玻璃纤维-PTFE建筑膜结构材料工艺分析

玻璃纤维 -PTFE建筑膜结构材料工艺分
析
摘要：建筑膜结构材料是当下建筑行业常用的五种建筑材料之一，也是最新型的材料。

建筑膜结构材料在实际应用后的寿命较长，且具有多种性能优势。

本文主要是分析了玻璃纤维-PTFE建筑膜结构材料的特征及其制备工艺。

关键词：建筑膜结构材料；PTFE；玻璃纤维
引言：当前的建筑领域兴起的一种新型建筑为膜结构建筑，这种建筑形式的建设成本较低、安装较快，且具有防火防燃的优点，其膜结构材料的基层纤维一般为玻璃纤维或是聚酯纤维，本文主要研究了玻璃纤维为基层，PTFE为涂层的膜结构材料。

1.玻璃纤维-PTFE建筑膜结构材料的概述
玻璃纤维-PTFE建筑膜结构材料是一种永久性的膜材，其特点是安全性能较好、具有透光性、造型轻巧，抗辐射，以及使用寿命较长等，在当前的许多建筑物中被运用。

这种结构材料既包含了玻璃纤维的优点，也包含了PTFE树脂材料的优点，比方说玻璃纤维本身具有着耐高温、化学性能较好、伸长度较小以及拉伸强度较高的特征，而这些性能刚好能够弥补PTFE树脂材料本身不足的性能，PTFE树脂具有着耐腐蚀性较好、电绝缘性较好以及抗老化性较强等特征，其与玻璃纤维的结合，主要是作为其基布的涂层材料，结合后构成的膜材实际建筑使用的价值颇高，可分为内膜用及外膜用，其作为内膜用时能够作为建筑的吸声及隔声材质，而作为外膜用时则主要是用于顶蓬、屋顶以及装饰结构当中，两者在作用上有着明显不同[1]。

2.玻璃纤维-PTFE建筑膜结构材料的工艺分析
2.1对玻璃纤维进行纱线热处理
玻璃纤维的特征是在高尺寸状态下十分稳定、强度较高、耐腐蚀性强、绝缘
性较强以及耐高温，其属于人工制造的一种无机纤维材料，常常运用到工业领域
当中，但这种材质同样也有着一些缺点，比方说其耐磨性不强、表面的光洁活性
也较差，且容易折，因而针对于这些缺点，玻璃纤维还需要采用特殊的加工处理
手段来提升性能。

传统的加工处理通常是在玻璃纤维材质的表面涂抹上一定的浸
润剂，通常为纺织型浸润剂，但这种浸润剂材料当中存在着许多的影响玻璃纤维
质量，以及其与树脂之间粘结性的物质，实际进行树脂粘结的过程中都需要对玻
璃纤维表面的浸润剂清理，这样才能够保证粘结效果达标，一般是纱线热处理法
来进行清除，其处理的简要原理就是指对玻璃纤维表面进行加热，当其温度达到
某项值时，其表面的浸润剂就会高温挥发，然后再采用燃烧炭化的方式完全清除，而热处理法也分为两种类型，一种是低温热处理，另一种则是高温热处理，其中
低温热处理的实际温度为300到450摄氏度，而高温热处理的实际温度则为500-650摄氏度，实际进行处理的时间越长，其清除的效果就会越好，但需要注意的
是玻璃纤维的强度也会出现下降。

而PTFE建筑膜结构材料对强度有着较高要求，因此要尽量降低热处理后玻璃纤维的强度损失。

2.1.1选择原料
在本次研究的过程，所选择的原料为柔性符合型建筑膜材，而这种材料本身
具有两部分结构，分别为基布以及涂层，其基布的性能决定着整个材质的抗拉伸
性能以及抗撕裂性能，这也是建筑膜材的基础性能。

基布材料实际上的种类颇多，在进行选择的过程中也要结合实际情况。

例如，当前运用广泛的基布材料包括玻
璃纤维、聚酯纤维、聚酰胺以及芳族聚酰胺，而本文中主要是选择玻璃纤维来研究，当前的玻璃纤维内部含碱的情况决定着性能标准，可划分为无碱玻璃纤维、
中碱玻璃纤维以及高碱玻璃纤维几种类别，对于PTFE建筑膜结构来说，其主要
是选用无碱玻璃纤维，这种材质的机械性能更佳、绝缘性更好且具有较高的耐热性，适用于进行热处理[2]。

2.1.2玻璃纤维加工工艺
当前，生产玻璃纤维的加工工艺主要包括两项，其一是池窖拉丝工艺，该项
工艺是一种新加工工艺方法，其对于玻璃纤维的连接处理效果颇佳，一般来说采
用该工艺时，都是先将玻璃纤维的原材料粉料放入到池窖当中，其池窖内部处于
高温处理状态，能够将粉料有效熔化为均匀度较高的玻璃液，然后将玻璃液投入
到成型通道当中，其成型通道的结构设置安装了许多的漏板，这些漏板结构会直
接控制各种支数玻璃纤维的连接性，有效实现玻璃纤维的连接加工处理；其二是
坩埚法拉丝工艺，该项工艺的流程主要为制球和拉丝两种，先是制球工艺流程，
其主要是将玻璃纤维材质熔化再融成玻璃球，然后将玻璃球投入到坩埚装置当中，该装置的内部也存在着许多漏板结构，在高温熔化玻璃球后，其玻璃液会直接从
漏板口流出，然后利用绕丝筒的高速旋转功能将玻璃液卷绕进其中，再是拉丝的
工艺流程，绕丝筒会对玻璃液进行拉丝处理，使用牵拉力制成玻璃纤维，在整个
处理过程中，坩埚装置的选择也是十分重要，一般选用代铂炉、铂铑合金坩埚以
及陶土坩埚等材质的坩埚，其加热的效果较佳。

对于玻璃纤维-PTFE建筑膜结构材料来说，其玻璃纤维的规格应当为超细长丝，尽可能在拉丝处理时减小纤维的直径，其直径越小则使用时表面出现微小裂
纹的概率越低，且这种状态下的玻璃纤维韧性更强、抗拉伸性质较好，同时也将
具有较高的耐磨性和抗折性，其后续所制成的膜材也将具有优异性能，其实际使
用的寿命会更长。

2.2PTFE建筑膜材料的制作
本次研究制作的PTFE建筑膜材料，是以上述处理制作的超细长拉丝玻璃纤
维为主要基布，而其涂层处理部分采用浸渍涂层工艺来进行处理，使用的涂层材
料主要是ETFE树脂为原料的柔性复合材质，基于以上部分来研究PTFE建筑膜结
构材料的整个制作过程，包括其原料的选择和加工工艺，同时通过实际情况来不
断完善加工工艺的参数和流程，最后制备出玻璃纤维-ETFE建筑膜结构材料，其
具有了玻璃纤维和ETFE建筑膜两种材质的优越性能。

2.2.1选择原料
从PTFE建筑膜材料的整体结构包括两个部分，分别是玻纤基布部分以及树
脂部分，其内层的玻纤基布主要是具有增强性能的效果，合理选择原材料能够确
保其撕裂性能以及拉伸性能等力学方面性能的良好；而其外层部分是树脂结构，
合理选择树脂材料能够确保其整体的耐热性、耐磨性、抗老化性以及绝缘性的良好。

例如，实际选择玻纤基布材质时，主要是根据膜材的性质来选择，比方说本
次研究的PTFE建筑膜材料为柔性涂层的复合材料，而其玻纤基布则主要是作为
内部承载外力的骨架结构，因而选择材质的过程中，通常是选用抗拉强度较高、
耐高温性能较好的材质，这会直接影响到最后成膜的效果。

对玻璃纤维的性质深
入分析，将其与天然纤维以及化学纤维进行对比发现，其模量颇大、强度要更高，同时具有较为稳定的化学性能，这些特点都能够与PTFE树脂原料的性质达成互补，同时还能够保证其尺寸不发生改变，因而其膜材涂层工艺处理以及烧结处理
的过程中，对玻纤基布的性能要求颇高，其重点的性能要求就是基布的表面张力
均匀性以及表面平整度，比方说玻纤基布要具有均匀的张力且表面十分平整，不
能够出现断纱或是存在纱线接头的状况，表面也不能够存在油污。

但需要了解到
玻璃纤维基布本身是工业生产的用织物，其需要经过高温处理，而在进行了高温
处理之后，基布的表面虽然看起来较为平整，但其难免会出现油污或是筘痕的条
形纹情况，也有些基布处理后的表面存在起拱、断纱或是纱线倾斜的状况，这不
仅会影响到后续使用的质量，也会影响到最终成品的外观，因而需要注意基布在
整经与织造的过程中采用较高水平的工艺，确保其最终织物能够满足使用的要求，同时，在实际选择膜材基布时，需要充分考虑其组织结构以及纱线的经纬密度，
其一般是要求纤维较细，但经纬密度较大的形式。

对于树脂材料的选择，一般是选用聚四氟乙烯材质，这种材质的特点为具有
较好的不粘性和润滑性，PTFE树脂的表面张力较小，其张力值仅为0.019N/m，
这使得空气中的许多灰尘颗粒物不能够吸附在其表面，同时其表面的摩擦力也是
较小，具有一定的防污效果；还具有耐高低温的性质，从其可工作的温度范围来看，从零下180摄氏度左右到零上260摄氏度，这种温度环境中，PTFE树脂都能
够确保自身性能的稳定性；具有耐候性特点，耐候性主要是指不会受到臭氧以及
紫外线等环境中影响因素的干扰，同时在相对潮湿的外部环境中，其也不会受到
微生物的影响，这些特点使其用于制作膜材后能够具有更好的抗老化性能，延长
使用寿命。

另外，其还具有耐化学腐蚀、不燃性以及电绝缘性特征。

2.2.2合成加工工艺
PTFE建筑膜材料的加工工艺简要来说就是采用浸渍涂层的工艺方法，将聚四
氟乙烯树脂（PTFE树脂）涂抹在玻璃纤维基布的表面最后加工合成。

具体流程为，将PTFE树脂乳液涂抹在经过热处理后的玻纤基布上，然后进行浸渍处理、干燥
处理、烘焙处理、烧结处理、冷却处理，重复以上处理工艺多次，最后获得成品。

其中，浸渍后的多项工艺过程采用涂层机装置完成，需要注意的是烘焙过程中的
烘焙箱有三个区域，其温度并不相同，实际烘焙过程中要保证三种温度渐变均匀，确保其加工质量达标。

另外，对工业过程中参数的有效选择包括控制好PTFE树
脂乳液的浓度，其一般为浸渍第一次时35%-40%，浸渍几次后逐渐升为45%-55%，干燥过程中要控制好温度为100-150摄氏度，烘焙温度在280-290摄氏度，烧结
温度在360-390摄氏度[3]。

结论：综上所述，建筑用的玻璃纤维-PTFE建筑膜结构材料具有着很多的性
能优势，实际使用的价值颇高，但其在制备上需要注意原材料的选择以及工艺处理。

由本文分析可知，实际玻璃纤维-PTFE建筑膜结构材料的加工工艺主要为采
用浸渍涂层技术将PTFE树脂涂抹在已经经过热处理拉丝的玻璃纤维基布表面，
其实际加工完成后的性能优势更为明显，使用的价值也会上升。

参考文献：
[1]杨涛,丁辛,杨旭东.建筑用膜结构材料的发展现状和趋势[J].纺织导报,2019(S1):95-97.
[2]陈伟伟.建筑膜结构及膜材料发展[J].风景名胜,2019(03):174-176.
[3]吕冰.既有建筑膜结构材料力学性能试验研究[J].工程建设,2017,49(05):29-32.。