專利名稱：有受保護(hù)邊緣的玻璃板、邊緣保護(hù)器及用保護(hù)器之玻璃板的制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及玻璃板成形后操作。更具體地，本發(fā)明涉及用于防護(hù)玻璃板邊 緣的方法和設(shè)備。本發(fā)明特別涉及改善玻璃板切割而成的邊緣的強(qiáng)度并取代傳統(tǒng)的高成本 邊緣精加工(finishing)工藝和設(shè)備。本發(fā)明可以例如用于改善IXD玻璃基材的玻璃邊緣品質(zhì)。
背景技術(shù)：
各種應(yīng)用要求高質(zhì)量大尺寸的玻璃板。這種例子包括液晶顯示器(IXD)、其它類型 的平板顯示器(例如等離子體顯示器、場(chǎng)致發(fā)射顯示器、有機(jī)發(fā)光聚合物顯示器)、以及光 伏板。熔融拉制法是少數(shù)幾種能夠無需高成本的成形后表面精處理如精研(lapping)和拋 光即可產(chǎn)生玻璃板的工藝之一。熔融拉制法在美國(guó)專利US3682609(下稱“609專利”)和 3338696 (下稱“696專利”)中有描述。熔融拉制法通常涉及將熔融玻璃送入槽中并使熔融 玻璃以受控方式從槽的邊上溢流而下。從槽的邊上分流而下的熔融玻璃分流在槽的根部匯 聚成單個(gè)熔融玻璃流，拉制成連續(xù)的玻璃板。連續(xù)的玻璃板在熔融拉制機(jī)的底部分割成不 連續(xù)的片。該工藝的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于玻璃板的表面不接觸槽或其它成形設(shè)備的側(cè)邊，因 此是原始(pristine)的(參見696專利的第一欄第45-50行)。該工藝的另一個(gè)好處在于 所拉制的玻璃板厚度均勻(參見609專利)。成形后操作包括將玻璃板切割成所需的形狀和尺寸。切割通常是通過機(jī)械刻劃。 切割而成的方形玻璃板邊緣容易碎裂，且沖擊強(qiáng)度低。由于玻璃的性質(zhì)使然，玻璃板邊緣處 的小裂紋可以從玻璃板上擴(kuò)展開來，使玻璃板喪失用途。避免損壞切割的玻璃板的傳統(tǒng)方 式是通過研磨和/或拋光對(duì)切割而成的玻璃板邊緣進(jìn)行精加工。除了費(fèi)用高之外，該方式 往往產(chǎn)生微米級(jí)的玻璃顆粒，這些顆粒會(huì)污損玻璃板的質(zhì)量表面。要求質(zhì)量表面要有高潔 凈度并且無刮痕。在精加工工藝結(jié)束后需要進(jìn)行大量的清洗和干燥來清潔和洗掉所產(chǎn)生的 顆粒。在某些情況下，一些顆?？赡懿豢赡娴卣掣皆跐崈舻牟ＡП砻嫔?，使得玻璃板在許多 應(yīng)用中喪失用途。激光刻劃可以得到優(yōu)于機(jī)械刻劃的切割邊緣。然而切割而成的方形的邊緣，即使 是通過激光刻劃產(chǎn)生的，通常也不具備在下游玻璃運(yùn)送和加工步驟中避免損壞玻璃板所必 須的沖擊強(qiáng)度。關(guān)鍵問題是在無需后續(xù)精加工過程如研磨、拋光及洗滌的情況下提供高強(qiáng) 度邊緣。專利申請(qǐng)US2005/0090189(布朗等)描述了一種可拆卸研磨罩(shroud)，其可用 于保護(hù)玻璃板的表面在對(duì)玻璃板的切割邊緣進(jìn)行研磨處理過程中不受產(chǎn)生的顆粒的影響。 完成研磨過程后，研磨罩即從玻璃板上拆除，并且在對(duì)玻璃板邊緣進(jìn)行拋光時(shí)不使用該研 磨罩。邊緣精加工過程成本高，而且即使采用研磨罩技術(shù)，也難以對(duì)玻璃板進(jìn)行精加工而不 把顆粒沉積在玻璃表面上。

發(fā)明內(nèi)容
這里揭示本發(fā)明的若干方面。應(yīng)當(dāng)理解，這些方面可以彼此重疊，也可以不重疊。 如此，一個(gè)方面的某個(gè)部分可以落入另一個(gè)方面的范圍，反之亦然。除非在上下文中有相反 指示，有差異的各個(gè)方面應(yīng)當(dāng)視作在范圍上彼此重疊。每個(gè)方面用諸多實(shí)施方式來說明，而實(shí)施方式進(jìn)而可以包括一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施 方式。應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施方式可以彼此重疊，也可以不重疊。如此，一個(gè)實(shí)施方式或其具 體實(shí)施方式的某個(gè)部分可以落入或不落入另一個(gè)實(shí)施方式或其具體實(shí)施方式
的范圍，反之 亦然。除非在上下文中有相反指示，有差異的各個(gè)實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)視作在范圍上彼此重疊。本發(fā)明的第一方面涉及玻璃板組合件。玻璃板組合件包括有邊緣表面的玻璃板。 玻璃板組合件還包括成形纖維，其第一表面接合于該玻璃板的邊緣表面，而其凸起的第二 表面不與該邊緣表面接合，以承受負(fù)載。在第一方面的第一實(shí)施方式中，該第一表面和該邊緣表面基本是平的。在第一方面的第二實(shí)施方式中，該成形纖維的寬度與該邊緣表面的寬度之比在 0.8到1.2的范圍內(nèi)。在第一方面的第三實(shí)施方式中，成形纖維由玻璃材料制成。在第一方面的第四實(shí)施方式中，玻璃板的邊緣表面在與成形纖維接合時(shí)具有第一 沖擊強(qiáng)度ISl ；玻璃板組合件具有第二沖擊強(qiáng)度IS2 ；且ISl最多是IS2的一半。在第一方面的第五實(shí)施方式中，邊緣表面是切割而成的，未經(jīng)進(jìn)一步研磨和拋光。在第一方面的第六實(shí)施方式中，若經(jīng)圓化和研磨處理，則邊緣表面具有第一靜態(tài) 接觸強(qiáng)度SCl ；玻璃板組合件具有第二靜態(tài)接觸強(qiáng)度SC2 ；且SC2 ^ SCl。在特定具體實(shí)施 方式中，邊緣表面是切割而成的，未經(jīng)進(jìn)一步研磨和拋光。在第一方面的第七實(shí)施方式中，成形纖維和玻璃板在0-300°C的溫度范圍內(nèi)其熱 膨脹系數(shù)大致相同。在第一方面的第八實(shí)施方式中，將成形纖維接合于邊緣表面的粘合材料選自(i) 玻璃料；(ii)有機(jī)粘合劑；和(iii)前述⑴和( )的組合。在第一方面的第九實(shí)施方式中，成形纖維基本圍繞玻璃板的所有邊緣表面。在第一方面的第十實(shí)施方式中，玻璃板經(jīng)圓化后的角受成形纖維保護(hù)。在第一方面的第十一實(shí)施方式中，成形纖維是玻璃纖維，且玻璃纖維的表面摻雜 有鈦。在第一方面的第十二實(shí)施方式中，成形纖維的表面是經(jīng)離子交換處理的表面。在第一方面的第十三實(shí)施方式中，成形纖維包含有機(jī)聚合物，在特定具體實(shí)施方 式中主要由有機(jī)聚合物組成，在其它特定具體實(shí)施方式
中，由有機(jī)聚合物組成。本發(fā)明的第二方面涉及一種保護(hù)其邊緣表面需得到保護(hù)的玻璃板的方法。該方法 包括(1)提供一種成形纖維，其具有可接合于該邊緣表面的第一表面和凸起的第二表面； (II)將成形纖維的第一表面定位使之與所述玻璃板的邊緣表面呈相對(duì)關(guān)系；以及(III)將 成形纖維的第一表面與玻璃板的邊緣表面接合。在第二方面的第一實(shí)施方式中，在步驟(I)中，纖維的第一表面基本是平的。在第二方面的第二實(shí)施方式中，在步驟(I)中，成形纖維的第一表面包括保護(hù)涂 層，而且在步驟(III)之前該保護(hù)涂層被去除。
在第二方面的第三實(shí)施方式中，步驟(I)包括(Ia)提供具有D形橫截面的預(yù)制件 以及(Ic)將該D形預(yù)制件拉制成具有大致D形橫截面的纖維。在第二方面的第四實(shí)施方式中，在步驟(Ia)中，預(yù)制件是由無機(jī)玻璃材料制備 的。在第二方面的第五實(shí)施方式中，步驟(I)在步驟(Ic)之后還包括使D形纖維進(jìn)行 離子交換處理。在第二方面的第六實(shí)施方式中，步驟(I)在步驟(Ia)和(Ic)之間還包括使D形 纖維預(yù)制件進(jìn)行鈦摻雜。從實(shí)施方式的描述和權(quán)利要求很容易了解本發(fā)明的其他特征。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式具有以下優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多 個(gè)第一，接合于玻璃板邊緣表面的纖維可以向玻璃板的邊緣表面提供優(yōu)異保護(hù)。理 論模擬表明，特定玻璃板邊緣保護(hù)器提供與完美成形的圓邊同樣的邊緣強(qiáng)度性能，這比當(dāng) 前的研磨圓邊高得多。第二，在玻璃板邊緣表面使用成形纖維與其它的傳統(tǒng)邊緣精加工技術(shù)相比成本效 益更高可以減少或消除附加的邊緣制備過程，比如研磨和拋光。若用玻璃材料制作，則成 形纖維可以使用現(xiàn)有纖維生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行相對(duì)低成本的規(guī)?；a(chǎn)。洗滌和干燥工位可以取 消或者顯著簡(jiǎn)化。第三，減少和/或取消邊緣研磨和/或拋光解決了由于研磨和拋光而產(chǎn)生的玻璃 顆粒并粘附于玻璃板表面的問題。因研磨而產(chǎn)生的玻璃顆?？赡芄蝹ＡП砻?，造成在即 將沉積在表面上的薄膜產(chǎn)生瑕疵，因此要求進(jìn)行嚴(yán)格且徹底的清潔。最后但并非最不重要的，纖維邊緣保護(hù)可以非常容易地實(shí)現(xiàn)。成形纖維可以通過 粘合材料固定于玻璃板邊緣。將成形纖維接合于玻璃板的邊緣可以采用相對(duì)簡(jiǎn)單的裝備實(shí) 現(xiàn)，因而不需要額外的高資金設(shè)備的投資。纖維所提供的保護(hù)降低了對(duì)玻璃板的邊緣質(zhì)量要求。玻璃板無需為了得益于玻璃 板邊緣保護(hù)器而必須具備完美精加工的邊緣。成形纖維與玻璃板邊緣之間的粘合材料可以 充填玻璃板邊緣中的不規(guī)則間隙，在成形纖維與玻璃板邊緣之間形成高接合強(qiáng)度的薄層。在以下的詳細(xì)描述中提出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì) 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言由所述內(nèi)容而容易理解，并通過示出的描述和其權(quán)利要求書以及附 圖中所述實(shí)施本發(fā)明而被認(rèn)可。應(yīng)理解前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都只是對(duì)本發(fā)明的示例，用來提供理 解本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或結(jié)構(gòu)。包括的附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說 明書的一部分。附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是受保護(hù)玻璃板第一實(shí)施例的示意圖。圖2是圖1所示受保護(hù)的玻璃板沿2-2線的橫截面。圖3是受保護(hù)玻璃板第二實(shí)施例的示意圖。圖4A示出保護(hù)纖維第一實(shí)施例的橫截面。
圖4B示出保護(hù)纖維第二實(shí)施例的橫截面。圖4C示出保護(hù)纖維第三實(shí)施例的橫截面。圖4D示出保護(hù)纖維第四實(shí)施例的橫截面。圖4E示出保護(hù)纖維第五實(shí)施例的橫截面。圖4F示出保護(hù)纖維第六實(shí)施例的橫截面。圖4G示出保護(hù)纖維第七實(shí)施例的橫截面。圖5A說明在玻璃板邊緣設(shè)置保護(hù)纖維的方法的第一實(shí)施例。圖5B示出依據(jù)圖5A中的第一實(shí)施例在保護(hù)纖維與玻璃板邊緣之間沉積的粘合 劑。圖5C說明在玻璃板邊緣上安裝保護(hù)纖維的方法的第二實(shí)施例。圖5D示出依據(jù)圖5C中的第二實(shí)施例在保護(hù)纖維與玻璃板邊緣之間沉積粘合劑。FIG.圖6A說明在玻璃板邊緣上安裝保護(hù)纖維的方法的第三實(shí)施例。圖6B說明在玻璃板邊緣上安裝保護(hù)纖維的方法的第四實(shí)施例。圖7A示出一種用于應(yīng)力分析的圓化邊緣的玻璃板模型。圖7B示出一種用于應(yīng)力分析的受保護(hù)玻璃板模型。圖8A示出對(duì)圖7A模型的應(yīng)力分布。圖8B示出對(duì)圖7B模型的應(yīng)力分布。圖9A示出靠近圖7B模型的角落處的應(yīng)力分布。圖9B示出圖7B模型的環(huán)氧層的應(yīng)力分布。
具體實(shí)施例方式除非另有說明，本說明書和權(quán)利要求書所用的所有數(shù)值，例如成分的重量百分?jǐn)?shù)、 尺寸和某些物理特性的值應(yīng)理解為在所有情況下均被術(shù)語(yǔ)“約”修飾。也應(yīng)理解，本發(fā)明說 明書和權(quán)利要求書所用的精確數(shù)值構(gòu)成本發(fā)明的附加實(shí)施方式。已盡力保證實(shí)施例所揭示 數(shù)值的準(zhǔn)確度。然而，任何測(cè)定的數(shù)值必然含有見于各種測(cè)定技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差所造成的某
些誤差。本發(fā)明說明書和權(quán)利要求書所用的不定冠詞“一個(gè)”或“一種”指“至少一個(gè)”，不 應(yīng)被局限為“僅一個(gè)”，除非明文做出相反指示。因此，例如，“纖維”包括具有兩個(gè)或更多個(gè) 此類“纖維”的實(shí)施方式，除非上下文中另有指示。本發(fā)明可以應(yīng)用于用各種成形技術(shù)生產(chǎn)的玻璃板，諸如熔融拉制法、狹縫拉制法、 浮法成形技術(shù)等。切割而成的玻璃板邊緣可能具有幾何結(jié)構(gòu)不連續(xù)性，例如裂紋、尖角、橫截面積的 變化，這些成為沿玻璃板邊緣的應(yīng)力集中因素。即，施加于玻璃板邊緣的力將集中在這些不 連續(xù)性點(diǎn)上，局部提升在這些不連續(xù)性點(diǎn)上的應(yīng)力。當(dāng)這些幾何結(jié)構(gòu)不連續(xù)性點(diǎn)中任何一 個(gè)上的應(yīng)力超過玻璃的理論內(nèi)聚強(qiáng)度時(shí)，玻璃板即可能遭到破壞?？赡馨l(fā)生的破壞的一個(gè) 例子是裂紋在玻璃板上的擴(kuò)展。除此之外，不論是用傳統(tǒng)的機(jī)械刻劃還是激光刻劃，切割而 成的邊緣通常是方形的，其沖擊強(qiáng)度低。邊緣沖擊誘發(fā)的破壞是玻璃板在輸運(yùn)過程中斷裂 的另一個(gè)主要原因。為了預(yù)防對(duì)玻璃板的潛在破壞，在玻璃板邊緣上安置邊緣保護(hù)器。邊 緣保護(hù)器攔截取指向玻璃板的任何作用力并將該作用力分布在相對(duì)于幾何結(jié)構(gòu)不連續(xù)性點(diǎn)的面積而言較大的面積內(nèi)。其結(jié)果是，減少幾何結(jié)構(gòu)不連續(xù)性所受的力以及所產(chǎn)生的應(yīng) 力。此外，設(shè)計(jì)過的邊緣保護(hù)性纖維由于其圓(凸起)的形狀以及最小表面瑕疵而可以提 供顯著升高的沖擊強(qiáng)度。當(dāng)測(cè)定要保護(hù)的玻璃和受保護(hù)玻璃板組合件的沖擊強(qiáng)度時(shí)，向邊緣表面施加預(yù)定 的沖擊力矩(在數(shù)量和方向兩方面)。測(cè)試件能承受刺激不發(fā)生斷裂的百分比可用作沖擊 強(qiáng)度的指標(biāo)IS。玻璃板在與保護(hù)纖維接合之前具有沖擊強(qiáng)度IS1，在纖維與玻璃板之間接 合后的玻璃板組合件具有沖擊強(qiáng)度IS2。依據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施方式，IS2 > 2 · ISl0因 而，對(duì)IS2 ^ 2 *IS1情況，當(dāng)受到相同的沖擊力矩時(shí)，如果未受保護(hù)的玻璃板完好率是X，則 受保護(hù)玻璃板的完好率至少是2x。在特定的其它實(shí)施方式中，IS2 > 2. 5 · ISl ；在特定的 其它實(shí)施方式中，IS2 ^ 3.0 · IS1，在特定的其它實(shí)施方式中，IS2 ^ 4 · ISl0四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)通常用來測(cè)定玻璃板或受保護(hù)玻璃板組合件的靜態(tài)接觸強(qiáng)度。如果 邊緣表面經(jīng)研磨并圓化處理但不接合保護(hù)纖維，則玻璃板的靜態(tài)接觸強(qiáng)度是SCl。受保護(hù)玻 璃板組合件的邊緣表面接合上保護(hù)纖維，具有靜態(tài)接觸強(qiáng)度SC2。甚至對(duì)于受護(hù)玻璃板組合 件包括在切割時(shí)受保護(hù)邊緣表面的玻璃板(即未經(jīng)進(jìn)一步研磨和圓化)的本發(fā)明實(shí)施方式 而言，SC2彡SCl也成立。因而，接合的保護(hù)纖維提供至少與邊緣研磨和圓化處理同樣的靜 態(tài)接觸強(qiáng)度提高。下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。附圖中的附圖標(biāo)記具有 以下含義100 玻璃板組合件；102 邊緣保護(hù)器，成形纖維；103 玻璃板的上表面；104 玻 璃板的邊緣表面；105 玻璃板的下表面；106 :玻璃板；108 保護(hù)纖維的接合表面；110 保 護(hù)纖維的凸起表面；112 纖維橫截面的角；114 纖維橫截面的角；116 粘合材料；120 保 護(hù)涂層；122、124 機(jī)械式去除器；127 彈簧；128 噴嘴；130 紫外光源；132 對(duì)準(zhǔn)定位器； 134 :V形凹槽；136 通道(channel) ；138 壁；140 加熱元件；150 圓邊玻璃板模型；152 受保護(hù)玻璃板模型。圖1顯示玻璃板組合件100，為了改善邊緣表面104的接觸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，有多 個(gè)邊緣保護(hù)器102接合在玻璃板106的邊緣表面104上。圖2顯示，玻璃板106的邊緣表 面104是垂直于玻璃板106的上表面103和下表面105的玻璃板106的側(cè)表面，其寬度等 于玻璃板106的寬度T。邊緣表面104可以是切割形成的表面，即在玻璃板106切割后未 經(jīng)精加工的表面，通常是平的、方形的?；蛘撸吘壉砻?04可以經(jīng)過精加工過程。然而，邊 緣保護(hù)器102的使用能夠省略邊緣表面104的精加工同時(shí)又實(shí)現(xiàn)沖擊強(qiáng)度的改善。在圖1 所示的實(shí)施例中，有四個(gè)邊緣保護(hù)器102接合在玻璃板106的四個(gè)邊緣表面104上。邊緣 保護(hù)器102提高了其所接合的邊緣表面104的沖擊強(qiáng)度(將切割而成的邊緣表面104的沖 擊強(qiáng)度作為基準(zhǔn))?？梢允褂昧硗獾幕蜉^少的邊緣保護(hù)器102來保護(hù)玻璃板106的邊緣表 面104。圖3顯示了其中有單個(gè)邊緣保護(hù)器102接合于玻璃板106的邊緣104以便提高玻 璃板106的邊緣表面104的沖擊強(qiáng)度的實(shí)施例。在圖3所示的實(shí)施例中，邊緣表面104是 一個(gè)連續(xù)表面，這使得使用單個(gè)邊緣保護(hù)器102成為可能。邊緣保護(hù)器102的使用不局限 于如圖1所示的長(zhǎng)方形玻璃板，也不局限于如圖3所示具有圓化角的長(zhǎng)方形。可以將各邊 緣保護(hù)器102制成具有充分撓性以便接合到線性輪廓、曲面輪廓、或線性與曲面輪廓組合 的邊緣表面上。
回到圖1，并不強(qiáng)制把邊緣保護(hù)器102接合到玻璃板106的所有邊緣表面104上。 例如，有可能將邊緣保護(hù)器102接合到玻璃板106上所選擇數(shù)量的邊緣表面104，同時(shí)將其 余邊緣表面104或者進(jìn)行精加工或者保持原切割狀態(tài)。然而，為了完整獲益于本發(fā)明，較好 的做法是玻璃板106的所有邊緣表面104都用一個(gè)或多個(gè)邊緣保護(hù)器102保護(hù)起來。在玻 璃板106進(jìn)行進(jìn)一步的制造步驟時(shí)，諸如在制作LCD面板時(shí)在玻璃表面沉積薄膜，或者進(jìn)行 其它輸運(yùn)步驟時(shí)，邊緣保護(hù)器102可以保持接合于玻璃板106的邊緣表面104上。當(dāng)不再 需要邊緣保護(hù)時(shí)，邊緣保護(hù)器102可以使用任意適當(dāng)方法從玻璃板106上去除。例如，玻璃 板106可以在非常接近邊緣表面104的地方進(jìn)行修整，切除邊緣保護(hù)器102。也有可能去除 邊緣保護(hù)器102與玻璃板106之間的粘合材料。然而，必須小心謹(jǐn)慎以防損壞玻璃板106。 或者，如果邊緣保護(hù)器102不會(huì)干擾玻璃產(chǎn)品的最后觀感，即使不再需要邊緣保護(hù)，邊緣保 護(hù)器102仍可以原位保留。各邊緣保護(hù)器102可是成形纖維。成形纖維包括但不限于傳統(tǒng)的有芯纖維。然而， 在特定實(shí)施方式中需要使用無芯的實(shí)心纖維。從圖2可以更清楚地看到，成形纖維102有 用于接合到玻璃板106的邊緣表面104上的接合表面108以及用于接收沖擊負(fù)載并擴(kuò)散導(dǎo) 向玻璃板106邊緣表面104的負(fù)載表面110。在處于接合位置時(shí)，接合表面108沿玻璃板 106的邊緣表面104展開，而負(fù)載表面110沿離開接合表面108向外且離開玻璃板106的邊 緣表面104向外的方向延伸。采用這一構(gòu)造，負(fù)載表面110將截取導(dǎo)向玻璃板106邊緣表 面104的任何沖擊負(fù)載。接合表面108的形狀可以加以選擇，與成形纖維102將要貼附于 其上的玻璃板106邊緣表面104的形狀相匹配。接合表面108通常是個(gè)平面，因邊緣表面 104通常是平的。接合表面108可以是平滑的或者是有紋理的。負(fù)載表面110可以描述為 一個(gè)凸面。用“凸面”一詞來描述所有沿離開接合表面108向外的方向延伸的表面。如以 下參照?qǐng)D4A-4F所示，“凸面”可以是圓的也可以不是圓的(在有關(guān)凸面時(shí)用“圓”的含義是 該凸面系球面、橢圓面、拋物線面、或其它類似形狀表面的一部分)。與接合表面108的情況 一樣，負(fù)載表面110可以是平滑的或是有紋理的。成形纖維102的橫截面形狀可以進(jìn)一步 描述為大致“D”形或者更廣義地說系非對(duì)稱性的。成形纖維102的橫截面形狀通常是使得 負(fù)載表面110的表面積大于接合表面108的表面積。符合以上描述的成形纖維102橫截面形狀的非限制性例子示于圖4A-4F。如圖 4A-4F所示，負(fù)載表面或凸表面110可以是由單一表面組成，如圖4F所示，或者是連接在一 起的表面的組合，如圖4A-4E所示。表面的組合可以包括當(dāng)連接起來形成上述凸面的平面 和/或曲面。當(dāng)負(fù)載表面或凸表面110包括連接在一起的表面的組合時(shí)(圖4A-4E)，鄰接 表面之間的角112經(jīng)圓化處理以便避免在負(fù)載表面或凸面110中產(chǎn)生應(yīng)力集中因素。負(fù) 載表面或凸面110與接合表面108之間的角114可以是圓化的(圖4E和4F)或尖角(圖 4A-4D)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4A解釋選擇成形纖維102的高度和寬度時(shí)的考率因素。在圖4A中， 標(biāo)明了成形纖維102的高度H和寬度W。寬度W是沿接合表面108測(cè)量的，而高度H是在垂 直于接合標(biāo)明108的方向上測(cè)量的。寬度W由W = fxT得到，其中f是一個(gè)在0. 8至1. 2 范圍內(nèi)的因子，而T(圖2)是玻璃板的厚度(例如圖2中的106)，同時(shí)也是邊緣表面(例如 圖2中的104)的寬度。高度H大于0. 3xW但小于3xW。在一些實(shí)施例中，成形纖維102是 相對(duì)撓性的，所以可以繞在卷軸上。這種撓性可以通過使成形纖維102的高度非常小來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，可以繞在卷軸上的成形纖維的高度H小于500微米。在一些實(shí)施例 中，可以繞在卷軸上的成形纖維的高度H小于400微米。在一些實(shí)施例中，可以繞在卷軸上 的成形纖維的高度H小于300微米。一般而言，高度H越小，成形纖維102的撓性越大。然 而，成形纖維102的撓性應(yīng)當(dāng)與成形纖維102的強(qiáng)度相平衡。可以繞在卷軸上的成形纖維 102簡(jiǎn)化了將成形纖維102接合到玻璃板(圖2中的106)上去的任務(wù)，并節(jié)省貯存空間?；氐綀D2，成形纖維102可以用具有或者加工后具有類似于玻璃板106的機(jī)械性 能的材料制作，所述機(jī)械性能例如熱膨脹系數(shù)和高溫強(qiáng)度。成形纖維102可以由有機(jī)或無 機(jī)材料制作。在一些實(shí)施例中，成形纖維102的材料可以選自玻璃、高強(qiáng)度聚合物、塑料、 金屬、及復(fù)合材料。在一些實(shí)施例中，成形纖維102和玻璃板106在0-300°C的溫度范圍內(nèi) 其熱膨脹系數(shù)(CTE)大致相同。所謂“大致相同的CTE”是指成形纖維102與玻璃板106 的材料之間的CTE差小于玻璃板在0-300°C溫度范圍內(nèi)CTE的20%。在特定實(shí)施方式中， 成形纖維102與玻璃板106的材料之間的CTE差小于玻璃板在0-300°C溫度范圍內(nèi)CTE的 10%。在特定實(shí)施方式中，成形纖維102與玻璃板106的材料之間的CTE差小于玻璃板在 0-300°C溫度范圍內(nèi)CTE的5%。在特定實(shí)施方式中，成形纖維102與玻璃板106的材料之 間的CTE差小于玻璃板在0-300°C溫度范圍內(nèi)CTE的2%。各成形纖維102通過粘合材料 116固定到玻璃板106的邊緣表面104上?？梢允褂貌煌愋偷恼澈喜牧显诔尚卫w維102 與玻璃板106之間形成高強(qiáng)接合，所用的粘合材料的類型通常取決于成形纖維102和玻璃 板106的材料。在一些實(shí)施例中，可用的粘合材料是快速固化的。在一些實(shí)施例中，可用的 粘合材料在高溫，例如最高達(dá)400°C時(shí)具有耐久性。在一些實(shí)施例中，可用的粘合材料在固 化前其粘度低，例如低于1000厘泊。在一些實(shí)施例中，該低粘度低于500厘泊。在一些實(shí) 施例中，該低粘度低于10厘泊。在一些實(shí)施例中，該低粘度低于5厘泊。粘合材料116可 以選自玻璃料、有機(jī)粘合劑、或玻璃料與有機(jī)粘合劑的組合。在一些實(shí)施例中，粘合材料116 能夠承受玻璃板106的后續(xù)加工條件。合適的粘合材料的例子是無需添加溶劑為透明的可 紫外線(UV)固化的環(huán)氧樹脂。當(dāng)暴露于紫外線時(shí)，可紫外線固化環(huán)氧樹脂凝膠在幾秒鐘內(nèi) 即可固化，產(chǎn)生強(qiáng)韌的有彈性的接合。高溫粘合材料的商品例子包括ResbondTM940快速固 化粘合劑和Durabond 金屬?gòu)?fù)合物，能夠在650°C發(fā)揮作用。這些環(huán)氧樹脂粘合材料可以 在室溫或升高溫度下固化。為縮短固化時(shí)間，粘合材料可以加熱到例如80°C至200°C的溫 度范圍。加熱可以用任何合適的熱源完成，例如工作波長(zhǎng)在粘合材料吸收范圍內(nèi)的高功率 激光束。對(duì)粘合材料加熱還會(huì)降低粘合材料的粘度。低粘度的粘合材料使得能在成形纖維 102與玻璃板106邊緣表面104之間實(shí)現(xiàn)薄層粘合材料116。如果成形纖維102是用玻璃 材料構(gòu)成的，可以用玻璃料薄層作為粘合材料116?？梢詫?duì)玻璃料加以設(shè)計(jì)以便在高達(dá)數(shù)百 度的高溫下發(fā)揮作用而不發(fā)生性能退化。在一些實(shí)施例中，玻璃料包含一種或多種選自下 組的吸收離子鐵、銅、釩、釹。玻璃料還可用填料摻雜，例如轉(zhuǎn)化填料(inversion filler) 或添加劑填料，填料降低玻璃料的熱膨脹系數(shù)以匹配或基本上匹配玻璃板106及成形纖維 102的熱膨脹系數(shù)。幾種示例性玻璃料的組成描述于美國(guó)專利US6998776 (Aitken等，2006 年)和 7407423 (Aitken 等，2008 年)?？梢郧懈畛筛鞣N長(zhǎng)度以便用作邊緣保護(hù)器102的成形纖維可以用各種工藝制作。 在一個(gè)實(shí)施例中，成形纖維是用纖維拉制法制作的玻璃纖維。在該工藝中，將玻璃預(yù)制件或 玻璃件研磨成成形預(yù)制件，預(yù)制件的形狀就像成形纖維上述的形狀。成形預(yù)制件可以具有的橫截面的具體例子示于圖4A-4F。然后，采用傳統(tǒng)纖維拉制工藝將成形預(yù)制件拉制成纖 維。在拉制過程中，控制溫度和拉制速度以最低限度地降低表面張力，從而使纖維的形狀保 持與起始成形預(yù)制件的形狀相同或相似。成形纖維可以涂上一薄層保護(hù)涂料，以針對(duì)環(huán)境 污染及機(jī)械疲勞對(duì)纖維提供保護(hù)。為說明之目的，圖4G顯示的是帶有保護(hù)涂層120的圖4F 所示成形纖維。涂層的厚度可以在20-100微米的范圍內(nèi)。涂層材料可以選自聚合物、硅樹 脂、以及其它在紫外線輻照下可以快速固化的材料。涂層可以選擇為一種能夠用機(jī)械式去 除器或化學(xué)溶劑去除的涂層。成形纖維還可以用擠出法制備。用來擠出成形纖維的機(jī)器類似于注塑機(jī)。將原材 料熔融后迫使其通過型模制成長(zhǎng)纖維。型模的形狀決定纖維的形狀。將纖維從型模擠出后， 迅即冷卻成固態(tài)形狀。長(zhǎng)纖維可以繞在卷軸上貯存或者切割成件并堆疊在一起。與上述工 藝不同，擠出法不需要首先制作成形預(yù)制件，由此降低纖維制造成本。用該方法制成的纖維 也可以涂上如上所述的薄層保護(hù)涂料(示于圖4G)。成形纖維還可以用坩堝法制作。在坩堝法中，原材料裝填到在底部有噴嘴的可以 加熱的坩堝中。將原材料高溫熔融，變成液體并流過噴嘴，在離開噴嘴時(shí)即迅速冷卻形成纖 維。噴嘴的橫截面形狀決定纖維的形狀。用該方法制成的纖維也可以涂上如上所述的薄層 保護(hù)涂料(示于圖4G)。如上所述制造的成形纖維的強(qiáng)度可以通過各種強(qiáng)化技術(shù)加以提高。例如，可以在 成形纖維的表面上沉積二氧化鈦摻雜的石英玻璃薄層(或者成形纖維可以摻雜鈦)以提供 優(yōu)異的抗疲勞性。例如，美國(guó)專利US6487879 (Blackwell等，2002年)描述了一種在表面上 沉積二氧化鈦摻雜的石英玻璃作為載體的方法。在制成成形纖維的纖維拉制方法中，預(yù)制 件或拉制的纖維可以摻雜鈦。成形玻璃纖維可以通過離子交換以化學(xué)方式加以強(qiáng)化。例如，美國(guó)專利 US5674790 (Araujo，1997年)描述了通過離子交換的化學(xué)增強(qiáng)法。通常，玻璃纖維結(jié)構(gòu)中存 在的可以交換諸如K+等較大堿金屬離子的諸如Li+和Na+等較小堿金屬離子可以使玻璃纖 維組成適合進(jìn)行通過離子交換的化學(xué)強(qiáng)化處理。離子交換過程通常發(fā)生在不超過玻璃的轉(zhuǎn) 變溫度的高溫范圍內(nèi)。將玻璃纖維浸入包含堿金屬鹽的熔浴中，其中堿金屬的離子半徑大 于玻璃中所包含的堿金屬離子的離子半徑。玻璃中較小的堿金屬離子交換了較大的堿金屬 離子。例如，可以將含Na+的玻璃板浸在硝酸鉀(KNO3)熔浴中。熔浴中的較大K+將置換玻 璃中的較小Na+。在原先由Na+占據(jù)的位點(diǎn)上出現(xiàn)大的鉀離子，在玻璃表面上或近表面處形 成了壓縮應(yīng)力。玻璃纖維在離子交換之后進(jìn)行冷卻。玻璃中離子交換的深度受玻璃纖維組 成控制。當(dāng)正確地實(shí)施強(qiáng)化技術(shù)之后，可以形成抗刮擦纖維或纖維表面。提高成形纖維強(qiáng)度的另一種方式是如上所述地在纖維上涂上保護(hù)材料。保護(hù)材料 在纖維運(yùn)輸或卷繞時(shí)保護(hù)纖維。一旦纖維附著到玻璃板的邊緣上，涂層即完成其使命，所以 可以從纖維上除去。為此原因，該涂層可以是一種能用常規(guī)機(jī)械方法從纖維上除去的，比如 燒掉或者用機(jī)械工具，或者溶解在化學(xué)溶劑中。在將纖維應(yīng)用到玻璃板邊緣之前或同時(shí)可 以將涂層去除。圖5A說明了一種從頂部將成形纖維102定位到玻璃板106的邊緣表面104上的 方法。成形纖維102可以從卷軸(未示出)上展開來。在本實(shí)施例中，成形纖維102有一 層保護(hù)涂層120。保護(hù)涂層120可以在成形纖維102安裝到玻璃板106的邊緣表面104上時(shí)除去。可以使用不會(huì)擦傷纖維表面但能除去軟涂層的機(jī)械式涂層去除器122、124。在圖 5B中，粘合材料116通過噴嘴128沉積到玻璃板邊緣表面104，噴嘴128的開口稍小于玻璃 板106的厚度，并沿玻璃板106的邊緣表面104運(yùn)動(dòng)。在成形纖維102之上的機(jī)械式涂層 去除器122用作為位置保持器，將成形纖維102保持與玻璃板邊緣表面104對(duì)齊并向成形 纖維102施加作用力，使成形纖維102與玻璃板106的邊緣表面104良好接觸?？梢杂妙?似的步驟將成形纖維從底部定位在玻璃板106的邊緣表面104上，如圖5C和5D所示。在 圖5C和5D的方法中，粘合材料116沉積在纖維102上而不是玻璃板102的邊緣表面104 上。帶有粘合材料116的纖維102隨后與玻璃板106的邊緣表面104相接觸。一旦成形纖維102、粘合材料116及邊緣表面104正確定位，即可執(zhí)行其它工藝以 保證在成形纖維102與玻璃板106的邊緣表面104之間形成高強(qiáng)度接合。例如，如果粘合 材料116是可紫外線固化的環(huán)氧樹脂，可以用紫外光源130 (圖5B和5D)將粘合材料固化。 或者，如果粘合材料是熱活化粘合材料，紫外光源130即可用合適的加熱源替換，施加必要 的熱量以活化粘合材料。如果粘合材料是玻璃料，玻璃料可以用輻照源熔化，例如激光器或 紅外燈，熔化的方式是使玻璃料在玻璃板106的邊緣表面104與成形纖維102之間形成強(qiáng) 密封層。這些附加的接合過程可以發(fā)生于將各段成形纖維102和粘合材料116定位在玻璃 板106的玻璃表面104上時(shí)。噴嘴128、機(jī)械式去除器(圖5A中的122、124)及紫外光源 130 (視情況也可以是熱源或輻照源)可以安置于臺(tái)架(未示出)上并沿玻璃板106的邊緣 表面104運(yùn)動(dòng)，從而使成形纖維102與玻璃板106邊緣表面104的接合是一個(gè)連續(xù)的過程。圖6A說明了另一種將成形纖維102附著到玻璃板106的邊緣表面104上的方法。 在此情況下，成形纖維102不包含在將成形纖維102接合到玻璃板106的邊緣表面104上 之前需要去除的保護(hù)涂層。在該方法中，設(shè)置了具有V型凹槽134以及在V形凹槽134之 上的通道136的對(duì)準(zhǔn)定位器132。成形纖維102定位在V形凹槽134中，平面108朝上。粘 合材料116施涂于成形纖維102的接合表面108上。然后，將玻璃板106裝入通道136中， 使玻璃板106的邊緣表面104與成形纖維102的接合表面108接觸。通道136中的彈簧構(gòu) 件127使玻璃板106在通道136內(nèi)居中，并將玻璃板106與成形纖維102對(duì)齊。玻璃板106 的邊緣表面104通過粘合材料116與成形纖維102的接合表面108接觸后，根據(jù)粘合材料 116的性質(zhì)，即可以進(jìn)行其它過程以在邊緣表面104與成形纖維之間形成高強(qiáng)接合，如上所 述。例如，如果粘合材料116是可紫外線固化的環(huán)氧樹脂粘合材料，例如，對(duì)準(zhǔn)定位器132 的壁中至少一個(gè)，例如壁138，是對(duì)紫外光透明的，從而可以使用來自紫外光源130的紫外 光來固化粘合材料116。或者，如圖6B所示，如果粘合材料116是可熱固化的粘合材料，對(duì) 準(zhǔn)定位器132可以包括一個(gè)或多個(gè)加熱元件140以加熱成形纖維102或玻璃板106，從而 使粘合材料116可以在短時(shí)間內(nèi)固化。如果粘合材料116是玻璃料，可以使用將粘合材料 116暴露于輻照中的合適方法。在圖6B中，粘合材料116可以在玻璃板106與對(duì)準(zhǔn)定位器132中的成形纖維102 接觸之前施涂到玻璃板106的邊緣表面104上。粘合材料116可以用相對(duì)快的技術(shù)施涂。 例如，可以在比玻璃板106長(zhǎng)的容器(未示出)中加入粘合材料并流平(leveled)。然后 可將玻璃板106與容器中的粘合材料的表面對(duì)齊，從而當(dāng)玻璃板106的邊緣表面104觸及 容器中的粘合材料時(shí)，整個(gè)邊緣表面104被均勻的一層粘合材料潤(rùn)濕?；蛘撸梢杂脡河〖?術(shù)將粘合材料施涂到玻璃板106的邊緣表面104。該技術(shù)涉及將粘合材料加入多孔性材料(未示出)，例如海綿中，并用該多孔性材料接觸玻璃板106的邊緣表面104。當(dāng)擠壓多孔性 材料或?qū)ζ涫簳r(shí)，粘合材料會(huì)從孔中流出，即使在多孔性材料離開該表面之后仍保留在 玻璃板106的邊緣表面104上。帶有粘合材料的玻璃板106隨后可以裝入對(duì)準(zhǔn)定位器132 中與成形纖維102接觸?？梢允褂萌我馄渌に囀拐澈喜牧瞎袒?，如以上所解釋。實(shí)施例用有限元分析(FEA)來評(píng)估當(dāng)通過粘合劑材料接合到玻璃板邊緣時(shí)成形纖維在 保護(hù)玻璃板免遭破壞方面的有效性。實(shí)施例1圖7A和7B顯示了在FEA中所用的模型。圖7A中的模型是有圓化邊的玻璃板150。 該模型用作基準(zhǔn)，因?yàn)閳A化邊在降低應(yīng)力方面提供最佳性能。圖7B中的模型是如上所述的 受保護(hù)玻璃板152，保護(hù)性玻璃纖維通過環(huán)氧樹脂接合在玻璃板邊緣上。如圖7A和7B所 示，在FEA中使用半對(duì)稱性(half-symmetry)。假定是平面應(yīng)變狀況。為兩個(gè)模型定義接觸 界面。在各接觸界面的目標(biāo)表面上施加0. OOlmm的位移負(fù)載，以在玻璃板的邊緣處向各玻 璃板施加壓縮作用。FEA表明，圓化邊玻璃板(圖8A)中最大第一主應(yīng)力為99. 7MPa，而帶有成形纖維 的受保護(hù)玻璃板(圖8B)為96. IMPa0最大第一主應(yīng)力之差小于5%，這從邊緣保護(hù)看是 基本相同的。在用成形纖維保護(hù)的受保護(hù)玻璃板中，最大第一主應(yīng)力在靠近玻璃板的角處 (圖9A)僅僅為4. 33MPa。成形纖維的使用使角處的最大應(yīng)力降低了 20多倍。圖9B顯示 了玻璃板與成形纖維之間的環(huán)氧樹脂薄層上的應(yīng)力分布，其中最大第一主應(yīng)力為7. 63MPa, 這顯著地低于纖維表面的應(yīng)力。(上面對(duì)受保護(hù)玻璃板報(bào)道的為96. IMPa的最大第一主應(yīng) 力發(fā)生在纖維表面。)該結(jié)果清楚地顯示，使用附著在玻璃板上的成形纖維顯著地降低了在 邊緣發(fā)生裂紋或損壞，因此向玻璃板提供了優(yōu)異的保護(hù)作用。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，明顯可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變動(dòng)而不會(huì)背偏離 本發(fā)明的范圍和構(gòu)思。因此，本發(fā)明意圖覆蓋本發(fā)明的修改和變動(dòng)，只要這些修改和變動(dòng)在 權(quán)利要求及其等同方案的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種玻璃板組合件，包括具有邊緣表面的玻璃板；成形纖維，具有與所述玻璃板的邊緣表面接合的第一表面，以及不與邊緣表面接合的凸起的第二表面，用于承受負(fù)載。
2.如權(quán)利要求1所述的玻璃板組合件，其特征在于，所述成形纖維的寬度與所述邊緣 表面的寬度之比在0. 8到1. 2的范圍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的玻璃板組合件，其特征在于所述玻璃板的邊緣表面在未與所述成形纖維接合時(shí)具有第一沖擊強(qiáng)度ISI ； 所述玻璃板組合件具有第二沖擊邊緣強(qiáng)度IS2 ；并且 ISl最多是IS2的一半。
4.如權(quán)利要求1所述的玻璃板組合件，其特征在于 所述邊緣表面是切割形成，未經(jīng)進(jìn)一步研磨和拋光。
5.如權(quán)利要求1所述的玻璃板組合件，其特征在于若經(jīng)圓化和研磨處理，所述邊緣表面具有第一靜態(tài)接觸強(qiáng)度SCl ； 所述玻璃板組合件具有第二靜態(tài)接觸強(qiáng)度SC2 ；并且 SC2 > SCl。
6.如權(quán)利要求1所述的玻璃板組合件，其特征在于，將所述成形纖維與所述邊緣表面 接合的粘合材料選自以下(i)玻璃料；( )有機(jī)粘合劑；和(iii)玻璃料和有機(jī)粘合劑的組合。
7.如權(quán)利要求1所述的玻璃板組合件，其特征在于，所述成形纖維有離子交換的和/或 鈦摻雜的表面。
8.一種保護(hù)具有需得到保護(hù)的邊緣表面的玻璃板的方法，包括(I)提供一種成形纖維，其具有可與所述邊緣表面接合的第一表面和凸起的第二表(II)將所述成形纖維的第一表面定位成與所述玻璃板的邊緣表面呈相對(duì)關(guān)系；以及(III)將所述成形纖維的第一表面與所述玻璃板的邊緣表面接合。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(I)在步驟(Ic)后還包括 (Id)使D形纖維進(jìn)行離子交換和/或表面鈦摻雜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玻璃板組合件，其包括具有邊緣表面的玻璃板和成形纖維。成形的纖維具有與所述玻璃板的邊緣表面接合的第一表面，和不與所述邊緣表面接合的凸起的第二表面，以承受負(fù)載。
文檔編號(hào)C03B23/20GK101935153SQ20101013496
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者A·劉, L·王, N·周, 徐偉, 王吉, 陳欣 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司