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研究生:忻鼎立
研究生(外文):Hsin, Tin-Li
論文名稱:透溼防水型玻璃纖維布膜之製作與性質研究
論文名稱(外文):The Process and Property Analysis of Water-Vapor Permeable and Liquid-Water Impermeable Membranes on Glass Fiber Woven
指導教授:邢文灝
指導教授(外文):Hsing, Wen-Hao
口試委員:嚴建國陳錦江
口試委員(外文):Yen, Chien-KuoChen, Jieng-Chiang
口試日期:2014-07-01
學位類別:碩士
校院名稱:中國文化大學
系所名稱:化學工程與材料工程學系奈米材料碩士班
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:布膜透濕防水微多孔PUPTFE玻璃纖維
外文關鍵詞:membranewater-vapor permeable and liquid-water impermeablemicroporousPUPTFEglass fiber
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建築用布膜產品具高附加價值,為現今布膜產品發展之主要方向,具有良好透光性、高比強度、低潛變、自潔性、搭建快速等優點。本研究朝節能減碳之訴求進行研議,構想使膜結構建築內之空調用電降低,增進環保效益。選擇使用玻璃纖維梭織布為基布進行加工製作,三明治結構之方式於兩層玻璃纖維布間貼合微多孔PU,賦予整體布膜透濕防水性質。上下兩層玻璃纖維梭織布則負責主要之物理強度,並於最外層噴塗PTFE樹脂,達封裝效果與其基本自潔性能。
PTFE/玻璃纖維梭織布以70g/min二段式噴塗,240℃成形擁有本研究最佳疏水與界面附著性質,接觸角可達124°且持續10min無變化。相較30g/min之樣本初始接觸角提升50.06%,10sec即完全濕潤;相較50g/min之樣本初始接觸角上升6.05%,31sec即完全濕潤。噴塗重為24.7 g/m2。
玻纖/微多孔PU/玻纖之三明治結構,以三刀式300μm複合加工具本研究最佳之透濕防水性能。水壓值為3080mmH2O,相較一刀式300μm提高約300.16%;透濕度為834.7 g/m2.24hrs,降低約25.41%。整體厚度平均約695μm;膜厚平均為120.54μm;平均整體布重為820.7g/m2;平均塗佈重為143.1g/m2,孔隙寬度分佈在20~60μm,平均為32.98 μm。
透濕防水型玻璃纖維布膜,使用70g/min二段式噴塗,240℃成形之PTFE/玻璃纖維梭織布,並以三刀式300μm複合加工,具最佳透濕防水與疏水自潔性能。水壓值為3830 mmH2O,相較無噴塗PTFE之三刀式300μm複合三明治結構樣本提高約24.35%。透濕度降至495.1 g/m2.24hrs,減少40.69%。整體厚度平均約701μm;膜厚平均為150.07μm;孔隙寬度分佈在30~70μm,平均為50.61 μm。平均整體布重為845.1 g/m2;塗佈重與噴塗重之加總平均為167.5g/m2。

Membrane is a soft and flexible material, use a viscosity polymer coating on the outside or infiltrating the interface of textile. The architectural membrane has excellent value promote the development of this product. It’s characteristic include light transmittance、specific strength、low creep、self-clean、build fast. This study will work on the trend of energy and carbon reduces, decrease the air-conditioning electricity in membrane structure. This product was sandwich structure by glass fiber woven / micro-porous PU / glass fiber woven to obtain the property of water-vapor permeable and liquid-water impermeable. The glass fiber woven provide mechanical properties used PTFE to package it and to make self-clean.
The PTFE / glass fiber woven spray with two-stage of 70g/min, heat treatment at 240℃ have optimal property of hydrophobic and interface adhesion. The contact angle is 124° and not changes after 10 min, increase 50.06% than sample under 30g/min spray rate, wetting on 10sec; increase 6.05% than sample of 50g/min,complete wetting on 31sec. The weight of spray is 24.7 g/m2
The glass fiber / micro-porous PU / glass sandwich structure composite which with three-stage-coating with 300μm have well water-vapor permeable and liquid-water impermeable. The pressure values is 3080 mmH2O, increase 300.16% than sample of 30g/min; the water-vapor permeable is 834.7 g/m2.24hrs, decrease 300.16%. The average totally thickness is 695μm; Thickness of micro-porous PU is 120.54μm. Totally weight is 820.7g/m2; weight of micro-porous PU is 143.1g/m2. Width of porous between of 20-60 um, average is 32.98 um.
The water-vapor permeable and liquid-water impermeable membranes spray by twogstage of 70g/min, forming at 240℃ and composite which with three-stage-coating with 300μm have significant property in this paper. The pressure values is 3830mmH2O, increase 24.35% than composite by three-stage-coating with 300μm used glass fiber woven unsprayed PTFE. The water-vapor permeable is 495.1 g/m2.24hrs, decrease 40.68% than composite by three-stage-coating with 300μm used glass fiber woven unsprayed PTFE . The totally thickness is 701μm; Thickness of micro-porous PU is 150.07μm. Totally weight is 845.1g/m2; weight of micro-porous PU and PTFE is 167.5g/m2. Width of porous is about of 30-70 um, average is 50.61 um.

目錄
謝誌 I
摘要 II
Abstract IV
圖目錄 X
表目錄 XV
第一章 緒論 1
1-1布膜材料定義 1
1-2建築用布膜 2
1-3產業應用現況與文獻回顧 8
1-4研究動機與目的 12
1-5研究方法與架構 13
第二章 理論 15
2-1固、液界面附著(Adhesive)性質 15
2-2微多孔透濕防水原理 19
2-3微多孔結構成形原理 19
2-4流體特性與均勻塗佈理論 20

2-4-1流體種類 20
2-4-2理想狀態之塗佈效應 21
2-4-3刮刀式塗佈之均勻度最佳化條件 22
第三章 實驗 26
3-1實驗材料 26
3-2儀器設備 27
3-3樣本規格與製作 27
3-3-1 PTFE/玻璃纖維梭織布製作 27
3-3-2玻纖/微多孔PU/玻纖三明治結構布膜製作 28
3-4實驗流程 31
實驗流程(1) PTFE噴塗 31
實驗流程(2-1) 一刀式塗佈貼合 32
實驗流程(2-2) 二刀式塗佈貼合 33
實驗流程(2-3) 三刀式塗佈貼合 34
3-5實驗步驟 35
3-5-1 PTFE噴塗加工 35
3-5-2三明治結構貼合加工 35
3-5-3透濕防水型玻璃纖維布膜製程加工 36
3-6測試與分析項目 36
第四章 結果與討論 40
4-1 PTFE噴塗加工 40
4-1-1不同噴塗吐出量對PTFE接觸角之影響 41
4-1-2不同噴塗吐出量對PTFE外觀成形性之影響 43
4-1-3不同成形溫度對PTFE接觸角之影響 50
4-1-4不同成形溫度對PTFE外觀成形性之影響 51
4-2三明治結構複合加工 55
4-2-1一刀式複合加工之微多孔PU成孔性分析 56
4-2-2一刀式複合加工之透濕防水性能探討 65
4-2-3二刀式複合加工之微多孔PU成孔性分析 67
4-2-4二刀式複合加工之透濕防水性能探討 74
4-2-5三刀式複合加工之微多孔PU成孔性分析 76
4-2-6三刀式複合加工之透濕防水性能探討 82
4-3透濕防水型玻璃纖維布膜製程加工 84
4-3-1接觸角差異性探討 84
4-3-2透濕防水性能差異性探討 87
4-3-3拉伸斷裂與剝離強力測試 91
第五章 結論 94
附錄 97
參考文獻 105

圖目錄
圖1布膜結構示意 1
圖2-1開放式膜結構-希臘卡萊斯卡基奧運體育館 2
圖2-2封閉式膜結構-美國路易斯安那超級巨蛋 3
圖3氣撐式膜結構架設示意 4
圖4懸吊系統膜結構示意 4
圖5骨架系統膜結構示意 5
圖6 結構型態與搭建構造之隸屬關係 6
圖7 封閉式膜結構-美國La Veme大學體育館(2012年) 10
圖8 開放式膜結構-日本新瀉大天鵝體育場 10
圖9 封閉式膜結構-日本東京巨蛋 10
圖10封閉式膜結構-台灣桃園巨蛋 11
圖11封閉式膜結構-台灣大學體育館 11
圖12 開放式膜結構-台灣員林演藝廳 11
圖13 三明治結構之透濕防水型玻璃纖維布膜截面 14
圖14 固、液界面接觸角示意 (a) 疏水現象 (b) 親水現象 15
圖15 固、液界面接觸角示意 - Young-Dupre 16
圖16 Wenzel's model 17
圖17 Cassie–Baxter model 18
圖18 微多孔透濕防水運作原理示意 19
圖19 微多孔結構成形示意 20
圖20 流體型態分類 20
圖21 塗佈刀頭型態 24
圖22 三明治結構複合方式 29
圖23 不同噴塗吐出量對PTFE/玻璃纖維梭織布之接觸角影響 42
圖24-1 125°接觸角之投影外觀 42
圖24-2 125°接觸角之攝影外觀 43
圖25 70g/min,240℃,15min接觸角曲線(10min) 43
圖26-1 30g/min,240℃,15min SEM外觀(250倍) 44
圖26-2 30g/min,240℃,15min SEM外觀(1500倍) 45
圖27 30g/min,240℃,15min 之奈米結構外觀(15000倍) 45
圖28-1 50g/min,240℃,15min SEM外觀(250倍) 46
圖28-2 50g/min,240℃,15min SEM外觀(1500倍) 47
圖29 50g/min,240℃,15min 之奈米結構外觀(15000倍) 47
圖30-1 70g/min,240℃,15min SEM外觀(250倍) 49
圖30-2 70g/min,240℃,15min SEM外觀(1500倍) 49
圖31 70g/min,240℃,15min 之奈米結構外觀(15000倍) 50
圖32不同成型溫度對PTFE/玻璃纖維梭織布之接觸角影響 51
圖33-1 70g/min,200℃,15min SEM外觀(250倍) 52
圖33-2 70g/min,200℃,15min SEM外觀(1500倍) 52
圖34 70g/min,200℃,15min 之奈米結構外觀(15000倍) 53
圖35-1 70g/min,160℃,15min SEM外觀(250倍) 54
圖35-2 70g/min,160℃,15min SEM外觀(1500倍) 54
圖36 70g/min,160℃,15min 之奈米結構外觀(15000倍) 55
圖37-1 一刀式300μm複合三明治結構截面外觀(50倍) 58
圖37-2 一刀式300μm複合三明治結構截面外觀(110倍) 58
圖38-1 一刀式300μm複合三明治結構之膜體無孔型態(350倍) 59
圖38-2 一刀式300μm複合三明治結構之膜體無孔型態(350倍) 59
圖39-1 一刀式300μm複合三明治結構之紗線交界處孔隙 60
圖39-2 一刀式300μm複合三明治結構之紗線疊合處孔隙 60
圖40 一刀式300μm複合三明治結構之紗束間樹脂形成微多孔結構 61
圖41-1 一刀式400μm複合三明治結構結構截面外觀(50倍) 62
圖41-2 一刀式400μm複合三明治結構結構截面外觀(110倍) 63
圖42 玻纖布滲膠情況,樹脂黏度(a)13K (b)17K (c)24K cP 63
圖43-1一刀式400μm複合三明治結構之膜體無孔型態(350倍) 64
圖43-2一刀式400μm複合三明治結構之膜體無孔型態(350倍) 64
圖44 微多孔PU之微孔結構(未進行複合) 65
圖45-1 一刀式複合加工之水壓法防水性 66
圖45-2 一刀式複合加工之透濕能力66 66
圖46-1二刀式300μm複合三明治結構截面外觀(50倍) 68
圖46-2二刀式300μm複合三明治結構截面外觀(110倍) 68
圖47-1二刀式300μm複合三明治結構之微多孔結構(350倍) 69
圖47-2二刀式300μm複合三明治結構之微多孔結構(450倍) 69
圖48-1二刀式300μm複合三明治結構之複合界面 70
圖48-1二刀式300μm複合三明治結構之複合界面(厚度) 70
圖49-1二刀式400μm複合三明治結構截面外觀(50倍) 72
圖49-2二刀式400μm複合三明治結構截面外觀(110倍) 72
圖50-1二刀式400μm複合三明治結構之微多孔結構(350倍) 73
圖50-2二刀式400μm複合三明治結構之微多孔結構(450倍) 73
圖51-1二刀式複合加工之水壓法防水性比較 75
圖51-2二刀式複合加工之透濕能力比較 75
圖52-1三刀式300μm複合三明治結構截面外觀(50倍) 77
圖52-2三刀式300μm複合三明治結構截面外觀(110倍) 77
圖53-1三刀式300μm複合三明治結構之微多孔結構(350倍) 78
圖53-2三刀式300μm複合三明治結構之微多孔結構(450倍) 78
圖54-1三刀式400μm複合三明治結構截面外觀(50倍) 80
圖54-2三刀式400μm複合三明治結構截面外觀(110倍) 80
圖55-1三刀式400μm複合三明治結構之微多孔結構(350倍) 81
圖55-2三刀式400μm複合三明治結構之微多孔結構(450倍) 81
圖56-1三刀式複合加工之水壓法防水性比較 83
圖56-2三刀式複合加工之透濕性能比較 84
圖57 PTFE成型溫度200、240℃對透濕防水型玻纖布膜之接觸角影響 86
圖58-1 PTFE成型溫度240℃之透濕防水型玻纖布膜側視外觀 86
圖58-2 PTFE成型溫度200℃之透濕防水型玻纖布膜側視外觀 87
圖59-1透濕防水型玻纖布膜之水壓法防水性比較 88
圖59-2透濕防水型玻纖布膜之透濕能力比較 89
圖60-1透濕防水型玻璃纖維布膜之截面外觀(50倍) 89
圖60-2透濕防水型玻璃纖維布膜之截面外觀(110倍) 90
圖61-1透濕防水型玻璃纖維布膜之微多孔結構(350倍) 90
圖61-2透濕防水型玻璃纖維布膜之微多孔結構(450倍) 91
圖62透濕防水型玻纖布膜之剝離強力波峰曲線 93

表目錄
表1建築用布膜一般性能要求(CNS15472, L4163) 8
表2透濕防水型玻璃纖維布膜之斷裂強力與伸長率 92
表3 PTFE/玻璃纖維梭織布-噴塗重 98
表4 PTFE/玻璃纖維梭織布-噴塗重增加量(改變吐出量) 98
表5 PTFE/玻璃纖維梭織布-噴塗重增加量(改變成形溫度) 99
表6 PTFE/玻璃纖維梭織布-接觸角 99
表7 玻纖/PU/玻纖三明治結構-規格 100
表8 玻纖/PU/玻纖三明治結構-膜厚增加量 101
表9 玻纖/PU/玻纖三明治結構-塗佈重增加量 102
表10 玻纖/PU/玻纖三明治結構-透濕防水性能 103
表11 玻纖/PU/玻纖三明治結構-耐水壓值增加量 103
表12 玻纖/PU/玻纖三明治結構-透濕度增加量 104
表13 透濕防水型玻璃纖維布膜一般性能規格 105

1 經濟部標準檢驗局,建築用布膜試驗法,CNS15472-L4163(2010)
2 歐字軒、鄭茂川,懸吊式膜結構行為分析與技術應用之研究,朝陽科技大學建築及都市設計研究所,台中市,台灣(2003)
3 財團法人紡織綜合研究所,膜紡織品產業鏈報告,紡織所IT IS計畫(2005)
4 芮祥鵬 ,高強力耐候建築用PTFE布膜製程研發3年計畫-高支數低經緯密玻纖網布製作,2012405G (2012)
5 陳岡宏,建築用膜紡織品的應用實例,紡織速報No.163,第14卷,第3期(2006)
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7 邱聯華,透濕防水型水性PU樹脂合成及透濕度之研究,紡織中心期刊,第9卷,第1期,74-81(1998)
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9 林中群,流體特性與均勻塗佈之間的關係,資商貿易有限公司,中華民國
10 劉大佼,塗布加工技術,科學發展,第418期,第62-67頁(2007)
11 機能性暨產業用紡織品認證與驗證評議委員會,建築結構用布膜驗證規範,FTTS-FP-115 (2007)
12 機能性暨產業用紡織品認證與驗證評議委員會,戶外廣告用布膜試驗方法之規範,FTTS-FP-131 (2009)
13 機能性暨產業用紡織品認證與驗證評議委員會,建築結構用布膜之耐用性驗證規範,FTTS-FP-123 (2007)
14 廖聆雯,結構布膜最新應用趨勢,紡織速報No.216,第18卷,第10期,65-69(2010)
15 方國華,從IFAI 2005看布膜紡織品發展現況,紡織速報No.163,第14卷,第5期,23-30(2006)
16 方國華,從IFAI 2007看布膜紡織品發展現況,紡織速報No.186,第16卷,第4期,45-47(2008)
17 李若華,陳冠宏,布膜紡織品之材料特性與測試方法紡織速報No.163,第14卷,第5期,45-47(2008)
18 黃進光,邱奕艎,奈米光觸媒陶瓷/塑膠複材應用於布膜塗層之研究,龍華科技大學工程技術研究所精密機械組,桃園,台灣
19 Chih-Feng Wang, Shih-Feng Chiou, Fu-Hsiang Ko, Cheng-Tung Chou, Han-Ching Lin, Chih-Feng Huang, Feng-Chih Chang, Fabrication of Biomimetic Super-Amphiphobic Surfaces Through Plasma Modi cation of Benzoxazine Films, interscience, 27, 333-337(2006)

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