建筑膜材組成

膜結構是近幾十年發(fā)展起來的一種新型的大跨度空間結構，它由具有優(yōu)良性能的織物(膜材)通過支撐構件(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?shù)某跏碱A張力而形成具有一定剛度的空間結構形狀，從而承受一定外荷載的一種空間結構形式。它的歷史可以追溯到遠古時期的人們利用樹木的纖維和獸皮建造的帳篷。

膜結構是一種全新的建筑結構形式，它集建筑學、結構力學、精細化工與材料科學.計算機技術等為一體，具有很高技術含量。其曲面可以隨著建筑師的設計需要任意變化，結合整體環(huán)境，建筑出標志性的形象工程。在陽光的照射下，由膜覆蓋的建筑物內(nèi)部充滿自然漫射光，無強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)出夢幻般的效果。

它的作用等同于傳統(tǒng)的剛性結構中的混凝土、鋼筋等材料。早期的膜結構由于膜材開發(fā)的緩慢，一直處于停滯狀態(tài)。直到現(xiàn)代，由于科學技術的發(fā)展，新材料的出現(xiàn)，特別是20世紀七十年代后，美國杜邦公司開發(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)了膜結構在近幾十年的突飛猛進的發(fā)展。1970年日本大阪萬國博覽會，由美國工程師David Geiger和H．Berger設計的美國館采用氣承式膜結構，首次以聚氯乙稀(PVC)為涂層的玻璃纖維織物作為覆蓋材料，是第一個現(xiàn)代意義上的大跨度膜結構。

PTFE建筑膜材的最大特點是：重量輕、強度高、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。具有高透光率，熱吸收量很少。正是因為這種跨時代的膜材料的發(fā)明，使膜結構建筑成為現(xiàn)代化的永久性建筑。

建筑膜材廣泛應用于大型公共設施：體育場館的屋頂系統(tǒng)、機場大廳、展覽中心、站臺、景觀亭蓬等。除此之外，因為建筑膜材的的防火性好，強度高，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。其對自然光的透射率可達25%，透射光在結構內(nèi)部產(chǎn)生均勻的漫射光，無陰影，無眩光，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，膜結構表面發(fā)出自然柔和的光輝。

建筑膜材力學性能

中等強度的PVC膜：其厚度僅0．61mm，但它的拉伸強度相當于鋼材的一半。中等強度的PTFE膜：其厚度僅0．8mm，但它的拉伸強度已達到鋼材的水平。膜材的彈性模量較低，這有利于膜材形成復雜的曲面造型。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。

建筑膜材聲學性能

一般膜結構對于低于60Hz的低頻幾乎是透明的，對于有特殊吸音要求的結構可以采用具有FABRASORB裝置的膜結構，這種組合比玻璃具有更強的吸音效果。

建筑膜材防火性能

當前廣泛使用的膜材料防火等級為Bl級，屬難燃材料。防火性能指標達到法國、德國、美國、日本等多國防火標準。

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，運用空調(diào)采暖設備等。

建筑膜材使用壽命

當前采用最多的法拉利膜材有近60年的使用歷史，通過了IS09002國際質(zhì)量體系認證。在正常使用情況下，該種膜材使用壽命可達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)是高強度聚酯纖維，膜材的強度主要由這一層提供，涂層主要保證膜材的密實性；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，一般分子量高達幾萬～幾百萬(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聚酯長絲(滌綸PET)：滌綸的合成原料是乙二醇和對苯二甲酸。在這里引入苯環(huán)的目的是提高材料的熔點和剛度。滌綸的特點是：熔點高，在150～175℃以下的機械強度好，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。將玻璃加熱熔融并拉成絲，即成玻璃纖維。玻璃纖維的特點是：拉伸強度高，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

當前建筑膜材廣泛認可的標準是日本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。在蓋格公司領導下，美國的杜邦公司、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。此后永久性膜結構正式在美國風行，許多學者對膜結構進行了深入的研究。20年后跟蹤檢測結果表明，這種膜材的力學性能與化學穩(wěn)定性指標只下降了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、化學物質(zhì)微粒極難附著與滲透，經(jīng)雨水沖刷建筑膜可恢復其原有的清潔面層與透光性，這足以顯示出PTFE膜材的強大生命力和廣闊的市場前景。 當前國外對這種膜材的開發(fā)和應用比較成熟，生產(chǎn)廠家也很多，如德國Mehler公司、Verseidag公司，日本Taiyoko-gyo公司、中興化成工業(yè)株式會社、美國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)緯線交點上的厚度不能少于0.2mm，一般涂層不會太厚，達到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能，涂層時常常加入一些光、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，用云母或石英來防止表面發(fā)粘和沾污。

玻纖有機硅樹脂建筑膜材

有機硅樹脂具有優(yōu)異的耐高低溫、拒水、抗氧化等特點，該膜材具有高的抗拉強度和彈性模量，另外還具有良好的透光性。美國歐文斯克寧公司開發(fā)的Vestar膜材就采用這種樹脂對玻璃纖維布涂覆而制成的，如今這種膜材應用的不多，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，對陽光、臭氧、熱老化穩(wěn)定，具有突出的耐磨損性、耐化學性和阻燃性，可達到半透明狀態(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，當前國外的生產(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)定性和耐化學腐蝕性，而且機械強度高，加工性能好。近幾年來，ETFE膜材的應用在很多方面可以取代其他產(chǎn)品而表現(xiàn)出強大的優(yōu)勢和市場前景。這種膜材透光性特別好，號稱“軟玻璃”，質(zhì)量輕，只有同等大小玻璃的1%；韌性好、抗拉強度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化學腐蝕性強，熔融溫度高達200℃；可有效的利用自然光，節(jié)約能源；良好的聲學性能。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，維護費用高等，但是隨著大型體育館、游客場所、候機大廳等的建設，ETFE更突顯自己的優(yōu)勢。當前生產(chǎn)這種膜材的公司很少，只有ASAHIGLASS（AGC）、日本旭硝子、德國科威爾等少數(shù)幾家公司可以提供ETFE膜材，這種膜材的研發(fā)和應用在國外發(fā)達國家也不過十幾年的歷史。2100433B

SOLUS是美國TACONIC公司建材纖維織布部門(AFD)的一個建筑織布品牌。他屬于PTFE膜材料，SOLUS產(chǎn)品是在極細的玻璃纖維（3微米）編織成的基布上涂上PTFE（聚四氟乙烯）樹脂而形成的復合材料。 SOLUS具有的強度高、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良好的太陽光透光率和反射率，使其在膜結構建筑應用越來越廣泛。

多層結構的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)強化學品,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耐磨性,透光度,和著色

基層涂層　基層涂層是合成結構的關鍵部分。它既是基層,又為接下來的玻璃織布上膠打下了基礎?；鶎油繉記Q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)品的機械性能。玻璃織布有其特性:

抗張強度大:　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: 　雖然成本相對較低,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%的室溫下抗張強度; 在900°F (482°C)時還有約25%的室溫下抗張強度。玻璃纖維的軟化溫度是1555°F (846°C),溶點是2075°F(1121°C)。

防火性能好: 　玻纖織布是于無機材料合成的,所以本身不燃燒。當大家關注材料燃燒性時,玻璃織布是理所當然的選擇。

抵抗其它化學品的作用: 同玻璃本身一樣,玻璃纖維具有極強的抗化學物質(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,霉菌和細菌的攻擊。

PTFE膜材已經(jīng)廣泛應用在大型公共設施：體育場館的屋頂系統(tǒng)、機場大廳、展覽中心、站臺等。

膜材的最大特點是：重量輕、強度高、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。具有高透光率，熱吸收量很少。正是因為這種跨時代的膜材料的發(fā)明，使膜結構建筑成為現(xiàn)代化的永久性建筑

建筑膜材廣泛應用于大型公共設施：體育場館的屋頂系統(tǒng)、機場大廳、展覽中心、站臺、景觀亭蓬等。

建筑膜材的種類和規(guī)格：