PET功能膜对中空玻璃光学性能的影响

钟应 包棕榈 申屠文巍

（1.贵州省建材产品质量检验检测院 贵阳 550014 ；2.贵州省建筑材料科学研究设计院 贵阳 550007）

0 引言

随着城市高层建筑的快速发展，建筑门窗作为建筑的眼睛，建筑玻璃的安全性能、光学性能、节能性能等备受人们关注。目前，建筑玻璃贴膜主要有安全隔热膜、低辐射隔热膜、安全膜三种PET功能膜。安全膜物理性能好，具有较高的耐老化性、较高抗冲击性和防飞溅性能等特点。低辐射隔热膜具有节能保温作用，能有效阻止近红外、远红外线等进入室内，在780～4500 nm光区，具有较高的反射率，可见光区较低的反射率。安全隔热膜既具有良好的安全性能，也具有保温隔热性。

为了加快实现碳达峰、碳中和目标，解决门窗能耗占建筑的50%［1］的问题，大量既有幕墙将面临改造。考虑到经济性，通过对原建筑幕墙的中空玻璃进行贴膜是行之有效的手段。在安全性、节能性达到国家相关标准要求的基础上，通过调整贴膜生产工序，可以改变膜片的透光率、遮阳系数［2］。

将PET功能膜与玻璃制作成贴膜中空玻璃，贴膜中空玻璃在服役过程中，一方面受紫外线辐照，另一方面受雨水洗刷。因此，贴膜中空玻璃的老化性能成为必须关注的重点。本文对贴膜中空玻璃进行安全性试验，确保使用过程中的安全性符合标准要求，重点研究贴膜中空玻璃老化后的光学性能，为建筑幕墙的改造和建筑门窗玻璃建设提供技术支撑。

1 试验材料及方法

本试验所采用的材料为PET功能膜与玻璃制作而成的贴膜中空玻璃。目前，暂无贴膜中空玻璃（以下简称：中空玻璃）的国家标准和行业标准。中空玻璃的落球冲击性能、防飞溅性能试验尺寸分别为：610 mm×610 mm、1930 mm×864 mm，中空玻璃型号5 mm+9+5 mm。生产过程为先贴膜再合片成中空。为了对比研究贴膜中空玻璃老化后的光学性能，使用相同的玻璃尺寸200 mm×510 mm、玻璃厚度5 mm、空气层厚度9 mm、丁基胶、硅酮胶及8种膜片制作中空玻璃。膜片正面贴于中空玻璃的第2面，膜片反面朝向中空层，对中空玻璃进行标记，中空玻璃结构如图1所示。

图1 中空玻璃结构

为了对比分析PET功能膜对中空玻璃的光学性能、安全性能的影响，对试样样品进行编号：中空玻 璃009#、601#、602#、901#、3590#、5090#、5095#、7095#及Low-E镀膜中空玻璃一组。对未经氙灯老化试验的中空玻璃进行落球冲击性能试验，1040 g钢球下落3000 mm或者3800 mm时玻璃破坏，玻璃碎片未脱落。未经氙灯老化试验的中空玻璃防飞溅性能试验，冲击高度750 mm或1200 mm时破坏，玻璃破坏未脱离膜。光学性能采用PE公司生产的Lambda950紫外可见近红外分光光度计测试，老化试验采用亚太拉斯材料测试技术有限公司生产的水冷旋转式氙灯耐候试验箱，型号CI5000。

2 光学性能测试

由于光学试验的样品尺寸大于紫外可见近红外分光光度计仪器样品仓，根据该设备特点对其进行改造，并将该设备置于暗室中。在参照光不变的情况下，将检测光引出来测样品的透射率。为了真实模拟中空玻璃在自然条件下服役后的光学性能变化，先进行老化试验。将中空玻璃置于温度为（23±2）℃、相对湿度50%±5%环境中48 h，样品放入氙灯耐候试验箱中固定，中空玻璃第1面朝向光源。老化试验条件：

（1）光源为氙弧灯，样品表面的辐照度为255 W/m2；

（2）黑标温度（65±3）℃，箱体温度（40±3）℃，相对湿度50%±5%；

（3）试验时，旋转样品架始终旋转，在120 min照射中进行18 min的水喷射，如此循环直至300 h，一个周期结束。

中空玻璃经过老化试验后，仍作为一个整体测试光学性能，测试其透射率和第1面、第4面朝向光源的反射率。光学性能测试结束后进行老化试验，每次老化试验300 h。如此循环，分别测试出中空玻璃抗老化0、300、600、900 h直至1800 h的光学数据。

3 结果分析

可见光透射比是衡量建筑玻璃采光性能的主要参数［3］，人们希望可见光透射比尽可能高，室内获得高亮度，以减少室内的采光耗能。而为了减少城市建筑玻璃光污染问题，建筑玻璃可见光反射比不宜太高。太阳能总透射比是衡量玻璃隔热性能的重要参数之一，是太阳光直接透射比与玻璃吸收太阳能后二次进入室内的能力之和，冬冷夏凉地区，不宜用较低的太阳能总透射比的建筑玻璃，炎热地区适宜用低太阳能总透射比的建筑玻璃。结合各地使用条件，可以选择不同光学性能的中空玻璃用于建筑。

依据GB/T 2680—94《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》对中空玻璃各阶段老化后光谱数据进行处理，处理时视贴膜中空玻璃为单片玻璃进行计算。

3.1 可见光透射比、可见光反射比的变化

表1和表2为不同老化时间对于可见光反射比和可见光透射比的数据。

表1 可见光透射比随老化时间的变化 %

表2 可见光反射比随老化时间的变化 %

从表1中可以看出，中空玻璃从0～1800 h老化后，可见光透射比有的增大，有的减小，但变动较小。

从表2中可以看出，同种条件下，8个中空玻璃样品，经过老化后，可见光反射比有的增大有的减小，增幅和减幅较小；同一样品同一老化时间，中空玻璃的第1面朝向光源和第4面朝向光源，可见光反射比表现出明显差距，后者显著高于前者，这就说明了PET功能膜的正反两面对可见光的反射能力不同。因此，生产加工贴膜中空玻璃时，要确保功能膜正面贴于玻璃第2面；对既有玻璃幕墙进行改造时，要确保功能膜正面贴于玻璃第4面。这样白天室内可以获得较高的光亮度，并有效降低城市的光污染；夜晚，因功能膜反面的高反射性，窗户玻璃能将光反射回来，采用低功率灯泡也能使室内具有较好的亮度。

中空玻璃可见光透射比随老化时间变化的趋势见图2（a），中空玻璃第1面朝向光源时可见光反射比随老化时间变化的趋势见图2（b）。

图2 可见光性能随老化时间的变化趋势

从图2（a）中可以看出，在老化时间为0时，可见光透射比低于40%的样品，随老化时间的增大波动较小，整体平稳；可见光透射比大于40%的样品，其样品的可见光透射比随老化时间的增大而变化，在0与1800 h的变动稍大。从图2（b）可以看出，可见光反射比随老化时间的增大而变化，除601#和602#之外，其他样品的可见光反射比变动的趋势整体平稳。这说明功能膜中金属、合金等化学性能稳定，PET功能膜抗老化能力较强。

3.2 太阳能总透射比、遮蔽系数的变化

太阳能总透射比和遮蔽系数是衡量贴膜中空玻璃隔热性能的重要指标，在南方炎热地区，遮蔽系数越小，就越能减小室内空调制冷能耗。依据GB/T 2680—94，太阳能总透射比是试样的太阳光直接透射比与试样向室内侧的二次传热系数之和，遮蔽系数是太阳能总透射比除以常数。因此，遮蔽系数随太阳能总透射比增大而增大，随太阳能总透射比减小而减小。太阳能总透射比、遮蔽系数随老化时间的变化见表3 。

从表3中可以看出，8个中空玻璃样品从0～1800 h老化后，有6个样品的太阳能总透射比降低。这说明样品在自然条件下服役时，其阻碍太阳能进入室内的能力增强。

表3 太阳能总透射比、遮蔽系数随老化时间的变化

与镀膜Low-E玻璃相比，贴膜玻璃不仅能实现优良的光学性能，而且更具有安全性，有效阻止"空中炸弹"的发生。

贴膜中空玻璃经0～1800 h老化后太阳能总透射比曲线见图3。

图3 贴膜中空玻璃经0～1800 h老化后太阳能总透射比

从图3可以看出，同一样品的太阳能总透射比有升有降，差异不大；生产工艺不同，太阳能总透射比不同，主要取决于功能膜的组成成分。因此，需根据使用地的情况结合光学性能，选择合适的贴膜中空玻璃。如在冬长夏短的东北地区，宜选择太阳能总透射比大的功能膜做门窗用贴膜中空玻璃，在炎热地区，宜选择太阳能总透射比较低的功能膜做门窗用贴膜中空玻璃，隔热节能，实现低能耗。

4 功能膜工艺与光学性能

结合表1、表2可以看出，601#、602#功能膜的中空玻璃经1800 h老化后，可见光透射比最低，分别为37.65%、27.93%；可见光反射比最高，分别为26.39%、39.49%。根据试验结果判断，在生产功能膜的第四步真空金属喷镀时，金属、合金、氧化涂层的配比不合理。3590#、5090#功能膜的中空玻璃经1800 h老化后，可见光透射比分别为32.15%、46.92%；可见光反射比较低，分别为6.88%、13.45%。可能加入的透明吸收剂不仅吸收了紫外线，同时也把可见光吸收了，这种情况下，因功能膜吸收能量导致膜层的温度升高，金属电子易于跃迁，功能膜易于老化，从光学性能和安全性能角度，皆不宜使用。以上四种功能膜产品，光学性能未达到最佳，其工艺需要进一步优化。其余四种功能膜，光学性能良好，说明聚酯薄膜经本体染色、紫外线吸收剂注入、金属化磁控溅射、多层复合、涂胶等工艺制成较合理，各加入量配比相对合理。

5 结论

（1）功能膜对光学性能影响较大，需区分功能正反面。

（2）在中空玻璃生产中，PET功能膜正面贴于玻璃的第2面；既有玻璃幕墙的改造，PET功能膜正面贴于玻璃的第4面。既能保持室内高光照度，也能避免城市光污染。

（3）009#和7095#中空玻璃的可见光透射比、可见光反射比及太阳能总透射比随老化时间的增大而变化，整体趋势相对稳定，说明功能膜优质，则中空玻璃可以长期服役。

（4）与镀膜Low-E玻璃相比，在满足光学性能条件下，因PET功能膜具有很高的纵横拉伸强度，宜选择贴膜中空玻璃。

根据以上功能膜中空玻璃光学性能的试验，建议对009#和7095#功能膜进一步深入研究，探索加入剂配比、金属、合金对光学性能的影响机制，开发更优质光学性能的功能膜。