[发明专利]切割由脆性材料和塑料制成的层压制品的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用切割工具切割由脆性材料和塑料制成的层压制品的方法和装置。优选应用于薄的玻璃或玻璃陶瓷/塑料层压制品的切割。

由脆性材料和塑料制成的层压制品是复合材料工件，其组成部分由在机械和热学性能上有很大差异的材料组成。

常用于生产所述层压制品的塑料，一般在机械性能上相对有弹性或韧性，并且通常具有20～80ppm/K的高热膨胀性和120～260℃的低软化温度。

与其相比，用于上述层压制品生产的脆性材料，如玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷，在机械上呈脆性，并且一般具有低的热膨胀性和高的软化温度。玻璃的热膨胀一般约为3.5～11ppm/K，软化温度TG一般为500～750℃。

由于所述两种材料在物理性能上的较大差异，至今为止，对于这种包括脆性工件和塑料的层压制品来说，还没有可在一次操作中利用切割工具切割的方法和装置。以前所知的方法和装置，仅涉及到单独地切割未经加工的材料，而不是这种复合材料。

为了机械切割未经加工的脆性材料如玻璃，可在玻璃的表面进行刻划，例如通过金刚石切刀或由硬金属制成的小切割轮或切割刀片。这样产生的表面损伤，表现为玻璃的破裂接合，在拉伸载荷下沿着它产生可控制的裂缝。在刻划玻璃过程中，施加在切割工具上的正交力必须不超过一个固定值，该值取决于玻璃的厚度。否则，这通常会导致玻璃的无法控制的破裂(H.Jebsen-Marwedel和R.Brückner(编者)，Glastechnische Fabrikations-fehler〔玻璃制造业的缺点〕，Springer-Verlag，Berlin，Heidelberg，New York，1980，557页et seq.，12.7节，F.Kerkhof和B.Ganswein，Das“Schneiden”des Glases[玻璃的“切割”])。

除了传统的机械切割之外，还已知通过热学手段来产生沿着切割线的应力的方法。例如，DE 197 15 537 A1公开了一种切割脆性材料平板工件的方法和装置，是利用激光束来沿着分割线产生热机械应力的。

此外，切割未经加工的脆性材料，已知还可以用带障板的喷砂法(JP06008145A)，或者利用研磨剂的水喷法切割(DE 35 33 340A1)。

与此相比，通常未经加工的塑料膜既可以利用剪切作用来切割，也就是用可彼此相对移动的具有两个锋利边缘的硬金属刀片来切割，也可以用非常锋利的切割刀或切割轮来切割。

然而，上面提及的所有方法，并不适用于切割所述类型的层压制品，例如玻璃/塑料层压制品。很明显，只有当所用的是薄型玻璃时，层压制品的剪切才是可能的。然而，这种通过对薄玻璃片的剪切作用，增加了横断于切割方向无法控制的脆性裂缝。虽然，锋利的、像解剖刀一样的切割刀能够切割塑料膜，但却不能切透或刻划玻璃。而且，在玻璃表面上，这种刀具会很快地变钝的。

如上所述，当用金刚石或小的硬金属轮来切割时，需要根据上述保持负荷压力低于一个固定值，以避免玻璃的无法控制破裂的产生。然而，若要可靠地切断层压复合材料中的膜，这样限定切割工具的最大负荷压力是不够的。由于塑料膜的弹性，要切割它就需要相对高的负荷压力(或者正交力)，但这样又将导致玻璃的无法控制破裂的产生。

根据上述事实，在一个操作中，用传统的机械切割方法来切割所说层压制品是不可能的。对于切割所述复合材料工件来说，可供选择的方法均具有一系列的不足之处。

对于已知的激光切割，由于激光和所必需的光学元件而导致的高额支出，装置的费用是很可观的。被气化或甚至热解的材料还可能会沉积在层压制品或光学元件上。

由于水和混于其中的研磨剂，水喷切割会导致制品表面变脏和表面缺陷。类似的用喷砂法切割，也会导致层压制品的表面变脏和表面缺陷。这些方法通常需要额外的清洁费用。

在现有的产品应用，如显示器工业中，如果有一种切割方法，它能尽可能地与传统切割工艺相结合，而且是低附加支出的，并且，如果合适，它能在现有的玻璃切割装置上实现的话，则所述层压制品，如薄玻璃/塑料层压制品，作为薄玻璃底层的代替物是很容易被认可的。

本发明的目的是提供一种利用切割工具来切割层压制品的方法和装置，该层压制品由脆性材料，尤其是由玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷，和塑料制成，在一次操作中，层压制品尽可能在一次操作中被切割，同时，还可以达到轮廓的高切割精度和准确度以及快速切割。