кольцо для отжига стеклянного листа, способ изготовления стеклянного листа и лист, изготовленный таким способом

Формула изобретения

1. Кольцо для отжига стеклянного листа, выполненное в виде замкнутой рамки, отличающееся тем, что содержит изолирующее кольцо, расположенное по внутренней периферии замкнутой рамки для уменьшения скорости охлаждения стеклянного листа на участке взаимодействия с изолирующим кольцом с обеспечением уменьшения величины растягивающего напряжения во внутренней зоне и поддержания сжатия кромок во время охлаждения стекла.

2. Кольцо по п.1, отличающееся тем, что изолирующее кольцо выступает на 7 - 13 см внутрь по отношению к замкнутой рамке, увеличивая ширину зоны и пропорционально уменьшая величину суммарного растягивающего напряжения во внутренней зоне стеклянного листа.

3. Кольцо по п.2, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя опорное кольцо, установленное по внутренней периферии замкнутой рамки в ее нижней части под изолирующим кольцом.

4. Кольцо по п.3, отличающееся тем, что опорное кольцо выступает внутрь замкнутой рамки по существу на ту же величину, что и изолирующее кольцо, и образует опору для изолирующего кольца.

5. Кольцо по п.4, отличающееся тем, что изолирующее кольцо выполнено из стекловолоконного матричного материала.

6. Кольцо по п.5, отличающееся тем, что опорное кольцо изготовлено из тонкого листа нержавеющей стали.

7. Способ охлаждения стеклянного листа от температуры выше точки его деформации, включающий укладку стеклянного листа на кольцо для отжига и последующее его охлаждение с обеспечением формирования постоянных напряжений в стеклянном листе и изоляцией периферийной части листа для поддержания температуры периферийной части выше точки ее деформации, отличающийся тем, что в процессе охлаждения лист поддерживают в контакте с изолирующим кольцом, расположенным по периферии кольца для отжига.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что стадия охлаждения включает в себя естественную конвекцию воздуха из окружающей среды.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что стадия охлаждения включает в себя принудительное воздушное охлаждение до низкого уровня.

10. Стеклянный лист, пригодный для ламинирования, содержащий наружную периферийную часть и внутреннюю периферийную часть, окруженную наружной периферийной частью, которая имеет сжатие кромок с максимальной величиной на кромке стеклянного листа, уменьшающееся по направлению к середине стеклянного листа, а внутренняя часть характеризуется растягивающим напряжением и максимальным значением растягивающего напряжения, отличающийся тем, что усилие сжатия кромок и растягивающее напряжение уравновешиваются до нуля на расстоянии 7 - 16 см внутрь от кромки стеклянного листа и максимальное значение сжатия кромок превышает 300 кг/см², а максимальное значение растягивающего напряжения меньше 60 кг/см².

11. Лист по п.10, отличающийся тем, что уравновешивание происходит на расстоянии 11 см внутрь от кромки стеклянного листа.

12. Лист по п. 10, отличающийся тем, что максимальное значение сжатия кромок превышает 400 кг/см², а максимальное значение растягивающего напряжения меньше 60 кг/см².

13. Лист по п. 10, отличающийся тем, что максимальное значение сжатия кромок превышает 400 кг/см², а максимальное значение растягивающего напряжения меньше 40 кг/см².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к улучшенному отжиговому кольцу для опоры стеклянного листа во время охлаждения и к улучшенному способу охлаждения стеклянного листа.

Стеклянные листы, которые изготавливают отдельно прессованием для получения слоистых автомобильных ветровых стекол, охлаждают таким образом, чтобы контролировать напряжения. Это охлаждение достигается за счет естественной конвекции либо принудительного воздушного охлаждения до низкого уровня. В таких ветровых стеклах создаются поверхностные напряжения, которые можно сравнить с напряжениями в активно отожженных стеклянных листах при применении обычных способов изготовления ветровых стекол с провисанием под действием их силы тяжести.

Однако сжимающее напряжение на кромках ветровых стекол, изготовленных прессованием и охлажденныхза счет естественной конвекции либо принудительного воздушного охлаждения до низкого уровня, обычно более высокое, чем у обычных активно отожженных стекол.

Сжатие кромок обычно составляет 300 - 400 кг/см² и 150-200 кг/см² для стекол, изготовленных прессованием и охлажденных за счет естественной конвекции или принудительного охлаждения до низкого уровня, и для обычных, активно отожженных листов соответственно. Эта более высокая деформация сжатия кромок прессованных стекол представляет собой усовершенствование, поскольку такие стекла менее склонны к повреждению их кромок во время транспортировки стекол.

Однако сжатие кромки образует изнутри зону напряжений. Общее внутреннее растягивающее напряжение должно выравнивать общее сжатие кромок. Таким образом, внутреннее растягивающее напряжение должно быть более высоким для отдельно прессованных и охлажденных стекол, чем для обычных стекол, изготавливаемых с провисанием под действием силы тяжести.

Измеряемое суммарное растягивающее напряжение во внутренней зоне (N/BT) на отпрессованных и охлажденных листах обычно составляет 50 - 120 кг/см², тогда как на обычных листах, полученных с провисанием под действием силы тяжести, оно равно 25 - 50 кг/см².

Опыт показывает, что уровни суммарных растягивающих напряжений во внутренней зоне листа свыше примерно 60 кг/см² могут создать проблемы (разрушение), связанные с ухудшением качества ветровых стекол. В частности ламинированные ветровые стекла с растягивающими напряжениями во внутренней зоне, превышающими 60 кг/см², не проходят так называемое "испытание царапанием" для ветровых стекол.

В испытании "царапанием" слоистый материал (или отдельный лист стекла) подвергают истиранию с использованием наждачной бумаги 80 из окиси алюминия. Обычно истираемым участком является зона шириной примерно 6 дюймов (152,4 мм) непосредственно внутри периметра листа стекла.

Если в течение 24 ч испытания на истирание отмечается растрескивание, то это значит, что образец не прошел испытание на "царапание". Опыт показал, что образцы с растягивающими напряжениями во внутренней зоне (NIBT), превышающими 60 кг/см², обычно не проходят это испытание, хотя другие образцы с меньшими внутренними растягивающими напряжениями (NIBT) проходят испытание. Это испытание является хорошим мерилом для определения тенденции установленного ветрового стекла к растрескиванию при случайном истирании или ударе камня.

Предпринимались попытки уменьшить суммарные растягивающие напряжения во внутренней зоне (NIBT) посредством уменьшения скорости охлаждения стеклянного листа, особенно изнутри в том месте, где стеклянный лист контактирует с опорным кольцом.

Также опыт показывает, что деформация сжатия кромок меньшая, чем примерно 150 - 200 кг/см² может привести к повреждению слоистого стекла во время установки стекла в соответствующее отверстие в автомобиле. Более высокая деформация сжатия кромок будет уменьшать тенденцию стекла к разрушению во время его установки.

В патенте [1] описано покрытие, используемое при отпуске стеклянных листов, представляющее собой металлическую ткань, которой покрывают раму, предназначенную для опоры отжигаемых стеклянных листов. Металлическая ткань имеет низкую теплопроводность, она уменьшает поглощение тепла рамок.

В патенте [2] раскрыты легкие гибкие железные теплозащитные экраны для форм, применяемых для гибки стекла, которые защищают стеклянные листы от источника тепла. Теплозащитные экраны применяют для изменения скорости нагрева различных участков стеклянных листов для получения окончательной формы стекол.

Обычные стеклянные листы, охлажденные за счет естественной конвекции или принудительного воздушного охлаждения на обычных отжиговых кольцах, имеют чрезмерно высокое суммарное растягивающее напряжение во внутренней зоне.

Наиболее близким к предложенному кольцу для отжига стеклянного листа является кольцо для отжига стеклянных листов, выполненное в виде замкнутой рамки [3].

Стеклянный лист, получаемый после обжига, содержит наружную периферийную часть и внутреннюю периферийную часть, окруженную наружной периферийной частью.

Наиболее близким к предложенному способу изготовления стеклянного листа является способ, при котором имеет место укладка стеклянного листа на кольце для отжига с последующим охлаждением, во время которого температуру периферийной части листа поддерживают выше точки ее деформации [4].

Достигаемым техническим результатом является создание улучшенного кольца для отжига стеклянных листов, которое позволяет изменить напряжение на кромках стеклянного листа, изготовленного прессованием и затем охлажденного.

Другим техническим результатом является создание улучшенного отжигового кольца, которое уменьшает суммарное растягивающее напряжение во внутренней зоне прессованного стеклянного листа, охлажденного за счет естественной конвекции или принудительного воздушного охлаждения.

Еще одним техническим результатом является разработка улучшенного способа для локального замедления скорости охлаждения нагретого стеклянного листа около его кромки таким образом, что, когда в стеклянном листе постоянно образуются напряжения, температуру стеклянного листа вблизи его кромки поддерживают выше точки деформации, следовательно, внутренние растягивающие напряжения распределяются на большой площади.

Следующим техническим результатом является разработка улучшенного способа сжатия кромки образованного стеклянного листа при его охлаждении естественной конвекцией или принудительного охлаждения до низкого уровня.

Указанные технические результаты достигаются тем, что кольцо для отжига стеклянного листа, выполненное в виде замкнутой рамки, содержит изолирующее кольцо, расположенное по внутренней периферии замкнутой рамки для уменьшения скорости охлаждения стеклянного листа на участке взаимодействия с изолирующим кольцом с обеспечением уменьшения величины растягивающего напряжения во внутренней зоне и поддержания сжатия кромок во время охлаждения стекла. Изолирующее кольцо уменьшает величину суммарного растягивающего напряжения во внутренней зоне обычно на 50% за счет уменьшения скорости охлаждения периферийной части стеклянного листа по сравнению с его центральной частью.

Предпочтительно изолирующее кольцо обычно выступает на 7-13 см внутрь по отношению к замкнутой рамке, увеличивая ширину зоны и пропорционально уменьшая величину суммарного растягивающего напряжения во внутренней зоне стеклянного листа.

Внутренняя зона растягивающих напряжений уравновешивает сжатие кромок стеклянного листа, охлажденного на таком кольце, поскольку суммарное значение этих сил должно равняться нулю.

В одном варианте исполнения кольцо для отжига также включает в себя опорное кольцо, установленное по внутренней периферии замкнутой рамки в ее нижней части под изолирующим кольцом. Опорное кольцо выступает внутрь замкнутой рамки по существу на ту же величину, что и изолирующее кольцо, и образует опору для изолирующего кольца.

Предпочтительно изолирующее кольцо выполнено из стекловолоконного матричного материала. Такие материалы включают в себя стекловолокна и войлочные материалы на основе керамики и смолы. Опорное кольцо может быть изготовлено из тонкого листа нержавеющей стали.

Изолирующее кольцо применяют для измерения растягивающих напряжений на кромках, образующихся на задних и ветровых стеклах, изготовленных прессованием с последующим охлаждением, за счет увеличения зоны внутренних растягивающих напряжений, которая уменьшает таким образом величину растягивающих напряжений во внутренней зоне и тенденцию стеклянного листа к разрушению при ударе.

Способ охлаждения стеклянного листа от температуры выше точки его деформации включает укладку стеклянного листа на кольцо для отжига и последующее его охлаждение с обеспечением формирования постоянных напряжений в стеклянном листе и изоляцией периферийной части листа для поддержания температуры периферийной части выше точки ее деформации, при этом в процессе охлаждения лист поддерживают в контакте с изолирующим кольцом, расположенным по периферии кольца для отжига.

Стадия охлаждения включает в себя естественную конвекцию воздуха из окружающей среды или принудительное воздушное охлаждение до низкого уровня.

Стеклянный лист, пригодный для ламинирования, полученный таким способом, содержит наружную периферийную часть, которая окружает внутреннюю периферийную часть, и имеет сжатие кромок с максимальной величиной на кромке стеклянного листа, уменьшающееся по направлению к середине стеклянного листа, а внутренняя часть характеризуется растягивающим напряжением и максимальным значением растягивающего напряжения, причем усилие сжатия кромок и растягивающее напряжение уравновешиваются до нуля на расстоянии 7 - 16 см внутрь от кромки стеклянного листа, максимальное значение сжатия кромок превышает 300 кг/см², а максимальное значение растягивающего напряжения меньше чем 60 кг/см².

Уравновешивание происходит на расстоянии 11 см внутрь от кромки стеклянного листа. Максимальное значение сжатия кромок превышает 400 кг/см², а максимальное значение растягивающего напряжения - менее чем 60 кг/см² или даже менее 40 кг/см².

На фиг. 1 изображен вид в плане улучшенного кольца для обжига стеклянного листа, включающего в себя изолирующее кольцо, изготовленное в соответствии с изобретением;

на фиг. 2 - разрез 2-2 на фиг. 1, показывающий изолирующее кольцо, установленное на опорном кольце;

на фиг. 3 - график, показывающий распределение напряжений в стеклянном листе, отожженном на отжиговом кольце без усовершенствования изобретения;

на фиг. 4 - график, показывающий улучшенное распределение напряжений в стеклянном листе, отожженном на отжиговом кольце, представленном на фиг. 3, включая усовершенствование в соответствии с изобретением, благодаря которому уменьшается максимальное суммарное растягивающее напряжение во внутренней зоне стеклянного листа.

Кольцо для отжига стеклянного листа, выполненное в виде замкнутой рамки, показано поз. 10 на фиг. 1 и 2. Кольцо для отжига стеклянного листа уменьшает величину суммарных растягивающих напряжений во внутренней зоне или значение напряжений во внутренней зоне, при этом сохраняя сжатие на кромке или значение деформации сжатия на кромке образованного стеклянного листа, когда его охлаждают на кольце.

Как будет описано более подробно, кольцо для отжига регулирует локальное охлаждение и позволяет отжигать стеклянные листы, применяемые в качестве слоистых автомобильных стекол в соответствии с техническими условиями без применения установки для отжига, таким образом достигается значительная экономия.

Как показано на фиг. 1 и 2, кольцо для отжига стеклянного листа, выполненное в виде замкнутой рамки 10, включает в себя изолирующее кольцо 12, расположенное по внутренней периферии замкнутой рамки. Изолирующее кольцо 12 замедляет передачу тепла от части стеклянного листа, расположенной вблизи него, для уменьшения величины суммарного внутреннего растягивающего напряжения за счет увеличения внутренней зоны сил, которые уравновешивают силы сжатия кромок, образующиеся во время охлаждения.

В то же время изолирующее кольцо 12 поддерживает сжатие кромок, когда стеклянный лист охлаждают. Поскольку все напряжения по всему стеклянному листу должны усредняться или интегрироваться до нуля, то величина внутреннего растягивающего напряжения является функцией площади зоны. Предпочтительно эти силы интегрируются до нуля на расстоянии по меньшей мере 6 см внутрь от кромки стеклянного листа.

Предпочтительный интервал для интегрирования до нуля составляет 7 - 16 см внутрь от кромки стеклянного листа. Наиболее предпочтительно эти силы интегрируются до нуля на расстоянии примерно 11 см.

Предпочтительно изолирующее кольцо 12 выступает обычно на 7 - 13 см внутрь по отношению к замкнутой рамке 10 для образования широкой зоны уменьшенного растягивающего напряжения в стеклянном листе, при этом сжатие кромок листа не изменяется значительно. Таким образом, величину суммарного растягивающего внутреннего напряжения можно сравнить с величиной внутреннего растягивающего напряжения в стеклянных листах, отожженных обычным способом, которые применяют в качестве ветровых стекол, однако сжатие кромок значительно больше.

Растягивающее напряжение во внутренней зоне может также быть предпочтительно меньше, чем внутреннее растягивающее напряжение в отожженных обычным способом стеклянных листах, при этом сжатие кромок значительно больше.

Предпочтительно кольцо для отжига стеклянного листа также включает в себя опорное кольцо 14, изготовленное из тонкого листа нержавеющей стали, которое установлено по внутренней периферии замкнутой рамки 10 в ее нижней части под изолирующим кольцом. Опорное кольцо 14 выступает внутрь замкнутой рамки 10 обычно на такое же расстояние, как и изолирующее кольцо 12 и обеспечивает опору для изолирующего кольца.

Предпочтительно изолирующее кольцо содержит матричный материал из стекловолокна, имеющий очень низкую теплопроводность. В качестве изолирующего кольца 12 успешно применяют изолирующий материал, известный под торговой маркой "Kaowool".

Изолирующее кольцо 12 замедляет скорость охлаждения периферийной части стеклянного листа таким образом, что когда постоянно создаются напряжения во время охлаждения стеклянного листа, изолирующее кольцо 12 поддерживает температуру стекла вблизи его кромки выше точки деформации стекла. Таким образом, напряжения, образующиеся во время охлаждения, распределяются на большей площади, чем в случае, когда охлаждение осуществляют без изолирующего кольца 12.

Таблица, приведенная ниже, позволяет провести сравнение сжатия на кромках и среднего растягивающего напряжения во внутренней зоне между контрольными образцами стеклянных листов, отожженных без изолирующего кольца 12, и стеклянных листов, отожженных на кольце для отжига, имеющем изолирующее кольцо 12, и в соответствии с промышленными стандартами. Численные результаты представляют собой средние значения 4 точек на каждом из трех стеклянных листов, изготовленных для использования в качестве слоистых ветровых стекол.

Понятно, что значения в каждой точке суммированы и усреднены. Четыре точки были расположены примерно на расстоянии 8 дюймов (203 мм) от вертикальной центральной линии с каждой ее стороны, наверху и снизу стеклянного листа. Промышленные стандарты являются измеренными значениями, полученными на образцах, активно отожженных и охлажденных при провисании под действием силы тяжести.

Как показано в таблице, при применении такого изолирующего кольца 12 растягивающее напряжение во внутренней зоне уменьшается на 47%, однако поддерживается сжатие кромок в сравнении с контрольными образцами. На фиг. 3 и 4 изображено немодифицированное и модифицированное распределение напряжений в стеклянных листах, отожженных без описанного изолирующего кольца 12 и с ним.

Фиг. 3 показывает немодифицированное распределение напряжений, фиг. 4 - модифицированное распределение напряжений, при котором амплитуда растягивающего напряжения, которое обычно создается на расстоянии 20 мм от кромки отожженного стеклянного листа, уменьшается по величине примерно на 50%, когда применяют изолирующее кольцо 12.

Такое уменьшение величины растягивающего напряжения во внутренней зоне может также достигаться в стеклянных листах, которые образованы с провисанием под действием силы тяжести на кольце с последующим отжигом.

Однако сжатие кромок обычно составляет 200 мг/см² или меньше, таким образом стекло имеет более высокую склонность к разрушению во время его установки в автомобиле. Скорость охлаждения в процессе активного отжига в печи для отжига стекла, провисающего под действием силы тяжести, значительно ниже, чем в процессе охлаждения за счет естественной конвекции или принудительного охлаждения до низкого уровня.

Эта уменьшенная скорость охлаждения необходима для уменьшения деформации и разрушения уложенных в стопу стекол на кольце и регулирования суммарного растягивающего напряжения во внутренней зоне. Результатом этой более низкой скорости охлаждения является более низкое сжатие кромок.

Хотя был описан подробно наилучший способ осуществления изобретения, однако специалисту в этой области будет ясно, что в объеме изобретения возможны различные варианты конструкции и различные варианты исполнения изобретения.