窗膜知識普及
材料介紹
玻璃窗膜，英文名稱是glass windowsfilm，初期又叫太陽膜、控光膜，隨著其應(yīng)用范圍的拓展，又叫防爆膜、隔熱膜，按其使用功能，又叫汽車膜、建筑膜、安全膜等，厚度從0.0125mm到0.5毫米厚pc防爆膜，它是一種多層的功能化的聚酯復(fù)合薄膜材料，貼在玻璃表面上用于改善玻璃的性能和強(qiáng)度，使其具有保溫、隔熱、節(jié)能、防爆、防紫外線、美化外觀、遮避私密、安全及安全防護(hù)等功能，主要用于汽車玻璃和建筑物門窗、隔斷、頂棚等。玻璃窗膜是在多層超薄高透明聚酯薄膜上經(jīng)磁控濺射、層壓復(fù)合等工藝加工而成，具有超強(qiáng)韌性，可緩解玻璃抗折強(qiáng)度低、受沖擊易碎的缺陷，極大地提高了玻璃的抗沖擊強(qiáng)度，可避免因玻璃碎裂和脫落、碎片飛濺而造成人身傷害事故；同時具有防護(hù)、防盜等功能。
近年來玻璃窗膜在我國汽車和建筑行業(yè)得到迅速的發(fā)展，尤其是小型轎車，90%的汽車車主都會選擇貼膜。
發(fā)展過程
90年以前我國使用玻璃窗膜基本屬于空白、從90年開始國外廠商進(jìn)入中國市場。由最初的兩三家到93、94年以后數(shù)量逐漸增加到十幾家，到2000年以后，隔熱膜、防爆膜大量使用在汽車上，安全膜大量使用在銀行柜臺上，
目前，由于行業(yè)前景好、投資回報可觀等原因，各種規(guī)模的商家、廠家相繼進(jìn)入這個偌大的市場。但是國內(nèi)汽車玻璃窗膜市場缺乏國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，據(jù)統(tǒng)計，目前在國內(nèi)銷售的品牌多達(dá)2000多個，眾商家為了使產(chǎn)品更具特點(diǎn)和賣點(diǎn)，新的產(chǎn)品概念不斷推出。
窗膜分類
按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同，目前玻璃窗膜大致分為三類：建筑玻璃窗膜、汽車玻璃窗膜、安全防爆玻璃窗膜。
一、建筑玻璃窗膜
以節(jié)能隔熱為主要目的，外帶防紫外線和安全功能。該種膜還可分為熱反射膜和低輻射膜。熱反射膜，這種膜貼在玻璃表面使房內(nèi)能透過可見光和近紅外光，但不能透過遠(yuǎn)紅外光。因此有足夠的光線進(jìn)入室內(nèi)，而將大部分的太陽能的熱量反射回去，在炎熱的夏季保持室內(nèi)溫度不會升高太多，從而降低室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷，達(dá)到節(jié)省空調(diào)費(fèi)用和節(jié)能的作用。低輻射膜，這種膜能透過一定量的短波太陽輻射能，使太陽輻射熱進(jìn)入室內(nèi)，被室內(nèi)物體所吸收；同時又能將90%以上的室內(nèi)物體輻射的長波紅外線反射保留于室內(nèi)。低輻射膜能充分利用太陽光輻射和室內(nèi)物體的長波輻射能。因此在寒冷地區(qū)和采暖建筑中使用可起到保溫和節(jié)能效果。
二、汽車玻璃窗膜
三、安全防爆玻璃窗膜
膜與玻璃之間有一層粘著力極強(qiáng)的膠，膜本身具有很好的抗撕裂性、抗穿透性即使破碎，即使玻璃破碎也能保持原來的整體狀態(tài)，防止因意外事故發(fā)生的玻璃破碎飛濺對人體的二次傷害。其主要功能是安全防爆，一般用于銀行等金融機(jī)構(gòu)、珠寶商店櫥窗、博物館、酒店大廳等一些重要場所或展示廳。這種膜同時具有一定的隔熱、隔紫外線能力，透明度也較高。
玻璃窗膜從生產(chǎn)工藝上來說，可分為三大類：染色膜、原色膜、真空鍍膜。染色膜又可分為普通膜、表層染色膜、夾層染色膜；真空鍍膜又可分為真空蒸鍍鍍膜和磁控濺射鍍膜；按所鍍的材料不同又可分為金屬膜和陶瓷膜。
普通膜
俗稱茶紙，是將染料混在膠內(nèi)涂在聚乙烯基材上制成的，是最陳舊的生產(chǎn)方法，由于不隔熱、不隔紫外線及很短的保質(zhì)期，現(xiàn)在已很少用。
表層染色膜
是將染料涂布在PET基材表面上，手感很軟，缺乏足夠的韌性及防爆性，不耐紫外線照射，易褪色，保質(zhì)期較短。
夾層染色膜
是將染料涂布在兩層PET基材之間，手感很軟，有一定的耐紫外線老化性能，由于成本低廉這類染色膜仍在市場上銷售。
染色膜特點(diǎn)：可見光反射率低，缺乏良好的控制熱量性能，容易褪色（通常變?yōu)樽仙?，并且在長期使用后易起泡。
原色膜
指沒有加入有機(jī)染料的玻璃窗膜。到目前為止，光學(xué)級PET膜只有灰色、無色兩種聚酯膜，其它顏色的PET膜必須通過染色才能實(shí)現(xiàn)。原色膜特點(diǎn)是 手感較好，不易褪色，保質(zhì)期長。
真空蒸鍍鍍膜
通過應(yīng)用熱蒸發(fā)（對于低熔化溫度的純金屬而言）工藝，膜可以鍍上各種金屬、合金或氧化涂層。真空蒸鍍工藝通常用純鋁鍍膜，并且可以制成不同可見光透過率和反射率的膜，使膜具有最佳的陽光控制性能。
真空濺射鍍膜
通常在一個很大的真空室、壓力很低的惰性氣體環(huán)境中及電能作用下，將各種金屬或金屬合成靶材被帶電離子撞擊，制成多層致密的低反射高隔熱的金屬膜層，有序均勻的涂布于聚酯薄膜表面，并復(fù)合工藝制成各種各樣獨(dú)特的穩(wěn)定的色彩、高層次的透過率選擇性，保證產(chǎn)品有足夠的韌性，防爆、隔熱、抗UV99%，保質(zhì)期長。
陶瓷膜
以上各種玻璃窗膜產(chǎn)品都必須具有單向防護(hù)功能，即單向阻止從外向內(nèi)的破壞，而對于從室內(nèi)向外破壞則沒有任何阻礙，在諸如火災(zāi)、地震、車禍等意外災(zāi)害發(fā)生時，室內(nèi)人員可以比較容易的砸穿玻璃逃生。
結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
玻璃窗膜結(jié)構(gòu)圖如下所示：
1、抗磨層：由耐磨聚氨酯組成，硬度高達(dá)4H；
2、帶色PET安全基層：由高強(qiáng)度、高透明PET聚酯與顏料熔融擠出雙向拉伸制得，由于顏料夾在PET膜里面，可防止氧化變色，壽命長達(dá)8年；
5、UV吸收層：由特種UV吸收劑構(gòu)成，可阻隔99%的紫外線；
6、透明PET安全基層：由高強(qiáng)度、高透明PET聚酯膜組成，目的是把金屬層夾在中間，防止金屬氧化，延長金屬膜的壽命；
8、高透明PET離型膜。
隔熱工作原理
熱傳導(dǎo)有三種形式：輻射、傳導(dǎo)、對流。隔熱膜主要是利用輻射和對流的形式來隔熱，防的主要是太陽的輻射熱。
太陽光是由各波段的光波（電磁波）構(gòu)成的，而太陽能就是這些電磁波本身的能量，經(jīng)過大氣層的過濾，這些能量以不同波段光波的形式到達(dá)地球表面，這些能量是以輻射的形式轉(zhuǎn)化熱量，能量越高，轉(zhuǎn)化成的熱量就越大。
紫外線譜帶：波長280-400nm之間，其特點(diǎn)是穿透性強(qiáng)，可使人體皮膚黑色素沉積，顏色加深，過度的紫外線曝曬會導(dǎo)致皮膚癌，可導(dǎo)致地毯、窗簾、織物及家具油漆褪色。
可見光譜帶：波長380~780nm之間，其特點(diǎn)是肉眼可以看見的唯一光譜，可見光波段進(jìn)一步可以分為不同的顏色（赤橙黃綠藍(lán)靛紫七色），對人體沒有直接傷害。
紅外光譜帶：波長700~2400nm（納米）之間，其特點(diǎn)是我們可以直接感受到陽光“不可見”的熱量，所含能量最大，所以熱量也高。
各波段的遠(yuǎn)近紅外線構(gòu)成了太陽能的53%，紫外線占3%，可見光占44%。
玻璃窗膜的工作原理：通過真空噴鍍或磁控濺射技術(shù)將鋁、金、銅、銀等金屬制成多層至密的高隔熱金屬膜層。金屬材料中的外殼層電子(自由電子)一般沒有被原子核束縛, 當(dāng)被光波照射時, 光波的電場使自由電子吸收了光的能量, 而產(chǎn)生與光相同頻率的振蕩, 此振蕩又放出與原來光線相同頻率的光, 稱為光的反射。金屬的導(dǎo)電系數(shù)愈高, 穿透深度愈淺, 反射率愈高。這些金屬層會選擇性的將陽光中的各種熱能源，包括紅外線、紫外線及可見光熱能反射回去，再配合膜上的顏色對太陽熱輻射的吸收后，再二次向外釋放，隨著室外的空氣流動帶走一部份熱量。從而有效起到隔熱的作用。
玻璃窗膜用金屬反射材料大都使用高導(dǎo)電度的金、銀、鋁與銅等材料。幾種金屬反射膜在不同波長的反射率如下所示。
表1． 幾種金屬反射膜在不同波長的反射率
金屬種類 800nm反射率 650nm反射率 500nm反射率
鋁Aluminum 86.7 90.5 91.8
銀Silver 99.2 98.8 97.9
金Gold 98.0 95.5 47.7
銅Copper 98.1 96.6 60.0
防爆工作原理
不論是普通玻璃還是鋼化玻璃，其缺點(diǎn)是玻璃碎片的飛濺可能對人體造成傷害，而當(dāng)在它內(nèi)表面貼上玻璃窗膜后，玻璃窗膜上的膠粘劑使兩者融為一體，變成可承受外力的復(fù)合材料。
玻璃窗膜中的安全基層材料為透明的聚酯膜（PET），這種膜有很大的抗拉強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度，尤其當(dāng)通過層壓粘合劑將兩層、甚至三層聚酯膜粘合在一起時，其力學(xué)性能成倍增長，使其具有非常強(qiáng)的耐沖擊能力。當(dāng)遭受外力沖擊時，安全基層能夠起到有效的緩沖作用；即使附加了左右交替的外力，特有的壓敏膠粘劑層能將玻璃碎片牢固地粘貼在窗膜表面，僅有少量呈粉狀的玻璃碎片散落，能夠最大限度的減少外來傷害。
主要性能指標(biāo)
可見光透過率：可見光（380-780）穿過玻璃/玻璃窗膜復(fù)合層的百分比。
可見光反射率：可見光（380-780）被玻璃/玻璃窗膜復(fù)合層反射的百分比。
太陽能穿透率：太陽能透過玻璃/玻璃窗膜復(fù)合層的百分比。
紫外光阻隔率：紫外光（280-400）被玻璃/玻璃窗膜復(fù)合層反射的百分比。
太陽能反射率：太陽能被玻璃/貼膜復(fù)合層反射的百分比。
太陽能吸收率：太陽能被玻璃/貼膜復(fù)合層吸收的百分比，吸收的太陽能是能夠向玻璃/貼膜復(fù)合層兩邊同時輻射的，空氣流動速度高的一邊將輻射更多的能量。
總太陽能穿透率：太陽能透過玻璃/玻璃窗膜復(fù)合層的部分與被吸收的向內(nèi)部輻射的太陽能的總和。隔熱率的計量單位是每小時每平方英尺通過的熱量（BTU/Hr./Ft.2,其中1BTU=262卡）。透明玻璃的隔熱率一般為20 BTU/Hr./Ft.2。
總太陽能反射率：即隔熱率，它是太陽能被玻璃/玻璃窗膜復(fù)合層反射的部分與被吸收的向外部輻射的太陽能的總和。
遮蔽系數(shù)：玻璃/玻璃窗膜復(fù)合層相對于玻璃的總太陽能穿透率。
U值：每小時、內(nèi)外溫差每一度，通過每平方英尺的熱輻射量。
根據(jù)用途的不同，性能要求不盡相同，一般而言，其主要指標(biāo)為可見光透過率、可見光反射率、隔熱率以及紫外線阻隔率等。
制造技術(shù)
生產(chǎn)過程
1 、染色工藝
通過涂層復(fù)合工藝將混有染料的膠涂布在PET上或兩層PET膜之間，對PET基材進(jìn)行著色，根據(jù)需要使其呈現(xiàn)出不同的顏色。優(yōu)點(diǎn)是顏色多樣，工藝簡單，成本較低；缺點(diǎn)是不耐紫外線照射，易褪色，保質(zhì)期不長。
真空蒸鍍鍍膜通過應(yīng)用熱蒸發(fā)（對于低熔化溫度的純金屬而言）工藝，膜可以鍍上各種金屬、合金或氧化涂層。真空噴鍍工藝通常用純鋁鍍膜，并且可以制成不同可見光透過率和反射率的膜，使膜具有最佳的陽光控制性能。
3、 磁控濺射技術(shù)工藝
磁控濺射鍍膜法是上世紀(jì)70年代末期發(fā)展起來的一種先進(jìn)的工藝方法，它是在專門的真空設(shè)備中，在電能作用下，將各種金屬或金屬合成靶材被帶電離子撞擊，制成多層致密的低反射高隔熱的金屬膜層，有序均勻的涂布于基材表面，并復(fù)合工藝制成各種各樣獨(dú)特的穩(wěn)定的色彩、高層次的透過率選擇性，保證產(chǎn)品有足夠的韌性，防爆、隔熱、抗UV99%，保質(zhì)期長。與傳統(tǒng)的真空噴鍍工藝相比，磁控濺射工藝具有很多優(yōu)點(diǎn)，如鍍層與基材的附著力更強(qiáng)；可以方便的制取高熔點(diǎn)物質(zhì)的薄膜；在大面積連續(xù)基材上可以制取更為均勻的薄膜；容易控制鍍層的成分，可以制取各種不同成分和配比的合金鍍膜。
磁控濺射工藝原理是將基材送入設(shè)有磁控陰極和濺射氣體（氬氣）的真空室內(nèi)，陰極加負(fù)電壓，在真空室內(nèi)輝光放電，產(chǎn)生等離子體，由于金屬靶材帶負(fù)電，等離子體中帶正電的氣體離子被加速，并以相當(dāng)于靶極位降U的能量撞擊靶面，將金屬靶的原子轟出來，使之沉淀在基材表面上而形成金屬膜。
4、層壓復(fù)合工藝
玻璃窗膜是一種多層的功能化的聚酯復(fù)合薄膜材料，通過膠粘劑，將不同功能的薄層復(fù)合在一起，從而使其具備防爆、隔熱、安全的功能。
只有高精確的涂布系統(tǒng)，才能保證玻璃窗膜在制造過程中，各種工藝參數(shù)得到有效的控制。
生產(chǎn)設(shè)備
目前世界上生產(chǎn)磁控濺射鍍膜設(shè)備最著名的廠家有美國愛可（Arico）公司和德國的萊寶（Leybold）公司，這兩家設(shè)備在工藝原理上是一樣的，但又各有所長，主要區(qū)別是：
（1）德國萊寶公司的鍍膜設(shè)備所用的抽真空系統(tǒng)為渦輪分子泵，而美國愛可公司則用的是油擴(kuò)散泵。分子泵較油擴(kuò)散泵精度高、抽真空時間短，且兩年才需更換一次，而油擴(kuò)散泵每半年就需更換一次油，每年需清洗一次。
（2）美國愛克公司發(fā)明了C-MAG可旋式靶材，利用它可使靶材利用率提高，平均靶材的利用率一般為20-30%，而旋轉(zhuǎn)式靶材的利用率可提高到70-80%。
（3）德國萊寶公司的濺射室由17個分隔間組成，它最多可擴(kuò)充至六個陰極。而美國愛可公司的濺射室則由單個室（三個陰極）組成，如市場需求旺盛時欲擴(kuò)大產(chǎn)量，可增加濺射室數(shù)量，具有較大的靈活性。
2、 精密涂布復(fù)合設(shè)備
目前，市場上提供的涂布復(fù)合機(jī)種類繁多、功能不一，一條制造玻璃窗膜的涂布生產(chǎn)線，其核心是精密涂布機(jī)。
1、 PET基材
聚對苯二甲酸乙二醇酯，英文名 polyethylene terephthalate(簡稱PET)，于1941年首先由英國J．tt．Whinfield與J．T．Dickon研制成功。聚酯(PET)既可由對苯二甲酸二甲酯(DMT)與乙二醇(EG)反應(yīng)制得，也可由對苯二甲酸(PTA)與乙二醇反應(yīng)制得。稱為DMT法(也稱酯交換法)和PTA法(直接酯化法)。由于PTA法較DMT法優(yōu)點(diǎn)更多，目前世界PET總生產(chǎn)能力中大多采用PTA法。
玻璃窗膜所用的PET膜為光學(xué)級BOPET。玻璃窗膜對其基材性能要求很嚴(yán)格，要求抗拉強(qiáng)度和抗撕裂強(qiáng)度大，光學(xué)性能較高，可見光透過率必須達(dá)到90%以上。因此這也就是為什么國內(nèi)作膜的廠家多，但沒有生產(chǎn)安全膜廠家的原因之一。目前，光學(xué)級玻璃窗膜用PET基材只有日本三菱、帝人/杜邦、Toray（日本東麗）等三家公司。
2 、膠粘劑
層壓復(fù)合膠粘劑是將不同功能的薄層如安全基層、隔熱層、防紫外線層等貼合在一起時所用的膠粘劑。
據(jù)美國專利報道，所用膠粘劑大部分為聚氨酯（PU）膠粘劑。要求具有較高的耐熱性、力學(xué)性能、粘接性能、耐紫外光老化性能和一定的水蒸氣透過率。它是玻璃窗膜的最重要的組成部分，直接影響玻璃窗膜的性能，尤其是光學(xué)性能和使用壽命，是玻璃窗膜制造中的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，國外各大生產(chǎn)公司都有自己的專利膠粘劑技術(shù)及配方，很少對外公布。
安裝膠粘劑一般分為干膠膠粘劑和壓敏膠粘劑，各有優(yōu)缺點(diǎn)。干膠膠粘劑安裝簡單、方便、省時且粘接強(qiáng)度較大，但是耐水性較差；而壓敏膠粘劑粘接強(qiáng)度隨時間的延長，粘接強(qiáng)度越來越大，且使用壽命較長。
壓敏膠粘劑一般為單組分溶劑型丙烯酸酯壓敏膠，加有紫外線吸收劑，具有較高的耐紫外線老化性能、光學(xué)性能、耐候性能。
玻璃窗膜的發(fā)展歷史與其原材料和工藝設(shè)備的發(fā)展歷史是密不可分的，特別是真空蒸鍍鍍膜技術(shù)的發(fā)展歷史。
美國在20世紀(jì)60年開始研制以聚乙烯為基材的玻璃窗膜（茶紙），當(dāng)時建筑使用的大多是普通浮法玻璃，由門窗玻璃造成的能耗占樓宇整體的1/3以上，當(dāng)人們把用于航天上的膜材料轉(zhuǎn)用到了建筑門窗上，發(fā)現(xiàn)它有能明顯改善建筑物的保溫節(jié)能特性。因此，各大公司開始對玻璃窗膜進(jìn)行研究， 3M公司于1966年就發(fā)布了太陽隔熱膜的第一個專利。1970年世界性的能源危機(jī)促使人們對玻璃膜的開發(fā)加快了步伐，真空蒸鍍鍍膜工藝被應(yīng)用在PET基膜上，使得玻璃窗膜技術(shù)得到很大的進(jìn)步。
1977年美國沉積技術(shù)公司（Deposition Technology,Inc.）（1991年比利時貝卡爾特集團(tuán)把該公司并購，成立貝卡爾特特殊鍍膜公司）把運(yùn)用于美國空軍和太空總署的先進(jìn)磁控濺射生產(chǎn)技術(shù)引入到玻璃窗膜行業(yè)，在80年代初成為全球第一家采用磁控濺射工藝生產(chǎn)玻璃窗膜的生產(chǎn)商，與其他玻璃窗膜生產(chǎn)廠家的真空蒸鍍鍍膜工藝相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是可以把不銹鋼、鈦、鎳、金、銀、銅等金屬制成透明隔熱合金層，使得玻璃窗膜在隔熱功能大幅度提高的情況下同時具有很高的視覺清晰度，解決了染色、真空蒸鍍鍍膜工藝生產(chǎn)的玻璃窗膜的高反光、易褪色等缺陷。1985年該公司生產(chǎn)出幅寬1540mm的磁控濺射玻璃窗膜。
美國韶華科技公司主要從事軍用和空間技術(shù)所需的光譜選擇性薄膜的開發(fā)和生產(chǎn)，80年代中期，該公司將源于空間飛行器應(yīng)薄膜部件應(yīng)用的XIR專利技術(shù)轉(zhuǎn)為民用，開始了商用高性能玻璃窗膜的商品化生產(chǎn)。XIR對陽光中的可見光高度透過，而選擇性地阻隔幾乎全部的紅外和紫外輻射，在薄膜和材料技術(shù)領(lǐng)域奠定了領(lǐng)先地位。
以色列哈尼塔公司在90年代開始了安全膜的生產(chǎn)，原先是以軍事應(yīng)用為目的，委托美國宇航局猶太籍科學(xué)家開發(fā)研制的，通過玻璃貼防護(hù)膜，防止戰(zhàn)爭中槍彈、爆炸物對人員、物品的傷害，以減輕對軍事裝備、設(shè)施的破壞與損失。隨著國際局勢的緩和，這種為軍事目的生產(chǎn)的防護(hù)膜，逐漸轉(zhuǎn)為商業(yè)性民用商品，為人們在一切玻璃上的安全防護(hù)，特別是建筑幕墻上的應(yīng)用，在節(jié)能保溫上的應(yīng)用，在阻擋火焰方面的應(yīng)用發(fā)揮了重大的作用，提供了理想的材料。這種安全膜生產(chǎn)技術(shù)，哈尼塔公司通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓形式轉(zhuǎn)讓到世界各地，包括美國、日本。
進(jìn)入21世紀(jì)，玻璃窗膜廠家在技術(shù)上取得突破，具有獨(dú)特的對可見光的高穿透性和排斥熱量的高熱控性的薄膜問世，他們將常規(guī)窗膜作為一個疊層，用不同功效的薄膜逐層粘合疊加，使得薄膜在更高的透光率、隔熱率、隔紫外線率的前提下，將玻璃的抗沖擊性能提升百余倍。近些年來，特別是在美國“911”事件之后，玻璃窗膜作為一種全新的建筑材料，越來越多地用于建筑物門窗、隔墻、頂棚以及銀行業(yè)的安全防護(hù)。
目前，世界上知名的窗貼膜制造商主要分布在美國、以色列、印度，其他中低檔玻璃窗膜制造商分布在韓國、日本、中國臺灣和中國大陸等國家和地區(qū)。
