CN107473605A - 蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法及其应用 - Google Patents

蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法及其应用。该制造方法是在玻璃表面精雕多个正多边形盲孔后在盲孔固化有机高分子材料。此盲孔可以周期性局部减薄玻璃，提高玻璃的断裂韧性，从而提高抗跌落性能，玻璃上连通的未减薄网状结构彼此连接提供了该背板的强度，而使得不因玻璃较薄强度降低***，且在正多边形盲孔内固化填充有机高分子材料，使其吸收跌落的冲击能量，更一步提高玻璃断裂韧性。将玻璃热弯后，使用该蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法可以制备玻璃手机外壳。

Description

蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法及其应用
技术领域
本发明涉及结构件制备领域，具体涉及消费电子背板结构件制备领域，特别涉及蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法及其应用。
背景技术
随着手机等消费电子的迅猛发展，消费电子的外壳(背板)等结构件取得了长足的进步，也遇到新的问题。特别是未来5G时代对消费电子外壳(背板)的材质提出了更苛刻的要求。传统金属由于其屏蔽效果，对天线设计带来巨大的挑战，其将不能用于5G外壳(背板)的制造，而塑料其先天的低强度、不耐磨限制了其在大尺寸屏幕、超薄领域的应用，另外随着消费审美的提高，传统单一的金属外壳和塑料材质的外壳(背板)也将难以打动消费者。
申请号为201610904152.3的专利中报道了智能手机或手环等电子产品的曲面玻璃的制备方法。其是将平面玻璃雕铣成预设的尺寸，后装入模具在高温下将玻璃软化后将其热弯成所需要形状，得到曲面玻璃背板。该方案能有效完成曲面玻璃的加工制备，但其玻璃的韧性不佳，且热弯工艺导致曲面玻璃应力集中，而该方案无其它吸收冲击能量的部件，导致跌落过程中能量全部被曲面玻璃吸收，其更容易破裂。
申请号为201510651305.3的专利中报道了2.5D玻璃处理工艺、手机玻璃屏结构及手机，该方案为了解决2.5D玻璃手机背板摔落性能不佳的问题，在玻璃背板边缘注塑了塑胶框提高2.5D玻璃背板抗摔落性能。但该方案仅边缘少量塑胶框吸收跌落能量，抗摔落性能提高有限，且并未提高玻璃本身的抗跌落性，同时在边缘的塑胶框易与玻璃脱落且影响美观。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法及其应用。该方法制备的蜂窝状盲孔增韧玻璃的内表面有多个正多边形盲孔，此盲孔可以周期性减薄手机玻璃背板，不降低手机玻璃背板的强度和硬度而提高背板的抗跌落性能，同时盲孔中填充的有机高分子材料吸收了跌落的冲击能量能进一步提高抗跌落性能。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：一种蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法，包括以下步骤：
a)在玻璃的第一平面雕刻多于一个的正多边形盲孔；
b)使用硅烷偶联剂处理玻璃第一平面的正多边形盲孔内表面；
c)在经过步骤b)处理过的正多边形盲孔内注入有机高分子材料后加热固化。
优选的，使用精雕机雕刻正多变形盲孔，正多变形盲孔的孔深度为0.1mm～0.9mm，正多边形盲孔的正多边形的边长为0.5mm～10mm，相邻两个正多边形盲孔的壁厚为0.5mm～10mm。
优选的，使用激光雕刻机雕刻正多变形盲孔的孔深度为0.1mm～0.3mm，正多边形盲孔的正多边形的边长为1mm～5mm，相邻两个正多边形盲孔的壁厚为1mm～5mm。
优选的，还包括以下步骤：
e)在玻璃的第二平面雕刻多于一个的正多边形盲孔；
f)使用硅烷偶联剂处理第二平面的正多边形盲孔内表面；
g)在处理过的第二平面正多边形盲孔内注入有机高分子材料后加热固化。
h)将经步骤g)处理过的玻璃表面机加工处理。
优选的，正多边形盲孔为等边三角形盲孔、正方形盲孔、正五边形盲孔、正六边形盲孔和圆型盲孔中一种。
优选的，有机高分子材料为环氧树脂或者液态硅胶中一种，固化温度为60℃～150℃，固化时间为5min～120min。
优选的，硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)一种或者两种混合。
优选的，有机高分子注入工艺为印刷或浸渍涂覆工艺。
一种增韧玻璃手机外壳，将玻璃热弯为曲面手机玻璃外壳毛坯后按上述技术方案的制备方法制备。
优选的，玻璃热弯成型的热弯温度500℃～800℃，热弯时间为3s～15min。
本发明的有益效果：本发明公开了一种蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法及其应用。该制造方法是在玻璃表面雕刻多个正多边形盲孔后在盲孔固化有机高分子材料。此盲孔可以周期性局部减薄玻璃，提高玻璃的断裂韧性，从而提高抗跌落性能，玻璃上连通的未减薄网状结构彼此连接提供了该背板的强度，而使得不因玻璃较薄强度降低***，且在正多边形盲孔内固化填充有机高分子材料，使其吸收跌落的冲击能量，更一步提高玻璃断裂韧性。将玻璃热弯后，使用该蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法可以制备玻璃手机外壳、表壳等消费类电子外壳。
附图说明
图1为玻璃有机胶料复合曲面玻璃外壳的制备步骤示意图。
图2为蜂窝状正六边形盲孔固化硅胶增韧玻璃手机外壳示意图。
图3为蜂窝状圆形盲孔固化硅胶增韧玻璃手机外壳示意图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述，其中所用到原料和设备均为市售，没有特别要求。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
一种蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法，通过以下步骤制造：
a)在玻璃的第一平面雕刻多于一个的多边形盲孔，在本实例中此多边形盲孔优选为正多边形盲孔。在本实施例中可以优选为使用精雕机雕刻正多边形盲孔或者光栅激光雕刻机雕刻，使用精雕机雕刻的正多变形盲孔的孔深度为0.1mm～0.9mm，正多边形盲孔的正多边形的边长为0.5mm～10mm，相邻两个正多边形盲孔的壁厚为0.5mm～10mm，使用光纤激光雕刻机雕刻正多变形盲孔的孔深度为孔深度为0.1mm～0.3mm，正多边形盲孔的正多边形的边长为1mm～5mm，相邻两个正多边形盲孔的壁厚为1mm～5mm。
b)使用硅烷偶联剂处理玻璃第一平面的正多边形盲孔内表面。在本势力中选用将玻璃浸渍在硅烷偶联剂溶液中完成处理。在本实施例中硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)一种或者两种混合。
c)在经过步骤b)处理过的正多边形盲孔内注入有机高分子材料后加热固化。在本实施例中，有机高分子材料选用环氧树脂或者液态硅胶中一种更佳，在本实例中优选的使用印刷或浸渍涂覆工艺在盲孔中注入有机高分子。然后根据注入的有机高分子不同优选的固化温度为60℃～150℃，固化时间为5min～120min。
在本实施例中为了进一步提高玻璃的韧性，在玻璃另一平面再雕刻多个正多边形盲孔，可以使用精雕机雕刻正多边形盲孔或者光纤激光雕刻机雕刻，盲孔的尺寸可以与第一平面的盲孔尺寸相同也可以不同。再次使用硅烷偶联剂处理第二平面的正多边形盲孔内表面，降低表面能，使其与有机高分子能更好的结合。然后在第二平面正多边形盲孔内注入有机高分子材料后加热固化。
在本实施例中，第一平面和第二平面的正多边形盲孔可以分别为等边三角形盲孔、正方形盲孔、正五边形盲孔、正六边形盲孔和圆型盲孔中一种，两个平面的盲孔形状和位置可以相同也可以不同，优选的形状和位置不同。
最后为了提高玻璃表面光洁度，减少毛刺、达到所需尺寸要求，将玻璃用CNC精雕设备将其边角切削处理，然后使用磨抛设备将玻璃磨抛到所需要的表面光洁度要求。
另一方面一种增韧玻璃手机外壳的制备方法如下：将玻璃使用光栅激光设备切割成所需要的尺寸，然后将其放入石墨热弯模具中，码垛装入热弯机中将其热弯成曲面手机玻璃外壳毛坯，然后按上述技术方案记载的制备方法逐步制备得到。在本实例中优选的玻璃热弯成型的温度为500℃～800℃，热弯时间为3s～15min。
以下为本发明具体实施例：
实施例1
将1mm厚的平板玻璃采用光纤激光切割机切割成2.15英寸的小尺寸的玻璃，然后将其放入2.5D石墨热弯模具中在热弯机中以10℃/min速率加入至800℃，然后保温15min后降温得到2.5D曲面玻璃表壳背板毛坯。
在此曲面玻璃表壳毛坯内表面使用玻璃雕刻机雕刻等边三角形盲孔，其中等边三角形盲孔边长0.5mm，等边三角形与等边三角形之间的距离为10mm，雕刻深度0.9mm。
称取γ―氨丙基三乙氧基硅烷50g加入2kg去离子水和2kg乙醇混合溶液中，然后将曲面玻璃手机背板毛坯放入其中浸渍2后干燥h，然后采用与同样尺寸大小的不锈钢网版将液态环氧树脂涂覆至盲孔内在60℃固化120min后用CNC精雕设备将其边角切削处理，用磨抛机将玻璃磨抛到所需要的表面光洁度要求得到该曲面玻璃表壳背板。
为了测试该曲面玻璃表壳背板力学性能。选用上述同样1mm厚度的平板玻璃，按三点弯曲测量抗弯强度的样品要求和单边切口悬梁法测试断裂韧性样品的尺寸要求，按上述工艺在玻璃上雕刻等边三角形后灌胶固化并测试。测试结果表明该复合体的抗弯强度为559MPa，断裂韧性为6.3MPa.m1/2，而该1mm厚度平板玻璃的抗弯强度为565MPa，断裂韧性为3.7MPa.m1/2。
实施例2
将0.3mm厚的平板玻璃采用光纤激光切割机切割成5.15英寸的小块玻璃，然后将其放入3D石墨热弯模具中在热弯机中以10℃/min速率加入至800℃，然后保温3s后降温得到3D曲面玻璃手机背板毛坯。
在此曲面手机背板毛坯内表面使用玻璃雕刻机雕刻正方形盲孔，其中雕刻的正方形边长为10mm，且正方形盲孔与正方形盲孔之间距离为0.5mm，雕刻深度为0.1mm。
称取γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷25g，称取γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷25g，然后将两者加入2kg去离子水和2kg乙醇混合溶液并搅拌均匀，然后将曲面玻璃手机背板毛坯放入其中浸渍2h后干燥，然后将液态硅胶浸渍灌满正方形盲孔并将表面液态硅胶刮掉，放入恒温烘箱中在180℃固化5min后用CNC精雕设备将其边角切削处理，用磨抛机将玻璃磨抛到所需要的表面光洁度要求得到该曲面玻璃手机背板。
为了测试该曲面玻璃手机背板力学性能。选用上述同样0.3mm厚度的平板玻璃，按三点弯曲测量抗弯强度的样品要求和单边切口悬梁法测试断裂韧性样品的尺寸要求，按上述工艺在玻璃上雕刻同样尺寸正方形盲孔后灌胶固化并测试。测试结果表明该复合体的抗弯强度为522MPa，断裂韧性为5.8MPa.m1/2，而该平板玻璃的抗弯强度为519MPa，断裂韧性为3.4MPa.m1/2。
实施例3
将0.6mm厚的平板玻璃采用光纤激光切割机切割成6英寸的小块玻璃，然后将其放入2.5D石墨热弯模具中然后在热弯机中以10℃/min速率加入至800℃，然后保温5min后降温得到2.5D曲面玻璃手机背板毛坯。
在此曲面玻璃手机背板毛坯内表面使用光栅激光雕刻机雕刻正方形盲孔，其中雕刻的正方形边长为5mm，且正方形盲孔与正方形盲孔之间距离为5mm，雕刻深度为0.3mm。
为了进一步提高在此曲面玻璃手机背板毛坯外表面使用玻璃精雕机雕刻等边三角形，其中雕刻的等边三角形边长为5mm，且三角形盲孔与三角形盲孔之间距离为7mm，雕刻深度为0.1mm。
然后称取β-(3，4-环氧环己基乙基)三甲氧基硅烷50g加入2kg去离子水和2kg乙醇混合溶液中，然后将曲面玻璃手机背板毛坯放入其中浸渍2h后干燥，然后使用与正方形盲孔同样尺寸大小的不锈钢网版将液态硅胶涂覆到内表面盲孔后在180℃固化10min固化，然后在使用与等边三角形盲孔同样尺寸的网版将液态环氧树脂涂覆至盲孔内在70℃固化100min后用CNC精雕设备将其边角切削处理，用磨抛机将玻璃磨抛到所需要的表面光洁度要求得到该曲面玻璃手机背板。
为了测试该曲面玻璃手机背板力学性能。选用上述同样0.6mm厚度的平板玻璃，按三点弯曲测量抗弯强度的样品要求和单边切口悬梁法测试断裂韧性样品的尺寸要求，按上述工艺在玻璃上双面雕刻后双面灌胶固化并测试。测试结果表明该复合体的抗弯强度为430MPa，断裂韧性为7.5MPa.m1/2，而该平板玻璃的抗弯强度为582MPa，断裂韧性为3.9MPa.m1/2。
实施例4
将0.5mm厚的平板玻璃采用光纤激光切割机切割成5.2英寸的小块玻璃，然后将其放入3D石墨热弯模具中在热弯机中以10℃/min速率加入至800℃，然后保温4min后降温得到3D曲面玻璃手机背板毛坯。
在此曲面玻璃手机背板毛坯内表面使用光栅激光雕刻机雕刻正五边形盲孔，其中雕刻的正五边形边长为1mm，且正五边形与正五边形之间距离为1mm，雕刻深度为0.1mm。
然后称取β-(3，4-环氧环己基乙基)三甲氧基硅烷50g加入2kg去离子水和2kg乙醇混合溶液中，然后将曲面玻璃手机背板毛坯放入其中浸渍2h后干燥，然后浸渍将液态硅胶灌入盲孔内在170℃固化20min后用CNC精雕设备将其边角切削处理，用磨抛机将玻璃磨抛到所需要的表面光洁度要求得到该曲面玻璃手机背板。
为了测试该曲面玻璃手机背板力学性能。选用上述同样0.6mm厚度的平板玻璃，按三点弯曲测量抗弯强度的样品要求和单边切口悬梁法测试断裂韧性样品的尺寸要求，按上述工艺在玻璃上雕刻后灌胶固化并测试。测试结果表明该复合体的抗弯强度为567MPa，断裂韧性为6.7MPa.m1/2，而该平板玻璃的抗弯强度为574MPa，断裂韧性为3.9MPa.m1/2。
实施例5
将0.4mm厚的平板玻璃采用光纤激光切割机切割成5英寸的小块玻璃，然后将其放入3D石墨热弯模具中在热弯机中以10℃/min速率加入至500℃，然后保温8min降温得到3D曲面玻璃手机背板毛坯。
在此曲面玻璃手机背板毛坯内表面使用光栅激光雕刻机雕刻正六边形盲孔，其中雕刻的正六边形边长为5mm，且正六边形盲孔与正六边形盲孔之间距离为1mm，雕刻深度为0.2mm。
称取γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷50g加入2kg去离子水和2kg乙醇混合溶液中，然后将曲面玻璃手机背板毛坯放入其中浸渍2h，后将液态环氧树脂浸渍灌满正六边形盲孔并将表面液态环氧树脂液刮掉内在70℃固化25min后用CNC雕刻设备将其边角切削处理，用磨抛机将玻璃磨抛到所需要的表面光洁度要求得到该曲面玻璃手机背板，如图2所示。
为了测试该曲面玻璃手机背板力学性能。选用上述同样0.4mm厚度的平板玻璃，按三点弯曲测量抗弯强度的样品要求和单边切口悬梁法测试断裂韧性样品的尺寸要求，按上述工艺在玻璃上雕刻正六边形并灌胶固化并测试。测试结果表明该复合体的抗弯强度为533MPa，断裂韧性为6.0MPa.m1/2，而该平板玻璃的抗弯强度为541MPa，断裂韧性为3.1MPa.m1/2。
实施例6
将0.5mm厚的平板玻璃采用光纤激光切割机切割成4.7英寸的小尺寸的小块玻璃，然后将其石墨热弯模具中在热弯机中以10℃/min速率加入至800℃，然后保温1min后降温得到2.5D曲面玻璃手机背板毛坯。
在此曲面玻璃表壳毛坯内表面使用玻璃雕刻机雕刻圆形盲孔，其中雕刻的圆形盲孔的直径为5mm，且圆形盲孔且圆形盲孔之间距离为2mm，雕刻深度为0.3mm。
称取γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷50g加入2kg去离子水和2kg乙醇混合溶液中搅拌均匀，然后将曲面玻璃手机背板毛坯放入其中浸渍2h，然后采用同样尺寸大小的网版将液态硅胶涂覆至盲孔内在180℃固化15min后用激光和CNC设备将其边角切削处理，用磨抛机将玻璃磨抛到所需要的表面光洁度要求得到该曲面玻璃手机背板，如图3所示。
为了测试该曲面玻璃手机背板力学性能。选用上述同样0.5mm厚度的平板玻璃，按三点弯曲测量抗弯强度的样品要求和单边切口悬梁法测试断裂韧性样品的尺寸要求，光刻腐蚀灌胶固化并测试。测试结果表明该复合体的抗弯强度为591MPa，断裂韧性为6.8MPa.m1 /2，而该平板玻璃的抗弯强度为598MPa，断裂韧性为3.9MPa.m1/2。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)在玻璃的第一平面雕刻多于一个的正多边形盲孔；
b)使用硅烷偶联剂处理玻璃第一平面的正多边形盲孔内表面；
c)在经过步骤b)处理过的正多边形盲孔内注入有机高分子材料后加热固化。
2.根据权利要求1所述的蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法，其特征在于：步骤a)用精雕机雕刻正多变形盲孔，正多变形盲孔的孔深度为0.1mm～0.9mm，正多边形盲孔的正多边形的边长为0.5mm～10mm，相邻两个正多边形盲孔的壁厚为0.5mm～10mm。
3.根据权利要求1所述的蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法，其特征在于，步骤a)用激光雕刻机雕刻正多变形盲孔，正多变形盲孔的孔深度为0.1mm～0.3mm，正多边形盲孔的正多边形的边长为1mm～5mm，相邻两个正多边形盲孔的壁厚为1mm～5mm。
4.根据权利要求2或3所述的蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法，其特征在于：还包括以下步骤：
e)在玻璃的第二平面雕刻多于一个的正多边形盲孔；
f)使用硅烷偶联剂处理第二平面的正多边形盲孔内表面；
g)在处理过的第二平面正多边形盲孔内注入有机高分子材料后加热固化；
h)将经步骤g)处理过玻璃表面机加工处理。
5.根据权利要求4所述的蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法，其特征在于：正多边形盲孔为等边三角形盲孔、正方形盲孔、正五边形盲孔、正六边形盲孔和圆型盲孔中的一种。
6.根据权利要5所述的蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法，其特征在于：有机高分子材料为环氧树脂或者液态硅胶中一种，固化温度为60℃～180℃，固化时间为5min～120min。
7.根据权利要求6所述的蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法，其特征在于：硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的一种或者两种混合。
8.根据权利要求7所述的蜂窝状盲孔增韧玻璃的制造方法，其特征在于：有机高分子注入工艺为印刷或者浸渍涂覆工艺。
9.一种增韧玻璃手机外壳，其特征在于：先将玻璃切割成小块玻璃，将小块玻璃热弯为手机玻璃外壳毛坯后按权利要求1～8的所述的任一权利要求制备方法制备。
10.根据权利要求9所述的增韧玻璃手机外壳，其特征在于：玻璃热弯成型的温度为500℃～800℃，热弯时间为3s～15min。
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