[膜结构建筑及膜材料的发展] 膜结构建筑,张拉膜,上海摩

膜结构建筑及膜材料的发展膜结构建筑张拉膜上海摩随着北京奥运会及上海世博会的顺利落幕，其中的大型膜结构建筑给人们留下了深[],,刻的印象本文介绍了近年来国内外膜结构材料的发展及其在建筑领域的应用，并对几类主要产品以及不同生产商生产的同类产品进行了性能对比，通过各类产品的优劣性对比，期望能为广大下游用户提供一定的参考thenoticeablemegamembranestructurespresentedinthebeijing2008olympicgamesandshanghaiexpo2010haveundoubtedlyattractedlotsofattention.developmenttrajectoryofmembranesandtheapplicationofwhichinthearchitecturalfieldwereintroducedinthispaper.productperformancesofsomemajorcategoriesmanufacturedbydifferentprod世纪膜结构建筑和膜结构材料的发展历程ucerswerecomparedtofinalizethesuperioronesforthereferenceofdownstreamusers.国际上膜结构建筑的发展情况120一般认为，现代膜结构建筑的出现是从年大阪世博会开始的其标志性建筑

1.1是在该届世博会上展出的美国馆，它采用气承式膜结构建筑，外形近视椭圆形，具体1970尺寸为该展馆之所以在当时受到瞩目，是因为它是世界上首次出现的现代膜结构建筑，其使用的膜材是玻纤织物涂以聚氯乙烯（）树脂，与后来大量140m×

83.5m建造的膜结构建筑材料类似pvc大阪世博会以后，在世纪最后的年中，膜结构建筑得到了快速发展当时据专家估计，年世界上大约已建造了座大型膜结构建筑，其中美国占2020有很大的比例1970―1996150下面是一些具有代表性的膜结构建筑及其所用膜材年沙特阿拉伯建成吉大（）机场哈吉（）候机厅，至今它仍是世界上最大的膜结构建筑，总面积达到万，全部使用玻纤织物涂以聚四氟乙烯（）1952jeddah haj树脂，织物面积超过万42m2ptfe大约年左右，美国建造了丹佛（）国际机场，采用双层玻纤织物涂以50m2树脂的膜结构建筑，篷面设计可透过光线，使整个场所都有充足的采光，顶篷由1995denver钢制栓柱和缆绳吊住，面积为万年美国在亚特兰大建造的乔治亚圆顶ptfe体育馆，整个圆顶采用缆绳支持，该建筑首次应用于年奥运会会场2m21996中国膜结构建筑的发展情况1996中国的膜结构建筑发展相对较晚，年在上海建成了容纳万人的上海体育场，

1.2这是我国首次将膜结构建筑应用到大型体育场上，其覆盖面积为万，所用19978的膜材料全部从国外进口，包括玻纤织物涂树脂的膜材料和一些附属材料，设

3.61m2计、施工也依赖外国公司据了解，其造价比传统的建筑要高得多，但其对我国膜结ptfe构建筑的发展影响甚大我国第个大型膜结构建筑是青岛颐中体育场，总面积为万，所采用的膜材料为涤纶工业丝织造的织物，以进行涂层，其顶面层再覆以聚偏氟乙烯层23m2（），可容纳万观众自此以后，膜结构建筑在我国得到了迅速发展，如上海虹pvc口足球场，武汉、郑州、广州等一些城市都纷纷建造了运动场馆，甚至一些中小城市pvdf6亦相继效仿除了体育场馆外，如展览馆、会展中心、水上乐园、剧场、飞机场、加油站等亦纷纷采用膜结构建筑膜结构材料的分类及其性能特点根据以上介绍，世纪开发出的膜材基本上都以纺织材料为基材（包括玻璃纤维和2涤纶，用以织成织物），表面再加以涂层（或贴合）主要有两大类，一类是玻璃纤维20涂树脂；另一类是涤纶织物涂树脂，两种膜材的性能优劣如表所示下面主要对这两种膜材进行详细分析ptfe pvc1（）以玻纤织物为基材，用（或硅树脂）涂层产品特点1ptfe这种膜材是由美国（杜邦）公司和（道康宁）公司首先开发出来

①的，其优点是膜材的强度高，力学性能十分优异，同时具有很高的热稳定性和化学惰dupont dowcorning性，防火、不燃、不受紫外线影响，具有很高的自洁性和耐用性，根据资料，其使用寿命可达～年这种膜材透光性较好，透光率可达，光线柔和，膜材对太阳光的反射率可达2530以上，可减少热量的传递，保持膜结构表面和内部不至于因阳光照射而升温过25%高70%在膜结构建筑盛行的早期，也有用玻纤织物涂树脂作为膜材的（如年大阪世博会上美国馆所使用的），其优点是价格较玻纤织物涂的产品便宜得多，但pvc1970在性能上有一定的差距，主要体现在自洁性和使用寿命上实际使用这种膜材的相ptfe对较少主要生产商目前，生产玻纤织物＋膜材的国外企业较多，如美国的圣戈班高功能塑料公司，

②这是最早进入我国膜材料市场的厂商除此之外，德国公司、日本中兴化ptfe成工业株式会社、沙特阿拉伯的公司等也生产这种高品质膜材国内主要verseidag有宁波天塔工业材料有限公司和江苏省维维高分子材料有限公司两家生产obeikan日本中兴化成工业株式会社采用的玻纤织物，其玻纤的细度是目前最小的，为，称为玻璃纤维丝；而有的企业采用的丝日本中兴化工指出采用细的玻纤丝，其单位面积的抗拉强度高，耐屈曲牢度好，在受反复应力时不易疲劳，3μm b6μm de因此用这种纤维加工的膜结构材料更经久耐用德国杜肯近年来开发了新材料，有高透光膜材，透光率可达，同时具有的抗拉强度，可用于需要采光又需要抗荷载的地方，另外还有verseidag ptfe50%吸音膜材、彩色膜材、�节能膜材等，在南非世界杯上，约翰内斯堡体育4500n/5cm场就采用了杜肯的棕色膜材ptfe lowe宁波天塔公司经过近年的努力，自主研发了永久性建筑膜材，获得国家ptfe项目资金的支持，产品已逐步在工程项目上得到应用10ptfe（）以聚酯纤维织物为基材进行涂层“863”产品特点2pvc这种产品如直接作为膜材，在性能上会存在很多问题，主要在尺寸稳定性、膜材老

①化、自洁性能等方面不够理想根据研究，涤纶涂材料用于充气结构年后，由于性能老化，断裂强度减少以上，而撕裂强度损失～因此这种涂层pvc8织物的性能取决于涂层材料阻隔紫外线的性能，为此，涂层时还必须注意把整个织10%20%30%物的交织点都要覆盖住由于聚酯纤维织物经过涂层后，膜容易老化，随着其中增塑剂迁移和紫外线辐射的影响，膜材性能变差，膜面易被沾污而变色，这是该产品一个致命的问题pvc pvc法国（法拉利）技术织物公司针对这个问题在涂层的表层再覆以层，开发出的新产品称之为，可以将热能反射掉，膜面变色较少，色泽ferrari pvc pvdf鲜艳，自洁性能提高，炭黑肮脏试验对膜几乎没有影响据称其自洁性可与玻纤织物fluotopt70%涂产品相媲美聚酯纤维织物经过涂层后，也可采用加上聚氟乙烯（）面层解决膜材易老化ptfe的问题，这种膜材在美国已流行多年它是将聚酯纤维织物经过涂层后，采用pvc pvf专用粘合剂，将面层粘于表面，其商品名为，对提高自洁性能也有显著pvc效果，但手感略硬pvf tedlar®聚酯纤维织物涂以含有二氧化钛（）的聚氯乙烯膜材，这种方法在韩国应用较早，韩国一些厂商曾来华作过宣传和推销，据称也可大大改善聚氯乙烯的自洁问题，tio2目前在国际上已得到广泛应用其原理是利用含有的面层在紫外线照射下可将有机污染物氧化分解，同时使膜面生成亲水基，使膜面具有优异的自洁去污能力，膜tio2面始终保持美观整洁，这是最近几年开发出来的新技术，具有很大的优越性，因此使用面越来越广主要生产商生产这类产品的企业包括法国的法拉利技术织物公司、意大利（耐驰）公司、美

②国公司、德国的公司、沙特阿拉伯公司、德国米乐公司naizil等，我国有浙江锦达、北京佳泰、浙江星益达和上海申达科宝公seaman verseidagobeikan司等mehlertexnologies其中，德国米乐公司在原有的基础上又开发出了新产品纳米涂层（），相较于传统的涂层，这种膜材具有更优越的自洁效果、抗腐蚀能pvdf力和抗菌效果；微孔吸音膜材（）不仅能够控制噪音，改善空间的音响效果，valmex®pvdf同时还保持了膜材的各种物理性能，包括各种强度下的拉伸力、颜色、各种灯光效果silesco®的涂层等，为室内设计师在改善内部空间的声效和美观方面提供了更多想象空间和实现可能；高度自洁膜材（）采用涂层和聚酯织物，具有极易处理和优越的耐用性能（注涂层是一种聚合物，混合有四氟乙烯、六氟丙烯、双氟亚乙vivax®thv烯，与其他氟塑涂层一样，具有卓越的抗污、自洁和易维护的特点）thv国内的膜材厂家也逐渐成熟，大都引进了国外的先进织造和涂覆设备，产品也已应用到一些工程上，如北京人大附中体育场、中国空军实验室、土耳其安卡拉污水处理厂等设施与建筑的膜结构就应用了上海申达科宝新材料有限公司生产的膜材（）其他除了以上两种主要的膜材外，还有一种是由公司推出的膨化聚四氟乙烯材3料织成的织物（织物），其商品名为这种产品是先制造膜材，w.l.gore然后割裂成众多的扁丝，并加以捻度纺成纱，再织成布，然后再在布的双面贴上氟聚eptfe tenara®eptfe合物薄膜而成为高质量的膜材（全部由氟聚合物组成）这种膜材曾在国外一些展览会上展出，据介绍，它们已被应用于沙特阿拉伯麦迪那先知大教堂上在教堂广场上有众多由这种膜材做成的伞，形成伞群，每个伞的面积为这种膜材透光性能特别好，用于膜结构建筑白天可以不用照明，有利于节能296m2（）几种膜材的性能比较表是上述几种膜材透光率的比较4从表可以看出，膜材透光率最高，可达以上，晴天白天可以不用2照明，从而可以节约能源，而且色泽洁白，十分美观但据了解，这种膜材全部采用2goretenara®30%氟聚合物为原料，制造工艺也较复杂，成本较高因此目前主要考虑玻纤织物涂和聚酯织物涂树脂这两种膜材ptfe总结以上分析，要使膜结构建筑经久耐用，除了对膜结构的支撑体系要有严格要求pvc外，对膜材料也要有严格要求传统的膜结构材料中，聚酯纤维织物＋涂层类膜材在机械物理性能上要比玻纤织物＋涂层差一个档次，但在膜材的自洁性方面pvc则明显有缺陷，耐火性能也与之存在差距为了弥补这些缺陷，必须对膜材加以表面ptfe处理，方法包括聚酯织物＋涂层，再加以表面涂覆；另一种方法为聚酯纤维织物＋涂层再用贴膜，当然也可在聚酯纤维织物表面涂以含有的pvc pvdf树脂，因为的光氧化作用可对有机物氧化分解，自洁性较高涂覆后其自pvc pvftio2洁性能甚至可与玻纤织物＋媲美pvc tio2在物理机械性能和自洁性能等方面几类膜材由于存在差距，导致其使用寿命等也有ptfe所不同一般认为玻纤织物＋膜材使用寿命可达年以上，而聚酯织物＋＋或聚酯织物＋＋这两类膜材使用寿命为～年（的保质期比ptfe30pvc pvf要稍长一些）pvc pvdf1215pvf pvdf在几种膜材的自洁性能方面，玻纤织物＋为好；其次为聚酯织物＋涂层，包括聚酯织物＋涂层＋涂层或聚酯织物＋涂层＋层压，聚酯织物＋ptfe pvc涂层＋浸涂则比层压略差，但后者折叠性稍逊一筹pvc pvdf pvc pvf在几种膜材的防火性能方面，玻纤织物＋为佳，聚酯织物＋和聚酯织物＋pvcpvdfpvf都要稍差一些ptfe pvf总之，第类膜材是永久性建筑的主要膜材，但各个厂家生产的产品不完全相同，pvdf要考察各项力学性能、自洁性能、透光率等，较细纤维制作的玻纤织物具有更好的力1学性能和耐疲劳性（见文后附表）；第类膜材各企业生产的差距很大（见文后附表），主要是由聚酯纤维的差异引起的另外，涂层质量特别是表层的质量问题更是12关注的重点2织物＋氟聚合物涂层，其织物基材及贴面材料均为氟化物，耐紫外线性能十分优越，且透光率高于其它膜材，但其抗拉强度较前几种膜材要差很多，另外，这种膜eptfe材是较晚才开发出来的，成本及价格很高目前，国际上大型建筑很少采用，小型建筑有一些应用，但也不多涤纶长丝织物涂覆后，必须再涂覆表面层以保持表层的美观性并赋予其更好的性能目前国内主要以涂为主，过去采用的聚丙烯酸酯表面涂层耐久性较差，pvc由于紫外线照射、年后涂层开始减薄，很快就失去光泽和作用，起不到保持自洁pvdf的作用另外，涂性能虽好一些，但其与不易粘结牢固，目前有多种工艺23可改善其粘结性能杜邦公司则认为效果比更好一些，德国公pvdfpvc司也认同这一结论，因此国外有较多企业采用但不能涂层，要先做成薄膜，再pvf pvdfverseidag用粘合剂贴到的表面，这样又存在贴合技术问题，如不能产生气泡等，目前已pvf有较多企业采用这种加面层的工艺但如中含有则膜材的抗污性能可pvc大幅提高，因此这类膜材的使用有增多的趋势pvf pvctio2综上所述，膜材的选择是决定膜结构建筑能否取得成功的决定性因素之一，因此，必须认真加以对比分析大型场馆对新型膜材的应用北京奥运会3世纪末、世纪初时，国际上出现了一些新型膜材，其中之一的化学成分为乙烯

3.1�四氟乙烯共聚物即，亦称这种膜材的特点是抗剪切机械强度高、耐低温2021冲击性能好，而且化学性能稳定，耐辐射性能好，英国为迎接新世纪到来而建成的etfe p40伊甸园，就是由座穹顶状膜结构建筑连接而成的，其采用的覆盖材料便是膜结构材料，由美国圣戈班公司生产，椐称其透光率可达采用这种膜材建成“”4etfe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轻，仅为同面积玻璃70%重量的，可单独使用，使用寿命可达年以上，当然也可与织物等材料复合，使它具有良好的保温性1%25年中国举办奥运会，其场馆建设引起了世人的关注其所采用的膜结构建筑，无论从外观还是内在质量上都在膜建筑发展史上达到了一个新的高度奥运会主体2008育场鸟巢，采用钢结构焊结，外层紧贴的就是膜鸟巢内部铺设的面积达到万，看台观众可超过万人膜具有优异的透光性及良好的抗紫外线和――etfe自洁功能，用在外层可经得起气候的变化，内层则仍用膜，吸音性能好，声学性

4.2m29etfe能优异，有利于高音的传播，因此一些大型演出可在此举办而游泳馆水立方，ptfe其单元结构为多角形的框架结构，对于体育场形成全封闭，外表面积达到万――，形成双层气枕（膜制作）和一层膜结构，游泳馆外形由众多呈立体状的10水泡组成，夜晚时灯火通明，显得十分壮观m2ptfe etfe作为膜结构材料，其特点是中间没有任何织物作骨架材料而直接用塑料膜，这种膜材强度较高，而贴附面又直接是钢架两个体育场通过北京奥运会的实际使用，etfe证明效果十分理想，不但在奥运会期间得到全国和全世界人民的赞誉，而且在奥运会以后，两个场馆仍不断接纳各种运动会和其它活动项目上海世博会上海世博会是世博会历史上规模最大的一届，各国各具特色的展馆给参观者留下深

3.2刻的印象，其中包括一些以纺织品膜结构建筑为主的建筑群据报道，上海世博会世博轴使用了万的膜材料，采用张拉式膜结构，所使用的膜材料同北京奥运会一样，同样为系列产品，其厚度为，亦为美国圣7m2戈班公司生产，采用～热熔拼接，技术要求很高etfesf/11mm以世博轴为标志的整个景区，形成膜结构建筑群，甚至连联接展馆的过道上都布满300400℃了富有情趣的膜结构遮阳伞在国家展馆中，日本馆外形酷如一只紫蚕，主要采用膜建筑材料建成，据称会发电、会呼吸整个场馆外壁被不同形状的膜材覆盖涂有膜材的使用，使整个“”“场馆自重减轻，可节约钢材，两层膜材中间充气，保证的气压，在这层膜下有”etfe太阳能电池板，为该展馆的电视机提供电源250pa另外，场馆采用循环呼吸柱设计，一方面起通风换气的作用，一方面起支撑作用，可有效降低钢铁的重量，同时还可折射太阳光，节约照明用电，在设计上显得十分合“”理结语毋庸置疑，随着膜结构材料技术的不断成熟，其未来市场巨大虽然在发展过程中也4面临着一些问题，如基础性技术研究需加强、材料的回收与环保问题亟待解决等我国企业在加强建筑膜材的自主研发、产业化和市场化时，应具备前瞻性，不断进行创新性研究，储备新技术，期望在不久的将来国际市场上出现叫得响的中国创造的膜结构产品“”附主要膜材料生产商的产品性能对比表和表为两类膜材的主要生产商提供的产品性能指标，由于各公司采用的标准不完全相同，提供的性能指标又不完全可比，以下数据仅供参考12。