1、精品文草缸膜結構建筑及膜材料的發展膜結構建 筑，張拉膜，上海摩隨著北京奧運會及上海世傅會的順利落幕，其中的大型膜結構建筑給人們留下了深刻的卬象。木文介紹了近年來國內外膜結構材料的發展及其在建筑領域的應用，并對幾類主要產品以及不同生產商生產的同類產品進行了性能對比，通過各類產品的優劣性對比，期望能為廣大下游用戶提供一定的參考。thenoticeablemegamembra nestructuresprese ntedi nthebeiji ngxxoly mpicgamesandsha ngheiexpoxxheveundoubtedlyattrectedlotsofatte ntion. de

2、velopmenttrajectoryofmembranesa ndtheapplicati ono fwhichinthearch ductperforma ncesofsomema jorcategoriesmanufacturedbydiffere ntproducerswereparedtofi nalizethes uperioronesforthereferenceofdownstreamusers ?120世紀膜結構建筑和膜結構材料的發展歷程1.1 國際上膜結構建筑的發展情況一般認為，現代膜結構

3、建筑的出現是從1970年大阪世博會開始 的。 其標志性建筑是在該屆世博會上展出的美國館，它采用氣承式膜結構建筑，外形近視橢圓形，具體尺寸為140mx83.5mo該展館之所 以在當時受 到矚目，是因為它是世界上首次出現的現代膜結構建筑，其使用的膜材是玻纖織物涂以聚氯乙烯（pvc）樹脂，與后來大量建造的膜結構建筑材 料類似。大阪世博會以后，在20世紀最后的20年中，膜結構建筑得到了 快 速發展。當時據專家估計，1970 xx年世界上大約己建造了 150座大型 膜結構建筑，其中美國占有很大的比例。下而是一些具有代表性的膜結構建筑及其所用膜材。1952年沙特阿拉伯建成吉大（jeddah）機場哈吉（he

4、j）候機廳，至 今它仍是世界上最大的膜結構建筑，總面積達到 42萬m2,全部使用玻 纖織物涂以聚四氟乙烯 （ptfe）樹脂，織物而積超過50萬m2。大約xx年左右，美國建造了丹佛（denver）國際機場，采用雙 層玻 纖織物涂以ptfe樹脂的膜結構建筑，篷而設計可透過光線，使整 個場所 都有充足的采光，頂篷由鋼制栓柱和纜繩吊住，而積為2萬m2。xx年美 國在亞特蘭大建造的喬治亞圓頂體育館，整個圓頂采用 纜繩支持，該建 筑首次應用于xx年奧運會會場。1.2 中國膜結構建筑的發展情況中國的膜結構建筑發展相對較晚，xx年在上海建成了容納8萬人 的 上海體育場，這是我國首次將膜結構建筑應用到大型體育場

5、上，其 覆蓋 而積為3.61萬m2,所用的膜材料全部從國外進口，包插玻纖織 物涂ptfe 樹脂的膜材料和一些附屬材料，設計、施工也依賴外國公司。據了解，其造價比傳統的建筑要高得多，但其對我國膜結構建筑的發展影響其大。我國第2個大型膜結構建筑是青島頤中體育場，總而積為 3萬m2, 所采用的膜材料為滌綸工業絲織造的織物，以 pvc進行涂層， 其頂面層 再覆以聚偏氟乙烯層（pvdf）,可容納6萬觀眾。自此以后，膜結構建筑 在我國得到了迅速發展，如上海虹口足球場，武漢、關B州、廣州等一些 城市都紛紛建造了運動場館，甚至一些中小城市亦相繼效 仿。除了體育 場館外，如展覽館、會展中心、水上樂園、劇場、飛機

6、 場、加油站等亦 紛紛采用膜結構建筑。2膜結構材料的分類及其性能特點根據以上介紹，20世紀開發出的膜材基本上都以紡織材料為基材（包括玻璃纖維和滌綸，用以織成織物），表而再加以涂層（或貼 合）。主要有兩大類，一類是玻璃纖維涂 ptfe樹脂；另一類是滌綸織 物涂pvc 樹脂，兩種膜材的性能優劣如表2所示。下而主要對這兩種膜材進行詳細分析。（1）以玻纖織物為基材，用ptfe （或硅樹脂）涂層產品特點這種膜材是由美國dupont （杜邦）公司和dowcorning （道康寧）公 司首先開發出來的，其優點是膜材的強度高，力學性能十分優異， 同時 具有很高的熱穩定性和化學惰性， 防火、不燃、不受紫外線影響

7、，具有很 高的自潔性和耐用性，根據資料，其使用壽命可達 25? 30年。這種膜材透光性較好，透光率可達25%光線柔和，膜材對太陽 光的 反射率可達70%以上，可減少熱量的傳遞，保持膜結構表而和內 部不至 于因陽光照射而升溫過高。在膜結構建筑盛行的早期，也有用玻纖織物涂pvc樹脂作為膜材 的（如1970年大阪世傅會上美國館所使用的），其優點是價格較玻纖 織 物涂ptfe的產品便宜得多，但在性能上有一定的差距，主要體現在自潔 性和使用壽命上。實際使用這種膜材的相對較少。主要生產商目前，生產玻纖織物+ ptfe膜材的國外企業較多，如美國的圣戈 班 高功能塑料公司，這是最早進入我國膜材料市場的廠商。除

8、此之外，德國 verseidag公司、日本中興化成匚業株式會社、沙特阿拉伯的 obeik汕公 司等也生產這種高品質膜材。國內主要有寧波天塔工業材 料有限公司和 江蘇省維維高分子材料有限公司兩家生產。日木中興化成工業株式會社采用的玻纖織物，其玻纖的細度是目 前最小的，為3 P m稱為玻璃纖維b絲；而有的企業采用6 u m的de絲。 日木中興化工指出：采用細的玻纖絲，其單位面積的抗拉強度高，耐屈曲牢度好，在受反復應力時不易疲勞，因此用這種纖維加工的膜結構材料更經久耐用。德國杜肯verseidag近年來開發了新材料，有高透光 ptfe膜材，透 光率可達50%同時具有4500n/5cm的抗拉強度，可用

9、于需要采光 又需 要抗荷載的地方，另外還有吸音膜材、彩色 ptfe膜材、low"節能膜材 等，在南非世界杯上，約翰內斯堡體育場就采用了杜肯的棕色ptfe膜材。寧波天塔公司經過近xx年的努力，自主研發了永久性 ptfe建筑 膜 材，獲得國家“86頷目資金的支持，產品己逐步在工程項目上 得到應用。(2)以聚酯纖維織物為基材進行pvc涂層產品特點這種產品如直接作為膜材，在性能上會存在很多問題，主要在尺 寸 穩定性、膜材老化、自潔性能等方面不夠理想。根據研究，滌綸涂pvc材 料用于充氣結構8年后，由于性能老化，斷裂強度減少 10%以上，而撕 裂強度損失20%? 30%。因此這種涂層織物的性能

10、取決于涂 層材料阻隔 紫外線的性能，為此，涂層時還必須注意把整個織物的交 織點都要覆蓋 住。由于聚酯纖維織物經過pvc涂層后，pvc膜容易老化，隨著其中 增 塑劑遷移和紫外線輻射的影響，膜材性能變差，膜而易被沾污而變色,這是該產品一個致命的問題。法國ferrari （法拉利）技術織物公 司針對 這個問題在pvc涂層的表層再覆以 pvdf層，開發出的新產品 稱之為 fluotopt,可以將熱能反射掉 70%膜面變色較少，色澤鮮艷，自潔性能提 高，炭黑骯臟試驗對膜幾乎沒有影響。據稱其自潔性可與 玻纖織物涂ptfe 產品相媲美。聚酯纖維織物經過pvc涂層后，也可采用加上聚氟乙烯 （pvf）而層 解決

11、膜材易老化的問題，這種膜材在美國己流行多年。它是將聚 酯纖維 織物經過pvc涂層后，采用專用粘合劑，將pvf面層粘于表面，其商品名 為tedlar?,對提高自潔性能也有顯著效果，但手感略硬。聚酯纖維織物涂以含有二氧化鈦 （tio2）的聚氯乙烯膜材，這種 方 法在韓國應用較早，韓國一些廠商曾來華作過宣傳和推銷，據稱也 可大 大改善聚氯乙烯的自潔問題，目前在國際上已得到廣泛應用。其 原理是 利用含有tio2的而層在紫外線照射下可將有機污染物氧化分 解，同時使膜面生成親水基，使膜而具有優異的自潔去污能力，膜面始終保持美觀 整潔，這是最近幾年開發出來的新技術，具有很大的優精品文草越性，因此使用而越來越

12、廣。主要生產商生產這類產品的企業包括？法國的法拉利技術織物公司、意大利 naizil （耐馳）公司、美國seaman公司、德國的verseidag公司、沙特阿 拉伯obeiken公司、德國米樂公司mehlertexnologies等，我國有浙江錦 達、北京佳泰、浙江星益達和上海申達科寶公司等。其中，德國米樂公司在原有的基礎上又開發出了新產品：納米 pvdf 涂層（velmex?）,相較于傳統的pvdf涂層，這種膜材具有更優 越的自潔 效果、抗腐蝕能力和抗菌效果；微孔吸音膜材（silesco?）不僅能夠控制噪音，改善空間的音響效果，同時還保持了膜材的各種物理性能，包括各種強度下的拉伸力、顏色、各

13、種燈光效果的涂層等，為室內設計師在改善內部空間的聲效和美觀方面提供了更多想象空間和實現可能；高度自潔膜材（vivex?）采用thv涂層和聚酯織物，具有極易處理和優越的耐 用性能。（注：thv涂層是一種聚合物，混合 有四氟乙烯、六氟丙烯、雙 氟亞乙烯，與其他氟塑涂層一樣，具有卓 越的抗污、自潔和易維護的特 點。）國內的膜材廠家也逐漸成熟，大都引進了國外的先進織造和涂覆 設 備，產品也已應用到一些工程上，如北京人大附中體育場、中國空 軍實 驗室、土耳其安卡拉污水處理廠等設施與建筑的膜結構就應用了 上海申 達科寶新材料有限公司生產的膜材。（3）其他除了以上兩種主要的膜材外，還有一種是由w.I.gor

14、e公司推出的膨化聚四氟乙烯材料織成的織物（eptfe織物），其商品名為tenaraAo這 種產品是先制造eptfe膜材，然后割裂成眾多的扁絲，并加以捻度 紡成 紗，再織成布，然后再在布的雙而貼上氟聚合物薄膜而成為高質量的膜材（全部由氟聚合物組成）。這種膜材曾在國外一些展覽會上展出，據介紹，它們己被應用于 沙 特阿拉伯麥迪那先知大教堂上。在教堂廣場上有眾多由這種膜材做 成的 傘，形成傘群，每個傘的面積為296012。這種膜材透光性能特別 好，用 于膜結構建筑口天可以不用照明，有利于節能。（4）幾種膜材的性能比較表2是上述幾種膜材透光率的比較。從表2可以看出，goretenara?膜材透光率最高，

15、可達30%以上， 晴天口天可以不用照明，從而可以節約能源，而且色澤潔白，十分美 觀。但據了解，這種膜材全部采用氟聚合物為原料，制造工藝也較復 雜，成木較高。因此目前主要考慮玻纖織物涂ptfe和聚酯織物涂pvc樹脂這兩種膜材?？偨Y以上分析，要使膜結構建筑經久耐用，除了對膜結構的支撐 體 系要有嚴格要求外，對膜材料也要有嚴格要求。傳統的膜結構材料中，聚酯纖維織物+ pvc涂層類膜材在機械物理性能上要比玻纖織物 + ptfe涂 層差一個檔次，但在膜材的自潔性方面則明顯有缺陷，耐火 性能也與之 存在差距。為了彌補這些缺陷，必須對膜材加以表而處理，方法包括聚 酯織物+pvc涂層，再加以pvdf表面涂覆；

16、另一種方法為 聚酯纖維織物+ pvc涂層再用pvf貼膜，當然也可在聚酯纖維織物表 而涂以含有tio2的pvc樹脂，因為tio2的光氧化作用可對有機物氧化 分解，自潔性較高。 涂覆后其自潔性能甚至可與玻纖織物 +ptfe媲美。在物理機械性能和自潔性能等方而幾類膜材由于存在差距，導致 其 使用壽命等也有所不同。一般認為。玻纖織物+ ptfe膜材使用壽命可達30年以上，而聚 酯 織物+ pvc + pvf或聚酯織物+ pvc + pvdf這兩類膜材使用壽命為 12xx 年（pvf的保質期比pvdf要稍長一些）。在幾種膜材的自潔性能方而，玻纖織物 + ptfe為好；其次為聚酯 織 物+ pvc涂層，包

17、才舌聚酯織物+ pvc涂層+ pvdf涂層或聚酯織物+ pvc 涂層+ pvf層壓，聚酯織物+ pvc涂層+ pvdf浸涂則比pvf層壓略 差，但 后者折疊性稍遜一籌。在幾種膜材的防火性能方而，玻纖織物 + ptfe為佳，聚酯織物+ pvf 和聚酯織物+ pvdf都要稍差一些?？傊?類膜材是永久性建筑的主要膜材，但各個廠家生產的 產 品不完全相同，要考察各項力學性能、自潔性能、透光率等，較細 纖維 制作的玻纖織物具有更好的力學性能和耐疲勞性（見文后附表2）;第2類膜材各企業生產的差距很大（見文后附表 2）,主要是由聚酯纖維的差 異引起的。另外，涂層質量特別是表層的質量問題更是 關注的重點。

18、eptfe織物+ 氟聚合物涂層，其織物基材及貼面材料均為氟化物 ，耐 紫外線性能十分優越，且透光率高于其它膜材，但其抗拉強度較前幾種也不多。膜材要差很多，另外，這種膜材是較晚才開發出來的，成本及價格很高。目前，國際上大型建筑很少采用，小型建筑有一些應用，但滌綸長絲織物涂覆pvc后，必須再涂覆表面層以保持表層的美觀 性 并賦予其更好的性能。目前國內主要以涂pvdf為主，過去采用的 聚丙烯 酸酯表而涂層耐久性較差，由于紫外線照射2、3年后涂層開始減薄，很 快就失去光澤和作用，起不到保持自潔的作用。另外，涂pvdf性能雖好一些，但其與pvc不易粘結牢固，目前有多種工藝可改善其粘結性能。杜邦公司則認為

19、pvf效果比pvdf更好一些，德國verseidag公司也認同這 一結論，因此國外有較多企業采用。但 pvf不 能涂層，要先做成薄膜， 再用粘合劑貼到pvc的表面，這樣又存在貼 合技術問題，如不能產生氣 泡等，目前己有較多企業采用這種加 pvf而層的工藝。但如pvc中含有 tio2則膜材的抗污性能可大幅提高，因此這類膜材的使用有增多的趨勢。綜上所述，膜材的選擇是決定膜結構建筑能否取得成功的決定性因素之一，因此，必須認真加以對比分析。3大型場館對新型膜材的應用3.1 北京奧運會20世紀末、22世紀初時，國際上出現了一些新型膜材，其中之 一 的化學成分為乙烯？四氟乙烯共聚物即etfe,亦稱p40。

20、這種膜材 的特點 是抗剪切機械強度高、耐低溫沖擊性能好，而且化學性能穩定，耐輻射性能好，英國為迎接新世紀到來而建成的“伊甸園”，就是由 4座穹頂 狀膜結構建筑連接而成的，其采用的覆蓋材料便是 etfe膜結 構材料，由 美國圣戈班公司生產，據稱其透光率可達 70%。采用這種膜材建成的建 筑物，白天不用照明，可以大幅度降低能源消耗。且重 量很輕，僅為同 面積玻璃重量的1%,可單獨使用，使用壽命可達 25年以上，當然也可與 織物等材料復合，使它具有良好的保溫性。xx年中國舉辦奧運會，其場館建設引起了世人的關注。其所采用的膜結構建筑，無論從外觀還是內在質量上都在膜建筑發展史上達到了 一個新的高度。奧運

21、會主體育場一一鳥巢，采用鋼結構焊結，外層 緊貼的 就是etfe膜。鳥巢內部鋪設的而積達到 4.2萬m2,看臺觀眾 可超過9萬 人。etfe膜具有優異的透光性及良好的抗紫外線和自潔功能，用在外層可經得起氣候的變化，內層則仍用ptfe膜，吸音性能好，聲學性能優異， 有利于高音的傳播，因此一些大型演出可在此舉辦。而游泳館一一水立方，其單元結構為多角形的框架結構，對于體育場形成全封閉，外表面積達到10萬m2,形成雙層氣枕（ptfe膜制作）和一層etfe膜結構，游泳 館外形由眾多呈立體狀的水泡組成，夜晚時燈火通明，顯得十分壯觀。etfe作為膜結構材料，其特點是中間沒有任何織物作骨架材料而 直 接用塑料膜，這種膜材強度較高，而貼附而又直接是鋼架。兩個體 育場 通過北京奧運會的實際使用，證明效果十分理想，不但在奧運會 期間得 到全國和全世界人民的贊譽，而且在奧運會以后，兩個場館仍 不斷接納 各種運動會和其它活