（纺织工程专业论文）建筑膜材料的耐候性研究.pdf

1。1。一 浙江理工大学学位论文版权使用授权书测烨嬲 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密彳。 学位论文作者躲安、，1 祝嗨 日期洲妒年弓月缈日 年解密后使用本版权书。 本课题研究受2 0 0 9 年浙江省重大科技专 项项目( 2 0 0 9 c 11130 ) 资助 浙江理工大学硕士学位论文 摘要 建筑膜材料是从2 0 世纪7 0 年代发展起来的新型建筑材料，属于纺织领域中的涂层织 物，是继钢铁、水泥、木材和玻璃之后的第五种建筑材料，一般以高强度的涤纶长丝或玻 璃纤维织物为基布，两面经热粘复合或涂覆高聚物，表面再经高耐候性材料处理的高分子 复合材料。膜材料在使用过程中，容易受到光、热、风、雨、雪、大气污染物等条件的作 用而发生“老化 现象，化学性能的改变而引起机械强度的降低、颜色加深等，使材料丧 失它原有的功能。这就需要我们对膜材料的耐候性能进行研究，为建筑膜材料的进一步发 展提供一些参考。 针对建筑膜材料的耐候性，本课题对膜材在紫外线和热氧老化条件下的性能进行了研 究，选用的材料主要为p v c 和p v d f 建筑膜材料，本文主要内容如下： ( 1 ) 概述了建筑膜材料的类型及其应用现状，对膜材料耐候性研究的国内外现状进 行了论述。 ( 2 ) 通过红外光谱、亲水性能、透光性能和耐磨性能等测试分析，系统研究了建筑 膜材料的表面性能。研究结果表明：p v d f 膜材料含有c c 、c h 2 、c f 等功能键，是一 种疏水性的线型结晶性聚合物；膜材料对可见光的透过率大约为4 ，而对于紫外线部分 透过率和反射率都很小，说明紫外线基本被膜材吸收，这对膜材的耐久性有较大的影响； p v d f 建筑膜材料，在摩擦初始阶段，质量损失较快，随着摩擦次数的增加，质量损失率 变化趋于缓慢。 ( 3 ) 采用了二因子二次通用旋转组合设计，以紫外线照射时间和强度为两个老化因 子，对膜材料进行加速老化处理，建立了拉伸性能的数学模型，分析紫外线对膜材料的老 化影响。研究表明：膜材料经紫外线老化后，随着照射时间和强度的增加，膜材的力学性 能呈下降趋势，红外光谱中的吸收峰逐渐缩小；膜材料的透光率呈下降趋势，在开始阶段 下降较为明显，后下降趋于缓慢，从反射率的曲线中看出，在紫外线波段内，反射率变化 不明显，在可见光波段内，随着强度增加，反射率下降。 ( 4 ) 采用了二因子二次通用旋转组合设计，以受热时间和温度为两个老化因子，对 膜材料进行加速老化，建立白度值变化的数学模型，分析热氧条件对膜材料的老化影响。 研究结果显示：膜材料经热氧老化后，随着受热时间和受热温度的增加，膜材的表面白度 值呈下降趋势，对比没有经过p v d f 表面处理的膜材料，p v d f 处理可以延缓在受热中膜材 白度的变化；在受热开始阶段膜材料的透光率下降较为明显，当达n 8 天时，变化趋于缓 浙江理工大学硕士学位论文 慢，在紫外光波段内膜材的反射率变化不大，在可见光区域内，随着受热时间的延长，膜 材对可见光的反射率变小；测试在1 1 5 c t 膜材的质量损失率和力学性能，在开始阶段变化 较为明显，当超过1 0 天后，变化趋于缓慢。 关键词：建筑膜材料；表面性能；回归设计；老化；紫外线；热氧条件 n 浙江理工大学硕士学位论文 s t u d yo nt h ew e a t h e r a b i l i t yo f a r c h i t e c t u r a lm e m b r a n e m a t e r i a l s a b s t r a c t a r c h i t e c t u r a lm e m b r a n em a t e r i a l sa r et h en e wa r c h i t e c t u r a lm a t e r i a l sw h i c hh a v eb e e n d e v e l o p e ds i n c e19 7 0 s ，a n di tb e l o n g st oc o a t e df a b r i c s ，t h a ti sc a l l e dt h ef i f t hb u i l d i n gm a t e r i a l b e s i d e st h es t e e l ，c e m e n t ，w o o da n dg l a s s ，n l es u b s t r a t ei sp e to rg l a s sf a b r i c s ，t h ec o a t i n g so f t w os i d e sa r eb e e ns t i c k e do ro v e r l a i dw i mp o l y m e r , a n dt h es u r f a c ei sd e a l tw i t hs u p e r i o r w e a t h e r a b i l i t yo fp o l y m e rm a t e r i a l i nt h eu s eo ft h ep r o c e s s ，t h ep r o p e r t i e sa n df u n c t i o n so f m a t e r i a l sa r ea f f e c t e db ys u n l i g h t ，t e m p e r a t u r e ，w i n d ，r a i n , s n o w , a t m o s p h e r i cp o l l u t a n t sa n ds o o n ，t h ea g i n gp h e n o m e n o np r e s e n t sa st h ed e c a yo fp h y s i c a lp r o p e r t ya n dt h ed a r k e n so fc o l o r a n ds oo n ，w h i c hr e q u i r e su st os t u d yo nt h ew e a t h e r a b i l i t yo fm e m b r a n es t r u c t u r em a t e r i a lt o p r o v i d es o m er e f e r e n c ef o rt h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to fm e m b r a n es t r u c t u r em a t e r i a l a c c o r d i n gt o t h ew e a t h e r a b i l i t yo fa r c h i t e c t u r a lm e m b r a n em a t e r i a l ，i nt h i ss u b j e c t ，t h e p r o p e r t i e so ft h em e m b r a n em a t e r i a l sw h i c ha r ep v ca n dp v d fm e m b r a n em a t e r i a l sa f t e r u l t r a v i o l e ta n dt h e r m a l o x i d a t i v ea g i n gw e r es t u d i e d m a i nc o n t e n t so fr e s e a r c ha r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) m t y p e sa n da p p l i c a t i o ns t a t u so fa r c h i t e c t u r a lm e m b r a n em a t e r i a l sw e r es u m m a r i z e d ， a n dt h es t a t eo ft h ew e a t h e r a b i l i t yo fa r c h i t e c t u r a lm e m b r a n em a t e r i a lw e r er e v i e w e d ( 2 ) s u r f a c ep r o p e r t i e so fm e m b r a n em a t e r i a lw e r et e s t e d ，f o re x a m p l e ，t h ei n f r a r e ds p e c t r u m ， h y d r o p h i l i c i t y , t r a n s m i t t a n c ea n dw e a r - r e s i s t a n c e f u n c t i o nb o n d so fp v d fm e m b r a n em a t e r i a l w e r ec c ，c h 2 ，c fa n ds oo n ，p v d fw a sh y d r o p h o b i cl i n e a rc r y s t a l l i n ep o l y m e r t h em a t e r i a l w a sh y d r o p h i l i cb e c a u s eo fp r e s e n c eo ff l u o r i n ea t o m st of o r mv e r ys t r o n gh y d r o g e nb o n d ，a n d h y d r o g e nb o n de x i s t e di nw a v e n u m b e rr a n g e t r a n s m i t t a n c eo f v i s i b l el i g h to fp v d fm e m b r a n e m a t e r i a lw a sa b o u t4 t r a n s m i t t a n c ea n dr e f l e c t i v i t yo fu l t r a v i o l e tw e r el o w , i tw a ss h o w e dt h a t m a t e r i a la b s o r b e da l m o s tu l t r a v i o l e t ，w h i c h i m p a c t e dt h ed u r a b i l i t yo fm e m b r a n e i nt h e b e g i n n i n go ff r i c t i o n ，m a s sl o s sr a t ec h a n g e df a s t ，a n dt h e nc h a n g et e n d e dt os l o w , t h i sw a sd u e t ot h eb i n d i n gf o r c eo fp v ca n dp v d fw e r en o ts t r o n g ( 3 ) ，n l eq u a d r a t i cg e n e r a lr o t a r yu n i t i z e dd e s i g no ft w of a c t o r s ，t h et i m ea n dt h ei n t e n s i t yo f u vi r r a d i a t i o n ，w a su s e dt os t u d yt h ei n f l u e n c eo fu vi r r a d i a t i o nt oa r c h i t e c t u r a lm e m b r a n e 1 1 1 浙江理工大学硕士学位论文 m a t e r i a l t h et e n s i l ep r o p e r t yo ft h em a t e r i a lw i l t st e s t e d ，a n dt h em a t h e m a t i c a lm o d e l sa b o u t b r e a k i n gf o r c ea n db r e a k i n ge l o n g a t i o nr a t ew e r eb u i l t ，t h ep r o p e r t i e so fm a t e r i a lw e r e a n l y s i s e d a f i e ru va g i n g w i t ht h ei n c r e a s i n go fu vi r r a d i a t i o nt i m ea n di n t e n s i t y , m e c h a n i c a l p r o p e r t i e st o o ko nd o w n t r e n da n da b s o r b t i o np e a kb e c a m es m a l l e ra n ds m a l l e ri ni n f r a r e d s p e c t r u mp i c t u r e ，t r a n s m i t t a n c et o o ko nd o w n t r e n d ，i nt h eb e g i n n i n gt h ec h a n g ew a so b v i o u sa n d t h e ns l o w l y , f r o mt h er e f l e c t i v i t yp i c t u r e ，r e f l e c t i v i t yo fu vh a dn oc h a n g e ，b u tr e f l e c t i v i t yo f v i s i b l el i g h tt o o ko nd o w n t r e n d ( 4 ) t h eq u a d r a t i cg e n e r a lr o t a r yu n i t i z e dd e s i g no ft w of a c t o r s ，t h et i m ea n dt h et e m p e r a t u r e o ft h e r m a l ，w a su s e dt os t u d yt h ei n f l u e n c eo ft h e r m a lc o n d i t i o nt op v ca n dp v d fa r c h i t e c t u r a l m e m b r a n em a t e r i a l t h ew h i t e n e s so ft h em a t e r i a l sw a st e s t e d ，a n dt h em a t h e m a t i c a lm o d e l s a b o u tw h i t e n e s sw e r eb u i l t , t h ep r o p e r t i e so fm a t e r i a lw e r ea n l y s i s e da f t e rt h e r m a l o x i d a t i v e a g i n g w i t ht h ei n c r e a s i n go ft h e r m a lt r e a t m e n tt i m ea n dt e m p e r a t u r e ，t h ew h i t e n e s st o o ko n d o w n t r e n d ，t h ed o w n t r e n do fp v d fm e m b r a n em a t e r i a lw a ss l o w l yt h a np v cm e m b r a n e m a t e r i a l ，i nt h eb e g i n n i n gt h ec h a n g eo ft h et r a n s m i t t a n c ew a so b v i o u s ，w h e nt h et i m er e a c h e d 8 md a y , t h ec h a n g et e n d e dt os l o w l y , f r o mt h er e f l e c t i v i t yp i c t u r e ，r e f l e c t i v i t yo fu vh a dn o c h a n g e ，b u tr e f l e c t i v i t yo fv i s i b l el i g h tt o o ko nd o w n t r e n d t h em a s sl o s sr a t ea n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fm e m b r a n em a t e r i a lu n d e r115 w e r et e s t e d ，i nt h eb e g i n n i n gt h ec h a n g ew a s o b v i o u s ，w h e nt h et i m er e a c h e d10 t l id a y , t h ec h a n g et e n d e dt os l o w l y k e yw o r d s ：a r c h i t e c t u r a lm e m b r a n em a t e r i a l ；s u r f a c ep r o p e r t y ；r e g r e s s i o nd e s i g n ；a g i n g ； u l t r a v i o l e tr a d i a t i o n ；t h e r m a l - o x i d a t i v ec o n d i t i o n i v 浙江理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i e j 录v 第一章绪论1 1 1 建筑膜材料概述l 1 1 1 膜材的分类及其特点l 1 1 2 膜材的生产工艺一3 1 2 国内外膜材的发展应用现状4 1 2 1 国外发展应用现状4 1 2 2 国内发展应用现状6 1 3 膜材的耐候性研究进展9 1 4 课题的研究意义和主要内容1 0 1 4 1 材料的选取1 0 1 4 2 研究意义1 1 1 4 3 本课题的主要内容：1 l 第二章建筑膜材料表面性能研究1 2 2 1 实验仪器及方法1 2 2 1 1 红外性能测试( f t i r ) 1 2 2 1 2 接触角测试1 2 2 1 3 透光性测试1 2 2 1 4 耐磨性能测试1 2 2 2 实验结果与讨论 。1 3 2 2 1 红外光谱分析( f t i r ) 1 3 2 2 2 疏水性能分析1 4 2 2 3 透光性能分析15 2 2 4 耐磨性能分析。1 6 2 3 本章小结18 第三章建筑膜材料耐紫外线性能研究l9 3 1p v c 的光老化机理1 9 3 1 1p v c 的结构缺陷一1 9 3 1 2p v c 的光降解机理。2 0 3 2 通用旋转组合设计理论2 2 3 3 实验部分2 3 3 3 1 实验仪器一2 3 3 3 2 测试标准2 3 3 3 3 实验方案2 4 3 4 结果与分析2 5 3 4 1 实验测试结果2 5 3 4 2 回归结果与分析2 6 v 浙江理工大学硕士学位论文 3 4 3 回归结果分析2 8 3 4 4 红外光谱分析3 0 3 4 5 透光性变化分析3l 3 3 6 颜色变化分析3 3 3 4 本章小结3 4 第四章建筑膜材料耐热氧老化性能研究3 5 4 1p v c 的热氧老化机理3 5 4 2 实验部分3 8 4 2 1 实验仪器3 8 4 2 2 实验方案3 8 4 3 结果与分析3 9 4 3 1 回归结果与分析4 1 4 3 2 处理前后膜材表面白度值变化4 2 4 3 3s e m 4 3 4 3 4 红外光谱分析“ 4 3 5 透光性变化分析4 6 4 3 6p v d f 膜材料热氧老化后质量损失分析4 7 4 3 7p v d f 膜材料拉伸性能变化。4 9 4 3 8p v d f 膜材料撕裂性能变化5 0 4 4 本章小结5 2 第五章结论与展望5 3 5 i 结论! ；3 5 2 展望5 4 参考文献5 5 附录! ；8 致谢5 9 v l 浙江理工大学硕士学位论文 1 1 建筑膜材料概述 第一章绪论 建筑膜材料是从2 0 世纪7 0 年代发展起来的新型建筑材料，属于纺织领域中的涂层织 物，是继钢铁、水泥、木材和玻璃之后的第五种建筑材料【l 】，它可以在原有建筑材料应用 有困难的领域，如无柱式大型或超大型建筑上使用，具有了传统建筑材料不可比拟的优越 性，扩大了建筑材料的应用范围。它具有造型轻巧自由、美观、透光、节能、环保、优良 的阻燃性能、防污自洁性能、安全寿命长等优点，主要作为半永久性建筑材料广泛应用于 大型体育场馆、购物场、展览会场、入口廊道、娱乐场、停车场、植物观光圆顶和加油站 等建筑。由于2 0 0 8 年北京奥运会体育场馆“鸟巢 等成功建成并投入使用，以及2 0 1 0 年 上海世博会和广州亚运会等国际盛会的举办，膜材在国内的发展已经进入了一个高速增长 期【2 - 5 】。 1 1 1 膜材的分类及其特点 建筑膜材料一般以高强度聚酯工业长丝或玻璃纤维织物为基布，两面经热粘复合或涂 覆聚氯乙烯( v v c ) 或聚四氟乙烯( p t f e ) 树脂而成的高分子复合材料。基布一般为机织物， 决定了膜材料的力学性能，主要提供强力；涂层和表面处理的表层起保护基布的作用，主 要保证膜材的密实性，并且使膜材具有防水、阻燃、抗紫外、自洁、耐久性等功能【鲫】。 目前，全世界使用的建筑膜材料按原料分9 0 是以下三种： 第1 类是p t f e ( 聚四氟乙烯) 膜材，是以玻璃纤维织物为基布，表面涂履聚四氟乙烯 树脂( p t f e ) 。p t f e 高性能特种涂料商品名叫特氟隆( t e f l o n ) ，树脂含量大于9 0 ，p t f e 膜材的特征是耐久性、防火性与防污性高。但p t f e 膜材与其它膜材比较，材料费与加工 费高，且柔软性低，在施工上为避免玻璃纤维被折断，须有专用的工具与施工技术。其具 体特点有：强度高，中等强度的p t f e 膜材厚度仅为0 8i n i n ，但它的拉伸强度已达到钢材 的水平；而且弹性模量较低，有利于膜材形成复杂的曲面造型；使用温度范围广，能够在 7 0 - - 一+ 2 3 0 的温度范围内使用；具有独特的光学性能，在白天，入射光线变成自然光射入， 不会刺且，不会产生阴影，光线分布均匀；紫外线几乎不能透过膜材，防止了内部装饰材 料和设备的褪色；在晚上，高反射性能使得房间具有卓越的照明效果，减少电能消耗，而 且可衬托出夜空中建筑物的辉煌；防污自洁性比较好，雨水就可以冲刷掉膜材表面的附着 1 浙江理工大学硕士学位论文 物；具有较高的透光率，达到了1 3 ，对热能的反射率为7 3 ，说明热能吸收量很少，可 以保证室内热量的损失；具有较长的使用寿命，一般都在2 5 年以上，可作为永久性建筑 材料使用在建筑中。 第2 类是e t f e ( 乙烯聚四氟乙烯共聚物) 膜材料，是一种含氟的高分子热塑型材料， 是人工高强度氟聚合物，是由一种无色透明的颗粒状结晶体，也就是e t f e 生料挤压成型 的膜材，是一种典型的非织物类膜材，没有基布，直接由材料成膜。其特点是：由氟塑料 直接制造，也可以和织物膜材一样施加预张力；温度使用范围也比较广，能够在2 0 0 - + 1 5 0 的温度中长期使用；具有极高的透光率，达到了9 5 ，接近了普通玻璃的透过率，但不 能阻挡紫外线等波段的光线照射到室内，在保证建筑内部自然光线的前提下，可通过表面 处理，可使该材料的透明度下降到5 0 以下；膜材特有的抗粘着表面使其具有高抗污、易 清洗的特点，通过雨水冲刷即可清除主要污垢，保持膜面光洁；e t f e 膜材达到了b 1 、d i n 4 1 0 2 防火等级标准，燃烧时也不会熔滴，这种特点使其即使在由于烟、火引起的膜材熔化 情况下也具有相当的优势，膜材的厚度一般为0 0 5 0 2 5i 姗，且该膜材的质量很轻，每 平方米的重量一般在o 1 5 , - - 0 3 5k g 之间；e t f e 膜材为可再循环利用材料，可再次利用生 产新的膜材料，或者分离其它杂质后生产另外的e t f e 产品；具有较强的耐腐蚀性，同时 又有对金属特有的强粘着特性，克服了p t f e 膜材对金属不粘合性的缺陷，加之其平均线 膨胀系数接近碳钢的线膨胀系数，使e t f e ( f 4 0 ) 成为和金属的理想复合材料，具有极 优良的耐负压特性；使用寿命较长，达到了2 5 年以上，可用于永久性多层可移动屋顶结 构的理想材料；e t f e 膜材通常以气垫的形式应用于建筑中，因此需要不断的监控和补充 气压【1 0 1 1 1 。 第3 类是p v c ( 聚氯乙烯) 膜材料，是以涤纶织物为基布，两面进行p v c 涂层。由 于p v c 在日光曝晒下不能长久使用，容易受损，p v c 中的增塑剂容易向表面迁移，使表 面更容易沾污，自洁性变差，p v c 膜材的使用寿命较短，一般只能用在展览会、博览会等 临时性建筑，或可更换膜面的建筑。为了提高膜材的耐老化、自洁等性能，可以通过对p v c 膜材料进行表面处理，提高材料的使用年限，目前常用的方法是在其表层涂覆或贴合聚偏 氟乙烯( p v d f ) 、聚氟乙烯( p v f ) 、聚丙烯酸树脂( a c r y l i c ) 、聚氨酯( p o l y u r e t h a n e s ) 涂 层以及纳米二氧化钛( n a n o - - - - y i 0 2 ) 【1 2 】等高耐候性材料。最常见的是涂覆p v d f 涂料和贴 合p v f 材料，经表面处理后的p v c 膜材特点如下： ( 1 ) 涂覆p v d f 的膜材可以抵抗由紫外线引起的p v c 材料的降解、颜色变化、失去 光泽、抵抗腐蚀、抵抗脏污、抵抗发霉，另外可以防止增塑剂向外表面迁移，提高膜材的 2 浙江理工大学硕士学位论文 使用寿命，p v d f 膜与一般的p v c 膜比较，耐用年限可达7 1 0 年左右，耐火性基本上达 到了难燃级水平。 ( 2 ) 贴p v f 膜材比p v d f 膜材的耐久性更佳，且具有防沾污的优点。但由于其加工性、 施工性和防火性不佳，影响了其使用范围。由于p v f 树脂在1 0 0 以下几乎不溶于任何溶 剂，只能在潜溶剂中形成分散体，然后在高温下烘烤成膜，再与产品进行层压。目前美国 杜邦公司开发的p v f 膜材品种有上百种，可根据用户不同要求，提供不同厚度、颜色、光 泽、粘结性能和机械强力的p v f 膜材，但国内在这方面的研究还属于空白【1 3 1 4 1 。 1 1 2 膜材的生产工艺 国外对建筑膜材料的开发始于2 0 世纪初，中期正式开始应用，现在产品已形成系列化、 多样化、高性能化。而我国对建筑膜材料的开发和应用起步较晚，只有十几年的历史，一 些原来生产篷盖材料的企业试生产过一些用于临时性建筑的膜材料，所用的生产工艺基本 是在一般篷盖材料的生产工艺的基础上做了部分改进，其生产过程如下： 基布退卷一基布浸渍上浆一烘干一面涂层一烘干一反转一反面涂层一塑化一表面防 污处理一烘干一收卷。 国内许多膜材料生产企业，在整个涂层工艺中基布只有经向受到张力，纬向只有在塑 化时才受到一定的张力拉伸。而国外专业的膜材料生产企业，如f e r r a r i 公司，采用了其专 利技术( p r e c o n t a i n t 预应力技术) ，该技术的核心内容是从基布退卷到表面防污处理前，整 个涂覆过程中经向和纬向都始终持续地受到张力的拉伸作用，减少了经纬向伸缩率的差 异，使产品具有更高的尺寸稳定性和抗蠕变性能，同时也使其具有更好的耐老性能及更优 异的表观质量。 在膜材料生产工艺中，最重要的工序就是涂层涂覆工艺，该工艺关系到膜材的剥离强 力和经纬向伸缩率。建筑膜材料在涂层过程中要尽可能保证基布中经、纬向纱线均受到一 定的张力，使经、纬向纱线尽可能伸直，减小弯曲，提高产品尺寸稳定性和抗蠕变性能， 目前国内( 以p v c 膜材生产工艺为主) 大都是以层压和涂刮成型这两种生产工艺。 ( 1 ) 层压成型。层压，就是把薄片状材料一层层地叠合，通过加压粘结成为一体。 层压膜材就是把基布与高聚物以及其它软薄片材料粘结在一起，可以是一层或多层，形成 兼有多种功能的复合体。其中，p v c 膜材采用的是层压法中的压延法，它是将塑炼后的材 料通过四辊压延机，在强大的压力下，压延成薄膜，然后和基布贴合，再经轧花、冷却即 可制得压延膜材料，如图1 1 所示。压延法生产的膜材料可分贴胶法和擦胶法两种。 3 浙江理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 涂刮成型。就是将p v c 糊涂料均匀地涂( 或刮) 到基布上，形成连续的聚合物涂层， 再经过烘熔，也就是加温到使其糊层完全熔融塑化，并均匀地紧贴于基布上，冷却后就可 得到最终产品，如图1 2 所示。一般膜材料采用的都是刮刀涂刮成型，这种方法可以提供 更高的剥离强力，一般需要经过多次涂刮，再经高耐候性材料表面处理后得到最终的成品， 这种膜材适合半永久性建筑【1 5 】。 、 、k 贴胶法 图1 - 1 压延法 1 2 国内外膜材的发展应用现状 1 2 1 国外发展应用现状 基布 输送带承托辊 图l - 2 涂刮成型 膜材料的历史最早可以追溯到远古时代的帐棚，它是一种早期的建筑膜材料形式；而 真正使用建筑膜材料的时代开始于1 9 7 0 年日本大阪万国博览会，如图1 3 所示，它当时是 世界上跨度最大的建筑，也是首次采用了p v c 涂层的玻璃纤维织物，它标志着膜结构时代 的开始。在亚洲，日本和韩国膜材的生产和开发能力比较强，生产企业也比较多，如日本 有日本太阳工业株式会社、日本旭硝子株式会社、中兴化成工业株式会社等，而韩国的企 业主要是韩国秀博公司。在日本和韩国共同举办的2 0 0 2 年世界杯足球赛的场馆中，日本 赛场1 0 个体育场中有6 个采用膜材料( 新泻体育场、鹿岛体育场等) ，韩国赛场1 0 个体 育场中有5 个采用膜材料( 汉城体育场、济洲体育场、大邱体育场等) ，如图1 - 4 为汉城体 育场。在西亚的沙特阿拉伯吉达机场候机大厅，悬挂膜结构材料占地达4 2 万i n 2 ，至今仍 是世界上覆盖面积最大的膜结构建筑，如图1 5 所示；世界著名的位于阿联酋的第一大城 市迪拜的b u l j a l a r a b 酒店( 图1 - 6 ) # 1 - 墙采用了建筑膜材料的幕墙，使用了两层受过预应力 的膜材料，并且所有膜材都以具有防火性能的p t f e 涂层玻璃纤维织物制作而成。 4 繁睾撇 牛一 浙江理工大学硕士学位论文 溪 i誊 i 秀 一囊 、二 图1 31 9 7 0 年日本大阪富士馆图 图1 - 4 汉城体育场 图1 - 5 吉达机场候机大厅 图1 - 6 迪拜的b u r i a l - a r a b 酒店 在欧美，膜材的开发应用一直处于世界的前列，法国的f e r r a r i 公司生产的膜材料较早 地就应用在世界各地的膜材料建筑中，主要生产p v c 、p v f 、p v d f 膜材料，其中第2 代 膜材料是将p v d f 和硬化介体结合，这样明显地提高了材料的机械强度和使用寿命。巴黎 的“l ag r a n d ea r c h ed el ad 6 f e n s e ( 图1 7 ) 把整个膜材料通过索连接起来，膜顶篷的面 积达到了2 5 0 0 m 2 ，从远处看，它仿佛无任何支承，漂浮在空中。在德国，膜材料应用和开 发也是比较先进的，其中r a i nb l u m 实验室是欧洲最大规模的膜材料力学性能研究室，建 立了膜材料在抗拉强度、撕裂强度、剥离强度等强度指标，以及通过双轴拉伸试验确定膜 材料弹性模量、泊松比、剪切模量等工程常数的统一的试验方法，并已被t e n s i n e t 等行业 组织采纳。德国杜肯( d u r a k i n ) 公司是欧洲最大的产业用纺织品生产企业，是世界上少有 的几个能同时生产p v c 类和p t f e 类膜材料的企业之一，其p v c 类膜材料的最大幅宽可 达到5 m ，p t f e 膜材料的最大幅宽达到4 7 m ，是世界上生产最宽膜材料的企业。其中p v c 类膜材料的种类主要有：丙烯酸涂层、可拼接双面p v d f 、不能拼接p v d f 膜材料和p v f 膜材料，基布包括：锦纶、涤纶、玻璃纤维和芳纶等；涂层材料主要为p v c 、p t f e 和s i l i c o n e 。 德国其它企业主要有米乐( m e h l e r ) 公司、德国科威尔( k e w e l l ) 公司等。2 0 0 6 年在德国进 行的世界杯足球赛同样让德国新建了许多膜材料建筑的体育场，如柏林的奥林匹克球场 s 骖：；。o尹：；霉乞簟器k 浙江理工大学硕士学位论文 ( 图1 8 ) 。在英国最著名的膜材料建筑是千年穹顶( m i l l e n n i u md o m e ) ( 图1 9 ) ，这是二 十世纪末，人们为了迎接千禧年的到来，在伦敦泰晤士河畔的格林威治半岛北端建造的， 用于举行千年庆典，采用的是p t f e 膜材料，覆盖面积为1 5 万m 2 。美国在膜材料和空间 结构两方面的研究也比较早，良好的发展根基以及政府的大力支持，使得其膜材料的发展 在世界一直处于领先地位。早在7 0 年代初期，以美国杜邦、康宁公司为主的几家公司和 设计单位联合开发研制了以玻璃纤维织物为基布，以p t f e 为涂层的新型膜材料，使膜材 料建筑从最初的临时性建筑开始迈向永久建筑的行列。目前，美国欧文斯科宁公司研制的 v e s t a r 膜材就是用硅聚醋与超细玻璃纤维织物复合制成的，其主要特点为质量轻，极易安 装。1 9 7 0 年日本大阪万国博览会，由美国工程师d a v i dg e i g e r 和h b e r g e r 设计的美国馆( 见 图1 1 0 ) 采用气承式膜材料建筑，首次以p v c 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材料建筑【1 自17 1 。 图1 7 巴黎的搿l ag r a n d ea r c h ed el ad 6 f e n s e 一图1 8 奥林匹克球场 图1 - 9 千年穹顶( m i l l e n n i u md o m e )图1 1 0 美国馆 1 2 2 国内发展应用现状 建筑膜材料在我国的发展应用起步比较晚，最早出现于1 9 9 5 年，真正形成规模是在 1 9 9 7 年，比国外要晚3 0 年以上。表1 1 列出的是我国已经建成膜材料投影面积超过l 万 6 浙江理工大学硕士学位论文 上海八万人体育场( 图1 1 1 ) 是我国首次在大型建筑上采用膜材料，其挑篷采用以经 向悬挑钢桁架和环向桁架组成的大跨度空间结构，上覆伞形膜材料，总覆盖面积3 万i n 2 ， 采用的是由美国进口的p t f e 膜材料。图1 1 2 为山西晋城体育场，膜面面积为1 万m 2 ， 采用进口的f e r r a r i 公司的p v d f 膜材料作为结构屋面材料。北京奥运会场馆“鸟巢 ( 图 l 一1 3 ) 和“水立方”( 图1 1 4 ) 膜材料都采用了e t f e 膜材，都为进口产品。“鸟巢 采用 双层膜结构，外层用e t f e 防雨雪防紫外线，内层用p t f e 达到保温、防结露、隔音和光 效的目的。“水立方 采用双层e t f e 充气膜结构，共1 4 3 7 块气枕，每一块都好像一个“水 泡泡”，气枕可以通过控制充气量的多少，对光线的反射率和透过率进行调控，有效地利 7 浙江理工大学硕士学位论文 用了自然光，节省能耗，并且具有良好的保温隔热、消除回声，为运动员和观众提供温馨、 安逸的环境。在我国不公在大型的大跨度建筑上得到了广泛的应用，由于建筑膜材料结构 重量轻、施工方便、造型美观、