談新型鍍膜建材玻璃的發展

段愛萍 邊華英,2 袁運法

1河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）2河南省科學院質量檢驗與分析測試研究中心（450002)

1 建材玻璃的發展

中國的古建筑設計多采用木窗、小窗，主要起通風排氣的效果。古代以及現在民間都還流傳著剪窗花的技藝，通過使用窗花增加過年過節的喜慶裝飾效果，但保溫保暖功能差。后來通過在窗格上糊上白紙增加透光性而具有一定的防寒保溫性能，之后隨著塑料工業發展，就在窗格上貼上淺色塑料膜起御寒保溫作用，如今發展為玻璃窗，窗框采用多種材質。當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。

玻璃在現代建筑中占據著重要的位置，它不僅增強了現代建筑視覺效果，還能實現采光、防風、防雨水等多種功能。隨著玻璃制造技術水平的發展以及裝飾技藝的進步，玻璃正成為一種超現代的建筑材料，是當今建筑必不可少的一個組成元素。

隨著房地產的發展，建筑物越來越高，社區容積率在增大,對高層住宅的采光性要求也越來越高，大面積玻璃的應用使建筑美輪美奐，但同時，大量普通未經鍍膜玻璃的采用，使建筑能耗增大。而我國是能源消耗大國，目前全國單位建筑面積能耗是發達國家的2～3倍以上[1]，其中玻璃門窗能耗占比最大。因此，發展節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30%左右。玻璃幕墻的應用也越來越多。大量普通玻璃在夏天會使室內形成溫室效應，呈現蒸籠一樣的感覺。因而,Low-E玻璃、陽光控制膜等鍍膜玻璃的研發和應用是必然趨勢。

Low-E(Low-emission glass)玻璃和熱反射鍍膜玻璃的使用，有利于生態環境發展，為建筑設計走“科技含量高、資源消耗少、環境負荷小、光污染小、成本低、效能優”的新路子提供了思路。

普通玻璃對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可比普通玻璃降低33.9%，有利于阻止室內的紅外熱輻射通過玻璃向室外擴散,達到保溫效果。陽光控制鍍膜玻璃則在夏季可以阻擋室外的光輻射能量進入室內，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僅為其吸收能量的2%～10%，而玻璃輻射率ε=0.85，這意味著超過80%的熱能通過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U值得到了改善,中空鍍膜玻璃使U值進一步降低。

中空玻璃是代表著目前最高水平的節能玻璃，組成結構依次為∶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)，再在內層玻璃靠空腔一側鍍上一層隔熱鍍膜。3層窗玻璃使用兩層充氬空腔，并在外層玻璃靠外側空腔一側和內層玻璃靠內側空腔一側加隔熱鍍膜 (εn=0.03)。這能使U值降至0.7/(m2·k) 。[1]

2 玻璃鍍膜技術

玻璃鍍膜技術分為在線鍍膜(Hard Coating)和離線鍍膜(Soft coating)。如Low-E玻璃在線鍍膜技術必須將鍍膜涂布程序與平板玻璃生產相結合,投資大。生產技術掌握在少數幾家跨國公司手中,離線鍍膜則有能快速建立生產線的優勢,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,原料通過螺旋送料機、經由震動喂料裝置送入噴槍,在壓縮氣作用下,均勻地噴灑在熱態玻璃表面，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。膜層堅固耐用，在線鍍膜玻璃可以熱彎、鋼化和長期儲存。缺點是鍍膜玻璃熱學性能比較差，生產線技術難度大，浮法玻璃生產線參數需配合調整。

離線鍍膜工藝可采取真空濺射鍍膜法和溶膠—凝膠浸涂法。離線鍍膜的優點是由于采用脫機操作，不影響玻璃生產流程，鍍膜設備易于取得，容易上線。而缺點是金屬膜接觸大氣易起氧化反應,無法存放，必需在短時間內密封為雙層玻璃,無法單片使用;鍍膜后成品不能再進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噴鍍技術。玻璃從進入點開始水平通過一系列中轉空間,然后到達噴鍍腔，玻璃在壓力幾乎為真空的設施空間里被均勻鍍膜。真空濺射鍍膜法主要生產金屬膜、合金膜和一些氧化物膜，濺射用靶材料的質量和品種制約著濺射法鍍膜的質量和性能。

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

1997年深圳南玻集團從美國引進了能夠生產Low-E玻璃的特大型真空磁控濺射鍍膜玻璃生產線,研究生產Low-E玻璃。之后天津南玻、格蘭特工程玻璃有限公司、洛陽晶潤鍍膜玻璃股份公司、上海新比利帷幕墻有限公司等數家企業通過設備及技術引進方式生產離線Low-E玻璃產品。與此同時,秦皇島耀華玻璃股份公司自主開發研究在線Iow-E玻璃，成功地掌握了在線Low-E玻璃的原料配方，并通過了實驗室的樣品制備工作，在此基礎上于2000年與美國阿托菲納公司簽訂了共同開發Low-E玻璃的合作協議。2003年11月“耀華”牌在線Low-E玻璃正式面市,吸引了行業的眼球。

3 鍍膜建材玻璃的應用前景

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系數SC，限制太陽輻射的直接透過。在夏季光照強的地區，熱反射玻璃的隔熱作用十分明顯，可有效衰減進入室內的太陽熱輻射，在寒冷地區不宜使用。

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品。其鍍膜層具有對可見光高透過及對中遠紅外線高反射的特性，使其與普通玻璃及傳統的建筑用鍍膜玻璃相比,具有優異的隔熱效果和良好的透光性.玻璃的U值低，同時有選擇地降低SC，全面改善玻璃的節能特性。

Low-E玻璃又可分為高透型Low-E玻璃和遮陽型Low-E玻璃。高透型Low-E玻璃，對透過的太陽能衰減較少，遮陽系數SC≥0.5[1]。特別適用于以采暖為主的北方地區，可以增強取暖效果，節省暖氣費用。用于外觀設計透明、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，節能效果更加優良。遮陽型Low-E玻璃，SC＜0.5[1]，可有針對性地衰減透過的太陽能。特別合于以空調致冷的南方地區，夏季可很好地限制太陽能進入室內，并可有效阻擋來自室外的遠紅外熱輻射，節省空調的能耗。

自潔凈玻璃主要用于特殊的建筑或場合，現在較為成熟的自潔凈玻璃膜鍍膜技術是溶膠—凝膠法鍍膜，也有一些單位或機構在研發濺射法鍍自潔凈玻璃膜工藝,但目前尚沒有成熟技術和產品出現。

透明光伏玻璃的研究也是新的發展方向，如有突破則可變被動式節能窗為主動式節能窗。光伏與建筑一體化(BIPV)近年來倍受關注,目前的BIPV大部分采用薄膜太陽電池。BIPV是在兩塊玻璃之間填充太陽電池,故需要三塊玻璃,其中一塊是薄膜太陽電池片的基板玻璃。根據晶硅太陽電池組件需要一片(封裝玻璃)光伏玻璃,到薄膜太陽電池組件需要兩片(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,說明鍍膜玻璃以及光伏玻璃市場未來潛力較大。

[1]王輝,楊旸.玻璃鍍膜在建筑中的多種應用[J].四川建筑科學研究,2011,06.

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

[3]于國強,邱繼鳳.太陽能光伏玻璃特性及應用研究[J].科技資訊,2011,36.