隔熱膜的性能測試及評價(jià)

隔熱膜的性能測試及評價(jià)高超;秦長喜;牛娟妮;許亮【摘要】本文主要介紹了隔熱膜性能的測試與評價(jià)方法，通過對不同隔熱窗膜的光學(xué)性能、隔熱性能、耐紫外輻照性能及表面硬度等性能測試與分析，研究了金屬濺射膜和納米涂布隔熱膜的性能差異.此外還對比測試了單層、中空玻璃與貼膜玻璃的隔熱性能，隔熱效果明顯不同.結(jié)果顯示,隔熱膜貼膜玻璃的隔熱性能明顯好于中空玻璃，納米隔熱膜相比濺射隔熱膜有更高的可見光透過率.【期刊名稱】《信息記錄材料》【年(卷)，期】2012(013)006【總頁數(shù)】4頁(P22-25)【關(guān)鍵詞】隔熱膜;性能;研究【作者】高超;秦長喜;牛娟妮;許亮【作者單位】樂凱膠片股份有限公司，保定071054;樂凱膠片股份有限公司，保定071054;樂凱膠片股份有限公司保定071054;樂凱膠片股份有限公司保定071054【正文語種】中文【中圖分類】TQ3171引言當(dāng)今社會，隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，功能性膜材料層出不窮，如隔熱膜、增亮膜、電磁波屏蔽膜、防劃傷膜、防眩光膜等一系列功能性膜材料［1］。這些膜材料極大地改善了人們的生活。其中隔熱膜材料以其優(yōu)良的隔熱、低導(dǎo)熱、高透過、保溫性能正廣泛的被大眾認(rèn)可，受到人們的青睞。隔熱膜又稱〃太陽膜”起始于上個(gè)世紀(jì)70年代。許多現(xiàn)代建筑都采用玻璃幕墻、大玻璃和落地玻璃門（陽臺），在改善房間景觀的同時(shí)，卻使傳入室內(nèi)的太陽輻射熱量增多，增加了房間空調(diào)的耗電量。目前建筑能耗中的第一殺手就是空調(diào)，空調(diào)能耗已經(jīng)占到了建筑能耗的20%~50%［2］。因此，具有熱反射或熱吸收性能的玻璃表面涂層對于建筑節(jié)能有著十分重要的意義。為了解決以上問題，美國開始研制出了太陽膜，它具有隔熱節(jié)能、抗紫外線、美觀舒適、安全防爆等功能，有效便捷的解決了玻璃帶來的問題。到現(xiàn)在隔熱膜的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了5代。第1代是涂布與復(fù)合工藝膜，也叫茶紙，僅能對太陽光起遮擋作用，不具備隔熱作用；第2代是〃染色膜”以深層染色工藝加上吸熱劑達(dá)到隔熱作用。但易產(chǎn)生二次輻射，對人體傷害更大；第3代是真空熱蒸鍍膜，用金屬層鍍于薄膜上，達(dá)到隔熱效果。但清晰度不夠且反光較高，易造成光污染；第4代是金屬測控濺射膜，將鎳、銀、鈦。金等合金濺射到高張力薄膜基材上。隔熱顯著，但金屬層較多較厚，會一定程度遮蔽通訊信號，同時(shí)也易氧化影響美觀；第5代是陶瓷膜，通過將ATO/ITO（金屬氧化物粉末）涂于薄膜基材上，達(dá)到理想的隔熱保溫作用。有效地解決了氧化，金屬屏蔽等問題［3-4］。本文主要介紹隔熱膜主要性能的測試方法，分析對比不同種類的隔熱膜性能并給以簡單的評價(jià)。2試驗(yàn)2.1試驗(yàn)用原材料及儀器A、B、C、D4種不同性能隔熱膜（市售），4mm玻璃，中空玻璃，SpectrocolormetermodelPF—10色調(diào)測試儀（NipponDenShokukogyo）,LT—4002型紫外固化機(jī)（涿州藍(lán)天特?zé)舭l(fā)展有限公司），鉛筆硬度計(jì)（上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司），LS103光學(xué)透過率測試儀（深圳市林上科技有限公司），漆膜劃格儀（深圳市祥敏儀器有限公司），薄膜隔熱溫度測試箱（自制）。2.1.1試驗(yàn)方法參照J(rèn)C846-2007，將A、B、C、D4種隔熱膜裁切成相應(yīng)尺寸，待測。2.2測試內(nèi)容2.2.1光學(xué)性能通過光學(xué)透過率儀實(shí)測紫外、紅外和可見光的透過率。參照GB/T2680方法進(jìn)行測試。2.2.2隔熱性通過光學(xué)透過率儀測試得到紅外、紫外和可見的透過率。參照隔熱計(jì)算公式：隔熱率=紅外線阻隔率*53%+紫外線阻隔率*3%+可見光阻隔率*44%進(jìn)行計(jì)算2.2.3耐輻照性參照GB/T5173.3方法，輻照100h，計(jì)算可見光透射比相對變化率。2.2.4硬度參照GB6739-86方法，使用涂膜鉛筆劃痕硬度儀測試涂層的鉛筆硬度。2.2.5耐酸堿性參照GB/T2680方法，分別浸泡在1mol/LHCl和1mol/LNaOH溶液中24h。2.2.6耐有機(jī)溶劑性參照GB/T17339方法，浸泡在變性酒精（V甲醇：V乙醇=1:10）中1h。2.2.7隔熱膜表觀在較好的自然光環(huán)境下，通過膜表面的反射光，以正常視力目艮觀即可，如有需要可選用適當(dāng)放大鏡觀看。3結(jié)果與討論3.1光學(xué)性能太陽輻射的能量主要集中在波長為0.2~2.5pm的范圍內(nèi)，其中紫外區(qū)：0.2-0.4pm，占總能量的3%，可見光區(qū)：0.4~0.72pm，占總能量的44%，近紅外區(qū)：0.72~2.5pm，占總能量的53%?？梢?，太陽光譜中的能量絕大部分分布在可見光和近紅外區(qū)，其中近紅外區(qū)就占了一半的能量。紅外光對視覺效果沒有貢獻(xiàn)，若將這部分能量進(jìn)行有效阻隔，可達(dá)到很好的隔熱效果而不影響玻璃的透明性。光學(xué)性能是衡量隔熱膜最重要的性能指標(biāo)，優(yōu)質(zhì)的隔熱膜需要有較高的紅外線、紫外線的阻隔率和高的透光率。表1是玻璃和幾種不同隔熱膜通過光學(xué)透過率儀測試到的紫外紅外和可見光的透過率。表1玻璃和幾種隔熱膜的光學(xué)透過率(%)TablelTheopticaltransmittanceoftheglassandseveralheatinsulatingfilms(%)種類紫外透過率紅外透過率可見光透過率單層玻璃877391中空玻璃725383A0.93768B0.22061C0.33843D0.84952由表1可見，單層玻璃和中空玻璃的光學(xué)透過率較高，兩者的差異主要是由于玻璃自身對光線的吸收屏蔽。A、B、C、D4種隔熱膜樣品，其中A、B是納米涂布型隔熱膜，C、D是金屬濺射型隔熱膜。薄膜做了濺射金屬層或涂布納米氧化層處理，對紅外線和紫外線及可見光都有較大程度的阻隔，因此光學(xué)透過率顯著降低。由表1測試數(shù)據(jù)還可看到，4種隔熱膜中A、B的紅外透過率較低而可見光透過率較高，而C、D相比A、B紅外透過率較高而可見光透過率較低，原因分析是C、D是金屬濺射型隔熱膜，膜表面金屬鏡面感強(qiáng)，對可見光反射率高，因而透過率低。3.2隔熱性能隔熱性能是隔熱膜材料特殊的性能。因?yàn)樘栞椛涞臒崃恐饕谟诳梢姽夂图t外區(qū)，這就需要對紅外和可見光有良好的阻隔作用，但可見光透過率降低又會影響人們對室內(nèi)的采光效果，因此理想的隔熱膜主要在于阻隔更多的紅外來達(dá)到隔熱效果。紅外阻隔率不同就使得隔熱膜可以有不同的品質(zhì)和類別。如高阻隔隔熱膜和一般隔熱膜。表2是玻璃和幾種不同隔熱膜計(jì)算出的隔熱率數(shù)值。隔熱率=紅外線阻隔率*53%+紫外線阻隔率*3%+可見光阻隔率*44%表2玻璃和幾種隔熱膜的隔熱率(%)Table2Theinsulationrateoftheglassandseveralheatinsulatingfilms(%)種類紫外阻隔率紅外阻隔率可見光阻隔率隔熱率單層玻璃1327919中空玻璃18471733.23A99.1633254B99.8803959.47C99.7625761D99.2514851表2通過膜的光學(xué)測試數(shù)據(jù)計(jì)算的隔熱率可見，中空玻璃較單層玻璃對熱量其一定的阻隔作用。A、B、C、D4種隔熱膜較單層和中空玻璃隔熱效果顯著提高。通過自制的薄膜隔熱溫度測試箱，測試了幾種樣品在500W碘鎢燈照射下，不同時(shí)間箱內(nèi)溫度變化情況見圖1。圖1玻璃和幾種隔熱膜升溫曲線/°CFig1Thetemperaturecurveoftheglassandseveralheatinsulatingfilms/C圖1顯示，相同環(huán)境條件下，當(dāng)用500w碘鎢燈通過不同樣品照射測試箱時(shí)，照射相同時(shí)間時(shí)，箱內(nèi)溫度不同。以4mm無色透明玻璃作為參照，中空玻璃的箱體內(nèi)溫度低于單層玻璃。在相同的照射時(shí)間時(shí)隔熱膜箱體內(nèi)溫度均低于單層玻璃和中空玻璃箱體內(nèi)溫度。由此可見，雙層玻璃隔熱性能很小，4種隔熱膜均比中空玻璃有更優(yōu)異的隔熱性能。圖24mm玻璃與中空玻璃及A、B、C、D4種樣品箱體溫度測試Fig2Thetemperaturetestingof4mmglassandhollowglassortheABCDfoursamples圖2是測試箱體照射180min時(shí)，4個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品與單層4mm無色透明玻璃測試箱體內(nèi)的溫度對比，中空玻璃箱體溫度較單層玻璃下降2JA、B、C、D4種樣片箱體的溫度較單層玻璃溫度下降明顯，約為6.5~9C。由此可以看出，通過隔熱膜之后對熱量有明顯的阻隔。阻隔溫度最高可達(dá)9°C,隔熱效果顯著。3.3耐輻照性隔熱膜因長期暴露在太陽光的照射下，隔熱層容易產(chǎn)生發(fā)黃、褪色、變色等現(xiàn)象。不僅隔熱膜的隔熱效果將會降低，還會影響玻璃貼膜的美觀性。因此，隔熱膜必須對太陽光的輻照有一定程度上的承受作用，即具有耐紫外輻照性能。表3為A、B、C、D4種隔熱膜在800w紫外燈下輻照100h前后的乩*、咱*、此*、色差△E*的變化。表3幾種隔熱膜輻照100h后，乩*、咱*、此*、狂*值Table3The"*、△a*、^b*、^E*ofseveralheatinsulatingfilmsafter100hUVirradiation隔熱膜輻照前后的顏色變化可以通過色差△￡*來表示。0vE*<1，色差有微小變化一般肉眼很難觀測到。^￡*>2，就會明顯感覺到變化。1vE*v2，變化不明顯在可接受范圍內(nèi)。由表3可見樣品C、D紫外輻照前后顏色變化小，性能優(yōu)良。B可以觀察到顏色變化但不明顯。樣品A色差有顯著變化。表44種隔熱膜輻照前后可見光透射比相對變化率/%Table4Therelativechangerateofthefourheatinsulatingfilms1visibletransmittanceafterUVirradiation種類UV前UV后變化率A0.9/37/610.8/37/601.64B0.2/20/680.2/20/671.47C0.3/38/430.2/37/422.33D0.8/49/520.9/49/511.92參照GB/T5173.3給出的標(biāo)準(zhǔn)，可見光透射比變化率保持在3%以內(nèi)可視為合格的隔熱膜，4種隔熱膜在輻照前后基本對人眼可見光的識別不會有遮擋，由表4可已看出A、B、C、D4種樣片可見光透射比相對變化率均小于3%，為合格樣品。3.4隔熱膜表面硬度隔熱膜表面硬度是指隔熱膜貼在玻璃上后，暴露在空氣面有較高的表面硬度可以防止膜表面受到摩擦和碰撞后損壞涂層和性能。參照GB6739-86方法，使用涂膜鉛筆劃痕硬度儀測試涂層的鉛筆硬度。表5是A、B、C、D4種樣品通過鉛筆劃痕硬度儀測試得到的硬度，4個(gè)樣品的表面硬度均為2H。表54種樣品的硬度Table5Thehardnessofthefoursamples種類硬度A2HB2HC2HD2H3.5膜的耐酸堿和有機(jī)溶劑性隔熱膜在使用中會接觸到酸性或者堿性的物質(zhì)，隔熱膜須具有一定的抗酸堿侵蝕能力，在一定濃度酸堿溶液中不易被腐蝕，不影響隔熱性能和表觀，因此隔熱膜的耐酸堿和化學(xué)品腐蝕性也是評價(jià)涂層質(zhì)量好壞的一個(gè)主要的技術(shù)指標(biāo)。表6是A、B、C、D4種樣品分別對酸、堿和有機(jī)溶劑的性能測試結(jié)果。表64種樣品耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑性能Table6Theresistanceofacid,alkaliandorganicsolventofthefoursamples注：+表示合格，-表示不合格。種類耐酸性耐堿性耐有機(jī)溶劑性A+-+B+-+C+-+D+-+表6顯示，四個(gè)隔熱膜樣品均能夠通過酸性溶液、變性酒精的浸泡實(shí)驗(yàn)，但在1mol/L的NaOH溶液里浸泡，貼在玻璃上的隔熱膜邊緣均有腐蝕。耐堿性用GB/T2680標(biāo)準(zhǔn)測試四個(gè)樣品均有差異，需要進(jìn)一步測試或標(biāo)準(zhǔn)要求較嚴(yán)，市售樣品均難達(dá)到該要求。3.6隔熱膜表觀A、B、C、D4種隔熱膜，在自然光線下觀察表觀均沒有深淺不均勻的色差變化，C、D相比A、B隔熱膜表觀金屬感強(qiáng)，鏡面反射性強(qiáng)。4結(jié)論通過以上對4種隔熱膜的性能測試可見，隔熱膜具有比雙層中空玻璃更好的隔熱性能，能夠達(dá)到50%以上的隔熱率，具有較好的節(jié)能性能。金屬濺射隔熱膜具有較高的隔熱性能，但可見光透過率較低，影響室內(nèi)采光，適合要求有私密性的居室使用。納米涂布型隔熱膜具有較高的可見光透過率，適合要求室內(nèi)有較好采光性的居室使用。總之，隔熱膜是一種建筑、車輛窗戶使用的節(jié)能型環(huán)保產(chǎn)品，它的使用和普及對建設(shè)節(jié)能型社會將會做出較大貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)[1]侯翠紅，孫吉梅，張寶林，等.紅外反射涂料在玻璃上的隔熱效果研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2007,28(2):