乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE膜材在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

ETFE膜材是繼PVC(聚氯乙烯)膜材、PTFE(聚四氟乙烯)膜材之后用于建筑結(jié)構(gòu)的第三大類產(chǎn)品，因其自身所具有的特點(diǎn)，很快成為建筑行業(yè)的一枝獨(dú)秀?！綞TFE主要性能】ETFE樹(shù)脂的基本性能ETFE在保持了PTFE良好的耐熱、耐化學(xué)性能和電絕緣性能的同時(shí)，耐輻射和力學(xué)性能有很大程度的改善，各種力學(xué)性能達(dá)到了較好的平衡———抗撕拉極強(qiáng)、抗張強(qiáng)度高、中等硬度、出色的抗沖擊能力、伸縮壽命長(zhǎng)。

ETFE的拉伸強(qiáng)度可達(dá)到50MPa，接近聚四氟乙烯的2倍。ETFE在常溫下張拉應(yīng)力在20MPa以下時(shí)，呈完全彈性介質(zhì)，張拉模量達(dá)800～1000MPa;當(dāng)張拉應(yīng)力在25MPa附近會(huì)出現(xiàn)屈服點(diǎn)，此后進(jìn)入塑性強(qiáng)化階段，直至斷裂;ETFE的斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)300%以上。ETFE與其他氟塑料性能對(duì)比如表1所示。

表1ETFE與其他氟塑料性能對(duì)比ETFE膜材的性能ETFE膜材的厚度通常小于0.20mm，隨著厚度的增加，膜材將更硬更脆，難以加工。ETFE膜材具有極佳的抗老化能力，使用壽命至少為25～35年。通常是一種透明膜材，也可以做成白色，根據(jù)需要在透明或白色膜材上印制各種圖案，可調(diào)節(jié)進(jìn)入建筑物內(nèi)的光線。ETFE是阻燃材料，達(dá)到B1、DIN4102防火等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，燃燒時(shí)也不會(huì)滴落。且該膜質(zhì)量很輕，每平方米只有0.15～0.35kg，該特點(diǎn)使其即使在由于煙、火引起的膜融化情況下也具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。ETFE還通過(guò)了幾項(xiàng)嚴(yán)格的抗燃測(cè)試，如IEEE383，并獲得UL94V－0等級(jí)，對(duì)大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)的物理屬性影響小，對(duì)普通氣體和水氣的滲透性低。ETFE膜材具有極佳的自潔性能，其特有的抗粘著表面使其具有高抗污、易清洗的特點(diǎn)，通常雨水即可清除主要污垢，幾乎不需要日常保養(yǎng)，清潔周期大約為5年。ETFE膜作為結(jié)晶性高聚物，熔點(diǎn)為256～280℃，工作溫度范圍為-200～150℃，在超低溫時(shí)仍堅(jiān)硬非凡，其脆化溫度低至-100℃。同時(shí)具有極好的穩(wěn)定性和氣候適應(yīng)性，在惡劣氣候條件下15年以上的力學(xué)和光學(xué)性能沒(méi)有改變。在多冰雹地區(qū)，即使玻璃屋面被砸碎，ETFE膜材屋面也僅留下一些小小的凹痕。ETFE絕緣強(qiáng)度高，介電常數(shù)為2.6，電阻率高，耗散因數(shù)低，僅為0.003，其低介電常數(shù)在頻率和溫度變化的情況下基本恒定。ETFE膜的透光率可高達(dá)95%，號(hào)稱“軟玻璃”，且質(zhì)量輕，只有同等大小玻璃的1%。該材料不阻擋紫外線等光的透射，以保證建筑內(nèi)部自然光線。通過(guò)表面印刷，該材料的半透明度可進(jìn)一步降低到50%。根據(jù)幾何條件及膜的層數(shù)，其K值(傳熱系數(shù))可高達(dá)2.0W/(m2·K)，以一個(gè)3層印刷的膜為例，耗能指數(shù)可達(dá)到0.77。ETFE膜材具有良好的抗撕裂性能、柔韌性和可加工性，可以熱熔成顆粒狀并重新整合，ETFE膜為可再循環(huán)利用材料，再次利用生產(chǎn)新的膜材料，或分離雜質(zhì)后生產(chǎn)其他ETFE產(chǎn)品。建筑用透明材料的性能比較如表2所示。

表2建筑用透明材料的性能比較

【應(yīng)用情況】目前世界上有能力生產(chǎn)與加工ETFE膜材的廠家較少，僅德國(guó)、美國(guó)、日本等少數(shù)幾家公司可生產(chǎn)ETFE膜材，而具有ETFE膜材加工制作、安裝能力的廠家則更少。

ETFE膜材在國(guó)外有30多年的應(yīng)用歷史，由于其極好的透光性能，特別適合建造需人工模擬自然環(huán)境的建筑，如植物園以及運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館等。荷蘭的Arnhiem動(dòng)物園、英國(guó)的Hampshire網(wǎng)球與健身俱樂(lè)部、英國(guó)的伊甸園、德國(guó)的“MobyDick”游泳池、瑞士蘇黎世的Masoala雨林等建筑均采用ETFE膜。在過(guò)去10年中，中國(guó)的許多城市都在籌劃建設(shè)新的體育設(shè)施。由于其重量很輕的優(yōu)點(diǎn)，膜結(jié)構(gòu)往往被采用。

建筑結(jié)構(gòu)使用的膜材料首選要求是具有較高強(qiáng)重比的材料，能有效提高建筑本身的效率，降低建筑的自重荷載和地震載荷等與建筑自重關(guān)聯(lián)的載荷效應(yīng)，一般以氣枕或張拉膜的形式用于建筑中。ETFE薄膜氣枕有相對(duì)較大的跨度，可以在支撐結(jié)構(gòu)之間填充較大的空間，從而為整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)節(jié)約質(zhì)量。由于氣枕可以向支撐結(jié)構(gòu)單向傳遞荷載，所以方形氣枕的長(zhǎng)度甚至可以更長(zhǎng)。通過(guò)使用多層膜系統(tǒng)或張拉單層系統(tǒng)，在一個(gè)構(gòu)件上同時(shí)獲得幾種建筑功能(例如，傳遞載荷、隔熱、吸收噪聲、保濕、照明等)。ETFE薄膜氣枕中的氣壓和氣枕的形狀能隨著外部載荷的改變而改變，所以本身是一種自適用結(jié)構(gòu)。圖1為英國(guó)新千年應(yīng)典工程之一的“伊甸園”，有“世界第八大奇觀”之美譽(yù)。

圖1英國(guó)伊甸園圖2為2008年北京奧運(yùn)會(huì)國(guó)家游泳中心“水立方”，它就采用了ETFE膜。

圖2水立方國(guó)家游泳中心

圖3為杭州西湖附近的“燁興－杭州銀泰廣場(chǎng)ETFE膜結(jié)構(gòu)景觀雨棚”，它的面積為2585m2。

圖3燁興－杭州銀泰廣場(chǎng)景觀雨棚圖4為廣西貴港“燁興－貴港高鐵站廣場(chǎng)ETFE膜結(jié)構(gòu)雨棚”，使用德國(guó)進(jìn)口藍(lán)色ETFE膜材，采用前衛(wèi)的ETFE充氣膜結(jié)構(gòu)建筑形式，搭配酷炫的LED炫彩燈光效果，目的是給廣大旅客打造一個(gè)具有視覺(jué)沖擊力的車站景觀，同時(shí)又有實(shí)