低辐射镀膜玻璃的研究进展
时间：2020-12-30 12:01:45 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要 本文介绍了开发低辐射镀膜玻璃的意义及国内外的研究和应用状况，并比较了低辐射镀膜玻璃的制备方法，展望了其应用前景。
关键词 低辐射镀膜玻璃，制备方法，节能
1前言
随着现代建筑对装饰材料要求的提高，人们对作为建筑材料之一的玻璃的要求也越来越高。玻璃是建筑物和汽车不可缺少的组成部分，承担着许多重要的功能，包括美化建筑物和汽车的外观、采光及给室内带来开阔的视野。但是普通玻璃阳光透过率很高、红外反射率很低，大部分太阳光透过玻璃进入室内，从而会加热物体。而这些室内的能量又会以辐射形式通过玻璃散失掉。据统计，建筑物中通过门窗散失的热量约占整个建筑采暖或制冷能耗的50%，而通过玻璃流失的热量就占整个窗户的80%左右。
低辐射膜对远红外（热辐射）的反射率很高，具有阻隔热辐射直接透过的作用。玻璃镀上低辐射膜，其隔热性大大改善。普通镀膜玻璃不具备反射远红外线的功能，同样也不能达到隔热保温的目的。低辐射膜的本质是降低表面的辐射率。当太阳能通过低辐射玻璃表面时，反射到空间一部分，进入室内的一部分和室内物体发射的红外线，由窗户又反射到室内，使室内热能不易散失。这一特性使Low-e玻璃的传热系数大大降低，有效地改善了窗户的隔热性能[1]。
2开发低辐射镀膜玻璃的意义
太阳辐射是取之不尽的巨大能源，透过大气层到达地平面的太阳辐射热按光谱区的能量分配大致如下：波长0.3～0.38μm的紫外光，其辐射能约占太阳总辐射能的13%；波长0.38～0.78μm的可见光区，其辐射能约占太阳辐射能的43%；波长0.78～2.5μm的红外光，其辐射能约占太阳辐射能的41%；其余的约占3%，即太阳能能量的97%集中在波长0.3～2.5μm范围。普通透明玻璃对太阳的辐射透射比和传热系数都很高，5mm厚的普通浮法玻璃对太阳辐射的透射比高达84%，在炎热的夏季大部分的太阳辐射能通过窗玻璃透进室内，使房间的温度升高，使空调负荷很大。在玻璃表面通过物理或化学沉积方法涂上一层薄膜，由于膜层具有特殊的光热性能即具有反射太阳辐射能的特性，因而成为节能型玻璃[2]。
最初开发的Low-e玻璃主要用于寒冷地区，以降低能源消耗。冬季，它对室内散热片及室内物体散发的远红外线，几乎如绝缘镜一样，全部反射回室内，保证室内热量不向室外散失，从而可以节约取暖费用。夏季，它可以阻止室外地面、建筑物发出的热辐射进入室内，节约空调费用。同时，它可使70%以上的太阳光（可见光和近红外光）透入建筑物内，对可见光的透过率适中。可见光的发射率低可避免光污染的产生，营造良好的光环境。低辐射镀膜玻璃的这种选择透过性，可以起到控制阳光、调节热量、节约能源，进而保护环境的作用，因而成为目前世界上公认的最理想的窗玻璃材料。数据表明，建筑物使用普通中空玻璃比单层普通玻璃节能50%左右，使用低辐射镀膜玻璃的中空玻璃窗，可比单层普通玻璃窗节能75%左右[3]。由于窗户是节能的薄弱环节和重点部位，改善建筑物窗户的保温性能和加强窗户的气密性是节能的关键因素。随着国家对节能和环保力度的加大，人们已越来越关心燃烧所产生的污染问题，特别是我国煤炭占能源消耗总量的75%，建筑采暖所用能耗占全国商品用能耗量的10%左右。随着城镇建设的快速发展，建筑用能耗所排放的污染物急剧增加，建筑节能所体现的经济和社会效益就日益突出。玻璃工业作为建筑业的一个支柱行业，若能抓住机遇调整产品结构，生产节能玻璃将会使全行业进入一个新的发展阶段[4]。
3国内外现状
3.1 国内现状
80年代末，我国只有几家企业引进镀膜玻璃生产线和技术。到了90年代初期，市场对镀膜玻璃的需求量增长迅猛，镀膜玻璃出现供不应求的局面，而且利润非常可观，因而各种镀膜生产线被迅速引进。短短几年时间内，该行业在我国得到迅速发展。结果其生产能力超过了我国当前建筑业的实际需求，形成了供过于求的局面。由于有些企业单纯追求一时的经济效益，不关心生产、使用、施工中的技术研究和质量管理，导致一些企业停产或转产，很多企业效益下滑，使镀膜玻璃生产行业的健康发展受到了很大的影响。虽然有些企业引进了国外的生产线和相关技术，但由于我国企业的经营模式所限，各企业只对设备的使用、维修、保养及简单的膜系开发作了些研究，很少有企业与科研院所和镀膜设备制造商融为一体，对镀膜工艺和技术作深入的研究和开发，因此国内镀膜行业的发展和国外相比存在很大的差距[5]。
3.2 国外现状
70年代出现的世界能源危机，促进了低辐射玻璃的开发和应用，到了80年代末期，国外特别是欧洲和美国等国家和地区的建筑物门窗大量采用低辐射镀膜玻璃。美国在80年代末期，低辐射玻璃窗已占整个双层玻璃窗市场的四分之一以上。由于低辐射镀膜玻璃优异的节能效果，使其在欧美及日本等发达国家得到了广泛的应用，年使用量的增长率高于20%，全世界年用量已超过1.2亿m2。德国政府1996年立法规定，所有建筑物都必须采用低辐射镀膜玻璃，以减少普通玻璃因热损失过大而造成的能源浪费。欧共体自2001年6月新节能条例生效后，要求在此后的新建、改建建筑物上推广使用低辐射玻璃，使低辐射玻璃市场需求量急剧上升。全欧洲年需求量达到了6500万m2。推广普及低辐射中空玻璃的德国今后要达到92%，奥地利为90%，波兰为75%，美国由于推行了“能源之星”等节能措施，低辐射玻璃的使用量也急剧增长，2001年低辐射玻璃的销售量为5140万m2[6]。
现今许多国家也正在出台类似的政策。随着各国的重视及相继立法，低辐射镀膜玻璃的用量将大幅度增加。
4低辐射镀膜玻璃的制备方法
目前生产镀膜玻璃的方法主要有以下三种：一是真空蒸发镀膜；二是磁控溅射镀膜；三是化学法镀膜。前两种方法属于物理气相沉积PVD（Physical Vapour Deposition）。第一种工艺方法投资少、见效快，属一种短平快的项目，但存在膜层不均匀、牢固性差的缺点，因而该工艺将会逐渐被淘汰；磁控溅射法自动化程度高，其膜层易控制，因此其产品质量较好，但该工艺设备投资大、生产周期长，在一般的中小企业中推广存在一定的困难。目前，用磁控溅射法生产低辐射镀膜玻璃的主要厂家有德国莱宝、美国BOC等公司。在线生产低辐射镀膜玻璃的厂家只有英国皮尔金顿公司、美国PPG公司、法国圣戈班公司等少数几家大公司，这些公司大都采用CVD（Chemical Vapour Deposition）法生产低辐射镀膜玻璃。
化学镀膜法操作简单、经济、易于大面积成膜，其中采用CSD（Chemical Spray Deposition）法较多。化学法的另一种方法是溶胶－凝胶法（Sol-gel Method），该法是目前国内外广泛采用的镀膜玻璃生产方法。生产镀膜玻璃的三种方法比较如表所示。
溶胶－凝胶技术是80年代发展起来的一门新技术，指有机或无机金属化合物经过溶胶－凝胶化和热处理形成氧化物或其它固体化合物的方法。其过程是：用液体化学试剂（或粉状试剂溶于溶剂）或溶胶为原料，在液相中均匀混合并进行反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系，放置一定时间后转变为凝胶，经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成形为制品，再在低于传统的温度下烧结[8]。
