一種靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜及其製備方法與流程
2023-08-11 00:22:46 3
本發明涉及貼附在汽車、建築物等的窗玻璃上的貼膜，尤其是一種陽光下呈靛藍色的窗膜，特別涉及一種靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜及其製備方法。
背景技術：
汽車、建築物等的窗玻璃上經常需要貼附貼膜，通常稱為窗膜，以提供隔熱、防紫外線等功能。同時，性能優異的窗膜還可以提供良好的可見光透光率，可以從窗玻璃的內側清晰觀察窗外。其中，低輻射窗膜又稱Low-E窗膜，是在柔性透明基材表面沉積低輻射膜層而成；低輻射窗膜對可見光有較高的透光率，同時，對紅外線和紫外線具有很高的反射率，是一種兼具高透光、高隔熱等優點的薄膜產品。
目前，傳統的低輻射節能窗膜存在著顏色單一，隔熱性能差等一些缺點，而且具有很強裝飾效果的靛藍色窗膜更是少見。目前大部分的窗膜都是節能性較差的熱反射塗層窗膜，其結構穩定性差，隔熱效果不佳，使用壽命較短，不利於產品大範圍推廣。
在窗膜的工業生產中，磁控窗膜生產後期還需進行塗布工藝進行複合，這使得窗膜不可避免地與空氣接觸，從而造成其氧化，並且在運輸過程中溫度的變化，也將加速窗膜的氧化，直接影響其使用壽命。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜及其製備方法，以減少或避免前面所提到的問題。
為解決上述技術問題，本發明提出了一種靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜，在陽光下呈靛藍色，所述窗膜的膜層結構由內向外依次為：柔性透明PET基材層，厚度為23微米～50微米，其可見光透光率≥89％，霧度≤1.5；第一高折射率層，厚度為31nm～33nm，折射率為2.36，所述第一高折射率層由Nb2O5構成；第一金屬氧化物層，厚度為7nm～9nm，所述第一金屬氧化物層由ZnO:Sn構成；第一銀合金層，厚度為15nm～17nm，所述第一銀合金層由99％的Ag，1％的Cu構成；第一阻隔層，厚度為0.8nm～1nm，所述第一阻隔層由NiCr構成；第二高折射率層，厚度為70nm～72nm，折射率為2.36，所述第二高折射率層由Nb2O5構成；第二金屬氧化物層，厚度為10nm～12nm，所述第二金屬氧化物層由ZnO:Sn構成；第二銀合金層，厚度為17nm～19nm，所述第二銀合金層由98％的Ag，2％的Pd構成；第二阻隔層，厚度為1nm～1.2nm，所述第二阻隔層由NiCr構成；第三高折射率層，厚度為25nm～37nm，折射率為2.06，所述第三高折射率層由Si3N4構成。
優選地，所述第一金屬氧化物層的厚度小於等於所述第一銀合金層的厚度的2/3；所述第二金屬氧化物層的厚度小於等於所述第二銀合金層的厚度的2/3。
優選地，所述第一阻隔層的厚度小於等於所述第一銀合金層的厚度的1/5；所述第二阻隔層的厚度小於等於所述第二銀合金層的厚度的1/5。
優選地，所述柔性透明PET基材層的厚度為23微米；所述第一高折射率層的厚度為32nm；所述第一金屬氧化物層的厚度為8nm；所述第一銀合金層的厚度為16nm；所述第一阻隔層的厚度為0.9nm；所述第二高折射率層的厚度為71nm；所述第二金屬氧化物層的厚度為11nm；所述第二銀合金層厚度為18nm；所述第二阻隔層的厚度為1.1nm；所述第三高折射率層的厚度為36nm。
優選地，所述靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜在可見光範圍的透光率為68.3％、在波長為780nm～2500nm的紅外光範圍的透光率為9.8％、在波長為950nm波長處的紅外阻隔率為94.2％、在波長為1400nm波長處的紅外阻隔率為99.1％。
本發明還提供了一種上述靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜的製備方法，包括如下步驟：
(1)提供柔性透明PET膜作為所述柔性透明PET基材層；
(2)通過雙旋轉陰極、中頻反應磁控濺射的方式在所述柔性透明PET基材層上沉積所述第一高折射率層；
(3)通過單旋轉陰極、直流反應磁控濺射的方式在所述第一高折射率層上沉積所述第一金屬氧化物層；
(4)通過單平面陰極、直流反應磁控濺射的方式在所述第一金屬氧化物層上沉積所述第一銀合金層；
(5)通過單平面陰極、直流反應磁控濺射的方式在所述第一銀合金層上沉積所述第一阻隔層；
(6)通過雙旋轉陰極、中頻反應磁控濺射的方式在所述第一阻隔層上沉積所述第二高折射率層；
(7)通過單旋轉陰極、直流反應磁控濺射的方式在所述第二高折射率層上沉積所述第二金屬氧化物層；
(8)通過單平面陰極、直流反應磁控濺射的方式在所述第二金屬氧化物層上沉積所述第二銀合金層；
(9)通過單平面陰極、直流反應磁控濺射的方式在所述第二銀合金層上沉積所述第二阻隔層；
(10)通過雙旋轉陰極、中頻反應磁控濺射的方式在所述第二阻隔層上沉積所述第三高折射率層。
優選地，在磁控濺射沉積鍍膜時，所有腔室內的溫度分別恆定在-15℃～15℃。
優選地，所述步驟(2)、步驟(3)、步驟(6)、步驟(7)、步驟(10)均包括：相應腔室中通入體積比為10:1～100:1的氬氣和氧氣的混合氣體，設定濺射真空度10-6Torr，鍍膜穩定氣壓為10-3Torr；雙旋轉陰極、中頻反應磁控濺射功率為20Kw～50Kw；單旋轉陰極、直流反應磁控濺射功率為2Kw～5Kw。
優選地，所述步驟(4)、步驟(5)、步驟(8)、步驟(9)均包括：相應腔室中通入純度不小於99.99％的氬氣，設定濺射真空度10-6Torr，鍍膜穩定氣壓為10-3Torr；單平面陰極、直流反應磁控濺射功率為0.5Kw～8Kw。
優選地，所述步驟四中進一步包括，通過設置水平平行排列的UV掩膜的方式，在所述第一金屬氧化物層上形成水平方向平行排列的條紋狀的所述第一銀合金層。所述步驟八中進一步包括，通過設置水平平行排列的UV掩膜的方式，在所述第二金屬氧化物層上形成水平方向平行排列的條紋狀的所述第二銀合金層。所述第二銀合金層的水平方向平行排列的條紋與所述第一銀合金層的水平方向平行排列的條紋優選相互錯開布置。
本發明的有益效果
與現有的技術相比，本發明提供了一種具有9層鍍膜結構的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜結構完善，性能穩定，可以有效的克服現有技術的弊病，使銀合金層的功能得到有效的發揮，大幅降低紅外輻射率的同時保持較高的可見光透光率。本發明提供的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜製備方法工藝簡單，操作簡便，易於實現量產化。
本發明提供的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜，使用銀合金層取代傳統的銀層，具有較好的抗氧化性。
本發明提供的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜，使用氧化物層來為銀合金層作鋪墊；氧化物層可以促進銀合金膜的生長使其儘快長成連續的結構，這樣很薄的金屬層便可有很高的紅外反射率和較佳的可見光透過率。
本發明提供的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜，使用阻隔層來對銀合金層進行保護，確保了紅外光的反射率不會隨著使用時間的延長而降低，延長了窗膜的使用壽命，具有持久的高隔熱效果。
本發明提供的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜，通過9層膜層厚度的合理設計、鍍層材料本身的特性及光在膜層之間的幹涉，實現了可見光的高透過的同時阻隔紫外線和紅外線，並且改善其偏色效果，實現了靛藍色的膜面顏色。
總之，本發明的窗膜通過雙層銀合金層對紅外光的反射，與三層高折射層形成折射率匹配關係，並且通過厚度參數的配合，其顏色在太陽光下觀察為靛藍色，具有絕佳的視覺效果。同時，該靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜還具有優異的透光、隔熱以及抗氧化性能，使用壽命長，易於生產。
附圖說明
以下附圖僅旨在於對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中，
圖1顯示的是根據本發明的一個具體實施例的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜的層結構示意圖；
圖2顯示的是圖1所示靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜的透光率曲線圖；
圖3顯示的是圖1所示靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜的反射率曲線圖。
具體實施方式
為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本發明的具體實施方式。其中，相同的部件採用相同的標號。
如圖1所示的本發明的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜的層結構示意圖，膜層結構由內向外依次為：柔性透明PET基材層1，厚度為23微米～50微米，其可見光透光率≥89％，霧度≤1.5，優選厚度為23微米；第一高折射率層2，厚度為31nm～33nm，折射率為2.36，所述第一高折射率層2由Nb2O5構成，優選厚度為32nm；第一金屬氧化物層3，厚度為7nm～9nm，所述第一金屬氧化物層3由ZnO:Sn構成，優選厚度為8nm；第一銀合金層4，厚度為15nm～17nm，所述第一銀合金層4由99％的Ag，1％的Cu構成，優選厚度為16nm；第一阻隔層5，厚度為0.8nm～1nm，所述第一阻隔層5由NiCr構成，優選厚度為0.9nm；第二高折射率層6，厚度為70nm～72nm，折射率為2.36，所述第二高折射率層6由Nb2O5構成，優選厚度為71nm；第二金屬氧化物層7，厚度為10nm～12nm，所述第二金屬氧化物層7由ZnO:Sn構成，優選厚度為11nm；第二銀合金層8，厚度為17nm～19nm，所述第二銀合金層8由98％的Ag，2％的Pd構成，優選厚度為18nm；第二阻隔層9，厚度為1nm～1.2nm，所述第二阻隔層9由NiCr構成，優選厚度為1.1nm；第三高折射率層10，厚度為25nm～37nm，折射率為2.06，所述第三高折射率層10由Si3N4構成，優選厚度為36nm。
下面詳細說明本發明的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜的製備步驟：
(1)首先提供柔性透明PET膜作為所述柔性透明PET基材層1。在一個具體實施例中，為了獲得更優的透光率，可以選擇所述柔性透明PET基材層1的可見光透光率≥89％，霧度≤1.5。
(2)通過雙旋轉陰極、中頻反應磁控濺射的方式在該PET基材層1上沉積第一高折射率層2，優選所述第一高折射率層2的折射率為2.36。本發明通過磁控濺射的方式在PET膜上直接沉積第一高折射率層2，由於Nb2O5與PET膜之間具有良好的附著力，採用Nb2O5可以直接沉積在PET膜上，無需對PET膜進行額外的金屬鍍膜處理以提高附著力，從而可以減少層數提高透光性，同時如果採用金屬鍍膜處理，則會破壞本發明的窗膜的顏色，無法獲得期望的靛藍色。
(3)通過單旋轉陰極、直流反應磁控濺射的方式在該第一高折射率層2上沉積第一金屬氧化物層3。本發明的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜中採用了兩層ZnO:Sn層(錫摻雜的氧化鋅層)，參見步驟7。ZnO:Sn層的厚度很小，只有幾個納米，但是這幾個納米厚度的ZnO:Sn層可以促進後續銀合金層的生長使其儘快長成連續的緻密結構，因而顯著降低後續銀合金層的厚度，提高窗膜的透光性。同時緻密的銀合金層可以有效反射紅外線和紫外線，提高窗膜的隔熱性能。在一個優選實施例中，第一金屬氧化物層3的厚度小於等於後續第一銀合金層4的厚度的2/3，並且，第二金屬氧化物層7的厚度小於等於後續第二銀合金層8的厚度的2/3，即可獲得優選的透光性以及隔熱性能。
(4)通過單平面陰極、直流反應磁控濺射的方式在該第一金屬氧化物層3上沉積第一銀合金層4。優選所述銀合金層中包括99％的Ag，餘量為1％的Cu，可以相對純銀獲得更好的抗氧化性能以及防潮能力，當然，銀合金層的設置主要是用於對紅外線和紫外線進行反射以提供優異的隔熱性能。同時應當指出，由於銀合金層的厚度大於等於其下方的ZnO:Sn層的厚度的3/2，並且形成的銀合金層的緻密度較高，因而本發明的窗膜的顏色受到銀合金層的厚度的影響較大，當然，對於本發明的雙層銀合金層的設置來說，兩層銀合金層之間的間距以及三層高折射層的折射率匹配關係，也是獲得靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜的顏色的不可或缺的因素，後面對此詳細說明。
在一個優選實施例中，在步驟四中，可以通過設置水平平行排列的UV掩膜的方式，在第一金屬氧化物層3上沉積第一銀合金層4，然後將UV掩膜去掉，形成水平方向平行排列的條紋狀的第一銀合金層4。例如UV掩膜的形成方式可以為，在第一金屬氧化物層3噴塗一層UV膠，然後從水平排列的條紋格柵後面利用UV光照射UV膠，使受到照射的部分的UV膠固化，將未固化的UV膠去除，形成水平平行排列的UV掩膜。
水平方向平行排列的條紋狀的第一銀合金層4可以在縱向上形成不同的透光率和反射率，但是並不影響平行方向的視線，因而當使用者從窗玻璃內側靠近窗玻璃向外觀察的時候，使用者視線幾乎水平垂直於條紋方向，因而並不會影響向外的視線。而窗玻璃外側的人員進行觀察的時候，通常距離較遠，因而容易受到縱向上不同的透光率和反射率的影響，導致視線模糊、影像斑駁，從而可以防止偷窺。
(5)通過單平面陰極、直流反應磁控濺射的方式在該第一銀合金層4上沉積第一阻隔層5。第一阻隔層5用於對第一銀合金層4進行保護，避免第一銀合金層4氧化而透光以及反射性能降低，確保銀合金層的紅外光的反射率不會隨著使用時間的延長而降低，延長了窗膜的使用壽命，具有持久的高隔熱效果。在一個優選實施例中，第一阻隔層5的厚度小於等於其下方的第一銀合金層4的厚度的1/5，該厚度比例可以利用最小厚度的第一阻隔層5獲得需要的抗氧化性能，因而可以用最小的厚度獲得最優的隔熱效果，提高了窗膜的整體透光性能。
(6)通過雙旋轉陰極、中頻反應磁控濺射的方式在該第一阻隔層5上沉積第二高折射率層6，優選所述第二高折射率層6的折射率為2.36。本步驟的第二高折射率層6的厚度相對其它的高折射率層都要大，即對於本發明的雙層銀合金層的來說，兩層銀合金層之間設置大折射率的第二高折射率層6，可以利用更小的兩層銀合金層之間的間隔形成反射紅外線和紫外線的雙反射結構，因而可以降低第二高折射率層6的厚度，提高窗膜的整體透光性能。
(7)通過單旋轉陰極、直流反應磁控濺射的方式在該第二高折射率層6上沉積第二金屬氧化物層7。本步驟中沉積的第二金屬氧化物層7的厚度比前述步驟3中的第一金屬氧化物層3的厚度略大，用以通過較厚的外層的第二銀合金層8反射更多的紅外線和紫外線，能夠透過外層的第二銀合金層8已經減少，因而內層的第一銀合金層4可以設置得更薄一些，相應的第一金屬氧化物層3的厚度也可以變小。通過第一金屬氧化物層3和第二金屬氧化物層7的厚度匹配，可以提高窗膜的光學均勻性，但是最顯著的作用是可以對本發明的窗膜的色度進行調整，即，本發明的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜的靛藍色，主要由第一金屬氧化物層3和第二金屬氧化物層7以及其上的第一銀合金層4和第二銀合金層8的厚度比例關系所確定。這是本發明區別於其它技術的最優參數組合，現有技術尚無任何方案提供獲得靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜的參數組合原理，該參數組合是非顯而易見的，具備突出的實質性特點和顯著的進步。
(8)通過單平面陰極、直流反應磁控濺射的方式在該第二金屬氧化物層7上沉積第二銀合金層8。優選所述銀合金層中包括98％的Ag，餘量為2％的Pd。第二銀合金層8的設置形成了反射紅外線和紫外線的雙反射結構，降低了窗膜厚度，提高了透光性能，同時加強了隔熱性能。
類似的，如同步驟四中一樣，在一個優選實施例中，在步驟八的磁控濺射過程中，可以通過設置水平平行排列的UV掩膜的方式，在第二金屬氧化物層7上沉積第二銀合金層8，然後將UV掩膜去掉，形成水平方向平行排列的條紋狀的第二銀合金層8。形成UV掩膜的方式如前所述，不再重複。
然而，本步驟形成的第二銀合金層8的水平方向平行排列的條紋與第一銀合金層4的水平方向平行排列的條紋優選相互錯開布置，即，第二銀合金層8的條紋正對第一銀合金層4的條紋的間隙，第二銀合金層8的條紋的間隙正對第一銀合金層4的條紋。在另一個優選實施例中，可以設置條紋寬度與間隔寬度相同，這樣便於條紋掩膜的設置，同時也便於兩層條紋正好錯開布置，可以簡化工藝便於加工。
通過錯開布置的條紋將各自的間隙遮擋起來，可以避免隔熱和反射效果由於間隙的存在而降低。同時，錯開布置的條紋，使得靠近窗玻璃觀察的時候(1米以內)，其透光率和反射率幾乎是相同的，也就是從外向內以及從內向外幾乎察覺不到條紋的存在，而從1米以外觀察的時候，由於視線夾角的存在可以產生防偷窺的效果。同時，條紋狀的銀合金層降低了遮蔽範圍，提高了透光率，同時對於窗膜的功能以及顏色均勻性的影響卻相對很小。
(9)通過單平面陰極、直流反應磁控濺射的方式在該第二銀合金層8上沉積第二阻隔層9，用以對第二銀合金層8形成保護，防止氧化，確保銀合金層的紅外光的反射率不會隨著使用時間的延長而降低，延長了窗膜的使用壽命，具有持久的高隔熱效果。在一個優選實施例中第二阻隔層9的厚度小於等於其下方的第二銀合金層8的厚度的1/5，該厚度比例可以利用最小厚度的第二阻隔層9獲得需要的抗氧化性能，因而可以用最小的厚度獲得最優的隔熱效果，提高了窗膜的整體透光性能。
(10)通過雙旋轉陰極、中頻反應磁控濺射的方式在該第二阻隔層9上沉積第三高折射率層10，優選所述第三高折射率層10的折射率為2.36。最外側的第三高折射率層10選擇對陽光中的紅外光進行有效反射，進一步提高了窗膜的隔熱性能。同時，三層高折射率層的折射與兩層銀合金層反射光線的疊加，最終形成了本發明所需的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜。
其中，磁控濺射沉積鍍膜時，所有腔室內的溫度恆定，並且所有腔室內恆定溫度範圍為-15℃～15℃。
優選的，所述步驟(2)、步驟(3)、步驟(6)、步驟(7)、步驟(10)均包括：相應腔室中通入體積比為10:1～100:1的氬氣和氧氣的混合氣體，設定濺射真空度10-6Torr，鍍膜穩定氣壓為10-3Torr；雙旋轉陰極、中頻反應磁控濺射功率為20Kw～50Kw；單旋轉陰極、直流反應磁控濺射功率為2Kw～5Kw。
優選的，所述步驟(4)、步驟(5)、步驟(8)、步驟(9)均包括：相應腔室中通入純度不小於99.99％的氬氣，設定濺射真空度10-6Torr，鍍膜穩定氣壓為10-3Torr；單平面陰極、直流反應磁控濺射功率為0.5Kw～8Kw。
將本發明提供的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜置於太陽膜測試儀中測試，結果如圖2-3所示，其分別顯示的是圖1所示靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜的透光率曲線圖和反射率曲線圖，圖中表明，本發明提供的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜在可見光範圍的透光率為68.3％；在波長為780nm～2500nm的紅外光範圍的透光率為9.8％。另外，經過測試，本發明提供的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜在波長為950nm波長處的紅外阻隔率為94.2％；在波長為1400nm波長處的紅外阻隔率為99.1％，表明本發明提供的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜具有良好的光學性能和隔熱性能。
將本發明提供的這種靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜置於分光光度計中測試其顏色。透過色、反射色的顏色是按CIELAB顏色空間指標體系進行表徵，其中L*代表亮度，數值大表示亮，數值小表示暗；a*代表紅綠度，其中a*負代表綠，數值越大表示越綠，a*正代表紅，數值越大表示越紅；b*代表黃藍度，其中b*負代表藍，數值越大表示越藍，b*正代表黃，數值越大表示越黃。透過色是從汽車內、建築物內透過貼膜後的玻璃看外界景物時能看到的顏色；反射色是從汽車外、建築物外透過貼膜後的玻璃看內部景物時能看到的顏色。經過測試，本發明提供的靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜在分光光度計中經過多點重複測試，其透過色的a*＝-1.88，b*＝1.17，反射色的a*＝4.69，b*＝-0.49，其顏色在太陽光下觀察為靛藍色，黑底上觀察無反紫、眩光現象，其反射光譜範圍為380nm～480nm，具有絕佳的視覺效果。
綜上所述，本發明的窗膜通過雙層銀合金層對紅外光的反射，與三層高折射層形成折射率匹配關係，並且通過厚度參數的配合，其顏色在太陽光下觀察為靛藍色，具有絕佳的視覺效果。同時，該靛藍色雙銀高隔熱節能窗膜還具有優異的透光、隔熱以及抗氧化性能，使用壽命長，易於生產和推廣使用。
本領域技術人員應當理解，雖然本發明是按照多個實施例的方式進行描述的，但是並非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案。說明書中如此敘述僅僅是為了清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體加以理解，並將各實施例中所涉及的技術方案看作是可以相互組合成不同實施例的方式來理解本發明的保護範圍。
以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結合，均應屬於本發明保護的範圍。