中国膜建筑的发展依赖于膜材料的技术革命和技术发展。材料技术的革命为建筑设计带来越来越多的创意, 也带来无穷无尽的高要求。材料技术的进步可以刺激建筑创作艺术中的创新精神, 可以把近似不合理的设计, 通过使用新材料后变为合理化。采用更新的施工方法, 可以实现这种创新构想。中国膜建筑的发展正是基于建筑膜材料发展而得以迅速发展的。

常用建筑膜材料包括PVDF室外膜、PTFE膜材、ETFE膜材等。PVDF室外膜的使用年限一般在7~15年。膜材料的自洁性需要靠极高自洁的TiO2 (二氧化钛) 或PVDF涂层来解决。PTFE膜材具有结构轻、透光好, 强度大的特点。使用寿命20年以上, 具有高自洁性, 防火B1级, 节能环保, 需要高度专业的加工工艺和严格的施工规程。ETFE膜材耐久性强, 使用寿命在30年以上, 是永久性建筑的首选材料, 超自洁, 防火性能好, 需专业的加工, 按照严格的施工规程操作。

PVDF树脂主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其它少量含氟乙烯基单体的共聚物, 聚偏氟乙烯外观为半透明或白色粉体或颗粒, 分子链间排列紧密, 又有较强的氢键, 含氧指数为46%, 不燃, 结晶度65%~78%, 密度为1.17~1.79 g/cm3, 熔点为172℃, 热变形温度112℃~145℃, 长期使用温度为-40℃~150℃。

PVDF树脂兼具氟树脂和通用树脂的特性, 除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外, 还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能, 是目前含氟塑料中产量名列第2位的大产品, 全球年产能超过4.3万t。PVDF百富策略白菜网主要集中在石油化工、电子电气和氟碳涂料三大领域, 由于PVDF良好的耐化学性、加工性及抗疲劳和蠕变性, 其化学结构中以氟一碳化合键结合, 这种具有短键性质的结构与氢离子形成最稳定牢固的结合, 因而氟碳涂料具有特异的物理化学性能, 不但有很强的耐磨性和抗冲击性能, 而且在极端严酷与恶劣的环境中有很高的抗褪色性与抗紫外线性能。近年来采用PVDF树脂制作的多孔膜、凝胶、隔膜等, 在建筑领域、汽车装饰、家电外壳中的百富策略白菜网, 成为PVDF需求增长最快的市场之一。

聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文缩写为PTFE。商品名为“特氟隆” (teflon) 。被美誉为“塑料之王”。

聚四氟乙烯由四氟乙烯经自由基聚合而生成。工业上的聚合反应是在大量水存在下搅拌进行的, 用以分散反应热, 并便于控制温度。聚合一般在40℃~80℃, 3~26 MPa压力下进行, 可用无机的过硫酸盐、有机过氧化物为引发剂, 也可以用氧化还原引发体系。每摩尔四氟乙烯聚合时放热171.38 kj。分散聚合须添加全氟型的表面活性剂, 例如全氟辛酸或其盐类。聚四氟乙烯具有以下特性

(1) 不粘性:几乎所有物质都不与PTFE膜粘合。很薄的膜也显示出很好的不粘附性能。

(2) 耐热性:PTFE膜具有优良的耐热和耐低温特性。短时间可耐高温到300℃, 一般在240℃~260℃之间可连续使用, 具有显著的热稳定性, 它可以在冷冻温度下工作而不脆化, 在高温下不融化。

(3) 滑动性:PTFE膜有较低的摩擦系数。负载滑动时摩擦系数产生变化, 但数值仅在0.05~0.15之间。

(4) 抗湿性:PTFE膜表面不沾水和油质, 生产操作时也不易沾溶液, 如粘有少量污垢, 简单擦拭即可清除。停机时间短, 节省工时并能提高工作效率。

(5) 耐磨损性:在高负载下, 具有优良的耐磨性能。在一定的负载下, 具备耐磨损和不粘附的双重优点。

(6) 耐腐蚀性:PTFE几乎不受药品侵蚀, 可以保护建筑免于遭受任何种类的化学腐蚀。

ETFE是一种含氟高分子 (fluoropolymer) 热塑型 (thermosplastic) 材料, 与PTFE和FEP相近的电气特性与抗化学性, 加工性及机械性都有大幅改善, 机械强度高;低摩擦, 耐候性、耐热性、耐燃性好;几乎对所有的化学品不反应;直接曝露于阳光、雨水或废气中没有损耗或变形, 长时间曝露于户外特性并无改变。

ETFE膜是透明建筑幕墙和建筑屋顶中品质优越的替代材料, 该膜是由人工高强度氟聚合物 (ETFE) 制成, 其特有抗粘着表面使其具有高抗污, 易清洗的特点。通常雨水即可清除主要污垢。ETFE膜使用寿命至少为25-35年, 是用于永久性多层可移动屋顶结构的理想材料。

膜结构按结构受力特性大致可分为充气式膜结构、张拉式膜结构、骨架式膜结构等3大类。

可分为气承式膜结构和气账式膜结构 (或叫气肋式膜结构) , 以及组合式气膜 (气承式与气肋式组合) 。

气承式膜结构是通过压力控制系统向建筑物室内充气, 使室内外保持一定的压力差, 膜体受到上浮力, 并产生一定的预张力, 以保证体系的刚度。室内设置空压自动调节系统, 来不断地调整室内气压, 以适应外部荷载的变化。

气胀式膜结构是向单个膜构件内充气, 使其保持足够的压力, 多个膜构件进行组合形成一定形状的一个整体受力体系, 这种结构对膜材自身的气密性要求很高, 或需不断地向膜结构构件内充气。

张拉式膜结构是现代膜结构建筑的重要组成部分, 膜面一般为负高斯曲面, 因此, 体形丰富、自然流畅、曲面柔美, 倍受建筑师们的青睐。但这种结构体系受力分析复杂, 对施工精度要求高, 因此, 其设计计算、加工制作工艺难度都较大。

骨架式膜结构是自身封闭的、稳定的骨架体系 (一般是钢桁架体系、网架结构、索网结构或张拉整体体系) 与膜材料共同组成一个结构受力体系。该体系施工与常规结构相似 (除索网或张拉整体体系等的自身施工外) , 较易被工程界理解和接受, 但为了让膜具有一定的刚度, 骨架体系提供给膜的支撑系统一般要有一定的曲度, 并应设置向膜中施加预应力的机构。

在建筑领域, 膜建筑以其轻盈的体型、丰富的功能、绿色环保和性能较低的成本成为现代建筑的新宠。其具有以下性能和特点。

半透明是膜结构最显著的特征, 与其它材料相比, 无论是在美观上或是在操作上, 都有显著的优越性;散射光线, 消除眩光, 能将光线广泛地漫射到其内部空间;材料内部涂层具有较高的反射率, 能在夜间保持室内的照明效果;夜间逆光照射下表面发光;自然照明, 节省能源。

膜结构外形美观, 同时又为人们创造了自然光采光的环境, 与玻璃材料相比, 它大大减少了热量的传递, 与不透光的材料相比, 减少了室内照明用电。使用膜结构对能源问题的影响:在热带地区, 减少了空调制冷用电量;在寒冷地区, 减少了室内取暖设备的用电。

建筑声学主要是A、排除外界噪声B、吸收室内回音膜结构的膜材料, 能让室内0-60HZ的低频率噪音透过;较大面积和较高特殊需求的, 可以采用专门的内膜材料, 吸收噪声;当然, 膜材料对外部噪音减少阻隔能力是有限的, 因此当对外部隔噪声要求较高时, 膜材料可能是不适合的。

膜材料完全满足防火规范的要求, 因此在高度和间隙度允许下, 膜结构适合于任何一种建筑, 通常自动灭火系统对膜材料是适合的, 防火设计时应从总体考虑。

按照膜材料基材及表面涂层的不同, 膜材料寿命分为几个等级:10年、15-20年及永久性膜材。

结构与建筑的完全结合, 找形来保证系统的静态平衡;应力分析非线性及大变位;膜结构找形的互反双曲面适合不同地区的风雪荷载。

膜结构是21世纪“绿色建筑体系”, 膜材是21世纪“绿色建材”。目前, 在全球范围内索膜结构无论在工程界还是在科研领域均处于热潮中。随着“鸟巢”、“水立方”的方案采用膜结构幕墙和屋顶, 我国索膜建筑和膜材事业的得到了长足发展。随着现代科技的进一步发展, 使人类面临着保护自然环境的使命。因此, 天然材料和传统的古老建筑材料必将被轻而薄且保温隔热性能良好的高强轻质膜材所取代, 其在建筑领域内的百富策略白菜网会更加广泛。