紡織材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展

江西服裝學(xué)院， 江西 南昌 330201

1980年，美國(guó)亞特蘭大機(jī)場(chǎng)首次使用改性聚丙烯腈纖維非織造材料做成的覆蓋墻壁，其具有比其他材質(zhì)更優(yōu)異的特點(diǎn)。此后，一些西方國(guó)家開(kāi)始使用和開(kāi)發(fā)建筑用紡織材料。接著，日本加入這一隊(duì)伍，研發(fā)建筑用紡織材料，而且其發(fā)展速度較快。韓國(guó)受日本的影響，也逐漸使用和發(fā)展建筑用紡織材料。

我國(guó)在 20世紀(jì)90年代末開(kāi)始應(yīng)用并發(fā)展建筑用紡織材料。進(jìn)入21世紀(jì)，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展、社會(huì)公共設(shè)施的大量興建，以及居民生活水平的不斷提高，人們的生活需求日益增多，對(duì)房屋建造及其裝修的熱情持續(xù)高漲，導(dǎo)致建筑工程行業(yè)發(fā)展繁榮，推動(dòng)了建筑用紡織材料的應(yīng)用和推廣，為建筑用紡織材料的發(fā)展帶來(lái)了無(wú)限可能。

1 建筑用紡織材料應(yīng)用現(xiàn)狀

建筑用紡織材料分為不同的種類，其各具功能，應(yīng)用在建筑業(yè)的不同方面。相較于其他普通紡織材料，建筑用紡織材料在某些性能方面具有一定優(yōu)勢(shì)：防水性、耐磨性、擋風(fēng)性好；抗機(jī)械損傷，不易降解，受自然環(huán)境的影響小，不易變形、變質(zhì)；透光性、耐撕裂性好。與普通建筑材料相比，建筑用紡織材料更容易清理。根據(jù)建筑用紡織材料的用途分，主要有建筑用膜結(jié)構(gòu)材料、建筑用防水材料、建筑用隔聲隔熱材料、建筑用增強(qiáng)材料、建筑用帆布材料和建筑用裝飾材料六類。

1.1 建筑用膜結(jié)構(gòu)材料

膜結(jié)構(gòu)材料是一種復(fù)合材料。建筑用膜結(jié)構(gòu)材料采用強(qiáng)度較高的纖維或者織物作為基礎(chǔ)材料，其表面覆蓋高性能涂料，具有質(zhì)量輕、阻燃性和耐用性較好及容易清潔等優(yōu)點(diǎn)。建筑用膜結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于體育、交通、休閑、廣告標(biāo)識(shí)等領(lǐng)域。

建筑用膜結(jié)構(gòu)材料一般分為兩類：一類采用滌綸織物為基礎(chǔ)材料，其表面覆蓋聚氯乙烯(PVDF)涂料；另一類采用玻璃纖維織物作為基礎(chǔ)材料，其表面覆蓋聚四氟乙烯(PTFE)涂料。前者的使用壽命在15年以內(nèi)，用于臨時(shí)性或半永久性建筑；后者的使用壽命在15年以上，用于永久性建筑。PVDF涂料和PTFE涂料都是惰性材料，具有能抵御紫外線、比較耐用、容易清洗、表面平滑等優(yōu)良性能。圖1和圖2所示分別為PTFE膜結(jié)構(gòu)材料的截面和傳熱示意[1]。

圖1 PTFE膜結(jié)構(gòu)材料的截面

1.2 建筑用防水材料

以前使用的防水材料大多是瀝青油氈，其有很多缺點(diǎn)，比如易滲漏、易受自然環(huán)境影響、使用壽命較短等。隨著技術(shù)的發(fā)展，一種以聚酯紡黏非織造布為胎基的防水材料出現(xiàn)，它的優(yōu)點(diǎn)是防水效果較好，缺點(diǎn)是材料成本價(jià)格偏高[2]?，F(xiàn)在主要使用以玻璃纖維和聚酯短纖維針刺非織造布為胎基的改性瀝青防水卷材，它是采用熱塑彈性體樹(shù)脂或合成橡膠，把經(jīng)過(guò)改性的瀝青材料涂覆到胎基上，胎基表面再覆蓋聚乙烯膜和板巖等材料而形成的。

當(dāng)前，改性瀝青防水卷材因綠色環(huán)保、防水時(shí)間長(zhǎng)，正在被大力推廣、開(kāi)發(fā)，其在美國(guó)和歐洲的使用率分別為45%～50%和80%，但在我國(guó)的使用率卻很低(5%以下)[3]。

1.3 建筑用隔聲隔熱材料

隔聲材料的作用是提高可聽(tīng)度，保持局部環(huán)境內(nèi)聲音的真實(shí)性，可以應(yīng)用于裝飾性的布簾、紡織墻布等，減少聲音的回響時(shí)間和提高聲音的清晰度。生活中常見(jiàn)的如電影院中的幕布，其具有很好的吸聲效果。隔熱材料用來(lái)包裹房屋的周圍，阻隔外部濕潤(rùn)空氣進(jìn)入而達(dá)到隔熱效果[4]，這樣可以減少一定的制暖和制冷花費(fèi)。我國(guó)在建筑用隔聲隔熱材料的使用和研發(fā)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家間存在很大差距，國(guó)外的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品都更加成熟。我國(guó)需加大開(kāi)發(fā)力度，解決建筑用隔聲隔熱材料生產(chǎn)中的技術(shù)問(wèn)題，使研制的建筑用隔聲隔熱材料適合在國(guó)內(nèi)廣泛使用和推廣。

1.4 建筑用增強(qiáng)材料

建筑用增強(qiáng)材料主要包括纖維增強(qiáng)混凝土和纖維增強(qiáng)水泥材料兩種。與傳統(tǒng)水泥基體和混凝土基體相比，加入紡織纖維的增強(qiáng)材料用于建筑工程可以減少總體質(zhì)量，還能夠改善建筑物的抗壓和抗彎等性能。20世紀(jì)80年代，日本就開(kāi)始設(shè)想能否將碳纖維增強(qiáng)水泥運(yùn)用在大型建筑物的建造中。對(duì)于瀝青基碳纖維增強(qiáng)水泥混凝土，其中只添加少量碳纖維，其延伸性能、韌性及抗疲勞性能均大幅提高。就環(huán)保性而言，采用纖維增強(qiáng)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的建筑材料，能夠緩解資源短缺問(wèn)題，同時(shí)減少環(huán)境污染。圖3所示為聚丙烯纖維增強(qiáng)混凝土與常規(guī)混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，可以看出聚丙烯纖維增強(qiáng)混凝土能夠承受的斷裂應(yīng)變大于常規(guī)混凝土，前者的力學(xué)性能更好[5]。

1.5 建筑用帆布材料

早期的建筑用帆布材料以棉織物為主，存在明顯的缺點(diǎn)，比如使用時(shí)間短、容易受外界環(huán)境影響而老化等。隨著化學(xué)纖維材料的發(fā)展，建筑用帆布材料開(kāi)始以長(zhǎng)絲織物為主，之后演變?yōu)殚L(zhǎng)絲材料和短纖維材料相結(jié)合。表面覆蓋PVDF涂料的高強(qiáng)滌綸雙軸向經(jīng)編織物是當(dāng)前廣泛使用的建筑用帆布材料，其有許多優(yōu)點(diǎn)，比如阻燃、質(zhì)輕、透氣性和防水性良好、較耐用等。

1.6 建筑用裝飾材料

幾千年前，人們就開(kāi)始使用建筑用裝飾材料建設(shè)家園。在我國(guó)古代，由于當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)力和科技水平低下，裝飾材料的樣式少，其功能性也比較單一。

當(dāng)前科技快速發(fā)展，居民生活水平不斷提高，這使得建筑用裝飾材料的需求不斷增加，市場(chǎng)上出現(xiàn)了不同種類和功能的建筑用裝飾材料。在建筑工程中，室內(nèi)和室外使用的裝飾材料的功能性要求不同[6]。建筑物外部因受到太陽(yáng)光照射和雨打風(fēng)吹等外界因素作用而容易損壞，其外墻表面可采用裝飾材料，用以抵御外界因素的影響，還可以對(duì)外墻裝飾材料的樣式和顏色進(jìn)行設(shè)計(jì)，以形成良好的視覺(jué)效果。在建筑物室內(nèi)使用裝飾材料主要是為了美化室內(nèi)環(huán)境，比如地毯、地板和瓷磚等，同時(shí)可以帶來(lái)一定的舒適性[7]。

目前有一種用于建筑工程的高性能天然纖維復(fù)合材料，它采用抗拉強(qiáng)度大的竹纖維和麻纖維等為原料而制成，具有綠色環(huán)保、成本低、吸濕性好等特性，在地板和天花板等家居裝修方面的應(yīng)用率高。

2 建筑用紡織材料存在的問(wèn)題、發(fā)展趨勢(shì)和解決策略

紡織材料應(yīng)用在建筑領(lǐng)域，具有一些優(yōu)于傳統(tǒng)建筑材料的性能特點(diǎn)，但在其使用和生產(chǎn)過(guò)程中也存在一些問(wèn)題，使建筑用紡織材料在我國(guó)的推廣與應(yīng)用過(guò)程中遇到了許多困難，建筑用紡織材料的發(fā)展步伐緩慢。同時(shí)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的快速提高，對(duì)建筑業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，使建筑用紡織材料得到了更多關(guān)注，相關(guān)研究投入了更多的人力和物力，創(chuàng)新研發(fā)力度不斷加大，建筑用紡織材料的發(fā)展前景一片光明。

2.1 存在的問(wèn)題

在我國(guó)起步較晚的建筑用紡織材料，其發(fā)展速度也比較慢，而且在建筑材料領(lǐng)域所占的比例較?。划?dāng)前的建筑用紡織材料大多由聚酯長(zhǎng)絲或短纖維構(gòu)成[8]，而我國(guó)的聚酯工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀使得建筑用紡織材料的配套生產(chǎn)技術(shù)不能跟上，不能完全滿足建筑工程的需求；建筑用隔聲隔熱材料在我國(guó)處于起步階段，在其生產(chǎn)車間內(nèi)，噪聲大，溫度也不易控制；新產(chǎn)品研發(fā)能力不足，我國(guó)紡織材料在資源優(yōu)勢(shì)方面的競(jìng)爭(zhēng)力逐漸下降。

2.2 發(fā)展趨勢(shì)和解決策略

當(dāng)今，城市快速化帶動(dòng)建筑工程較大規(guī)模地發(fā)展，給建筑用紡織材料的發(fā)展帶來(lái)了很多機(jī)遇和關(guān)注，建筑用紡織材料的前景非常廣闊。但是，隨著社會(huì)現(xiàn)代化步伐的不斷加快，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，這在很大程度上影響了建筑用紡織材料的發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)合當(dāng)前的大環(huán)境，建筑用紡織材料的主要發(fā)展方向是綠色環(huán)保、節(jié)約資源及傳統(tǒng)和創(chuàng)新相結(jié)合。新型建筑用紡織材料如纖維涂層材料、智能水泥、纖維基混凝土及碳纖維房屋結(jié)構(gòu)等，在發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)推廣和應(yīng)用，紡織材料在環(huán)保、節(jié)能的智能建筑工程中發(fā)揮了相當(dāng)大的作用。新型紡織材料不能完全取代傳統(tǒng)紡織材料，但在建筑用紡織材料的未來(lái)發(fā)展中，新型紡織材料將成為重要的一個(gè)部分。今后，要加大建筑用紡織材料的研發(fā)力度，在傳統(tǒng)紡織材料的基礎(chǔ)上，使其具有更多功能，而且更多樣、更美觀。然而，如果僅僅依靠自主研發(fā)，我國(guó)的建筑用紡織材料可能難以持續(xù)發(fā)展，因此要適時(shí)引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)并借鑒他們的有益經(jīng)驗(yàn)。

2.2.1 保證資源，引進(jìn)技術(shù)

我國(guó)聚酯工業(yè)的起步較晚，使得建筑行業(yè)對(duì)建筑用紡織材料當(dāng)前的需求量得不到滿足。我國(guó)需要引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的生產(chǎn)工藝技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備裝置，與我國(guó)現(xiàn)有的生產(chǎn)條件相結(jié)合，做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，達(dá)到最優(yōu)的效果，也要注重生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和車間環(huán)境的改善，使其能夠滿足建筑業(yè)對(duì)建筑用紡織材料的需求，能夠提高紡織材料的產(chǎn)量并且保證其質(zhì)量，同時(shí)減少能耗。

2.2.2 開(kāi)發(fā)新型天然纖維

新型天然纖維綠色環(huán)保，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，而且對(duì)人體沒(méi)有化學(xué)損傷，甚至有些天然纖維具有保健功效，同時(shí)節(jié)約石油等能源，減輕相關(guān)企業(yè)在節(jié)能環(huán)保方面的生產(chǎn)壓力，具有廣闊的市場(chǎng)前景。高性能天然纖維中，玄武巖纖維的抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)3 800 MPa、最高使用溫度可達(dá)982 ℃[9]。它源于天然巖石，使用后可以回歸到自然界，不會(huì)污染環(huán)境。由于玄武巖纖維具有耐高溫性能，可廣泛用于防火材料和增強(qiáng)材料。紡織材料的創(chuàng)新發(fā)展對(duì)紡織業(yè)及建筑業(yè)都有重要影響，加大新型天然纖維的研發(fā)力度，提高我國(guó)國(guó)產(chǎn)紡織材料的資源優(yōu)勢(shì)[10]。

3 結(jié)語(yǔ)

建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展推動(dòng)了建筑用紡織材料的應(yīng)用，也促進(jìn)其不斷創(chuàng)新，紡織材料與建筑工程結(jié)合，不僅提高了建筑材料的性能，對(duì)環(huán)境保護(hù)也具有重要意義。建筑用紡織材料是一項(xiàng)值得不斷開(kāi)發(fā)與研究的工程。