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膜结构组成材料建筑膜材

日期:2015-6-23 8:50:39 | 阅读:782

       现代建筑膜材均为复合材料,一般由中间的纤维纺织布基层和外涂的树脂涂层组成,称为涂层织物(Coated Fabrric)。应用于结构中的膜材,其基层是受力构件,起到承受和传递荷载的作用;而树脂涂层除起到密实、保护基层的作用外,还具备防火、防潮、透光、隔热等性能。 
        (1)膜材涂层:目前已生产出多种树脂涂层材料,如聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE,杜邦公司商品名为Teflon)、硅酮、聚氨酯膜材涂层等。其中前三者为建筑膜材常用的树脂涂层材料。聚氯乙烯(PVC)应用最早,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;但其抗紫外线性能较差,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,外涂聚氯乙烯的膜材一般应用于临时性建筑。为克服上述缺点,可在PVC涂层外敷化学稳定性更好的附加面层如聚二氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯(PVF)等,这样会使膜材的自洁性得到较大提高。目前,涂覆了PVDF的PVC膜材已应用于永久性及半永久性结构。
         Teflon(聚四氟乙烯)是美国杜邦公司于20世纪70年代开发的专利性产品。它为惰性材料,抗紫外线性能力强,透光性能和自洁性好,寿命长(25~30年),具有可焊性,是永久性结构的良好选材。但是刚度较大,运输及施工中的卷、折会使膜材基层纤维的强度降低,故施工方便性能较差,而且在其变形过程中易产生微细裂缝,使水侵蚀基层纤维,降低基层纤维的强度和使用寿命。因此一般在基层和Teflon面层间加涂硅酮防水层。
        硅酮是晚些时候开发出来的新型涂层材料,柔韧性、透光性、防水性均好,施工安装方便,但自洁性比Teflon差,可焊性不良,拼接较困难。最近有些生产厂商声称其硅酮产品在上述两个方面的性能已得到改进,如果这种说法被实验及工程实践所证实,硅酮将可能成为另一种优良的永久性膜材涂层材料。
        (2)膜材基层:可供选择的基层纤维品种已是很多,如碳纤维、Kevlar(芳纶)纤维、聚酯纤维、玻璃纤维等。根据建筑结构使用强度的要求,建筑膜材的基层纤维一般选用玻璃纤维或聚酯纤维。玻璃纤维一般由石英、钙、硼、铁、氧化铅等成分组成,弹性模量和强度均较高,徐变小,属脆性破坏材料;湿、热环境对其力学性能具有一定的影响,但这种影响会通过涂层的覆盖而减弱。聚酯纤维在拉力和紫外线的长期作用下会有较大的徐变,容易造成膜面皱褶,进而使灰尘、异物在皱褶处聚集,影响感观效果及透光率。
         (3)膜材产品:将各种纤维基层与树脂涂层相结合可得到多种建筑膜材,常用的有外涂聚四氟乙烯的玻璃纤维膜(一般称为PTFE膜材)、外涂聚氯乙烯的聚酯纤维膜(一般称为PVC膜材)和外涂硅酮玻璃纤维膜。膜材厚度一般为0.6~2mm左右,自重约为1kg/m2左右。PTFE膜材一般用于永久性建筑,PVC膜材一般应用于临时性建筑。由于PTFE膜材对加工及施工工艺方面的要求较高,在我国尚未得到广泛应用。目前国内应用较多的是含PVDF面层的PVC膜材,一般认为PVDF可显著改善PVC膜材的抗紫外线能力,提高自洁性,使用寿命可达15年以上。同时国内有关单位也正积极对PTFE膜材进行开发。随着膜材科学技术的不断发展,各类新型膜材不断涌现,目前已得到一定范围应用的有ETFE、THV等。
          膜材产品的抗紫外线能力、透光性、自洁性、保温性和隔音性是选用时需考察的主要建筑物理指标。建筑结构必然长期暴露在阳光下,故膜材涂层应具有较强的抗紫外线能力。膜材均具有一定的透光性,但不同产品差异较大。
膜材自身隔音性能并不良好,采用有空气夹层的双层膜可使其性能得到改善。自洁性是指膜面在雨水冲刷下的自我清洁能力,因此膜材涂层一般采用惰性材料,以保证其与环境介质中的灰尘、有机污渍不易结合。
         膜结构的自洁性除与材料本身的自洁性有关外,还与所处环境及建筑设计有关。膜材的自洁性只为结构自洁性提供了必要的物质基础,只有良好的设计如增加曲面斜率以提高雨水冲刷速度等,才能使其自洁性能得到充分发挥。当环境比较恶劣、污染较重或膜面较平坦时,为保持建筑物的感观效果,定期进行人工清洗是十分必要的。有必要提出的是清洗所用的清洁剂不能破坏膜材的表面涂层。
      膜材是半透明物质,对自然光有反射、吸收和透射能力,其透光率一般为4%~16%,晴天室内照度达1000~2000Lx,雨天也可达到500Lx,可使白天室内无需人工照明。充足的日光既能节约照明能耗,又能提供植物生长所需的光照,从而创造良好的室内环境与气氛。而它对光的反射性能可减少热量的获得,改善炎热地区室内居住环境,降低空调耗能。
           然而,由于膜材质轻,热工性能较差,当膜结构用于寒冷地区尤其是游泳池、植物园等建筑时应采取必要的防结露措施,如加强室内通风等。寒冷地区的膜结构应采用双层膜,中间形成空气层,借以提高膜屋顶的保温能力,如1993年建造的美国Denver机场候机大厅膜屋顶就采用了双层膜结构。如果夹层中夏天输冷气,冬天吹热风,还可进一步增强双层膜的降温和保暖作用。夹层中若填入透光性玻璃棉等隔热材料,将进一步提高其保温隔热效果,从而为膜结构更广泛地应用到不同地域、不同气候环境中提供了十分有利的条件。
 
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