建筑玻璃贴膜光学性能抗老化试验研究.docx

建筑玻璃贴膜光学性能抗老化试验研究张红陆洪凯王文高王龙梅（上海市质量监督检验技术研究院上海市 201114）摘 要 简述了建筑玻璃贴膜产品概况，通过对贴膜进行模拟日光加速老化试验，测试其试验前后的光学性能变化，比较分析目前国内外建筑玻璃贴膜产品抗老化性能的差异，提出了一些看法和建议。关键词 建筑玻璃贴膜 光学性能 抗老化中图分类号：TQ171文献标识码：A 文章编号：10031987（2011）12003905变化。因此，建筑玻璃贴膜的抗老化性能是人们一直以来非常关注的问题。我们通过对不同生产企业 生产的建筑玻璃贴膜进行模拟日光照射的加速老化 试验，测试其试验前后的光学性能、颜色、表面辐 射率，分析其性能随加速老化试验时间的变化情 况，总结产品的抗老化性能。0引言普通的玻璃产品对太阳光中的紫外线、可见 光、太阳能都具有较高的透射比，而且抗冲击性能差、破碎后容易对人身造成伤害。改善其性能，除 了采用对玻璃进行深加工外，给玻璃贴膜则是另一 种更为便捷有效的途径。薄薄的一层膜粘贴在玻璃 表面，不但改善其隔热性能，阻隔紫外线的透过， 还能提高玻璃的抗冲击性能，提高使用安全性。因 此，贴膜产品现已广泛用于建筑玻璃和汽车装饰行 业，使用量不断增长。特别是近几年，随着我国建 筑节能和建筑安全相关法律法规的贯彻实施，建筑 玻璃贴膜普及率逐年快速增长。目前，建筑玻璃贴膜从使用功能上分主要有隔 热膜、安全膜和隔热安全膜3种。隔热膜主要用于 改善建筑玻璃的光学和热工性能，是一种建筑节能 材料，按性能不同，隔热膜又分为低辐射膜、热反 射膜和吸热膜三种。安全膜主要是用于提高玻璃的 抗冲击性能，防止玻璃破碎后碎片飞溅对人身造成 伤害，是一种提高玻璃使用安全性的产品。通常的 建筑玻璃贴膜多为聚脂薄膜，经过本体染色、紫外 线吸收剂注入、磁控溅射镀膜、多层复合、涂胶等 工艺制成，属于塑料薄膜制品。近几年，建筑玻璃 贴膜普及率和使用量的不断增长，带动了贴膜行业 的快速发展，生产企业数量不断增加，同时，产品 质量问题也不断出现。由于贴膜属于塑料制品，在 使用过程中长期接收日光照射，有的产品在使用初 期性能颇佳，但随着时间的增加，性能发生较大的1测试方法目前，我国尚无建筑玻璃贴膜产品的检验标 准。与其相关的标准和规范有JC 846-2007贴膜玻璃、CAS142-2007建筑玻璃窗膜技术规范以 及上海等地制定的地方性贴膜技术规程。这些标准 都是采用GB/T5137.3-2002汽车安全玻璃试验方 法 第3部分 耐辐照、高温、潮湿、燃烧和耐模拟气 候试验中的耐辐照性试验方法进行抗老化性能测 试，测试时将膜贴在玻璃上，按玻璃产品方法进行 评价，评价的是膜与玻璃的整体性能，不能代表膜 本身的性能。本研究针对贴膜属于塑料制品，具有 多重功能，以及多粘贴于玻璃室内面使用的实际情 况，采用美国的ASTM G155-05a非金属材料氙灯 老化设备操作标准规程标准对试样进行模拟加速 老化试验，研究膜本身的性能变化。为了避免由于 衬垫玻璃基片和粘贴制作试样差异对测试结果造成 影响，我们选取试样尺寸50 mm60 mm，将试样粘 贴在中部开有直径25 mm圆孔的1 mm厚平整的不锈 钢板上，以确保试样在测试过程中的平整性对测试 结果不会造成影响。试样位于不锈钢板圆孔处的区 域为测试区域。选取ASTM G155-05a标准中曝晒条39全国性建材科技期刊玻璃2011年第12期总第243期件4的试验条件，采用氙弧灯作为辐照光源，模拟太阳光透过窗玻璃的光源辐照条件，100光照，55相对湿度，黑板温度为55，340 nm光照能量 为0.30 W/m2.nm。依据ISO9050:2003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、紫外线透射比及相关窗玻璃参数标准测试试 样的可见光透射比、可见光反射比、太阳光直接透 射比、太阳能总透射比、紫外线透射比；依据BS EN 12898:2001建筑玻璃 辐射率的测定测试试 样内表面的辐射率；依据ASTM E308-08用CIE系 统计算物体颜色的标准方法测试试样的透射颜色 和外表面的反射颜色，并比较试验前后的性能 变化。表1试样的可见光透射比随老化试验时间的变化表2试样的可见光反射比随老化试验时间的变化2结果与分析我们选取了国内外不同生产企业生产的不同功能的建筑玻璃贴膜样品进行试验，分别研究试样在 老化试验前后的可见光透射比、可见光反射比、太 阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射 比、表面辐射率、透射颜色色差、反射颜色色差的 变化，并遴选其中的 10个有代表性的试样进行 对比。2.1 可见光透射比、可见光反射比的变化可见光透射比是衡量建筑玻璃采光性能的主要 参数，人们希望可见光尽量多地进入室内，以减少室内采光的能耗，而可见光反射比影响着建筑物外 观的整体效果。为了避免建筑玻璃产生光污染问 题，各地方政府对建筑物的可见光反射比的限值都 进行了规定。试样的可见光透射比、可见光反射比 随老化试验时间的变化情况分别见表1和表2。我们从表1和表2的试验结果可以看出，试样在 未进行氙灯老化试验前，可见光透射比和反射比的 数值高低不同，这与样品本身的结构、功能和颜色 等有关。氙灯老化试验后，有的试样未发生明显变 化，大多数的试样随着老化试验时间的增加，可见 光透射比逐渐增大，可见光反射比逐渐减小。但是 不同试样的相对变化率不同，而且差异较大。部分 试样的变化趋势见图1和图2。40图1试样可见光透射比老化试验变化趋势图图2 试样可见光反射比老化试验变化趋势图试样编号累计试 验时间/h可见光反射比/123456789100199112213251967523200189102213241966520500179102213231866519100012992213221865617150011992212211865914200010992112211865914试样编号累计试 验时间/h可见光透射比/123456789100289169714153391418532003091717142533915225750030917272425439153059100032917472435540165662150034917773445741168668200034917873445841178969玻璃深加工2.2太阳光直接透射比、太阳能总透射比的变化试样太阳光直接透射比、太阳能总透射比随老化试验时间的变化情况分别见表3和表4。趋势见图3和图4。表3 试样的太阳光直接透射比随老化试验时间的变化图3 试样太阳光直接透射比老化试验变化趋势图表4 试样的太阳能总透射比随老化试验时间的变化图4 试样太阳能总透射比老化试验变化趋势图2.3表面辐射率的变化表面辐射率表征物体表面反射热量的能力， 是影响玻璃传热系数的重要参数之一。特别是冬 季寒冷地区的建筑物，人们希望从室内流失到室 外的热量尽可能的少，要求建筑玻璃具有很好的 保温性能，这与玻璃表面的辐射率有一定的关 系。表面辐射率越低，玻璃的传热系数越低，隔 热性能越好。表5是试样表面辐射率随老化试验时间的变化 情况。从表5的试验结果看，试样在未进行氙灯老 化试验前，表面辐射率有所不同，这与产品的类型 和性能不同有关。随着老化试验时间的增加，大部 分试样的表面辐射率未发生明显变化。特别是本身 就具有低辐射功能的隔热膜试样，经过2 000 h的老 化试验后，表面辐射率的变化均较小。说明试样此 项目的抗老化性能较好。当然，这与老化试验时， 光辐照在试样的外表面上，而未直接辐照在内表面 上可能有一定的关系。41太阳光直接透射比和太阳能总透射比是衡量 建筑玻璃隔热性能的重要参数。太阳光直接透射 比是表征入射的太阳光直接透过玻璃进入室内的 量，而太阳能总透射比则是太阳光直接透射比与 玻璃吸收太阳能后又二次透过玻璃进入室内的量 之和。从夏季炎热地区的建筑物空调节能考虑， 人们希望太阳光直接透射比和太阳能总透射比尽 可能的低。从表3和表4可以看出，试样在未进行氙 灯老化试验前，太阳光直接透射比和太阳能总透 射比的数值有所不同。经过老化试验后，除了少 数试样外，大多数试样随着老化试验时间的增 加，太阳光直接透射比和太阳能总透射比均是逐 渐增加的。这说明试样阻挡太阳光进入室内的能 力在下降，其节能效果在减弱。部分试样的变化 试样编号累计试 验时间/h太阳能总透射比/123456789100408870585351491766532004288725853514918685750043887359545249187059100047887659555350197861150049888060565551198767200050888060565551198867试样编号累计试 验时间/h太阳光直接透射比/123456789100278763564143371257452002887665641443812594950029876756424538126552100033877156434639137354150035877557444839138660200036877758454840148761全国性建材科技期刊玻璃2011年 第12期总第243期表5 试样表面辐射率随老化试验时间的变化情况从表6可以看出，大多数试样在试验前具有很低的紫外线透射比，能够很好地阻隔紫外线进入 室内。然而，随着老化试验时间的增加，大多数 试样的紫外线透射比逐渐增加，阻隔紫外线的能 力逐渐下降，而且少数试样的性能下降较快，见 图5。2.5 颜色的变化试样的可见光透射颜色和外表面反射颜色随老化试验时间的色差变化情况分别见表7和表8。表7试样可见光透射颜色随老化试验时间的变化情况2.4 紫外线透射比的变化近年来，由于人类的生产和生活活动，致使地球环境遭到日趋严重的破坏，太阳辐射到达地面的 紫外线辐射量不断增多，过多的紫外线辐射对人体 造成伤害，并且使室内家具物品等褪色老化。建筑 玻璃粘贴具有防紫外线功能的贴膜，能够有效地阻 隔紫外线辐射伤害。表6是试样紫外线透射比随老 化试验时间的变化情况。表6试样紫外线透射比随老化试验时间的变化情况表8试样可见光反射颜色随老化试验时间的变化情况验时间/h从表7和表8可以看出，除了个别试样的透射和反射颜色未发生明显变化外，大部分试样随着老化 试验时间的增加，颜色发生较大变化。颜色的变化 会影响产品对入射太阳光的吸收，从而影响太阳能 总透射比。同时，透色颜色变化会影响室内观察室 外物体的视觉色彩，反射颜色的变化会影响建筑玻 璃的外观质量和建筑物的美观。部分试样的变化趋 势见图6和图7。图542试样紫外线透射比老化试验变化趋势图试样编号 累计试可见光反射颜色色差E*/CIELAB色差单位123456789100/2000.80.30.90.20.50.70.60.50.42.55001.00.31.20.30.71.20.70.61.93.610003.70.41.40.41.22.31.11.28.75.215004.00.30.81.41.63.31.41.516.87.320004.20.41.13.01.73.71.51.717.58.1试样编号累计试 验时间/h紫外线透射比/1234567891000.10.81.08.83.90.70.60.60.31.72000.10.72.19.44.20.80.70.70.41.95000.10.79.810.55.10.80.70.70.52.110000.10.811.612.27.51.00.80.81.22.515000.11.037.416.514.22.11.11.04.23.320000.11.146.818.818.63.11.31.25.83.8试样编号累计试 验时间/h可见光透射颜色色差E*/CIELAB色差单位123456789100/2001.30.41.20.30.60.70.60.85.12.65001.90.31.90.41.11.00.71.212.53.810004.90.32.80.41.51.81.12.030.75.615005.70.34.11.12.12.81.62.845.28.520005.90.34.52.02.23.11.83.046.29.1试样编号累计试 验时间/h校正辐射率/%1234567891000.810.870.840.580.840.720.850.610.860.782000.810.870.850.600.860.730.850.620.860.805000.820.870.860.600.870.730.850.620.870.8110000.840.870.860.610.850.720.850.620.860.8315000.850.870.860.610.850.750.850.620.860.8520000.850.870.860.610.850.750.850.620.870.85玻璃深加工坏直接影响节能效果。因此，笔者建议：（1）在产品的标准化工作方面，应尽快制定 和实施针对建筑玻璃贴膜产品独立的检测方法和产 品标准。（2）作为贴膜产品生产企业，要关注产品的 使用寿命，特别是抗老化性能对产品各项性能的影 响。（3）各级主管部门应加强对生产及流通领域 产品质量的监督抽查和行业监管。（4）建立和实施贴膜产品的认证制度，保证 产品质量长期稳定地满足相关标准要求。通过研究分析，我们认为建立和完善贴膜产品 抗老化性能检测标准和市场监管是适应我国建筑贴膜行业发展和建筑节能减排工作的需要。只有规范 行业，确保玻璃贴膜的使用寿命，才能促使这一建筑节能安全的材料在我国的建筑节能工作中发挥更大的作用。图6 试样透射色差老化试验变化趋势图图7 试样反射色差老化试验变化趋势图参考文献 1 Standard Practice for Operating Xenon Arc Light Apparatusfor Exposure of Non-Metallic Material, ASTM G155-05a.2Glass in building - Determination of light transmittance, solar direct transmittance, total solar energy transmittance, ultraviolet transmittance and related glazing factors, ISO9050:2003. 3 Glass in building-Determination of the emissivity, BS EN12898:2001. 4 Standard Practice for Computing the Colors of Objects byUsing the CIE System, ASTM E308-08.3总结与建议通过对建筑玻璃贴膜产品的光学性能抗老化试验的研究分析发现，不同生产厂家的贴膜产品在光 学性能的抗老化性能方面存在很大差异。如2号试 样，所有的性能在老化试验过程中均表现得很稳 定，而9号试样则表现出很差的抗老化性能。虽然 产品在使用前的各项性能都较好，但如果没有一定 的抗老化性能，使用后功能很快丧失，就说明产品 的使用寿命很低。近几年，虽然针对我国建筑玻璃 贴膜产品的推广和应用，制定了一些相关的技术规 程和行业标准，但仍缺少贴膜产品独立的产品标 准。特别是