膜结构介绍

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随着人们对建筑形式美观、安全、节能等要求
的提高，膜结构材料( 以下简称膜材) 作为一种新
型空间结构材料，以其轻巧美观、透光节能、安全耐
用等优点，被广泛应用于各项大型建筑工程中。建
筑膜材被称为是继钢铁、水泥、木材和玻璃之后的
第五种建筑材料，它不仅可应用于原有建筑材料的
应用领域，而且在原有建筑材料应用有困难的领
域，如大跨度空间结构上具有传统建筑材料不可比
拟的优越性［1］。
建筑膜材是指以高强纤维织物为基布，经过一
定的后整理工艺，使表面涂覆高性能树脂材料而形
成的柔性复合材料［2］。目前最常用的建筑膜材主
要有三种: ①聚氯乙烯( PVC) 建筑膜材，以高强涤
纶织物为基布，表面涂覆PVC 树脂。为了改善其
耐老化性和自洁性，对膜材进行表面物理化学改性
处理或在PVC 膜材表面涂覆PVDF、PVF 面层等一
系列各种类型的PVC 膜材。② 聚四氟乙烯
( PTFE) 膜材，以超细玻璃纤维织物为基布，表面涂
覆PTFE 树脂。此膜材各方面性能较优异，尤其是
在耐老化和自洁性能上是PVC膜材无法比拟的。
* 国家科技支撑计划项目( 2011BAE10B02)
( ETFE) 膜材，由乙烯—四氟乙烯共聚体直接制成，
没有织物增强基布。这是一种新型的可回收利用
的绿色膜材，在环保方面表现出较大的优势及良好
的市场前景。
1 PTFE 膜材的发展现状
1． 1 国外PTFE 膜材的发展
膜材的开发与应用起源于欧美国家，使膜材建
筑风靡世界的是1970 年日本大阪万国博览会上的
美国馆，它采用了PVC 涂覆玻璃纤维布膜材，但其
使用寿命较短。为了克服PVC 建筑膜材耐老化
性、自洁性较差等缺点，在福特基金会支持及盖格
公司领导下，美国的杜邦公司、康宁玻纤公司、贝尔
德建筑公司、化纤织布公司共同开发了耐久性好、
防污性强的PTFE 膜材，使永久性大跨度建筑成为
现实。1973 年这种膜材应用于美国拉维恩学院学
生活动中心， 20 年后跟踪检测结果表明，这种膜材
的力学性能及各项物理性能指标只下降了不到
30%，这足以说明这种膜材在各项性能上的优越
性［3-4］。
PTFE 膜材发展很大程度上取决于超细玻璃纤
维及其织造加工等技术。玻璃纤维一般采用单丝
直径为4 μm 左右的无碱玻璃纤维( E-玻纤) ，由于
玻璃纤维的耐磨性较差及伸长率小，在织造过程
随着加工及织造技术
的发展，6μm 左右的玻璃纤维应用在膜材上也较
多，但在大跨度结构方面，4μm 左右的玻璃纤维更
加安全。国外的超细玻璃纤维工业及织造技术发
展较早，产品性能较好，成本也较低，可以生产出满
足膜材要求的各种粗细的玻璃纤维布，织物幅宽可
以超过4 m，能有效地减少膜材的拼接部分，提高
膜结构建筑的各项性能。
随着各项技术的发展，国外PTFE 膜材也逐渐
走向多样化、高性能化和智能化。目前国外较大的
生产企业有美国的凯美( Chemfab) 、泰康利( Taconic)
公司，德国的米乐( Mehler) 、杜肯( Duraskin) 公司，
法国的圣戈班( Saint-Gobain) 公司，日本的太阳工
业( TaiyoKogyo) 公司［4］等。美国是最早开发PTFE
膜材的国家，在玻璃纤维和膜材方面都有较大的优
势，一直处于世界领先地位; 德国的膜材开发也走
在了世界前列，杜肯公司可生产出世界上最宽( 4． 7 m) 的PTFE 膜材，
而且产品也多样化; 法国圣戈班公司是玻璃纤维及其制品生产的大型企业，在
PTFE 膜材开发方面有很大优势，是上海世博会世
博轴PTFE 膜材的供应商; 日本可以生产出世界上
最细的玻璃纤维，由该纤维制成织物作为膜材的基
布，可使膜材更有柔韧性，更加经久耐用［5］。

2 PTFE 膜材的生产工艺
2． 1 PTFE 膜材的工艺流程
PTFE 膜材是采用浸渍涂层法，在超细玻璃纤
维布( 以下简称玻纤布) 上涂覆PTFE 树脂加工而
成的。玻纤布先通过浸渍槽涂覆PTFE 浓缩分散
液，再经过干燥、烘焙、烧结等工艺处理，将多余水
分及溶剂散发掉，而使树脂颗粒均匀地分布在玻纤
布的两面。玻纤布需要多次浸渍，且每次浸渍的树
脂量要适当控制，过多则在烧结后容易出现龟裂现
象，过少则达不到产品的性能要求［6-8］。浸渍工艺
分单槽式和多槽式两种，如图1 所示［7］，但一般
为了生产的连续性和高效性，大多采用多槽式浸渍
工艺。
基布织造流程及涂层流程如下:
( 1) 织造流程: 玻璃纤维→并捻→整经→织造
→玻纤布。
( 2) 涂层流程:
玻纤布→热清洗
PTFE 分散液———
→浸渍→干燥→烘焙→烧结→冷却→成品。
↑ 重复多次
2． 2 国内PTFE 膜材生产工艺
膜材的发展伴随着玻璃纤维工业和玻璃纤维
织造技术的发展，而国内超细玻纤的生产和织造技
术发展相对比较缓慢，超细玻璃纤维的线密度和性
能与国外相比都有一定的差距。
( 1) 为了提高膜材的抗拉强度，降低玻璃纤维
织造过程中的损伤，采用改性玻璃纤维纱织造基
布。先将玻璃纤维纱通过浸渍改性处理，干燥、烧
结成改性玻璃纤维纱，再织成织物基布; 然后用柔
韧涂层剂按厚度要求进行多次反复涂覆处理，多次
干燥、烧结制成建筑膜材［9］。但在生产宽幅织物
时，经改性后的玻璃纤维纱在织造过程中会出现布
面不平整、卷曲穹边等，造成织造困难。
( 2) 采用多次涂覆低温处理及一次高温快速
烧结的方法，可减小高温烧结处理引起的抗拉强度
降低。但一次烧结不利于膜材涂层间的整体成型，
内外层树脂有一定的差异［10］。
目前国内生产PTFE 膜材的企业很少，国内大
型膜结构建筑尚未使用国产PTFE 膜材。国产膜
材与国外同类产品质量还存在一定的差距，因此国
产PTFE 膜材生产技术尚需要进一步加强研究。
2． 3 PTFE 膜材生产关键因素
2． 3． 1 玻璃纤维原料
由于玻璃纤维的伸长率小且具有脆性，织造过
程中很难达到基布的要求，所以应选用超细玻璃纤
维( 4 μm) 来织造基布，既能满足布面要求，又能达
到膜材的力学性能要求。
2． 3． 2 玻璃纤维基布及其织造
在膜材的浸渍和烧结工艺中，对玻纤基布的要
求较高，尤其是基布的平整度和表面张力均匀性对
膜材的平整和性能影响较大。一般基布要求表面
平整、张力均匀，无纱线接头和断纱、无油污等缺
陷［6］。
整经工艺是关键技术，一般采用分批整经再并
轴或者一次整经。在宽幅织物织造时，一般采用分
批整经再并轴工艺，这种工艺在电子级玻纤布厂家
应用较广泛; 在窄幅织物织造时，采用一次整经能
更好地保证织物的平整度，但存在换品种不方便、
生产效率较低等问题。织造一般采用剑杆织机，刚
性伸缩剑杆织机更好，对经纱无磨损，有利于玻纤
基布的织造［12］。
2． 3． 3 浸渍涂层过程
浸渍涂层过程中的关键因素包括PTFE 分散
液的浓度，干燥、烘焙、烧结温度和速度。分散液的
浓度直接影响膜材厚度、树脂含量和平整度等。浓
度越高，浸渍后树脂的厚度越大，但每次浸渍厚度
不能过大，一般多次浸渍过程中，分散液浓度逐渐
增加。此外，分散液中柔软剂、表面活性剂等助剂
的应用也很重要［6］。
3 PTFE 膜材的性能与特点
一般涂层织物中，内层的增强基布决定膜材的
力学性能，外层的涂层材料决定膜材的物理特
性［1］。PTFE 膜材既能充分发挥玻璃纤维高强等
力学性能方面的优势，又能发挥聚四氟乙烯耐老
化、自洁性等物理特性的优势。表1 为PTFE 膜材
与PVC 膜材各种性能的比较。
表1 PTFE 膜材与PVC 膜材性能比较［8］
试验项目PTFE 膜材
( 乳白色)
PVC 膜材
( 白色)
面密度/( g·m － 2) 1 215 933
厚度/mm 0． 80 0． 79
密度/［根·( 2． 5 cm) － 1］( 经向× 纬向) 26 ×19 17 ×17
抗拉强度/［N·( 3 cm) －1］( 经向×纬向) 4 704 ×4 361 1 695 ×1 627
撕裂强力/N ( 经向× 纬向) 341 ×403 209 ×221
使用寿命/a 25 5 ～15
透光率/% 13 4． 8
阻燃性A 级B 级
3． 1 良好的力学性能
3． 2 良好的耐候性
3． 3 良好的阻燃防火性能
3． 4 透光节能性
3． 5 吸声隔声性能
4 PTFE 膜材的应用
PTFE 膜材作为永久性膜材，具有造型轻巧自
由、透光节能、安全性好、使用寿命长等优点，被广
泛应用于各种大型建筑中。主要分为外膜用和内
膜用，其在性能上有较大差别。
4． 1 外膜用PTFE 膜材
4． 2 内膜用PTFE 膜材

5 问题与展望
建筑膜材作为一个新兴产业，有着强大的优势
和广阔的市场前景，但其发展中也存在一些问题:
①PTFE 膜材的柔韧性有待提高。
②PTFE 膜材的成本较高，
③PTFE 膜材的回用与环保问题。