低辐射镀膜玻璃的加工及应用

唐 峰

（河北辉耀玻璃有限公司，河北沧州 062655）

最近几年，低辐射镀膜玻璃得到了迅猛发展，就380～780 nm的可见光而言，透射率较高，可以使车内或室内的能见度得到保证，同时对红外光，尤其是6～15 μm的红外反射率较高，可以将红外辐射直穿玻璃引发的问题有效解决，为人们创设良好的居住生活环境。借助LOW-E玻璃制作高级建筑物的幕墙或装配门窗、冷藏柜门等，可以节省空调、室内取暖设备等设备的能量消耗，可以减少燃料燃烧时释放的二氧化碳，保护环境，在家电行业、汽车工业以及建筑行业中的运用极为广泛。

1 LOW-E玻璃的种类

1.1 低温和寒冷地区用的低辐射镀膜玻璃

有关测试表明，对双层中空玻璃进行安装，超过80%的室内能量会由玻璃传到室外；如果镀上一层无色低辐射玻璃膜，传到室外能量可以减少四成。低辐射镀膜玻璃窗具备更好的隔热性能，但不会增加尺寸和重量，可见光的透过也不会减少过多，该玻璃还被称为高性能绝热玻璃，其在低温和寒冷地区适用[1]。

1.2 气候炎热地区用的低辐射镀膜玻璃

大部分商业建筑不必通过太阳能进行供热，特别是在夏天。人们始终致力将入射的太阳热量减少，如遮阳棚、着色玻璃等，但作用欠佳，主要是由于玻璃属于载热体，红外辐射难以有效散发。商业建筑、办公楼等区域运用低辐射膜层能够对周围辐射热进行反射，可以对阳光中诸多远红外辐射进行折射。只有阳光中的可见光部分或冷的日光可以从这种LOW-E玻璃透过，发挥采光作用，可以将太阳热的入射最大化减少，使空调降温负荷得到减小。此玻璃又称为热反射玻璃，主要在气候炎热的区域进行使用。

2 LOW-E玻璃的生产方法

当前，LOW-E玻璃的生产方法主要有两种，即在线法低辐射镀膜和离线低辐射镀膜。

2.1 在线法低辐射镀膜

在线法主要借助浮法玻璃冷却工艺完成。液体金属或金属粉并未喷到热玻璃表面，玻璃冷却后，金属膜层会和玻璃融合在一起。这种膜层硬度较高，耐用性较强，借助这种方式生产的Low-E玻璃优点较多，能够后续热弯、钢化，可以不在中空环境中进行运用，存储时间长；缺点为热学性能不强。如果膜层较薄，与溅射法Low-E镀膜玻璃相比，U值只是50%[2]，若采取增加膜厚的方式对热学性能进行改善，其透明性会降低。

2.2 离线低辐射镀膜

在Low-E玻璃中运用离线法，主要对真空磁控溅射镀膜技术进行了运用。相较于高温热解沉积法，其存在显著区别，溅射法是离线的，玻璃传输位置也不同，主要涉及了两个方面，即垂直和水平。运用溅射法工艺生产出的Low-E玻璃，需要把一层纯银薄膜当作功能膜，纯银膜主要位于二层金属氧化物膜之间。对于金属氧化物膜而言，能够保护纯银膜，可以提高颜色纯度以及光头透射度。

在垂直式生产工艺方面，需要在架子上对玻璃进行垂直放置，将其放到101 Pa数量级的真空环境内，运用工艺气体，使真空度能够维持稳定的状态。

将靶材Ag、Si等嵌入阴极中，在阴极垂直方向放置磁场，形成磁控靶，将其作为阴极，融入直流或交流电源，受高电压的作用，工艺气体会出现电离生成等离子体。电子受电场与磁场的影响，会高速螺旋运用，碰撞气体分子，形成数量更多的正离子以及电子；正离子带给电场的影响达到一定能量后，会对阴极靶材进行撞击，溅射出的靶材会沉淀在玻璃基片上，形成薄膜。为了形成均匀的膜层，需要让阴极靶在接近玻璃表面的位置来回进行移动。为了获取到多层膜，需要对多个阴极进行运用，让其在玻璃表面来回移动，增加膜厚。

垂直法和水平法有相同之处，但玻璃的放置方面存在显著不同，玻璃借助水平排列的轮子展开传输，借助阴极，玻璃通过大量销定阀门之后，真空度发生改变。玻璃达到主要溅射室后，随后也会达到镀膜压力，金属阴极靶固定，玻璃移动。玻璃从阴极通过，将膜层形成。

3 LOW-E玻璃的钢化加工

3.1 玻璃钢化的基本原理与特点

玻璃钢化是对玻璃进行加热，使温度上升到650 ℃，再进行快速冷却，在此过程中，应确保冷却的均匀性。玻璃外部因为快速冷却发生固化，但内部冷却速度较慢，仍为热塑性状态。冷却温度更低后，内层会不断收缩，但此时硬化的表面层会影响其顺利收缩。基于此，玻璃表面会出现压应力，内部也随之形成张应力。在压应力的作用下，玻璃抗张强度得到提高，加强玻璃抗冲击以及弯曲的能力[3]。由于玻璃内部具有较为均匀的张应力，局部出现冲击而破裂后，能够迅速碎成小颗粒。

3.2 LOW-E玻璃钢化过程的加热特性

现阶段，水平钢化机组实现了较为广泛运用。在陶瓷辊道的作用下，电加热炉内会形成两个加热空间，并通过上、下部电热丝分别进行加热。在加热炉中放进玻璃后，在陶瓷辊道的带动和支撑下，展开反复运动，完成加热工序。对于上玻璃表面而言，主要承受对流以及辐射传热，下表面除了遭遇以上状况之外，陶瓷辊道会基于热传导的方式对下表面进行加热。和上表面升温速度相比，下表面更快。

一般状况下，低辐射镀膜面的辐射率不高于0.20，为了保证钢化过程中不会对低辐射膜面产生影响，钢化时必须向上放置低辐射膜面[4]。LOW-E玻璃上下表面在低辐射高红外反射以及陶瓷辊道的影响下，升温速度存在差别。对此，通过传统辐射加热钢化炉钢化低辐射镀膜玻璃的过程中，会出现诸多问题，如钢化碎片不达标、膜层烧损、光学变形以及辊痕等。

3.3 LOW-E玻璃的钢化

现阶段，钢化炉主要以辐射加热为主，融入了“强制对流系统”，可以在钢化时展现出辅助加热的效果，通常均可以生产出质量达标的钢化LOW-E玻璃。如果采取传统辐射加热钢化炉，需要对钢化炉进行全面改造。

融入强制对流装置，将其设置到电炉上部位置，压缩空气进入管内。提高上部温度，适当将上部空间温度提高，防止混入冷空气导致上部空间温度快速降低，利于热对流的方式，让玻璃表面聚集更多热量。促使下部空间温度降低，降低下部温度，减缓下表面传热速度，以缩短上下玻璃表面吸热速度的差距，促使加热时间延长。

LOW-E玻璃辐射力为0.1时，加热时间为58～68 min[5]，可以适当延长加热时间，使玻璃版面能够受热均匀，确保钢化温度，以便获取良好的钢化效果。

4 LOW-E玻璃的应用

当前，LOW-E玻璃已经得到了广泛应用，如住宅、轻工家电和幕墙等领域。沈阳、大连、深圳、广州、上海、北京等地对相关规范予以了制定，给予业主鼓励，让其积极使用LOW-E产品，以达到节能环保、促进空气质量、优化生活环境的目的。中关村、金融街和CBD是北京三大金融商业圈，其以宏达大规模、先进的理念以及前卫的设计受到了全世界的关注。在这些项目中基本上都有一个相同点，即均运用了LOW-E节能中空玻璃，如中环世贸、中央电视台、尚都国际、北京财富中心、国贸三期等。当前，LOW-E低辐射玻璃已受到了大部分人的认可。

应用LOW-E玻璃的过程中，需要注意和各地区的实际情况相结合，对是否运用LOW-E玻璃和什么种类的LOW-E玻璃进行确定。通常，在寒冷的冬季运用LOW-E玻璃的节能效果十分显著，但和冬季情况相符的LOW-E玻璃，并非与夏季工况的要求相符，反之亦然[6]。对LOW-E玻璃进行选择时，应将能否全年节能纳入考虑范围。

LOW-E玻璃在建筑中运用后，相较于运用传统窗的建筑，显著改变了热工性能，在空调设计阶段应提高重视程度。冬季时，外区北向的房间需要供热，使用了LOW-E玻璃，东向的房间接收的太阳辐射较多，转变为长波辐射之后，在LOW-E玻璃的作用下，被阻隔在房间中，受人体和灯光等散热的影响，导致房间需要供冷。但设计空调时，并未考虑此问题，尽管空调系统为四管制，但把北向和外区东向的房间分成一个系统，空调热风由同一个空调机组供应，造成客户投诉。LOW-E玻璃玻璃窗全年空调负荷计算是亟待解决的重点。

5 结语

综上所述，作为一种环保、透明和新型节能的绿色建材，LOW-E玻璃具有十分广阔的市场前景。在建筑工业“十五”规划中，明确指出要注重开发、研究和应用LOW-E玻璃。各类科研管理、销售、设计和生产部门要对开发、推广、生产LOW-E玻璃引起高度重视，注重制定相关标准与理论研究，立足于用户不同的节能要求。低辐射镀膜玻璃可以和热反射玻璃、夹层玻璃以及吸热玻璃等组成中空玻璃，以此使建筑师采光、外观颜色、隔音、隔热等要求得到满足，充分发挥LOW-E玻璃的作用，以坚实的基础助力我国现代化建设。