建筑玻璃用功能膜光学性能与力学性能研究

梁晓蕾 张红媛 李晓杰 张薇

（中国建材检验认证集团秦皇岛有限公司 秦皇岛 066004）

0 引言

功能膜是一种多层功能化的聚酯复合薄膜材料经工艺处理制成的一种功能用膜，形象的说，建筑玻璃用功能膜是可移动的镀膜玻璃，也是一种可以现场安装的PVB胶层，装贴到玻璃表面可以起到隔热保温的作用，还能阻隔有害紫外线的照射，同时还具备防爆、防弹、保障隐私等多种功能。

20世纪90年代开始，建筑玻璃贴膜在我国兴起［1］。我国建筑玻璃贴膜主要用于公共建筑和特殊建筑，民用建筑中的用量仍较少，建筑玻璃贴膜普及率偏低。到2019年，国内具有一定规模和质量水平的玻璃膜生产线达到了30多条，近年来小规模企业数量也在不断增加，年产量达到5000万m2。国家将全面普及推广节能建材，消费者对建筑贴膜安全性和节能性的认可度也不断提高，建筑玻璃贴膜市场前景广阔。

目前，建筑玻璃用功能膜市场，存在着产品良莠不齐、品质差别大等问题。同时，社会上仍存在虚假宣传，膜产品光学参数不达标、力学性能不足、老化问题频出、行业混乱等现象。

本文通过对建筑玻璃用功能膜光学性能和力学性能进行检测，列出了光学性能和力学性能检测方法的差异，鼓励企业在玻璃用功能膜性能检测和成品质量控制上参考相关标准，让检测可操作性更强、更有针对性，保证功能膜质量，为消费者选择合适的膜产品提供参考。

1 建筑玻璃用功能膜概述

建筑玻璃用功能膜常用检测标准GB/T 29061—2012《建筑玻璃用功能膜》中，功能膜定义为：一种由耐磨涂层经工艺处理的聚酯膜和保护膜通过胶黏剂组合在一起的多层聚酯复合薄膜材料［2］。按功能可分为四类：隔热膜、安全膜、隔热安全膜、装饰膜。功能膜常用检测项目包括：外观质量、尺寸偏差、光学性能、力学性能、耐酸性能、耐老化性能等。本文对光学性能和力学性能这两个重要项目进行分析。

2 玻璃用功能膜光学性能测试与数据分析

2.1 光学性能测试

2.1.1 测试方法

GB/T 29061—2012中光学性能的测试按GB/T 2680《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》规定的方法进行，测试项目包括可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比等［3］。目前，GB/T 2680—2021代替GB/T 2680—1994，2021年10月1日开始实施。GB/T 2680—2021中提到了太阳红外热能总透射比的测试，随着人们环境意识的提高和对环保节能建材产品的普遍认同，人们乐于采用建筑玻璃贴膜，实现夏天降温、冬天保温的效果，减少空调、暖气带来的高额电费和能量消耗，达到节能减排的目的。因此，本次研究也增加了对建筑玻璃用功能膜太阳红外热能总透射比的测试。

建筑玻璃用功能膜自身带有雾度。雾度是表征透明试样或半透明试样其内部或表面发生光散射而引起的云雾状外貌。根据GB/T 2410—2008《透明塑料透光率和雾度的测定》，雾度的定义为：透过试样而偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比，用百分数表示（对于本方法来说，仅把偏离入射光方向2.5°以上的散射光通量用于计算雾度）［4］。目前大部分厂家将雾度变化作为衡量建筑膜的重要参数，考虑到功能膜自身的雾度也影响感官，本次研究也增加了对功能膜雾度的测试。

本次研究采用GB/T 2680—2021中规定的方法测试建筑玻璃用功能膜可见光透射比、太阳能总透射比、太阳红外热能总透射比，采用GB/T 2410—2008规定的方法测试雾度。

2.1.2 样品制备

将50 mm×50 mm的功能膜装贴在同样尺寸的可见光透射比为89%±1%的3 mm平板玻璃上，制成试样。如图1所示。

图1 光学性能测试试样示意图

为了使功能膜与玻璃有效贴合，保证测试结果的准确性，光学性能测试应在标准规定的放置和试验条件下进行。

2.1.3 测试设备

采用高性能Lambda光谱仪和红外测试仪测试建筑玻璃用功能膜可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、太阳红外热能总透射比。采用高精度雾度仪测试功能膜雾度。

2.2 测试数据分析

2.2.1 可见光透射比、太阳能总透射比、太阳红外热能总透射比

本次研究对不同型号的建筑玻璃用功能膜进行了光学性能测试，图2为不同功能膜全波段（300～2500 nm）透射光谱对比，不同膜的光学性能存在较大差异，光学性能检测十分必要。

图2 不同功能膜全波段透射光谱对比图

在300～2500 nm波长范围内，可见光约占47%，红外线约占51%，太阳能总透射比包含紫外线、可见光、红外线的能量，其中紫外线和可见光基本不产生热效应［5］。相对太阳能总透射比，太阳红外热能总透射比不考虑可见光范围的透射及吸收情况，能够直接反映功能膜阻挡太阳辐射热的能力，是消费者比较关注和关心的焦点，也是很多厂家销售的卖点，科学准确地评价产品的太阳红外热能总透射比有利于行业的规范，使消费者明白消费，不被虚假宣传蒙蔽。

产品工艺不同，在红外波长范围内表现的光谱透过能量占比差别很大，建议根据太阳红外热能总阻隔率对产品的隔热性能分级，满足节能环保的要求。

图3为隔热膜透反射光谱示意图。

图3 隔热膜透反射光谱示意图

由图3可以看出，隔热膜太阳能红外热能总透射比为13.4%，太阳红外热能总阻隔率为86.6%，隔热性能优异。

图4为不同膜太阳能总透射比、太阳红外热能总透射比、可见光透射比直方图。

图4 不同膜太阳能总透射比、太阳红外热能总透射比、可见光透射比示意图

由图4可以看出，6款功能膜的太阳能总透射比均为45%左右，其中，A10试样的可见光透射比最低为17.83%，A12试样的可见光透射比最高，为71.95%；A10试样的太阳红外热能总透射比最低，为18.3%，A14试样的太阳红外热能总透射比最高，为49.6%。可见，太阳能总透射比接近时，不同功能膜的太阳红外热能总透射比、可见光透射比却差别较大。

2.2.2 雾度

本次研究对8款功能膜进行雾度和可见光透射比测试，测试结果如表1所示。

表1 功能膜雾度、可见光透射比对比

由表1可知，功能膜雾度与其可见光透射比无直接联系。雾度越大，表明透过试样而偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比越大，功能膜成像度越低。为了衡量功能膜的散射性能，需要进行功能膜雾度测试。

通过对不同功能膜可见光透射比、太阳能总透射比、太阳红外热能总透射比和雾度参数的测试和比较，发现不同膜光学性能存在较大差异，因此，应综合考量各个光学参数，包括本次研究中提到的光学参数以及紫外线透射比、可见光反射比、太阳光直接透射比、太阳光直接反射比、太阳光直接吸收比、遮阳系数、光热等，才能更好地评价和选择膜产品。

3 玻璃用功能膜力学性能测试与数据分析

3.1 力学性能测试

3.1.1 测试方法

建筑玻璃膜基片（一般为PET膜）是一种高韧性的弹性材料，能极大地缓解来自外部的冲击力，其断裂最大拉力和断裂延伸率关系到室内人员和物品的安全和寿命。

黏结力可以反映出功能膜与玻璃的黏结情况，与玻璃粘结牢固的功能膜黏结力大，其使用寿命也长。尤其是具有较大黏结力的安全膜，当玻璃破坏后，可以将玻璃碎片牢固地装贴在膜表面，仅有少量呈粉状的玻璃碎片散落，能够最大限度地减少玻璃飞溅物带来的伤害。因此，黏结性能是功能膜检测中一项重要指标，黏结性能不好，装贴后功能膜容易脱落，影响使用寿命。

按照GB/T 29061—2012中规定进行力学性能测试，测试项目包括断裂最大拉力及断裂延伸率和黏结力。

3.1.2 样片制备

取150 mm×（25±0.5）mm的功能膜3块，作为断裂最大拉力及断裂延伸率测试试样，如图5所示，应确保试样边缘整齐光滑无缺口。试验前应在温度20 ℃±5 ℃，相对湿度50%～70%的条件下至少放置24 h，并在上述试验条件下进行测试。

图5 断裂最大拉力及断裂延伸率试样示意图

取3块250 mm×（25±0.5）mm的功能膜分别装贴在125 mm×50 mm的3 mm平板玻璃上，制成试样，作为黏结力测试试样，如图6所示。功能膜与平板玻璃一端中央对齐，余下的125 mm部分处于自由摆动状态，可在这部分的粘贴面上扑上滑石粉或者贴上纸片，试验前应在温度20 ℃±5 ℃，相对湿度50%～70%的条件下至少放置21天，并在上述试验条件下进行测试。

图6 黏结力试样示意图

3.1.3 测试设备

采用电子万能试验机测试断裂最大拉力及断裂延伸率和黏结力。

3.2 测试数据分析

3.2.1 断裂最大拉力及断裂延伸率

本次研究中，取每种功能膜3块试样断裂最大拉力及断裂延伸率的平均值，将不同类型功能膜产品进行对比，结果见表2。其中，B1和B2试样为隔热膜，B3和B4试样为防飞溅膜，B5和B6为防穿透膜。

表2 功能膜拉伸强度和断裂延伸率对比

由表2可知，断裂最大拉力及断裂延伸率最大的为两款防穿透膜，最小的为两款隔热膜，符合功能膜应用实际。

3.2.2 黏结力

本次研究中，取每种功能膜3块试样的黏结力平均值，将厚度为2～3 mil的不同隔热膜产品进行对比，结果见表3。

表3 不同隔热膜黏结力对比

表3中5款隔热膜厚度接近，但黏结力差别较大，这与功能膜所使用的安装胶有很大关系。

通过对不同功能膜力学性能的测试和比较，发现不同功能膜断裂最大拉力及断裂延伸率和黏结力存在较大差异，在选择膜产品时应根据实际使用场合、注意功能膜装贴方式和安装胶类型，选择合适的功能膜产品。

4 结语

目前国内建筑玻璃用功能膜被广泛应用，本次研究对不同膜的光学性能和力学性能进行了分析和对比。客户选择膜和厂家质量控制时还应关注功能膜的外观质量、尺寸偏差、耐酸性能、挥发性有机化合物限量、耐老化性能等。其中，耐老化性能是考验功能膜装贴到玻璃上是否能经受住自然界光、热、湿度变化所带来的影响，是否具有足够的使用寿命的重要参数，需要引起各方的重视。厂家和检验机构应认真研读标准，合理选择标准，关注标准修订，及时选用最新标准检测功能膜产品。通过加强建筑用功能膜产品行业间的技术交流，促进建筑膜创新性研究，推动建筑膜的研发、生产和消费，让建筑玻璃用功能膜产品靠质量、稳定性、节能性和安全性赢得国内外市场，促进我国绿色建材产品发展。