（纺织工程专业论文）膜结构建筑用纺织材料的性能评价研究.pdf

中文摘要 随着膜结构建筑的发展 膜材的需求量急增 但我国由于缺少配套的膜材技 术标准和工程设计规范 企业的生产与产品质量处于无序状态 工程人员在产品 的选用上无所遵循 近几年 由于在膜材性能测试以及膜材结构验收等方面技术 的匮乏 大大小小的膜结构破坏事故频发 为膜结构建筑工程埋下了安全隐患 故形成一套完整的膜材料质量技术标准和工程设计规范成为当务之急 这就迫切 需要我们对膜材料进行系统和深入的研究形成行业或国家标准 以指导国产膜材 的产品开发和提升质量水平 本课题通过调研 收集资料 了解不同领域的设计与技术要求 根据产品的 特点 工艺 性能 用途等对产品进行分类 然后确定膜材特有的性能及其评价 检测方法 最后通经过对各类膜材的实际检测和统计分析 形成膜材的技术指标 其主要内容如下 一 确定了膜材4 项基本物理参数的测试标准与方法 包括克重 总厚度 涂层厚度 纬斜 二 确定了拉伸性能 撕裂性能 剥离性能测试方法中的参数 统一了其方 法与标准 并通过一元回归分析法找出膜材拉伸强力与撕裂强力一致性的关系 列出了回归方程 另外 在对各种膜材进行测试及数据分析对比后 进一步分析 了影响膜材以上各性能的因素 总结了许多有用的规律和结论 三 作为本课题的主要创新点 研究并制订了膜材四项常用的功能性考核指 标的测试方法与标准 其为透光率 耐沾污性 液体芯吸 耐低温 1 从计算公式与参数 波长间隔 扫描平均时间 光束模式 等两个方面 进行研究分析 确定了膜材在可见光范围内 3 8 0 n m 一7 8 0 n m 全波段透光率的试 验方法和原理 2 从污染源的配制以及试验方法的简便性 重现性两方面去研究并确定了 专门适合于膜材的耐沾污性测试方法 3 从试验液体的选择与液体迁移高度的观察方法两方面去研究并确定了专 门适合于膜材液体芯吸的测试方法 4 从耐低温性能测试方法的选用及冷裂温度测定方法两方面去研究并确定 了专门适合于膜材耐低温性能的测试方法 四 对膜材1 1 个考核项目进行测试并对其试验数据进行对比分析后 为膜材 各类产品具体考核指标 如各试验项目的允差范围 的制定提出了建议 并编写 了膜材的质量标准手册的初稿 关键词 膜结构建筑用纺织材料 涂层织物 力学性能考核指标 功能性考核指 标 性能评价 测试方法与标准 a b s t r a c t w i t ht h ed 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 ea r c h i t e c t u r e t h ed e m a n do f m e m b r a n em a t e r i a l si sr a p i d l yi n c r e a s i n g h o w e v e r p r o d u c t i o na n d p r o d u c tq u a l i t yo f e n t e r p r i s e sa r eo u to fo r d e r a n de n g i n e e r i n gs t a f f sh a v en op r i n c i p l et os e l e c tp r o d u c t s d u et os h o r t a g eo fm e m b r a n et e c h n i q u es t a n d a r d sa n de n g i n e e r i n gd e s i g n a t i o nc r i t e r i a i nc h i n a i nt h er e c e n ty e a r s m e m b r a n es t r u c t u r ed e s t r u c t i o nf r e q u e n t l yh a p p e n e d b e c a u s et h et e c h n i q u ei si e j u n ei np e r f o r m a n c et e s t i n go fm e m b r a n em a t e d a l sa n d c h e c k i n g a c c e p t i n go fm e m b r a n es t r u c t u r e s ot h a ts a f e t yh i d d e nt r o u b l ee x i s t si n e n g i n e e r i n go fm e m b r a n es t r u c t u r ea r c h i t e c t u r e t h e r e f o r e t od e v e l o pas e to f i n t e g r a t e dm e m b r a n em a t e r i a l sq u a l i t ys t a n d a r d sa n de n g i n e e r i n gd e s i g n a t i o nc r i t e r i a i su r g e n ta f f a i r s i no r d e rt oi n s t r u c tp r o d u c te x p l o i t a t i o na n dq u a l i t yi m p r o v e m e n to f m e m b r a n em a t e d a l sm a d ei nc h i n a m e m b r a n em a t e r i a l ss h a l lb es y s t e m i c a l l ya n d d e e p l yr e s e a r c h e dt of o r mi n d u s t r i a la n dn a t i o n a ls t a n d a r d s i nt h i ss u b j e c t p r o d u c t sa r cc l a s s i f i e da c c o r d i n gt oc h a r a c t e r i s t i c s c r a f t p e r f o r m a n c e u s a g e e t c t h r o u g hi n v e s t i g a t i o n r e s e a r c h c o l l e c t i n gd o c u m e n t sa n dk n o w i n ga b o u t d e s i g n a t i o n a n dt e c h n i c a l r e q u i r e m e n ti nv a r i o u sf i e l d s a n dt h e nt h ei n t r i n s i c p e r f o r m a n c e so fm e m b r a n em a t e r i a l s a n dt h e i rt e s tm e t h o d sa r ed e t e r m i n a t e d t e c h n i q u es p e c i f i c a t i o n sa r cc o n f i r m e db yt e s t i n ga n ds t a t i s t i c a l l ya n a l y z i n gt y p e so f m e m b r a n em a t e r i a l s 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 t oc o n f i r mt e s ts t a n d a r d sa n dm e t h o d sf o r4b a s i cp h y s i c a lp a r a m e t e r si n c l u d i n g m a s sp e ra r e a t o t a lt h i c k n e s s c o a t i n gt h i c k n e s sa n db i a sf i l l i n g 2 t oc o n f i r mt h ep a r a m e t e r si nt h et e s tm e t h o d sf o rt e n s i l es t r e n g t h t e a rs t r e n g t h a n dc o a t i n ga d h e n s i o ns t r e n g t h t h ec o h e r e n c e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt e n s i l e s t r e n g t ha n dt e a rs t r e n g t hi sf o u n db yu s i n go n e d i m e n s i o n a lr e g r e s s i o na n a l y t i c a l m e t h o d r e g r e s s i o ne q u a t i o ni sl i s t e d a d d i t i o n a l l yt h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h e s e p r o p e r t i e sa r eg o t t e nb yt e s t i n ga n dc o m p a r i n g a n a l y z i n gs t a t i s t i c a l l yt y p e so f m e m b r a n em a t e r i a l s m a n yu s e f u lc o n c l u s i o n sa r ed r a w nb ya n a l y z i n ga b o v e f a c t o r s 3 a sm a i np o i n t so fi n n o v a t i o ni nt h i ss u b j e c t 4f u n c t i o n a l i t ym e t h o ds t a n d a r d sa l e r e s e a r c h e da n dd e v e l o p e d i n c l u d i n gl u m i n o u st r a n s m i t t a n c e s t a i nr e l e a s e l i q u i d w i c k i n ga n dr e s i s t a n c et ol o wt e m p e r a t u r e 1 t e s tm e t h o da n dp r i n c i p l eo fl u m i n o u st r a n s m i t t a n c ew i t h i nf u l lw a v e l e n g t ho f v i s i b l el i g h ta r ec o n f i r m e d b ya n a l y z i n g i nc a l c u l a t i o ne q u a t i o na n d p a r a m e t e r s 2 t e s tm e t h o df o rs t a i nr e l e a s ea p p l y i n gt om e m b r a n em a t e r i a l sa r ec o n f t r m e db y p r e p a r i n gs t a i n i n gs o u r c ea n dt a k i n ga c c o u n to fs i m p l e n e s sa n dr e p r o d u c i b i l i t y 3 t e s tm e t h o df o rl i q u i dw i c k i n gp r o p e r t ya p p l y i n gt om e m b r a n em a t e r i a l sa r c c o n f i r m e db ys e l e c t i n gt e s t l i q u i da n do b s e r v a t i o nm e t h o df o rl i q u i dw i c k i n g h e i g h t 4 t e s tm e t h o df o rr e s i s t a n c et ol o wt e m p e r a t u r ea p p l y i n gt om e m b r a n em a t e r i a l sa r e c o n f i r m e db ys e l e c t i n gd e t e r m i n a t i o no fl o wt e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c ea n dc o l d c r a c kt e m p e r a t u r e 4 t h es u g g e s t i o no ns p e c i f i c a t i o nf o ra s s e s s i n gi n d e x e so fv a r i o u sp r o d u c t si s p r o p o s e d b yt e s t i n g 1 1 i t e m s c o m p a r i n g a n da n a l y z i n gt e s td a t u m t h e p r e l i m i n a r yd r a f to fq u a l i t ys t a n d a r dm a n u a lo fm e m b r a n em a t e r i a l si sc o m p i l e d k e yw o r d s t e x t i l em a t e r i a l sf o rm e m b r a n e s t r u c t u r ea r c h i t e c t u r e c o a t e df a b r i c s a s s e s s i n gi n d e x e so fm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e a s s e s s i n gi n d e x e so ff u n c t i o n a l i t y p e r f o r m a n c ea s s e s s m e n t t e s tm e t h o da n ds t a n d a r d 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果 除了文中特别加以标注和致谢之处外 论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果 也不包含为获得云洼王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意 靴做储獭 词 签字日期沙俐月习日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云整王些太堂有关保留 使用学位论文的规定 特授权云洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索 并采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编以供查阅和借阅 同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 保密的学位论文在解密后适用本授权说明 靴做储鹕 嵴 签字日期 抄归j 月少7 日 导师签名 参吝轰 签字日期善嘶1 月吖日 学位论文的主要创新点 一 本课题对比分析了国内外膜材力学性能的一些测试方法 通过对所收集 的膜材进行大量的力学性能测试 及试验方法的摸索与研究 确定了其各种力学 性能测试方法的参数 统一了方法与标准 并通过回归分析法找出膜材拉伸强力 与撕裂强力一致性的关系 列出了回归方程 另外 在对各种膜材进行测试及数 据分析对比后 进一步分析了影响膜材以上各性能的因素 总结了许多有用的规 律和结论 为改进膜材的生产工艺提供指导作用 二 结合试验条件研究并制订了膜材几项特殊的功能性考核指标的测试方法 与标准 1 对于膜材的透光性能 目前 由于没有测试方法与标准 多数厂家只是 以膜材5 5 0 n m 人眼对光线最敏感 处时的单光谱透射率来表征其透光性能 本 课题通过从计算公式与参数 波长间隔 扫描平均时间 光束模式 等两个方面 进行研究分析 确定了膜材在可见光范围内 3 8 0 n m 7 8 0 n m 全波段透光率的试 验方法和原理 2 对于膜材的耐沾污性能 本课题主要参照g b t9 7 8 0 2 0 0 5 建筑涂料涂层 耐沾污性试验方法 从污染源的配制以及试验方法的简便性 重现性两方面去研 究并确定了专门适合于膜材的耐沾污性测试方法 3 对于膜材的液体芯吸性能 本课题主要参照m s a j m 0 3 2 0 0 3 膜材试验 方法 涂层织物 中防吸水试验方法 从试验液体的选择与液体迁移高度的观 察方法两方面去研究并确定了专门适合于膜材液体芯吸的测试方法 4 对于膜材的耐低温性能 本课题结合英国标准e n1 8 7 6 2 9 8 与我国标 准f z t0 1 0 0 7 1 9 9 1 从耐低温性能测试方法的选用及冷裂温度测定方法两方面 去研究并确定了专门适合于膜材耐低温性能的测试方法 三 通过对膜材各项试验数据进行分析 对产品进行了分类 为膜材各类产 品具体考核指标 如各试验项目的允差范围 的制定提出了建议 并根据应用要 求以及工程需求编写了膜材的质量标准手册的初稿 第一章前言 1 1 膜结构纺织材料概述 第一章前言 膜结构是以高强度柔性膜结构纺织材料于张拉体系相结合 形成的具有一定 刚度的空间结构体 因其具有力学 光学 热学性能优 阻燃和自洁性能佳 成 本低 工期短等优点 为建筑业带来了革命性的变化 高强度柔性膜结构纺织材 料 以下简称膜材 是膜结构建筑中最重要的材料 是一种新型的纺织材料 主 要是由合成纤维织物与玻璃纤维织物 经过聚合物涂层和特殊整理形成 属于高 新技术领域的纺织材料 它代替了砖瓦水泥等传统建筑材料 被称为是继钢铁 水泥 木材和玻璃之后的第五种建筑材料 1 广泛应用于大型建筑中 作为体育 场 展览馆 购物中心 候机 车 室 站台 库房 温室生产基地的屋顶 侧 墙等 膜结构建筑是2 0 世纪中期发展起来一种新型建筑结构形式 随着化学工业的 发展 聚氯乙烯 p v c 聚四氟乙烯 p t f e 乙烯一四氟乙烯共聚物 e t f e 等 化工产品日渐成熟 加之复台材料工艺的进步 使作为屋面的膜材综合性能得以 改善和提高 为膜材作为一种新型建筑形式的出现打下了良好的物质基础 1 1 膜材的主要组成结构 膜材一般由基层 涂层 面层组成 又称涂层织物 是由高分子聚合物与基材 层按需要的厚度 宽度 通过特定的加工工艺粘台在一起的一种复合材料 其结 构如图1 1 所示 基层由各种纤维编织而成 挟定膜材的结构力学特性 主要 提供强力 涂层和面层保护基层 主要保证膜材的密实性且使膜材具有白洁 抗 污染 抗紫井 耐久性等功能 图卜l 膜材主要结构示意图 麓辫燃爹 第一章前言 目前建筑膜材的基层纤维一般选用玻璃纤维或高强度聚酯纤维 玻璃纤维具 有一定的抗弯曲能力 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 而且还具有很强的耐紫外光照能力 但是 它的弹性模量较 低 约为钢的1 3 属于脆性材料 不易加工处理 而且湿 热环境对其力学性能 有一定的影响 聚酯纤维具有较大的伸长变形能力 易于安装加工 但抗紫外线能 力较差 在太阳光的长期照射下易发生化学变化 自洁性差 1 1 2 膜材的分类及性能比较 目前 建筑用膜材主要分为3 类 第1 类为p t f e 膜材 包括以下两种 一种是 以极细的玻璃纤维织物为基材 表面涂以聚四氟乙烯树脂 p t f e 或硅树脂 另 一种是将膨化聚四氟乙烯膜割成纵多的扁丝 将扁丝加捻纺成纱并织成布 然后 再双面贴上氟聚合物薄膜 第2 类为p v c 膜材 以涤纶织物为基材进行p v c 涂层 一般情况下需对其表层进行处理 以改善表面性能 目前常用的方法是在其表层 涂敷p v d f 聚二氟乙烯 聚丙烯 a c r y l i c 纳米t i 0 2 贴p v f 聚氟乙烯 膜 第3 一类为e t e f 乙烯一四氟乙烯共聚物 该类膜材没有纤维基层 直接由母料加 工而成 上述三类膜材 由于基布与涂层的性质都不同 性能各异 经分析做出以下 对比 如表卜1 所示 表1 1 三类膜材性能比较 性能 1 类 2 类3 类 玻纤基材e p t f e 基材 一 撕裂强力一般 较好好 抗拉强度较好一般好 自沽性较好较好一般 透光率较好较好一般 阻燃性较好较好一般 柔软性一般一般好 抗紫外性较好好 般 抗化学性好较好一般 耐热性好较好一般 使用年限2 0 3 0 年以上2 0 3 0 年以上1 0 年左右 价格高高一般 注 表中所注的 好 较好 一般 仅相对于上述三类产品而言 一般 一般 好 好 好 一般 好 好 好 2 5 3 0 年以上 较高 2 第一章前言 总之 对膜结构建筑来说 膜材的选用很重要 需要根据用途 环境 结构 特点及建筑造型等具体情况决定 从上表的比较可以看出 第1 类产品属于永久性建筑材料 其主要特点是具有高透光性 高强度 耐 久性 防火性 耐腐蚀 抗紫外线 自洁性等特点 加上易于安装且使用安全 寿命长 使得其在世界各地受到广泛应用 但其价格较贵 一般应用在一些永久 性建筑 大空间结构 城市景观和标志性建筑等如大型体育场馆 第2 类产品在加工性能 以及柔软性能上较好 但其p v d f 表层 在日光曝晒 下不能耐久 易受损 使p v c 增塑剂向表面迁移 使表面易沾污 自洁性差 使 用寿命较短 一般用在展览会 博览会等临时性建筑 或可更换膜面的建筑 第3 类产品最大的优点是透光性好 耐紫外性能十分优越 密度小 环保性 好 这是近两三年国外新开发出来的产品 国内目i j f 还没有生产能力 但在我国 2 0 0 8 年奥运场馆建设中 国家游泳中心 水立方 中有大面积的应用 综合上述三类膜材在性能及价格等方面的比较 第l 类产品在国内外市场的 应用较为广泛 但该类膜材在国内主要还依靠进口 国产的膜材以第2 类产品为 主 在此基础上 我国还应不断地提高现有产品的性能 拓展出其他性能优良的 产品 1 1 3 膜材的生产工艺 我国对建筑膜材的开发起步很晚 近几年才开始 所用的生产工艺基本沿用 一般篷盖材料的生产工艺h 1 基布退卷一底涂层一烘干一轧光一面涂层一塑化一轧光一冷却一表面防污 处理一收卷 国内的膜材生产厂家 在整个涂层工艺中基布只有经向受到张力 纬向只有 在塑化时才受到张力作用 而国外专业膜材生产厂家如法拉利公司 采用其专利 技术即p r e c o n t a i n t 预应力技术 该技术核心内容是 基布从退卷到表面防污处 理前整个涂层过程中经向与纬向始终持续地受到张力拉伸作用 减少了经纬向伸 长率差异 使产品具有更高的尺寸稳定性及抗蠕变性能 同时也具有更好的耐老 化性能及更优异的表观质量 在膜材生产工艺中 最重要的工序就是涂层涂敷工艺 该工艺关系到膜材的 剥离强力 建筑膜材涂层过程中要尽可能保证织物纱线经 纬向均受到较大张力 使经 纬线尽可能伸直 减小弯曲 提高产品尺寸稳定性与抗蠕变性能 目前国内 以p v c 膜材生产工艺为主 大都是以压延和涂刮成型 1 压延成型 将选定的软p v c 经塑炼后投入压延机 按所需厚度 宽度压 延成膜后立即与基布贴合 再经轧花 冷却即可制得压延膜材 如图卜2 所示其 3 第一章前言 可分贴胶法和擦胶法两种嘲 肇 擦胶法 贴胶法 图1 2 压延成型图图1 3 涂刮成型 2 涂刮成型 将聚氯乙烯糊均匀地涂 或刮 在布基上 再经过烘熔 也就是加热温度高到使糊层完全熔融塑化 并均匀地紧贴于布基上 冷却后即成 膜材 如图卜3 所示 1 2 国内外膜材的发展状况 1 2 1 国外 约在2 0 世纪6 0 年代后期至l j 7 0 年代初期国外开始出现膜结构建筑群 膜结构作 为一种真正的现代工程结构 当属1 9 7 0 年日本大阪万国博览会中的美国馆 它不 仅是当时世界上跨度最大的建筑 也是首次采用了聚氯乙烯 p v c 涂层的玻璃 纤维织物 它标志着膜结构时代的开始 目前美 日 德 法等国在膜材方面的 开发实力居世界领先地位 1 法国 法国著名的法拉利公司生产的膜材较早地就应用在世界各地的膜结构中 第 2 代膜材将p v d f 和硬化介体结合 明显地提高了材料的机械强度和使用寿命 其 建筑膜材可分为三大系列 1 永久膜系列 该系列产品表面的1 0 0 p v d f 涂层对于抗大气污染 耐脏及 抗恶劣气候等方面成效显著 其表面处理是将p v d f 接入涂层内 可确保这一复合 材料融为一体 均匀持久 使膜材具有极可靠的物理机械性能 理想的半透明状 态及美感的外形 2 遮阳系列 专用作抵挡热量和光线 依靠其微型通风结构 调节阳光的 热效应 有效地防眩目 具有多种颜色 可为所有建筑提供配套的众多色彩和用 4 第一章前言 途 其预应力专利制造技术可使织物尺寸恒定 不会变形 无需加固就具有自然 抗撕拉 耐久和抗尘 占地面积小等特性 3 室内建筑装饰材料 该品种是高强度 防腐蚀 易保养的通风织物 该 系列产品 制作的吊顶为防火级 并取得了法国 张拉天顶国家协会 正式认可 2 德国 得国膜材的应用和开发走在世界的前列 如德国杜肯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 类膜材厂家之 一 其p v c 类膜材最大幅宽幅可达至l j 5 m p t f e 膜材最大幅宽幅达到4 7 m 是世界 上最宽的膜材 其中p v c 类膜材种类有 丙烯酸涂层 可拼接双面聚偏氟乙烯 不能拼接p v d f 和聚氟乙烯膜 基布包括 锦纶 涤纶 玻璃纤维和芳纶 涂层材 料主要为p v c p t f e 和s i li c o n e 3 日本 目前 日本可以生产出世界上最细的玻璃纤维 由这种纤维制成织物 作为 膜材的基布 可使材料更加经久耐用 f f d 女n 在日本爱知举办的2 0 0 5 年世博会上 众多场馆采用了膜结构建筑物 其中有8 0 以上的材料为本国产品 日本平冈 织染株式会社最新推出了p v d f i i 系列产品 同时推出的1 0 4 t 系列材料广泛应用 于城市景观建筑等轻型结构领域 4 美国 美国在膜材与空间结构两方面的研究比较早 良好的发展根基以及政府的大 力支持 使得其膜材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 材 以聚四氟乙烯 p t f e 又称特氟隆 为涂层的新型膜材 使膜结构从最初的 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 膜材就是用硅聚酯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 以上列举了几个能够代表当今领先水平的例子 纵览世界发达各国家 均已 投入很大的力量和资金开展这一领域的技术开发 女h 2 0 0 2 年 日本和韩国为迎接 世界杯足球赛 新建或扩建了1 0 个可容纳4 至7 万人的体育场 其中一半以上的看 台顶篷都采用了膜结构 1 2 2 国内 我国的膜结构建筑发展相对较晚 1 9 9 7 年 上海第8 届全运会主体育场的 看台挑篷采用进口的玻纤织物 外表进行聚四氟乙烯树脂涂层 p t f e 这是我 国首次在大型体育场馆采用膜结构材料作为屋顶 虽然在膜结构的生产及技术开 5 第一章前言 发上我国与国际水平还有一定差距 但膜结构的发展起点是比较高的 在应用上 基本与国际是同步的 在生产及技术开发上 与国际水平还有一定差距 目前 我国可以生产有p v c 涂层的聚酯织物 其性能尚未能完全达到建筑织物的要求 其他材料如聚四氟乙烯 p t f e 聚偏氟乙烯 p v d f 等多数是采用进口产品 国内企业正在积极地研究和开发只有少数厂家具备生产能力 如国内已有公司研制出拥有自主知识产权的聚四氟乙烯 p t f e 与硅胶玻纤 建筑膜材 其各项力学性能在同类膜材中已达到领先水平 幅宽也达到国际目前 的大幅宽水平 膜材宽幅对于大跨度无遮拦空间结构的建筑群体来说是至关重要 的 宽幅越大 焊接缝就会减少 可大大提高整体膜结构的质量 通过开展宽幅 4 m 以上技术工艺设备的调研 该公司引进了德国超幅宽织机 织物最大宽幅达 到4 3 m 膜材宽幅达到4 m 这在国际上也是比较少见的大幅宽 1 3 国内外膜结构材料性能评价研究进展 1 3 1 欧盟 欧盟在膜材生产技术方面目前走在世界的前列 多数国家未制定统一的国家 标准 一些著名的膜材生产厂家如法国的法拉利 圣戈班公司 德国的米乐公司 杜肯公司等均是采用的企业标准 由于膜材在结构方面属于涂层织物 因此这些 企业标准中的性能试验主要参照了涂层织物的方法标准 且大多采用i s o 标准 测试项目主要侧重于考核力学性能如抗拉伸强力 抗撕裂强力 剥离强力 光学 性能如透光率 反射率等 有些产品也要考核膜材的阻燃性 防噪音的降音 音 障指数 及安装后膜材所能承受的极端临界温度等 1 3 2 日本 1 j i sr3 4 2 4 膜结构用玻璃织物 该标准主要对膜结构用玻璃织物 基 布 制定了相关的技术要求 标准中规定的基布只针对玻璃纤维织物阳1 按照织 物的组织主要分为e p t t 平纹 与e o h 编织 两种 且又按照单丝直径 纱支 纱密 厚度 克重 强力的大小范围又将其细分为1 3 种 2 m s a j m 0 3 2 0 0 3 膜材试验方法 涂层织物 m s a j m 0 3 2 0 0 3 是日 本膜结构协会标准主要是针对涂层织物 其范围比较全 几乎包括了各类膜材 不仅为膜材本身提供了各种试验方法 见表卜2 及分类 而且还涉及到了膜结 构安装工程中的一些技术参考指标h 1 6 第一章前言 表1 2 日本各种膜材试验方法 1 3 3 美国 美国主要有美国试验与材料协会标准a s t md4 8 5 1 建筑用涂层和层压织物 试验方法 对具体规格与允差未作规定 给出了一些性能测试方法和试验参数 见表卜3 耵 7 第一章前言 表1 3 美国各种膜材试验方法 综上所述 国外关于膜结构方面标准主要有j i sr3 4 2 4 膜结构用玻璃织 物 膜结构协会行业标准m s a j m 0 3 2 0 0 3 膜材试验方法 涂层织物 以及 a s t md4 8 5 1 建筑用涂层和层压织物试验方法 等 欧盟一些国家检测膜材的 方法标准主要是参照涂层织物的方法标准 日本工业标准j i sr3 4 2 4 于1 9 9 0 年发布的专门针对玻璃纤维织物 基布 规定产品比较单一 但其分类较细 日本膜材协会标准m s a j m 一0 3 2 0 0 3 与美国 的的a s t md4 8 5 1 则较全面 不仅按照基布与涂层的种类与性质对各种膜材进行 了分类 而且其测试项目也很完整 包括力学 光学和热学等各个方面 此两个 标准在力学性能方面的测试项目基本相同 但在其他测试项目存在着一定的差 异 如日本m s a j m 0 3 2 0 0 3 不仅包括液体 芭 吸 耐化学腐蚀耐和渗水性 而且 着重规定了搭接点的强力测试项目 而a s t md4 8 5 l 则更侧重阻燃性 防噪性和 耐人造气候性 另外 有些相同的力学测试项目的试验参数略有差异 如断裂与 拉伸强力的夹距 加载速率和式样宽度等参数 不同的参数对强力性能测试结果 8 第一章前言 具有很大的影响 因此在对产品进行测试时只要采用了相同的测试方法 检测结 果之间才具有可比性 1 3 4 国内 目前 我国膜材行业尚未行成统一的评价标准 如何确定一个能适合于膜结 构研究与设计的具有代表性的且又简单易行的试验方法和测试标准是我国在该 领域研究的难点及重点 我国的 膜结构技术规程 已于2 0 0 4 年发布 该规程 主要包括 材料 结构分析 构造 制作 安装 工程验收以及维护和保养等内 容 但没有包括对膜材的生产工艺以及符合工程要求的性能指标 1 4 本课题研究内容与意义 1 4 1 课题背景及意义 现代膜结构在我国已有近十年的发展历史 但与膜结构的广泛使用及其理论 分析 计算方法的迅速发展相比 国内膜结构行业在技术 应用领域 尤其是膜 结构 膜材料检测测试的研究工作相对滞后 近几年来 一些研究机构和高校已 从事膜结构的研究与开发 并建立了技术储备 大规模建设也为制作与安装提供 了有益的经验 膜结构技术规程 编制组也于2 0 0 1 年9 月成立 对规程进行了 一定的编写工作 主要包括 总册与基本规定 材料 结构分析 构造 制作 安装 工程验收以及维护和保养 但是并没有真正的投入力量和资金对膜材的生 产工艺 符合工程要求的性能指标进行研究 而且与发达国家相比 还有着较大 的差距 至今还没有正式的膜结构技术文件以及形成一个统一的技术标准 膜材在国外发展较早 1 9 7 0 年日本大阪世博会美国馆标志着膜结构建筑时代 的开始 其发展速度也越来越快 特别是美国 德国 法国 日本等国在开发膜 材方面具有较强的开发同时 于此同时 这些发达国家也编制了有关膜结构标准 规范的技术文件 如1 9 8 7 年日本膜结构协会发布了 膜材技术标准 美国实验 与材料协会也有 建筑用涂层织物实验方法标准 除此之外 还相继编制了如 气承式结构建筑 美 张拉织物结构 美 覆盖织物的永久性结构概 念设计建议 法 特定膜结构技术标准 日本 特定膜结构质量管理指 南 特定膜结构维护计划指南 日 等技术文件呻1 膜结构建筑在我国虽起步较晚 但其发展起点应该来说是比较高的 通过进 口膜材 使我们在应用上基本与国际同步 但我国在膜技术生产几技术开发上 还 与国际水平有相当的差距 大都处于仿制生产阶段 没有真正投入力量和资金对 膜材的生产工艺 符合工程要求的性能指标等进行研究 导致缺乏膜材产品的技 9 第一章前言 术数据 企业生产和产品质量处与无序状态 工程设计者也不敢冒然使用国产膜 材 从而制约了膜材在国内的推广应用 目前应用膜材9 0 以上是国外的产品 我国在这方面厂家少 处于落后局面 究其主要原因 一是膜材技术含量高 涉 及如高分子 力学 纺织 化工等多科学 许多我们做不了 二是我们的原材料 开发应用没有真正的形成产业化 如玻璃纤维 芳纶 碳纤维开发等 因此 随 着膜结构在我国逐渐推广 不少企业已经或准备进入膜结构的制作安装 为了保 证其工程质量以及有利于管理监督部门验收 迫切需要我们对膜材进行系统和深 入的研究 形成行业或国家标准以指导国产膜材的产品开发和提升质量水平 推 动中国膜材的技术水平 本课题的主要研究目的和意义如下 1 研究膜材性能试验方法 为科学评价提供依据 2 随着膜材的发展 不同种类的膜材性能和价格相差较大 以适应不同的 应用场合和寿命要求 在有了统一的标准后 可以根据材料品种分类 为合理应 用奠定基础 3 目前 膜材技术标准出现真空 导致膜结构建筑受制于外商的现象 同 时 对进口产品没有统一的标准 使得国外产品进入中国市场畅通无阻 不利于 阳内产品的发展 在制定标准后 能提供可比的技术依据 4 为国内生产提供信息 使企业能及时了解国外的先进技术 调整生产工 艺 控制原材料的选择与使用 注重产品的检测 为企业提高产品质量 进行技 术更新 提供最新的信息渠道和相关的技术指南 有助于国产膜材的发展 5 有利于促进纺织与建筑行业的技术进步 膜结构材料作为集纺织与建筑 于一体的跨学科的一项新技术 当一个领域的技术得到提高 将会为两个行业或 两个学科带来极大的推动力 由此所带来的经济效益和社会效益是不言而喻的 1 4 2 课题研究主要内容与方法 本课题通过调研 收集资料 了解不同领域的设计与技术要求 根据产品的 特点 工艺 性能 用途等对产品进行分类 然后确定膜材特有的性能及其评价 检测方法 最后经过对各类膜材的实际检测和统计分析 形成膜材的技术指标 1 调研 收集资料 了解不同领域的设计和使用技术要求 调研内容包括 国内外现有膜材生产国家和公司名称 材料种类 应用范围 工程实例 工程需 求 评价指标试验方法 2 产品分类有多种多样 要根据产品的特点 工艺 性能 用途等广泛征求 生产商和用户的意见 确定分类方法 以规范膜材的质量 3 从众多的材料性能中选择膜材特有的性能 配置检测仪器或设备 摸索 方法 对样品进行初步检测 同时总结 再进行检测样品 直到形成较为科学的 1 0 第一章前言 试验方法 包括仪器 试验步骤 结果计算和表达 重点选择以下几方面进行试 验方法的研究 一参照各国标准 对试样的基本物理参数进行t n 试 包括克重 厚度 涂 层厚度 纬斜等参数 作为试验数据分析与编写膜材的质量标准的依据 一对样品进行力学性能的测试 包括拉伸强力 定负荷伸长率 撕裂强力 剥离强力等 确定各项力学性能测试方法中的参数 统一方法与标准 通过回归 分析法找出膜材拉伸强力与撕裂强力 致性的关系 并列出回归方程 找出影响 膜材以上各性能的因素 以便改进膜材的生产工艺 一结合试验条件研究并制订了膜材几项常用的功能性考核指标的测试方法与 标准 包括 透光率 耐沾污性 液体芯吸 耐低温等 为编写膜材的质量标准 提供依据 4 对膜材各项试验数据进行统计分析 给出各类产品的具体考核指标 如 各试验项目的允差范围 最后根据应用要求以及工程需求编写膜材的质量标准 5 根据以上研究 将上述质量标准在行业内进行试套 提出合理应用膜材 的建议 第二章膜结构建筑用纺织材料基本物理参数的测试与标准 第二章膜结构建筑用纺织材料基本物理参数的测试与标准 为了确定膜材的分类方法以及更好的制定膜材的质量标准 本文中试验所收 集的1 9 种不同型号的膜材几乎来自所有国内外现有膜材生产厂家 如下表2 1 主要有p v c 和p t f e 两大类 基布原料主要为高强聚脂纤维 p e t 类 与玻璃纤维 g 类 涂层为p v c 与p t f e 以下文章若无特殊说明 各试样均以表2 1 中的编号表 示 进行相应测试及数据记录 表中未注明g 类的均为p e t 类 表2 1 各膜材样品规格及生产厂家 2 1 克重的测试与标准 1 2 第二章膜结构建筑用纺织材料基本物理参数的测试与标准 对于膜材克重及单位面积质量的测试方法 国内外各测试标准基本相同 本 文参照c b t4 6 6 9 1 9 9 5 的测试方法对各膜材进行测试n 0 1 2 1 1 定义 膜材单位面积质量 单位面积内所包含的含水量和非纤维等物质等在内的材 料单位质量 2 1 2 总述 对于膜材来说 总的单位面积质量 基布单位面积质量 及复合层的单位面 积质量均是决定材料基本性能的参数指标 材料的许多物理性能也取决于这些参 数 测试时先测出单位面积的总质量 然后测试基布单位面积的总质量 两者差 即为涂层的总质量 基布的测试方法日本膜材协会标准m s a j m 一0 3 2 0 0 3 中规定了 两种方法 一种的涂层溶解法 另一种是直接称取同批未涂层的基布的单位面积 质量 由于试验条件受限 本文只能对其总的单位面积质量进行测试 测试单位 为 g m 2 2 1 3 测试 1 测试原理 将样品在试验用标准大气中调湿 然后按规定尺寸从样品上裁 取试样称量 计算单位面积质量 2 试验仪器 m e t t l e r p e 3 6 0 电子天平 精确度为0 0 0 1 克 3 试样的制备 在无折痕 无收缩的样品上距离布边至少5 c m 处取膜材l o c m l o c m 方形试样或面积为l o o c m 2 的圆形试样5 块 在裁样时避免纱线脱落 精确 度为1 4 标准大气 试验用标准大气温度为 2 0 2 相对湿度 6 5 2 5 试验结果 本试验中从膜材不同的部位取5 块方形试样进行测试 若数据 出现异常 则重新取样测试 为了便于比较分析及确定标准中单位面积质量的允 差范围 分别记录1 9 种膜材的单位面积质量的平均值及离散系数 结果准确到 0 o l g 列在表2 2 中 2 2 厚度的测试与标准 膜材是由基布与涂层复合而成 其中各力学性能的好坏取决于基布的厚度 而其耐久性直接取决纤维顶部涂层厚度 故膜材的厚度也是评价其基本性能的 一项重要指标 膜材涂层又包含主涂层 粘合层 外涂层等 其结构比较复杂 第二章膜结构建筑用纺织材料基本物理参数的测试与标准 国内外相关测试标准中考核比较多的是膜材总厚度及总涂层厚度两项指标 对于膜材来说 即使基布结构相同 厚度相当 但最终产品的厚度会因复 合层厚度的不同而不相差很大 且在复合工艺中 涂层的厚度均匀比较难控制 故试验中其涂层厚度的测试结果可能误差比较大 2 2 1 总厚度的测试与标准 现在 有关膜材厚度的测试标准一般都是参照涂层织物厚度的测试方法确 定的其参照标准如下 j i sl1 0 9 6 啪 j i sr3 4 2 0 嘲 j i sk6 3 2 8 1 蚰5 j i s k6 4 0 4 2 3 1 嘲 j i sr1 0 9 6 1 嘲 i 02 2 8 6 3 1 9 9 8 i s 0 4 6 0 3 1 9 9 3 a s t md 4 8 5 卜一1 9 9 7 相对于金属来说 膜材容易被压缩 所测量的厚度很大程度上取决于所选 用的方法与施加的压力 不同的标准 测量设备 参数不一样 试验结果也不 同 根据样品的种类 以及考虑到试验操作的简便性 本试验中采取的试验方 法适合于大多数种类的膜材 其参照标准为f z t0 1 0 0 3 涂层织物厚度的测试方 法 2 2 1 1 定义 膜材总厚度 膜材背与面的距离 是按膜材放置其上的基准平板与向该膜 材施加压力的平行压脚之间的垂直距离测量的 2 2 1 2 测试 1 测试原理 在膜材的表面施加一定时间的压力 用测厚仪测量加压后的 膜材厚度 2 试样的制备 在表面均匀 光滑平整 无明显折痕的膜材上取1 0 个测量点 3 试验仪器 为定负荷型 能记录压脚支撑表面和基准平板之间的垂直距 离 圆形压脚应具有平滑的表面 本试验中采用的仪器为f h 一1 纺织品压缩弹 性仪 压脚面积为l o o c m 2 4 试验程序 将膜材放在平台上 确保试样表面光滑平整 无皱折 无任何拉伸 如果 有折痕 在测量之前不要试