CN109504302B

CN109504302B - 一种建筑幕墙的安全防护膜及其制备方法

Info

Publication number: CN109504302B
Application number: CN201811324100.4A
Authority: CN
Inventors: 谭明权; 姜学鹏; 柯华丽
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: CN109504302A

Abstract

本发明属于建筑幕墙安全防护技术领域，公开了一种建筑幕墙的安全防护膜及其制备方法，安全防护传感层贴装在柔性基底层的正面，胶层粘贴到柔性基底层的背面，安全防护膜通过胶层粘贴到建筑幕墙结构的表面，安全防护传感层包括检测元件、导线，检测元件和导线构成惠斯通电桥，惠斯通电桥的输入端和输出端通过导线引出。本发明解决了现有技术中难以对幕墙进行实时监控，幕墙破碎容易散落的问题。

Description

一种建筑幕墙的安全防护膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑幕墙安全防护技术领域，尤其涉及一种建筑幕墙的安全防护膜及其制备方法。

背景技术

建筑幕墙是融建筑技术、建筑功能、建筑艺术于一体的建筑外围护结构，是当今建筑物的高级外装修。它以其独特的色彩与光影、多变的造型，吸引了业主和建筑师，采用干挂安装，更换方便，给设计运用提供了更灵活的外立面设计解决方案，广泛应用于多层和高层建筑中。

但是在幕墙的安装施工、正常使用、拆除更换等过程中，都存在一定的安全风险。特别是，在安装施工过程中，由于其技术复杂程度较高，经常会发生幕墙板体脱落的现象，破碎的幕墙板体碎片不仅清理不便，而且飞溅出去的碎片可能会伤到人体。此外，建筑安全管理人员难以及时发现幕墙发生破损或者裂纹的趋势，从而不能及时更换。

发明内容

本申请实施例通过提供一种建筑幕墙的安全防护膜及其制备方法，解决了现有技术中难以对幕墙进行实时监控，幕墙破碎容易散落的问题。

本申请实施例提供一种建筑幕墙的安全防护膜，包括：胶层、柔性基底层、安全防护传感层；

所述安全防护传感层贴装在所述柔性基底层的正面，所述胶层粘贴到所述柔性基底层的背面，安全防护膜通过所述胶层粘贴到建筑幕墙结构的表面；

所述安全防护传感层包括检测元件、导线，所述检测元件和所述导线构成惠斯通电桥；所述惠斯通电桥的输入端和输出端通过所述导线引出。

优选的，所述检测元件包括柔性应变传感器、电阻，所述柔性应变传感器采用敏感栅结构，所述敏感栅结构的材料选用康铜。

优选的，所述导线采用柔性印刷的方式制成，所述导线的材料选用导电银浆。

优选的，所述柔性基底层选用PET。

优选的，所述胶层选用UV胶或环氧树脂胶。

另一方面，本申请实施例提供一种建筑幕墙的安全防护膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、在柔性基底层上印制导线，并预留出贴装检测元件的位置；

S2、将检测元件贴装在所述柔性基底层的正面，构成惠斯通电桥，所述惠斯通电桥的输入端和输出端通过导线引出；

S3、在柔性基底层的背面粘贴胶层，所述胶层用于粘贴到建筑幕墙结构的表面。

优选的，所述检测元件包括柔性应变传感器、电阻，所述柔性应变传感器的制备包括以下步骤：

(1)在硅片上旋涂PMMA材料作为牺牲层；

(2)在所述牺牲层上旋涂聚酰亚胺溶液作为PI层；

(3)通过光刻技术，在所述PI层上制备出敏感栅图案；

(4)通过磁控溅射沉积康铜薄膜；

(5)将样品放入丙酮溶剂中进行超声震荡，溶解掉多余的光刻胶，得到康铜材料的敏感栅结构；

(6)对样品进行退火处理；

(7)将样品放入丙酮溶液中溶解掉所述牺牲层，完成所述PI层与所述硅片的脱离，得到所述柔性应变传感器。

优选的，所述柔性基底层选用PET。

优选的，所述胶层选用UV胶或环氧树脂胶。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，提供的安全防护膜包括胶层、柔性基底层、安全防护传感层；安全防护传感层贴装在柔性基底层的正面，胶层粘贴到柔性基底层的背面，安全防护膜通过胶层粘贴到建筑幕墙结构的表面。其中，安全防护传感层包括检测元件、导线，检测元件和导线构成惠斯通电桥，惠斯通电桥的输入端和输出端通过导线引出。因此，通过安全防护传感层上的惠斯通电桥能够对幕墙结构进行二十四小时的安全监测，一旦幕墙有发生破损或者裂纹的趋势，应力应变的集中会导致惠斯通电桥的输出电压发生显著改变，建筑安全管理人员就能提早判断存在安全隐患的建筑幕墙，从而提早进行更换。另一方面，由于安全突发事件，或者安管人员的疏忽，或者传感检测电路部分故障，导致幕墙碎裂破损时，带有胶层的安全防护膜能起到防爆的作用，将幕墙破碎的碎片粘结在胶层上，而不会四处飞散甚至伤人。此外，带有胶层的、采用柔性基底层的安全防护膜能够非常简单方便地贴附于玻璃、陶板、金属板、石板等材料的幕墙结构表面，安装简单，成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种建筑幕墙的安全防护膜的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种建筑幕墙的安全防护膜按图1中的A-A方向剖视的分层结构图；

图3为本发明实施例提供的一种建筑幕墙的安全防护膜中安全防护传感层的测量电路图；

图4为本发明实施例提供的一种建筑幕墙的安全防护膜中柔性应变传感器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种建筑幕墙的安全防护膜中柔性应变传感器的制备工艺步骤图；

图6为本发明实施例提供的一种建筑幕墙的安全防护膜的整体制备与安装的流程图。

其中，1-柔性基底层、2-安全防护传感层、3-胶层、4-建筑幕墙结构；

21-检测元件、22-互联导线、23-引线接口。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供了一种建筑幕墙的安全防护膜，如图1、图2所示，包括柔性基底层1、安全防护传感层2、胶层3；所述安全防护传感层2贴装在所述柔性基底层1的正面，所述胶层3粘贴到所述柔性基底层1的背面，安全防护膜通过所述胶层3粘贴到建筑幕墙结构4的表面。

所述柔性基底层1选用PET材料，所述胶层3的材料选用UV胶或者环氧树脂胶。

其中，所述安全防护传感层2包括检测元件21、导线，所述检测元件21和所述导线构成惠斯通电桥；所述惠斯通电桥的输入端和输出端通过所述导线引出。所述检测元件21包括柔性应变传感器和标准的电阻。所述导线根据作用可以分为连接导线、互联导线22和引线接口23；所述导线的材料选用导电银浆。

所述连接导线用于将所制备的柔性应变传感器与标准电阻连接起来构成惠斯通电桥监测电路，根据建筑幕墙的面积可设置多个惠斯通电桥，多个惠斯通电桥之间通过所述互联导线22连通。具体的，当布置多个惠斯通电桥的时候，惠斯通电桥相互之间通过所述互联导线22连接成并联结构，所有惠斯通电桥的输入端并联到一起，通过靠近边缘头尾位置的一个惠斯通电桥的输入端连接到所述引线接口23上，所述引线接口23再与程控电源相连。对应的，所有惠斯通电桥的输出端并联到一起，通过靠近边缘头尾位置的一个惠斯通电桥的输出端连接到所述引线接口23上，所述引线接口23再与采集系统相连。即通过所述输入端连接电压源，所述输出端连接采集与显示设备，方便安管人员对建筑幕墙的安全情况进行实时掌握。

具体的，所述柔性基底层1为柔性聚氨酯基底，是安全防护膜的基底材料，在所述柔性基底层1的正面制备有能对建筑幕墙内应力进行安全监测与防护的所述安全防护传感层2(主要为传感器监测电桥)，所述柔性基底层1的背面通过所述胶层3与建筑幕墙结构4直接相连。所述柔性基底层1的厚度超薄(例如可为30μm)，透明度高，能非常方便地贴装在各种材质的幕墙表面，不会改变建筑的外立面设计的效果，更不会影响各种材料、各种结构的建筑幕墙的美观程度。

所述胶层3采用有机粘性材料，依附于所述柔性基底层1上，另一面用于粘贴到建筑幕墙结构4的表面，用于将安全防护膜非常方便地贴装在幕墙表面。所述胶层3也能起到防爆的作用，在建筑幕墙发生破碎时，防止幕墙板体的碎片四处乱飞造成清理不便，甚至伤人等情况出现。

所述安全防护传感层2主要包括传感器检测电路，传感器检测电路由检测元件21、导线组成，其中，所述检测元件21包括柔性应变传感器、电阻。采用柔性电子技术制备出所述柔性应变传感器，所述柔性应变传感器采用敏感栅结构，贴装固定后，其电阻变化对应变非常敏感。通过卷到卷技术，通过印刷的方式，在大面积的所述柔性基底层1上印刷出所述导线的结构，将各部分检测元件连接起来，构成一个完整的测量与安全防护电路。然后通过各向异性导电胶贴装的方式，构成惠斯通电桥测量电路，将所述柔性应变传感器由建筑幕墙结构内应变引起的电阻变化转变为电压输出，输出信号传到后续的采集显示端，以便及时地通知相关安管人员，从而能起到对建筑幕墙进行二十四小时的安全防护作用。

图3为惠斯通电桥的示意图，其中，R₁为所述柔性应变传感器，R₂、R₃、R₄为标准电阻，四者组成的惠斯通电桥构成安全防护监测电路，在惠斯通电桥的输入端加上输入电压，那么输出端的电压变化就对应反映所述柔性传感器的电阻变化，进一步的，对应到建筑幕墙的内部应力与应变的变化。所以，当建筑幕墙有安全隐患时，其内部应力应变就会集中变化，直至破碎，这时，所述柔性应变传感器感知到同样的应变，其电阻就会发生明显变化，从而传感器安全防护监测电桥的电压输出就会有明显改变，这样安管人员就能第一时间知道哪一块建筑幕墙存在安全隐患和破碎风险，从而第一时间对幕墙进行拆除和更换。例如，在一块面积较大的幕墙上布置四个惠斯通电桥，覆盖这块幕墙整个监测区域，当这块幕墙有裂纹或者受到冲击等隐患时，四个惠斯通电桥的电压输出都会发生变化，但是越靠近裂纹或者冲击点的惠斯通电桥，其变化越明显。多个电桥组合起来，不仅能实现监测，还能实现大致定位。

图4为所述柔性应变传感器的结构图，即图3中R₁部分的结构图。敏感材料选用康铜，是一种铜镍合金，由55％的铜和45％镍(Cu55Ni45)所组成，其特点是不易随温度变化而改变其性质，且电阻率高，具有低的电阻率温度系数和中等电阻率(电阻率为0.48μΩ·m)。在结构上，所述柔性应变传感器采用Z字形敏感栅结构，圆弧过渡区域宽度选为栅宽的3.5倍，能极大地减小所述柔性应变传感器的横向效应，能将应变变化放大为数十倍的电阻变化，能更为灵敏的感受到基底传导而来的应变，从而转换为电阻变化。

另一方面，本实施例提供了一种建筑幕墙的安全防护膜的制备方法，主要包括以下步骤：

S1、通过卷到卷技术，在柔性基底层(柔性基底材料可选用PET，厚度可为30μm)上印制导线，并预留出贴装检测元件(包括柔性应变传感器和电阻等电子元器件)的位置；

S2、将检测元件(即制备好的柔性应变传感器和标准的电阻)通过各项异性导电胶，贴装在已经制备好导线电路的所述柔性基底层的正面，构成惠斯通电桥，所述惠斯通电桥的输入端和输出端通过导线引出(例如引到柔性基底层的角落)，方便后续的信号的采集、处理与显示；

S3、在柔性基底层的背面粘贴胶层，方便安全防护膜直接粘贴到建筑幕墙结构的表面。

其中，所述柔性应变传感器的制备方法如图5所示，包括以下步骤：

(1)在硅片上旋涂PMMA材料作为牺牲层，旋涂参数为3000r/min，45s，固化坚膜温度为180℃，3min。

(2)在PMMA上旋涂PI前驱体(聚酰亚胺溶液)，旋涂参数为1500r/min，60s，固化坚膜温度为150℃，5min，亚胺化温度为230℃，3h，作为所制备的柔性应变传感器的柔性基底。

(3)通过光刻技术，在样品片的PI层上制备出应变传感器的敏感栅图案，光刻胶选用AZ5214，热板95℃固化60s，15mJ/cm2，显影时间45s。

(4)通过磁控溅射沉积康铜薄膜，溅射功率为80W，20min。

(5)将样品放到丙酮溶剂中，可以适当进行超声震荡，溶解掉多余的光刻胶，即得到康铜材料的敏感栅结构。

(6)样品在180℃下退火45min，

(7)将样品放到丙酮溶液中，60℃水浴加热，溶解掉PMMA牺牲层，完成PI层与硅片的脱离，即完成所述柔性应变传感器的制备。

如图6所示，安全防护膜的整体制备与安装流程包括：利用柔性卷到卷技术在大面积的柔性聚氨酯基底上通过印刷打印的方式制备出柔性导线，即为柔性电路；在硅片上，通过MEMS技术制备出灵敏度高、稳定性好的柔性应变传感器；将柔性应变传感器和电阻等电子元器件用导电胶贴装到已经制备好柔性电路的柔性基底层(例如具体为聚氨酯基底)上预留的地方，构成惠斯通电桥监测防护电路；在柔性基底层的背面涂上胶层，即制备出安全防护膜。将安全防护膜直接贴装在建筑幕墙的表面，引出线分别连上输入电源和输出采集端，就可以对建筑幕墙的安全状态进行实时监测，其是否有裂纹，是否有安全隐患，安管人员在输出端上可以第一时间知道这些信息。

本发明实施例提供的一种建筑幕墙的安全防护膜及其制备方法至少包括如下技术效果：

本发明提供的带有胶层的、以柔性聚氨酯材质为基底的安全防护膜，能够非常简单方便地贴附于玻璃、陶板、金属板、石板等材料的幕墙结构表面，安装简单，成本低廉。安全防护膜上的柔性应变传感器能够对幕墙结构进行二十四小时的安全监测，一旦幕墙有发生破损或者裂纹的趋势，应力应变的集中会导致安全防护膜上的柔性应变传感器的电阻发生显著变化，通过惠斯通电桥之后的电压输出就会随之发生显著改变，建筑安全管理人员就能提早判断存在安全隐患的建筑幕墙，从而提早进行更换。能在幕墙的结构设计与改进、幕墙的安装与施工、正常使用、幕墙的更换与拆除等过程中，对幕墙结构的安全进行全方位的防护，从而把风险程度降到最低。另一方面，由于安全突发事件，或者安管人员的疏忽，或者传感检测电路部分故障，导致幕墙碎裂破损时，带有胶层的柔性建筑幕墙安全防护膜能起到防爆的作用，将幕墙破碎的碎片粘结在胶层上，而不会四处飞散甚至伤人。此外，本发明所设计的建筑幕墙安全防护膜采用的是柔性透明的聚氨酯基底材料，厚度超薄，透明度极高，贴装在各种材质的幕墙表面，不会改变建筑的外立面设计的效果，更不会影响各种材料、各种结构的建筑幕墙的美观程度。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种建筑幕墙的安全防护膜，其特征在于，包括：胶层、柔性基底层、安全防护传感层；

所述安全防护传感层包括检测元件、导线，所述检测元件包括柔性应变传感器、电阻，所述检测元件和所述导线构成惠斯通电桥；所述惠斯通电桥的输入端和输出端通过所述导线引出；根据建筑幕墙的面积设置多个惠斯通电桥，多个惠斯通电桥之间通过互联导线连通。

2.根据权利要求1所述的建筑幕墙的安全防护膜，其特征在于，所述柔性应变传感器采用敏感栅结构，所述敏感栅结构的材料选用康铜。

3.根据权利要求1所述的建筑幕墙的安全防护膜，其特征在于，所述导线采用柔性印刷的方式制成，所述导线的材料选用导电银浆。

4.根据权利要求1所述的建筑幕墙的安全防护膜，其特征在于，所述柔性基底层选用PET。

5.根据权利要求1所述的建筑幕墙的安全防护膜，其特征在于，所述胶层选用UV胶或环氧树脂胶。

6.一种建筑幕墙的安全防护膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2、将检测元件贴装在所述柔性基底层的正面，构成惠斯通电桥，所述惠斯通电桥的输入端和输出端通过导线引出；根据建筑幕墙的面积设置多个惠斯通电桥，多个惠斯通电桥之间通过互联导线连通；所述检测元件包括柔性应变传感器、电阻；

7.根据权利要求6所述的建筑幕墙的安全防护膜的制备方法，其特征在于，所述检测元件包括柔性应变传感器、电阻，所述柔性应变传感器的制备包括以下步骤：

（1）在硅片上旋涂PMMA材料作为牺牲层；

（2）在所述牺牲层上旋涂聚酰亚胺溶液作为PI层；

（3）通过光刻技术，在所述PI层上制备出敏感栅图案；

（4）通过磁控溅射沉积康铜薄膜；

（5）将样品放入丙酮溶剂中进行超声震荡，溶解掉多余的光刻胶，得到康铜材料的敏感栅结构；

（6）对样品进行退火处理；

（7）将样品放入丙酮溶液中溶解掉所述牺牲层，完成所述PI层与所述硅片的脱离，得到所述柔性应变传感器。

8.根据权利要求6所述的建筑幕墙的安全防护膜的制备方法，其特征在于，所述柔性基底层选用PET。

9.根据权利要求6所述的建筑幕墙的安全防护膜的制备方法，其特征在于，所述胶层选用UV胶或环氧树脂胶。

10.根据权利要求6所述的建筑幕墙的安全防护膜的制备方法，其特征在于，所述导线采用柔性印刷的方式制成，所述导线的材料选用导电银浆。