建筑玻璃用功能膜光學性能與力學性能研究

梁曉蕾 張紅媛 李曉杰 張薇

（中國建材檢驗認證集團秦皇島有限公司 秦皇島 066004）

0 引言

功能膜是一種多層功能化的聚酯復(fù)合薄膜材料經(jīng)工藝處理制成的一種功能用膜，形象的說，建筑玻璃用功能膜是可移動的鍍膜玻璃，也是一種可以現(xiàn)場安裝的PVB膠層，裝貼到玻璃表面可以起到隔熱保溫的作用，還能阻隔有害紫外線的照射，同時還具備防爆、防彈、保障隱私等多種功能。

20世紀90年代開始，建筑玻璃貼膜在我國興起［1］。我國建筑玻璃貼膜主要用于公共建筑和特殊建筑，民用建筑中的用量仍較少，建筑玻璃貼膜普及率偏低。到2019年，國內(nèi)具有一定規(guī)模和質(zhì)量水平的玻璃膜生產(chǎn)線達到了30多條，近年來小規(guī)模企業(yè)數(shù)量也在不斷增加，年產(chǎn)量達到5000萬m2。國家將全面普及推廣節(jié)能建材，消費者對建筑貼膜安全性和節(jié)能性的認可度也不斷提高，建筑玻璃貼膜市場前景廣闊。

目前，建筑玻璃用功能膜市場，存在著產(chǎn)品良莠不齊、品質(zhì)差別大等問題。同時，社會上仍存在虛假宣傳，膜產(chǎn)品光學參數(shù)不達標、力學性能不足、老化問題頻出、行業(yè)混亂等現(xiàn)象。

本文通過對建筑玻璃用功能膜光學性能和力學性能進行檢測，列出了光學性能和力學性能檢測方法的差異，鼓勵企業(yè)在玻璃用功能膜性能檢測和成品質(zhì)量控制上參考相關(guān)標準，讓檢測可操作性更強、更有針對性，保證功能膜質(zhì)量，為消費者選擇合適的膜產(chǎn)品提供參考。

1 建筑玻璃用功能膜概述

建筑玻璃用功能膜常用檢測標準GB/T 29061—2012《建筑玻璃用功能膜》中，功能膜定義為：一種由耐磨涂層經(jīng)工藝處理的聚酯膜和保護膜通過膠黏劑組合在一起的多層聚酯復(fù)合薄膜材料［2］。按功能可分為四類：隔熱膜、安全膜、隔熱安全膜、裝飾膜。功能膜常用檢測項目包括：外觀質(zhì)量、尺寸偏差、光學性能、力學性能、耐酸性能、耐老化性能等。本文對光學性能和力學性能這兩個重要項目進行分析。

2 玻璃用功能膜光學性能測試與數(shù)據(jù)分析

2.1 光學性能測試

2.1.1 測試方法

GB/T 29061—2012中光學性能的測試按GB/T 2680《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(guān)窗玻璃參數(shù)的測定》規(guī)定的方法進行，測試項目包括可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比等［3］。目前，GB/T 2680—2021代替GB/T 2680—1994，2021年10月1日開始實施。GB/T 2680—2021中提到了太陽紅外熱能總透射比的測試，隨著人們環(huán)境意識的提高和對環(huán)保節(jié)能建材產(chǎn)品的普遍認同，人們樂于采用建筑玻璃貼膜，實現(xiàn)夏天降溫、冬天保溫的效果，減少空調(diào)、暖氣帶來的高額電費和能量消耗，達到節(jié)能減排的目的。因此，本次研究也增加了對建筑玻璃用功能膜太陽紅外熱能總透射比的測試。

建筑玻璃用功能膜自身帶有霧度。霧度是表征透明試樣或半透明試樣其內(nèi)部或表面發(fā)生光散射而引起的云霧狀外貌。根據(jù)GB/T 2410—2008《透明塑料透光率和霧度的測定》，霧度的定義為：透過試樣而偏離入射光方向的散射光通量與透射光通量之比，用百分數(shù)表示（對于本方法來說，僅把偏離入射光方向2.5°以上的散射光通量用于計算霧度）［4］。目前大部分廠家將霧度變化作為衡量建筑膜的重要參數(shù)，考慮到功能膜自身的霧度也影響感官，本次研究也增加了對功能膜霧度的測試。

本次研究采用GB/T 2680—2021中規(guī)定的方法測試建筑玻璃用功能膜可見光透射比、太陽能總透射比、太陽紅外熱能總透射比，采用GB/T 2410—2008規(guī)定的方法測試霧度。

2.1.2 樣品制備

將50 mm×50 mm的功能膜裝貼在同樣尺寸的可見光透射比為89%±1%的3 mm平板玻璃上，制成試樣。如圖1所示。

圖1 光學性能測試試樣示意圖

為了使功能膜與玻璃有效貼合，保證測試結(jié)果的準確性，光學性能測試應(yīng)在標準規(guī)定的放置和試驗條件下進行。

2.1.3 測試設(shè)備

采用高性能Lambda光譜儀和紅外測試儀測試建筑玻璃用功能膜可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、太陽紅外熱能總透射比。采用高精度霧度儀測試功能膜霧度。

2.2 測試數(shù)據(jù)分析

2.2.1 可見光透射比、太陽能總透射比、太陽紅外熱能總透射比

本次研究對不同型號的建筑玻璃用功能膜進行了光學性能測試，圖2為不同功能膜全波段（300～2500 nm）透射光譜對比，不同膜的光學性能存在較大差異，光學性能檢測十分必要。

圖2 不同功能膜全波段透射光譜對比圖

在300～2500 nm波長范圍內(nèi)，可見光約占47%，紅外線約占51%，太陽能總透射比包含紫外線、可見光、紅外線的能量，其中紫外線和可見光基本不產(chǎn)生熱效應(yīng)［5］。相對太陽能總透射比，太陽紅外熱能總透射比不考慮可見光范圍的透射及吸收情況，能夠直接反映功能膜阻擋太陽輻射熱的能力，是消費者比較關(guān)注和關(guān)心的焦點，也是很多廠家銷售的賣點，科學準確地評價產(chǎn)品的太陽紅外熱能總透射比有利于行業(yè)的規(guī)范，使消費者明白消費，不被虛假宣傳蒙蔽。

產(chǎn)品工藝不同，在紅外波長范圍內(nèi)表現(xiàn)的光譜透過能量占比差別很大，建議根據(jù)太陽紅外熱能總阻隔率對產(chǎn)品的隔熱性能分級，滿足節(jié)能環(huán)保的要求。

圖3為隔熱膜透反射光譜示意圖。

圖3 隔熱膜透反射光譜示意圖

由圖3可以看出，隔熱膜太陽能紅外熱能總透射比為13.4%，太陽紅外熱能總阻隔率為86.6%，隔熱性能優(yōu)異。

圖4為不同膜太陽能總透射比、太陽紅外熱能總透射比、可見光透射比直方圖。

圖4 不同膜太陽能總透射比、太陽紅外熱能總透射比、可見光透射比示意圖

由圖4可以看出，6款功能膜的太陽能總透射比均為45%左右，其中，A10試樣的可見光透射比最低為17.83%，A12試樣的可見光透射比最高，為71.95%；A10試樣的太陽紅外熱能總透射比最低，為18.3%，A14試樣的太陽紅外熱能總透射比最高，為49.6%。可見，太陽能總透射比接近時，不同功能膜的太陽紅外熱能總透射比、可見光透射比卻差別較大。

2.2.2 霧度

本次研究對8款功能膜進行霧度和可見光透射比測試，測試結(jié)果如表1所示。

表1 功能膜霧度、可見光透射比對比

由表1可知，功能膜霧度與其可見光透射比無直接聯(lián)系。霧度越大，表明透過試樣而偏離入射光方向的散射光通量與透射光通量之比越大，功能膜成像度越低。為了衡量功能膜的散射性能，需要進行功能膜霧度測試。

通過對不同功能膜可見光透射比、太陽能總透射比、太陽紅外熱能總透射比和霧度參數(shù)的測試和比較，發(fā)現(xiàn)不同膜光學性能存在較大差異，因此，應(yīng)綜合考量各個光學參數(shù)，包括本次研究中提到的光學參數(shù)以及紫外線透射比、可見光反射比、太陽光直接透射比、太陽光直接反射比、太陽光直接吸收比、遮陽系數(shù)、光熱等，才能更好地評價和選擇膜產(chǎn)品。

3 玻璃用功能膜力學性能測試與數(shù)據(jù)分析

3.1 力學性能測試

3.1.1 測試方法

建筑玻璃膜基片（一般為PET膜）是一種高韌性的彈性材料，能極大地緩解來自外部的沖擊力，其斷裂最大拉力和斷裂延伸率關(guān)系到室內(nèi)人員和物品的安全和壽命。

黏結(jié)力可以反映出功能膜與玻璃的黏結(jié)情況，與玻璃粘結(jié)牢固的功能膜黏結(jié)力大，其使用壽命也長。尤其是具有較大黏結(jié)力的安全膜，當玻璃破壞后，可以將玻璃碎片牢固地裝貼在膜表面，僅有少量呈粉狀的玻璃碎片散落，能夠最大限度地減少玻璃飛濺物帶來的傷害。因此，黏結(jié)性能是功能膜檢測中一項重要指標，黏結(jié)性能不好，裝貼后功能膜容易脫落，影響使用壽命。

按照GB/T 29061—2012中規(guī)定進行力學性能測試，測試項目包括斷裂最大拉力及斷裂延伸率和黏結(jié)力。

3.1.2 樣片制備

取150 mm×（25±0.5）mm的功能膜3塊，作為斷裂最大拉力及斷裂延伸率測試試樣，如圖5所示，應(yīng)確保試樣邊緣整齊光滑無缺口。試驗前應(yīng)在溫度20 ℃±5 ℃，相對濕度50%～70%的條件下至少放置24 h，并在上述試驗條件下進行測試。

圖5 斷裂最大拉力及斷裂延伸率試樣示意圖

取3塊250 mm×（25±0.5）mm的功能膜分別裝貼在125 mm×50 mm的3 mm平板玻璃上，制成試樣，作為黏結(jié)力測試試樣，如圖6所示。功能膜與平板玻璃一端中央對齊，余下的125 mm部分處于自由擺動狀態(tài)，可在這部分的粘貼面上撲上滑石粉或者貼上紙片，試驗前應(yīng)在溫度20 ℃±5 ℃，相對濕度50%～70%的條件下至少放置21天，并在上述試驗條件下進行測試。

圖6 黏結(jié)力試樣示意圖

3.1.3 測試設(shè)備

采用電子萬能試驗機測試斷裂最大拉力及斷裂延伸率和黏結(jié)力。

3.2 測試數(shù)據(jù)分析

3.2.1 斷裂最大拉力及斷裂延伸率

本次研究中，取每種功能膜3塊試樣斷裂最大拉力及斷裂延伸率的平均值，將不同類型功能膜產(chǎn)品進行對比，結(jié)果見表2。其中，B1和B2試樣為隔熱膜，B3和B4試樣為防飛濺膜，B5和B6為防穿透膜。

表2 功能膜拉伸強度和斷裂延伸率對比

由表2可知，斷裂最大拉力及斷裂延伸率最大的為兩款防穿透膜，最小的為兩款隔熱膜，符合功能膜應(yīng)用實際。

3.2.2 黏結(jié)力

本次研究中，取每種功能膜3塊試樣的黏結(jié)力平均值，將厚度為2～3 mil的不同隔熱膜產(chǎn)品進行對比，結(jié)果見表3。

表3 不同隔熱膜黏結(jié)力對比

表3中5款隔熱膜厚度接近，但黏結(jié)力差別較大，這與功能膜所使用的安裝膠有很大關(guān)系。

通過對不同功能膜力學性能的測試和比較，發(fā)現(xiàn)不同功能膜斷裂最大拉力及斷裂延伸率和黏結(jié)力存在較大差異，在選擇膜產(chǎn)品時應(yīng)根據(jù)實際使用場合、注意功能膜裝貼方式和安裝膠類型，選擇合適的功能膜產(chǎn)品。

4 結(jié)語

目前國內(nèi)建筑玻璃用功能膜被廣泛應(yīng)用，本次研究對不同膜的光學性能和力學性能進行了分析和對比?？蛻暨x擇膜和廠家質(zhì)量控制時還應(yīng)關(guān)注功能膜的外觀質(zhì)量、尺寸偏差、耐酸性能、揮發(fā)性有機化合物限量、耐老化性能等。其中，耐老化性能是考驗功能膜裝貼到玻璃上是否能經(jīng)受住自然界光、熱、濕度變化所帶來的影響，是否具有足夠的使用壽命的重要參數(shù)，需要引起各方的重視。廠家和檢驗機構(gòu)應(yīng)認真研讀標準，合理選擇標準，關(guān)注標準修訂，及時選用最新標準檢測功能膜產(chǎn)品。通過加強建筑用功能膜產(chǎn)品行業(yè)間的技術(shù)交流，促進建筑膜創(chuàng)新性研究，推動建筑膜的研發(fā)、生產(chǎn)和消費，讓建筑玻璃用功能膜產(chǎn)品靠質(zhì)量、穩(wěn)定性、節(jié)能性和安全性贏得國內(nèi)外市場，促進我國綠色建材產(chǎn)品發(fā)展。