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玻璃纖維與建筑膜結(jié)構(gòu)材料簡述

來源:中國建材報 作者:張之秋 2011/6/20 0:00:00

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中玻網(wǎng)】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(jié)構(gòu)建筑,在建筑行業(yè)引起了不小的轟動。在隨后的幾十年,建筑膜結(jié)構(gòu)得到了迅猛的發(fā)展。膜結(jié)構(gòu)大部分由鋼材和索構(gòu)成,另外與結(jié)構(gòu)相結(jié)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(jié)能、環(huán)保,優(yōu)良的阻燃性能;防污自潔性能;安全、壽命長等優(yōu)點;谶@些優(yōu)點,建筑膜材脫穎而出,膜結(jié)構(gòu)被稱為“21世紀(jì)的建筑”,應(yīng)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、植物觀光園等建筑。
  目前建筑膜材廣泛認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)是日本JISA-93所規(guī)定的A、B、C三類,是根據(jù)其防火性能的優(yōu)劣來劃分的。A類較好,以玻璃纖維織物為基材涂PTFE而成;B類次之,以玻璃纖維織物為基材涂PVC而成;C類是三類中較次的,以聚酯(滌綸)織物為基材涂PVC而成。按涂層材料分,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)、橡膠等。
  PTFE建筑膜材。PTFE膜材是在超細(xì)玻璃纖維織物上涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能,有優(yōu)良的預(yù)防光線直射、舒緩老化性能和阻燃性能。另外,其防污自潔性是所有建筑膜材中較好的,但柔韌性差,施工較困難,成本也十分驚人。在蓋格公司領(lǐng)導(dǎo)下,美國的杜邦公司、康寧玻纖公司、貝爾德建筑公司、化纖織布公司共同開發(fā)較久性膜材。其加工方法是把玻纖織物多次快速放入特氟隆熔體中,使織物兩面皆有均勻的特氟隆涂層,使較久性的PTFE膜正式誕生。此后較久性膜結(jié)構(gòu)正式在美國風(fēng)行,許多學(xué)者對膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究。20年后跟進(jìn)檢驗結(jié)果表明,這種膜材的力學(xué)性能與化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)只下降了20%~30%,顏色也幾乎沒變,膜的表層光滑,具有彈性,大氣中的灰塵、化學(xué)物質(zhì)微粒較難附著與滲透,經(jīng)雨水沖刷建筑膜可恢復(fù)其原有的清潔面層與透光性,這足以顯示出PTFE膜材的強(qiáng)大生命力和廣闊的市場前景。
  目前國外對這種膜材的開發(fā)和應(yīng)用比較成熟,生產(chǎn)廠家也很多,如德國Mehler公司、Verseidag公司,日本Taiyoko-gyo公司、中興化成工業(yè)株式會社、美國Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司等。國內(nèi)有寧波天塔聚氟玻纖有限公司和泰州維維高分子有限公司等。
  玻纖PVC建筑膜材。這種膜材開發(fā)和應(yīng)用得比較早,通常規(guī)定PVC涂層在玻璃纖維織物經(jīng)緯線交點上的厚度不能少于0.2mm,一般涂層不會太厚,達(dá)到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能,涂層時常常加入一些光、熱穩(wěn)定劑,淺色透明產(chǎn)品宜加一定量的紫外吸收劑,深色產(chǎn)品常加炭黑做穩(wěn)定劑。另外對PVC的表面處理還有很多方法,可在PVC上層壓一層較薄的金屬薄膜或噴射霧,用云母或石英來防止表面發(fā)粘和沾污。
  玻纖農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系硅樹脂建筑膜材。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系硅樹脂具有優(yōu)異的耐高低溫、拒水、舒緩反應(yīng)等特點,該膜材具有高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量,另外還具有良好的透光性。美國歐文斯克寧公司開發(fā)的Vestar膜材就采用這種樹脂對玻璃纖維布涂覆而制成的,目前這種膜材應(yīng)用的不多,生產(chǎn)廠家也較少。
  玻纖合成橡膠建筑膜材。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(wěn)定,具有突出的耐磨損性、耐化學(xué)性和阻燃性,可達(dá)到半透明狀態(tài),但由于容易發(fā)黃,故一般用于深色涂層。
  膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纖維織成的基布兩面貼上氟樹脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造價太高,一般的建筑考慮到成本和性能兩方面,很少選用這種膜材,目前國外的生產(chǎn)廠家也不多。
  ETFE建筑膜材。由ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)生料直接制成。ETFE不僅具有優(yōu)良的抗沖擊性能、電性能、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性,而且機(jī)械強(qiáng)度高,加工性能好。近年來,ETFE膜材的應(yīng)用在很多方面可以取代其他產(chǎn)品而表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢和市場前景。這種膜材透光性特別好,號稱“軟玻璃”,質(zhì)量輕,只有同等大小玻璃的1%;韌性好、抗拉強(qiáng)度高、不易被撕裂,延展性大于400%;耐候性和耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng),熔融溫度高達(dá)200℃;可有效的利用自然光,節(jié)約能源;良好的聲學(xué)性能。自清潔功能使表面不易沾污,且雨水沖刷即可帶走沾污的少量污物,清潔周期大約為5年。另外,ETFE膜可在現(xiàn)成預(yù)制成薄膜氣泡,方便施工和維修。ETFE也有不足,如外界環(huán)境容易損壞材料而造成漏氣,維護(hù)費用高等,但是隨著大型體育館、游客場所、候機(jī)大廳等的建設(shè),ETFE更突顯自己的優(yōu)勢。目前生產(chǎn)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(shù)幾家公司可以提供ETFE膜材,這種膜材的研發(fā)和應(yīng)用在國外發(fā)達(dá)國家也不過十幾年的歷史。
  剛剛竣工的北京奧運會場館“鳥巢”和“水立方”膜結(jié)構(gòu)采用ETFE膜材,是目前國內(nèi)非常大的ETFE膜材結(jié)構(gòu)建筑,膜材采用進(jìn)口產(chǎn)品。“鳥巢”采用雙層膜結(jié)構(gòu),外層用ETFE防雨雪防紫外線,內(nèi)層用PTFE達(dá)到保溫、防結(jié)露、隔音和光效的目的。“水立方”采用雙層ETFE充氣膜結(jié)構(gòu),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(jìn)行調(diào)節(jié),有效地利用自然光,節(jié)省能源,并且具有良好的保溫隔熱、清理回聲,為運動員和觀眾提供溫馨,安逸的環(huán)境。
  目前國內(nèi)膜結(jié)構(gòu)發(fā)展振奮人心,隨著一些大型體育館、候機(jī)大廳等建設(shè)以及2010年上海世博會和廣州亞運會等全部盛會的舉辦,為我國膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。尤其在膜材方面,我國起步晚,技術(shù)水平低,大部分膜材還主要依靠進(jìn)口。PTFE、PVC和表面改性的PVC、ETFE等膜材是市場的主流,應(yīng)用比較廣泛。我國已有PTFE膜材的自主知識產(chǎn)權(quán),性能也基本達(dá)到國外同類產(chǎn)品的要求。很多公司、科研單位以及高校都在進(jìn)行PVC表面涂層材料的研究,如PVDF、納米TiO2表涂劑等的研究已初見成效,另外在表面防污自潔處理方面的研究如仿生荷葉構(gòu)筑微粗糙表面也開始起步。在引進(jìn)世界高等的生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)的同時,加緊消化吸收并改進(jìn)創(chuàng)新,盡快開發(fā)適合我國市場需求的膜材表面處理技術(shù),對提升我國整個產(chǎn)業(yè)用紡織品產(chǎn)品檔次和市場競爭力都具有重要意義。

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