建筑膜材簡(jiǎn)介

膜結(jié)構(gòu)是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新型的大跨度空間結(jié)構(gòu)，它由具有優(yōu)良性能的織物(膜材)通過支撐構(gòu)件(如剛性梁、柱、柔性索)，或給膜內(nèi)空氣加壓以一定的方式組合并施加適當(dāng)?shù)某跏碱A(yù)張力而形成具有一定剛度的空間結(jié)構(gòu)形狀，從而承受一定外荷載的一種空間結(jié)構(gòu)形式。它的歷史可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期的人們利用樹木的纖維和獸皮建造的帳篷。

膜結(jié)構(gòu)是一種全新的建筑結(jié)構(gòu)形式，它集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工與材料科學(xué).計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體，具有很高技術(shù)含量。其曲面可以隨著建筑師的設(shè)計(jì)需要任意變化，結(jié)合整體環(huán)境，建筑出標(biāo)志性的形象工程。在陽(yáng)光的照射下，由膜覆蓋的建筑物內(nèi)部充滿自然漫射光，無(wú)強(qiáng)反差的著光面與陰影的區(qū)分，室內(nèi)的空間視覺環(huán)境開闊和諧。夜晚，建筑物內(nèi)的燈光透過屋蓋的膜照亮夜空，建筑物的體形顯現(xiàn)出夢(mèng)幻般的效果。

它的作用等同于傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)中的混凝土、鋼筋等材料。早期的膜結(jié)構(gòu)由于膜材開發(fā)的緩慢，一直處于停滯狀態(tài)。直到現(xiàn)代，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料的出現(xiàn)，特別是20世紀(jì)七十年代后，美國(guó)杜邦公司開發(fā)出以聚四氟乙烯為涂層(PTEF)的玻璃纖維織物作為膜材，才引發(fā)了膜結(jié)構(gòu)在近幾十年的突飛猛進(jìn)的發(fā)展。1970年日本大阪萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)，由美國(guó)工程師David Geiger和H．Berger設(shè)計(jì)的美國(guó)館采用氣承式膜結(jié)構(gòu)，首次以聚氯乙稀(PVC)為涂層的玻璃纖維織物作為覆蓋材料，是第一個(gè)現(xiàn)代意義上的大跨度膜結(jié)構(gòu)。

PTFE建筑膜材的最大特點(diǎn)是：重量輕、強(qiáng)度高、防火難燃、自潔性好，不受紫外線影響、抗疲勞、 耐扭曲、耐老化、使用壽命長(zhǎng)。具有高透光率，熱吸收量很少。正是因?yàn)檫@種跨時(shí)代的膜材料的發(fā)明，使膜結(jié)構(gòu)建筑成為現(xiàn)代化的永久性建筑。

建筑膜材廣泛應(yīng)用于大型公共設(shè)施：體育場(chǎng)館的屋頂系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)大廳、展覽中心、站臺(tái)、景觀亭蓬等。除此之外，因?yàn)榻ㄖげ牡牡姆阑鹦院茫瑥?qiáng)度高，也被作為各大品牌建筑膜的基材部分，包括龍膜、量子、貝塔爾、陜西大師、3M等等。

建筑膜材自潔性能

PTFE膜材和經(jīng)過特殊表面處理的PVC膜材具有很好的自潔性能，雨水會(huì)在其表面聚成水珠流下，使膜材表面得到自然清洗。

建筑膜材光學(xué)性能

膜材料可濾除大部分紫外線，防止內(nèi)部物品褪色。其對(duì)自然光的透射率可達(dá)25%，透射光在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生均勻的漫射光，無(wú)陰影，無(wú)眩光，具有良好的顯色性，夜晚在周圍環(huán)境光和內(nèi)部照明的共同作用下，膜結(jié)構(gòu)表面發(fā)出自然柔和的光輝。

建筑膜材力學(xué)性能

中等強(qiáng)度的PVC膜：其厚度僅0．61mm，但它的拉伸強(qiáng)度相當(dāng)于鋼材的一半。中等強(qiáng)度的PTFE膜：其厚度僅0．8mm，但它的拉伸強(qiáng)度已達(dá)到鋼材的水平。膜材的彈性模量較低，這有利于膜材形成復(fù)雜的曲面造型。其極輕的自重很好的滿足了大跨建筑的要求，能在很大程度上降低大跨建筑的總造價(jià)。

建筑膜材聲學(xué)性能

一般膜結(jié)構(gòu)對(duì)于低于60Hz的低頻幾乎是透明的，對(duì)于有特殊吸音要求的結(jié)構(gòu)可以采用具有FABRASORB裝置的膜結(jié)構(gòu)，這種組合比玻璃具有更強(qiáng)的吸音效果。

建筑膜材防火性能

當(dāng)前廣泛使用的膜材料防火等級(jí)為Bl級(jí)，屬難燃材料。防火性能指標(biāo)達(dá)到法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、日本等多國(guó)防火標(biāo)準(zhǔn)。

建筑膜材保溫性能

單層膜材料的保溫性能與磚墻相同，優(yōu)于玻璃。同其它材料的建筑物一樣，膜建筑內(nèi)部也可以采用其它方式調(diào)節(jié)其內(nèi)部溫度。例如：內(nèi)部加掛保溫層，運(yùn)用空調(diào)采暖設(shè)備等。

建筑膜材使用壽命

當(dāng)前采用最多的法拉利膜材有近60年的使用歷史，通過了IS09002國(guó)際質(zhì)量體系認(rèn)證。在正常使用情況下，該種膜材使用壽命可達(dá)15年。

膜材一般由膜材的基質(zhì)及高分子聚合物組成，即高分子聚合物涂層與基材層按需要的厚度、寬度，通過特定的加工工藝粘合在一起的產(chǎn)物?；|(zhì)是高強(qiáng)度聚酯纖維，膜材的強(qiáng)度主要由這一層提供，涂層主要保證膜材的密實(shí)性；惰性材料涂層保證膜材的自潔性。

(1)聚合物又稱高聚物(Polymer)，即高分子聚合物，一般分子量高達(dá)幾萬(wàn)～幾百萬(wàn)(104～106)。合成聚合物的原料是單體，如乙烯單體，氯乙烯單體，丙烯單體等等，它們不斷重復(fù)鏈接，聚合成聚乙烯(PE)，聚氯乙烯(PVC)，聚丙烯(PP)等等。

(2)基材一般分為兩種：

①聚酯長(zhǎng)絲(滌綸PET)：滌綸的合成原料是乙二醇和對(duì)苯二甲酸。在這里引入苯環(huán)的目的是提高材料的熔點(diǎn)和剛度。滌綸的特點(diǎn)是：熔點(diǎn)高，在150～175℃以下的機(jī)械強(qiáng)度好，耐溶劑、耐腐蝕、耐磨、耐油膩，可多次洗滌，透水透氣性適宜。它是合成纖維中的第一大品種。若用丁二醇代替乙二醇，可制得熔點(diǎn)較低，較柔軟的滌綸聚酯。

②玻璃纖維：玻璃是一種非晶體，沒有固定的熔點(diǎn)。將玻璃加熱熔融并拉成絲，即成玻璃纖維。玻璃纖維的特點(diǎn)是：拉伸強(qiáng)度高，不僅超過各種天然纖維，也超過一般的合成纖維和鋼材的強(qiáng)度。但是，它的彈性模量較低，約為鋼的1/3，屬于脆性材料；具有良好的耐熱性，一般在300℃以下可保持性能不變；具有良好的電絕緣性。

膜材分類

當(dāng)前建筑膜材廣泛認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)是日本JISA-93所規(guī)定的A、B、C三類，是根據(jù)其防火性能的優(yōu)劣來(lái)劃分的。

A類

A類最好，以玻璃纖維織物為基材涂PTFE而成；

B類

B類次之，以玻璃纖維織物為基材涂PVC而成；

C類

C類是三類中最次的，以聚酯（滌綸）織物為基材涂PVC而成。按涂層材料分，有聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、橡膠等。

PTFE建筑膜材

PTFE膜材是在超細(xì)玻璃纖維織物上涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能，有優(yōu)良的抗紫外線、抗老化性能和阻燃性能。另外，其防污自潔性是所有建筑膜材中最好的，但柔韌性差，施工較困難，成本也十分驚人。在蓋格公司領(lǐng)導(dǎo)下，美國(guó)的杜邦公司、康寧玻纖公司、貝爾德建筑公司、化纖織布公司共同開發(fā)永久性膜材。其加工方法是把玻纖織物多次快速放入特氟隆熔體中，使織物兩面皆有均勻的特氟隆，使永久性的PTFE膜正式誕生。此后永久性膜結(jié)構(gòu)正式在美國(guó)風(fēng)行，許多學(xué)者對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究。20年后跟蹤檢測(cè)結(jié)果表明，這種膜材的力學(xué)性能與化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)只下降了20%~30%，顏色也幾乎沒變，膜的表層光滑，具有彈性，大氣中的灰塵、化學(xué)物質(zhì)微粒極難附著與滲透，經(jīng)雨水沖刷建筑膜可恢復(fù)其原有的清潔面層與透光性，這足以顯示出PTFE膜材的強(qiáng)大生命力和廣闊的市場(chǎng)前景。 當(dāng)前國(guó)外對(duì)這種膜材的開發(fā)和應(yīng)用比較成熟，生產(chǎn)廠家也很多，如德國(guó)Mehler公司、Verseidag公司，日本Taiyoko-gyo公司、中興化成工業(yè)株式會(huì)社、美國(guó)Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司等。

玻纖PVC建筑膜材

這種膜材開發(fā)和應(yīng)用得比較早，通常規(guī)定PVC涂層在玻璃纖維織物經(jīng)緯線交點(diǎn)上的厚度不能少于0.2mm，一般涂層不會(huì)太厚，達(dá)到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能，涂層時(shí)常常加入一些光、熱穩(wěn)定劑，淺色透明產(chǎn)品宜加一定量的紫外吸收劑，深色產(chǎn)品常加炭黑做穩(wěn)定劑。另外對(duì)PVC的表面處理還有很多方法，可在PVC上層壓一層極薄的金屬薄膜或噴射鋁霧，用云母或石英來(lái)防止表面發(fā)粘和沾污。

玻纖有機(jī)硅樹脂建筑膜材

有機(jī)硅樹脂具有優(yōu)異的耐高低溫、拒水、抗氧化等特點(diǎn)，該膜材具有高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，另外還具有良好的透光性。美國(guó)歐文斯克寧公司開發(fā)的Vestar膜材就采用這種樹脂對(duì)玻璃纖維布涂覆而制成的，如今這種膜材應(yīng)用的不多，生產(chǎn)廠家也較少。

玻纖合成橡膠建筑膜材

合成橡膠（如丁腈橡膠，氯丁橡膠）韌性好，對(duì)陽(yáng)光、臭氧、熱老化穩(wěn)定，具有突出的耐磨損性、耐化學(xué)性和阻燃性，可達(dá)到半透明狀態(tài)，但由于容易發(fā)黃，故一般用于深色涂層。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纖維織成的基布兩面貼上氟樹脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造價(jià)太高，一般的建筑考慮到成本和性能兩方面，很少選用這種膜材，當(dāng)前國(guó)外的生產(chǎn)廠家也不多。

ETFE建筑膜材

由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。ETFE不僅具有優(yōu)良的抗沖擊性能、電性能、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性，而且機(jī)械強(qiáng)度高，加工性能好。近幾年來(lái)，ETFE膜材的應(yīng)用在很多方面可以取代其他產(chǎn)品而表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)前景。這種膜材透光性特別好，號(hào)稱“軟玻璃”，質(zhì)量輕，只有同等大小玻璃的1%；韌性好、抗拉強(qiáng)度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，熔融溫度高達(dá)200℃；可有效的利用自然光，節(jié)約能源；良好的聲學(xué)性能。自清潔功能使表面不易沾污，且雨水沖刷即可帶走沾污的少量污物，清潔周期大約為5年。另外，ETFE膜可在現(xiàn)成預(yù)制成薄膜氣泡，方便施工和維修。ETFE也有不足，如外界環(huán)境容易損壞材料而造成漏氣，維護(hù)費(fèi)用高等，但是隨著大型體育館、游客場(chǎng)所、候機(jī)大廳等的建設(shè)，ETFE更突顯自己的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前生產(chǎn)這種膜材的公司很少，只有ASAHIGLASS（AGC）、日本旭硝子、德國(guó)科威爾等少數(shù)幾家公司可以提供ETFE膜材，這種膜材的研發(fā)和應(yīng)用在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家也不過十幾年的歷史。2100433B

SOLUS是美國(guó)TACONIC公司建材纖維織布部門(AFD)的一個(gè)建筑織布品牌。他屬于PTFE膜材料，SOLUS產(chǎn)品是在極細(xì)的玻璃纖維（3微米）編織成的基布上涂上PTFE（聚四氟乙烯）樹脂而形成的復(fù)合材料。 SOLUS具有的強(qiáng)度高、耐久性好、防火難燃、自潔性好，而且不受紫外光的影響，其使用壽命在年以上。

SOLES良好的太陽(yáng)光透光率和反射率，使其在膜結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

多層結(jié)構(gòu)的Solus建材織布具有下列特性:

外層涂層: 織布最外層涂有一FEP層。作用是增強(qiáng)抗?jié)B透性能,防霉菌,和提高可焊接性

PTFE 填充劑　每一張PTFE 填充劑 層包括了數(shù)道PTFE分散質(zhì)涂層。PTFE具有卓越的特性,譬如它能抵抗大都數(shù)強(qiáng)化學(xué)品,非常低的摩擦系數(shù),不沾,不燃,極好的絕緣性能,抵御老化,無(wú)毒,防UV, 防潮 … 這幾層PTFE涂層能使其免受周邊環(huán)境的影響而降低性能。在PTFE中添加不同的填充劑可以取得一些其他特性如增強(qiáng)耐磨性,透光度,和著色

基層涂層　基層涂層是合成結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分。它既是基層,又為接下來(lái)的玻璃織布上膠打下了基礎(chǔ)。基層涂層決定了涂層后產(chǎn)品的柔韌性。專門的配方可獲得一些特殊的性能

玻璃織布:　玻璃織布是合成材料的骨架, 它決定了涂層后產(chǎn)品的機(jī)械性能。玻璃織布有其特性:

抗張強(qiáng)度大:　玻璃纖維是紡織布料中最牢固的,它甚至比同一直徑的鋼絲有更高的抗張強(qiáng)度。

尺寸穩(wěn)定: 　加力后纖維延伸率低,通常小于3%。其玻璃纖維在各種條件下有極好的尺寸穩(wěn)定性。

耐高溫能力強(qiáng): 　雖然成本相對(duì)較低,但玻璃織布有杰出的耐熱性。在700°F (371°C)條件下能維持約50%的室溫下抗張強(qiáng)度; 在900°F (482°C)時(shí)還有約25%的室溫下抗張強(qiáng)度。玻璃纖維的軟化溫度是1555°F (846°C),溶點(diǎn)是2075°F(1121°C)。

防火性能好: 　玻纖織布是于無(wú)機(jī)材料合成的,所以本身不燃燒。當(dāng)大家關(guān)注材料燃燒性時(shí),玻璃織布是理所當(dāng)然的選擇。

抵抗其它化學(xué)品的作用: 同玻璃本身一樣,玻璃纖維具有極強(qiáng)的抗化學(xué)物質(zhì)侵襲的能力。 　經(jīng)久耐用: 因其表面完全惰性化,玻璃織布不受日照,霉菌和細(xì)菌的攻擊。

PTFE膜材已經(jīng)廣泛應(yīng)用在大型公共設(shè)施：體育場(chǎng)館的屋頂系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)大廳、展覽中心、站臺(tái)等。

膜材的最大特點(diǎn)是：重量輕、強(qiáng)度高、防火難燃、自潔性好，不受紫外線影響、抗疲勞、

耐扭曲、耐老化、使用壽命長(zhǎng)。具有高透光率，熱吸收量很少。正是因?yàn)檫@種跨時(shí)代的膜材料的發(fā)明，使膜結(jié)構(gòu)建筑成為現(xiàn)代化的永久性建筑

建筑膜材廣泛應(yīng)用于大型公共設(shè)施：體育場(chǎng)館的屋頂系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)大廳、展覽中心、站臺(tái)、景觀亭蓬等。

建筑膜材的種類和規(guī)格：