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【养护用品】从光谱特征分析看汽车隔热防爆膜的光学性能(上)

修车帮2019-01-01 00:41:06


近年来,随着汽车经济在中国的快速增长,越来越多的个人与家庭拥有了自己的私家车。同时,汽车隔热防爆膜作为改善汽车驾乘环境、增强行车安全以及降低汽车能耗的代表产品,逐渐被广大车主所接受。如今,给自己的爱车贴膜已成为大部分车主的自主选择。汽车隔热防爆膜市场前景看好,发展快速,但是面对市场上种类繁多,良莠不齐的各种隔热防爆膜产品,消费者应如何区分和选择呢?

本文将选择市场上几种具有代表性的汽车隔热防爆膜产品系列,通过分析其光谱特性的方式来评估其光学性能,希望对车主和贴膜技术人员具有参考价值。

1.太阳光能谱
我们知道,太阳是地球上能量的主要来源,从3种传热机理(传导、对流和辐射)的角度分析,太阳能是通过辐射的方式传送给地球的,而这种辐射具体来讲是以电磁波辐射的形式给地球带来光和热。电磁波的范围很广,但由于地球大气层的存在,能真正穿透大气层到达地球表面的太阳电磁波的波长范围是250~2 500 nm。根据波长范围和频率,分为紫外线、可见光和红外线。

(1)紫外线
紫外线实质是紫外光谱,科学上定义其范围是10~380 nm波长的电磁波。波长在10~200 nm称为远紫外区,这种波长能够被空气中的N2、O2、CO2和水蒸气所吸收,因此只能存在于真空中,与现实生活的相关性不大。波长在200~380 nm称为近紫外区,一般的紫外光谱是指这一区域的吸收光谱。根据国际通用标准ISO9050-2003的说明,玻璃及贴膜的紫外线测试选择300~380 nm的波长范围。

紫外线的特性是其比较容易引发化学反应,有利方面是日常生产中有许多利用紫外线固化的应用,生活中用紫外线验钞、杀菌等;有害方面是紫外线会导致人皮肤过敏、晒伤,以及车内饰件的老化、变色等缺陷的产生。紫外光的辐射能约占太阳光总辐射能的3%。

(2)可见光
可见光范围的界定依据是人眼识别(感知)太阳光的范围。当然,以单一个体来说,每个人能看到的可见光范围并非完全相同,因此玻璃贴膜的可见光测试范围定义为波长380~780 nm的太阳光。可见光的辐射能约占太阳光总辐射能的44%。

玻璃贴膜关于可见光部分的性能,除了关注其透过率之外,膜本身对可见光的反射率也很重要,特别是内反射特性。可见光内反射率高的膜,比较容易在车内玻璃表面形成车内环境及物品的镜面映射,最终影响行车安全。

(3)红外线
红外线的定义是介于微波与可见光之间的电磁波,由于任何高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线,所以其波长范围很广,一般将波长在780 ~1 000 nm定义为红外线。但太阳光中辐射到地球的红外线部分主要是近红外线,也就是波长范围在780~2 500 nm的电磁波,这个也是玻璃及贴膜的红外线测试选择的范围。

红外线显著的特征是其热效应,简单讲就是相比紫外光和可见光,红外线更容易被吸收,由光能(电磁能)转化成热能。红外线的辐射能约占太阳光总辐射能的53%。因为其热效应和在太阳光里的高辐射能比重,玻璃贴膜的隔热能力主要源于其对红外线的隔绝能力。

2.汽车隔热防爆膜产品的光学性能
了解完太阳光中3种光的特性后,基于汽车本身及驾乘人员的需求分析,我们不难推测,汽车隔热防爆膜应该具备以下光学性能。

(1)隔绝紫外线(最好是100%隔绝)。

(2)隔绝红外线(最好是100%隔绝)。

(3)可供选择的、合适的可见光穿透率以及低反光率。

其实以上性能,也是一款终极汽车隔热膜的光学性能,或者说是目前汽车隔热膜光学性能的研究发展方向。

3.汽车隔热防爆膜的类型
目前市场上流通的汽车隔热防爆膜种类繁多,分类方法各异。从技术发展及应用本质两方面来归纳,实际是采用光功能材料,对太阳光中各波段的光辐射强度按照汽车本身及驾乘人员要求进行智能调节。所以本文依照与膜中的光功能材料相关的技术差异来进行分类,主要有染色膜、陶瓷膜、金属膜和多层微复制光学膜。

(1)染色膜
染色膜是将有机颜料或无机颜料通过浸染或本体加注的方法对聚酯膜材料上色,依靠颜料本身的光学性能来达到调整和控制光辐射强度的目的。常见的有机染料包括菁类、硫代双烯类、芳甲烷类、偶氮类以及醌型等。无机染料包括金属微粒和无机化合物等。染色膜主要通过吸收的方式来隔绝太阳光。

(2)陶瓷膜
  陶瓷膜中的光功能材料主要是金属氧化物,应用于隔热防爆膜领域比较典型的是纳米级的氧化铟锡(ITO)、氧化锡锑(ATO)等材料,新兴材料主要有氮化钛(TiNx)等。由于ITO与ATO是一种自由电子气模材料,表现出类金属性,其实质是半导体材料,因此其光控性能与金属相比有其特殊的地方。例如,ITO薄膜对紫外光区以及近红外区的光线反射率很高,但在可见光区的透过率却非常好。陶瓷膜可以归类为半导体膜,其生产可以通过涂布法、物理气相沉淀法以及化学气相沉淀法等工艺进行。陶瓷膜主要通过反射的方式来隔绝太阳光。

(3)金属膜
金属膜中的光功能材料主要是金属,一般具有很高电导率的金属都对电磁波有良好的反射特性。因此,铝、镍甚至是昂贵的金、银等金属作为汽车隔热防爆膜的镀膜材料被广泛应用,生产主要是采用真空蒸发镀膜和磁控溅射的工艺。金属膜隔绝太阳光的方式主要是反射。

(4)多层微复制光学膜
多层微复制光学膜本质是全介质高反射膜的一种,基本结构是由光疏介质(高透射率)和光密介质(低透射率)的材料交替的合成,膜厚控制为要反射的入射光波长的四分之一。由于不同波段的光在不同透射率的介质界面上会发生折射或反射,理论上讲,全介质膜堆场的膜层数足够多时,可以对入射光实现接近100%反射率。多层微复制光学膜就是利用这个原理实现光控目的,隔绝太阳光的方式主要是反射。