金屬鉻在雙銀膜層設計中的應用

0引言作為節(jié)能建筑材料，Low-E玻璃的節(jié)能特性與普通玻璃及熱反射鍍膜玻璃相比，Low-E玻璃對遠紅外輻射具有極高的反射率。在有效減少室內外熱傳遞的作用下，可保持室內溫度穩(wěn)定，對減少建筑加熱或制冷能耗，起到了非常優(yōu)秀的節(jié)能降耗作用。目前離線鍍膜產品按照功能層數(shù)量主要分為：單銀、雙銀和三銀三種類型。單銀產品外觀顏色一致性最佳，其次為雙銀產品，最后為三銀產品。究其主要原因，隨著銀層數(shù)量的增加，膜層整體厚度及復雜程度顯著提高。由于光的干涉和反射效應會出現(xiàn)鍍膜產品偏角色現(xiàn)象，膜層越厚越明顯。雙銀產品的節(jié)能性明顯優(yōu)于單銀產品但略遜色于三銀產品；其偏角色現(xiàn)象明顯優(yōu)于三銀產品且生產可控性遠高于三銀產品。因此，雙銀產品在目前高端幕墻上得到了最廣泛的應用，占據(jù)了離線鍍膜產品的主要市場。但是雙銀產品也存在著一定缺點，它始終無法克服偏角色變化視覺輕易可區(qū)分的弊端。隨著國家對節(jié)能要求的逐步提高，玻璃幕墻亟待一些高端產品。本文以光學理論為基礎在雙銀結構中引入金屬鉻膜層試圖改變常規(guī)雙銀膜層結構，從而改變光在膜層中微觀干涉及反射途徑，從而探索對雙銀偏角色及性能提高的可行性。1實驗（1）基片清洗本實驗試樣基片采用6mm新鮮浮法玻璃原片，通過鍍膜線專用清洗機用高潔凈去離子水清洗及烘干。清洗過程中對于玻璃基片表面潔凈度要求非常苛刻，由于離線Low-E膜厚一般小于400nm，附著在玻璃基片上表面的哪怕是很小的臟污都會對后續(xù)膜層的耐久性及加工性產生影響。附著在玻璃表面的臟污會向膜層內遷移，對膜層造成不同程度的破壞。（2）實驗試樣膜層設計本實驗膜層設計采用以下三種：在固定除金屬鉻層外其它膜層厚度的情況下，通過改變鉻層在不同膜結構中的厚度制備一系列鍍膜試樣，而后測量所有樣品的光學數(shù)據(jù)及熱力學數(shù)據(jù)；通過數(shù)據(jù)分析金屬鉻在實際膜層設計中是否有正向作用。（3）試樣制備基片經(jīng)過清洗風干后利用北玻集團自主研發(fā)的超大玻璃鍍膜生產線進行試樣制備。A系列試樣制備：在膜結構一的基礎上，設定金屬Cr膜層厚度從1nm開始以1nm的幅度逐步加厚直至5nm制備5種試樣；B系列試樣制備：在膜結構二的基礎上，設定金屬Cr膜層厚度從1nm開始以1nm的幅度逐步加厚直至5nm制備5種試樣；C系列試樣制備：在膜結構三的基礎上，設定金屬Cr膜層厚度從1nm開始以1nm的幅度逐步加厚直至5nm制備5種試樣。（4）試樣光學性能測試將A、B、C系列樣品及基準樣使用離線鍍膜生產線在線光度計（北京奧博泰生產Filmstar6300）進行可見光范圍內數(shù)據(jù)掃描。每塊樣品可分別獲得玻面10°角顏色數(shù)據(jù)：Lg、a*g、b*g及玻面45°角顏色數(shù)據(jù)：Lg45°、a*g45°、b*g45°兩組數(shù)據(jù)。將每組數(shù)據(jù)對應顏色值的45°角玻面顏色數(shù)據(jù)與10°角玻面顏色數(shù)據(jù)取差值得到偏角色數(shù)據(jù)，見表1。表1試樣顏色對比2樣品偏角色數(shù)據(jù)對比曲線見圖1。從圖4可以看出：金屬鉻分別在A、B、C三種結構中從1nm逐步遞增至5nm時，△Lg、△a*g、△b*g數(shù)值呈現(xiàn)不同幅度變化。建筑玻璃鍍膜產品由于玻璃安裝后，觀察者與玻璃表面的法線夾角存在隨機變化，作為使用者自然希望鍍膜玻璃在不同角度觀察顏色均不發(fā)生改變。但是，由于雙銀產品的膜層總厚度一般都超過120nm，因此，不同角度光在膜層中的反射與折射是明顯存在的。從生產及使用經(jīng)驗上，希望雙銀產品偏色趨勢△a*g為-0.5～-2，△b*g為-1～-3最佳。通過對比，B系列結構全部樣品均符合要求。究其原因：主要是金屬鉻處于兩層銀中間，將原本介于兩層銀層之間較厚的介質層一分為二，改變了光在雙銀中間介質層的傳播路徑，而中間介質層對雙銀偏角色變化起著決定性作用。另外，從膜層設計角度看，如果以金屬鉻層為分界線，兩側的膜層結構是接近對稱的，光在較為對稱的介質路徑中傳播會削弱光學干涉及折射效果，最終達到偏角色變化趨于最小值。圖2為樣品可見光玻面反射（Rg）和膜面反射（Rf）在各結構中隨著鉻金屬層厚度變化的曲線。圖1偏角色數(shù)據(jù)對比曲線圖2可見光反射率對比曲線從圖2中可以看出：在A結構中玻面反射（Rg）隨著鉻金屬層厚度的增加呈現(xiàn)先降低后升高的變化，但整體反射率低于基準樣品。而膜面反射（Rf）隨著鉻金屬層厚度的增加呈現(xiàn)逐步升高且任意情況下均高于基準樣品。在B結構中玻面反射（Rg）隨著鉻金屬層厚度的增加逐步升高且任意情況下均高于基準樣品。而膜面反射（Rf）隨著鉻金屬層厚度的增加呈現(xiàn)先降低后升高的變化，但整體反射率低于基準樣品。在C結構中玻面反射（Rg）隨著鉻金屬層厚度的增加逐步升高且在最后C5點略高于標準樣品。而膜面反射（Rf）隨著鉻金屬層厚度的增加呈現(xiàn)逐步升高且任意情況下均高于基準樣品。浮法玻璃原片的可見光反射率一般為7%～8%，當浮法原片涂覆Low-E膜層后玻面或膜面任意面反射率均大于4%；只有少部分產品的某一面反射率會達到4%左右。從理論上看，當某一鍍膜產品的反射率低于浮法原片反射率時，就可以理解為具備減反功能。在實際使用過程中，一些客戶希望建筑玻璃外表面光鮮亮麗而另一些客戶希望建筑反射色柔和，因此反射率的適用范圍比較廣，10%～30%不等。但是對于建筑玻璃室內反射，無論是設計師還是使用者都希望越低越好。在實際使用過程中也嘗試室內片用減反射玻璃，但由于成本過高很難得到普及。單面減反射玻璃反射率一般為4%～5%，而雙面減反射玻璃反射率為0.8%～1.5%。在B結構的基礎上通過對各層物質膜厚進行綜合調整，最終獲得一灰色系雙銀產品，其玻面反射率及膜面反射率見表2。表2優(yōu)化樣品顏色數(shù)據(jù)表2數(shù)據(jù)表明：當金屬鉻位于中間介質層時，通過對每層膜結構進行優(yōu)化設計，最終可獲得一款中性灰色系雙銀產品且偏角色變化最大值僅為-1.4（△a*g），屬于肉眼難以區(qū)分