标题：建筑膜材
简介
膜结构是近几十年发展起来的一种新型的大跨度空间结构，它由具有优良性能的织物(膜材)通过支撑构件(如刚性梁、柱、柔性索)，或给膜内空气加压以一定的方式组合并施加适当的初始预张力而形成具有一定刚度的空间结构形状，从而承受一定外荷载的一种空间结构形式。它的历史可以追溯到远古时期的人们利用树木的纤维和兽皮建造的帐篷。
膜结构是一种全新的建筑结构形式，它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学.计算机技术等为一体，具有很高技术含量。其曲面可以随着建筑师的设计需要任意变化，结合整体环境，建筑出标志性的形象工程。在阳光的照射下，由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无强反差的着光面与阴影的区分，室内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚，建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空，建筑物的体形显现出梦幻般的效果。
膜材料是这种大跨度空间结构最重要的组成部分，被称为“第五代建材”。它的作用等同于传统的刚性结构中的混凝土、钢筋等材料。早期的膜结构由于膜材开发的缓慢，一直处于停滞状态。直到现代，由于科学技术的发展，新材料的出现，特别是20世纪七十年代后，美国杜邦公司开发出以聚四氟乙烯为涂层(PTEF)的玻璃纤维织物作为膜材，才引发了膜结构在近几十年的突飞猛进的发展。1970年日本大阪万国博览会，由美国工程师David Geiger和H．Berger设计的美国馆采用气承式膜结构，首次以聚氯乙稀(PVC)为涂层的玻璃纤维织物作为覆盖材料，是第一个现代意义上的大跨度膜结构。
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。此后永久性膜结构正式在美国风行，许多学者对膜结构进行了深入的研究。20年后跟踪检测结果表明，这种膜材的力学性能与化学稳定性指标只下降了20%~30%，颜色也几乎没变，膜的表层光滑，具有弹性，大气中的灰尘、化学物质微粒极难附着与渗透，经雨水冲刷建筑膜可恢复其原有的清洁面层与透光性，这足以显示出PTFE膜材的强大生命力和广阔的市场前景。 目前国外对这种膜材的开发和应用比较成熟，生产厂家也很多，如德国Mehler公司、Verseidag公司，日本Taiyoko-gyo公司、中兴化成工业株式会社、美国Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司、中国Weiwei High-Technologies公司等。
PTFE建筑膜材的最大特点是：重量轻、强度高、防火难燃、自洁性好，不受紫外线影响、抗疲劳、 耐扭曲、耐老化、使用寿命长。具有高透光率，热吸收量很少。正是因为这种跨时代的膜材料的发明，使膜结构建筑成为现代化的永久性建筑。 
建筑膜材广泛应用于大型公共设施：体育场馆的屋顶系统、机场大厅、展览中心、站台、景观亭蓬等。除此之外，因为建筑膜材的的防火性好，强度高，也被作为各大品牌建筑膜的基材部分，包括龙膜、量子、贝塔尔、陕西大师、3M等等。
膜材料组成
膜材一般由膜材的基质及高分子聚合物组成，即高分子聚合物涂层与基材层按需要的厚度、宽度，通过特定的加工工艺粘合在一起的产物。基质是高强度聚酯纤维，膜材的强度主要由这一层提供，涂层主要保证膜材的密实性；惰性材料涂层保证膜材的自洁性。
(1)聚合物又称高聚物(Polymer)，即高分子聚合物，一般分子量高达几万～几百万(104～106)。合成聚合物的原料是单体，如乙烯单体，氯乙烯单体，丙烯单体等等，它们不断重复链接，聚合成聚乙烯(PE)，聚氯乙烯(PVC)，聚丙烯(PP)等等。
(2)基材一般分为两种：
①聚酯长丝(涤纶PET)：涤纶的合成原料是乙二醇和对苯二甲酸。在这里引入苯环的目的是提高材料的熔点和刚度。涤纶的特点是：熔点高，在150～175℃以下的机械强度好，耐溶剂、耐腐蚀、耐磨、耐油腻，可多次洗涤，透水透气性适宜。它是合成纤维中的第一大品种。若用丁二醇代替乙二醇，可制得熔点较低，较柔软的涤纶聚酯。
②玻璃纤维：玻璃是一种非晶体，没有固定的熔点。将玻璃加热熔融并拉成丝，即成玻璃纤维。玻璃纤维的特点是：拉伸强度高，不仅超过各种天然纤维，也超过一般的合成纤维和钢材的强度。但是，它的弹性模量较低，约为钢的1/3，属于脆性材料；具有良好的耐热性，一般在300℃以下可保持性能不变；具有良好的电绝缘性。
产品性能
自洁性能PTFE膜材和经过特殊表面处理的PVC膜材具有很好的自洁性能，雨水会在其表面聚成水珠流下，使膜材表面得到自然清洗。光学性能膜材料可滤除大部分紫外线，防止内部物品褪色。其对自然光的透射率可达25%，透射光在结构内部产生均匀的漫射光，无阴影，无眩光，具有良好的显色性，夜晚在周围环境光和内部照明的共同作用下，膜结构表面发出自然柔和的光辉。力学性能中等强度的PVC膜：其厚度仅0．61mm，但它的拉伸强度相当于钢材的一半。中等强度的PTFE膜：其厚度仅0．8mm，但它的拉伸强度已达到钢材的水平。膜材的弹性模量较低，这有利于膜材形成复杂的曲面造型。其极轻的自重很好的满足了大跨建筑的要求，能在很大程度上降低大跨建筑的总造价。声学性能一般膜结构对于低于60Hz的低频几乎是透明的，对于有特殊吸音要求的结构可以采用具有FABRASORB装置的膜结构，这种组合比玻璃具有更强的吸音效果。防火性能目前广泛使用的膜材料防火等级为Bl级，属难燃材料。防火性能指标达到法国、德国、美国、日本等多国防火标准。保温性能单层膜材料的保温性能与砖墙相同，优于玻璃。同其它材料的建筑物一样，膜建筑内部也可以采用其它方式调节其内部温度。例如：内部加挂保温层，运用空调采暖设备等。使用寿命目前采用最多的法拉利膜材有近60年的使用历史，通过了IS09002国际质量体系认证。在正常使用情况下，该种膜材使用寿命可达15年。
SOLUS™膜材
SOLUS是美国TACONIC公司建材纤维织布部门(AFD)的一个建筑织布品牌。他属于PTFE膜材料，SOLUS产品是在极细的玻璃纤维（3微米）编织成的基布上涂上PTFE（聚四氟乙烯）树脂而形成的复合材料。 SOLUS具有的强度高、耐久性好、防火难燃、自洁性好，而且不受紫外光的影响，其使用寿命在年以上。
SOLES良好的太阳光透光率和反射率，使其在膜结构建筑应用越来越广泛。
多层结构的Solus建材织布具有下列特性:
重量轻 它的重量只是传统建筑材料的一小部分强度高玻璃纤维是纺织布料中强度最高的，它甚至比同一直径的钢丝还要牢固柔韧性不同与大多数固体建筑材料， 柔软的Solus产品可被拉伸成各种动态的弧线形状透光性通过内外表面的均匀透光，就形成了柔和的散射光线低维护在织布使用期限内，只需做极少量的清洁工作。因为织布表面的不粘性强，同时又是绷紧的， 所以雨水会把尘土冲洗掉表面完全惰性化 恶劣的环境，如霉菌，酸雨等将不对织布表面起作用可焊接性 每个织布构架将被焊接起来成为一体的大顶棚。焊缝的强度会大于织布本身使用期限长 在其使用期内，PTFE 涂层的玻璃织布几乎无退化。目前， Solus织布估计可使用至少25年防火性能 Solus织布取得A级防火评估，同时它依然保持很强的透光性外层涂层: 织布最外层涂有一FEP层。作用是增强抗渗透性能,防霉菌,和提高可焊接性 　　
PTFE + 填充剂　每一张PTFE + 填充剂 层包括了数道PTFE分散质涂层。PTFE具有卓越的特性,譬如它能抵抗大都数强化学品,非常低的摩擦系数,不沾,不燃,极好的绝缘性能,抵御老化,无毒,防UV, 防潮 … 这几层PTFE涂层能使其免受周边环境的影响而降低性能。在PTFE中添加不同的填充剂可以取得一些其他特性如增强耐磨性,透光度,和着色 　　
基层涂层　基层涂层是合成结构的关键部分。它既是基层,又为接下来的玻璃织布上胶打下了基础。基层涂层决定了涂层后产品的柔韧性。专门的配方可获得一些特殊的性能 　　
玻璃织布:　玻璃织布是合成材料的骨架, 它决定了涂层后产品的机械性能。玻璃织布有其特性: 　　
抗张强度大:　玻璃纤维是纺织布料中最牢固的,它甚至比同一直径的钢丝有更高的抗张强度。 　　
尺寸稳定: 　加力后纤维延伸率低,通常小于3%。其玻璃纤维在各种条件下有极好的尺寸稳定性。 　　
耐高温能力强: 　虽然成本相对较低,但玻璃织布有杰出的耐热性。在700°F (371°C)条件下能维持约50%的室温下抗张强度; 在900°F (482°C)时还有约25%的室温下抗张强度。玻璃纤维的软化温度是1555°F (846°C),溶点是2075°F(1121°C)。 　　
防火性能好: 　玻纤织布是于无机材料合成的,所以本身不燃烧。当大家关注材料燃烧性时,玻璃织布是理所当然的选择。 　　
抵抗其它化学品的作用: 同玻璃本身一样,玻璃纤维具有极强的抗化学物质侵袭的能力。 　　经久耐用: 因其表面完全惰性化,玻璃织布不受日照,霉菌和细菌的攻击。
膜材分类
膜材分类
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
A类最好，以玻璃纤维织物为基材涂PTFE而成；
B类
B类次之，以玻璃纤维织物为基材涂PVC而成；
C类
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，使永久性的PTFE膜正式诞生。此后永久性膜结构正式在美国风行，许多学者对膜结构进行了深入的研究。20年后跟踪检测结果表明，这种膜材的力学性能与化学稳定性指标只下降了20%~30%，颜色也几乎没变，膜的表层光滑，具有弹性，大气中的灰尘、化学物质微粒极难附着与渗透，经雨水冲刷建筑膜可恢复其原有的清洁面层与透光性，这足以显示出PTFE膜材的强大生命力和广阔的市场前景。 目前国外对这种膜材的开发和应用比较成熟，生产厂家也很多，如德国Mehler公司、Verseidag公司，日本Taiyoko-gyo公司、中兴化成工业株式会社、美国Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司等。
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。
玻纤合成橡胶建筑膜材
合成橡胶（如丁腈橡胶，氯丁橡胶）韧性好，对阳光、臭氧、热老化稳定，具有突出的耐磨损性、耐化学性和阻燃性，可达到半透明状态，但由于容易发黄，故一般用于深色涂层。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。
ETFE建筑膜材
由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。ETFE不仅具有优良的抗冲击性能、电性能、热稳定性和耐化学腐蚀性，而且机械强度高，加工性能好。近年来，ETFE膜材的应用在很多方面可以取代其他产品而表现出强大的优势和市场前景。这种膜材透光性特别好，号称“软玻璃”，质量轻，只有同等大小玻璃的1%；韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化学腐蚀性强，熔融温度高达200℃；可有效的利用自然光，节约能源；良好的声学性能。自清洁功能使表面不易沾污，且雨水冲刷即可带走沾污的少量污物，清洁周期大约为5年。另外，ETFE膜可在现成预制成薄膜气泡，方便施工和维修。ETFE也有不足，如外界环境容易损坏材料而造成漏气，维护费用高等，但是随着大型体育馆、游客场所、候机大厅等的建设，ETFE更突显自己的优势。目前生产这种膜材的公司很少，只有ASAHIGLASS（AGC）、日本旭硝子、德国科威尔等少数几家公司可以提供ETFE膜材，这种膜材的研发和应用在国外发达国家也不过十几年的历史