PET功能膜對中空玻璃光學性能的影響

鐘應 包棕櫚 申屠文巍

（1.貴州省建材產品質量檢驗檢測院 貴陽 550014 ；2.貴州省建筑材料科學研究設計院 貴陽 550007）

0 引言

隨著城市高層建筑的快速發展，建筑門窗作為建筑的眼睛，建筑玻璃的安全性能、光學性能、節能性能等備受人們關注。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。低輻射隔熱膜具有節能保溫作用，能有效阻止近紅外、遠紅外線等進入室內，在780～4500 nm光區，具有較高的反射率，可見光區較低的反射率。安全隔熱膜既具有良好的安全性能，也具有保溫隔熱性。

為了加快實現碳達峰、碳中和目標，解決門窗能耗占建筑的50%［1］的問題，大量既有幕墻將面臨改造?？紤]到經濟性，通過對原建筑幕墻的中空玻璃進行貼膜是行之有效的手段。在安全性、節能性達到國家相關標準要求的基礎上，通過調整貼膜生產工序，可以改變膜片的透光率、遮陽系數［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注的重點。本文對貼膜中空玻璃進行安全性試驗，確保使用過程中的安全性符合標準要求，重點研究貼膜中空玻璃老化后的光學性能，為建筑幕墻的改造和建筑門窗玻璃建設提供技術支撐。

1 試驗材料及方法

本試驗所采用的材料為PET功能膜與玻璃制作而成的貼膜中空玻璃。目前，暫無貼膜中空玻璃（以下簡稱：中空玻璃）的國家標準和行業標準。中空玻璃的落球沖擊性能、防飛濺性能試驗尺寸分別為：610 mm×610 mm、1930 mm×864 mm，中空玻璃型號5 mm+9+5 mm。生產過程為先貼膜再合片成中空。為了對比研究貼膜中空玻璃老化后的光學性能，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，對中空玻璃進行標記，中空玻璃結構如圖1所示。

圖1 中空玻璃結構

為了對比分析PET功能膜對中空玻璃的光學性能、安全性能的影響，對試樣樣品進行編號：中空玻 璃009#、601#、602#、901#、3590#、5090#、5095#、7095#及Low-E鍍膜中空玻璃一組。對未經氙燈老化試驗的中空玻璃進行落球沖擊性能試驗，1040 g鋼球下落3000 mm或者3800 mm時玻璃破壞，玻璃碎片未脫落。未經氙燈老化試驗的中空玻璃防飛濺性能試驗，沖擊高度750 mm或1200 mm時破壞，玻璃破壞未脫離膜。光學性能采用PE公司生產的Lambda950紫外可見近紅外分光光度計測試，老化試驗采用亞太拉斯材料測試技術有限公司生產的水冷旋轉式氙燈耐候試驗箱，型號CI5000。

2 光學性能測試

由于光學試驗的樣品尺寸大于紫外可見近紅外分光光度計儀器樣品倉，根據該設備特點對其進行改造，并將該設備置于暗室中。在參照光不變的情況下，將檢測光引出來測樣品的透射率。為了真實模擬中空玻璃在自然條件下服役后的光學性能變化，先進行老化試驗。將中空玻璃置于溫度為（23±2）℃、相對濕度50%±5%環境中48 h，樣品放入氙燈耐候試驗箱中固定，中空玻璃第1面朝向光源。老化試驗條件：

（1）光源為氙弧燈，樣品表面的輻照度為255 W/m2；

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

（3）試驗時，旋轉樣品架始終旋轉，在120 min照射中進行18 min的水噴射，如此循環直至300 h，一個周期結束。

中空玻璃經過老化試驗后，仍作為一個整體測試光學性能，測試其透射率和第1面、第4面朝向光源的反射率。光學性能測試結束后進行老化試驗，每次老化試驗300 h。如此循環，分別測試出中空玻璃抗老化0、300、600、900 h直至1800 h的光學數據。

3 結果分析

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

依據GB/T 2680—94《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關窗玻璃參數的測定》對中空玻璃各階段老化后光譜數據進行處理，處理時視貼膜中空玻璃為單片玻璃進行計算。

3.1 可見光透射比、可見光反射比的變化

表1和表2為不同老化時間對于可見光反射比和可見光透射比的數據。

表1 可見光透射比隨老化時間的變化 %

表2 可見光反射比隨老化時間的變化 %

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

從表2中可以看出，同種條件下，8個中空玻璃樣品，經過老化后，可見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間，中空玻璃的第1面朝向光源和第4面朝向光源，可見光反射比表現出明顯差距，后者顯著高于前者，這就說明了PET功能膜的正反兩面對可見光的反射能力不同。因此，生產加工貼膜中空玻璃時，要確保功能膜正面貼于玻璃第2面；對既有玻璃幕墻進行改造時，要確保功能膜正面貼于玻璃第4面。這樣白天室內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，采用低功率燈泡也能使室內具有較好的亮度。

中空玻璃可見光透射比隨老化時間變化的趨勢見圖2（a），中空玻璃第1面朝向光源時可見光反射比隨老化時間變化的趨勢見圖2（b）。

圖2 可見光性能隨老化時間的變化趨勢

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

3.2 太陽能總透射比、遮蔽系數的變化

太陽能總透射比和遮蔽系數是衡量貼膜中空玻璃隔熱性能的重要指標，在南方炎熱地區，遮蔽系數越小，就越能減小室內空調制冷能耗。依據GB/T 2680—94，太陽能總透射比是試樣的太陽光直接透射比與試樣向室內側的二次傳熱系數之和，遮蔽系數是太陽能總透射比除以常數。因此，遮蔽系數隨太陽能總透射比增大而增大，隨太陽能總透射比減小而減小。太陽能總透射比、遮蔽系數隨老化時間的變化見表3 。

從表3中可以看出，8個中空玻璃樣品從0～1800 h老化后，有6個樣品的太陽能總透射比降低。這說明樣品在自然條件下服役時，其阻礙太陽能進入室內的能力增強。

表3 太陽能總透射比、遮蔽系數隨老化時間的變化

與鍍膜Low-E玻璃相比，貼膜玻璃不僅能實現優良的光學性能，而且更具有安全性，有效阻止"空中炸彈"的發生。

貼膜中空玻璃經0～1800 h老化后太陽能總透射比曲線見圖3。

圖3 貼膜中空玻璃經0～1800 h老化后太陽能總透射比

從圖3可以看出，同一樣品的太陽能總透射比有升有降，差異不大；生產工藝不同，太陽能總透射比不同，主要取決于功能膜的組成成分。因此，需根據使用地的情況結合光學性能，選擇合適的貼膜中空玻璃。如在冬長夏短的東北地區，宜選擇太陽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，宜選擇太陽能總透射比較低的功能膜做門窗用貼膜中空玻璃，隔熱節能，實現低能耗。

4 功能膜工藝與光學性能

結合表1、表2可以看出，601#、602#功能膜的中空玻璃經1800 h老化后，可見光透射比最低，分別為37.65%、27.93%；可見光反射比最高，分別為26.39%、39.49%。根據試驗結果判斷，在生產功能膜的第四步真空金屬噴鍍時，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1800 h老化后，可見光透射比分別為32.15%、46.92%；可見光反射比較低，分別為6.88%、13.45%?？赡芗尤氲耐该魑談┎粌H吸收了紫外線，同時也把可見光吸收了，這種情況下，因功能膜吸收能量導致膜層的溫度升高，金屬電子易于躍遷，功能膜易于老化，從光學性能和安全性能角度，皆不宜使用。以上四種功能膜產品，光學性能未達到最佳，其工藝需要進一步優化。其余四種功能膜，光學性能良好，說明聚酯薄膜經本體染色、紫外線吸收劑注入、金屬化磁控濺射、多層復合、涂膠等工藝制成較合理，各加入量配比相對合理。

5 結論

（1）功能膜對光學性能影響較大，需區分功能正反面。

（2）在中空玻璃生產中，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。既能保持室內高光照度，也能避免城市光污染。

（3）009#和7095#中空玻璃的可見光透射比、可見光反射比及太陽能總透射比隨老化時間的增大而變化，整體趨勢相對穩定，說明功能膜優質，則中空玻璃可以長期服役。

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

根據以上功能膜中空玻璃光學性能的試驗，建議對009#和7095#功能膜進一步深入研究，探索加入劑配比、金屬、合金對光學性能的影響機制，開發更優質光學性能的功能膜。