CN110255866A - 一种具有调温功能的玻璃成型池及其调温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有调温功能的玻璃成型池及其调温方法，成型池具有侧壁和池底；侧壁上设置有玻璃液入孔；池底的上表面设置有左右对称的左铂合金斜漏板和右铂合金斜漏板，左铂合金斜漏板的左边沿设置有水平的左连接边，右边沿设置有向下的左导流边；右铂合金斜漏板的右边沿设置有水平的右连接边，左边沿设置有向下的右导流边；左导流边和右导流边形成成型池的玻璃液出口；处于玻璃液入孔下方的成型池内从上至下依次设置多组第一加热组件。该发明的成型池通过调节水平方向和竖直方向上的玻璃液温度，以及玻璃液出口处的玻璃液温度，可对玻璃液的体积流量进行精准控制，生产方法更加稳定可控，生产的玻璃板成品一致性高、品质更佳。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃制造领域，具体涉及一种具有调温功能的玻璃成型池及其调温方法。
背景技术
柔性玻璃是一种新型薄膜玻璃基板材料，厚度0.02～0.1mm，柔韧可弯曲。柔性玻璃除了可以弯曲成卷，还具有表面平坦、耐600℃高温不变形、耐老化、透光性好、密封性好、电气绝缘，耐酸碱和尺寸稳定等。柔性玻璃可以提高显示器件和电子产品的外观品质和使用寿命，使柔性显示器、触摸传感器、太阳能电池板和照明等柔性电子设备性能达到最优化。此外，柔性玻璃还能够实现电子元件采用卷绕式工艺(卷对卷)连续化加工生产。
目前市面上的柔性显示器大多采用高分子聚合物基板。高分子聚合物材料虽然具有较好的弯曲性能，但其热稳定性、抗压强度、透光性和化学稳定性等均不及玻璃制品。高分子聚合物基板材料的主要缺点是不耐显示器面板的高温制程，并且由于OLED对水气和氧气十分敏感，作为封装的高分子聚合物材料无法胜任，需要额外蒸镀一层密封层材料。另外，作为触摸屏面板材料，不耐划伤和易老化等缺点都制约了高分子聚合物材料在柔性显示器领域的开发应用。柔性玻璃可以解决这些问题，在柔性OLED、柔性照明、柔性光伏模块、柔性电子纸、柔性芯片、高温电容器等众多领域具有广阔的市场应用前景。
对于超薄柔性玻璃制作工艺来说，最难的问题是如何克服表面张力将玻璃拉薄。因为只有将玻璃板厚度降低到0.1mm以下才具有较佳的弯曲特性，更优的情况是要求将玻璃板加工到厚度0.05mm以下，最优需要达到0.03mm以下。为了降低制作成本，最佳的方法是直接将熔融状态的玻璃液展薄成玻璃片，因此其制作工艺难度非常大。柔性玻璃的制造工艺主要包括溢流下拉法、狭缝下拉法、浮法、再加热下拉法、吹制法等，这些工艺方法中，狭缝下拉法制造过程玻璃板根生成可控，厚度可调，温度控制容易，设备简单成本低，并且利用玻璃板在自身重力作用下展薄，拉伸力控制精确，是柔性玻璃最佳的制造工艺。
狭缝下拉法制造工艺过程是：高温熔融状态的玻璃液从玻璃液出口流出，形成玻璃板根。制造工艺中一个比较关键的问题是，玻璃液出口的玻璃流量的控制误差容易造成板根厚度分布不均的问题，进而导致后期拉伸展薄过程的失败。现有技术的玻璃制造过程中，由于玻璃液在玻璃液出口处的流速极低，造成温度偏差很大，需要对这部分玻璃液温度做精确控制以达到流量稳定的效果。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的主要目的是提供一种具有调温功能的玻璃成型池及其调温方法，能够对成型池内玻璃液进行温度补偿，进而精确控制流出玻璃液出口的玻璃液流量。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
(一)、一种具有调温功能的玻璃成型池，所述成型池具有侧壁和池底；
所述侧壁上设置有玻璃液入孔；所述池底的上表面设置有左右对称的左铂合金斜漏板和右铂合金斜漏板，所述左铂合金斜漏板的左边沿设置有水平的左连接边，右边沿设置有向下的左导流边；所述右铂合金斜漏板的右边沿设置有水平的右连接边，左边沿设置有向下的右导流边；左导流边和右导流边形成所述成型池的玻璃液出口；处于玻璃液入孔下方的成型池内从上至下依次设置多组第一加热组件。
进一步地，每组所述第一加热组件包含温度传感器、加热板和U形加热管；所述成型池左右相对的一组侧壁的内表面对称设置加热板，所述成型池前方的侧壁上水平设置U形加热管，所述U形加热管位于所述加热板的下方，所述温度传感器位于加热板上。
进一步地，处于玻璃液入孔上方的成型池的侧壁外设置有第二加热组件。
进一步地，所述第二加热组件包含加热丝和均热板；所述加热丝固定设置在所述成型池的侧壁外，所述侧壁的外表面上设置有均热板。
进一步地，所述左铂合金斜漏板和右铂合金斜漏板上分别设置有测温电偶。
进一步地，所述左铂合金斜漏板的前后两端伸出所述侧壁并设置有接线端，所述右铂合金斜漏板的前后两端伸出所述侧壁并设置有接线端。
进一步地，所述侧壁外还设置有保温层。
进一步地，所述左连接边的上表面和侧壁的下表面之间设置有软质耐火层，所述左连接边的下表面和池底的上表面之间设置有硬质耐火层；所述右连接边的上表面和侧壁的下表面之间设置有软质耐火层，所述右连接边的下表面和池底的上表面之间设置有硬质耐火层。
进一步地，所述硬质耐火层的下方设置有冷却水管，所述冷却水管用于冷却渗入所述软质耐火层中的玻璃液，防止成型池中的玻璃液泄露。
进一步地，还包括搅拌器，所述搅拌器包含桨杆，所述桨杆的下端设置有桨叶，所述桨杆的上端连接有电动机；所述桨叶位于所述玻璃液入孔下方的成型池内。
(二)一种具有调温功能的玻璃成型池的调温方法，包括以下步骤：
步骤1，玻璃液从成型池侧壁上的玻璃液入孔进入成型池内，成型池内的多个加热板分别对玻璃液进行加热，使成型池内的玻璃液的温度从上至下依次递增；
步骤2，成型池内的多个U形加热管分别对玻璃液进行加热，使成型池内的玻璃液的温度从中间到两边依次递减。
优选的，步骤1中，依次递增的温度差不大于5-20℃。
优选的，步骤2中，依次递减的温度差不大于3-10℃。
优选的，所述调温方法还包括：分别给左铂合金斜漏板、右铂合金斜漏板上的接线端通电，对左铂合金斜漏板、右铂合金斜漏板进行加热，进而对成型池的玻璃液出口处的玻璃液进行加热，调节玻璃液出口处的玻璃液温度。
优选的，左铂合金斜漏板、右铂合金斜漏板上的加热温度不超过1080-1150℃。
本发明技术方案相对于现有技术，通过调节成型池内水平方向和竖直方向上的玻璃液温度，以及玻璃液出口处的玻璃液温度，可对玻璃液的体积流量进行精准控制，生产方法更加稳定可控，生产的玻璃板成品一致性高、品质更佳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明具有调温功能的玻璃成型池一种实施例的示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
在以上图中：1侧壁；2池底；3玻璃液入孔；4左铂合金斜漏板；401左连接边；402左导流边；5右铂合金斜漏板；501右连接边；502右导流边；6玻璃液出口；7温度传感器；8加热板；9U形加热管；10加热丝；11均热板；12保温层；13软质耐火层；14硬质耐火层；15冷却水管；16搅拌器。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
(一)参考图1和图2，一种具有调温功能的玻璃成型池，所述成型池具有侧壁1和池底2；所述侧壁1上设置有玻璃液入孔3；所述池底2的上表面设置有左右对称的左铂合金斜漏板4和右铂合金斜漏板5，所述左铂合金斜漏板4的左边沿设置有水平的左连接边401，右边沿设置有向下的左导流边402；所述右铂合金斜漏板5的右边沿设置有水平的右连接边501，左边沿设置有向下的右导流边502；左导流边402和右导流边502形成所述成型池的玻璃液出口6；处于玻璃液入孔3下方的成型池内从上至下依次设置多组第一加热组件。
以上实施例中，成型池的侧壁1采用耐受1500℃以上高温的耐火砖制成，耐火砖为高锆材料，可以避免玻璃液的侵蚀，并且砖体内壁光滑无缺陷。成型池的底部通过左铂合金斜漏板4和右铂合金斜漏板5形成倒锥形。玻璃液入孔3下方的侧壁1上，从上至下依次设置多组第一加热组件，使玻璃液在竖直方向由上至下形成递增的温度梯度，使得玻璃液从玻璃液出口6流出的体积流量得到精确控制，对后期柔性玻璃拉制具有改善作用。
进一步地，每组所述第一加热组件包含温度传感器7、加热板8和U形加热管9；所述成型池左右相对的一组侧壁1的内表面对称设置加热板8，所述成型池前方的侧壁1上水平设置U形加热管9，所述U形加热管9位于所述加热板8的下方，所述温度传感器7位于加热板8上。
以上实施例中，具体地，每组第一加热组件包含设置在成型池左右相对的一组侧壁1上的加热板8，水平设置成型池前方的侧壁1上的U形加热管9，设置在加热板8上的温度传感器7。加热板8对靠近侧壁1的玻璃液加热，U形加热管9对加热板8中间的玻璃液加热。考虑到工艺的便利性，温度传感器7直接安装到加热板上，由于玻璃液的温度高于加热板的温度，所以温度传感器近似地代表了本组第一加热组件所处高度处的玻璃液温度。
进一步地，处于玻璃液入孔3上方的成型池的侧壁1外设置有第二加热组件。
以上实施例中，为了隔绝环境温度对成型池内玻璃液温度的影响，在玻璃液入孔3上方的成型池侧壁1外设置第二加热组件，以消除环境温度对成型池温度的影响。
具体地，所述第二加热组件包含加热丝10和均热板11；所述加热丝10固定设置在所述成型池的侧壁1外，所述侧壁1的外表面上设置有使温度分布均匀的均热板11。
进一步地，所述左铂合金斜漏板4和右铂合金斜漏板5上分别设置有测温电偶。
由于左铂合金斜漏板4和右铂合金斜漏板5的材质为铂合金，铂合金的一个特性是能够长时间接触熔融玻璃液不发生化学变化，但长时间高温使用容易出现蠕动变形，尤其温度越高变形越严重。为便于采集左铂合金斜漏板4和右铂合金斜漏板5的温度，以上实施例中，在左铂合金斜漏板4和右铂合金斜漏板5上分别设置测温电偶。考虑到工艺的便利性，测温电偶直接安装到左铂合金斜漏板4和右铂合金斜漏板5上，由于玻璃液的温度高于左铂合金斜漏板4和右铂合金斜漏板5的温度，所以测温电偶近似地代表了玻璃液出口处的玻璃液温度。
进一步地，所述左铂合金斜漏板4的前后两端伸出所述侧壁1并设置有接线端，所述右铂合金斜漏板5的前后两端伸出所述侧壁1并设置有接线端。
左铂合金斜漏板4和左铂合金斜漏板4两端分别设置接线端，便于连接电源，产生热量。
进一步地，所述侧壁1外还设置有保温层12。
以上实施例中，为了进一步提高环境对成型池内玻璃液的影响，侧壁1外还设置保温层12，且保温层12的材料为保温砖。
进一步地，所述左连接边401的上表面和侧壁1的下表面之间设置有软质耐火层13，所述左连接边401的下表面和池底2的上表面之间设置有硬质耐火层14；所述右连接边501的上表面和侧壁1的下表面之间设置有软质耐火层13，所述右连接边501的下表面和池底2的上表面之间设置有硬质耐火层14。
以上实施例中，在成型池的侧壁1的下表面和左连接边401或右连接边501之间设置软质耐火材料，可以防止玻璃液的渗出；在池底2的上表面和左连接边401或右连接边501之间设置硬质耐火层14，可以有效防止左铂合金斜漏板4或右铂合金斜漏板5过载承重。
进一步地，所述硬质耐火层14的下方设置有冷却水管15，所述冷却水管15用于冷却渗入所述软质耐火层13中的玻璃液，防止成型池中的玻璃液泄露。
以上实施例中，为了进一步提高左铂合金斜漏板4或右铂合金斜漏板5与侧壁1、池底2之间的密封，在硬质耐火层14的下方设置冷却水管15，渗入缝隙中的玻璃液由于受冷却水管15的影响，粘度增大，流动性变差，进而提高密封性。
进一步地，还包括搅拌器16，所述搅拌器16包含桨杆，所述桨杆的下端设置有桨叶，所述桨杆的上端连接有电动机；所述桨叶位于所述玻璃液入孔3下方的成型池内。
以上实施例中，为了使成型池内玻璃液的温度均匀，在成型池中设置了搅拌器16，搅拌器16的桨叶位于玻璃液入孔3下方的成型池内。
(二)、一种具有调温功能的玻璃成型池的调温方法，包括以下步骤：
步骤1，玻璃液从成型池侧壁1上的玻璃液入孔3进入成型池内，成型池内的多个加热板8分别对玻璃液进行加热，使成型池内的玻璃液的温度从上至下依次递增。
具体的，加热板8上的温度传感器7周期性的获取加热板8的温度信息，并将获取的温度信息传给加热板8的控制端，进而对加热板8处的玻璃液做热力补偿。且垂直方向上的依次递增的温度差不大于20℃，更优的不大于15℃，最优的不大于5℃。
由于玻璃液属于热的不良导体，且加热装置对玻璃液的加热属于局部加热，玻璃液的温度变化存在滞后性，玻璃液的粘度η往往不能准确的定位在一个有效的范围内。为此，在成型池侧壁1设置多组对称的单回路贵金属加热板8，可以给成型池内玻璃液设置出足够时间补偿热量的加热分布。在实际生产中，由上至下的缓慢升温梯度是非常必要的。通过对竖直方向上的玻璃液的温度控制，可实现对玻璃液出口6处的体积流量的精确调控，对后期柔性玻璃拉制具有改善作用。
步骤2，成型池内的多个U形加热管9分别对玻璃液进行加热，使成型池内的玻璃液的温度从中间到两边依次递减。
具体的，玻璃液在水平方向上依次递减的温度差不大于10℃，更优不大于5℃，最优不大于3℃。U形加热管9能够对成型池内水平方向上的玻璃液温度进行调节，使玻璃液在水平方向形成中间高两头低的温度梯度，通过对水平方向上的玻璃液的温度控制，可实现对玻璃液出口6处的体积流量的进一步精确调控，且中间高两头低的温度梯度，使得中部的玻璃液的流量稍大于两边的玻璃液流量，玻璃板在表面张力作用下最终整体厚度一致，达到对玻璃板宽方向厚度的精确控制。
步骤3，分别给左铂合金斜漏板4、右铂合金斜漏板5上的接线端通电，对左铂合金斜漏板4、右铂合金斜漏板5进行加热，进而对成型池的玻璃液出口6处的玻璃液进行加热，调节玻璃液出口6处的玻璃液温度。
具体的，由于铂合金斜漏板的自身加热功率很小，来不及在玻璃液流过铂合金斜漏板的瞬间内对玻璃液出口6处的玻璃液进行足够的热量补偿，因此，对铂合金斜漏板加热温度应低于对应的玻璃液温度。同时要尽可能减少玻璃液对铂合金斜漏板过多的反加热，要求玻璃液的温度不与铂合金斜漏板的温度形成过大的温差。
为防止左铂合金斜漏板4、右铂合金斜漏板5变形，左铂合金斜漏板4、右铂合金斜漏板5上的加热温度不超过1150℃，更优为不超过1100℃，最优为不超过1080℃，且加热温度须低于对应的玻璃液出口处的玻璃液温度1～10℃。
其中，玻璃液出口6处的玻璃液的流出速度以单位时间、单位长度内体积流量QV计算(沿玻璃板宽度方向，即玻璃液出口长度方向上每1cm单位长度，1s单位时间内的体积流量用QV表示)，计算公式如下：
其中，K′为体积流量修正系数，ρ为玻璃密度，g为重力加速度等于9.8m/s2，h为成型池内玻璃液面到玻璃液出口6上端的高度(即为玻璃液面高度)，ω为玻璃液出口的宽度，s为面积常数等于1cm2，l为玻璃液出口的高度，η为玻璃液粘度(随温度T变化)。
此外，体积流量修正系数K′并不是一个恒定的常量。K′随玻璃液出口的宽度ω变化，ω为1～3mm时，系数K′为7.027×10-2～11.817×10-2，具体数据如表1所示：
表1
| ω | 0.1 | 0.15 | 0.18 | 0.20 | 0.23 | 0.25 | 0.28 | 0.30 |
| K′ | 7.027 | 9.107 | 10.073 | 10.599 | 11.212 | 11.502 | 11.762 | 11.817 |
其中，表1中，ω的单位为cm，K′的单位为×10-2。
由上述公式可知，玻璃液粘度η会影响玻璃液的体积流量QV，而玻璃液粘度与玻璃液温度T相互对应，可通过粘温曲线确定。粘温曲线即高温状态下，玻璃的粘度随温度的升高逐渐降低。用玻璃的温度和粘度画出的曲线叫粘温曲线，每种玻璃由于组成不同，粘温曲线不同，但总体趋势相同，当温度值确定后，温度对应的粘度值即可通过粘温曲线确定。
因此，通过调节成型池内水平方向和竖直方向上的玻璃液温度，以及玻璃液出口6处的玻璃液温度，可对玻璃液的体积流量进行精准控制，生产方法更加稳定可控，生产的玻璃板成品一致性高、品质更佳，所得玻璃板为厚度小于0.1mm超薄柔性玻璃板。
设定成型池内从上至下设置有三组第一加热组件，其中，从上至下分别为第一加热板、第二加热板和第三加热板，设定玻璃液出口6处的目标温度值为1800℃，以下为采用本申请的具有调温功能的玻璃成型池对玻璃液进行温度调节时，各个部位的温度检测情况，具体如下：
实施例1
成型池的玻璃液入孔处的玻璃液温度为1100℃，第一加热板的设置温度为1080℃，第二加热板的设置温度为1090℃，第三加热板的设置温度为1100℃，玻璃液出口处的实际玻璃液温度为1084℃，比目标温度值高4℃。
实施例2
成型池的玻璃液入孔处的玻璃液温度为1090℃，第一加热板的设置温度为1070℃，第二加热板的设置温度为1078℃，第三加热板的设置温度为1085℃，玻璃液出口处的实际玻璃液温度为1082℃，比目标温度值高2℃。
实施例3
成型池的玻璃液入孔处的玻璃液温度为1085℃，第一加热板的设置温度为1083℃，第二加热板的设置温度为1085℃，第三加热板的设置温度为1086℃，玻璃液出口处的实际玻璃液温度为1079℃，比目标温度值低1℃。
由实施例1-3可知，实施例3中的三个加热板依次递增的温度差最小，玻璃液出口处的实际玻璃液温度与目标温度值更接近，表明形成较小的温度差有利于玻璃液更快到达设定的目标温度值。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员是显而易见的。因此，在不偏离本发明的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种具有调温功能的玻璃成型池，其特征在于，所述成型池具有侧壁(1)和池底(2)；
所述侧壁(1)上设置有玻璃液入孔(3)；所述池底(2)的上表面设置有左右对称的左铂合金斜漏板(4)和右铂合金斜漏板(5)，所述左铂合金斜漏板(4)的左边沿设置有水平的左连接边(401)，右边沿设置有向下的左导流边(402)；所述右铂合金斜漏板(5)的右边沿设置有水平的右连接边(501)，左边沿设置有向下的右导流边(502)；
左导流边(402)和右导流边(502)形成所述成型池的玻璃液出口(6)；
处于玻璃液入孔(3)下方的成型池内从上至下依次设置多组第一加热组件。
2.根据权利要求1所述的具有调温功能的玻璃成型池，其特征在于，每组所述第一加热组件包含温度传感器(7)、加热板(8)和U形加热管(9)；
所述成型池左右相对的一组侧壁(1)的内表面对称设置加热板(8)，所述成型池前方的侧壁(1)上水平设置U形加热管(9)，所述U形加热管(9)位于所述加热板(8)的下方，所述温度传感器(7)位于加热板(8)上。
3.根据权利要求1所述的具有调温功能的玻璃成型池，其特征在于，处于玻璃液入孔(3)上方的成型池的侧壁(1)外设置有第二加热组件；所述第二加热组件包含加热丝(10)和均热板(11)；所述加热丝(10)固定设置在所述成型池的侧壁(1)外，所述侧壁(1)的外表面上设置有均热板(11)。
4.根据权利要求1所述的具有调温功能的玻璃成型池，其特征在于，所述左铂合金斜漏板(4)和右铂合金斜漏板(5)上分别设置有测温电偶；所述左铂合金斜漏板(4)的前后两端伸出所述侧壁(1)并设置有接线端，所述右铂合金斜漏板(5)的前后两端伸出所述侧壁(1)并设置有接线端。
5.根据权利要求1所述的具有调温功能的玻璃成型池，其特征在于，所述侧壁(1)外还设置有保温层(12)。
6.一种具有调温功能的玻璃成型池的调温方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，玻璃液从成型池侧壁(1)上的玻璃液入孔(3)进入成型池内，成型池内的多个加热板(8)分别对玻璃液进行加热，使成型池内的玻璃液的温度从上至下依次递增；
步骤2，成型池内的多个U形加热管(9)分别对玻璃液进行加热，使成型池内的玻璃液的温度从中间到两边依次递减。
7.根据权利要求6所述的具有调温功能的玻璃成型池的调温方法，其特征在于，步骤1中，依次递增的温度差不大于5-20℃。
8.根据权利要求6所述的具有调温功能的玻璃成型池的调温方法，其特征在于，步骤2中，依次递减的温度差不大于3-10℃。
9.根据权利要求6所述的具有调温功能的玻璃成型池的调温方法，其特征在于，所述调温方法还包括：分别给左铂合金斜漏板(4)、右铂合金斜漏板(5)上的接线端通电，对左铂合金斜漏板(4)、右铂合金斜漏板(5)进行加热，进而对成型池的玻璃液出口(6)处的玻璃液进行加热，调节玻璃液出口(6)处的玻璃液温度。
10.根据权利要求9所述的具有调温功能的玻璃成型池的调温方法，其特征在于，左铂合金斜漏板(4)、右铂合金斜漏板(5)上的加热温度不超过1080-1150℃。
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