我國建筑結(jié)構(gòu)膜材的應(yīng)用現(xiàn)狀
    (1)結(jié)構(gòu)膜技術(shù)及結(jié)構(gòu)膜新穎建筑建筑結(jié)構(gòu)膜應(yīng)用技術(shù)匯總建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)、塑料人造革合成革的涂層加工技術(shù)和紡織工業(yè)用布織造技術(shù)并融為一體,形成結(jié)構(gòu)膜新穎建筑的綜合新技術(shù)。
    結(jié)構(gòu)膜建筑被國外譽為21世紀(jì)的建筑,因其簡潔優(yōu)良的曲線造型,綜合造價低、施工建設(shè)快、結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)膜材(簡稱結(jié)構(gòu)膜材)建筑結(jié)構(gòu)膜材是以高強度纖維為基材,經(jīng)涂復(fù)具有阻燃性、耐腐性、抗風(fēng)拒雪及自潔性等多種功能的涂層料而成型的復(fù)合膜材。
    建筑結(jié)構(gòu)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(chǎn)品分類,主要分為兩大類:一類是以聚酯織物為基材、涂復(fù)多種功能的PVC涂層料的復(fù)合材料;另一類是以玻纖織物為基材、涂復(fù)聚氟乙烯PTFE涂層料的復(fù)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(jié)構(gòu)膜材的開發(fā)應(yīng)用膜結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu):一稱之為骨架式結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu),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(yōu)美;另有稱之為充氣結(jié)構(gòu),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(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)膜的需求量據(jù)報道,世界建筑結(jié)構(gòu)膜的銷售量1999年為21億美元,2000年已達(dá) 34億美元,年增長速率為6%,預(yù)測21世紀(jì)的年增長率會更快地持續(xù)發(fā)展。
    我國的結(jié)構(gòu)膜建筑雖然開發(fā)較晚,但發(fā)展很快,據(jù)報道1995年我國結(jié)構(gòu)膜材使用量近萬平方米。2001年國內(nèi)以進口結(jié)構(gòu)膜材使用于投影面超萬平方米的大型結(jié)構(gòu)膜的體育場館即達(dá)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(dá)20萬平方米。隨著2 008年奧運會的舉辦,膜結(jié)構(gòu)的使用量必會更迅速發(fā)展。
    我國建筑結(jié)構(gòu)膜材推廣發(fā)展的瓶頸
    目前使用的高檔建筑結(jié)構(gòu)膜材幾乎全部進口,年進口量已達(dá)幾十萬平方米,但售價偏高,每平方米均在百元以上。
    高檔結(jié)構(gòu)膜材不能國產(chǎn)化,進口建筑結(jié)構(gòu)膜材價格偏高,已成為建筑結(jié)構(gòu)膜推廣發(fā)展的瓶頸。
    1.從建筑結(jié)構(gòu)膜材與篷蓋材料的區(qū)別,分析我國結(jié)構(gòu)膜材推廣發(fā)展技術(shù)瓶頸
    國內(nèi)很多廠家用戶對建筑結(jié)構(gòu)膜材與篷蓋材料的區(qū)別還不是很清楚,一些篷蓋材料生產(chǎn)廠家以其篷蓋材料產(chǎn)品僅提高力學(xué)強度、表面進行簡單的防污處理就可以作為建筑結(jié)構(gòu)膜材用。其實,建筑結(jié)構(gòu)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(chǎn)品,但兩者在原料要求、織造工藝、涂層工藝及產(chǎn)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(jié)構(gòu)膜材的開發(fā)方向。
    建筑結(jié)構(gòu)膜材與篷蓋材料系列產(chǎn)品的區(qū)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(yè)絲,而建筑結(jié)構(gòu)膜材基材所用滌綸工業(yè)絲要求是高強超低收縮型工業(yè)用絲。建筑結(jié)構(gòu)膜材要求具有比篷蓋材料更高的力學(xué)強度,建筑結(jié)構(gòu)膜材要求拉伸強度(經(jīng)、緯向)≥4000N/5cm,撕裂強度(經(jīng)、緯向)≥400N,剝離強度≥1 00N/5cm.
    (2)織造工藝。建筑結(jié)構(gòu)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(wěn)定性高,不易變形。Panama結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)選擇好抗氧化劑、抗紫外線劑及熱穩(wěn)定劑與填料品種。
    (4)涂層工藝。建筑結(jié)構(gòu)膜材對Precontaint預(yù)應(yīng)力技術(shù)的運用雙向拉伸下的力學(xué)性能更為關(guān)注。建筑結(jié)構(gòu)膜材要求材料雙向拉伸下經(jīng)、緯向的應(yīng)力、應(yīng)變值盡可能均衡,差距越小越好。其更高的尺寸穩(wěn)定性,在雙向拉伸作用力下經(jīng)、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。慌裆w材料斷裂伸長率在20%以上,模量明顯小于建筑結(jié)構(gòu)膜材。
    建筑結(jié)構(gòu)膜材在涂層加工過程中盡可能保證織物紗線經(jīng)、緯向均受到較大張力,使經(jīng)、緯線盡可能伸直,減小彎曲,提高產(chǎn)品尺寸穩(wěn)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(jié)構(gòu)膜材要抵御惡劣的氣候變化及經(jīng)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(jīng)久不變色,使用壽命在5年以上,高檔建筑結(jié)構(gòu)膜使用壽命為 20年。
    2.建筑結(jié)構(gòu)膜材的生產(chǎn)工藝國外對建筑結(jié)構(gòu)膜材的開發(fā)始于20世紀(jì)初,中期正式應(yīng)用,現(xiàn)產(chǎn)品已形成系列化、多樣化、高性能化。我國對建筑結(jié)構(gòu)膜材的開發(fā)起步很晚,近幾年才開始,一些原來生產(chǎn)篷蓋材料的廠家試生產(chǎn)過一些用于臨時性建筑的膜材,所用的生產(chǎn)工藝基本沿用一般篷蓋材料的生產(chǎn)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(yù)應(yīng)力技術(shù):沿用篷蓋材料的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)建筑結(jié)構(gòu)膜材,在整個生產(chǎn)工藝中基布基本上只有在經(jīng)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(yè)建筑結(jié)構(gòu)膜材生產(chǎn)廠家如法國Fer鄄rari 公司,生產(chǎn)建筑結(jié)構(gòu)膜材采用其專利技術(shù)即Precontaint預(yù)應(yīng)力技術(shù)。該技術(shù)核心內(nèi)容是:基布從退卷到表面防污處理前整個涂層過程中經(jīng)向與緯向始終持續(xù)地受到張力拉伸作用。
    3.我國在建筑結(jié)構(gòu)膜材開發(fā)上必須解決的三個核心技術(shù)問題
    (1)建筑結(jié)構(gòu)膜材的基布織造:國內(nèi)原生產(chǎn)的基布通常都是平紋組織結(jié)構(gòu),要解決可用于建筑結(jié)構(gòu)膜材的Panama結(jié)構(gòu)基布以改變織造工藝設(shè)備。
    (2)涂層加工工藝設(shè)備:國內(nèi)原采用單向張拉工藝設(shè)備,需解決以雙向張拉工藝設(shè)備,使基布及涂層加工時的織物經(jīng)緯始終受到張力作用,保證織物涂層經(jīng)緯尺寸的穩(wěn)定性及抗蠕變性能。
    (3)織物涂層的自潔型表面處理:國內(nèi)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(dá)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(fā)的建筑結(jié)構(gòu)膜材為例)
    1.引進基布織造先進的工藝設(shè)備,具備Panama結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝 
    億龍公司現(xiàn)已進口瑞士蘇壽公司P7300HP片梭織機,門幅3.9M,滿足結(jié)構(gòu)膜材Panama結(jié)構(gòu)(即平紋組織)的生產(chǎn)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(shè)備滿足雙向預(yù)應(yīng)力要求
    億龍公司引進意大利AD.TECH公司的先進設(shè)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(diào)節(jié)縱橫雙向的張拉過程中,織物基布的經(jīng)、緯始終承受張拉作用,從而保證經(jīng)緯尺寸的穩(wěn)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(jié)構(gòu)膜材具備自潔防污性能,與韓國公司共同開發(fā)了自潔防污性含氟表面處理劑。