建筑膜材料力學(xué)性能研究

（沈陽理工大學(xué)）

建筑膜材料力學(xué)性能研究

黃 帥 蔚向遠(yuǎn) 袁華超

（沈陽理工大學(xué)）

時代的發(fā)展，歷史的變遷，一次次的推動著社會的進(jìn)步，在這個科學(xué)迅速發(fā)展的時代背景下，越來越多的領(lǐng)域被人們所熟知，也深刻影響著人們的吃穿住行，在此過程中值得一提的是，建筑業(yè)與材料力學(xué)等所取得的成就，它們的跨領(lǐng)域融合、滲透，促使了建筑業(yè)與材料力學(xué)的發(fā)展，并形成了新的領(lǐng)域，即建筑膜材料。本文主要介紹了建筑膜材料及發(fā)展現(xiàn)狀，并對建筑膜材料的拉伸性能、撕裂性能、蠕變性能進(jìn)行了闡述，希望能為材料力學(xué)在建筑膜方面的運(yùn)用提供可參考性依據(jù)。

建筑膜；材料力學(xué)；性能研究

引言

建筑膜材料的發(fā)展雖然很短，但卻打破了傳統(tǒng)的建筑格局，它使得很多建筑上難以解決的問題得到了妥善的處理，在短短的百年時間里，成為了建筑行業(yè)的寵兒，而建筑膜材料的發(fā)展，得益于材料力學(xué)的技術(shù)成熟，材料力學(xué)成為了建筑膜發(fā)展的核心，房屋是人類生存的基礎(chǔ)設(shè)施，因此，對建筑膜材料力學(xué)的深入研究，對于我國建筑行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

一、膜結(jié)構(gòu)與建筑膜材料概述

1、膜結(jié)構(gòu)建筑

膜結(jié)構(gòu)建筑起源于上世界中期，是具有現(xiàn)代主義的建筑理念，主要以鋼材作為支架、上繃膜面為主體，形成框架是空間結(jié)構(gòu)建筑。其結(jié)構(gòu)輕盈、成本低廉、施工期短、防火性強(qiáng)，其建筑風(fēng)格充滿張力、半透明式空間明亮、靈活，體現(xiàn)出現(xiàn)在化建筑氣息，給人以全新的視覺沖擊力。其結(jié)構(gòu)也是多種多樣，大體上可分為張拉式膜結(jié)構(gòu)、骨架式膜結(jié)構(gòu)、充氣式膜結(jié)構(gòu)三種，在我國，具有代表性的建筑也有很多，鳥巢、水立方、青島音樂廣場等，每一個建筑，都成為了地域性標(biāo)志。

2、建筑膜材料

建筑膜材料雖然發(fā)展時間不長，但是卻取得了不錯的成績，且種類繁多，目前，是市面上常見的建筑膜材料主要有：聚四氟乙烯(PTFE)膜材、聚氯乙烯 (PVC)膜材、加面層的PVC膜材：PVDF膜材和PVF膜材。聚四氟乙烯材料其樹脂含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于百分之九十，是在玻璃纖維布基上涂覆四氟乙烯樹脂，優(yōu)點(diǎn)是防火性、防腐蝕性高，但其柔韌性較低，且材料費(fèi)用及加工成本高昂，現(xiàn)階段我國的聚四氟乙烯材料，主要以進(jìn)口為主；聚氯乙烯膜材，基布織物為聚脂或聚胺脂，涂層為PVC樹脂，一般會另加聚 氟乙烯或聚偏氟乙烯類面層，其優(yōu)點(diǎn)是材質(zhì)柔軟、易施工，弊端是在強(qiáng)度、耐用性、防火性方面較差，但材料成本與生產(chǎn)成本相對PTFE膜材較低，我國目前已基本掌握這項(xiàng)技術(shù)；PVF膜材是在PVC膜的表面處理上，以PVF樹脂做薄膜狀薄片加工，在性能上較PVDF膜的更具耐久性、防沾污，但其加工性、施工性、防火性不佳，因此使用范圍受到一定的制約。目前，在我國建筑膜主要的工藝有壓延成型和涂刮成型兩種。

二、建筑膜材料發(fā)展現(xiàn)狀

在建筑膜材料的發(fā)展歷程中，涌現(xiàn)出了一大批杰出的學(xué)者，他們?yōu)榻ㄖさ陌l(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

國內(nèi)學(xué)者的主要貢獻(xiàn)集中在其應(yīng)用方面，并對其中存在的不足，如防污自潔、防紫外、抗老化等性能進(jìn)行研究，并且取得了一定的突破，其中包括：在建筑膜材的構(gòu)成與分類、 物理特性、力學(xué)特性等方面的研究，在建筑膜結(jié)構(gòu)的裁剪分析、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件工程應(yīng)用研究；建筑膜材拉伸性能的各向異性、雙軸向拉伸性能研究；縫撕裂性能中初始裂縫方向和長度對多軸向膜材撕裂性能的影響，而國內(nèi)的相關(guān)科研單位及相關(guān)企業(yè)也積極的參與到研發(fā)中，并且也取得了很高的成就。

而在國外，自十九世紀(jì)七十年代開始，人們就將膜材料運(yùn)用到建筑中去，并為其以后的研究工作提供了可參考的重要依據(jù)，國外的學(xué)者主要運(yùn)用有限元分析，實(shí)現(xiàn)建筑膜材料的性能研究。在究了單軸向和雙軸向織物增強(qiáng)柔性復(fù)合材料的中縫撕裂性能取得不俗的成績，另外，對熱帶環(huán)境下，屋頂涂層織物的耐候性能進(jìn)行了研究，并得出其性能變化的重要結(jié)論，相對于國內(nèi)，國外的企業(yè)及組織，在積極性方面和研究成果方面要好于國內(nèi)，例如對膜材的使用壽命、耐候性、抗紫外線行等方面，因此，我們很有必要像國外的科研人員、機(jī)構(gòu)、組織學(xué)習(xí)。

三、建筑膜材料力學(xué)性能研究

筆者結(jié)合自身所學(xué)及多方查閱資料，并且通過一些簡單實(shí)驗(yàn)，對建筑膜材料的拉伸性能、撕裂性能、蠕變性能進(jìn)行了研究，并得出了以下相關(guān)結(jié)論，另由于文章篇幅有限，對于實(shí)驗(yàn)過程就不一一論述：

首先，在建筑膜材拉伸性能方面，在15度斷裂功最小，在45度具有一定抗性，斷裂伸長率達(dá)到峰值，另在0到90度之間斷裂伸長率最小，抗拉強(qiáng)度最高，因而，實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)盡量保證其在小受力使用狀態(tài)，防止其遭受破壞，在不同角度的拉伸情況下，其破壞形式大體可以分為三種，（1）純拉伸斷裂破壞，即建筑膜材的經(jīng)向和緯向（2）純剪切破壞，即建筑膜材45度偏軸拉伸方向（3）一剪切混合型破壞，即除以上兩種角度情況下，拉伸和剪切破壞同時發(fā)生，并且在15度和75度偏軸方向破壞最為明顯；其次，在建筑膜材撕裂方面，同種初始裂縫方向下，撕裂強(qiáng)力會隨初始裂縫長度的增加線性下降，隨著角度的增大有減小的趨勢；最后，在蠕變性能方面，建筑膜材經(jīng)向、緯向的蠕變機(jī)理基本一樣，經(jīng)向好于緯向蠕變性能，蠕變前后的拉伸性相差較大，且蠕變性能表現(xiàn)出明顯的各向異性，初始模量大的抗蠕變性能較好。

結(jié)束語

筆者堅(jiān)信，經(jīng)過不斷的努力研發(fā)，建筑膜材料必然會全面解決其力學(xué)方面的不足，并會掀起建筑行業(yè)新的風(fēng)暴。

[1]鄒宗勇.建筑膜材料力學(xué)研究 [D].紡織工程，浙江理工大學(xué) 2010（學(xué)位年度）

TU714

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1007-6344（2017）04-0294-01

黃帥出生日期：1994 0830 性別：男籍貫：安徽合肥專業(yè)：測控技術(shù)與儀器院校 沈陽理工大學(xué)

蔚向遠(yuǎn)出生日期：1998 01 24性別：男籍貫：河南省南陽市新野縣專業(yè)：彈藥工程與爆炸技術(shù)院校：裝備工程學(xué)院

袁華超出生日期：1998.04.29性別：男籍貫：黑龍江省肇東市五站鎮(zhèn)專業(yè)：彈藥工程與爆炸技術(shù)院校：裝備工程學(xué)院