PET功能膜對(duì)中空玻璃光學(xué)性能的影響

鐘應(yīng) 包棕櫚 申屠文巍

（1.貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院 貴陽(yáng) 550014 ；2.貴州省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院 貴陽(yáng) 550007）

0 引言

隨著城市高層建筑的快速發(fā)展，建筑門窗作為建筑的眼睛，建筑玻璃的安全性能、光學(xué)性能、節(jié)能性能等備受人們關(guān)注。目前，建筑玻璃貼膜主要有安全隔熱膜、低輻射隔熱膜、安全膜三種PET功能膜。安全膜物理性能好，具有較高的耐老化性、較高抗沖擊性和防飛濺性能等特點(diǎn)。低輻射隔熱膜具有節(jié)能保溫作用，能有效阻止近紅外、遠(yuǎn)紅外線等進(jìn)入室內(nèi)，在780～4500 nm光區(qū)，具有較高的反射率，可見(jiàn)光區(qū)較低的反射率。安全隔熱膜既具有良好的安全性能，也具有保溫隔熱性。

為了加快實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，解決門窗能耗占建筑的50%［1］的問(wèn)題，大量既有幕墻將面臨改造?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)對(duì)原建筑幕墻的中空玻璃進(jìn)行貼膜是行之有效的手段。在安全性、節(jié)能性達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整貼膜生產(chǎn)工序，可以改變膜片的透光率、遮陽(yáng)系數(shù)［2］。

將PET功能膜與玻璃制作成貼膜中空玻璃，貼膜中空玻璃在服役過(guò)程中，一方面受紫外線輻照，另一方面受雨水洗刷。因此，貼膜中空玻璃的老化性能成為必須關(guān)注的重點(diǎn)。本文對(duì)貼膜中空玻璃進(jìn)行安全性試驗(yàn)，確保使用過(guò)程中的安全性符合標(biāo)準(zhǔn)要求，重點(diǎn)研究貼膜中空玻璃老化后的光學(xué)性能，為建筑幕墻的改造和建筑門窗玻璃建設(shè)提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)材料及方法

本試驗(yàn)所采用的材料為PET功能膜與玻璃制作而成的貼膜中空玻璃。目前，暫無(wú)貼膜中空玻璃（以下簡(jiǎn)稱：中空玻璃）的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。中空玻璃的落球沖擊性能、防飛濺性能試驗(yàn)尺寸分別為：610 mm×610 mm、1930 mm×864 mm，中空玻璃型號(hào)5 mm+9+5 mm。生產(chǎn)過(guò)程為先貼膜再合片成中空。為了對(duì)比研究貼膜中空玻璃老化后的光學(xué)性能，使用相同的玻璃尺寸200 mm×510 mm、玻璃厚度5 mm、空氣層厚度9 mm、丁基膠、硅酮膠及8種膜片制作中空玻璃。膜片正面貼于中空玻璃的第2面，膜片反面朝向中空層，對(duì)中空玻璃進(jìn)行標(biāo)記，中空玻璃結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 中空玻璃結(jié)構(gòu)

為了對(duì)比分析PET功能膜對(duì)中空玻璃的光學(xué)性能、安全性能的影響，對(duì)試樣樣品進(jìn)行編號(hào)：中空玻 璃009#、601#、602#、901#、3590#、5090#、5095#、7095#及Low-E鍍膜中空玻璃一組。對(duì)未經(jīng)氙燈老化試驗(yàn)的中空玻璃進(jìn)行落球沖擊性能試驗(yàn)，1040 g鋼球下落3000 mm或者3800 mm時(shí)玻璃破壞，玻璃碎片未脫落。未經(jīng)氙燈老化試驗(yàn)的中空玻璃防飛濺性能試驗(yàn)，沖擊高度750 mm或1200 mm時(shí)破壞，玻璃破壞未脫離膜。光學(xué)性能采用PE公司生產(chǎn)的Lambda950紫外可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)測(cè)試，老化試驗(yàn)采用亞太拉斯材料測(cè)試技術(shù)有限公司生產(chǎn)的水冷旋轉(zhuǎn)式氙燈耐候試驗(yàn)箱，型號(hào)CI5000。

2 光學(xué)性能測(cè)試

由于光學(xué)試驗(yàn)的樣品尺寸大于紫外可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)儀器樣品倉(cāng)，根據(jù)該設(shè)備特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行改造，并將該設(shè)備置于暗室中。在參照光不變的情況下，將檢測(cè)光引出來(lái)測(cè)樣品的透射率。為了真實(shí)模擬中空玻璃在自然條件下服役后的光學(xué)性能變化，先進(jìn)行老化試驗(yàn)。將中空玻璃置于溫度為（23±2）℃、相對(duì)濕度50%±5%環(huán)境中48 h，樣品放入氙燈耐候試驗(yàn)箱中固定，中空玻璃第1面朝向光源。老化試驗(yàn)條件：

（1）光源為氙弧燈，樣品表面的輻照度為255 W/m2；

（2）黑標(biāo)溫度（65±3）℃，箱體溫度（40±3）℃，相對(duì)濕度50%±5%；

（3）試驗(yàn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)樣品架始終旋轉(zhuǎn)，在120 min照射中進(jìn)行18 min的水噴射，如此循環(huán)直至300 h，一個(gè)周期結(jié)束。

中空玻璃經(jīng)過(guò)老化試驗(yàn)后，仍作為一個(gè)整體測(cè)試光學(xué)性能，測(cè)試其透射率和第1面、第4面朝向光源的反射率。光學(xué)性能測(cè)試結(jié)束后進(jìn)行老化試驗(yàn)，每次老化試驗(yàn)300 h。如此循環(huán)，分別測(cè)試出中空玻璃抗老化0、300、600、900 h直至1800 h的光學(xué)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果分析

可見(jiàn)光透射比是衡量建筑玻璃采光性能的主要參數(shù)［3］，人們希望可見(jiàn)光透射比盡可能高，室內(nèi)獲得高亮度，以減少室內(nèi)的采光耗能。而為了減少城市建筑玻璃光污染問(wèn)題，建筑玻璃可見(jiàn)光反射比不宜太高。太陽(yáng)能總透射比是衡量玻璃隔熱性能的重要參數(shù)之一，是太陽(yáng)光直接透射比與玻璃吸收太陽(yáng)能后二次進(jìn)入室內(nèi)的能力之和，冬冷夏涼地區(qū)，不宜用較低的太陽(yáng)能總透射比的建筑玻璃，炎熱地區(qū)適宜用低太陽(yáng)能總透射比的建筑玻璃。結(jié)合各地使用條件，可以選擇不同光學(xué)性能的中空玻璃用于建筑。

依據(jù)GB/T 2680—94《建筑玻璃可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)光直接透射比、太陽(yáng)能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測(cè)定》對(duì)中空玻璃各階段老化后光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理時(shí)視貼膜中空玻璃為單片玻璃進(jìn)行計(jì)算。

3.1 可見(jiàn)光透射比、可見(jiàn)光反射比的變化

表1和表2為不同老化時(shí)間對(duì)于可見(jiàn)光反射比和可見(jiàn)光透射比的數(shù)據(jù)。

表1 可見(jiàn)光透射比隨老化時(shí)間的變化 %

表2 可見(jiàn)光反射比隨老化時(shí)間的變化 %

從表1中可以看出，中空玻璃從0～1800 h老化后，可見(jiàn)光透射比有的增大，有的減小，但變動(dòng)較小。

從表2中可以看出，同種條件下，8個(gè)中空玻璃樣品，經(jīng)過(guò)老化后，可見(jiàn)光反射比有的增大有的減小，增幅和減幅較??；同一樣品同一老化時(shí)間，中空玻璃的第1面朝向光源和第4面朝向光源，可見(jiàn)光反射比表現(xiàn)出明顯差距，后者顯著高于前者，這就說(shuō)明了PET功能膜的正反兩面對(duì)可見(jiàn)光的反射能力不同。因此，生產(chǎn)加工貼膜中空玻璃時(shí)，要確保功能膜正面貼于玻璃第2面；對(duì)既有玻璃幕墻進(jìn)行改造時(shí)，要確保功能膜正面貼于玻璃第4面。這樣白天室內(nèi)可以獲得較高的光亮度，并有效降低城市的光污染；夜晚，因功能膜反面的高反射性，窗戶玻璃能將光反射回來(lái)，采用低功率燈泡也能使室內(nèi)具有較好的亮度。

中空玻璃可見(jiàn)光透射比隨老化時(shí)間變化的趨勢(shì)見(jiàn)圖2（a），中空玻璃第1面朝向光源時(shí)可見(jiàn)光反射比隨老化時(shí)間變化的趨勢(shì)見(jiàn)圖2（b）。

圖2 可見(jiàn)光性能隨老化時(shí)間的變化趨勢(shì)

從圖2（a）中可以看出，在老化時(shí)間為0時(shí)，可見(jiàn)光透射比低于40%的樣品，隨老化時(shí)間的增大波動(dòng)較小，整體平穩(wěn)；可見(jiàn)光透射比大于40%的樣品，其樣品的可見(jiàn)光透射比隨老化時(shí)間的增大而變化，在0與1800 h的變動(dòng)稍大。從圖2（b）可以看出，可見(jiàn)光反射比隨老化時(shí)間的增大而變化，除601#和602#之外，其他樣品的可見(jiàn)光反射比變動(dòng)的趨勢(shì)整體平穩(wěn)。這說(shuō)明功能膜中金屬、合金等化學(xué)性能穩(wěn)定，PET功能膜抗老化能力較強(qiáng)。

3.2 太陽(yáng)能總透射比、遮蔽系數(shù)的變化

太陽(yáng)能總透射比和遮蔽系數(shù)是衡量貼膜中空玻璃隔熱性能的重要指標(biāo)，在南方炎熱地區(qū)，遮蔽系數(shù)越小，就越能減小室內(nèi)空調(diào)制冷能耗。依據(jù)GB/T 2680—94，太陽(yáng)能總透射比是試樣的太陽(yáng)光直接透射比與試樣向室內(nèi)側(cè)的二次傳熱系數(shù)之和，遮蔽系數(shù)是太陽(yáng)能總透射比除以常數(shù)。因此，遮蔽系數(shù)隨太陽(yáng)能總透射比增大而增大，隨太陽(yáng)能總透射比減小而減小。太陽(yáng)能總透射比、遮蔽系數(shù)隨老化時(shí)間的變化見(jiàn)表3 。

從表3中可以看出，8個(gè)中空玻璃樣品從0～1800 h老化后，有6個(gè)樣品的太陽(yáng)能總透射比降低。這說(shuō)明樣品在自然條件下服役時(shí)，其阻礙太陽(yáng)能進(jìn)入室內(nèi)的能力增強(qiáng)。

表3 太陽(yáng)能總透射比、遮蔽系數(shù)隨老化時(shí)間的變化

與鍍膜Low-E玻璃相比，貼膜玻璃不僅能實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的光學(xué)性能，而且更具有安全性，有效阻止"空中炸彈"的發(fā)生。

貼膜中空玻璃經(jīng)0～1800 h老化后太陽(yáng)能總透射比曲線見(jiàn)圖3。

圖3 貼膜中空玻璃經(jīng)0～1800 h老化后太陽(yáng)能總透射比

從圖3可以看出，同一樣品的太陽(yáng)能總透射比有升有降，差異不大；生產(chǎn)工藝不同，太陽(yáng)能總透射比不同，主要取決于功能膜的組成成分。因此，需根據(jù)使用地的情況結(jié)合光學(xué)性能，選擇合適的貼膜中空玻璃。如在冬長(zhǎng)夏短的東北地區(qū)，宜選擇太陽(yáng)能總透射比大的功能膜做門窗用貼膜中空玻璃，在炎熱地區(qū)，宜選擇太陽(yáng)能總透射比較低的功能膜做門窗用貼膜中空玻璃，隔熱節(jié)能，實(shí)現(xiàn)低能耗。

4 功能膜工藝與光學(xué)性能

結(jié)合表1、表2可以看出，601#、602#功能膜的中空玻璃經(jīng)1800 h老化后，可見(jiàn)光透射比最低，分別為37.65%、27.93%；可見(jiàn)光反射比最高，分別為26.39%、39.49%。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判斷，在生產(chǎn)功能膜的第四步真空金屬噴鍍時(shí)，金屬、合金、氧化涂層的配比不合理。3590#、5090#功能膜的中空玻璃經(jīng)1800 h老化后，可見(jiàn)光透射比分別為32.15%、46.92%；可見(jiàn)光反射比較低，分別為6.88%、13.45%?？赡芗尤氲耐该魑談┎粌H吸收了紫外線，同時(shí)也把可見(jiàn)光吸收了，這種情況下，因功能膜吸收能量導(dǎo)致膜層的溫度升高，金屬電子易于躍遷，功能膜易于老化，從光學(xué)性能和安全性能角度，皆不宜使用。以上四種功能膜產(chǎn)品，光學(xué)性能未達(dá)到最佳，其工藝需要進(jìn)一步優(yōu)化。其余四種功能膜，光學(xué)性能良好，說(shuō)明聚酯薄膜經(jīng)本體染色、紫外線吸收劑注入、金屬化磁控濺射、多層復(fù)合、涂膠等工藝制成較合理，各加入量配比相對(duì)合理。

5 結(jié)論

（1）功能膜對(duì)光學(xué)性能影響較大，需區(qū)分功能正反面。

（2）在中空玻璃生產(chǎn)中，PET功能膜正面貼于玻璃的第2面；既有玻璃幕墻的改造，PET功能膜正面貼于玻璃的第4面。既能保持室內(nèi)高光照度，也能避免城市光污染。

（3）009#和7095#中空玻璃的可見(jiàn)光透射比、可見(jiàn)光反射比及太陽(yáng)能總透射比隨老化時(shí)間的增大而變化，整體趨勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定，說(shuō)明功能膜優(yōu)質(zhì)，則中空玻璃可以長(zhǎng)期服役。

（4）與鍍膜Low-E玻璃相比，在滿足光學(xué)性能條件下，因PET功能膜具有很高的縱橫拉伸強(qiáng)度，宜選擇貼膜中空玻璃。

根據(jù)以上功能膜中空玻璃光學(xué)性能的試驗(yàn)，建議對(duì)009#和7095#功能膜進(jìn)一步深入研究，探索加入劑配比、金屬、合金對(duì)光學(xué)性能的影響機(jī)制，開(kāi)發(fā)更優(yōu)質(zhì)光學(xué)性能的功能膜。