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1、新型建筑材料——膜材1引言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)，或給膜內空氣加壓以一定的方式組合并施加適當的初始預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。膜材料是這種大跨度空間結構最重要的組成部分，被稱為“第五代建材”。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)。直到現代，由于科學技術的發(fā)展，新材料的出現，
2、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DavidGeiger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，是第一個現代意義上的大跨度膜結構。2膜材料的組成及性能2．1組成膜材一般由膜材的基質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物。基質是高強度聚酯纖維，膜材的強度主要由這一層提供，涂
3、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
4、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。2．2性能2．2．1自潔性能PTFE膜材和經過特殊表面處理的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。2．2．2光學性能膜材料可濾
5、除大部分紫外線，防止內部物品褪色。其對自然光的透射率可達25％，透射光在結構內部產生均勻的漫射光，無陰影，無眩光，具有良好的顯色性，夜晚在周圍環(huán)境光和內部照明的共同作用下，膜結構表面發(fā)出自然柔和的光輝。2．2．3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。2．2．4聲學性能一般膜結構對于低于60Hz的低頻幾
6、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。2．2．5防火性能目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。2．2．6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，膜建筑內部也可以采用其它方式調節(jié)其內部溫度。例如：內部加掛保溫層，運用空調采暖設備等。2．2．7使用壽命目前采用最多的法拉利膜材有近60年的使用歷史，通過了IS09002國際質量體系認證。在正常使用情況下，該種膜材使用壽命可達1
7、5年。3膜材的成型膜材加工的方法很多，建筑膜結構所用的膜材大都是以壓延和涂刮成型。(1)壓延成型。將選定的軟PVC經塑煉后投入壓延機，按所需厚度、寬度壓延成膜后立即與布基貼合，再經軋花、冷卻即可制得壓延膜材。壓延法生產膜材可分貼膠法和擦膠法兩種。(2)涂刮成型。將聚氯乙烯糊均勻地涂(或刮)在布基上，再經過烘熔，也就是加熱溫度高到使糊層完全熔融塑化，并均勻地緊貼于布基上，冷卻后即成膜材。4膜材的分類及選用膜材是一種復合材料，目前最常用的有PTFE和PVC膜材兩大類。(1)PTFE膜材：它是在極細的玻璃纖維編織成的基布(織物)上涂敷PTFE(聚四
8、氟乙烯)樹脂而形成的復合材料。其主要特點是具有高透光性、高強度、耐久性、防火性、耐腐蝕、抗紫外線、自潔性等特點。因而價格也較高。(2)PVC膜材：它是在聚酯纖維編織
