奇妙的“膜”屋顶

 
    化纤工业和玻纤工业的发展,大大拓展了纺织工业的应用领域。由于玻纤和一些合成纤维具有强度高、疏水性好、耐腐蚀、防霉等特性,用其织成的织物再经适当的聚合物涂层处理后,可进一步提高其性能和功能,可以广泛地应用于一些大型建筑的屋顶。这种经过特殊处理的纺织材料,一般称之为膜结构纺织材料或膜材料。
    建筑物采用膜结构纺织材料做屋顶有很多优点。涂层织物与砖、瓦、水泥、钢材等传统建筑材料相比,重量要轻得多。用膜结构材料制作的屋顶,重量仅及传统建筑材料制作的1/30,这是砖瓦、水泥等传统建筑无法达到的。因此,膜结构建筑对建造大型公共场所、设备库房、材料仓库、展览厅、体育场、机场候车室等特别适用,已成为这些建筑屋顶的首选目标之一。除此以外,膜结构建筑可以利用膜材料所具有的透明度,在白天节约照明用电;膜结构材料的建筑物还能较好地承受地震等破坏力。与常规结构材料相比,织物建造的屋顶比较轻巧,很容易取下移置别处;当织物有磨损、损坏时,修复也很方便。采用膜结构材料制作屋顶,可以为建筑师们实现奇思妙想提供条件,达到美化城市的目的。
    20世纪60年代后期至70年代初期,国际上开始出现膜结构建筑群,目前仍保持完好。这说明织物膜结构建筑的使用寿命可以超过30年,即可以达到永久性建筑的要求。对那些要求较低的建筑,可以使用质量稍差的膜结构材料,其使用寿命也可以达到15年,即符合半永久性建筑的要求。目前世界上膜结构建筑已成为时尚,特别是历届奥运会场、世博会展馆等大型建筑,都大量采用膜结构,其实用性、经济性、美观性都得到了充分的体现。这些年来,膜结构应用领域越来越广泛,发展的速度也越来越快。
    中国的膜结构建筑发展相对较晚,1997年上海举办第八届全运会,其主体育场的看台挑篷采用膜结构,挑篷面积达到36100平方米,可同时容纳8万名观众。我国第二个大型膜结构建筑是青岛颐中体育场。上海、武汉、郑州、广州及中小城市(如烟台、威海、秦皇岛等),亦相继建造了运动场馆。北京已有一批运动馆采用膜结构建筑,水立方就是其中之一。
    目前应用最多的几种膜结构纺织材料
    以玻璃纤维织物为基材,表面涂以聚四氟乙烯树脂或硅树脂;
    以聚酯纤维织物为基材加上PVC涂层,顶层再涂以PVDF(聚偏氟乙烯)或贴PVF膜(聚氟乙烯膜)。在涂层之前,织物需经过预拉伸;
    将膨化聚四氟乙烯膜割裂成众多的扁丝,将扁丝加以捻度纺成纱,并织成布,然后再双面贴上氟聚合物薄膜。
    还有将乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)作为膜材料。
    后两种膜比前两种相对较少,属于后发展起来的。
    对膜材料的质量要求
    要有很好的物理机械性能:包括抗拉强度、模量、抗撕裂强度、耐屈曲性能、基布和涂层之间的剥离强度等,都要求达到很高的要求,以保证膜材料有很好的力学性能,坚固、耐用。
    要有好的耐老化性能:因膜结构材料长期暴露在空气中,受到紫外线的照射。膜材料必须具有抗紫外辐射、抗老化的性能,并且不能因紫外线照射而迅速降解。这就要求不但纤维材料要耐老化,涂层材料也要耐老化。这方面,玻纤织物+聚四氟乙烯涂层的产品有极佳的耐老化性能。目前使用30年以上仍能保持较多剩余强力的就属于这类产品。
    要有好的自洁性能:膜面材料常年暴露在空气中,极易沾灰和受到其他污染,影响建筑物的美观。玻纤织物经PTFE涂层或聚四氟乙烯扁丝加捻后织成的织物,两面再贴上氟聚合物膜,这两种织物都具有极佳的自洁性,表面沾上灰尘或其他污染后可以依靠雨水冲刷而自我清洁。即使有些污染不能完全冲刷干净,也可利用一般清洁剂很容易地去除。而聚酯织物加PVC涂层则很容易沾污,由于PVC涂层中含有的增塑剂极易向表层迁移,把灰尘及其他污染物粘在一起,很难用一般清洁剂除去。因此,聚酯织物+PVC涂层的膜材料,其表层(在PVC的外层)一般都需再涂上聚偏氟乙烯或其他涂层材料,或贴上聚氟乙烯(PVF)膜以达到自洁的要求。正是在聚酯织物的表层涂层上,各公司各有自己的专利,以显示    其特有的自洁性能。
    要有好的阻燃和防火性能。
    要有一定的透光性能:膜结构材料在阳光照射下,将大量的热和光反射出去,但也希望将一部分光透过膜直射到室内。在这方面,以膨化聚四氟乙烯扁丝织成的布外涂氟聚合物的膜材料,透光率很高。据了解,乙烯-四氟乙烯共聚物膜,其透光率还要高于聚四氟乙烯膜。


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