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中國建築膜結構面臨的機遇和挑戰

日期:2013-09-24 11:58:26 / 人气:9

  1970年日本大阪萬國博覽會上的美國館和富士館均采用了膜結構建築,在建築行業引起了不小的轟動。在隨後的幾十年,建築膜結構得到了迅猛的發展。膜結構大部分由鋼材和索構成,另外與結構相結合的膜材也逐漸走向功能化、智能化。膜材具有造型輕巧自由、美觀;透光、節能、環保,優良的阻燃性能;防汙自潔性能;安全、壽命長等優點。基于這些優點,建築膜材脫穎而出,膜結構被稱爲“21世紀的建築”,應用于大型體育場館、入口廊道、購物場、娛樂場、停車場、展覽會場、植物觀光園等建築。
        目前建筑膜材广泛认可的标准是日本JISA-93所规定的A、B、C三类,是根据其防火性能的优劣来划分的。A类最好,以玻璃纤维织物为基材涂PTFE而成;B类次之,以玻璃纤维织物为基材涂PVC新闻’PVC而成;C类是三类中最次的,以聚酯(涤纶)织物为基材涂PVC而成。按涂层材料分,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)、橡胶等。
          PTFE建筑膜材。PTFE膜材是在超细玻璃纤维织物上涂以聚四氟乙烯树脂而成的材料。这种膜材有较好的焊接性能,有优良的抗紫外线、抗老化性能和阻燃性能。另外,其防污自洁性是所有建筑膜材中最好的,但柔韧性差,施工较困难,成本也十分惊人。在盖格公司领导下,美国的杜邦公司、康宁玻纤公司、贝尔德建筑公司、化纤织布公司共同开发永久性膜材。其加工方法是把玻纤织物多次快速放入特氟隆熔体中,使织物两面皆有均匀的特氟隆涂层,使永久性的PTFE膜正式诞生。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年後跟蹤檢測結果表明,這種膜材的力學性能與化學穩定性指標只下降了20%~30%,顔色也幾乎沒變,膜的表層光滑,具有彈性,大氣中的灰塵、化學物質微粒極難附著與滲透,經雨水沖刷建築膜可恢複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。
          玻纤PVC建筑膜材。这种膜材开发和应用得比较早,通常规定PVC涂层在玻璃纤维织物经纬线交点上的厚度不能少于0.2mm,一般涂层不会太厚,达到使用要求即可。为提高PVC本身耐老化性能,涂层时常常加入一些光、热稳定剂,浅色透明产品宜加一定量的紫外吸收剂,深色产品常加炭黑做稳定剂。另外对PVC的表面处理还有很多方法,可在PVC上层压一层极薄的金属薄膜或喷射铝雾,用云母或石英来防止表面发粘和沾污。
         玻纤有机硅树脂建筑膜材。有机硅树脂具有优异的耐高低温、拒水、抗氧化等特点,该膜材具有高的抗拉强度和弹性模量,另外还具有良好的透光性。美国欧文斯克宁公司开发的Vestar膜材就采用这种树脂对玻璃纤维布涂覆而制成的,目前这种膜材应用的不多,生产厂家也较少。

玻纖合成橡膠建築膜材。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,但由于容易發黃,故一般用于深色塗層。ETFE建築膜材。由ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)生料直接制成。ETFE不僅具有優良的抗沖擊性能、電性能、熱穩定性和耐化學腐蝕性,而且機械強度高,加工性能好。近年來,ETFE膜材的應用在很多方面可以取代其他産品而表現出強大的優勢和市場前景。這種膜材透光性特別好,號稱“軟玻璃”,質量輕,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,節約能源;良好的聲學性能。自清潔功能使表面不易沾汙,且雨水沖刷即可帶走沾汙的少量汙物,清潔周期大約爲5年。另外,ETFE膜可在現成預制成薄膜氣泡,方便施工和維修。ETFE也有不足,如外界環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、遊客場所、候機大廳等的建設,ETFE更突顯自己的優勢。目前生産這種膜材的公司很少,只有ASAHIGLASS(AGC)、日本旭硝子、德國科威爾等少數幾家公司可以提供ETFE膜材,這種膜材的研發和應用在國外發達國家也不過十幾年的曆史。

  北京奧運會場館“鳥巢”和“水立方”膜結構采用ETFE膜材,是目前國內最大的ETFE膜材結構建築,膜材采用進口産品。“鳥巢”采用雙層膜結構,外層用ETFE防雨雪防紫外線,內層用PTFE達到保溫、防結露、隔音和光效的目的。“水立方”采用雙層ETFE充氣膜結構,共1437塊氣枕,每一塊都好像一個“水泡泡”,氣枕可以通過控制充氣量的多少,對遮光度和透光性進行調節,有效地利用自然光,節省能源,並且具有良好的保溫隔熱、消除回聲,爲運動員和觀衆提供溫馨,安逸的環境。

  目前國內膜結構發展振奮人心,隨著一些大型體育館、候機大廳等建設以及2010年上海世博會和廣州亞運會等國際盛會的舉辦,爲我國膜結構的发展带来了机遇和挑战。尤其在膜材方面,我国起步晚,技术水平低,大部分膜材还主要依靠进口。PTFE、PVC和表面改性的PVC、ETFE等膜材是市场的主流,应用比较广泛。我国已有PTFE膜材的自主知识产权,性能也基本达到国外同类产品的要求。很多公司、科研单位以及高校都在进行PVC表面涂层材料的研究,如PVDF、纳米TiO2表涂剂等的研究已初见成效,另外在表面防污自洁处理方面的研究如仿生荷叶构筑微粗糙表面也开始起步。在引进世界一流的生产设备和工艺技术的同时,加紧消化吸收并改进创新,尽快开发适合我国市场需求的膜材表面处理技术,对提升我国整个产业用纺织品产品档次和市场竞争力都具有重要意义。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纤维织成的基布两面贴上氟树脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造价太高,一般的建筑考虑到成本和性能两方面,很少选用这种膜材,目前国外的生产厂家也不多。  

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