膜结构是用轻质、高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合而形成的具有一定刚度的稳定曲面,可承受一定载荷,能够覆盖较大空间的结构形式。建筑业中常用的膜( membrane)结构有三种类型,即薄膜、网材和织物。薄膜是未经涂层和层合的薄片状透明材料,如无色乙烯基、聚酯和聚乙烯薄膜。它比纺织品廉价,但耐用性不如纺织品。网材为多孔性织物,如聚酯机织物涂以少量乙烯基材料。针织网材由高密度聚乙烯、聚丙烯或腈纶纱编织而成。网材可用作挡风和遮阳等遮蔽物,但不能防雨。薄膜和网材均不适用于充气结构设计。织物结构是应用最广泛的膜结构。目前建筑用膜结构材料大多采用涂层织物。里层一般以机织物作为基材,它决定膜材的力学性能如抗张强力、撕裂强力以及尺寸稳定性等性质;外层为涂层,它决定膜材的外观和物理性能,如膜材的防雨、不透气、透光性质和鲜艳的色彩等。
1.基布
基布的原料使用最多的是高强聚酯纤维、玻璃纤维和锦纶。聚酯纤维的化学结构中几乎没有亲水性基团,干、湿状态下力学性能变化不大。聚酯纤维的强力高,拉伸性能适宜,耐磨,热稳定性好,尤其是起始模量高,在负荷小的状态下不会变形,尺寸稳定性好。工业中使用的高强聚酯纤维的特点是高强度、低收缩,强度在51g/tex以上,177℃时收缩率小于4%。纤维的强度高,基布的纱线密度可小些,提高了剥离强度和撕裂强度。锦纶纤维比聚酯纤维更加耐用,但伸长较大,价格也更高。基布的选材也考虑过芳纶、碳纤维、玻璃纤维。芳纶、碳纤维各项性能优异,但价格过于昂贵。玻璃纤维的优点在于不伸长,不会产生褶皱或鼓胀,同时可以反射热量,保持结构内部阴凉,但由于玻璃纤维在高温下会燃烧起烟而使其使用受到限制。
大多数基布都采用长丝而不用短纤,因为长丝强度和伸长特性好。使用收缩率较小和中等收缩率的纱线织成的织物,不需要进行热定型,但如果使用高收缩率长丝织成的织物,那么在涂层前一定要经过热定型,以免涂层时过度收缩。基布在织造时,一定要保证经纱片纱的张力均匀,否则涂层织物上会明显地出现疵点。织物的幅宽当然越宽越好,宽幅机织物最宽可达5m。应用中可根据结构的形状和大小,对织物进行裁切和拼接。拼接可以采用热压熔接以使风和雨不能透过,可采用专门技术保证熔接良好。
基布可以是机织、针织和非织造布。当要求织物坚牢、稳定性好时,往往选用机织物,且一般采用平纹或斜纹等简单的组织结构,有时也采用经编、非织造缝编织物。经编衬纬组织是一种比较理想的组织,在织物中经纬纱都是挺直的，纤维的强力能充分发挥,织物的尺寸稳定性也很好。实际应用中,具体选用哪种组织,应视产品的用途而定,还要考虑成本等因素,最终做出合理的设计。此外,基布组织结构的疏密程度对膜结构材料的质量也有很大的影响。一般基布的质量为112~198g/m2。组织结构疏松,撕裂强度高,剥离强度也好,更适于层压加工。厚密型基布有助于提高涂层织物的抗张强力以及耐热、保温等性能,但基布的组织紧密,涂层剂渗透量小,要求涂层剂与基布纤维有较大的黏结力才能连成一体。另外纱线活动余地小,会导致涂层织物的撕裂强度下降。
2.膜结构材料
建筑中的膜结构材料包括层合织物和涂层织物两种。层合通常是在聚酯或纶机织物或针织网状织物(基布)上覆以乙烯基薄膜。层合织物生产简单,价格经济,但织物在反复弯曲时易产生分层现象,涂层织物一般比同类层合织物价格要高,但其抗拉强度较高、耐弯曲性能好、耐磨损性较优、使用寿命较长,聚氯乙烯是最常用的涂层剂,主要原因是其价格低,而且涂层后基本能满足建筑用涂层织物的技术标准要求,如防水、防霉、阻燃等性能都比较好。建筑应用广泛的PVC膜材是由聚酯纤维织物和PVC涂层复合而成。其他常用的膜结构材料还有聚四氟乙烯(PTFE)膜材和加面层的PVC膜材。聚四氟乙烯(PTFE)膜材是由PTFE涂层和玻璃纤维织物复合而成。将玻璃纤维织物经过砂胶浸泡,先制成水密坯布,再多次快速放入PTFE溶液中，使坯布两面皆有均匀的PTFE涂层。这种膜材品质卓越,价格也较高。如图1为PTFE膜材的截面图.PTFE膜材与PVC膜材的性能对比情况见表2。加面层的PVC膜材是在PVC膜材表面涂覆聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氟乙烯,其性能优于纯PVC膜材,价格相应略高于纯PVC膜材。