隔热膜的性能测试及评价

隔热膜的性能测试及评价高超;秦长喜;牛娟妮;许亮【摘要】本文主要介绍了隔热膜性能的测试与评价方法，通过对不同隔热窗膜的光学性能、隔热性能、耐紫外辐照性能及表面硬度等性能测试与分析，研究了金属溅射膜和纳米涂布隔热膜的性能差异.此外还对比测试了单层、中空玻璃与贴膜玻璃的隔热性能，隔热效果明显不同.结果显示,隔热膜贴膜玻璃的隔热性能明显好于中空玻璃，纳米隔热膜相比溅射隔热膜有更高的可见光透过率.【期刊名称】《信息记录材料》【年(卷)，期】2012(013)006【总页数】4页(P22-25)【关键词】隔热膜;性能;研究【作者】高超;秦长喜;牛娟妮;许亮【作者单位】乐凯胶片股份有限公司，保定071054;乐凯胶片股份有限公司，保定071054;乐凯胶片股份有限公司保定071054;乐凯胶片股份有限公司保定071054【正文语种】中文【中图分类】TQ3171引言当今社会，随着科学技术日新月异的发展，功能性膜材料层出不穷，如隔热膜、增亮膜、电磁波屏蔽膜、防划伤膜、防眩光膜等一系列功能性膜材料［1］。这些膜材料极大地改善了人们的生活。其中隔热膜材料以其优良的隔热、低导热、高透过、保温性能正广泛的被大众认可，受到人们的青睐。隔热膜又称〃太阳膜”起始于上个世纪70年代。许多现代建筑都采用玻璃幕墙、大玻璃和落地玻璃门（阳台），在改善房间景观的同时，却使传入室内的太阳辐射热量增多，增加了房间空调的耗电量。目前建筑能耗中的第一杀手就是空调，空调能耗已经占到了建筑能耗的20%~50%［2］。因此，具有热反射或热吸收性能的玻璃表面涂层对于建筑节能有着十分重要的意义。为了解决以上问题，美国开始研制出了太阳膜，它具有隔热节能、抗紫外线、美观舒适、安全防爆等功能，有效便捷的解决了玻璃带来的问题。到现在隔热膜的发展已经经历了5代。第1代是涂布与复合工艺膜，也叫茶纸，仅能对太阳光起遮挡作用，不具备隔热作用；第2代是〃染色膜”以深层染色工艺加上吸热剂达到隔热作用。但易产生二次辐射，对人体伤害更大；第3代是真空热蒸镀膜，用金属层镀于薄膜上，达到隔热效果。但清晰度不够且反光较高，易造成光污染；第4代是金属测控溅射膜，将镍、银、钛。金等合金溅射到高张力薄膜基材上。隔热显著，但金属层较多较厚，会一定程度遮蔽通讯信号，同时也易氧化影响美观；第5代是陶瓷膜，通过将ATO/ITO（金属氧化物粉末）涂于薄膜基材上，达到理想的隔热保温作用。有效地解决了氧化，金属屏蔽等问题［3-4］。本文主要介绍隔热膜主要性能的测试方法，分析对比不同种类的隔热膜性能并给以简单的评价。2试验2.1试验用原材料及仪器A、B、C、D4种不同性能隔热膜（市售），4mm玻璃，中空玻璃，SpectrocolormetermodelPF—10色调测试仪（NipponDenShokukogyo）,LT—4002型紫外固化机（涿州蓝天特灯发展有限公司），铅笔硬度计（上海现代环境工程技术有限公司），LS103光学透过率测试仪（深圳市林上科技有限公司），漆膜划格仪（深圳市祥敏仪器有限公司），薄膜隔热温度测试箱（自制）。2.1.1试验方法参照JC846-2007，将A、B、C、D4种隔热膜裁切成相应尺寸，待测。2.2测试内容2.2.1光学性能通过光学透过率仪实测紫外、红外和可见光的透过率。参照GB/T2680方法进行测试。2.2.2隔热性通过光学透过率仪测试得到红外、紫外和可见的透过率。参照隔热计算公式：隔热率=红外线阻隔率*53%+紫外线阻隔率*3%+可见光阻隔率*44%进行计算2.2.3耐辐照性参照GB/T5173.3方法，辐照100h，计算可见光透射比相对变化率。2.2.4硬度参照GB6739-86方法，使用涂膜铅笔划痕硬度仪测试涂层的铅笔硬度。2.2.5耐酸碱性参照GB/T2680方法，分别浸泡在1mol/LHCl和1mol/LNaOH溶液中24h。2.2.6耐有机溶剂性参照GB/T17339方法，浸泡在变性酒精（V甲醇：V乙醇=1:10）中1h。2.2.7隔热膜表观在较好的自然光环境下，通过膜表面的反射光，以正常视力目艮观即可，如有需要可选用适当放大镜观看。3结果与讨论3.1光学性能太阳辐射的能量主要集中在波长为0.2~2.5pm的范围内，其中紫外区：0.2-0.4pm，占总能量的3%，可见光区：0.4~0.72pm，占总能量的44%，近红外区：0.72~2.5pm，占总能量的53%。可见，太阳光谱中的能量绝大部分分布在可见光和近红外区，其中近红外区就占了一半的能量。红外光对视觉效果没有贡献，若将这部分能量进行有效阻隔，可达到很好的隔热效果而不影响玻璃的透明性。光学性能是衡量隔热膜最重要的性能指标，优质的隔热膜需要有较高的红外线、紫外线的阻隔率和高的透光率。表1是玻璃和几种不同隔热膜通过光学透过率仪测试到的紫外红外和可见光的透过率。表1玻璃和几种隔热膜的光学透过率(%)TablelTheopticaltransmittanceoftheglassandseveralheatinsulatingfilms(%)种类紫外透过率红外透过率可见光透过率单层玻璃877391中空玻璃725383A0.93768B0.22061C0.33843D0.84952由表1可见，单层玻璃和中空玻璃的光学透过率较高，两者的差异主要是由于玻璃自身对光线的吸收屏蔽。A、B、C、D4种隔热膜样品，其中A、B是纳米涂布型隔热膜，C、D是金属溅射型隔热膜。薄膜做了溅射金属层或涂布纳米氧化层处理，对红外线和紫外线及可见光都有较大程度的阻隔，因此光学透过率显著降低。由表1测试数据还可看到，4种隔热膜中A、B的红外透过率较低而可见光透过率较高，而C、D相比A、B红外透过率较高而可见光透过率较低，原因分析是C、D是金属溅射型隔热膜，膜表面金属镜面感强，对可见光反射率高，因而透过率低。3.2隔热性能隔热性能是隔热膜材料特殊的性能。因为太阳辐射的热量主要在于可见光和红外区，这就需要对红外和可见光有良好的阻隔作用，但可见光透过率降低又会影响人们对室内的采光效果，因此理想的隔热膜主要在于阻隔更多的红外来达到隔热效果。红外阻隔率不同就使得隔热膜可以有不同的品质和类别。如高阻隔隔热膜和一般隔热膜。表2是玻璃和几种不同隔热膜计算出的隔热率数值。隔热率=红外线阻隔率*53%+紫外线阻隔率*3%+可见光阻隔率*44%表2玻璃和几种隔热膜的隔热率(%)Table2Theinsulationrateoftheglassandseveralheatinsulatingfilms(%)种类紫外阻隔率红外阻隔率可见光阻隔率隔热率单层玻璃1327919中空玻璃18471733.23A99.1633254B99.8803959.47C99.7625761D99.2514851表2通过膜的光学测试数据计算的隔热率可见，中空玻璃较单层玻璃对热量其一定的阻隔作用。A、B、C、D4种隔热膜较单层和中空玻璃隔热效果显著提高。通过自制的薄膜隔热温度测试箱，测试了几种样品在500W碘钨灯照射下，不同时间箱内温度变化情况见图1。图1玻璃和几种隔热膜升温曲线/°CFig1Thetemperaturecurveoftheglassandseveralheatinsulatingfilms/C图1显示，相同环境条件下，当用500w碘钨灯通过不同样品照射测试箱时，照射相同时间时，箱内温度不同。以4mm无色透明玻璃作为参照，中空玻璃的箱体内温度低于单层玻璃。在相同的照射时间时隔热膜箱体内温度均低于单层玻璃和中空玻璃箱体内温度。由此可见，双层玻璃隔热性能很小，4种隔热膜均比中空玻璃有更优异的隔热性能。图24mm玻璃与中空玻璃及A、B、C、D4种样品箱体温度测试Fig2Thetemperaturetestingof4mmglassandhollowglassortheABCDfoursamples图2是测试箱体照射180min时，4个实验样品与单层4mm无色透明玻璃测试箱体内的温度对比，中空玻璃箱体温度较单层玻璃下降2JA、B、C、D4种样片箱体的温度较单层玻璃温度下降明显，约为6.5~9C。由此可以看出，通过隔热膜之后对热量有明显的阻隔。阻隔温度最高可达9°C,隔热效果显著。3.3耐辐照性隔热膜因长期暴露在太阳光的照射下，隔热层容易产生发黄、褪色、变色等现象。不仅隔热膜的隔热效果将会降低，还会影响玻璃贴膜的美观性。因此，隔热膜必须对太阳光的辐照有一定程度上的承受作用，即具有耐紫外辐照性能。表3为A、B、C、D4种隔热膜在800w紫外灯下辐照100h前后的乩*、咱*、此*、色差△E*的变化。表3几种隔热膜辐照100h后，乩*、咱*、此*、狂*值Table3The"*、△a*、^b*、^E*ofseveralheatinsulatingfilmsafter100hUVirradiation隔热膜辐照前后的颜色变化可以通过色差△£*来表示。0vE*<1，色差有微小变化一般肉眼很难观测到。^£*>2，就会明显感觉到变化。1vE*v2，变化不明显在可接受范围内。由表3可见样品C、D紫外辐照前后颜色变化小，性能优良。B可以观察到颜色变化但不明显。样品A色差有显著变化。表44种隔热膜辐照前后可见光透射比相对变化率/%Table4Therelativechangerateofthefourheatinsulatingfilms1visibletransmittanceafterUVirradiation种类UV前UV后变化率A0.9/37/610.8/37/601.64B0.2/20/680.2/20/671.47C0.3/38/430.2/37/422.33D0.8/49/520.9/49/511.92参照GB/T5173.3给出的标准，可见光透射比变化率保持在3%以内可视为合格的隔热膜，4种隔热膜在辐照前后基本对人眼可见光的识别不会有遮挡，由表4可已看出A、B、C、D4种样片可见光透射比相对变化率均小于3%，为合格样品。3.4隔热膜表面硬度隔热膜表面硬度是指隔热膜贴在玻璃上后，暴露在空气面有较高的表面硬度可以防止膜表面受到摩擦和碰撞后损坏涂层和性能。参照GB6739-86方法，使用涂膜铅笔划痕硬度仪测试涂层的铅笔硬度。表5是A、B、C、D4种样品通过铅笔划痕硬度仪测试得到的硬度，4个样品的表面硬度均为2H。表54种样品的硬度Table5Thehardnessofthefoursamples种类硬度A2HB2HC2HD2H3.5膜的耐酸碱和有机溶剂性隔热膜在使用中会接触到酸性或者碱性的物质，隔热膜须具有一定的抗酸碱侵蚀能力，在一定浓度酸碱溶液中不易被腐蚀，不影响隔热性能和表观，因此隔热膜的耐酸碱和化学品腐蚀性也是评价涂层质量好坏的一个主要的技术指标。表6是A、B、C、D4种样品分别对酸、碱和有机溶剂的性能测试结果。表64种样品耐酸、耐碱、耐有机溶剂性能Table6Theresistanceofacid,alkaliandorganicsolventofthefoursamples注：+表示合格，-表示不合格。种类耐酸性耐碱性耐有机溶剂性A+-+B+-+C+-+D+-+表6显示，四个隔热膜样品均能够通过酸性溶液、变性酒精的浸泡实验，但在1mol/L的NaOH溶液里浸泡，贴在玻璃上的隔热膜边缘均有腐蚀。耐碱性用GB/T2680标准测试四个样品均有差异，需要进一步测试或标准要求较严，市售样品均难达到该要求。3.6隔热膜表观A、B、C、D4种隔热膜，在自然光线下观察表观均没有深浅不均匀的色差变化，C、D相比A、B隔热膜表观金属感强，镜面反射性强。4结论通过以上对4种隔热膜的性能测试可见，隔热膜具有比双层中空玻璃更好的隔热性能，能够达到50%以上的隔热率，具有较好的节能性能。金属溅射隔热膜具有较高的隔热性能，但可见光透过率较低，影响室内采光，适合要求有私密性的居室使用。纳米涂布型隔热膜具有较高的可见光透过率，适合要求室内有较好采光性的居室使用。总之，隔热膜是一种建筑、车辆窗户使用的节能型环保产品，它的使用和普及对建设节能型社会将会做出较大贡献。参考文献[1]侯翠红，孙吉梅，张宝林，等.红外反射涂料在玻璃上的隔热效果研究[J].郑州大学学报(工学版)，2007,28(2):