膜材

一、膜材应根据建筑物使用年限、建筑功能、建筑物所处的环境、建筑物防火要求及建筑物承受的荷载进行选择。

二、膜结构配件应根据膜结构的受力特点、使用要求、制作安装要求等因素进行选择。

1.醋酸纤维素: 醋酸纤维素(CA)膜是由二醋酸纤维素和三醋酸纤维素的铸膜液及二者混合物浇铸而成。随着乙酰基含量的增加，盐截留率与化学稳定性增加而水通量下降。Loeb-Sourirajan 不对称结构是使用一“医用刮刀”(“doctor blade”)把CA、乙醇或乙醚溶液浇铸在一多孔基片(如帆布)上，表面经空气干燥产生一薄皮层而形成。在较大孔层之上的致密表皮是由约0.2μm厚的薄层组成，膜的总厚度约100μm.该技术也可用于管状的和中空纤维状膜的浇铸。

CA膜的化学稳定性差,在运转期间会发生水解, 其水解速度与温度及pH条件有关。醋酸纤维素膜可在温度0～30℃及pH值4.0～6.5下连续操作。这些东丽膜产品也会被生物侵蚀, 但由于它们具有可连续暴露在低含氯量环境下的能力,故可以消除生物侵蚀。膜稳定性差的结果导致膜截留率随操作时间增长而下降。然而, 这些材料的普及是由于它们具备广泛的来源和低廉的价格。

2.芳香聚酰胺：不对称芳香聚酰胺(Aramid)膜(Richter和Hoehn 1971)以中空纤维形式为所首创。这些纤维是由溶液纺丝而成。由控制纺丝液溶剂的蒸发在纤维外表面形成约0.1～1.0μm的致密表皮层。余下的纤维结构是约26μm厚的一层多孔支撑结构。盐的截流作用发生在致密层。为了进一步提高截留性能，当中空纤维膜用于苦咸水脱盐时，对膜采用聚乙烯基甲基醚(PT-A)进行后处理，用于海水脱盐则用PT-A与鞣酸(PT-A)作后处理。

与纤维素膜相比，芳香聚酰胺膜的特点是具有优良的化学稳定性。它们能在温度0～30℃ pH4～11件连续操作，且不会被生物侵蚀。然而芳香聚酰胺膜若连续暴露在含氯环境中，则易受氯侵蚀，因此，对他们处理的进料液进行脱氯是重要的。

3. 薄膜复合膜：美国内政部盐水局于年代中期基金资助的North Star Research 和Development Institute(位于 Minneapolis)的工作( Francis 1966; Rozelle等 1967)导致了薄膜复合膜的发展。Universal Oil Products的 Fluid Systems Division( Riley等1967)在70年代中期推出了它的商品(薄膜复合物)膜，而FilmTec公司在80年代初期推出了它的FT30复合膜(Cadotte等1980) 。在这些膜结构中，超薄栅层在一多孔织物支撑体上的微孔聚砜表面上形成(即0.2μm厚)。该聚砜上的栅层是由聚酰胺或聚脲的"就地"界面聚合技术产生的。

薄膜复合膜的优点与它们的化学性质有关，其最主要的特点是有较大的化学稳定性，在中等压力下操作就具有高水通量和盐截留率及抗生物侵蚀。它们能在温度0～40℃及pH2～12间连续操作。像芳香聚酰胺一样，这些材料的抗氯及其他氧化物的性能差。

主要构型

反渗透膜 (什么是反渗透膜"para" label-module="para">

对于卷式构型，常用膜有醋酸纤维素膜和复合膜，利用这些膜制成膜元件，把膜元件放在压力容器中构成膜组件。用于制作卷式构型的膜一般先制成平整的膜，醋酸纤维素膜的结构见图1，上部有一层致密的薄层(0.1-1.0μmm),即脱盐层，脱盐层下面有一层稍厚(100~200μm)的多孔支撑层，水很容易通过致密层流向多孔层。致密层是半透膜层，能有效阻止盐分的通过，起脱盐作用。

复合膜由三层组成，它们是：最上面的超薄脱盐层、中间的多孔的聚砜内夹层，最下面的聚酯支撑网层。由于聚酯支撑层不很平坦和多孔，不能用来直接支撑脱盐层，因而在该支撑层上面浇注一层聚砜微孔层，用于直接支撑脱盐层。聚砜层表面孔径可控制在0.015μm。脱盐层厚度为0.2μm,在聚砜层的支撑下，能承受较高的压力，抗机械压力和化学侵蚀能力强。

对于中空纤维构型，利用芳香族聚酰胺膜制成的众多中空纤维直接装配在压力容器内，构成用于水脱盐的基本单元--膜组件。

无论是卷式还是中空纤维式，对其构型的共同要求如下：

1) 对膜能提供适当的机械支撑，以便承受一定的给水压力;

2) 能使给水，浓水和产品水各行其道，不混合;

3) 使有一定压力的给水在通过膜面上时，能均匀分布，并有良好的流动状态，是浓差计划降至最低;

4) 膜本身具有的脱盐率和透水量能在构型中得到充分的利用;

5) 膜面积能得到最大限度的利用

6) 便于贮存，运输，装卸和更换;

7) 易于制造，维护方便，牢固且安全可靠;

8) 价格有竞争力。

1. 螺旋卷式

首先叙述卷式膜元件的概念。叶片有两张平展开的膜和一张聚酯织物组成，聚酯织物在两张膜的中间，叶片一端胶接起来形成一个袋，另一端(伸出来的聚酯织物)与带孔的PVC管粘接。叶片之间有塑料网，它们一起沿PVC中心管卷绕形成卷式构型。塑料端部装置粘接到卷式的叶片两端，一端起反伸缩装置(ATD)的作用，另一端起浓水密封的载体作用。玻璃钢(FRP)材料的外表面保护卷式构型。这样，形成了一个完整的膜元件。

卷式膜元件装入压力容器内试验，性能符合要求即可出售。前面提到的聚酯织物是起产品水收集通道的作用。塑料网一是作为浓水(给水)通道;二是起加强给水通道水流紊动的作用，以便把浓差极化减少到最低程度。因为卷式反渗透装置的给水从膜元件的给水端流向浓水端，并平行于膜表面，这种水流方向就有浓差极化的倾向，因而叶片之间的塑料网是极为重要的。

卷式膜元件广泛用于苦咸水的脱盐，用于要求产水量较大的脱盐时，通常使用直径为101.6mm(4in) 或203.2mm(8in )，长度为1016mm (40in)或1524mm(60in)的膜元件。

把一个或几个膜元件连接起来，装在圆筒形的压力容器内，即构成卷式膜组件。

压力给水进入第一个膜元件，并在该膜元件的螺旋卷绕之间的通道内流动。一部分给水渗透过膜，并通过卷式通道流到膜元件中心的产品水收集管，另一部分给水沿着膜元件长度方向继续流动至第二个膜元件，这一过程依次进行。每个膜元件的产品水通过公共产品水管流成。当给水每通过下一个膜元件时，给水浓度增大，流过最后一个膜元件时，给水成为浓水，并排出压力容器。

2. 中空纤维式：

众多中空纤维膜装配在压力容器内构成中空纤维式膜组件。如今常用的是杜邦公司生产的用于苦咸水脱盐的B-9型中空纤维膜组件，现以此为例说明。中空纤维外径为85μm,内径为42μm，壁厚为21.5μm。该纤维在其表面有一层很薄得致密层(即芳香族聚酯胺膜的脱盐层)，该层用以阻止盐的透过，而能使水流稳定通过。在此薄层下面有一较厚的同样材料的多孔层，用来支撑脱盐层。该层能让水通过它流至中空纤维的内孔。

中空纤维比人的头发还细，尽管其壁薄，外径与内径比率差少为2：1，犹如厚壁圆柱，但其有自支撑作用，且强度足够承受较高的压力而不变形，不损坏。

对处理水量较大的系统，可使用102×1194或203×1219的膜组件。压力容器内几乎全部充满纤维束，在纤维之间有约25μm的水通路。纤维束间是用无纺布隔开的，然后缠绕，整个纤维束分24层，纤维束最外层包有导流网，以利浓水导流。，空心纤维在压力容器内呈U型平行排列，在纤维中间的进水管道的一端用于进加压后的给水，另一端封堵密封，在其长度方向上有很多孔。纤维束的U型底部一端用环氧树脂固定密封，另一端通过环氧树脂板固定，并敞开中空纤维孔。进水管道内的水径向流往纤维束里的许多纤维。有一部分水渗透进中空纤维孔内，成为产品水，经环氧树脂圆环引出，另一部分在纤维束外边缘(即压力容器内边缘)轴向流往压力容器的端部，成为浓水，不断排走，并依靠O型密封环防止给水，浓水和产品水的混合。

基材与涂层组合

注：表中的氟化树脂是指除了聚四氟乙烯以外的氟化树脂 。

膜材分类

当前建筑膜材广泛认可的标准是日本JISA-93所规定的A、B、C三类，是根据其防火性能的优劣来划分的。

A类

A类最好，以玻璃纤维织物为基材涂PTFE而成；

B类

B类次之，以玻璃纤维织物为基材涂PVC而成；

C类

C类是三类中最次的，以聚酯（涤纶）织物为基材涂PVC而成。按涂层材料分，有聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、橡胶等。

PTFE建筑膜材

PTFE膜材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。这种膜材有较好的焊接性能，有优良的抗紫外线、抗老化性能和阻燃性能。另外，其防污自洁性是所有建筑膜材中最好的，但柔韧性差，施工较困难，成本也十分惊人。在盖格公司领导下，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永久性膜材。其加工方法是把玻纤织物多次快速放入特氟隆熔体中，使织物两面皆有均匀的特氟隆，使永久性的PTFE膜正式诞生。此后永久性膜结构正式在美国风行，许多学者对膜结构进行了深入的研究。20年后跟踪检测结果表明，这种膜材的力学性能与化学稳定性指标只下降了20%~30%，颜色也几乎没变，膜的表层光滑，具有弹性，大气中的灰尘、化学物质微粒极难附着与渗透，经雨水冲刷建筑膜可恢复其原有的清洁面层与透光性，这足以显示出PTFE膜材的强大生命力和广阔的市场前景。 当前国外对这种膜材的开发和应用比较成熟，生产厂家也很多，如德国Mehler公司、Verseidag公司，日本Taiyoko-gyo公司、中兴化成工业株式会社、美国Chemfab公司、沙特阿拉伯ObeiKan公司等。

玻纤PVC建筑膜材

这种膜材开发和应用得比较早，通常规定PVC涂层在玻璃纤维织物经纬线交点上的厚度不能少于0.2mm，一般涂层不会太厚，达到使用要求即可。为提高PVC本身耐老化性能，涂层时常常加入一些光、热稳定剂，浅色透明产品宜加一定量的紫外吸收剂，深色产品常加炭黑做稳定剂。另外对PVC的表面处理还有很多方法，可在PVC上层压一层极薄的金属薄膜或喷射铝雾，用云母或石英来防止表面发粘和沾污。

玻纤有机硅树脂建筑膜材

有机硅树脂具有优异的耐高低温、拒水、抗氧化等特点，该膜材具有高的抗拉强度和弹性模量，另外还具有良好的透光性。美国欧文斯克宁公司开发的Vestar膜材就采用这种树脂对玻璃纤维布涂覆而制成的，如今这种膜材应用的不多，生产厂家也较少。

玻纤合成橡胶建筑膜材

合成橡胶（如丁腈橡胶，氯丁橡胶）韧性好，对阳光、臭氧、热老化稳定，具有突出的耐磨损性、耐化学性和阻燃性，可达到半透明状态，但由于容易发黄，故一般用于深色涂层。膨化PTFE建筑膜材。由膨化PTFE纤维织成的基布两面贴上氟树脂薄膜即得膨化PTFE建筑膜材。由于它的造价太高，一般的建筑考虑到成本和性能两方面，很少选用这种膜材，当前国外的生产厂家也不多。

ETFE建筑膜材

由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。ETFE不仅具有优良的抗冲击性能、电性能、热稳定性和耐化学腐蚀性，而且机械强度高，加工性能好。近几年来，ETFE膜材的应用在很多方面可以取代其他产品而表现出强大的优势和市场前景。这种膜材透光性特别好，号称“软玻璃”，质量轻，只有同等大小玻璃的1%；韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化学腐蚀性强，熔融温度高达200℃；可有效的利用自然光，节约能源；良好的声学性能。自清洁功能使表面不易沾污，且雨水冲刷即可带走沾污的少量污物，清洁周期大约为5年。另外，ETFE膜可在现成预制成薄膜气泡，方便施工和维修。ETFE也有不足，如外界环境容易损坏材料而造成漏气，维护费用高等，但是随着大型体育馆、游客场所、候机大厅等的建设，ETFE更突显自己的优势。当前生产这种膜材的公司很少，只有ASAHIGLASS（AGC）、日本旭硝子、德国科威尔等少数几家公司可以提供ETFE膜材，这种膜材的研发和应用在国外发达国家也不过十几年的历史。2100433B

膜材一般由膜材的基质及高分子聚合物组成，即高分子聚合物涂层与基材层按需要的厚度、宽度，通过特定的加工工艺粘合在一起的产物。基质是高强度聚酯纤维，膜材的强度主要由这一层提供，涂层主要保证膜材的密实性；惰性材料涂层保证膜材的自洁性。

(1)聚合物又称高聚物(Polymer)，即高分子聚合物，一般分子量高达几万～几百万(104～106)。合成聚合物的原料是单体，如乙烯单体，氯乙烯单体，丙烯单体等等，它们不断重复链接，聚合成聚乙烯(PE)，聚氯乙烯(PVC)，聚丙烯(PP)等等。

(2)基材一般分为两种：

①聚酯长丝(涤纶PET)：涤纶的合成原料是乙二醇和对苯二甲酸。在这里引入苯环的目的是提高材料的熔点和刚度。涤纶的特点是：熔点高，在150～175℃以下的机械强度好，耐溶剂、耐腐蚀、耐磨、耐油腻，可多次洗涤，透水透气性适宜。它是合成纤维中的第一大品种。若用丁二醇代替乙二醇，可制得熔点较低，较柔软的涤纶聚酯。

②玻璃纤维：玻璃是一种非晶体，没有固定的熔点。将玻璃加热熔融并拉成丝，即成玻璃纤维。玻璃纤维的特点是：拉伸强度高，不仅超过各种天然纤维，也超过一般的合成纤维和钢材的强度。但是，它的弹性模量较低，约为钢的1/3，属于脆性材料；具有良好的耐热性，一般在300℃以下可保持性能不变；具有良好的电绝缘性。

SOLUS是美国TACONIC公司建材纤维织布部门(AFD)的一个建筑织布品牌。他属于PTFE膜材料，SOLUS产品是在极细的玻璃纤维（3微米）编织成的基布上涂上PTFE（聚四氟乙烯）树脂而形成的复合材料。 SOLUS具有的强度高、耐久性好、防火难燃、自洁性好，而且不受紫外光的影响，其使用寿命在年以上。

SOLES良好的太阳光透光率和反射率，使其在膜结构建筑应用越来越广泛。

多层结构的Solus建材织布具有下列特性:

外层涂层: 织布最外层涂有一FEP层。作用是增强抗渗透性能,防霉菌,和提高可焊接性

PTFE 填充剂　每一张PTFE 填充剂 层包括了数道PTFE分散质涂层。PTFE具有卓越的特性,譬如它能抵抗大都数强化学品,非常低的摩擦系数,不沾,不燃,极好的绝缘性能,抵御老化,无毒,防UV, 防潮 … 这几层PTFE涂层能使其免受周边环境的影响而降低性能。在PTFE中添加不同的填充剂可以取得一些其他特性如增强耐磨性,透光度,和着色

基层涂层　基层涂层是合成结构的关键部分。它既是基层,又为接下来的玻璃织布上胶打下了基础。基层涂层决定了涂层后产品的柔韧性。专门的配方可获得一些特殊的性能

玻璃织布:　玻璃织布是合成材料的骨架, 它决定了涂层后产品的机械性能。玻璃织布有其特性:

抗张强度大:　玻璃纤维是纺织布料中最牢固的,它甚至比同一直径的钢丝有更高的抗张强度。

尺寸稳定: 　加力后纤维延伸率低,通常小于3%。其玻璃纤维在各种条件下有极好的尺寸稳定性。

耐高温能力强: 　虽然成本相对较低,但玻璃织布有杰出的耐热性。在700°F (371°C)条件下能维持约50%的室温下抗张强度; 在900°F (482°C)时还有约25%的室温下抗张强度。玻璃纤维的软化温度是1555°F (846°C),溶点是2075°F(1121°C)。

防火性能好: 　玻纤织布是于无机材料合成的,所以本身不燃烧。当大家关注材料燃烧性时,玻璃织布是理所当然的选择。

抵抗其它化学品的作用: 同玻璃本身一样,玻璃纤维具有极强的抗化学物质侵袭的能力。 　经久耐用: 因其表面完全惰性化,玻璃织布不受日照,霉菌和细菌的攻击。