1、薄膜材料的材料性能

　　薄膜材料一般由兩部分組成：基布（編織物）和涂層。材料的強度和彈性性能主要取決于基布，而進一步的性能如防火、防水、抗紫外線侵蝕以及對機械、化學(xué)等因素的不敏感性都必須依靠涂層來加強。

　　1.1 基布材料

　　大部分基布的編織方向呈直角，亦可有所偏移，屬于各向異性材料。在編織過程中，經(jīng)線拉得較緊，柔性較緯線差。基布材料主要有聚酰胺、聚酯纖維、玻璃纖維、芳酰胺纖維。

　　1.1.1 聚酰胺

　　聚酰胺一般稱為尼龍，其耐磨性、強度較高，能耐低濃度酸，耐強堿，但易吸濕，其電性質(zhì)和機械性能會受到吸濕的影響而降低。如果溫度較高，可能發(fā)生氧化而變黃、變脆。此外，聚酰胺抗紫外線能力較弱，強烈的陽光照射會降低它的強度。

　　1.1.2 聚酯纖維

　　聚酯纖維一般稱為滌綸，與聚酰胺相比，其抗拉強度較低，抗紫外線能力稍強，不易吸濕，因此尺度穩(wěn)定性好，價格較便宜，應(yīng)用較廣泛，可用于一般性的膜結(jié)構(gòu)建筑物中。

　　1.1.3 玻璃纖維

　　玻璃纖維由各種金屬氧化物的硅酸鹽類經(jīng)熔融后抽絲制成。用于制造復(fù)合材料的特殊玻璃纖維，如高強型和高模量玻璃纖維，成分中不含硼的氧化物，稱為鋁鎂硅酸鹽系玻璃纖維。玻璃纖維拉伸強度高，耐水，耐腐蝕，化學(xué)穩(wěn)定性好。但一般玻璃纖維耐酸性好，耐堿性卻較差。依據(jù)玻璃成分的改變可以制得有各種特殊性能的玻璃纖維，如耐高溫、優(yōu)良電性能、耐酸堿、抗拉強度高和剛性大以及吸收有害射線耐老化等。玻璃纖維也有一些不足之處，如易脆裂，在荷載條件下伸縮性很小，裁剪精確度要求很高，其強度因表面缺陷而削弱，因此在加工使用過程中需采取保護性措施。由玻璃纖維制成的膜材通常用于永久性建筑中。

　　1.1.4 芳酰胺纖維

　　芳酰胺纖維是一種優(yōu)良的有機纖維，比玻璃纖維質(zhì)量更輕、剛性更大、強度更高，密度小，有良好的電性能和絕熱性能，更能吸收機械振動和聲音的振動。具有低的蠕變性和高的抗沖擊性，極低的缺口敏感性和優(yōu)良的抗蠕變斷裂性。由于此類纖維價格很貴，目前僅限于軍事工業(yè)、航空航天工業(yè)和某些特殊需要的場合。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及原材料來源的擴大，可以預(yù)見這種纖維在建筑材料方面的應(yīng)用也會不斷地增多。

　　1.2 涂層材料

　　1.2.1 有機硅樹脂

　　有機硅樹脂是高分子量的半有機聚合物，具有優(yōu)異的耐高溫、耐低溫、憎水、防潮、電絕緣、耐輻射、氧化穩(wěn)定等特性，常用作玻璃纖維的涂層，其抗拉強度和彈性模量較高，具有很好的透光性。

　　1.2.2 聚氨酯樹脂

　　聚氨酯樹脂是一種較新的聚合物，具有良好的粘合性，涂層光澤度高，耐磨、耐候性好。有良好的耐化學(xué)性、電絕緣性質(zhì)，彈性好，透氣性低。但是由于其耐水解、蒸汽和高溫性不良且價格較貴，所以采用不多。

　　1.2.3 合成橡膠涂層。

　　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，且具有突出的耐磨損性、耐化學(xué)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。

　　1.2.4 聚氯乙烯（PVC）

　　由于原料豐富、價格便宜，機械性能和耐腐蝕性好，加工方便，顏色多樣化且透明度高，所以在歐洲90％以上的合成織物（聚酰胺、聚酯纖維）均采用聚氯乙烯（PVC）作涂層。

　　1.2.5 聚四氟乙烯（Teflon）

　　聚四氟乙烯觸摸起來像蠟一樣光滑，一般采用粉末冶金的加工技術(shù)，依據(jù)加工條件通常呈白色或帶藍灰花紋璉點。由于其使用溫度范圍很寬（-100～300OC）而且耐老化、耐化學(xué)侵蝕性能優(yōu)于現(xiàn)在的任何其他有機聚合物，再加上優(yōu)良的電絕緣性能以及低的摩擦系數(shù)，使其成為各工業(yè)部門都十分感興趣的材料。涂聚四氟乙烯的玻璃纖維膜材是一種性能十分優(yōu)良的建筑材料，在國外應(yīng)用較多，但由于價格昂貴，大量采用還受到限制。

　　1.3 常用建筑膜材

　　1.3.1 涂聚氯乙烯（PVC）的織物

　　尼龍織物、聚酯織物通常以聚氯乙烯（PVC）為涂層，這種PVC涂層織物的造價相對較低，抗折性能好，運輸方便，顏色多樣化。

　　尼龍織物、聚酯織物通常以聚氯乙烯（PVC）為涂層，這種PVC涂層織物的造價相對較低，抗折性能好，運輸方便，顏色多樣化，但抗腐蝕能力較差，易老化，使用壽命短，自潔能力差，可用于一次性投資不高的建筑

　　筑，當薄膜污染破壞后可修補或重新更換。也有以PVC為涂層的玻璃纖維織物，1970年日本大阪國際博覽會美國館首次采用該膜材，取得了很好的效果。通常規(guī)定PVC涂層在織物經(jīng)緯線交點上的厚度不能少于0.2mm，但若涂層太厚，在價格及膜材重量上都是不經(jīng)濟的。若PVC色淡透明，則宜加0.5％紫外線吸收劑（如Tinuvin或Uvinul晶牌的紫外線吸收劑）；若涂層的顏色較深（可加碳黑），那么可提高膜材的抗老化能力和耐久性。如果需要，還可在涂層上面加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)粘和污染，防止PVC涂層褪色，這種表面平滑有光澤，可減少污染，有利于排水。

　　1.3.2  涂聚四氟乙烯的玻璃纖維膜材由于聚四氟乙烯涂層和玻璃纖維基布的優(yōu)良性能，其膜材是目前建筑薄膜材料中綜合性能最優(yōu)的膜材。它的優(yōu)點是抗拉強度很高，抗化學(xué)侵蝕性能好，耐溫差，抗老化，自潔性能好，使用壽命長，但抗折能力較差，運輸安裝要格外注意，裁剪加工精度要求高，加工困難，價格昂貴。這種膜材適用于永久性建筑物。

　　1.3.3  涂橡膠的聚酰胺織物涂橡膠的聚酰胺膜材造價低，耐磨損，韌性好，但重量大，且橡膠容易發(fā)黃，影響美觀，一般可以在深色的膜結(jié)構(gòu)中使用。

　　2、薄膜材料的強度性能

　　建筑膜材屑化學(xué)建筑材料，薄且柔性很大，與一般傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的建筑材料有很大的區(qū)別。膜材本身不能抗彎、抗壓，抗剪能力也很弱，必須通過預(yù)張拉才具有抵抗外載的能力。此外，膜材強度也會由于紫外線的照射、吸濕受潮及溫度影響等因素而不斷下降。

　　2.1  膜材的抗拉強度膜材抗拉試驗有單軸抗拉試驗和雙軸抗拉試驗。在實際結(jié)構(gòu)中膜材處于雙向受拉應(yīng)力狀態(tài)，所以應(yīng)對薄膜的雙軸張拉試驗進行充分的研究。

　　由于膜材織物的織線沒有明顯的可測截面，最好的測定方法是對材料進行重量和斷裂試驗。編織物的拉力通常按kP／5cm計。膜材的斷裂強度一般是指膜的單軸應(yīng)力狀態(tài)下的極限拉斷強度，這不符合膜雙向受拉的實際情況。一般編織物的受拉強度取決于每厘米中織線的數(shù)目、織線的登尼爾（900cm長度的線的重量）以及編織方式。高壓結(jié)構(gòu)中對幾毫米厚的膜材強度需要超過1000kP／5cm；而低壓結(jié)構(gòu)對強度及延伸性能要求較低，通常0.7—1.2mm的膜材達到200-600kP／5cm的強度即可。也可通過爆破試驗測定材料的強度和伸長，對周邊夾住的試件用氣壓或液壓充脹至爆破點，爆破壓力通常以kP／cm²表示。例如，某種經(jīng)緯向都具有400kP／5cm拉力的聚酯織物其爆破壓力為20kP/cm².建筑膜材在雙向受拉時，其應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系呈明、顯的非線性性質(zhì)，且隨兩軸之間應(yīng)力比的變化而變化。復(fù)雜的非線性材料規(guī)律很不實用，應(yīng)用近似線性化的材料應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系導(dǎo)致的誤差很小。因為模型制作的誤差、裁剪式樣的變形、接縫處剛度的增大以及產(chǎn)生的皺折，常會進一步改變應(yīng)力的分布，加之老化和永久荷載所引起的強度降低等，這種種因素都是很難測定的。所以在對膜結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，通常僅考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性性質(zhì)，認為膜材是彈性材料或正交各向異性的材料進行設(shè)計計算。

　　2.2  膜材的抗撕裂強度與粘結(jié)強度可以用中間有小洞或一邊有缺口的試件對膜材進行撕裂試驗，以取得抗撕裂一延伸性能。粘結(jié)強度（kp／cm）是指由于材料受拉時涂層與編織物之間的粘結(jié)力。將兩塊5cm寬的試件用較小的壓力疊合，再將其脫開，這種試驗被稱為“剝皮試驗”。與粗纖維織物比較，光潔纖維織物的涂層機械附著能力較差。

　　膜材的撕裂破壞是由初始的小洞、裂縫及缺陷引發(fā)的，應(yīng)保證建筑膜材在正常使用條件下，產(chǎn)生微小的裂縫或缺陷，但不會迅速擴展導(dǎo)致更大面積的撕裂破壞。膜的抗撕裂能力與其粘結(jié)強度有關(guān)。粘結(jié)強度增加時，抗撕裂一延伸性能會減小。因為膜材的抗撕裂破壞能力主要取決于初始裂縫形狀的改變，應(yīng)調(diào)整布絲的受力，而不應(yīng)限制它的滑移，所以粘結(jié)強度不宜過大。此外，抗撕裂一延伸性能還會受到基布材料、編織方法及涂層的影響。

　　2.3  膜材的強度性能關(guān)系膜材的抗拉強度、粘結(jié)強度與抗撕裂強度之間有很大的相關(guān)性。基布編織緊密的膜材有很高的抗拉強度，但抗撕裂強度相應(yīng)較低，這是由于其很高的彈性模量及基布與涂層間的粘結(jié)強度較大的緣故。高的彈性模量限制了基布的拉伸、延展，而粘結(jié)作用又阻止了基布和涂層間的滑移，進一步限制了膜材的拉伸延展，這種特性使高抗拉強度膜材實際可用的抗拉強度大大降低，因為在實際工程中，膜材的破壞主要是抗撕裂強度不足引起的撕裂破壞。