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文档简介

1、建筑膜材的强度性能及连接技术1、薄膜材料的材料性能薄膜材料一般由两部分组成:基布(编织物)和涂层。材料的强度和弹性 性能主要取决于基布,而进一步的性能如防火、防水、抗紫外线侵蚀以及对机 械、化学等因素的不敏感性都必须依靠涂层来加强。1.1 基布材料大部分基布的编织方向呈直角,亦可有所偏移,属于各向异性材料。在编 织过程中,经线拉得较紧,柔性较纬线差。基布材料主要有聚酰胺、聚酯纤 维、玻璃纤维、芳酰胺纤维。1.1.1 聚酰胺聚酰胺一般称为尼龙,其耐磨性、强度较高,能耐低浓度酸,耐强碱,但 易吸湿,其电性质和机械性能会受到吸湿的影响而降低。如果温度较高,可能 发生氧化而变黄、变脆。此外,聚酰胺抗紫

2、外线能力较弱,强烈的阳光照射会 降低它的强度。1.1.2 聚酯纤维聚酯纤维一般称为涤纶,与聚酰胺相比,其抗拉强度较低,抗紫外线能力 稍强,不易吸湿,因此尺度稳定性好,价格较便宜,应用较广泛,可用于一般 性的膜结构建筑物中。1.1.3 玻璃纤维玻璃纤维由各种金属氧化物的硅酸盐类经熔融后抽丝制成。用于制造复合 材料的特殊玻璃纤维,如高强型和高模量玻璃纤维,成分中不含硼的氧化物, 称为铝镁硅酸盐系玻璃纤维。玻璃纤维拉伸强度高,耐水,耐腐蚀,化学稳定 性好。但一般玻璃纤维耐酸性好,耐碱性却较差。依据玻璃成分的改变可以制 得有各种特殊性能的玻璃纤维,如耐高温、优良电性能、耐酸碱、抗拉强度高 和刚性大以及

3、吸收有害射线耐老化等。玻璃纤维也有一些不足之处,如易脆 裂,在荷载条件下伸缩性很小,裁剪精确度要求很高,其强度因表面缺陷而削 弱,因此在加工使用过程中需采取保护性措施。由玻璃纤维制成的膜材通常用 于永久性建筑中。1.1.4 芳酰胺纤维芳酰胺纤维是一种优良的有机纤维,比玻璃纤维质量更轻、刚性更大、强 度更高,密度小,有良好的电性能和绝热性能,更能吸收机械振动和声音的振 动。具有低的蠕变性和高的抗冲击性,极低的缺口敏感性和优良的抗蠕变断裂 性。由于此类纤维价格很贵,目前仅限于军事工业、航空航天工业和某些特殊 需要的场合。但随着科学技术的发展以及原材料来源的扩大,可以预见这种纤 维在建筑材料方面的应

4、用也会不断地增多。1.2 涂层材料1.2.1 有机硅树脂有机硅树脂是高分子量的半有机聚合物,具有优异的耐高温、耐低温、憎 水、防潮、电绝缘、耐辐射、氧化稳定等特性,常用作玻璃纤维的涂层,其抗 拉强度和弹性模量较高,具有很好的透光性。1.2.2 聚氨酯树脂聚氨酯树脂是一种较新的聚合物,具有良好的粘合性,涂层光泽度高,耐 磨、耐候性好。有良好的耐化学性、电绝缘性质,弹性好,透气性低。但是由 于其耐水解、蒸汽和高温性不良且价格较贵,所以采用不多。1.2.3 合成橡胶涂层。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,且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

5、于 容易发黄,故一般用于深色涂层。1.2.4 聚氯乙烯( PVC)由于原料丰富、价格便宜,机械性能和耐腐蚀性好,加工方便,颜色多样 化且透明度高,所以在欧洲 90以上的合成织物(聚酰胺、聚酯纤维)均采用 聚氯乙烯(pvc作涂层。1.2.5 聚四氟乙烯( Teflon )聚四氟乙烯触摸起来像蜡一样光滑,一般采用粉末冶金的加工技术,依据 加工条件通常呈白色或带蓝灰花纹琏点。由于其使用温度范围很宽(-10030000而且耐老化、耐化学侵蚀性能优于现在的任何其他有机聚合物,再加上 优良的电绝缘性能以及低的摩擦系数,使其成为各工业部门都十分感兴趣的材 料。涂聚四氟乙烯的玻璃纤维膜材是一种性能十分优良的建

6、筑材料,在国外应 用较多,但由于价格昂贵,大量采用还受到限制。1.3 常用建筑膜材1.3.1涂聚氯乙烯(PVC的织物尼龙织物、聚酯织物通常以聚氯乙烯(PVC为涂层,这种PVC涂层织物的 造价相对较低,抗折性能好,运输方便,颜色多样化。尼龙织物、聚酯织物通常以聚氯乙烯(PVC为涂层,这种PVC涂层织物的 造价相对较低,抗折性能好,运输方便,颜色多样化,但抗腐蚀能力较差,易 老化,使用寿命短,自洁能力差,可用于一次性投资不高的建筑筑,当薄膜污染破坏后可修补或重新更换。也有以PVC为涂层的玻璃纤维织物, 1970年日本大阪国际博览会美国馆首次采用该膜材,取得了很好的效 果。通常规定PVC涂层在织物经

7、纬线交点上的厚度不能少于 0.2mm但若涂层 太厚,在价格及膜材重量上都是不经济的。若PVC色淡透明,则宜加0.5 %紫外线吸收剂(如 Tinuvin 或 Uvinul 晶牌的紫外线吸收剂);若涂层的颜色较深 (可加碳黑),那么可提高膜材的抗老化能力和耐久性。如果需要,还可在涂 层上面加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污 染,防止PVC涂层褪色,这种表面平滑有光泽,可减少污染,有利于排水。1.3.2 涂聚四氟乙烯的玻璃纤维膜材由于聚四氟乙烯涂层和玻璃纤维基 布的优良性能,其膜材是目前建筑薄膜材料中综合性能最优的膜材。它的优点 是抗拉强度很高,抗化学侵蚀性能好,耐温差,

8、抗老化,自洁性能好,使用寿 命长,但抗折能力较差,运输安装要格外注意,裁剪加工精度要求高,加工困 难,价格昂贵。这种膜材适用于永久性建筑物。1.3.3 涂橡胶的聚酰胺织物涂橡胶的聚酰胺膜材造价低,耐磨损,韧性 好,但重量大,且橡胶容易发黄,影响美观,一般可以在深色的膜结构中使 用。2、薄膜材料的强度性能建筑膜材屑化学建筑材料,薄且柔性很大,与一般传统结构中的建筑材料 有很大的区别。膜材本身不能抗弯、抗压,抗剪能力也很弱,必须通过预张拉 才具有抵抗外载的能力。此外,膜材强度也会由于紫外线的照射、吸湿受潮及 温度影响等因素而不断下降。2.1 膜材的抗拉强度膜材抗拉试验有单轴抗拉试验和双轴抗拉试验。

9、在 实际结构中膜材处于双向受拉应力状态,所以应对薄膜的双轴张拉试验进行充 分的研究。由于膜材织物的织线没有明显的可测截面,最好的测定方法是对材料进行 重量和断裂试验。编织物的拉力通常按 kP/ 5cm计。膜材的断裂强度一般是指 膜的单轴应力状态下的极限拉断强度,这不符合膜双向受拉的实际情况。一般 编织物的受拉强度取决于每厘米中织线的数目、织线的登尼尔(900cm长度的线的重量)以及编织方式。高压结构中对几毫米厚的膜材强度需要超过 1000kP /5cm而低压结构对强度及延伸性能要求较低,通常0.7 1.2mm的膜材达到200-600kP/ 5cm的强度即可。也可通过爆破试验测定材料的强度和伸长

10、,对周 边夹住的试件用气压或液压充胀至爆破点,爆破压力通常以kP/ cnf表示。例如,某种经纬向都具有400kP/5cm拉力的聚酯织物其爆破压力为20kP/cm2.建 筑膜材在双向受拉时,其应力一应变关系呈明、显的非线性性质,且随两轴之 间应力比的变化而变化。复杂的非线性材料规律很不实用,应用近似线性化的 材料应力一应变关系导致的误差很小。因为模型制作的误差、裁剪式样的变 形、接缝处刚度的增大以及产生的皱折,常会进一步改变应力的分布,加之老 化和永久荷载所引起的强度降低等,这种种因素都是很难测定的。所以在对膜 结构进行设计时,通常仅考虑结构的几何非线性性质,认为膜材是弹性材料或 正交各向异性的

11、材料进行设计计算。2.2 膜材的抗撕裂强度与粘结强度可以用中间有小洞或一边有缺口的试 件对膜材进行撕裂试验,以取得抗撕裂一延伸性能。粘结强度(kp/ cm是指由于材料受拉时涂层与编织物之间的粘结力。将两块 5cm宽的试件用较小的压 力叠合,再将其脱开,这种试验被称为“剥皮试验”。与粗纤维织物比较,光 洁纤维织物的涂层机械附着能力较差。膜材的撕裂破坏是由初始的小洞、裂缝及缺陷引发的,应保证建筑膜材在 正常使用条件下,产生微小的裂缝或缺陷,但不会迅速扩展导致更大面积的撕 裂破坏。膜的抗撕裂能力与其粘结强度有关。粘结强度增加时,抗撕裂一延伸 性能会减小。因为膜材的抗撕裂破坏能力主要取决于初始裂缝形状的改变,应 调整布丝的受力,而不应限制它的滑移,所以粘结强度不宜过大。此外,抗撕 裂一延伸性能还会受到基布材料、编织方法及涂层的影响。2.3 膜材的强度性能关系膜材的抗拉强度、粘结强度与抗撕裂强度之间 有很

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