一种汽车贴膜及其制备方法
技术领域
本发明属于光学薄膜领域,具体涉及用于汽车窗户玻璃的隔热抗紫外线汽车贴膜及制备方法。
背景技术
汽车贴膜能阻隔阳光辐射、减少紫外线对人体的伤害,减缓屋内、车内设施老化,改善驾乘人员的乘车环境,美观汽车表面,降低汽车内空气的温度,达到降低汽车油耗的目的。太阳光中紫外线包括UVC(200-280nm)、UVB(280-320nm)、UVA(315-340nm)、UVA+。除了UVC被臭氧层吸收不能到达地球表面外,其他都能使人体皮肤黑色素沉积,颜色加深,过度的紫外线曝晒会导致皮肤癌,可导致地毯、窗帘、织物及家具油漆褪色。可见光谱带位于波长380~780nm之间,是电磁波谱中人眼可以感知的部分,根据波长的不同,人体可以感知到不同的颜色(即赤橙黄绿蓝靛紫七色),对人体没有直接伤害。红外光谱带位于波长700~2400nm之间,红外线引起的热辐射对皮肤的穿透力超过紫外线。其辐射量的25%~65%能到达表皮和真皮,8%~17%能到达皮下组织。红外线通过其热辐射效应能使皮肤温度升高,毛细血管扩张、充血,增加表皮水分蒸发等对皮肤造成的不良影响。在太阳光中,远近红外线占了总体的53%,紫外线占3%,可见光占44%。
由于人们肉眼能直接观察到的光谱波长范围在400~700nm左右,而热量主要集中在波长700nm以上的红外线,紫外线对人和物的伤害也很大,因此,为了在实用的基础上保护车内的人和物,汽车贴膜必须具有高可见光透射率,有效阻隔绝大多数的紫外线和红外线这两个最基础的特点。
当光射向两种透明介质的界面时,同时发生反射和透射,光的能量也会随之发生损失。为了减少光的反射,利用光的干涉相消的原理,可以镀上一层增透膜;反之,为增加光的反射,可以镀上一层高反膜,具体的物理原理如图1所示,膜的厚度为h,折射率为n,膜上方空气的折射率n
1=1,下方PET的折射率n
2,当满足n
1<n<n
2时,膜的上下两面都有附加的
的光程差,所以抵消了,这时光程差为ΔL=2nh。要满足对波长λ的反射光干涉相消,膜层厚度的最小值满足
即
这时反射光将减弱,透射光光强增强。此外,当折射率满足n
1<n>n
2时,膜的上下两面反射光存在半波损失,即光程差
要满足反射光干涉相长,膜层的最小值满足
即
时,反射光干涉加强,即透射光减弱,这时将对光起到高反射的效果。
然而,市场常用的汽车贴膜较多为塑料薄膜,这类塑料薄膜的透光性和对红外光、紫外光的反射有一定限制,隔热效果也有待进一步提高。
发明内容
为了解决现有技术中汽车贴膜的隔热和抗紫外线效果较差的问题,本发明提供了一种有效提高防晒、隔热和防紫外线效果的汽车贴膜及其制备方法,从而改善汽车内的环境,节能并保护皮肤的目的。
本发明选择了特定的镀膜材料Al、CaCO3、ITO和Si3N4,设计了特定的薄膜厚度和位置,对太阳光中紫外光、红外光起到高反射的效果,而对可见光起到增透的效果,从而达到汽车贴膜隔热、保护内饰件的目的。
本发明的技术方案通过如下方式实现:
一种汽车贴膜,其特征在于,包括依次叠加的第一反射层、第二反射层、第三反射层、第四反射层和第五反射层,所述第一反射层为Al薄膜或CaCO3薄膜,第二反射层和第四反射层为PET薄膜,第三反射层和第五反射层为相同材料的薄膜,选自Si3N4薄膜和ITO薄膜中的一种。
优选地,所述第一反射层的厚度为65-138nm,所述第二反射层和第四反射层为45-55μm,所述第三反射层的厚度为25-54nm,所述第五反射层的厚度为87-323nm。
优选地,所述第一反射层的厚度为91nm,所述第二反射层和第四反射层为50μm,所述第三反射层的厚度为48nm,所述第五反射层的厚度为135nm。
优选地,所述第一反射层的厚度为95nm,所述第二反射层和第四反射层为50μm,所述第三反射层的厚度为37nm,所述第五反射层的厚度为185nm。
优选地,所述第一反射层为Al薄膜,第二反射层和第四反射层为PET薄膜,第三反射层和第五反射层为ITO薄膜。
优选地,所述第一反射层为CaCO3薄膜,第二反射层和第四反射层为PET薄膜,第三反射层和第五反射层为Si3N4薄膜。
本发明中的各反射层材料的折射率如表1所示:
表1
材料 |
空气 |
Al |
ITO |
CaCO<sub>3</sub> |
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> |
PET |
折射率 |
1.000 |
1.373 |
1.858 |
1.529 |
2.023 |
1.655 |
通过第一反射层实现对可见光的高透过率,且第一反射层的厚度控制65-138nm内,避免反射层过厚,影响汽车内的采光效果;通过第二反射层和第三反射层实现对紫外光的高反射,第四反射层和第五反射层实现对红外光的高反射,以避免红外线和紫外线对汽车内人和物的伤害。在不影响可见过透过的同时,又可以有效抵挡紫外线和红外线,通过物理反光,降低车内温度,减少汽车空调的使用,从而降低油耗。
本发明的另一个目的在于提供一种所述的汽车贴膜的制备方法,采用磁控溅射方法制备而成,包括如下步骤:
(1)清洗PET衬底;
(2)安装溅射靶材以及上述清洗后的PET衬底;设定溅射功率、溅射Ar气流量及溅射气压;
(3)将PET衬底旋转到第一靶位,打开第一靶位的射频电源,在PET衬底上磁控溅射第一反射层;
(4)第一反射层溅射完成后,将另一PET衬底旋转到第二靶位,在所述另一PET衬底上磁控溅射第五反射层,
(5)将步骤(3)中所述PET衬底的未溅射面旋转到第二靶位,进行磁控溅射第三反射层;
(6)将步骤(5)中所述PET衬底上的第三反射层的一面与步骤(4)中所述另一PET衬底的未溅射的一面叠在一起,得到所述的汽车贴膜。
将两个PET衬底通过静电作用结合在一起,结合力强,结构稳定,同时,省去了一步磁控溅射的过程,操作方便,节省资源。
优选地,步骤(2)中所述溅射功率为95-105W;所述Ar气中Ar的体积百分比>99.999%,气体流量为45-85SCCM,溅射气压为0.45-0.75Pa。
优选地,步骤(3)中所述第一靶位的靶材的材质为Al或CaCO3,纯度在99.999%以上,本底真空度不大于5×10-4Pa。
优选地,步骤(4)和步骤(5)中所述第二靶位的靶材为In2O3/SnO2靶材或Si3N4靶材,纯度在99.999%以上,本底真空度不大于5×10-4Pa,所述In2O3/SnO2靶材中In2O3和SnO2的质量比为1:9。
本发明的有益效果:
1、本发明的第一反射层为Al和CaCO3,实现了对可见光的高透过率,厚度控制在65-138nm内,避免反射层过厚,影响汽车内的采光效果,而对可见光起到增透的效果。
2、第三反射层选自ITO或Si3N4材料,结合第二反射层PET薄膜实现对紫外光的高反射,第四反射层与第三反射层的材料相同,同时要求第五反射层厚度比第三反射层有一定的厚度差(50-135nm)才能实现对红外光(波长:700~2400nm)的高反射,达到汽车贴膜隔热、降低车内温度,保护车内饰件的目的。
3、本发明制备的汽车贴膜达到了对可见光92%以上的透过率,对紫外光的透过率降低到了8-11%,对红外光的透过率降低到50%左右。
4、本发明所用材料价格低廉,步骤简便,工艺简单,有利用工业化生产。
附图说明
图1为增透膜与高反膜的光学示意图。
图2为本发明的实施例1制备的汽车贴膜结构示意图。
图3A为实施例1制备的汽车贴膜和对比例1制备的汽车贴膜对可见光的透过率曲线。
图3B为实施例1制备的汽车贴膜和对比例1制备的汽车贴膜对紫外光的透过率曲线。
图3C为实施例1制备的汽车贴膜和对比例1制备的汽车贴膜对红外光的透过率曲线。
图4A为实施例2制备的汽车贴膜和对比例1制备的汽车贴膜对可见光的透过率曲线。
图4B为实施例2制备的汽车贴膜和对比例1制备的汽车贴膜对紫外光的透过率曲线。
图4C为实施例2制备的汽车贴膜和对比例1制备的汽车贴膜对红外光的透过率曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明,应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
如图2所示,一种Al/PET/ITO/PET/ITO的汽车贴膜,包括依次叠加的第一反射层1、第二反射层2、第三反射层3、第四反射层4和第五反射层5,所述第一反射层1为Al薄膜,第二反射层2和第四反射层4为PET薄膜,第三反射层3和第五反射层5为ITO薄膜。
所述第一反射层1的厚度为91nm,所述第二反射层2和第四反射层4为50μm,所述第三反射层3的厚度为48nm,所述第五反射层5的厚度为135nm。
制备上述汽车贴膜的方法,包括如下步骤:
(1)清洗PET衬底,清洗表面、背面,去除灰尘颗粒、有机和无机杂质;
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟,去离子水冲洗;
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟,去离子水冲洗,高纯N2吹干表面和背面;
c)在120℃烘箱内烘干水汽,约20分钟。
(2)采用磁控溅射方法制备汽车贴膜前准备:
a)装好Al和ITO溅射靶材,靶材的纯度均达到99.999%(原子百分比),并将本底真空抽至5×10-4Pa;
b)设定溅射功率为100W;
c)使用高纯Ar作为溅射气体(体积百分比达到99.999%),设定Ar气流量为50SCCM,并将溅射气压调节至0.5Pa。
(3)采用磁控交替溅射方法制备汽车贴膜:
a)将空基托旋转到Al靶位,打开Al靶上的射频电源,依照设定的溅射时间200s,开始对Al靶材表面进行溅射,清洁Al靶位表面;
b)Al靶位表面清洁完成后,关闭Al靶位上所施加的射频电源,将空基托旋转到ITO靶位,开启ITO靶上的射频电源,依照设定的溅射时间200s,开始对ITO靶材表面进行溅射,清洁ITO靶位表面;
c)ITO靶位表面清洁完成后,将待溅射的第二反射层2(PET衬底)旋转到Al靶位,打开Al靶位上的射频电源,依照设定的溅射时间455s,开始溅射第一反射层1(Al薄膜);
d)Al薄膜溅射完成后,关闭Al靶上所施加的射频电源,将第四反射层4(另一PET衬底)旋转到ITO靶位,开启ITO靶位射频电源,依照设定的溅射时间1620s,开始溅射第五反射层(ITO薄膜);
e)上述步骤完成后,更换地而反射层2(PET衬底)的另一面作为溅射面,将其旋转到ITO靶位,开启ITO靶位射频电源,依照设定的溅射时间576s,开始溅射第三反射层3(ITO薄膜);
f)将第三反射层3(ITO薄膜)的一面与第四反射层4(PET未镀膜的一面)叠在一起,即得到本发明的Al/PET/ITO/PET/ITO的汽车贴膜。
其中,Al靶材的溅射速率为5s/nm,ITO靶材的溅射速率为12s/nm,ITO靶材为In2O3和SnO2的质量比为1:9的In2O3/SnO2靶材。
实施例2
一种CaCO3/PET/Si3N4/PET/Si3N4的汽车贴膜,包括依次叠加的第一反射层1、第二反射层2、第三反射层3、第四反射层4和第五反射层5,所述第一反射层1为CaCO3薄膜,第二反射层2和第四反射层4为PET薄膜,第三反射层3和第五反射层5为Si3N4薄膜。
所述第一反射层1的厚度为95nm,所述第二反射层2和第四反射层4为50μm,所述第三反射层3的厚度为37nm,所述第五反射层5的厚度为185nm。
制备上述汽车贴膜的方法,包括如下步骤:
(1)清洗PET衬底,清洗表面、背面,去除灰尘颗粒、有机和无机杂质;
a)在丙酮溶液中强超声清洗5-10分钟,去离子水冲洗;
b)在乙醇溶液中强超声清洗10-15分钟,去离子水冲洗,高纯N2吹干表面和背面;
c)在120℃烘箱内烘干水汽,约30分钟。
(2)采用磁控溅射方法制备汽车贴膜前准备:
a)装好CaCO3和Si3N4溅射靶材,靶材的纯度均达到99.999%(原子百分比),并将本底真空抽至5×10-4Pa;
b)设定溅射功率为100W;
c)使用高纯Ar作为溅射气体(体积百分比达到99.999%),设定Ar气流量为70SCCM,并将溅射气压调节至0.6Pa。
(3)采用磁控交替溅射方法制备汽车贴膜:
a)将空基托旋转到CaCO3靶位,打开CaCO3靶上的射频电源,依照设定的溅射时间300s,开始对CaCO3靶材表面进行溅射,清洁Al靶位表面;
b)CaCO3靶位表面清洁完成后,关闭CaCO3靶位上所施加的射频电源,将空基托旋转到Si3N4靶位,开启Si3N4靶上的射频电源,依照设定的溅射时间300s,开始对Si3N4靶材表面进行溅射,清洁Si3N4靶位表面;
c)Si3N4靶位表面清洁完成后,将待溅射的第二反射层2(PET衬底)旋转到CaCO3靶位,打开CaCO3靶位上的射频电源,依照设定的溅射时间2375s,开始溅射第一反射层1(CaCO3薄膜);
d)CaCO3薄膜溅射完成后,关闭CaCO3靶上所施加的射频电源,将第四反射层4(另一PET衬底)旋转到Si3N4靶位,开启Si3N4靶位射频电源,依照设定的溅射时间1295s,开始溅射第五反射层(Si3N4薄膜);
e)上述步骤完成后,更换地而反射层2(PET衬底)的另一面作为溅射面,将其旋转到Si3N4靶位,开启Si3N4靶位射频电源,依照设定的溅射时间6475s,开始溅射第三反射层3(Si3N4薄膜);
f)将第三反射层3(Si3N4薄膜)的一面与第四反射层4(PET未镀膜的一面)叠在一起,即得到本发明的CaCO3/PET/Si3N4PET/Si3N4的汽车贴膜。
其中,CaCO3靶材的溅射速率为25s/nm,Si3N4靶材的溅射速率为35s/nm。
对比例1
将实施例1中步骤(1)处理后的两层PET衬底直接叠合在一起得到的汽车贴膜。
将实施例1制备的Al/PET/ITO/PET/ITO的汽车贴膜与对比例1制备的汽车贴膜,分别用于对可见光(波长~500nm,图3A)、紫外光(波长~360nm,图3B)、红外光(波长~1000nm,图3C)的光透射率测试,结果如图3A、3B和3C所示,可以看出,可见光的透射率从对比例1汽车贴膜的62%升高至实施例1汽车贴膜的92%,紫外光的透射率从对比例1汽车贴膜的68%降至实施例1汽车贴膜的11%,红外线的透射率从对比例1汽车贴膜的79%降至实施例1汽车贴膜的68%。可见,本发明的汽车贴膜具有较好的隔热、防紫外线和防红外线等功效。
若将实施例1中的第五反射层的“ITO薄膜”替换为“Si3N4薄膜”,得到的Al/PET/ITO/PET/Si3N4汽车贴膜,经过对可见光、红外光和紫外光的测试,结果表明,该Al/PET/ITO/PET/Si3N4汽车贴膜对紫外光的反射效果较Al/PET/ITO/PET/ITO的汽车贴膜差较多。
将实施例2制备的CaCO3/PET/Si3N4PET/Si3N4的汽车贴膜与对比例1制备的汽车贴膜,分别用于对可见光(波长~580nm,图4A)、紫外光(波长~300nm,图4B)、红外光(波长~1500nm,图4C)的光透射率测试,结果如图4A、4B和4C所示,可以看出,可见光的透射率从对比例1汽车贴膜的66%升高至实施例1汽车贴膜的97%,紫外光的透射率从对比例1汽车贴膜的66%降至实施例1汽车贴膜的8%,红外线的透射率从对比例1汽车贴膜的79%降至实施例1汽车贴膜的54%。可见,本发明的汽车贴膜具有较好的隔热、防紫外线和防红外线等功效。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并非对本发明任何形式上和实质上的限制,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明方法的前提下,还将可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变,均仍属于本发明的技术方案的范围内。