膜材簡介

膜材

一、膜材應根據(jù)建筑物使用年限、建筑功能、建筑物所處的環(huán)境、建筑物防火要求及建筑物承受的荷載進行選擇。

二、膜結(jié)構(gòu)配件應根據(jù)膜結(jié)構(gòu)的受力特點、使用要求、制作安裝要求等因素進行選擇。

1.醋酸纖維素: 醋酸纖維素(CA)膜是由二醋酸纖維素和三醋酸纖維素的鑄膜液及二者混合物澆鑄而成。隨著乙酰基含量的增加，鹽截留率與化學穩(wěn)定性增加而水通量下降。Loeb-Sourirajan 不對稱結(jié)構(gòu)是使用一“醫(yī)用刮刀”(“doctor blade”)把CA、乙醇或乙醚溶液澆鑄在一多孔基片(如帆布)上，表面經(jīng)空氣干燥產(chǎn)生一薄皮層而形成。在較大孔層之上的致密表皮是由約0.2μm厚的薄層組成，膜的總厚度約100μm.該技術(shù)也可用于管狀的和中空纖維狀膜的澆鑄。

CA膜的化學穩(wěn)定性差,在運轉(zhuǎn)期間會發(fā)生水解, 其水解速度與溫度及pH條件有關(guān)。醋酸纖維素膜可在溫度0～30℃及pH值4.0～6.5下連續(xù)操作。這些東麗膜產(chǎn)品也會被生物侵蝕, 但由于它們具有可連續(xù)暴露在低含氯量環(huán)境下的能力,故可以消除生物侵蝕。膜穩(wěn)定性差的結(jié)果導致膜截留率隨操作時間增長而下降。然而, 這些材料的普及是由于它們具備廣泛的來源和低廉的價格。

2.芳香聚酰胺：不對稱芳香聚酰胺(Aramid)膜(Richter和Hoehn 1971)以中空纖維形式為所首創(chuàng)。這些纖維是由溶液紡絲而成。由控制紡絲液溶劑的蒸發(fā)在纖維外表面形成約0.1～1.0μm的致密表皮層。余下的纖維結(jié)構(gòu)是約26μm厚的一層多孔支撐結(jié)構(gòu)。鹽的截流作用發(fā)生在致密層。為了進一步提高截留性能，當中空纖維膜用于苦咸水脫鹽時，對膜采用聚乙烯基甲基醚(PT-A)進行后處理，用于海水脫鹽則用PT-A與鞣酸(PT-A)作后處理。

與纖維素膜相比，芳香聚酰胺膜的特點是具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性。它們能在溫度0～30℃ pH4～11件連續(xù)操作，且不會被生物侵蝕。然而芳香聚酰胺膜若連續(xù)暴露在含氯環(huán)境中，則易受氯侵蝕，因此，對他們處理的進料液進行脫氯是重要的。

3. 薄膜復合膜：美國內(nèi)政部鹽水局于年代中期基金資助的North Star Research 和Development Institute(位于 Minneapolis)的工作( Francis 1966; Rozelle等 1967)導致了薄膜復合膜的發(fā)展。Universal Oil Products的 Fluid Systems Division( Riley等1967)在70年代中期推出了它的商品(薄膜復合物)膜，而FilmTec公司在80年代初期推出了它的FT30復合膜(Cadotte等1980) 。在這些膜結(jié)構(gòu)中，超薄柵層在一多孔織物支撐體上的微孔聚砜表面上形成(即0.2μm厚)。該聚砜上的柵層是由聚酰胺或聚脲的"就地"界面聚合技術(shù)產(chǎn)生的。

薄膜復合膜的優(yōu)點與它們的化學性質(zhì)有關(guān)，其最主要的特點是有較大的化學穩(wěn)定性，在中等壓力下操作就具有高水通量和鹽截留率及抗生物侵蝕。它們能在溫度0～40℃及pH2～12間連續(xù)操作。像芳香聚酰胺一樣，這些材料的抗氯及其他氧化物的性能差。

主要構(gòu)型

反滲透膜 (什么是反滲透膜"para" label-module="para">

對于卷式構(gòu)型，常用膜有醋酸纖維素膜和復合膜，利用這些膜制成膜元件，把膜元件放在壓力容器中構(gòu)成膜組件。用于制作卷式構(gòu)型的膜一般先制成平整的膜，醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)見圖1，上部有一層致密的薄層(0.1-1.0μmm),即脫鹽層，脫鹽層下面有一層稍厚(100~200μm)的多孔支撐層，水很容易通過致密層流向多孔層。致密層是半透膜層，能有效阻止鹽分的通過，起脫鹽作用。

復合膜由三層組成，它們是：最上面的超薄脫鹽層、中間的多孔的聚砜內(nèi)夾層，最下面的聚酯支撐網(wǎng)層。由于聚酯支撐層不很平坦和多孔，不能用來直接支撐脫鹽層，因而在該支撐層上面澆注一層聚砜微孔層，用于直接支撐脫鹽層。聚砜層表面孔徑可控制在0.015μm。脫鹽層厚度為0.2μm,在聚砜層的支撐下，能承受較高的壓力，抗機械壓力和化學侵蝕能力強。

對于中空纖維構(gòu)型，利用芳香族聚酰胺膜制成的眾多中空纖維直接裝配在壓力容器內(nèi)，構(gòu)成用于水脫鹽的基本單元--膜組件。

無論是卷式還是中空纖維式，對其構(gòu)型的共同要求如下：

1) 對膜能提供適當?shù)臋C械支撐，以便承受一定的給水壓力;

2) 能使給水，濃水和產(chǎn)品水各行其道，不混合;

3) 使有一定壓力的給水在通過膜面上時，能均勻分布，并有良好的流動狀態(tài)，是濃差計劃降至最低;

4) 膜本身具有的脫鹽率和透水量能在構(gòu)型中得到充分的利用;

5) 膜面積能得到最大限度的利用

6) 便于貯存，運輸，裝卸和更換;

7) 易于制造，維護方便，牢固且安全可靠;

8) 價格有競爭力。

1. 螺旋卷式

首先敘述卷式膜元件的概念。葉片有兩張平展開的膜和一張聚酯織物組成，聚酯織物在兩張膜的中間，葉片一端膠接起來形成一個袋，另一端(伸出來的聚酯織物)與帶孔的PVC管粘接。葉片之間有塑料網(wǎng)，它們一起沿PVC中心管卷繞形成卷式構(gòu)型。塑料端部裝置粘接到卷式的葉片兩端，一端起反伸縮裝置(ATD)的作用，另一端起濃水密封的載體作用。玻璃鋼(FRP)材料的外表面保護卷式構(gòu)型。這樣，形成了一個完整的膜元件。

卷式膜元件裝入壓力容器內(nèi)試驗，性能符合要求即可出售。前面提到的聚酯織物是起產(chǎn)品水收集通道的作用。塑料網(wǎng)一是作為濃水(給水)通道;二是起加強給水通道水流紊動的作用，以便把濃差極化減少到最低程度。因為卷式反滲透裝置的給水從膜元件的給水端流向濃水端，并平行于膜表面，這種水流方向就有濃差極化的傾向，因而葉片之間的塑料網(wǎng)是極為重要的。

卷式膜元件廣泛用于苦咸水的脫鹽，用于要求產(chǎn)水量較大的脫鹽時，通常使用直徑為101.6mm(4in) 或203.2mm(8in )，長度為1016mm (40in)或1524mm(60in)的膜元件。

把一個或幾個膜元件連接起來，裝在圓筒形的壓力容器內(nèi)，即構(gòu)成卷式膜組件。

壓力給水進入第一個膜元件，并在該膜元件的螺旋卷繞之間的通道內(nèi)流動。一部分給水滲透過膜，并通過卷式通道流到膜元件中心的產(chǎn)品水收集管，另一部分給水沿著膜元件長度方向繼續(xù)流動至第二個膜元件，這一過程依次進行。每個膜元件的產(chǎn)品水通過公共產(chǎn)品水管流成。當給水每通過下一個膜元件時，給水濃度增大，流過最后一個膜元件時，給水成為濃水，并排出壓力容器。

2. 中空纖維式：

眾多中空纖維膜裝配在壓力容器內(nèi)構(gòu)成中空纖維式膜組件。如今常用的是杜邦公司生產(chǎn)的用于苦咸水脫鹽的B-9型中空纖維膜組件，現(xiàn)以此為例說明。中空纖維外徑為85μm,內(nèi)徑為42μm，壁厚為21.5μm。該纖維在其表面有一層很薄得致密層(即芳香族聚酯胺膜的脫鹽層)，該層用以阻止鹽的透過，而能使水流穩(wěn)定通過。在此薄層下面有一較厚的同樣材料的多孔層，用來支撐脫鹽層。該層能讓水通過它流至中空纖維的內(nèi)孔。

中空纖維比人的頭發(fā)還細，盡管其壁薄，外徑與內(nèi)徑比率差少為2：1，猶如厚壁圓柱，但其有自支撐作用，且強度足夠承受較高的壓力而不變形，不損壞。

對處理水量較大的系統(tǒng)，可使用102×1194或203×1219的膜組件。壓力容器內(nèi)幾乎全部充滿纖維束，在纖維之間有約25μm的水通路。纖維束間是用無紡布隔開的，然后纏繞，整個纖維束分24層，纖維束最外層包有導流網(wǎng)，以利濃水導流。，空心纖維在壓力容器內(nèi)呈U型平行排列，在纖維中間的進水管道的一端用于進加壓后的給水，另一端封堵密封，在其長度方向上有很多孔。纖維束的U型底部一端用環(huán)氧樹脂固定密封，另一端通過環(huán)氧樹脂板固定，并敞開中空纖維孔。進水管道內(nèi)的水徑向流往纖維束里的許多纖維。有一部分水滲透進中空纖維孔內(nèi)，成為產(chǎn)品水，經(jīng)環(huán)氧樹脂圓環(huán)引出，另一部分在纖維束外邊緣(即壓力容器內(nèi)邊緣)軸向流往壓力容器的端部，成為濃水，不斷排走，并依靠O型密封環(huán)防止給水，濃水和產(chǎn)品水的混合。

基材與涂層組合

注：表中的氟化樹脂是指除了聚四氟乙烯以外的氟化樹脂 。

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(lǐng)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(jié)構(gòu)正式在美國風行，許多學者對膜結(jié)構(gòu)進行了深入的研究。20年后跟蹤檢測結(jié)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(shè)，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

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。

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(jié)構(gòu)建筑應用越來越廣泛。

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(jié)構(gòu)的關(guān)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(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(guān)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。