中國建筑膜結構面臨的機遇和挑戰(zhàn)

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 1970年日本大阪萬國博覽會上的美國館和富士館均采用了膜結構建筑，在建筑行業(yè)引起了不小的轟動。在隨后的幾十年，建筑膜結構得到了迅猛的發(fā)展。膜結構大部分由鋼材和索構成，另外與結構相結合的膜材也逐漸走向功能化、智能化。膜材具有造型輕巧自由、美觀；透光、節(jié)能、環(huán)保，優(yōu)良的阻燃性能；防污自潔性能；安全、壽命長等優(yōu)點。基于這些優(yōu)點，建筑膜材脫穎而出，膜結構被稱為“21世紀的建筑”，應用于大型體育場館、入口廊道、購物場、娛樂場、停車場、展覽會場、植物觀光園等建筑。
目前建筑膜材廣泛認可的標準是日本JISA-93所規(guī)定的A、B、C三類，是根據其防火性能的優(yōu)劣來劃分的。A類最好，以玻璃纖維織物為基材涂PTFE而成；B類次之，以玻璃纖維織物為基材涂PVC新聞’PVC而成；C類是三類中最次的，以聚酯（滌綸）織物為基材涂PVC而成。按涂層材料分，有聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、橡膠等。
PTFE建筑膜材。PTFE膜材是在超細玻璃纖維織物上涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。這種膜材有較好的焊接性能，有優(yōu)良的抗紫外線、抗老化性能和阻燃性能。另外，其防污自潔性是所有建筑膜材中最好的，但柔韌性差，施工較困難，成本也十分驚人。在蓋格公司領導下，美國的杜邦公司、康寧玻纖公司、貝爾德建筑公司、化纖織布公司共同開發(fā)永久性膜材。其加工方法是把玻纖織物多次快速放入特氟隆熔體中，使織物兩面皆有均勻的特氟隆涂層，使永久性的PTFE膜正式誕生。此后永久性膜結構正式在美國風行，許多學者對膜結構進行了深入的研究。20年后跟蹤檢測結果表明，這種膜材的力學性能與化學穩(wěn)定性指標只下降了20%~30%，顏色也幾乎沒變，膜的表層光滑，具有彈性，大氣中的灰塵、化學物質微粒極難附著與滲透，經雨水沖刷建筑膜可恢復其原有的清潔面層與透光性，這足以顯示出PTFE膜材的強大生命力和廣闊的市場前景。
目前國外對這種膜材的開發(fā)和應用比較成熟，生產廠家也很多，如德國Mehler公司、Verseidag公司，日本Taiyoko-gyo公司、中興化成工業(yè)株式會社、美國Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司等。國內有寧波天塔聚氟玻纖有限公司和泰州維維高分子有限公司等。
玻纖PVC建筑膜材。這種膜材開發(fā)和應用得比較早，通常規(guī)定PVC涂層在玻璃纖維織物經緯線交點上的厚度不能少于0.2mm，一般涂層不會太厚，達到使用要求即可。為提高PVC本身耐老化性能，涂層時常常加入一些光、熱穩(wěn)定劑，淺色透明產品宜加一定量的紫外吸收劑，深色產品常加炭黑做穩(wěn)定劑。另外對PVC的表面處理還有很多方法，可在PVC上層壓一層極薄的金屬薄膜或噴射鋁霧，用云母或石英來防止表面發(fā)粘和沾污。
玻纖有機硅樹脂建筑膜材。有機硅樹脂具有優(yōu)異的耐高低溫、拒水、抗氧化等特點，該膜材具有高的抗拉強度和彈性模量，另外還具有良好的透光性。美國歐文斯克寧公司開發(fā)的Vestar膜材就采用這種樹脂對玻璃纖維布涂覆而制成的，目前這種膜材應用的不多，生產廠家也較少。
玻纖合成橡膠建筑膜材。合成橡膠（如丁腈橡膠，氯丁橡膠）韌性好，對陽光、臭氧、熱老化穩(wěn)定，具有突出的耐磨損性、耐化學性和阻燃性，可達到半透明狀態(tài)，但由于容易發(fā)黃，故一般用于深色涂層。
膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纖維織成的基布兩面貼上氟樹脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造價太高，一般的建筑考慮到成本和性能兩方面，很少選用這種膜材，目前國外的生產廠家也不多。
ETFE建筑膜材。由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。ETFE不僅具有優(yōu)良的抗沖擊性能、電性能、熱穩(wěn)定性和耐化學腐蝕性，而且機械強度高，加工性能好。近年來，ETFE膜材的應用在很多方面可以取代其他產品而表現出強大的優(yōu)勢和市場前景。這種膜材透光性特別好，號稱“軟玻璃”，質量輕，只有同等大小玻璃的1%；韌性好、抗拉強度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化學腐蝕性強，熔融溫度高達200℃；可有效的利用自然光，節(jié)約能源；良好的聲學性能。自清潔功能使表面不易沾污，且雨水沖刷即可帶走沾污的少量污物，清潔周期大約為5年。另外，ETFE膜可在現成預制成薄膜氣泡，方便施工和維修。ETFE也有不足，如外界環(huán)境容易損壞材料而造成漏氣，維護費用高等，但是隨著大型體育館、游客場所、候機大廳等的建設，ETFE更突顯自己的優(yōu)勢。目前生產這種膜材的公司很少，只有ASAHIGLASS（AGC）、日本旭硝子、德國科威爾等少數幾家公司可以提供ETFE膜材，這種膜材的研發(fā)和應用在國外發(fā)達國家也不過十幾年的歷史。
北京奧運會場館“鳥巢”和“水立方”膜結構采用ETFE膜材，是目前國內最大的ETFE膜材結構建筑，膜材采用進口產品。“鳥巢”采用雙層膜結構，外層用ETFE防雨雪防紫外線，內層用PTFE達到保溫、防結露、隔音和光效的目的。“水立方”采用雙層ETFE充氣膜結構，共1437塊氣枕，每一塊都好像一個“水泡泡”，氣枕可以通過控制充氣量的多少，對遮光度和透光性進行調節(jié)，有效地利用自然光，節(jié)省能源，并且具有良好的保溫隔熱、消除回聲，為運動員和觀眾提供溫馨，安逸的環(huán)境。
目前國內膜結構發(fā)展振奮人心，隨著一些大型體育館、候機大廳等建設以及2010年上海世博會和廣州亞運會等國際盛會的舉辦，為我國膜結構的發(fā)展帶來了機遇和挑戰(zhàn)。尤其在膜材方面，我國起步晚，技術水平低，大部分膜材還主要依靠進口。PTFE、PVC和表面改性的PVC、ETFE等膜材是市場的主流，應用比較廣泛。我國已有PTFE膜材的自主知識產權，性能也基本達到國外同類產品的要求。很多公司、科研單位以及高校都在進行PVC表面涂層材料的研究，如PVDF、納米TiO2表涂劑等的研究已初見成效，另外在表面防污自潔處理方面的研究如仿生荷葉構筑微粗糙表面也開始起步。在引進世界一流的生產設備和工藝技術的同時，加緊消化吸收并改進創(chuàng)新，盡快開發(fā)適合我國市場需求的膜材表面處理技術，對提升我國整個產業(yè)用紡織品產品檔次和市場競爭力都具有重要意義。