低輻射鍍膜玻璃的加工及應(yīng)用

唐 峰

（河北輝耀玻璃有限公司，河北滄州 062655）

最近幾年，低輻射鍍膜玻璃得到了迅猛發(fā)展，就380～780 nm的可見光而言，透射率較高，可以使車內(nèi)或室內(nèi)的能見度得到保證，同時(shí)對(duì)紅外光，尤其是6～15 μm的紅外反射率較高，可以將紅外輻射直穿玻璃引發(fā)的問題有效解決，為人們創(chuàng)設(shè)良好的居住生活環(huán)境。借助LOW-E玻璃制作高級(jí)建筑物的幕墻或裝配門窗、冷藏柜門等，可以節(jié)省空調(diào)、室內(nèi)取暖設(shè)備等設(shè)備的能量消耗，可以減少燃料燃燒時(shí)釋放的二氧化碳，保護(hù)環(huán)境，在家電行業(yè)、汽車工業(yè)以及建筑行業(yè)中的運(yùn)用極為廣泛。

1 LOW-E玻璃的種類

1.1 低溫和寒冷地區(qū)用的低輻射鍍膜玻璃

有關(guān)測(cè)試表明，對(duì)雙層中空玻璃進(jìn)行安裝，超過80%的室內(nèi)能量會(huì)由玻璃傳到室外；如果鍍上一層無色低輻射玻璃膜，傳到室外能量可以減少四成。低輻射鍍膜玻璃窗具備更好的隔熱性能，但不會(huì)增加尺寸和重量，可見光的透過也不會(huì)減少過多，該玻璃還被稱為高性能絕熱玻璃，其在低溫和寒冷地區(qū)適用[1]。

1.2 氣候炎熱地區(qū)用的低輻射鍍膜玻璃

大部分商業(yè)建筑不必通過太陽(yáng)能進(jìn)行供熱，特別是在夏天。人們始終致力將入射的太陽(yáng)熱量減少，如遮陽(yáng)棚、著色玻璃等，但作用欠佳，主要是由于玻璃屬于載熱體，紅外輻射難以有效散發(fā)。商業(yè)建筑、辦公樓等區(qū)域運(yùn)用低輻射膜層能夠?qū)χ車椛錈徇M(jìn)行反射，可以對(duì)陽(yáng)光中諸多遠(yuǎn)紅外輻射進(jìn)行折射。只有陽(yáng)光中的可見光部分或冷的日光可以從這種LOW-E玻璃透過，發(fā)揮采光作用，可以將太陽(yáng)熱的入射最大化減少，使空調(diào)降溫負(fù)荷得到減小。此玻璃又稱為熱反射玻璃，主要在氣候炎熱的區(qū)域進(jìn)行使用。

2 LOW-E玻璃的生產(chǎn)方法

當(dāng)前，LOW-E玻璃的生產(chǎn)方法主要有兩種，即在線法低輻射鍍膜和離線低輻射鍍膜。

2.1 在線法低輻射鍍膜

在線法主要借助浮法玻璃冷卻工藝完成。液體金屬或金屬粉并未噴到熱玻璃表面，玻璃冷卻后，金屬膜層會(huì)和玻璃融合在一起。這種膜層硬度較高，耐用性較強(qiáng)，借助這種方式生產(chǎn)的Low-E玻璃優(yōu)點(diǎn)較多，能夠后續(xù)熱彎、鋼化，可以不在中空環(huán)境中進(jìn)行運(yùn)用，存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)；缺點(diǎn)為熱學(xué)性能不強(qiáng)。如果膜層較薄，與濺射法Low-E鍍膜玻璃相比，U值只是50%[2]，若采取增加膜厚的方式對(duì)熱學(xué)性能進(jìn)行改善，其透明性會(huì)降低。

2.2 離線低輻射鍍膜

在Low-E玻璃中運(yùn)用離線法，主要對(duì)真空磁控濺射鍍膜技術(shù)進(jìn)行了運(yùn)用。相較于高溫?zé)峤獬练e法，其存在顯著區(qū)別，濺射法是離線的，玻璃傳輸位置也不同，主要涉及了兩個(gè)方面，即垂直和水平。運(yùn)用濺射法工藝生產(chǎn)出的Low-E玻璃，需要把一層純銀薄膜當(dāng)作功能膜，純銀膜主要位于二層金屬氧化物膜之間。對(duì)于金屬氧化物膜而言，能夠保護(hù)純銀膜，可以提高顏色純度以及光頭透射度。

在垂直式生產(chǎn)工藝方面，需要在架子上對(duì)玻璃進(jìn)行垂直放置，將其放到101 Pa數(shù)量級(jí)的真空環(huán)境內(nèi)，運(yùn)用工藝氣體，使真空度能夠維持穩(wěn)定的狀態(tài)。

將靶材Ag、Si等嵌入陰極中，在陰極垂直方向放置磁場(chǎng)，形成磁控靶，將其作為陰極，融入直流或交流電源，受高電壓的作用，工藝氣體會(huì)出現(xiàn)電離生成等離子體。電子受電場(chǎng)與磁場(chǎng)的影響，會(huì)高速螺旋運(yùn)用，碰撞氣體分子，形成數(shù)量更多的正離子以及電子；正離子帶給電場(chǎng)的影響達(dá)到一定能量后，會(huì)對(duì)陰極靶材進(jìn)行撞擊，濺射出的靶材會(huì)沉淀在玻璃基片上，形成薄膜。為了形成均勻的膜層，需要讓陰極靶在接近玻璃表面的位置來回進(jìn)行移動(dòng)。為了獲取到多層膜，需要對(duì)多個(gè)陰極進(jìn)行運(yùn)用，讓其在玻璃表面來回移動(dòng)，增加膜厚。

垂直法和水平法有相同之處，但玻璃的放置方面存在顯著不同，玻璃借助水平排列的輪子展開傳輸，借助陰極，玻璃通過大量銷定閥門之后，真空度發(fā)生改變。玻璃達(dá)到主要濺射室后，隨后也會(huì)達(dá)到鍍膜壓力，金屬陰極靶固定，玻璃移動(dòng)。玻璃從陰極通過，將膜層形成。

3 LOW-E玻璃的鋼化加工

3.1 玻璃鋼化的基本原理與特點(diǎn)

玻璃鋼化是對(duì)玻璃進(jìn)行加熱，使溫度上升到650 ℃，再進(jìn)行快速冷卻，在此過程中，應(yīng)確保冷卻的均勻性。玻璃外部因?yàn)榭焖倮鋮s發(fā)生固化，但內(nèi)部冷卻速度較慢，仍為熱塑性狀態(tài)。冷卻溫度更低后，內(nèi)層會(huì)不斷收縮，但此時(shí)硬化的表面層會(huì)影響其順利收縮?；诖?，玻璃表面會(huì)出現(xiàn)壓應(yīng)力，內(nèi)部也隨之形成張應(yīng)力。在壓應(yīng)力的作用下，玻璃抗張強(qiáng)度得到提高，加強(qiáng)玻璃抗沖擊以及彎曲的能力[3]。由于玻璃內(nèi)部具有較為均勻的張應(yīng)力，局部出現(xiàn)沖擊而破裂后，能夠迅速碎成小顆粒。

3.2 LOW-E玻璃鋼化過程的加熱特性

現(xiàn)階段，水平鋼化機(jī)組實(shí)現(xiàn)了較為廣泛運(yùn)用。在陶瓷輥道的作用下，電加熱爐內(nèi)會(huì)形成兩個(gè)加熱空間，并通過上、下部電熱絲分別進(jìn)行加熱。在加熱爐中放進(jìn)玻璃后，在陶瓷輥道的帶動(dòng)和支撐下，展開反復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成加熱工序。對(duì)于上玻璃表面而言，主要承受對(duì)流以及輻射傳熱，下表面除了遭遇以上狀況之外，陶瓷輥道會(huì)基于熱傳導(dǎo)的方式對(duì)下表面進(jìn)行加熱。和上表面升溫速度相比，下表面更快。

一般狀況下，低輻射鍍膜面的輻射率不高于0.20，為了保證鋼化過程中不會(huì)對(duì)低輻射膜面產(chǎn)生影響，鋼化時(shí)必須向上放置低輻射膜面[4]。LOW-E玻璃上下表面在低輻射高紅外反射以及陶瓷輥道的影響下，升溫速度存在差別。對(duì)此，通過傳統(tǒng)輻射加熱鋼化爐鋼化低輻射鍍膜玻璃的過程中，會(huì)出現(xiàn)諸多問題，如鋼化碎片不達(dá)標(biāo)、膜層燒損、光學(xué)變形以及輥痕等。

3.3 LOW-E玻璃的鋼化

現(xiàn)階段，鋼化爐主要以輻射加熱為主，融入了“強(qiáng)制對(duì)流系統(tǒng)”，可以在鋼化時(shí)展現(xiàn)出輔助加熱的效果，通常均可以生產(chǎn)出質(zhì)量達(dá)標(biāo)的鋼化LOW-E玻璃。如果采取傳統(tǒng)輻射加熱鋼化爐，需要對(duì)鋼化爐進(jìn)行全面改造。

融入強(qiáng)制對(duì)流裝置，將其設(shè)置到電爐上部位置，壓縮空氣進(jìn)入管內(nèi)。提高上部溫度，適當(dāng)將上部空間溫度提高，防止混入冷空氣導(dǎo)致上部空間溫度快速降低，利于熱對(duì)流的方式，讓玻璃表面聚集更多熱量。促使下部空間溫度降低，降低下部溫度，減緩下表面?zhèn)鳠崴俣龋钥s短上下玻璃表面吸熱速度的差距，促使加熱時(shí)間延長(zhǎng)。

LOW-E玻璃輻射力為0.1時(shí)，加熱時(shí)間為58～68 min[5]，可以適當(dāng)延長(zhǎng)加熱時(shí)間，使玻璃版面能夠受熱均勻，確保鋼化溫度，以便獲取良好的鋼化效果。

4 LOW-E玻璃的應(yīng)用

當(dāng)前，LOW-E玻璃已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，如住宅、輕工家電和幕墻等領(lǐng)域。沈陽(yáng)、大連、深圳、廣州、上海、北京等地對(duì)相關(guān)規(guī)范予以了制定，給予業(yè)主鼓勵(lì)，讓其積極使用LOW-E產(chǎn)品，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保、促進(jìn)空氣質(zhì)量、優(yōu)化生活環(huán)境的目的。中關(guān)村、金融街和CBD是北京三大金融商業(yè)圈，其以宏達(dá)大規(guī)模、先進(jìn)的理念以及前衛(wèi)的設(shè)計(jì)受到了全世界的關(guān)注。在這些項(xiàng)目中基本上都有一個(gè)相同點(diǎn)，即均運(yùn)用了LOW-E節(jié)能中空玻璃，如中環(huán)世貿(mào)、中央電視臺(tái)、尚都國(guó)際、北京財(cái)富中心、國(guó)貿(mào)三期等。當(dāng)前，LOW-E低輻射玻璃已受到了大部分人的認(rèn)可。

應(yīng)用LOW-E玻璃的過程中，需要注意和各地區(qū)的實(shí)際情況相結(jié)合，對(duì)是否運(yùn)用LOW-E玻璃和什么種類的LOW-E玻璃進(jìn)行確定。通常，在寒冷的冬季運(yùn)用LOW-E玻璃的節(jié)能效果十分顯著，但和冬季情況相符的LOW-E玻璃，并非與夏季工況的要求相符，反之亦然[6]。對(duì)LOW-E玻璃進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)將能否全年節(jié)能納入考慮范圍。

LOW-E玻璃在建筑中運(yùn)用后，相較于運(yùn)用傳統(tǒng)窗的建筑，顯著改變了熱工性能，在空調(diào)設(shè)計(jì)階段應(yīng)提高重視程度。冬季時(shí)，外區(qū)北向的房間需要供熱，使用了LOW-E玻璃，東向的房間接收的太陽(yáng)輻射較多，轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)波輻射之后，在LOW-E玻璃的作用下，被阻隔在房間中，受人體和燈光等散熱的影響，導(dǎo)致房間需要供冷。但設(shè)計(jì)空調(diào)時(shí)，并未考慮此問題，盡管空調(diào)系統(tǒng)為四管制，但把北向和外區(qū)東向的房間分成一個(gè)系統(tǒng)，空調(diào)熱風(fēng)由同一個(gè)空調(diào)機(jī)組供應(yīng)，造成客戶投訴。LOW-E玻璃玻璃窗全年空調(diào)負(fù)荷計(jì)算是亟待解決的重點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為一種環(huán)保、透明和新型節(jié)能的綠色建材，LOW-E玻璃具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。在建筑工業(yè)“十五”規(guī)劃中，明確指出要注重開發(fā)、研究和應(yīng)用LOW-E玻璃。各類科研管理、銷售、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)部門要對(duì)開發(fā)、推廣、生產(chǎn)LOW-E玻璃引起高度重視，注重制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與理論研究，立足于用戶不同的節(jié)能要求。低輻射鍍膜玻璃可以和熱反射玻璃、夾層玻璃以及吸熱玻璃等組成中空玻璃，以此使建筑師采光、外觀顏色、隔音、隔熱等要求得到滿足，充分發(fā)揮LOW-E玻璃的作用，以堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)助力我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)。