我國建筑結構膜材的應用現狀
(1)結構膜技術及結構膜新穎建筑建筑結構膜應用技術匯總建筑鋼結構技術、塑料人造革合成革的涂層加工技術和紡織工業用布織造技術并融為一體,形成結構膜新穎建筑的綜合新技術。
結構膜建筑被國外譽為21世紀的建筑,因其簡潔優良的曲線造型,綜合造價低、施工建設快、結構性能好,以及卓越的保溫、耐火、防火、自潔等性能,國外已廣泛應用于體育場、體育館、展覽館、休閑中心、機場候機廳、車站站臺、加油站、公園及溫室等場館。
(2)建筑結構膜材(簡稱結構膜材)建筑結構膜材是以高強度纖維為基材,經涂復具有阻燃性、耐腐性、抗風拒雪及自潔性等多種功能的涂層料而成型的復合膜材。
建筑結構膜材通常有涂層基材和涂料材料的不同,以塑料涂層加工工藝的產品分類,主要分為兩大類:一類是以聚酯織物為基材、涂復多種功能的PVC涂層料的復合材料;另一類是以玻纖織物為基材、涂復聚氟乙烯PTFE涂層料的復合膜材;也另有用以流延法加工,如用于水立方的ETFE流延膜作為氣枕的含氟材料膜材。
(3)建筑結構膜材的開發應用膜結構建筑通常使用織物涂層做建筑物的軟性屋頂,其軟性屋頂有多種支撐結構:一稱之為骨架式結構,是用剛性的框架支撐織物涂層形成軟性屋頂;二稱之為張拉式結構,其以鋼索系列支撐織物涂層制成頂棚,其建筑曲線奇特、造型優美;另有稱之為充氣結構,即以空氣壓力把織物涂層鼓起進行支持,其形似半球形狀的篷蓋建筑。
(4)國內外建筑結構膜的需求量據報道,世界建筑結構膜的銷售量1999年為21億美元,2000年已達 34億美元,年增長速率為6%,預測21世紀的年增長率會更快地持續發展。
我國的結構膜建筑雖然開發較晚,但發展很快,據報道1995年我國結構膜材使用量近萬平方米。2001年國內以進口結構膜材使用于投影面超萬平方米的大型結構膜的體育場館即達6座(上海八萬人體育場、上海虹口體育場、廣州黃埔體育館、武漢體育中心、青島頤中體育館、煙臺體育館、義烏體育館、威海體育中心),使用量達20萬平方米。隨著2 008年奧運會的舉辦,膜結構的使用量必會更迅速發展。
我國建筑結構膜材推廣發展的瓶頸
目前使用的高檔建筑結構膜材幾乎全部進口,年進口量已達幾十萬平方米,但售價偏高,每平方米均在百元以上。
高檔結構膜材不能國產化,進口建筑結構膜材價格偏高,已成為建筑結構膜推廣發展的瓶頸。
1.從建筑結構膜材與篷蓋材料的區別,分析我國結構膜材推廣發展技術瓶頸
國內很多廠家用戶對建筑結構膜材與篷蓋材料的區別還不是很清楚,一些篷蓋材料生產廠家以其篷蓋材料產品僅提高力學強度、表面進行簡單的防污處理就可以作為建筑結構膜材用。其實,建筑結構膜材與篷蓋材料雖然都是以滌綸絲織物為基材、上下表面進行PVC涂層加工的產品,但兩者在原料要求、織造工藝、涂層工藝及產品性能等方面存在很大差別,只有正確了解兩者的差異,才能真正把握好結構膜材的開發方向。
建筑結構膜材與篷蓋材料系列產品的區別如下:(1)對基布纖維的要求。篷蓋材料對化纖的要求是低收縮型滌綸工業絲,而建筑結構膜材基材所用滌綸工業絲要求是高強超低收縮型工業用絲。建筑結構膜材要求具有比篷蓋材料更高的力學強度,建筑結構膜材要求拉伸強度(經、緯向)≥4000N/5cm,撕裂強度(經、緯向)≥400N,剝離強度≥1 00N/5cm。
(2)織造工藝。建筑結構膜材對基材織造中張力的控制要求很高,要求基材張力均勻,尺寸穩定性高,不易變形。Panama結構比普通平紋組織紗線具有更少的交叉點及更小的彎曲度,因此其織物涂層后比普通平紋織物具有更小的斷裂伸長率。
(3)涂層配方。建筑結構膜材要選用遷移性小、分子量大的增塑劑,如DINP、聚酯增型劑并添加一些耐熱分解性能高的PVC樹脂糊,并相應選擇好抗氧化劑、抗紫外線劑及熱穩定劑與填料品種。
(4)涂層工藝。建筑結構膜材對Precontaint預應力技術的運用雙向拉伸下的力學性能更為關注。建筑結構膜材要求材料雙向拉伸下經、緯向的應力、應變值盡可能均衡,差距越小越好。其更高的尺寸穩定性,在雙向拉伸作用力下經、緯向斷裂伸長率均小于單向拉伸,單向拉伸斷裂伸長率比篷蓋材料小;篷蓋材料斷裂伸長率在20%以上,模量明顯小于建筑結構膜材。
建筑結構膜材在涂層加工過程中盡可能保證織物紗線經、緯向均受到較大張力,使經、緯線盡可能伸直,減小彎曲,提高產品尺寸穩定性與抗蠕變性能;篷蓋材料對抗蠕變性無特殊要求。
(5)自潔型表面處理。作為長期戶外使用的建筑結構膜材要抵御惡劣的氣候變化及經受紫外線、各種大氣污染物的侵襲,因此對防污自潔、耐老化性能要求很高,要求材料經久不變色,使用壽命在5年以上,高檔建筑結構膜使用壽命為 20年。
2.建筑結構膜材的生產工藝國外對建筑結構膜材的開發始于20世紀初,中期正式應用,現產品已形成系列化、多樣化、高性能化。我國對建筑結構膜材的開發起步很晚,近幾年才開始,一些原來生產篷蓋材料的廠家試生產過一些用于臨時性建筑的膜材,所用的生產工藝基本沿用一般篷蓋材料的生產工藝:基布退卷→底涂層→烘干→軋光→面涂層→塑化→軋光→冷卻→表面防污處理→收卷。
Precontaint預應力技術:沿用篷蓋材料的生產工藝生產建筑結構膜材,在整個生產工藝中基布基本上只有在經向受到張力作用,緯向只有在塑化時才受到張力作用。而國外專業建筑結構膜材生產廠家如法國Fer鄄rari 公司,生產建筑結構膜材采用其專利技術即Precontaint預應力技術。該技術核心內容是:基布從退卷到表面防污處理前整個涂層過程中經向與緯向始終持續地受到張力拉伸作用。
3.我國在建筑結構膜材開發上必須解決的三個核心技術問題(1)建筑結構膜材的基布織造:國內原生產的基布通常都是平紋組織結構,要解決可用于建筑結構膜材的Panama結構基布以改變織造工藝設備。
(2)涂層加工工藝設備:國內原采用單向張拉工藝設備,需解決以雙向張拉工藝設備,使基布及涂層加工時的織物經緯始終受到張力作用,保證織物涂層經緯尺寸的穩定性及抗蠕變性能。
(3)織物涂層的自潔型表面處理:國內目前除直接進品表面處理劑外,通常以丙稀酸樹脂為主,難以達到表面的抗污自潔效果。
自潔型高性能聚酯織物PVC涂層簡解(以億龍公司開發的建筑結構膜材為例)
1.引進基布織造先進的工藝設備,具備Panama結構生產工藝
億龍公司現已進口瑞士蘇壽公司P7300HP片梭織機,門幅3.9M,滿足結構膜材Panama結構(即平紋組織)的生產工藝,基布張力均勻,表面幾乎無毛絲,織物涂層要比普通平紋織物具有更小的斷裂伸長率。
2.涂層工藝設備滿足雙向預應力要求
億龍公司引進意大利AD.TECH公司的先進設備,基布在涂層加工時,縱向由牽引速度控制,始終保持縱向的張拉;橫向烘箱的針夾架幅寬控制橫向張拉,在調節縱橫雙向的張拉過程中,織物基布的經、緯始終承受張拉作用,從而保證經緯尺寸的穩定性及抗蠕變性。
3.織物涂層的自潔型表面處理億龍公司為使自潔型建筑結構膜材具備自潔防污性能,與韓國公司共同開發了自潔防污性含氟表面處理劑。
4.新開發的自潔型建筑膜材與原有的產品性能比較

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