談新型鍍膜建材玻璃的發(fā)展

段愛(ài)萍 邊華英,2 袁運(yùn)法

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）2河南省科學(xué)院質(zhì)量檢驗(yàn)與分析測(cè)試研究中心（450002)

1 建材玻璃的發(fā)展

中國(guó)的古建筑設(shè)計(jì)多采用木窗、小窗，主要起通風(fēng)排氣的效果。古代以及現(xiàn)在民間都還流傳著剪窗花的技藝，通過(guò)使用窗花增加過(guò)年過(guò)節(jié)的喜慶裝飾效果，但保溫保暖功能差。后來(lái)通過(guò)在窗格上糊上白紙?jiān)黾油腹庑远哂幸欢ǖ姆篮匦阅?，之后隨著塑料工業(yè)發(fā)展，就在窗格上貼上淺色塑料膜起御寒保溫作用，如今發(fā)展為玻璃窗，窗框采用多種材質(zhì)。當(dāng)前建筑上多使用的是鋁合金玻璃窗和塑鋼、彩鋁、斷橋鋁玻璃窗。玻璃采用單層玻璃、雙層玻璃和中空玻璃、中空鍍膜玻璃等。

玻璃在現(xiàn)代建筑中占據(jù)著重要的位置，它不僅增強(qiáng)了現(xiàn)代建筑視覺(jué)效果，還能實(shí)現(xiàn)采光、防風(fēng)、防雨水等多種功能。隨著玻璃制造技術(shù)水平的發(fā)展以及裝飾技藝的進(jìn)步，玻璃正成為一種超現(xiàn)代的建筑材料，是當(dāng)今建筑必不可少的一個(gè)組成元素。

隨著房地產(chǎn)的發(fā)展，建筑物越來(lái)越高，社區(qū)容積率在增大,對(duì)高層住宅的采光性要求也越來(lái)越高，大面積玻璃的應(yīng)用使建筑美輪美奐，但同時(shí)，大量普通未經(jīng)鍍膜玻璃的采用，使建筑能耗增大。而我國(guó)是能源消耗大國(guó)，目前全國(guó)單位建筑面積能耗是發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3倍以上[1]，其中玻璃門窗能耗占比最大。因此，發(fā)展節(jié)能建筑和新型鍍膜建材玻璃刻不容緩。

如今玻璃在建筑外表面的占比已達(dá)30%左右。玻璃幕墻的應(yīng)用也越來(lái)越多。大量普通玻璃在夏天會(huì)使室內(nèi)形成溫室效應(yīng)，呈現(xiàn)蒸籠一樣的感覺(jué)。因而,Low-E玻璃、陽(yáng)光控制膜等鍍膜玻璃的研發(fā)和應(yīng)用是必然趨勢(shì)。

Low-E(Low-emission glass)玻璃和熱反射鍍膜玻璃的使用，有利于生態(tài)環(huán)境發(fā)展，為建筑設(shè)計(jì)走“科技含量高、資源消耗少、環(huán)境負(fù)荷小、光污染小、成本低、效能優(yōu)”的新路子提供了思路。

普通玻璃對(duì)2.5 μm以上的紅外熱輻射的反射率低，吸收率高，使得冬天不利于保溫，夏天不利于隔熱，而且增加了能耗。一般的低輻射玻璃的傳熱系數(shù)可比普通玻璃降低33.9%，有利于阻止室內(nèi)的紅外熱輻射通過(guò)玻璃向室外擴(kuò)散,達(dá)到保溫效果。陽(yáng)光控制鍍膜玻璃則在夏季可以阻擋室外的光輻射能量進(jìn)入室內(nèi)，起隔熱作用，從而降低住宅建筑取暖與降溫能耗[2]。

而金屬的再輻射能量?jī)H為其吸收能量的2%～10%，而玻璃輻射率ε=0.85，這意味著超過(guò)80%的熱能通過(guò)玻璃表面被輻射出去。因此，將極薄的金屬薄膜鍍到玻璃上，能將玻璃的輻射率減少至與稀有金屬的相同，還能保持透明度。[1]

雙層窗玻璃代替單層玻璃使用后使玻璃窗散熱系數(shù)U值得到了改善,中空鍍膜玻璃使U值進(jìn)一步降低。

中空玻璃是代表著目前最高水平的節(jié)能玻璃，組成結(jié)構(gòu)依次為∶鋼化玻璃+中空層+鍍膜玻璃+真空層+白玻璃+中空層+鋼化玻璃。

典型的中空鍍膜玻璃是兩片玻璃夾著9～16 mm的空腔(中間填充氬氣)，再在內(nèi)層玻璃靠空腔一側(cè)鍍上一層隔熱鍍膜。3層窗玻璃使用兩層充氬空腔，并在外層玻璃靠外側(cè)空腔一側(cè)和內(nèi)層玻璃靠?jī)?nèi)側(cè)空腔一側(cè)加隔熱鍍膜 (εn=0.03)。這能使U值降至0.7/(m2·k) 。[1]

2 玻璃鍍膜技術(shù)

玻璃鍍膜技術(shù)分為在線鍍膜(Hard Coating)和離線鍍膜(Soft coating)。如Low-E玻璃在線鍍膜技術(shù)必須將鍍膜涂布程序與平板玻璃生產(chǎn)相結(jié)合,投資大。生產(chǎn)技術(shù)掌握在少數(shù)幾家跨國(guó)公司手中,離線鍍膜則有能快速建立生產(chǎn)線的優(yōu)勢(shì),投資成本較低。

在線鍍膜方法主要有固體粉末噴涂法和化學(xué)氣相沉積法(CVD法)兩種。固體粉末噴涂法成膜工藝是在平板玻璃成型時(shí),原料通過(guò)螺旋送料機(jī)、經(jīng)由震動(dòng)喂料裝置送入噴槍,在壓縮氣作用下,均勻地噴灑在熱態(tài)玻璃表面，在高溫下熱解成含金屬氧化物薄膜。隨著玻璃的冷卻，在玻璃表面形成一層致密的膜層。膜層堅(jiān)固耐用，在線鍍膜玻璃可以熱彎、鋼化和長(zhǎng)期儲(chǔ)存。缺點(diǎn)是鍍膜玻璃熱學(xué)性能比較差，生產(chǎn)線技術(shù)難度大，浮法玻璃生產(chǎn)線參數(shù)需配合調(diào)整。

離線鍍膜工藝可采取真空濺射鍍膜法和溶膠—凝膠浸涂法。離線鍍膜的優(yōu)點(diǎn)是由于采用脫機(jī)操作，不影響玻璃生產(chǎn)流程，鍍膜設(shè)備易于取得，容易上線。而缺點(diǎn)是金屬膜接觸大氣易起氧化反應(yīng),無(wú)法存放，必需在短時(shí)間內(nèi)密封為雙層玻璃,無(wú)法單片使用;鍍膜后成品不能再進(jìn)行鋼化處理等加工工序。

常用的離線鍍膜方法為真空磁控濺射鍍膜法，就是在真空條件下的連續(xù)噴鍍技術(shù)。玻璃從進(jìn)入點(diǎn)開(kāi)始水平通過(guò)一系列中轉(zhuǎn)空間,然后到達(dá)噴鍍腔，玻璃在壓力幾乎為真空的設(shè)施空間里被均勻鍍膜。真空濺射鍍膜法主要生產(chǎn)金屬膜、合金膜和一些氧化物膜，濺射用靶材料的質(zhì)量和品種制約著濺射法鍍膜的質(zhì)量和性能。

自潔凈玻璃常采用溶膠-凝膠法鍍膜,生產(chǎn)工藝流程為∶玻璃原片備制→清洗→干燥→入鍍膜池→鍍制→烘干→進(jìn)入熱處理爐燒結(jié)→出爐降溫冷卻→產(chǎn)品檢驗(yàn)→包裝→出廠。

1997年深圳南玻集團(tuán)從美國(guó)引進(jìn)了能夠生產(chǎn)Low-E玻璃的特大型真空磁控濺射鍍膜玻璃生產(chǎn)線,研究生產(chǎn)Low-E玻璃。之后天津南玻、格蘭特工程玻璃有限公司、洛陽(yáng)晶潤(rùn)鍍膜玻璃股份公司、上海新比利帷幕墻有限公司等數(shù)家企業(yè)通過(guò)設(shè)備及技術(shù)引進(jìn)方式生產(chǎn)離線Low-E玻璃產(chǎn)品。與此同時(shí),秦皇島耀華玻璃股份公司自主開(kāi)發(fā)研究在線Iow-E玻璃，成功地掌握了在線Low-E玻璃的原料配方，并通過(guò)了實(shí)驗(yàn)室的樣品制備工作，在此基礎(chǔ)上于2000年與美國(guó)阿托菲納公司簽訂了共同開(kāi)發(fā)Low-E玻璃的合作協(xié)議。2003年11月“耀華”牌在線Low-E玻璃正式面市,吸引了行業(yè)的眼球。

3 鍍膜建材玻璃的應(yīng)用前景

熱反射鍍膜玻璃——在玻璃表面鍍金屬或金屬化合物膜，使玻璃色彩豐富并具有新的光、熱性能。其主要作用是降低玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)SC，限制太陽(yáng)輻射的直接透過(guò)。在夏季光照強(qiáng)的地區(qū)，熱反射玻璃的隔熱作用十分明顯，可有效衰減進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)熱輻射，在寒冷地區(qū)不宜使用。

Low-E玻璃,又稱低輻射玻璃,是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產(chǎn)品。其鍍膜層具有對(duì)可見(jiàn)光高透過(guò)及對(duì)中遠(yuǎn)紅外線高反射的特性，使其與普通玻璃及傳統(tǒng)的建筑用鍍膜玻璃相比,具有優(yōu)異的隔熱效果和良好的透光性.玻璃的U值低，同時(shí)有選擇地降低SC，全面改善玻璃的節(jié)能特性。

Low-E玻璃又可分為高透型Low-E玻璃和遮陽(yáng)型Low-E玻璃。高透型Low-E玻璃，對(duì)透過(guò)的太陽(yáng)能衰減較少，遮陽(yáng)系數(shù)SC≥0.5[1]。特別適用于以采暖為主的北方地區(qū)，可以增強(qiáng)取暖效果，節(jié)省暖氣費(fèi)用。用于外觀設(shè)計(jì)透明、通透、采光自然的建筑物，可減少“光污染”危害。制作成中空玻璃(鍍膜面在第3面)使用時(shí)，節(jié)能效果更加優(yōu)良。遮陽(yáng)型Low-E玻璃，SC＜0.5[1]，可有針對(duì)性地衰減透過(guò)的太陽(yáng)能。特別合于以空調(diào)致冷的南方地區(qū)，夏季可很好地限制太陽(yáng)能進(jìn)入室內(nèi)，并可有效阻擋來(lái)自室外的遠(yuǎn)紅外熱輻射，節(jié)省空調(diào)的能耗。

自潔凈玻璃主要用于特殊的建筑或場(chǎng)合，現(xiàn)在較為成熟的自潔凈玻璃膜鍍膜技術(shù)是溶膠—凝膠法鍍膜，也有一些單位或機(jī)構(gòu)在研發(fā)濺射法鍍自潔凈玻璃膜工藝,但目前尚沒(méi)有成熟技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)。

透明光伏玻璃的研究也是新的發(fā)展方向，如有突破則可變被動(dòng)式節(jié)能窗為主動(dòng)式節(jié)能窗。光伏與建筑一體化(BIPV)近年來(lái)倍受關(guān)注,目前的BIPV大部分采用薄膜太陽(yáng)電池。BIPV是在兩塊玻璃之間填充太陽(yáng)電池,故需要三塊玻璃,其中一塊是薄膜太陽(yáng)電池片的基板玻璃。根據(jù)晶硅太陽(yáng)電池組件需要一片(封裝玻璃)光伏玻璃,到薄膜太陽(yáng)電池組件需要兩片(鍍膜基板玻璃+封裝玻璃)光伏玻璃,再到光伏與建筑一體化工程需要三片(鍍膜基板玻璃+2片封裝玻璃)光伏玻璃[3]的狀況,說(shuō)明鍍膜玻璃以及光伏玻璃市場(chǎng)未來(lái)潛力較大。

[1]王輝,楊旸.玻璃鍍膜在建筑中的多種應(yīng)用[J].四川建筑科學(xué)研究,2011,06.

[2]黃燕飛,任招娣,沈美,杜軍,魏德法,馬寧,杜丕一.常壓化學(xué)氣相沉積法制備 Ti5Si3薄膜及其鍍膜玻璃[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2009,10.

[3]于國(guó)強(qiáng),邱繼鳳.太陽(yáng)能光伏玻璃特性及應(yīng)用研究[J].科技資訊,2011,36.