建筑玻璃用功能膜耐老化性能研究

詹超，盧俏，任柏春，申屠文巍

（1.貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院，貴州 貴陽(yáng) 550000；2.貴州省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，貴州 貴陽(yáng) 550000）

0 引言

隨著人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，建筑行業(yè)也隨之發(fā)展，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也越來(lái)越高，從最初的只求安身之處逐步向美好的居住環(huán)境方面發(fā)生變化。建筑的美觀、安全、節(jié)能是建筑業(yè)發(fā)展的導(dǎo)向，因此，建筑幕墻和玻璃門窗應(yīng)運(yùn)而生，建筑幕墻在我國(guó)已有20 多年的發(fā)展歷史，我國(guó)成為世界上建造幕墻最多的國(guó)家。玻璃幕墻由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在眾多的幕墻中，玻璃幕墻數(shù)量最多，應(yīng)用最廣，玻璃幕墻能將美學(xué)、功能、節(jié)能等因素完美的統(tǒng)一起來(lái)，可隨著日光、月光、燈光的色調(diào)給人們呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)美感[1]。

當(dāng)前，玻璃幕墻和玻璃門窗的安全性能已成為人們廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)，在既有的玻璃幕墻和玻璃門窗建筑中，大部分為普通玻璃。普通玻璃對(duì)太陽(yáng)光反射和過(guò)濾作用不強(qiáng)，這會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)光中的紫外線、紅外光等直接傳到室內(nèi)，影響居住環(huán)境的舒適度。另外，普通玻璃抗沖擊性差，受外力作用或發(fā)生自爆時(shí)容易掉落傷人。改善其性能，除了采用對(duì)玻璃進(jìn)行深加工外，給玻璃粘貼功能膜則是另一種更為便捷有效的途徑[2]。功能膜是一種由耐磨涂層、經(jīng)工藝處理的聚酯膜和保護(hù)膜通過(guò)膠黏劑組合在一起的多層聚酯復(fù)合薄膜材料。建筑玻璃用功能膜按功能可分為隔熱膜、安全膜、隔熱安全膜、裝飾膜4 類[3]。玻璃貼膜在國(guó)外已經(jīng)相當(dāng)普及，在我國(guó)，建筑使用率還很低，做為一種新型節(jié)能型建材，建筑玻璃貼膜后可起到保溫隔熱、阻隔紫外線、裝飾美化、保護(hù)隱私、安全防爆、增強(qiáng)視覺(jué)效果等作用。玻璃貼膜夏季可以阻擋45%～85%的太陽(yáng)直射熱量進(jìn)入室內(nèi)，冬季可以減少30%以上熱量散失[4]。根據(jù)建筑玻璃幕墻以及門窗的使用特性，功能膜都應(yīng)該貼在玻璃內(nèi)側(cè)，這樣可以延長(zhǎng)貼膜玻璃的使用壽命。

1 研究背景

建筑玻璃貼膜后具有節(jié)能、防玻璃破碎后飛濺墜落的功能，解決了建筑玻璃幕墻和門窗玻璃破碎后高空飛濺墜落傷人傷物的難題。建筑玻璃貼膜的應(yīng)用逐年增加，我國(guó)在2012 年就制定了建筑玻璃用功能膜的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑玻璃用功能膜》（GB/T 29061—2012）生產(chǎn)建筑玻璃用功能膜產(chǎn)品，其規(guī)定的范圍、要求、條款、檢測(cè)方法等，對(duì)貼膜玻璃的推廣應(yīng)用提供了膜材料的技術(shù)保障。目前，隨著國(guó)內(nèi)加強(qiáng)了對(duì)建筑節(jié)能管理的力度，民用住宅和商用建筑使用中空玻璃的越來(lái)越多，但到目前為止，大多數(shù)的使用仍然是透明中空玻璃。通常，很多人普遍認(rèn)為中空玻璃已經(jīng)是隔熱玻璃了，無(wú)須再貼膜了。可是也有很多用戶使用過(guò)透明中空玻璃后，發(fā)現(xiàn)透明中空玻璃隔熱效果仍不理想，常常提出中空玻璃是否可以貼膜的問(wèn)題[5]。已有關(guān)于建筑玻璃貼膜的地方標(biāo)準(zhǔn)，如貴州省已制定的《貼膜中空玻璃》《貼膜中空玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》等，為中空貼膜玻璃的應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。

由于建筑玻璃用功能膜屬于塑料制品，在使用過(guò)程中長(zhǎng)期接收太陽(yáng)光照射，有的玻璃膜在使用初期性能能保持穩(wěn)定，但隨著使用時(shí)間的增加，功能膜的性能會(huì)發(fā)生較大的變化[6]。因此，建筑玻璃貼膜的抗老化性能一直以來(lái)是建筑設(shè)計(jì)師非常關(guān)注的問(wèn)題。貼膜玻璃在使用過(guò)程中，由于受到太陽(yáng)光的直接照射，功能膜與玻璃之間的黏結(jié)強(qiáng)度，往往會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而發(fā)生變化，是否會(huì)影響建筑玻璃的安全性能有待進(jìn)一步探究。本文將從貼膜玻璃的實(shí)際應(yīng)用情況，模擬太陽(yáng)光對(duì)建筑貼膜玻璃的照射。采用氙弧燈暴露試驗(yàn)方法，對(duì)貼有功能膜的玻璃樣品進(jìn)行人工加速老化，測(cè)試?yán)匣蠊δ苣づc玻璃間的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度，研究功能膜的耐老化性能，為建筑貼膜玻璃的擴(kuò)大應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試樣制備及儀器設(shè)備

試樣制備：本試驗(yàn)制備了50mm×50mm 和50mm×80mm 兩種貼膜玻璃，所選用的功能膜厚度為2.5mil 的PET 隔熱安全膜。在光由室外側(cè)射向室內(nèi)側(cè)條件下，中空玻璃可分為第一面、第二面、第三面、第四面。試樣為第二面、第三面貼膜，并在貼膜玻璃面中部位置由12mm×12mm×50mm 硅酮膠黏結(jié)，功能膜與玻璃的黏結(jié)面積為12mm×50mm。對(duì)于50mm×80mm 貼膜玻璃，試樣為第二面、第三面貼膜，并在玻璃兩底端位置各由50mm×12mm×14mm（鋁條6mm+膠8mm）的硅酮膠及鋁條連接，功能膜與玻璃的黏結(jié)面積為50mm×80mm。本文中主要用到試驗(yàn)儀器設(shè)備如表1 所示。

表1 儀器設(shè)備

2.2 試驗(yàn)老化條件

試驗(yàn)氙弧燈符合《塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法第1 部分：總則》（GB/T 16422.2—2014）的標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)條件符合以下規(guī)定。

（1）該試驗(yàn)光源為氙弧燈，試樣表面的福照度為（60±2）W/m2。

（2）黑標(biāo)溫度（65±3）℃，箱體溫度（38±3）℃，相對(duì)濕度50%±5%。

（3）試驗(yàn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)樣品架始終旋轉(zhuǎn)，在120min 照射中進(jìn)行18min 的水噴淋。

將制備并養(yǎng)護(hù)好的樣品放入氙燈老化試驗(yàn)箱中，貼有功能膜的試樣膜面對(duì)向光源，即試樣第一面對(duì)準(zhǔn)氙弧燈光源，照射時(shí)每間隔300h 做拉伸黏結(jié)性能測(cè)試。總共老化試驗(yàn)時(shí)間為1500h。

2.3 試驗(yàn)方法

依據(jù)《建筑密封材料試驗(yàn)方法 第8 部分拉伸粘結(jié)性的測(cè)定》（GB/T 13477.8—2017）測(cè)試功能膜與玻璃間的拉伸黏結(jié)性能，分別測(cè)試未經(jīng)老化及不同老化時(shí)間后的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度，試驗(yàn)速度以5mm/min 拉伸試件。

3 結(jié)果與分析

對(duì)于50mm×50mm，此樣品為局部貼膜，功能膜與玻璃的黏結(jié)面積為12mm×50mm，分別測(cè)試未經(jīng)老化及不同老化時(shí)間后的拉伸粘性能，試驗(yàn)速度以5mm/min拉伸試件。每組試驗(yàn)檢測(cè)3 個(gè)試件，計(jì)算其拉伸黏結(jié)強(qiáng)度，取3 個(gè)試件的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度平均值作為該組樣品的測(cè)試結(jié)果。計(jì)算公式如（1）所示。

式中：A——拉伸黏結(jié)強(qiáng)度，N/mm2；F——試件最大拉力，N；B——試件黏結(jié)面積，mm2。

將50mm×50mm 樣品未經(jīng)老化和經(jīng)過(guò)不同老化時(shí)間的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度與時(shí)間作圖，拉伸黏結(jié)強(qiáng)度與老化時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1 所示。樣品50mm×50mm 拉伸黏結(jié)強(qiáng)度如表2 所示。

表2 樣品50mm×50mm 拉伸黏結(jié)強(qiáng)度

經(jīng)過(guò)不同時(shí)間的老化試驗(yàn)，將各時(shí)間段拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的平均值與老化時(shí)間作圖，從拉伸黏結(jié)強(qiáng)度與老化時(shí)間的關(guān)系圖中可以看出，隨著老化時(shí)間的增加，拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的總趨勢(shì)是降低的，結(jié)合表中數(shù)據(jù)可得到，試件未老化時(shí)拉伸強(qiáng)度為0.415N/mm2，經(jīng)過(guò)300h 氙燈老化后，拉伸強(qiáng)度為0.405N/mm2，在經(jīng)過(guò)600h 老化后，拉伸黏結(jié)強(qiáng)度為0.388N/mm2。從拉伸黏結(jié)強(qiáng)度與老化時(shí)間的關(guān)系圖可看出，在600h 前，功能膜與玻璃間的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度降低較緩，在600h 后，降低速度較快。經(jīng)過(guò)1500h 老化后，拉伸強(qiáng)度為0.258N/mm2，與未老化時(shí)相比，拉伸強(qiáng)度減少率為37.8%。

對(duì)于50mm×80mm 貼膜玻璃樣品，此樣品為整塊玻璃貼膜，功能膜與玻璃的黏結(jié)面積為50mm×80mm，分別測(cè)試未經(jīng)老化及不同老化時(shí)間后的拉伸粘性能，試驗(yàn)速度以5mm/min 拉伸試件。每組試驗(yàn)測(cè)試3 個(gè)試件，并按上述式（1）計(jì)算拉伸黏結(jié)強(qiáng)度，取3 個(gè)試件的平均值作為該組樣品的測(cè)試結(jié)果。樣品50mm×80mm 拉伸黏結(jié)強(qiáng)度如表3 所示。

表3 樣品50mm×80mm 拉伸黏結(jié)強(qiáng)度

將50mm×80mm 樣品未經(jīng)老化和經(jīng)過(guò)不同老化時(shí)間的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度與時(shí)間作圖，拉伸黏結(jié)強(qiáng)度與老化時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2 所示。

圖2 樣品50mm×80mm 拉伸黏結(jié)強(qiáng)度與老化時(shí)間關(guān)系

50mm×80mm 樣品，整塊玻璃貼膜，并在玻璃兩底端位置各由50mm×12mm×14mm（鋁條6mm+膠8mm）的硅酮膠及鋁條連接，結(jié)合了實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的結(jié)構(gòu)方式。從拉伸黏結(jié)強(qiáng)度與老化時(shí)間關(guān)系圖可看出，經(jīng)過(guò)氙燈老化后拉伸黏結(jié)強(qiáng)度總趨勢(shì)是隨老化時(shí)間的增加而降低。從拉伸黏結(jié)強(qiáng)度與老化時(shí)間關(guān)系圖可看出，在600h 前，拉伸黏結(jié)強(qiáng)度值降低較緩，在600h 后，下降的幅度較大。可能的原因是，在600h 前，功能膜上的安裝膠只發(fā)生輕微老化，與玻璃黏結(jié)良好，在600h 后，安裝膠老化較為突出，導(dǎo)致拉伸黏結(jié)強(qiáng)度下降幅度增大。結(jié)合表3 中試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試件未經(jīng)老化時(shí)，拉伸黏結(jié)強(qiáng)度為0.153N/mm2，經(jīng)過(guò)1500h 氙燈老化后，拉伸黏結(jié)強(qiáng)度0.105N/mm2，與未老化時(shí)相比，拉伸黏結(jié)強(qiáng)度減少率為28.8%。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間的氙燈照射，功能膜與玻璃間具有良好的黏結(jié)性。

4 結(jié)語(yǔ)

功能膜由于能賦予建筑玻璃新的性能，其在玻璃幕墻和玻璃門窗的應(yīng)用逐年增加，在選用功能膜時(shí)，除了外觀、尺寸等基本性能外，更要關(guān)注其耐老化性能。本次研究了功能膜與玻璃間黏結(jié)的耐老化性能，通模擬日光對(duì)建筑玻璃的照射，采用過(guò)人工氙燈老化試驗(yàn)方法，分析測(cè)試功能膜與玻璃老化前后的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度，研究功能膜與玻璃之間的耐老化性能及黏結(jié)性能，為建筑用功能膜在實(shí)際環(huán)境中的應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。

通過(guò)研究?jī)煞N規(guī)格的建筑貼膜玻璃樣品，經(jīng)過(guò)1500h 的氙燈老化試驗(yàn)后，功能膜與玻璃間的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度均遠(yuǎn)大于玻璃自重所產(chǎn)生力的強(qiáng)度。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，建筑貼膜玻璃樣品在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的氙燈照射，功能膜與玻璃間具有良好的黏結(jié)性。此時(shí)，如果玻璃因?yàn)橥饬υ虬l(fā)生破損，碎片能夠緊緊粘貼在玻璃貼膜表面，保持原來(lái)形狀，不飛濺，不變形，不會(huì)直接掉落，從而避免了玻璃掉落傷人事件的發(fā)生，為功能膜在實(shí)際建筑玻璃中的應(yīng)用提供理論支撐。