谈新型镀膜建材玻璃的发展

段爱萍 边华英,2 袁运法

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）2河南省科学院质量检验与分析测试研究中心（450002)

1 建材玻璃的发展

中国的古建筑设计多采用木窗、小窗，主要起通风排气的效果。古代以及现在民间都还流传着剪窗花的技艺，通过使用窗花增加过年过节的喜庆装饰效果，但保温保暖功能差。后来通过在窗格上糊上白纸增加透光性而具有一定的防寒保温性能，之后随着塑料工业发展，就在窗格上贴上浅色塑料膜起御寒保温作用，如今发展为玻璃窗，窗框采用多种材质。当前建筑上多使用的是铝合金玻璃窗和塑钢、彩铝、断桥铝玻璃窗。玻璃采用单层玻璃、双层玻璃和中空玻璃、中空镀膜玻璃等。

玻璃在现代建筑中占据着重要的位置，它不仅增强了现代建筑视觉效果，还能实现采光、防风、防雨水等多种功能。随着玻璃制造技术水平的发展以及装饰技艺的进步，玻璃正成为一种超现代的建筑材料，是当今建筑必不可少的一个组成元素。

随着房地产的发展，建筑物越来越高，社区容积率在增大,对高层住宅的采光性要求也越来越高，大面积玻璃的应用使建筑美轮美奂，但同时，大量普通未经镀膜玻璃的采用，使建筑能耗增大。而我国是能源消耗大国，目前全国单位建筑面积能耗是发达国家的2～3倍以上[1]，其中玻璃门窗能耗占比最大。因此，发展节能建筑和新型镀膜建材玻璃刻不容缓。

如今玻璃在建筑外表面的占比已达30%左右。玻璃幕墙的应用也越来越多。大量普通玻璃在夏天会使室内形成温室效应，呈现蒸笼一样的感觉。因而,Low-E玻璃、阳光控制膜等镀膜玻璃的研发和应用是必然趋势。

Low-E(Low-emission glass)玻璃和热反射镀膜玻璃的使用，有利于生态环境发展，为建筑设计走“科技含量高、资源消耗少、环境负荷小、光污染小、成本低、效能优”的新路子提供了思路。

普通玻璃对2.5 μm以上的红外热辐射的反射率低，吸收率高，使得冬天不利于保温，夏天不利于隔热，而且增加了能耗。一般的低辐射玻璃的传热系数可比普通玻璃降低33.9%，有利于阻止室内的红外热辐射通过玻璃向室外扩散,达到保温效果。阳光控制镀膜玻璃则在夏季可以阻挡室外的光辐射能量进入室内，起隔热作用，从而降低住宅建筑取暖与降温能耗[2]。

而金属的再辐射能量仅为其吸收能量的2%～10%，而玻璃辐射率ε=0.85，这意味着超过80%的热能通过玻璃表面被辐射出去。因此，将极薄的金属薄膜镀到玻璃上，能将玻璃的辐射率减少至与稀有金属的相同，还能保持透明度。[1]

双层窗玻璃代替单层玻璃使用后使玻璃窗散热系数U值得到了改善,中空镀膜玻璃使U值进一步降低。

中空玻璃是代表着目前最高水平的节能玻璃，组成结构依次为∶钢化玻璃+中空层+镀膜玻璃+真空层+白玻璃+中空层+钢化玻璃。

典型的中空镀膜玻璃是两片玻璃夹着9～16 mm的空腔(中间填充氩气)，再在内层玻璃靠空腔一侧镀上一层隔热镀膜。3层窗玻璃使用两层充氩空腔，并在外层玻璃靠外侧空腔一侧和内层玻璃靠内侧空腔一侧加隔热镀膜 (εn=0.03)。这能使U值降至0.7/(m2·k) 。[1]

2 玻璃镀膜技术

玻璃镀膜技术分为在线镀膜(Hard Coating)和离线镀膜(Soft coating)。如Low-E玻璃在线镀膜技术必须将镀膜涂布程序与平板玻璃生产相结合,投资大。生产技术掌握在少数几家跨国公司手中,离线镀膜则有能快速建立生产线的优势,投资成本较低。

在线镀膜方法主要有固体粉末喷涂法和化学气相沉积法(CVD法)两种。固体粉末喷涂法成膜工艺是在平板玻璃成型时,原料通过螺旋送料机、经由震动喂料装置送入喷枪,在压缩气作用下,均匀地喷洒在热态玻璃表面，在高温下热解成含金属氧化物薄膜。随着玻璃的冷却，在玻璃表面形成一层致密的膜层。膜层坚固耐用，在线镀膜玻璃可以热弯、钢化和长期储存。缺点是镀膜玻璃热学性能比较差，生产线技术难度大，浮法玻璃生产线参数需配合调整。

离线镀膜工艺可采取真空溅射镀膜法和溶胶—凝胶浸涂法。离线镀膜的优点是由于采用脱机操作，不影响玻璃生产流程，镀膜设备易于取得，容易上线。而缺点是金属膜接触大气易起氧化反应,无法存放，必需在短时间内密封为双层玻璃,无法单片使用;镀膜后成品不能再进行钢化处理等加工工序。

常用的离线镀膜方法为真空磁控溅射镀膜法，就是在真空条件下的连续喷镀技术。玻璃从进入点开始水平通过一系列中转空间,然后到达喷镀腔，玻璃在压力几乎为真空的设施空间里被均匀镀膜。真空溅射镀膜法主要生产金属膜、合金膜和一些氧化物膜，溅射用靶材料的质量和品种制约着溅射法镀膜的质量和性能。

自洁净玻璃常采用溶胶-凝胶法镀膜,生产工艺流程为∶玻璃原片备制→清洗→干燥→入镀膜池→镀制→烘干→进入热处理炉烧结→出炉降温冷却→产品检验→包装→出厂。

1997年深圳南玻集团从美国引进了能够生产Low-E玻璃的特大型真空磁控溅射镀膜玻璃生产线,研究生产Low-E玻璃。之后天津南玻、格兰特工程玻璃有限公司、洛阳晶润镀膜玻璃股份公司、上海新比利帷幕墙有限公司等数家企业通过设备及技术引进方式生产离线Low-E玻璃产品。与此同时,秦皇岛耀华玻璃股份公司自主开发研究在线Iow-E玻璃，成功地掌握了在线Low-E玻璃的原料配方，并通过了实验室的样品制备工作，在此基础上于2000年与美国阿托菲纳公司签订了共同开发Low-E玻璃的合作协议。2003年11月“耀华”牌在线Low-E玻璃正式面市,吸引了行业的眼球。

3 镀膜建材玻璃的应用前景

热反射镀膜玻璃——在玻璃表面镀金属或金属化合物膜，使玻璃色彩丰富并具有新的光、热性能。其主要作用是降低玻璃的遮阳系数SC，限制太阳辐射的直接透过。在夏季光照强的地区，热反射玻璃的隔热作用十分明显，可有效衰减进入室内的太阳热辐射，在寒冷地区不宜使用。

Low-E玻璃,又称低辐射玻璃,是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品。其镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，使其与普通玻璃及传统的建筑用镀膜玻璃相比,具有优异的隔热效果和良好的透光性.玻璃的U值低，同时有选择地降低SC，全面改善玻璃的节能特性。

Low-E玻璃又可分为高透型Low-E玻璃和遮阳型Low-E玻璃。高透型Low-E玻璃，对透过的太阳能衰减较少，遮阳系数SC≥0.5[1]。特别适用于以采暖为主的北方地区，可以增强取暖效果，节省暖气费用。用于外观设计透明、通透、采光自然的建筑物，可减少“光污染”危害。制作成中空玻璃(镀膜面在第3面)使用时，节能效果更加优良。遮阳型Low-E玻璃，SC＜0.5[1]，可有针对性地衰减透过的太阳能。特别合于以空调致冷的南方地区，夏季可很好地限制太阳能进入室内，并可有效阻挡来自室外的远红外热辐射，节省空调的能耗。

自洁净玻璃主要用于特殊的建筑或场合，现在较为成熟的自洁净玻璃膜镀膜技术是溶胶—凝胶法镀膜，也有一些单位或机构在研发溅射法镀自洁净玻璃膜工艺,但目前尚没有成熟技术和产品出现。

透明光伏玻璃的研究也是新的发展方向，如有突破则可变被动式节能窗为主动式节能窗。光伏与建筑一体化(BIPV)近年来倍受关注,目前的BIPV大部分采用薄膜太阳电池。BIPV是在两块玻璃之间填充太阳电池,故需要三块玻璃,其中一块是薄膜太阳电池片的基板玻璃。根据晶硅太阳电池组件需要一片(封装玻璃)光伏玻璃,到薄膜太阳电池组件需要两片(镀膜基板玻璃+封装玻璃)光伏玻璃,再到光伏与建筑一体化工程需要三片(镀膜基板玻璃+2片封装玻璃)光伏玻璃[3]的状况,说明镀膜玻璃以及光伏玻璃市场未来潜力较大。

[1]王辉,杨旸.玻璃镀膜在建筑中的多种应用[J].四川建筑科学研究,2011,06.

[2]黄燕飞,任招娣,沈美,杜军,魏德法,马宁,杜丕一.常压化学气相沉积法制备 Ti5Si3薄膜及其镀膜玻璃[J].硅酸盐学报,2009,10.

[3]于国强,邱继凤.太阳能光伏玻璃特性及应用研究[J].科技资讯,2011,36.