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膜材的发展历程

日期:2013-8-7 15:18:12 | 阅读:650

膜材随着现代精细化工的进步而不断发展,其中膜材本身的张拉力和弹性都是重要的选择标准。作为一种建筑材料,膜材首先必须具有较高的承载力和较好的耐久性。所以最初的膜材主要由中间的纤维纺织布基层和外涂的树脂涂层组成。其基层主要起到承受和传递荷载的作用,而树脂涂层除起到密实、保护基层的作用,还具备防火、防潮、透光、隔热等性能。所以建筑膜材的发展与纤维基层和表面涂层的发展分不开。

20世纪50年代起,PVC(聚氯乙烯)涂层聚酯纤维就应用于膜结构建筑领域。基层聚酯纤维随日照容易老化,弹性与强度等力学性能随之降低;而涂层聚氯乙烯(pvc)具有多种颜色可供选用,柔韧性能较好,可卷折,使用方便,易与其他构件连接的特点;但其抗紫外线能力较差,在太阳光的长期照射下,易发生化学变化,造成灰尘、油渍的附着,且不易清洗、自洁性差,进而降低透光率。因此,PVC的建筑和结构受力都不理想,一般只能应用于临时性建筑。

随着新型聚酯类纤维的不断被研制开发,以及在PVC涂层外涂敷化学稳定性能更好的附加面层如聚二氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯(PVF)等,使膜材的自洁性得到较大提高。目前,涂覆了PVDFPVC膜材已经应用于半永久性及永久性结构。

20世纪60年代,玻璃纤维织物膜技术得到发展,并在较大范围应用,但表面涂层材料仍为聚乙烯基类。膜材强度高、模量大、徐变小,但建筑自洁性、耐久性仍不理想。

美国杜邦公司于20世纪70年代开发出具有优异建筑性能的涂层材料聚四氟乙烯,同时B纱、DE纱玻璃纤维织物膜技术日趋成熟,使得以玻璃纤维为基布PTFE为涂层的现代织物膜材问世,并开始工程应用。

聚四氟乙烯是惰性材料,抗紫外线能力强,透光性和自洁性好,寿命长(2530年),具有可焊性,是永久性建筑的良好选择。但其刚度较大,运输及施工中的卷、折会使膜材强度降低,故施工方便性较差,而且在其变形过程中易产生微细裂缝,使水分侵蚀基层纤维,降低基层纤维的强度和使用寿命。因此一般在基层和聚四氟乙烯面层间加涂硅酮防水层。

ETFE(四氟乙烯聚合物)膜材从20世纪70年代初在美国开始研究,20世纪80年代开始应用,属于热塑性化合物薄膜,它由热塑成形,张拉各向同性,能够直接作为建筑物的外部建材,拥有良好的表面自清洁功能,耐腐蚀和与金属有较强黏着的特性。高性能的透明ETFE膜材经常应用于两层或三层充气式建筑结构,以其出色的性能表现赢得了它在这一领域的特殊地位。

1982ETFE膜材首次被应用于建筑项目中,历史最长的ETFE建筑物位于荷兰ARN-Heim Burgers动物园中。此后在欧洲该项新技术被广泛应用于建筑的屋顶和立面,大量的工程实例和试验数据证明,ETFE与传统建筑维护结构相比具有多项优势。它重量小、寿命长、抗拉伸、延展性好,装配系统较同等透明装配体系更简单、轻盈、透光性好,抗紫外线和化学物质侵袭能力强,自洁性好,属阻燃性材料。其建筑外表晶莹美观,轻质立面装配结构节省建筑成本,是利用太阳能的环保产品,日光被引入内部空间;同时ETFE膜上的新图案设计还创造出了动感的建筑特质。

目前用于荷兰Arnheim Burgers动物园中的红树林厅的ETFE膜材料,在经历了25年后各种材料特性未显示出明显的衰变。

20世纪80年代,由于航天科技发展与需求,精细化工技术发展,氟化物纤维(PTFEFEPPFA等)、碳纤维(CF)、聚酯纤维等织物膜相继研制问世,这些膜材具有高强、高强比、高膜量、耐强辐射、耐原子氧化、性态稳定等特点,但目前主要应用于航空航天、半导体电子工业等特殊领域,很少应用在建筑工程领域。

全世界的90%膜结构建筑使用以下三种材料:PTFE(聚四氟乙烯)涂层玻璃纤维、PVC(聚氟乙烯)涂层聚酯纤维和ETFE(四氟乙烯聚合物)膜材。

在现代膜结构发展的早期,人们建造这种结构的目的一般只是为了遮阳挡雨或者应付某些临时性事件,比如世博会。但逐渐地,使用多层膜材建造的膜结构建筑开始能够满足更为复杂的建筑要求,逐渐发展出长期性封闭性建筑所具备的各种功能。随着人们在能源、声吸收、声传达等方面对建筑提出的要求越来越高,越来越多的新材料应用方案也应运而生并且逐渐得到发展。

现今材料领域所存在的巨大潜力是以材料以及生产技术方面的巨大飞跃为基础的,而导致新型标准材料产品产生的推动力往往就直接来源于建筑师、工程师、建筑公司三方平等协作的建筑施工过程中,正是这种协同合作有力地推动了膜材技术应用的动态发展。

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