温度对柔性玻璃狭缝下拉成形过程影响分析

徐正本,张超,侯延升

山东柔光新材料有限公司  272100

摘要：文章以无碱硼铝硅酸盐玻璃为试验研究对象，在不对牵引辊、后续拉边机等拉薄工艺对玻璃厚度所造成影响进行考量的前提下，对狭缝入口位置的进口温度、狭缝温度变化以及空气介质温度变化对柔性玻璃成形所才产生的现实影响进行分析与研究，以此实现对柔性玻璃狭缝下拉成形过程中最优温度数据的确定。

关键词：柔性玻璃；狭缝下拉成形；温度

引言：为避免柔性玻璃狭缝下拉成形过程中发生断裂问题，需要依托合适温度的设定调整玻璃液流动速度与厚度，促使柔性玻璃顺利成形且可以得到厚度相对较薄的柔性玻璃产品。基于此，可以依托试验确定最优温度数据。

一、研究对象与试验设计

（一）研究对象基本情况

    选取无碱硼铝硅酸盐玻璃作为本次试验研究的对象，其主要由二氧化硅、氧化钙、氧化镁等成分构成。对无碱硼铝硅酸盐玻璃样本的成分进行分析，发现不同成分的含量如下所示：二氧化硅的含量为61.72%；三氧化二铝的含量为17%；氧化硼的含量为9.81%；氧化钙的含量为7.5%；氧化镁的含量为1.46%；氧化硅的含量为1.77%；氧化钡的含量为0.57%；氧化锡的含量为0.17%。

（二）研究思路与条件设计

1.研究思路

应用模拟软件，对柔性玻璃狭缝下拉成形工艺中玻璃液的流动状态实施模拟，在不对牵引辊、后续拉边机等拉薄工艺对玻璃厚度所造成影响进行考量的前提下[1]，对狭缝入口位置的进口温度、狭缝温度变化以及空气介质温度变化对柔性玻璃成形所产生的现实影响进行分析与研究，并以此为基础落实对柔性玻璃狭缝下拉成形工艺操作中的最佳温度数值进行确定，确保柔性玻璃顺利成形且可以得到厚度相对较薄的柔性玻璃产品。

2.工艺模拟

构建起柔性玻璃狭缝下拉成形工艺几何模型，设定狭缝的长度为300毫米、宽度为4.5毫米；Z轴的负方向为设定的重力方向。对于玻璃液而言，其主要依托狭缝入口并在重力的作用下的流入模具。模拟狭缝中间段，实际设定的计算区域尺寸控制为10毫米×4.5毫米×300毫米。在FAVOR技术的支持下，应用矩形网格完成对模型的划分，获取到的网格总数量为495000，最大长宽比约为1.01:1，该数据保持在推荐值（5:1）的范围内。

3.试验条件

在本次试验研究中，进口边界条件使用速度进口，并在此基础上，落实对狭缝入口区域的进口温度的设置。本研究主要针对温度变化与柔性玻璃狭缝下拉成形工艺之间的关系进行探究，所以研究重点内容为温度变化。基于这样的情况，在必要条件（即狭缝入口区域的进口温度为自变量，其他温度数据为控制变量）下，并不针对狭缝入口区域的进口温度设置定值。压力设定为标准大气压1.013×105帕，并同时实现对空气介质、传热模式的设定。另外，由于在本次试验研究中，还展开了对空气介质温度变化与柔性玻璃成形之间的关系性的探讨，所以在必要条件下（即空气介质温度为自变量，其他温度数据为控制变量），也并不针对空气介质温度设置定值。

二、研究结果与结论

（一）狭缝入口区域的进口温度与柔性玻璃成形之间的关系

设定狭缝温度为1300℃、空气介质温度为720℃，对狭缝入口区域的进口温度与柔性玻璃成形之间的关系展开试验分析。在电熔窑下部设定狭缝，在玻璃液熔融后，能够经过狭缝流出，同时在拉边机、牵引辊等机械结构的作用下形成柔性玻璃。在本次试验研究期间，设定了五项狭缝入口区域的进口温度数据，由低至高分别为1306℃、1397℃、1418℃、1450℃以及1509℃。结合温度云图确定在狭缝入口区域的进口温度不同条件下，选取7个点位进行温度测定，确定玻璃液的现实温度分布情况。在狭缝入口区域的进口温度逐渐增高的条件下，受到重力的作用，玻璃液的厚度有所下降。在进口温度达到1450℃后，柔性玻璃在实际成型过程中会转入拉断状态，拉断前玻璃液的实际流动距离保持在0.298米左右；当进口温度为1509℃时，玻璃液在拉断前实际流动的距离保持在0.295米左右。

进一步对不同进口温度条件下，同一时间段内XY截面上的玻璃液流动速度实施对比分析，能够了解到的是，在同一温度条件下，玻璃液流速表现出先增大后减小的状态，最后保持在平缓水平；普遍在-0.05米的位置能够获取到玻璃液最大流速。在进口温度持续增大的条件下，玻璃液的粘度表现出随之下降的状态，促使其流动速度表现出更为明显的先增大后降低变化趋势[2]。为避免在成形过程中发生断裂，以及在后续拉薄工艺中出现断裂问题，更适合将狭缝入口区域的进口温度数值保持在较低水平，即设定为1306℃更为合适。

（二）狭缝温度变化与柔性玻璃成形之间的关系

    设定狭缝入口区域的进口温度为1306℃、空气介质温度为720℃，对狭缝温度变化与柔性玻璃成形之间的关系展开试验分析。在本次试验研究期间，设定了五项狭缝温度数据，由低至高分别为1206℃、1280℃、1300℃、1320℃以及1340℃。结合温度云图确定在狭缝温度不同条件下，选取7个点位进行温度测定，确定玻璃液的现实温度分布情况，能够观察到的是，在试验设定的狭缝温度条件下，玻璃液未发生断裂问题，且实际的温度变化情况也并不显著，这意味着，在狭缝温度变化期间，并不会过多影响玻璃液的拉薄；在狭缝温度逐步增大时，玻璃液厚度表现出先增大后减小的趋势，且在-0.05米的位置能够获取到最小玻璃液厚度。基于这样的情况，在实际的柔性玻璃成形期间，将狭缝温度始终保持在1280℃-1300℃的范围内即可。

（三）空气介质温度变化与柔性玻璃成形之间的关系

设定狭缝入口区域的进口温度为1306℃、狭缝温度1300℃，对空气介质温度变化与柔性玻璃成形之间的关系展开试验分析。在本次试验研究期间，设定了五项空气介质温度数据，由低至高分别为680℃、700℃、720℃、730℃以及740℃。结合温度云图确定在空气介质温度不同条件下，选取7个点位进行温度测定，确定玻璃液的现实温度分布情况，能够观察到的是，在试验设定的空气介质温度条件下，玻璃液未发生断裂问题，且实际的温度变化情况也并不显著；在空气介质温度增高的条件下，不同试样相同位置的温度差保持在2-5℃的范围内。

进一步对不同空气介质温度条件下，同一时间段内XY截面上的玻璃液流动速度实施对比分析，能够了解到的是，空气介质温度变化趋势与对玻璃液流动速度变化趋势基本保持在一致状态；在空气介质温度提升至720℃后，并不会对玻璃液流速造成较大影响；在空气介质温度提升至740℃后，玻璃液流经距离0至-0.05米范围内的速度变化明显增大，此时，会促使玻璃液发生断裂问题的概率增高。基于这样的情况，在实际的柔性玻璃成形期间，将空气介质温度始终保持在720℃-730℃的范围内即可。

总结：综上所述，在狭缝入口区域的进口温度逐渐增高的条件下，受到重力的作用，玻璃液的厚度有所下降，为避免在成形期间以及在后续拉薄工艺中出现断裂问题，更适合将狭缝入口区域的进口温度数值保持在较低水平，即设定为1306℃更为合适；在狭缝温度变化期间，并不会过多影响玻璃液的拉薄，所以将狭缝温度始终保持在1280℃-1300℃的范围内即可；空气介质温度提升至740℃后会促使玻璃液发生断裂问题的概率增高，所以在实际的柔性玻璃成形期间，将空气介质温度始终保持在720℃-730℃的范围内即可。

参考文献：

[1]李淼,孔令歆,王答成,等. 柔性显示用玻璃制造加工进展综述[J]. 玻璃,2022,49(05):11-19.

[2]郭振强,袁坚,淮旭光,等. 牵引速度对狭缝下拉法柔性玻璃拉薄过程的影响[J]. 玻璃,2020,47(06):8-13.