用于制造和切割挠性玻璃和聚合物复合结构的方法和设备的制造方法
【专利说明】用于制造和切割挠性玻璃和聚合物复合结构的方法和设备
[0001 ]本申请根据35U.S.C.§119，要求2013年3月14日提交的美国临时申请系列第61/782，621号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术背景
[0002]本发明涉及用于制造和切割挠性玻璃和聚合物层叠结构的方法和设备。
[0003]超薄玻璃卷材(例如测量小于约0.3mm的玻璃卷材)的连续加工是较新的领域，存在许多制造困难。用于生产、运输和加工此类玻璃卷材的常规工艺包括采用辊-辊技术，其中，在供给辊和卷取辊之间以连续传输的方式运输玻璃卷材。为了生产最终产品，例如用于阻隔、光学膜或平板显示器的玻璃或者其他产品应用，必须将玻璃卷材切割成合适尺寸的宽度和长度。
[0004]但是，用于切割超薄玻璃卷材的常规方法规定需要特殊的机械和/或激光技术，从而实现所需的边缘质量。事实上，材料科学领域的公知常识是，通常来说，材料越薄，则发生失效的可能性越高，更具体来说，当将玻璃卷材切割成一定尺寸时，横向边缘开裂的可能性、数量、深度和总体尺寸越高。换言之，该技术领域的技术人员的公知常识是，要么使用高度特殊化且昂贵的切割方法来切割超薄玻璃卷材，要么将玻璃卷材的厚度增加到超过300微米，从而可以使用常规机械划线和破裂。如果可以使用更简单、更快速和/或更低成本的方法，则常规替代方法都不是特别理想。不幸的是，迄今为止，还没有此类可用的替代方案。因此，本领域需要新的方法和设备来将挠性玻璃卷材切割成各种宽度和长度。
【发明内容】
[0005]本发明涉及超薄玻璃和聚合物复合卷材的制备并加工成所需的形状和尺寸，例如连续传输过程中的不同宽度和/或不同长度。
[0006]对于某些应用，希望使用玻璃和聚合物复合(或层叠)结构，其将多种材料的性质结合成单个复合体。通过将超薄玻璃与一层或多层聚合物层进行层叠，聚合物获得了尺寸稳定性(特别是在大致垂直于厚度方向的平面上)以及玻璃的阻隔性质，同时超薄玻璃获得了更大的挠性和类似于塑料材料的可弯曲性。稳定性的增加可表述为以下任意一种或多种:层叠体抗蠕变性、降低的弹性伸长率和屈服伸长率、降低的水分可渗透性、热膨胀系数(CTE)，或者成形后结晶。相比于简单的超薄玻璃，玻璃和聚合物层叠还提供易于处理和加工，无论是片材形式或者布置在辊中的卷材形式。有时使用术语“玻璃片”，而其他时候使用术语“玻璃卷材”。但是，应理解的是，出于本发明的目的，这些术语极大程度上可互换使用，因为本文所揭示的技术可用于玻璃材料的片材或卷材，这是由于可以将卷材视为长度远大于其宽度的片材。
[0007]根据本文所揭示的一个或多个实施方式的特定方面，实现了对玻璃和聚合物层叠进行切割中的优势。例如，不同于涉及切割超薄玻璃卷材的公知常识(即，简单的机械切割技术(例如剪切切割(如剪刀切割)、爆裂(或刀片)切割、撕裂切割或者压碎(或划线)切割，如旋转模头切割等)会导致可能达到玻璃破裂程度的不合乎希望的边缘特性)，本文的实施方式使用此类切割技术同时实现了可接受的边缘质量特性(例如，甚至在低于玻璃片的软化点的温度(例如室温)和/或足够低的温度，使得聚合物层106维持完整性)。此外，(远没有常规激光方法切割超薄玻璃材料那么负载和昂贵的)此类切割技术可用于超薄玻璃和聚合物层叠的辊-棍连续工艺，从而产生任意数量的成本有效的商业产品。
[0008]注意的是，公知常识规定使用激光切割技术来切割超薄玻璃卷材，例如在运输过程中去除卷材不合乎希望的特征，例如卷材熔融珠(即，位于卷材的周界边缘处的珠)。事实上，由于传递到消费者的最终产品通常必须展现出非常好的不含颗粒的边缘，具有最小的边缘缺陷和/或边缘角缺陷，常规认识要求非常复杂和昂贵的切割技术(如激光切割)。
[0009]但是，发现可以通过如下方法和设备获得上文所述的具有最小的边缘缺陷和/或边缘角缺陷的非常好的边缘，其包括:提供超薄玻璃片，所述超薄玻璃片具有第一和第二相对主表面和其间的周界边缘，玻璃片在第一和第二表面之间的厚度小于约400微米;将至少一层聚合物层直接或间接粘附到玻璃片的第一和第二表面中的至少一个，以形成层叠结构；以及采用如下至少一种技术来切割层叠结构:剪切切割(例如，剪刀切割)、爆裂切割(或刀片切割)、撕裂切割)和/或压碎切割(或划线切割)(例如旋转模头切割)。
[0010]本文所述的一个或多个实施方式的优点和益处包括任意如下详细描述的那些。本文的实施方式可提供极为有效的阻隔，其展现出对于玻璃片的主表面和/或装置的表面保护。例如，在光伏应用中，玻璃片可作为密封的水分阻隔，而层叠结构(聚合物-玻璃-聚合物)为薄膜光伏(PV)，特别是构建一体化光伏(BIPV)应用提供了良好的阻隔层。此外，通过在负荷冲击过程中提供材料刚性，玻璃可以改善PV模块在冲击下的可靠性。作为补充和/或替代，(相对于单独的聚合物阻隔层)玻璃片可作为水分阻隔并且还可阻挡不合乎希望的紫外光能量。类似于玻璃片上的聚合物薄层，强化的超薄玻璃片还可层叠到聚合物层顶部，以保护其免受劣化并保护内部组件免受水分。例如，此类结构可用作有机发光二极管(OLED)或阵列的包封。
[0011 ]本文的实施方式可提供高的尺寸稳定性和刚性，同时维持挠性(例如，弯曲至约2cm的半径)，增加玻璃强度和/或保护。作为补充或替代，本文的实施方式可提供高的光学透明性，其中，聚合物层确保了玻璃片保持质朴。
[0012]作为补充或替代，本文的实施方式可以为连续辊-辊工艺提供高的灵活性，例如提供直线前进、低成本方法，在辊-辊传输过程中施加聚合物层和/或切割玻璃片(例如，剪切切割vs激光切割)。
[0013]本领域技术人员在结合附图阅读本文所述之后，将清楚地了解其他方面、特征、优点等。例如，可以在以下方面结合各种特征。
[0014]根据第I个方面，提供了一种方法，该方法包括:
[0015]提供超薄玻璃片，所述超薄玻璃片具有第一和第二相对主表面和位于其间的周界边缘，玻璃片在第一和第二表面之间的厚度小于约400微米；
[0016]将至少一层聚合物层直接或间接粘附到玻璃片的第一和第二表面中的至少一个，以形成层叠结构；以及
[0017]采用如下至少一种技术来切割层叠结构:剪切切割、爆裂切割、撕裂切割和压碎切割。
[0018]根据第2个方面，提供了第I个方面的方法，其中，切割步骤产生至少一个切割边缘，所述切割边缘具有如下边缘特性，其中，横向裂纹从切割边缘进入玻璃片中，渗透不超过如下一种:(i)约1400微米;(ii)约1000微米;(iii)约800微米；(iv)约600微米；以及(v)约400微米；(vi)约200微米；(vii)约100微米；以及(viii)约50微米。
[0019]根据第3个方面，提供了第I或第2个方面的方法，其中，所述至少一层聚合物层的厚度是如下一种:(i)约为1-2密耳；(ii)约为2-3密耳；(iii)约为3-5密耳；(iv)约为5-10密耳；以及(V)约为10-20密耳。
[0020]根据第4个方面，提供了第1-3个方面中任一项的方法，其中，由如下材料形成所述至少一层聚合物层:(i)聚丙烯(PP)和/或丙烯共聚物；(ii)聚对苯二甲酸乙二酯(PET);(iii)乙烯乙酸乙烯酯(EVA) ;(iv)乙烯四氟乙烯(ETFE); (V)乙酸纤维素聚合物(CA)，包括三乙酸纤维素(TAC); (vi)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA); (vii)聚乙烯和/或聚乙烯共聚物(PE); (viii)聚氯乙烯(PVC); (ix)聚碳酸酯(PC); (X)丙烯酸聚合物(ACRYL);以及(xi)尼龙聚合物。
[0021]根据第5个方面，提供了第1-4个方面中任一项的方法，其中，玻璃片的厚度是以下一种:(i)小于约400微米；(ii)小于约300微米；(iii)小于约200微米；(iv)小于约100微米；(V)小于约50微米；(vi)小于约30微米；(vii)小于约20微米；以及(viii)小于约10微米；(IX)约2微米。
[0022]根据第6个方面，提供了第1-5个方面中任一项的方法，其中，玻璃片由如下组合物形成:50-80%的5102，2-15%的厶1203，10-36%的82