乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE膜材在建筑领域的应用

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乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE膜材在建筑领域的应用

发布时间：

2022-09-24 14:59

来源：

ETFE是乙烯-四氟乙烯共聚物，于20世纪70年代在美国开始被研究，1974年、1976年分别在美国、日本投产。

ETFE膜材是继PVC(聚氯乙烯)膜材、PTFE(聚四氟乙烯)膜材之后用于建筑结构的第三大类产品，因其自身所具有的特点，很快成为建筑行业的一枝独秀。

ETFE主要性能

ETFE树脂的基本性能

ETFE在保持了PTFE良好的耐热、耐化学性能和电绝缘性能的同时，耐辐射和力学性能有很大程度的改善，各种力学性能达到了较好的平衡———抗撕拉极强、抗张强度高、中等硬度、出色的抗冲击能力、伸缩寿命长。

ETFE的拉伸强度可达到50MPa，接近聚四氟乙烯的2倍。ETFE在常温下张拉应力在20MPa以下时，呈完全弹性介质，张拉模量达800～1000MPa;当张拉应力在25MPa附近会出现屈服点，此后进入塑性强化阶段，直至断裂;ETFE的断裂伸长率达300%以上。ETFE与其他氟塑料性能对比如表1所示。

ETFE膜材的性能

ETFE膜材的厚度通常小于0.20mm，随着厚度的增加，膜材将更硬更脆，难以加工。ETFE膜材具有极佳的抗老化能力，使用寿命至少为25～35年。通常是一种透明膜材，也可以做成白色，根据需要在透明或白色膜材上印制各种图案，可调节进入建筑物内的光线。

ETFE是阻燃材料，达到B1、DIN4102防火等级标准，燃烧时也不会滴落。且该膜质量很轻，每平方米只有0.15～0.35kg，该特点使其即使在由于烟、火引起的膜融化情况下也具有相当的优势。

ETFE还通过了几项严格的抗燃测试，如IEEE383，并获得UL94V－0等级，对大多数化学物质的物理属性影响小，对普通气体和水气的渗透性低。

ETFE膜材具有极佳的自洁性能，其特有的抗粘着表面使其具有高抗污、易清洗的特点，通常雨水即可清除主要污垢，几乎不需要日常保养，清洁周期大约为5年。

ETFE膜作为结晶性高聚物，熔点为256～280℃，工作温度范围为-200～150℃，在超低温时仍坚硬非凡，其脆化温度低至-100℃。同时具有极好的稳定性和气候适应性，在恶劣气候条件下15年以上的力学和光学性能没有改变。在多冰雹地区，即使玻璃屋面被砸碎，ETFE膜材屋面也仅留下一些小小的凹痕。

ETFE绝缘强度高，介电常数为2.6，电阻率高，耗散因数低，仅为0.003，其低介电常数在频率和温度变化的情况下基本恒定。

ETFE膜的透光率可高达95%，号称“软玻璃”，且质量轻，只有同等大小玻璃的1%。该材料不阻挡紫外线等光的透射，以保证建筑内部自然光线。通过表面印刷，该材料的半透明度可进一步降低到50%。根据几何条件及膜的层数，其K值(传热系数)可高达2.0W/(m2·K)，以一个3层印刷的膜为例，耗能指数可达到0.77。

ETFE膜材具有良好的抗撕裂性能、柔韧性和可加工性，可以热熔成颗粒状并重新整合，ETFE膜为可再循环利用材料，再次利用生产新的膜材料，或分离杂质后生产其他ETFE产品。建筑用透明材料的性能比较如表2所示。

应用情况

目前世界上有能力生产与加工ETFE膜材的厂家较少，仅德国、美国、日本等少数几家公司可生产ETFE膜材，而具有ETFE膜材加工制作、安装能力的厂家则更少。

ETFE膜材在国外有30多年的应用历史，由于其极好的透光性能，特别适合建造需人工模拟自然环境的建筑，如植物园以及运动场馆等。荷兰的Arnhiem动物园、英国的Hampshire网球与健身俱乐部、英国的伊甸园、德国的“MobyDick”游泳池、瑞士苏黎世的Masoala雨林等建筑均采用ETFE膜。

在过去10年中，中国的许多城市都在筹划建设新的体育设施。由于其重量很轻的优点，膜结构往往被采用。

建筑结构使用的膜材料首选要求是具有较高强重比的材料，能有效提高建筑本身的效率，降低建筑的自重荷载和地震载荷等与建筑自重关联的载荷效应，一般以气枕或张拉膜的形式用于建筑中。

ETFE薄膜气枕有相对较大的跨度，可以在支撑结构之间填充较大的空间，从而为整个建筑结构节约质量。由于气枕可以向支撑结构单向传递荷载，所以方形气枕的长度甚至可以更长。通过使用多层膜系统或张拉单层系统，在一个构件上同时获得几种建筑功能(例如，传递载荷、隔热、吸收噪声、保湿、照明等)。

ETFE薄膜气枕中的气压和气枕的形状能随着外部载荷的改变而改变，所以本身是一种自适用结构。

图1为英国新千年应典工程之一的“伊甸园”，有“世界第八大奇观”之美誉。

图1 英国伊甸园

图2为2008年北京奥运会国家游泳中心“水立方”，它就采用了ETFE膜。

图2 水立方国家游泳中心

图3为杭州西湖附近的“烨兴－杭州银泰广场ETFE膜结构景观雨棚”，它的面积为2585m2。

图3 烨兴－杭州银泰广场景观雨棚

图4为广西贵港“烨兴－贵港高铁站广场ETFE膜结构雨棚”，使用德国进口蓝色ETFE膜材，采用前卫的ETFE充气膜结构建筑形式，搭配酷炫的LED炫彩灯光效果，目的是给广大旅客打造一个具有视觉冲击力的车站景观，同时又有实用的遮阳挡雨功能。

图4 烨兴－贵港高铁站广场雨棚

随着经济的高速增长，各种建筑场馆平地而起，对建筑材料的要求也越来越高，这给了ETFE薄膜材料用武之地，其作为幕墙或屋面材料已经在全世界100多项工程中得到了应用。

从多年来国内外的实践经验来看，由于新材料、新形式的不断出现，膜结构具有强大的生命力，必将是21世纪建筑结构发展的主流。而ETFE建筑膜材以其优良的材料特性，必将成为市场的主流膜材，其发展前景可观，市场潜力巨大，面临着良好的发展契机。

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