膜结构的介绍及应用

膜结构的介绍及应用

膜结构是一种建筑与结构完美结合的结构体系。它是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。这种结构形式特别适用于大型体育场馆、入口廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等领域。

一、膜结构的分类从结构方式上大致可分为骨架式、张拉式、充气式膜结构3种形式

1.骨架式膜结构（FrameSupportedStructure）以钢构或是集成材构成的屋顶骨架后，在其上方张拉膜材的构造形式，下部支撑结构安定性高，因屋顶造型比较单纯，开口部不易受限制，且经济效益高等特点，广泛适用于任何大,小规模的空间。

2.张拉式膜结构（TensionSuspensionStructure）以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达到安定的形式。除了可实践具创意，创新且美观的造型外,也是最能展现膜结构精神的构造形式.近年来，大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材料构成钢索网来支撑上部膜材的形式。因施工精度要求高，结构性能强，且具丰富的表现力，所以造价略高于骨架式膜结构。

3.充气式膜结构（PneumaticStructure）充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边，利用送风系统让室内气压上升到一定压力后，使屋顶内外产生压力差，以抵抗外力，因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材,无需任何梁,柱支撑，可得到更大的空间，施工快捷，经济效益高，但需维持进行24小时送风机运转，在持续运行及机器维护费用的成本上较高。

二、膜材料用于膜结构建筑中的膜材是一种具有强度，柔韧性好的薄膜材料，是由纤维编织成织物基材，在其基材两面以树脂为涂层材所加工固定而成的材料，中心的织物基材分为聚酯纤维及玻璃纤维，而作为涂层材使用的树脂有聚氯乙烯树脂（PVC）,硅酮(silicon)及聚四氟乙烯树脂（PTFE），在力学上织物基材及涂层材分别具有影响下列的功能性质。织物基材——抗拉强度，抗撕裂强度，耐热性，耐久性，防火性。涂层材——耐候性，防污性，加工性，耐水性，透光性。

三、膜材的正确选定用于建筑膜结构的膜材，依涂层材不同大致可分为PVC 膜与PTEF膜，膜材的正确选定应考虑其建筑的规模大小、用途、形式，使用年限及预算等综合因素后决定。

PVC膜（PVC-CoatedPolyester）PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜，且具有材质柔软，易施工的优点。但在强度、耐用年限、防火性等性能上较PTFE膜差。PVC膜材是由聚脂纤维织物加上PVC涂层（聚氯乙烯）而成，一般建筑用的膜材，是在PVC涂层材的表面处理上，涂以数micron厚的压克力树脂(acrylic)，以改善防污性。但是，经过数年之后就会变色、污损、劣化。一般PVC膜的耐用年限，依使用环境不同在5~8年。为了改善PVC膜材的耐侯性，

近年来已研发出以氟素系树脂于PVC涂层材的表面处理上做涂层,以改善其耐侯性及防污性的膜材。

PVDF膜PVDF是二氟化树脂（PolyvinylideneFluoride）的略称，在PVC 膜表面处理上加以PVDF树脂涂层的材料称为PVDF膜。PVDF膜与一般的PVC 膜比较，耐用年限改善至7~10年左右。PVF膜PVF是一氟化树脂（PolyvinylFluoride）的略称。PVF膜材是在PVC膜的表面处理上以PVF树脂做薄膜状薄片（laminate）加工，比PVDF膜的耐久性更佳，更具有防沾污的优点。但因为加工性、施工性与防火性都不佳，所以使用用途受到限制。

PTFE膜（PTFECoatedFiberglass）PTFE膜是在超细玻璃纤维织物上，涂以聚四氟乙烯树脂而成的材料。PTFE膜最大的特微就是耐久性、防火性与防污性高。但PTFE膜与PVC膜比较，材料费与加工费高，且柔软性低，在施工上为避免玻璃纤维被折断，须有专用工具与施工技术。

耐久性：涂层材的PTFE对酸、硷等化学物质及紫外线非常安定，不易发生变色或破裂。玻璃纤维在经长期使用后，不会引起强度劣化或张力减低。膜材颜色一般为白色、透光率高，耐久性在25年以上。

防污性：因涂层材为聚四氟乙烯树脂，表面摩擦系数低，所以不易污染，可藉由雨水洗净。

防火性：PTFE膜符合近所有国家的防火材料试验合格的特性，可替代其它的屋顶材料做同等的使用用途。

四、工程应用体育设施—体育场馆、健身中心等交通设施—机场、火车站、公交车站、高速公路收费站、加油站等文化设施—展览/会议中心、剧场、博物馆、动物园、水族馆等观景设施—建筑入口、泳池小品、小区长廊、户外广场、公园小品、标识性建筑等商业设施—购物中心、餐厅、步行街等工业设施—工厂、仓库、污水处理中心、物流中心、温室等

复合涂覆是塑料重要的应用技术之一。压延、层合、挤出是涂层加工的几种重要技术手段。意大利设备供应商针对不同应用开发的新型涂覆设备，具有适应范围更广、效率更高、加工产品兼具美感与机械性能等优点。

意大利复合涂覆加工新技术

意大利设备生产商ComerioErcole开发的Cema压延生产线的主要特点是结构紧凑及多功能性，该设备可用于加工多种材料：半硬质和软质的PVC、PUR、CPE和PP。另外，还可以将热塑性材料层压到纸、布、织物、无纺布或薄膜等基材上。

根据具体要求，可在压延机下辅设备中对塑料片材直接进行压花，下辅设备中配有可以快速更换压花辊的装置。目前供应的压延生产线辊高度介于1,600-3,200mm之间，生产速度最高为70m/min，压延材料的厚度介于0.04-1.0mm之间。

该生产线占地面积小，所需操作人员少，所有参数都易于设置，生产效率高，非常适于经常需要更换产品品种或规格的场合。初始投资与传统压延系统所需的

费用相比也不高。

自动喂料部分一般由粉料贮存仓、液体组分管理系统、称量装置、袋装添加剂喂料系统和一台带冷却器的涡轮式混合机组成。该生产线的紧凑型主要由一个2阶行星螺杆挤出机、三辊压延机、压花机构、接取和冷却机构、基材自动退卷机、牵引机构、厚度测量计和控制系统及自动卷取机组成。

3辊压延机由一个沿辊子横向滑动的输送带和一台带有控温装置的2阶行星螺杆挤出机喂料，配有一台金属检测器来防止喂入带有金属件的粉料。3辊压延机带有压花、接取和冷却机构。压延机框架带有加强肋，并经过扩展处理（distensiontreatment），从而赋予最佳的刚性，防止发生扭曲和振动。

采用这种特殊结构形式，侧框仅起支撑作用，不会妨碍调节机构。实际上，所有机械部件都简单地固定在框架上。这样，不仅可以按所需工艺条件方便地调节优化所有机械参数，设备的维护也极方便。

压延辊配有专门的电加热系统，温度可以在50到220℃之间调节，整个辊筒宽度上加热均匀，温度偏差在±1℃之间。每个辊通过万向节单独驱动，并由配备有全数字电子控制机构的液压系统调节。利用该液压调节系统，可对压延辊精确定位，精度可分别达到5μm和2μm。

压花机构设计成压花辊易于快速更换，并易于压到另一个由高热阻弹性材料制成的辊上。接取和冷却机构也集成在压延机中，可按具体生产要求提供不同的方案。

基材退卷机构可采用简单的贮料架或不需要贮料器的自动连续机构，基材可在不停止生产线的情况下更换，并可节省更多的空间。牵引机构置于退卷机的出口处，由负荷传感器控制，以确保在基材上施加稳定的张力。卷取机上，产品卷可在不停止生产线的情况下自动更换。卷取机上配有裁边系统。可根据具体的要求提供几种技术方案，以满足不同场合的应用，甚至可带有自动牵引、称量和包装产品卷的功能。由于压延机的功能也依赖于电气/电子设备的水平和质量，所以，还开发了压延生产线整个管理系统的硬件和软件。

由于PVC涂覆纸具有不容置疑的经济、技术上的优点和实用的特点，所以其已取代了昂贵的图书装订材料，如皮革或布。可采用两种技术生产这种产品：一种是直接将PVC浆涂覆在基材纸上，另一种方法是将纸与压延的PVC薄膜层合在一起。

层合过程可以在压延机上完成，也可以离线在一台层压机上完成，层压机也可以按与压延机相同的步骤压花。采用离线工艺还可以在层合和压花前在薄膜上印刷，但需用粘合剂来保证薄膜-纸之间的粘合。在层压和压花结束后，还可进行其他最后加工，例如进行“凸纹着色”，即只在压花结构的凸出部分印染，以获得双色效果。

最近，意大利制造商ColomboOfficineMeccaniche公司为一家国外用户提供了第二台层压-压花机，这台设备就是专门为这种应用场合设计的。该层压机由2个纸和薄膜的回转退卷机，一台涂覆塑性溶胶的轮转凹板印刷机构，一个用于预