete zugehörige Regressionsgerade wurden dabei durch Bruchtests an Proben ermittelt, welche eine Fläche von 80 mm² aufwiesen. Die als offene Symbole dargestellten Werte mit zugehöriger Regressionsgerade„B" ergeben sich durch Skalierung der Messwerte auf eine Fläche von 625 mm², die unter gleicher Last steht wie die Proben. Wie beispielsweise anhand der Schnittpunkte der beiden Regressionsgeraden mit der eingezeichneten Linie bei 66 MPa Zugspannung ersichtlich ist, steigt die Bruchwahrscheinlichkeit aufgrund der größeren Fläche um etwa eine Größenordnung an. Obwohl die Messungen zur Bruchfestigkeit mit dynamischer, insbesondere ansteigender Last durchgeführt werden, kann anhand dieser Bruchtests mittels der oben angegebenen Gleichungen und Terme (1 ) bis (5) die Bruchwahrscheinlichkeit innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, insbesondere auch für lange Zeiträume von mindestens Vfe Jahr unter einer statischen Last, beziehungsweise umgekehrt die statische Last bei vorgebener Bruchwahrscheinlichkeit ermittelt werden.

Fig. 3 zeigt die Bruchwahrscheinlichkeit F (entsprechend der Bruchquote Φ in den Termen (1 ) oder (2)) als Funktion der Lebensdauer

in Jahren für Glaselemente mit einer skalierten Fläche von 625 mm² und einer statisch wirkenden Zugspannung von 66 MPa. Lebensdauern von V2 Jahr und mehr entsprechen den vorgegebenen Zeiträumen, für welche die Terme (1 ) oder (2) gültig sind.

Bei den Beispielen der Fig.2 und Fig. 3 ist zu beachten, dass die zugrundeliegenden Messwerte nicht an Proben mit erfindungsgemäßer Beschichtung der Kanten gewonnen wurden. Werden erfindungsgemäß beschichtete Proben verwendet, führt dies aufgrund der verbesserten Kantenfestigkeit zu einer Verschiebung der Messwerte hin zu höheren Festigkeiten. Ebenfalls ändern kann sich je nach Art der Defekte an der Kante und der gewählten selbstheilenden Beschichtung auch die Steigung der eingezeichneten Regressionsgeraden. Fig. 4 zeigt schematisch einen Aufbau zur Ermittlung der Parameter σ_α und Δ₃ , also dem

Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche von Dünnglas-Proben und dessen Standardabweichung. Neben diesem im Folgenden erläuterten Aufbau sind auch alternative Meßanordnungen möglich. Die Parameter σ_α und Ä_a werden durch die erfindungsgemäße Polymerbeschichtung der Kanten typischerweise nicht oder nicht wesentlich beein- flusst.

Die Messung basiert darauf, dass die Parameter σ_α und Ä_a durch einen Bruchtest ermittelt werden, bei welchem eine Dünnglasprobe 10 ringförmig fixiert und mit einem Stempel 12 mit gewölbter, vorzugsweise kugelflächenförmiger Stempelfläche 120 bis zum Bruch be- lastet wird. Die Dünnglasprobe 10 wird, wie in Fig. 4 gezeigt, dazu auf einer ringförmigen, bevorzugt kreisringförmigen Auflagefläche 13 aufgelegt und festgehalten. Der Stempel 12 drückt mit einer Kraft F vorzugsweise mittig auf die Fläche der Dünnglasprobe 10 innerhalb der ringförmigen Auflagefläche 13. Die Kraft wird gesteigert, bis die Dünnglasprobe 10 bricht. Typischerweise wird bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ein Bruch in der Fläche der Dünnglasprobe bewirkt, da die induzierten Zugspannung im Bereich der Auflagefläche des Stempels 12 auf der Fläche der Dünnglasprobe am größten ist.

Der Bruchtest wird mehrfach wiederholt. Anhand der beim Bruch vorliegenden Kraft kann dann die Zugspannung an der Oberfläche der Dünnglasprobe berechnet werden. Aus den

Messwerten werden die mittlere Zugspannung beim Bruch ^σ" , sowie deren Standardab- weichung Ä_a ermittelt. Hierbei besteht die Möglichkeit, die einzelnen Kraftwerte in Zugspannungen umzurechnen und dann Mittelwert und Standardabweichung zu errechnen.

Für vom Rand des Dünnglases ausgehende Brüche sind andere Meßanordnungen, z.B. die nachfolgend in Fig. 5 dargestellte Meßanordnung geeignet. Mit dieser Meßanordnung werden dann analog die Parameter a_e und Ä_e ermittelt. Diese sind abhängig von der BE- schaffenheit der Kante und damit auch vom Vorhandensein der erfindungsgemäßen selbstheilenden Polymerbeschichtung.

Um eine ausreichend vertrauenswürdige Statistik für eine zuverlässige Festlegung der ma- ximalen Zugspannung eines Glaselements zu erhalten, werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung jeweils mindestens zwanzig, vorzugsweise mindestens 50 Proben 10 des Dünnglases bis zum Bruch mit einer Zugspannung belastet, um die Parameter σ_α und Δ₃ , sowie o_e und Ä_e zu ermitteln. Bezogen auf die in den Fig. 4 und Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiele werden demgemäß mindestens 20, vorzugsweise mindestens 50 gültige Bruchtests mit der in Fig. 4 dargestellten Anordnung und ebenfalls mindestens 20, vorzugsweise mindestens 50 Bruchtests mit der nachfolgend beschriebenen Anordnung gemäß Fig. 5 durchgeführt.

Fig. 5 zeigt dazu einen Aufbau zur Ermittlung des Mittelwerts der Zugfestigkeit bei vom Rand eines Dünnglases ausgehenden Brüchen und deren Standardabweichung. Das mit der Anordnung durchgeführte Verfahren basiert darauf, dass die Parameter a_e und Ä_e durch einen Biegetest ermittelt werden, bei welchem eine Dünnglasprobe 10 uniaxial bis zum Bruch gebogen wird. Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung wird die Dünnglasprobe 10 zwischen zwei Backen 15, 16 geklemmt. Die Backen 15, 16 werden aufeinander zu be- wegt, so dass sich die Dünnglasprobe 10 immer weiter verbiegt. Die Biegung erfolgt im Gegensatz zu der in Fig. 4 gezeigten Anordnung nur in einer Richtung. Der minimale Krümmungsradius R_min liegt dabei in der Mitte zwischen den beiden Backen. Stehen die Backen beispielsweise leicht schräg zueinander, so wird die Kante, bei welcher die Backen 15, 16 näher zueinander stehen, stärker belastet, als die gegenüberliegende Kante. Dem- entsprechend findet sich auch der minimale Krümmungsradius an dieser Kante. Es können aber auch beide Kanten 22, 23 gleichmäßig belastet werden.

Um beim Bruch die vorliegende Zugspannung an den Kanten und daraus nach Test mehrerer Dünnglasproben deren Mittelwert o_e und Standardabweichung Ä_e zu ermitteln, gibt es mehrere Möglichkeiten. Gemäß einer Ausführungsform kann die auf den Backen 15, 16 lastende Kraft F gemessen und daraus die Spannung in der Dünnglasprobe 10 ermittelt werden.

Die Bruchspannung kann noch einfacher bestimmt werden, indem der beim Bruch vorlie- gende minimale Biegeradius R_min bestimmt und anhand dieses Wertes die korrespondierende Zugspannung an der Kante ermittelt wird. Dabei ist die Zugspannung σ umgekehrt proportional zum Biegeradius.

Werden Proben 10 verwendet, bei welchen nur eine der Kanten mit der erfindungsgemä- ßen selbstheilenden Polymerbeschichtung beschichtet sind, werden Brüche, die von der anderen Kante ausgehen, nicht bei der Bestimmung der Parameter o_e und Ä_e berücksichtigt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für das Herstellen einer Rolle aus aufgewickel- tem Dünnglas beschrieben.

Es soll ein 100 m langes und 20 cm breites Dünnglasband 2 aus 0,05 mm dickem Dünnglas in Form eines Borosilikatglases der oben angegebenen Zusammensetzung mit einem Elastizitätsmodul E = 74.8 GPa und einer Poissonzahl v = 0.238 auf eine Rolle gewickelt werden. Die Bruchwahrscheinlichkeit soll 1 % (Φ = 0,01 ) während einer Lagerdauer von einem Jahr nicht übersteigen. Der Kernradius des Wickelkörpers wird nach Gleichung (3) gewählt. Mit Festigkeitsmessungen werden an Stichproben für die Flächenfestigkeit auf Basis von Normalverteilungen die Werte ö_a = 421 MPa (Mittelwert) und A_a = 35 MPa

(Standardabweichung) für eine Referenzfläche von 121 mm² und für die Kantenfestigkeit die Werte ö_e = 171 MPa (Mittelwert) und A_e = 18 MPa (Standardabweichung) für eine Referenzlänge von 2 mm gemessen. Dabei können die anhand der Fig. 4 und Fig. 5 beschriebenen Anordnungen verwendet werden. Methoden zur Auswertung von

Festigkeitsmessungen findet man beispielsweise auch in: K. Nattermann: "Fracture Statistics" in "Strength of Glass - Basics and Test Procedures", advanced course of the International Commission on Glass and Research Association of the German Glass Industry, Frankfurt (2006), ISBN 3-9210-8947-6).

Mit A_app = 0.2mx100m = 20m² und L_app = 2x200m = 200m folgt dann

(7) σ - Δ - 0.4- : S2MPa

Die Kantenfestigkeit ist also hier der bestimmende Festigkeitsparameter bei der Auslegung des Rollenkerns.

Für die zulässige Biegespannung folgt hier nach Term (2) oder Gleichung (5): 0,93 · Min(175 MPa, 82 MPa) = 0,93 · 82 MPa = 76 MPa.

0.93 -Min ( 175MPa,55MPa ) = 0.93 -55 MPa = 51 MPa .

Mit — = 79.3 -1 0³ MPa und t = 0.05 mm kann dann der minimale Biegeradius der

1 - v²

Dünnglasbahn nach Gleichung (3) zu

1 79300 Pa

K > 0,05mm = 26mm

2 ΊβΜΡα

berechnet werden. Es kann nun nach oben auf einen nächst-größeren Standard- Rollenkerndurchmesser, also beispielsweise D = 60 mm aufgerundet werden. Mit diesem Biegeradius, beziehungsweise Durchmesser wird auch der erfindungsgemäß bevorzugte Mindestwert der Zugspannung von 21 MPa überschritten, so dass einerseits eine kompak- te Rolle erhalten wird, die andererseits aber dennoch eine niedrige Bruchwahrscheinlichkeit aufweist.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wurden zwei Gleichungen für jeweils fixe Mindest-Lebensdauern von mehr als 6 Monaten, beziehungsweise mehr als einem Jahr angegeben. Gegebenenfalls ist es aber sinnvoll, eine andere bestimmte Lebensdauer vorzugeben. Auch folgen aus den Termen (1 ), (2) zwar Mindest-Radien, jedoch kann es auch wünschenswert sein, einen Bereich zulässiger Radien, mit dem eine bestimmte Lebensdauer erzielt wird, anzugeben. Schließlich ist es weiterhin auch gegebe- nenfalls schwierig, zu diskriminieren, ob bei den Bruchtests ein Bruch von einer Kante ausgegangen oder innerhalb der Fläche entstanden ist. Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass Bruchtests durchgeführt werden, bei denen die Bruchspannung, beziehungsweise die korrespondierenden Biegeradien beim Bruch aufgezeichnet werden und anhand dieser Daten statistische Parameter ermittelt und anhand dieser Parameter ein Bereich für einen Biegeradius festgelegt wird, welcher eine bestimmte, insbesondere lange Lebensdauer des unter mechanische Spannung gesetzten Glasartikels garantiert.

Die Erfindung sieht nun ein Glaselement 1 mit erfindungsgemäß beschichteten Kanten, vorzugsweise in Form einer Dünnglasrolle mit einem aufgerollten Dünnglasband 2 mit einer Länge von vorzugsweise mindestens 10 Metern und einer Dicke von höchstens 1 ,2 Millimetern, vorzugsweise höchstens 200 Mikrometern vor, wobei der Innenradius des aufgerollten Dünnglasbands oder allgemeiner der Biegeradius des gebogenen Glaselements im Bereich von

(8) R_mn = (R> - 0,7 - 2,3 bis

(9) *_ra = (*>^■ 3,4 + exp 2,1

(R) - 0,05 liegt, wobei <R> den Mittelwert

(10)

die Varianz der Biegeradien R, beim Bruch einer Mehrzahl N von Proben aus dem gleichen Glasmaterial mit gleicher Dicke und gleich beschaffenen Glaskanten wie das Glasmaterial des Glaselements sind, wobei R, die Biegeradien sind, bei welchen die Proben jeweils bre- chen, und t eine vorzugsweise vorgegebene Mindest-Dauer in Tagen ist, welche die Dünnglasrolle ohne Bruch übersteht. Solche zeitverzögerten Brüche werden dabei insbesondere durch Spannungsrisskorrosion verursacht.

Ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines Glaselements in Form einer Rolle 3 mit einem aufgerollten Dünnglasband 2 mit einer Länge von vorzugsweise mindestens 10 Metern basiert dementsprechend darauf,

- mit einem Bruchtest der Mittelwert <R> der Biegeradien R, beim Bruch einer Mehrzahl N von Proben 10 unter fortschreitend größer werdender Biegebelastung, sowie die Varianz s ermittelt werden, und

- ein Dünnglasband 2 aus dem gleichen Glasmaterial mit gleicher Dicke und gleich be- schaffenen Glaskanten wie das Glasmaterial der Proben 10 bereitgestellt, zumindest dessen Längskanten mit dem selbstheilenden Kunststoff beschichtet und das Dünnglasband zu einer Rolle 3 aufgewickelt wird, wobei der Innenradius der Rolle, welcher der Radius der innersten Lage des Dünnglasbands 2 auf der Dünnglasrolle 1 ist, so gewählt wird, dass dieser im Bereich von R_min gemäß Gleichung (8) bis R_max gemäß Gleichung (9) liegt, wobei t eine vorgegebene Mindest-Dauer in Tagen ist, welche die Dünnglasrolle ohne Bruch überstehen soll. Eine gewisse Bruchwahrscheinlichkeit ist jedoch im Allgemeinen, selbst bei sehr großen Biegeradien bei Glasbändern typischerweise dennoch vorhanden. Die Parameter der Gleichungen (8) und (9) sind aber so abgestimmt, dass die Bruchquote innerhalb einer vorgegebenen Mindest-Dauer im Allgemeinen bei kleiner als 0,1 , vorzugsweise kleiner als 0,05 liegt.

Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung beeinflusst die Polymerbeschichtung der Kanten die Parameter s und <R>. Durch die erhöhte Kantenfestigkeit wird auch insgesamt der Mittelwert <R> gegenüber Proben mit nicht beschichteten Kanten erhöht. Je nach Natur der vorhandenen Defekte der Kanten kann die Varianz s gegenüber nicht beschichteten Proben ansteigen oder auch kleiner werden.

Um eine ausreichend vertrauenswürdige Statistik für eine zuverlässige Festlegung des Biegeradius im durch die Gleichungen (8) und (9) definierten Bereich zu erhalten, werden gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform mindestens zwanzig, vorzugsweise mindestens 50 Proben des Dünnglases bis zum Bruch mit einer Biegebelastung und damit mit Zugspannung belastet, um den Mittelwert <R> der Biegeradien R, und deren Varianz zu ermitteln.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf eine Kombination vorstehend beschriebener Merkmale beschränkt ist, sondern dass der Fachmann sämtliche Merkmale der Erfindung, soweit dies sinnvoll ist, beliebig kombinieren oder in Alleinstellung verwenden wird, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Andere Ausführungsformen sind möglich.

Claims

Ansprüche

1 . Glaselement umfassend ein Dünnglas mit einer Dicke kleiner 1 ,2 mm mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, beide Oberflächen werden durch zumindest zwei parallel verlaufende Kanten miteinander verbunden, und eine Polymerbeschichtung auf zumindest den zwei parallel verlaufenden Kanten, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerbeschichtung ausgewählt ist aus der Gruppe der selbstheilenden Kunststoffe und die Bruchwahrscheinlichkeit des Glaselements durch eine maximale Bruchquote kleiner gleich 10% über eine Zeit größer als 6 Monate bei einer maximalen Zugspannung von größer gleich 21 MPa gekennzeichnet ist.

2. Glaselement nach Anspruch 1 , wobei die Bruchwahrscheinlichkeit des Glaselements durch eine max. Bruchquote kleiner gleich 5%, bevorzugt kleiner gleich 3%, besonders bevorzugt kleiner gleich 1 %, am meisten bevorzugt kleiner gleich 0,5% über eine Zeit größer als 6 Monate bei einer maximalen Zugspannung von größer gleich 21 MPa gekennzeichnet ist.

3. Glaselement nach Anspruch 1 , wobei die Polymerbeschichtung im Bereich der Be- schichtung auf das Dünnglas im Oberflächenbereich eine Druckspannung im Bereich von 0 bis 1000 MPa, bevorzugt im Bereich von 10 bis 500 MPa, besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 300 MPa ausübt.

4. Glaselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polymerbeschichtung ausgewählt ist aus einem System umfassend eine Polymermatrix als reversibles Netzwerk, wobei die Polymermatrix insbesondere ein UV aushärtendes Polymer ist, bevorzugt ein 2- Komponentenpolyurethanlack.

5. Glaselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polymerbeschichtung ausgewählt ist aus einem System umfassend eine Polymermatrix und in Mikro- oder Nanokapseln eingekapselte Heilungsagentien, wobei die Polymermatrix insbesondere ein UV aushärtendes Polymer ist.

6. Glaselement nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Polymerbeschichtung weiterhin Nanopartikel, insbesondere nanoskalige anorganische Partikel und/oder Nano Composites umfasst.

7. Glaselement nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Polymerbeschichtung eine Dicke im Bereich 50 bis 500 μηι, bevorzugt 50 μηι bis 300 μηι aufweist.

8. Glaselement nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Dünnglas eine Dicke im Bereich kleiner gleich 700 μηι, bevorzugt 5 μηι bis 350 μηι, bevorzugt 1 5 μηι bis 200 μηι, besonders bevorzugt 1 5 μηι bis 1 00 μηι aufweist.

9. Glaselement nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Dünnglas an seiner ersten und zweiten Oberfläche einen quadratischen Mitten rauwert (RMS) Rq von höchstens 1 Nanometer, vorzugsweise von höchstens 0,8 Nanometer, besonders bevorzugt von höchstens 0,5 Nanometer aufweist.

1 0. Glaselement nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Dünnglas an seiner ersten und zweiten Oberfläche eine gemittelte Rautiefe R von höchstens 2 Nanometer, vorzugsweise von höchstens 1 ,5 Nanometer, besonders bevorzugt von höchstens 1 Nanometer aufweist.

1 1 . Glaselement nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Kanten des Dünnglases hergestellt sind in einem Downdraw-, einem Overflow-Fusion- oder einem Wiederzieh- prozess oder durch einen Schneidprozess, insbesondere ein mechanisches Schneiden, thermisches Schneiden, Laserschneiden, Laserritzen oder Wasserstrahlschneiden, oder durch Lochbohren mit einem Ultraschallbohrer, Sandstrahlen, chemisches Ätzen der Kante oder der Oberfläche oder Kombinationen hiervon.

1 2. Glaselement nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die erste und zweite Oberfläche des Dünnglases chemisch vorgespannt ist und die lonenaustauschschicht DoL (LD_OL) weniger als 30 μηι, die Oberflächendruckspannung CS (G_CS) zwischen 1 00 MPa und 700 MPa und die zentrale Zugspannung CT (G_CT) weniger als 1 20 MPa beträgt und die Dicke t, DoL, CS und CT die nachfolgende Beziehung erfüllen:

0.9i > CS

'DoL CT

1 3. Glaselement nach Anspruch 9, wobei das Dünnglas eine Dicke von kleiner gleich 1 00 μηι, eine CS zwischen 1 00 MPa und 600 MPa, eine DoL von weniger als 20 μηι, eine CT von weniger als 1 20 MPa oder eine Dicke von kleiner gleich 70 μηι, eine CS zwi- schen 100 MPa und 400 MPa, eine DoL von weniger als 15 μηι, eine CT von weniger als 120 MPa oder eine Dicke von kleiner gleich 50 μηι, einer CS zwischen 100 MPa und 350 MPa, eine DoL von weniger als 10 μηι und eine CT von weniger als 120 MPa oder eine Dicke von kleiner gleich 25 μηι, eine CS zwischen 100 MPa und 350 MPa, eine DoL von weniger als 5 μηι und eine CT von weniger als 120 MPa aufweist.

14. Glaselement nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Glaselement eine Schichtlage oder ein flächiges Element mit einer Größe von größer als 9 cm², bevorzugt größer als 90 cm², besonders bevorzugt größer als 1 .000 cm² ist.

15. Glaselement nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Glaselement eine Glasrolle darstellt und seine Breite größer als 5 mm ist, bevorzugt größer als 20 mm, besonders bevorzugt größer als 300 mm und am meisten bevorzugt größer als 400 mm; und die ausgerollte Länge ist größer als 1 m, bevorzugt größer als 10 m, besonders bevorzugt größer als 100 m und am meisten bevorzugt größer als 500 m beträgt.

16. Glaselement nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Glaselement einen Biegeradius von weniger als 150 mm, bevorzugt 100 mm, besonders bevorzugt von weniger als 50 mm aufweist.

17. Glaselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Glaselement unter einer Zugspannung σ_3ρρ steht, welche kleiner ist als f L

1 .1 5 -Min σ₃ - Δ₃0.4 · 1 - ln ,σ_θ - Δ_θ 0.4 · 1 - ln ref -Φ , wobei σ_α und

App App

a_e Mittelwerte der Zugspannung beim Bruch von Proben des Glaselements unter Biegebeanspruchung sind, wobei L_ref die Kantenlänge und A_ref die Fläche der Proben bezeichnen, wobei σ_α der Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche der Probe und o_e der Mittelwert der Zugspannung bei einem von der mit der Polymerbe- schichtung beschichteten Kante der Probe ausgehenden Bruch sind, und wobei Ä_e und Ä_a die Standardabweichungen der Mittelwerte o_e , beziehungsweise σ_α bezeichnen, und wobei A_app die Fläche des Glaselements und L_app die addierte Kantenlänge gegenüberliegender Kanten des Glaselements und Φ eine maximale Bruchquote von höchstens 0,1 innerhalb eines Zeitraums von mindestens einem halben Jahr sind.

18. Glaselement gemäß dem vorstehenden Anspruch, bei welchem das Glaselement unter eine Zugspannung ^Japp steht, welche kleiner ist als

0.93 -Min

19. Glaselement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in Form einer Rolle mit einem aufgerollten Dünnglasband, vorzugsweise mit einer Länge von mindestens 10 Metern und einer Dicke von vorzugsweise höchstens 200 Mikrometern, wobei der Innenradius des aufgerollten Dünnglasbands (3) im Bereich von

elwert und

die Varianz der Biegeradien beim Bruch einer Mehrzahl N von Proben aus dem gleichen Glasmaterial mit gleicher Dicke und gleich beschaffenen Glaskanten wie das Glasmaterial des Dünnglasbands sind, wobei R, die Biegeradien sind, bei welchen die Proben jeweils brechen, und t eine Mindest-Dauer in Tagen ist, welche die Dünnglasrolle ohne Bruch übersteht.

20. Verfahren zur Herstellung eines Glaselements nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:

- gegebenenfalls Schneiden oder Erzeugen von Kanten mittels eines Schneidprozesses, insbesondere ein mechanisches Schneiden, thermisches Schneiden, Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden, oder durch Lochbohren mit einem Ultraschallbohrer, Sandstrahlen, chemisches Ätzen der Kante oder der Oberfläche oder einer Kombinationen hiervon,

- Beschichten zumindest einer der Kanten und gegebenenfalls zumindest einer Oberfläche des Dünnglases mit einem selbstheilenden Kunststoff zur Herstellung eines Glaselements, - Aushärten der Kunststoffbeschichtung

- gegebenenfalls Aufrollen des Glaselements zu einer Rolle

21 . Verfahren zur Herstellung eines Glaselements nach Anspruch 20, wobei das Beschichten mittels einer Sprühbeschichtung und das Aushärten mittels einer UV- Strahlungsquelle erfolgt und die Aushärtezeit kleiner gleich 20 Sekunden, bevorzugt kleiner gleich 10 Sekunden, besonders bevorzugt kleiner gleich 5 Sekunden beträgt.

22. Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Glaselement unter eine Zugspannung G_app gesetzt wird, welche kleiner ist als

1 .1 5 -Min , wobei σ„ und

a_e Mittelwerte der Zugspannung beim Bruch von Proben des Glaselements unter Biegebeanspruchung sind, wobei L_ref die Kantenlänge und A_ref die Fläche der Proben bezeichnen, wobei σ_α der Mittelwert der Zugspannung beim Bruch in der Fläche der Probe und o_e der Mittelwert der Zugspannung bei einem von der Kante der Probe ausgehenden Bruch sind, und wobei Ä_e und Ä_a die Standardabweichungen der Mittelwerte o_e , beziehungsweise σ_α bezeichnen, und wobei A_app die Fläche des Glaselements und L_app die addierte Kantenlänge gegenüberliegender Kanten des Glaselements und Φ eine vorgegebene maximale Bruchquote innerhalb eines Zeitraums von mindestens einem halben Jahr sind.

23. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei

- mit einem Bruchtest der Mittelwert <R> der Biegeradien R, beim Bruch einer Mehrzahl N von Proben (10) unter fortschreitend größer werdender Biegebelastung, sowie die Varianz

ermittelt werden, und

- ein Dünnglasband aus dem gleichen Glasmaterial mit gleicher Dicke und gleich beschaffenen Glaskanten wie das Glasmaterial der Proben bereitgestellt, zumindest die Längskanten des Dünnglasbands mit dem selbstheilenden Kunststoff beschichtet und das Dünnglasband zu einer Rolle aufgewickelt wird, wobei der Innenradius der Rolle, welcher der Radius der innersten Lage des Dünnglasbands auf der Rolle ist, so gewählt wird, dass dieser im Bereich von R_mn = (R)^■ 0,7 + exp ^■2,3 ^■ bis

(R) - 0,053

liegt, wobei t eine vorgegebene Mindest-Dauer in Tagen ist, welche die Dünnglasrolle ohne Bruch überstehen soll.

24. Verwendung eines Glaselements nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als Element für ein Touchscreen, Display, Mobiltelefon, Fernseher, Spiegel, Fenster, Flugzeugfenster oder für eine Möbel- und Haushaltsgeräteanwendung, wobei die Polymerbeschichtung auf zumindest den zwei parallel verlaufenden Kanten () des Glaselements aufgetragen ist und die Bruchwahrscheinlichkeit des Glaselements durch eine max. Bruchquote kleiner gleich 10% über eine Zeit größer als 6 Monate bei einer maximalen Zugspannung von 21 MPa gekennzeichnet ist.

25. Rolle mit einem aufgerollten Glaselement nach einem der Ansprüche 1 bis 18.