塑料材料在建筑工程設計中的應用

羅淞

摘要：現代科技的發展對各行各業的要求越來越高，尤其是從事建筑設計這一職業，市場日新月異的變化材料的更新也是考驗設計師的創新和應變能力。本文作者通過對塑料建材特性的分析，以及在相關建筑項目上的運用，來進一步認識這種新興材料在當代建筑中的重要性。

關鍵詞：塑料建材；建筑；水立方

中圖分類號：TU532 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2017）05-02-02

前言

在建筑裝飾材料的族系中，塑料制品材料是新興的一員，近年來塑料材料成為最普遍和最流行的建材之一，市場上出現了各種類型的塑料以及相關復合型材料。面對如今提倡創新，開拓發展的設計大環境之下，新興材料的運用顯得十分重要。塑料是目前在我們身邊無處不在的一種物質，在我們的日常生活中和建筑環境中隨處可見，并且逐步成為了不可或缺的關鍵性建筑材料。與玻璃相比，塑料更具有可塑性，顏色和形狀具有多樣性，重量更輕，生產成本更低，這些屬性都為近代建筑師們帶來很大的啟發作用。以下是對塑料的定義進行簡單的分類。

1塑料的定義與分類

塑料是由高分子鏈中的碳和氫元素組成的有機合成化合物組成的，他們是有各種合成或天然原料經過化學反應而形成的，可通過高溫和壓力作用進行塑形，塑料是聚合物這個“大家族”的一份子，并由重復單元的長分子構成，工業聚合物有聚乙烯、聚苯乙烯、滌綸、尼龍和聚四氟乙烯。

塑料大致可分為兩類：熱塑性塑料和熱固體性塑料，熱塑性塑料加熱時變成液體，可以被塑形和鑄造，冷卻后邊的堅硬和透明。相反，熱固性塑料通過加熱、化學反應或者輻射固化后，是不逆轉的。常見的塑料材料有如下幾種：

1.1聚碳酸酯，是一種熱塑性聚合物，具有良好的耐沖擊性聚碳酸西言是一種熱塑性聚合物，具有良好的耐沖擊性，密度在1200和1260千克，立方米之間。如今它已廣泛作為玻璃的替代品用于建筑中。聚碳酸酯首先在20世紀50年代產生，由于表面硬度及絕緣性能和抵制大氣惡劣環境佳而著稱。此外材料還具有高度透明度，且外表美觀，使得它們適用于安全帽和安全玻璃。較為經典的是阿姆斯特朗和阿爾德林在1969年登月時所帶的頭盔就是由聚碳酸酯做成的。其有點是透明，阻燃，可回收利用，是良好的熱絕緣體。聚碳酸酯相對于玻璃，密度較低，實用性更好。

1.2聚氯乙烯，最早是在1838年由英國科學家維克多·妮奧制造出來，在1912年才實現材料的工業化生產，聚氯乙烯中含有碳、氯、和氫原子，部分提取物來自石油原油和鹽。從化學角度來分析，此種材料是惰性的，無毒的，對火災以及惡劣天氣有抵抗作用，具有防滲和良好的隔熱效果，同時對電、聲音都有很好的隔絕作用，透明度高，易于加工，通過擠壓、注塑、碾壓、熱成型、壓力處理等完全可以進行回收再利用。由于它是一種熱塑性材料，可以輕易的加熱并且重新塑形，經冷卻可恢復其原有特性，同時保持新的形狀。聚氯乙烯被廣泛應用于建筑施工，在管材、門窗、百葉窗等方面都有應用。

1.3玻璃纖維增強塑料

玻璃纖維強化塑料（GRP），上世紀1930年開始大規模投入使用，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，或稱謂玻璃鋼，由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。質輕而硬，不導電，性能穩定，機械強度高，回收利用少，耐腐蝕。可以代替鋼材制造機器零件和汽車、船舶外殼等，在建筑上的應用多表現在管道，戶外桌椅，雕塑，雨棚，外墻裝飾掛件等。

1.4聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。被美譽為“塑料之王”。它是由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物，其具有優良的化學穩定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化耐力。除液氟與熔融金屬鈉外，能抵御大多數化學藥品的腐蝕，能在+250℃至-180℃的溫度下穩定存在。另外此種材料具有環保特征，屬于無毒材料，用作工程塑料，可制成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等。

2由塑料衍生的常用建材產品

2.1高壓裝飾防火膠板，俗稱密度板，是在高溫高壓下產生的纖維狀物質，層層疊加組合，具體成分為80%的木材，20%的聚氯乙烯，由一個透明的保護層組成，通常為密胺樹脂，而核心部分的耐沖擊性則來自高密纖維聚合材料。此種材料近年來受建筑設計師的青睞，作為持久而新穎的內飾面，承受了較好的耐磨，抗壓考驗，且易于被安裝，后期維護便捷，在顏色和樣式上可以變化出多種形式供市場選擇，被廣泛應用于水平和垂直面的裝飾，同時也帶動了軟裝與家具業的革新。

2.2亞克力復合板，一般形態為內部多孔透明的芯材，外部為丙烯酸層材料附著。其特點為重量輕，硬度大，透明或半透明，可以輕易加工成各種圖案形狀。在內裝頂面墻面飾面材料中有大量應用，另外多孔透明芯材，可以創造局部的透明度，根據不同的視角，其外層可以使光線的透光率變化，形成變換的色彩和光影。基于這一特性，很多外墻發光裝飾材料用其作為外層封邊和飾面材料。

2.3塑膠板，塑膠是由三元乙丙復合材料構成，這些材料通過使用水性聚氨酯聚合物結合在一起，生產過程很環保，用水量低，產品的揮發性有機物排放量較低，且能夠循環使用。其成分兼具了耐磨性與耐腐蝕性，在生產的過程中還可以加入其它帶顏色的復合原料，來調配出美麗的圖案和形狀，使得產品兼具實用性和裝飾性。

3塑料建材在建筑工程上的運用

國家游泳中心又稱“水立方”（Water Cube），位于北京奧林匹克公園內，是北京為2008年夏季奧運會修建的主游泳館，也是2008年北京奧運會標志性建筑物之一，其魔幻的外表面膜結構材料采用了ETFE材料，此材料主要成為就是四氟乙烯聚合物，ETFE材料通常被制作成雙層或者多層氣泡或氣墊的形式，結合結構形成建筑外墻，可塑性強，可以被后期加工成圓形、方形、多邊形。多個小單元鏈接層一個群體填充特性空間。應用在水立方建筑工程時充分的體現了此種材料的各種特性。

3.1其具有優越的透光性：ETFE材料通常為無色透明，可以加工成其他顏色，也可以印制各種圖案，0.20mm的薄膜材料單層透光率可達95%，白色的透光率也可以達到55%左右，配以不同的顏色或者圖案，可以調節建筑的室內光線。“水立方”夢幻般的藍色來自外面ETFE薄膜，因為彎曲的表面配合材料特有的分子結構，能夠折射陽光，使整個建筑的表面看起來像是陽光下晶瑩的水滴。而如果置身于“水立方”內部，感覺則會更奇妙，進到“水立方”里面，會產生如置身在水下的光影幻覺。

3.2良好的自潔性：作為外墻材料日常清潔尤為重要，ETFE薄膜由于其特有的分子結構，膜結構表面基本上不沾灰塵。除了遇上沙塵暴等極端天氣，一般情況下，自然降水足以使之清潔如新。

3.3久經考驗的耐候性：ETFE材料具有耐腐蝕，抗氧化的特征，水立方表面采用的類型可以滿足25年以上的使用年限，此材料的穩定溫度在150-零下200度之間，完全能適應北方的夏季酷熱和冬季嚴寒。建筑實踐證明，在惡劣環境下ETFE材料能夠保持15年以上穩定的力學和光學性能。其抗撕裂和耐磨性能也凸顯了塑料材質在建筑上的完美表現。

4結束語

綜上分析可以得知，隨著時代的飛速進步，材料科學的不斷更新，塑料建材在行業發展中的作用必將做出更大的貢獻，針對此類型材料的研發與更新將致力于更廣的領域，解決更多的實際技術問題，未來的塑料建材必將更加先進，對材料的創新應用也必將成為未來工程設計過程中必須遵循的趨勢。