手机盖板保护玻璃的3D模压成型及纤维增强装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了手机盖板保护玻璃的3D模压成型及纤维增强装置和方法，供料系统以扁形椭圆玻璃熔体供料，纤维分配系统将物理增强用纤维网或短纤维均匀分配在扁形椭圆玻璃熔体上，辊压系统将分配有纤维网或短纤维的扁形椭圆玻璃熔体预压成玻璃带；剪断系统剪断玻璃带后，将待压玻璃带进行成型温度制度调节，模压系统对待压玻璃带进行3D模压成型。本发明专利技术的成型效率提高7倍以上，单线单日生产数量达8000多件；本发明专利技术突破超薄产品的一次模压成型工艺，大幅提升手机盖板保护玻璃的3D模压成型表面质量，消除了表面3D手机盖板保护玻璃表面冷纹和剪刀纹现象，且临界冲击强度值集中度提高、离散性降低。

3D Molding and Fiber Reinforcement Device and Method for Protective Glass of Mobile Phone Cover

【技术实现步骤摘要】
手机盖板保护玻璃的3D模压成型及纤维增强装置和方法
本专利技术涉及玻璃模压成型
，具体涉及手机盖板保护玻璃的3D模压成型及纤维增强装置和方法。
技术介绍
2013年10月，韩国三星公司发布一款3D曲面屏幕手机，区别于传统手机屏幕平面特征，而是屏幕具有一定弧度，如图1所示。3D造型的手机握感好，符合视网膜弧度，视频体验效果好。3D曲面屏幕是由屏幕外玻璃的3D构造实现的，俗称3D盖板保护玻璃。3D曲面屏幕手机屏幕面积比较大，屏占比达93％以上，视觉显示效果极好。2018年12月7日，中国宣布开发应用的5G通信频率范围为2.5-2.6GHz、3.4-3.6GHz、4.8-4.9GHz。5G通信技术具有高速度(其速度为4G的100倍以上)、低延时(其时延仅为1ms)、低能耗、网络全覆盖等特性，能够使人们时刻处于网络中，达到万物互联状态。中国将于2019年开始5G通信商业化，因此5G通信技术会给人们带来更加人性化、便捷化、安全性、更高效的服务，将人和周边事物紧密联系在一起。智能手机已经成为重要的移动信息终端，玻璃材料成为智能手机重要组成部分，例如前盖板、显示屏、后盖板。在5G通信条件下，手机后盖板以玻璃为优选材料，因为金属材料会对5G高频信号产生显著的吸收和屏蔽作用，而玻璃材料能使电磁信号顺利传输和透过，金属材质的后盖需要9根接收和发射天线，而玻璃后盖仅需要2根天线即可，说明玻璃材料不产生信号屏蔽，有良好透波能力。另外，随着无线充电技术发展，金属后盖几乎没有任何应用可能性，而玻璃材料可以很好胜任。对于5G通信的高频率信号而言，玻璃材料必须降低介电常数，来减少介电损耗，因此玻璃的高透性(透光和透波)、高硬度、耐磨性是全面屏与全面屏曲面手机盖板的优选材料，但玻璃的脆性和抗摔性不足也是它的要害，因此作为智能手机的后盖板抗摔性能显得尤为重要。3D造型手机后盖板保护玻璃通常使用厚度0.7-0.9mm平板玻璃原片经过热弯工艺成型，后盖板保护玻璃一般采用可以化学强化的碱铝硅玻璃，例如中国专利ZL200810147442.3所述的玻璃化学组成及化学强化方法，该玻璃化学组成(wt％)：SiO255～65、B2O30.1～3、Al2O36～24、MgO+CaO+BaO+SrO3～9、ZrO20～1、ZnO0～2、Cl20.1～0.5、Sb2O30.1～1.0、SO30.1～0.5、F20.1～0.5；上述玻璃组成是通过公知的平板玻璃生产方法制备的，然后采用化学钢化方法进行强化处理，最大离子交换深度达75μm，最大表面压应力达830MPa。其化学钢化方法使用硝酸钾熔盐介质，温度为430℃～490℃，处理时间为3～8小时。其主要技术原理在于玻璃本体强度(弹性模量、硬度)提升以依赖氧化铝含量增加来实现，改善玻璃表面抗划伤性能；另外通过化学强化离子强化使玻璃表面(0-75μm)产生压应力，抑制和阻止格里菲斯微小裂纹在冲击作用下向内延展，进而提升玻璃抗摔性能。至今，手机用高强盖板保护玻璃主要以美国康宁公司Gorilla(大猩猩)系列碱铝硅酸盐玻璃作为行业标杆，其具有强度高、弹性模数大、耐磨性和抗划性好、易进行化学强化的离子交换增强的特点。从2007年投产之后，该系列玻璃品种Al2O3含量不断提升，从Gorilla1代8wt％～9wt％Al2O3增加到23wt％～24wt％Al2O3，至今已经发展到第6代产品，其中SiO2为55wt％～62wt％，Na2O为8wt％～15wt％，同时加入2wt％～4wt％Li2O和3wt％～6wt％P2O5等氧化物促进离子交换。在论文“化学增强型超薄碱铝硅酸盐玻璃发展概况与展望”中，Gorilla盖板保护玻璃的离子交换后表面压应力≥850MPa，表面压应力深度≥75mm，抗冲击强度可使整部手机从1.6m高度跌落到粗糙表面上盖板保护玻璃完好率达80％。为了提升盖板保护玻璃的抗冲击强度，首先在玻璃本体进行了大量技术创新是探索，主要基于玻璃结构方面改良，降低玻璃脆性，创造更大网络空隙，有利于化学强化的离子交换发生；其次通过化学强化的离子交换速率改良，促进离子交换深度提高，避免冲击作用时裂纹突破压应力层延伸到玻璃内部张应力层，所以Gorilla4代产品之后开始使用二步法化学强化工艺，使离子交换深度从50μm提升到75μm以上。在现有工业条件下，依赖Al2O3含量提高会面临玻璃熔化与成型等一系列难题，几乎已经遇到前所未有的困难，也只能在玻璃结构方面进行深耕细作了。另外，化学强化因手机盖板玻璃出现有出现第二次研究热潮，几乎所有熔盐类型、离子交换温度(高温型【高于转变点温度】、低温型【低于转变点温度】)、离子交换次数(一步法、二步法)均被尝试和探索。3D盖板保护玻璃加工工艺流程如图2所示，工序包括玻璃原片裁切下料、CNC加工(计算机控制精密雕刻加工)、热弯成型、表面研磨抛光、化学强化、丝网印刷/镀膜等工序。其中热弯成型工艺属于十分重要的工艺环节，它是实现手机3D外形的关键。热弯成型基本技术原理是将平板玻璃原片加热至软化点附近，借助于模具施加一定压力，使软化的平板玻璃原片造型成不可恢复的3D形态，3D盖板保护玻璃热弯成型工艺原理和温度制度如图3所示。3D盖板保护玻璃热弯成型工艺尽管推动了3D外形手机的发展，但是3D盖板保护玻璃热弯成型工艺依然存在如下问题：1、3D盖板保护玻璃热弯成型后的成品呈现出边侧变薄，仅有玻璃原片厚度0.6-0.7倍，如图1和图3所示；组装后的手机产品，在抗摔性相对较差，经常出现手机盖板边侧部破裂；2、3D盖板保护玻璃热弯成型工艺属于二次热加工成型工艺，会大幅增加能耗；3、热弯成型温度在软化点附近，而现有的Gorilla系列玻璃软化点温度均大于850℃，仅有石墨模具可以胜任，且还需要对石墨模具进行惰性气体保护和加热炉密封，即使这样石墨模具表面氧化和表面塌陷成为制约3D盖板保护玻璃表面质量的关键；4、对于加热炉温度场均匀性和模具压力很难精确控制；5、3D盖板保护玻璃热弯成型制造成本较高，3D曲面玻璃价格大70-120元/片，是2.5D玻璃价格的3-4倍；6、3D盖板保护玻璃热弯成型制造工艺难度较大，良品率普遍仅有40～60％，甚至更低；7、3D盖板保护玻璃热弯成型效率普遍不高，例如18工位玻璃热弯成型机的产能仅为700-1000片/24h。目前，玻璃压制成型工艺主要有供料系统(玻璃熔体供料工艺的流程如图4所示)、分配系统、成型系统(玻璃熔体冲压成型工艺的流程如图5所示)。供料系统多为冲压和剪刀构成，剪刀将玻璃熔体剪成重量一致的料滴；分配系统主要用于料滴分配，使其送入到相应的模具内；成型系统主要由模具(阴模)2和压头(阳模)3构成，当玻璃熔体1进入模具2后，压头3快速下压，使玻璃熔体1填充在压头3和模具2之间的缝隙，形成玻璃制品4，底模顶出，取出玻璃制品4。但是，传统压制成型只能生产厚度2mm以上的玻璃制品，且要求玻璃熔体质量大于100g，而5-6吋手机盖板保护玻璃质量仅有16-19克且厚度要求0.6-0.8mm，当玻璃熔体供料质量偏小时，会导致玻璃熔体所带来热量不足问题，无法使模具内表面维持相对稳定温度，玻璃熔体进入模具后，玻璃熔体热量被迅速吸收，致使与模具接触玻璃出现快速冷却，黏度迅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手机盖板保护玻璃的3D模压成型及纤维增强装置，其特征在于，依次包括：供料系统，用于将玻璃熔体以扁形椭圆玻璃熔体供料，并调节所述扁形椭圆玻璃熔体的玻璃黏度为10

【技术特征摘要】
1.一种手机盖板保护玻璃的3D模压成型及纤维增强装置，其特征在于，依次包括：供料系统，用于将玻璃熔体以扁形椭圆玻璃熔体供料，并调节所述扁形椭圆玻璃熔体的玻璃黏度为104.2-4.5dPa·s；所述供料系统包括用于输送玻璃熔体的铂金管，所述铂金管沿玻璃熔体流动方向为渐变收缩的弧形管，所述铂金管出料口为扁形椭圆形；纤维分配系统，用于将物理增强用纤维网或短纤维均匀分配在所述扁形椭圆玻璃熔体之上；辊压系统，用于将分配有纤维网或短纤维的扁形椭圆玻璃熔体预压成玻璃带；所述辊压系统包括两根轧辊，所述轧辊的表面温度比所述扁形椭圆玻璃熔体的温度低30-50℃；剪断系统，用于剪断所述玻璃带，形成待压玻璃带；传输系统，用于将所述待压玻璃带落入传输带上的阴模内，并按工艺要求进行输送；所述加热系统，用于对所述待压玻璃带进行成型温度制度调节以及使阴模维持不低于玻璃黏度107.6dPa·s所对应温度；模压系统，用于通过阳模对所述加热系统中的待压玻璃带进行3D模压成型，形成3D手机盖板保护玻璃毛坯；取件系统，用于取出所述3D手机盖板保护玻璃毛坯。2.如权利要求1所述的手机盖板保护玻璃的3D模压成型及纤维增强装置，其特征在于，所述供料系统还包括料盆和加热体；所述料盆内玻璃熔体的玻璃黏度为103.5-3.8dPa·s，所述铂金管将所述料盆内的玻璃熔体以扁形椭圆玻璃熔体输送至所述辊压系统中；所述加热体安装在所述铂金管的外壁上，用于调节所述玻璃熔体的温度和黏度，使所述扁形椭圆玻璃熔体的玻璃黏度为104.2-4.5dPa·s。3.如权利要求1所述的手机盖板保护玻璃的3D模压成型及纤维增强装置，其特征在于，当采用纤维网时，所述纤维分配系统包括纤维网卷轴、导向辊和纤维网，所述纤维网缠绕在所述纤维网卷轴上，在所述导向辊的作用下均匀分配在所述扁形椭圆玻璃熔体之上；所述纤维网包括但不限于碳纤维、石英纤维、高硅氧纤维、无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、铜金属纤维、不锈钢纤维和镍铬纤维，上述长纤维编织的纤维网，单丝纤维直径不大于10μm，集束纤维不大于200μm，金属基纤维网孔大于10mm，无机基纤维网孔为3-6mm。4.如权利要求1所述的手机盖板保护玻璃的3D模压成型及纤维增强装置，其特征在于，当采用短纤维时，所述纤维分配系统包括短纤维储仓、振筛分散器和短纤维，所述短纤维储仓用于所述短纤维储放，所述振筛分散器用于所述短纤维分散和控制纤维用量；所述短纤维储仓内的短纤维在所述振筛分散器的作用下均匀分配在所述扁形椭圆玻璃熔体之上；所述短纤维包括但不限于碳纤维、石英纤维、高硅氧纤维、无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、陶瓷纤维、铜金属纤维、不锈钢纤维和镍铬纤维，单丝纤维直径不大于10μm，上述纤维经过短切加工，纤维长度为2-12mm。5.如权利要求1所述的手机盖板保护玻璃的3D模压成型及纤维增强装置，其特征在于，所述铂金管出料口的高度为3-10mm、宽度为手机盖板保护玻璃长度或宽度的1.1-1.2倍，所述纤维分配系统的分配宽度为手机盖板保护玻璃长度或宽度的1.1-1.2倍，两根所述轧辊的间距为手机盖板保护玻璃厚度的1...

【专利技术属性】
技术研发人员：田英良，
申请(专利权)人：田英良，
类型：发明
国别省市：北京,11