ETFE (Ethylenetetrafluoethylene) 是乙烯-四氟乙烯共聚物, 既具有类似聚四氟乙烯的优良性能, 又具有类似聚乙烯的易加工性能, 还有耐溶剂和耐辐射的性能, 于上世纪七十年代初在美国开始研究, 1974年、1976年分别在美国、日本投产。目前仅德国、美国、日本等国少数几个公司可生产ETFE膜材, 而具有ETFE膜材加工制作、安装能力的公司更少。

ETFE膜材是继PVC (Polyviny Chloride聚氯乙烯) 膜材、PTFE (Polytetrafluoethylene聚四氟乙烯) 膜材之后用于建筑结构的第三大类产品, 已在国外一些体育场馆、温室中得到百富策略白菜网。P V C膜材是在聚酯织物基层上涂覆PVC, PTFE膜材是在玻璃纤维上涂覆PTFE涂层, 而ETFE膜材没有织物或玻纤基层, 但是大家仍把它归到膜材这一类别中。

我国膜结构建筑的设计、施工起步较晚, 目前大量膜工程采用P V C膜材, 偶然有P T F E膜材, 还没有采用ETFE膜材的, 但是ETFE膜材将是我国2008年奥运场馆建设的热门材料。

ETFE膜材具有以下优点:

(1) 具有较好的抗断裂、抗撕裂强度;

(2) 长度方向和垂直方向的强度比较平衡;

(3) 很好的抗自然老化能力, 十年以上的抗自然测试表明它在力学、光学性能上没有什么改变;

(4) 透光率高, 可大于9 5%;

(5) 膜材均匀性好;

(6) 表面张力低, 自洁性好, 防尘, 抗风雨;

(7) 很好的抗化学能力, 能在特殊环境下使用, 能抵抗多数的酸和碱;

(8) 抵抗温度变化, 能直接暴露于-200℃~+150℃的温度中;

(9) 阻燃性好, 绝缘性能好;

(10) 抗冰雹冲击, 抗磨损性能好, 对飞沙、沙漠室外适用;

E T F E膜材有很好的加工性能。

(1) 焊接:膜材能用专用热合机热合;

(2) 缝制:由于有很好的抗撕裂性能, 该膜材能用抵抗环境变化的线缝制;

一般充气膜由2层、3层及3层以上ETFE构成, 层与层之间充气。通过风机与可变形管网与气垫相连, 功率仅需1 0 0 W左右。E T F E膜材的伸长率达200%~300%, 在20Mpa以前材料是弹性的。多层充气的E T F E膜最外层应力最大, 也最厚, 一般为0.2 m m左右, 最内层应力稍小, 一般0.15mm, 中间各层不受力, 可以小于等于0.05mm。ETFE膜材单片最大可达2 5 m×3.5m, 而玻璃最大只能是4m×2 m。

ETFE膜材热合时留有1.5~2.3 m m宽的空隙, 并加工成大于30°的V形坡口, 热合部位附近需要打磨, 再用一条无边带热合到一起。热合时温度控制在2 5 0℃~4 0 0℃ (不同品牌的膜材温度有所不同) , 气流控制在50~60L/min, 一般热合压力10N, 速度10~15cm/min。热合时应注意安全, 操作人员可能会吸入降解材料, 产生类似流行性感冒的症状如发烧。热合装置包括温度传感器、热合机、气流测量仪、风机、能遮住眼睛的全套面具等。

表1给出了某种品牌E T F E膜材的主要物理特性。

E T F E膜材在国外建筑结构中的百富策略白菜网

ETFE膜材的百富策略白菜网范围很广。比如体育休闲 (体育馆、体育场、健身中心、休闲中心等) 、旅游和中转 (候机厅、车站站台、公园等) 、艺术文化 (剧场、博览馆、音乐厅、雕塑等) 、经济与商业 (展览馆、污水厂、温室、广告牌等) 。下面简单介绍一下国外已有的ETFE膜结构建筑:

英国莱切斯特国家空间科学中心 (NSSC) (图1) 建于2001年, 4 1 m高的火箭发射塔外面采用ETFE膜材覆盖, ETFE膜材共2 000m2。部分膜结构表面可以开启以便把火箭和卫星运入展览区。

英国伊甸园 (Eden Project) (图2) 位于英格兰西南部康沃尔郡圣奥斯特尔附近一座废弃的粘土矿区, 耗资8 700万英镑, 于2001年3月正式对公众开放。该全球最大温室由4座穹顶状建筑连接组成, 其骨架是钢管构成的一个个六角形, 上面覆盖着由E T F E制成的透明膜。膜材厚5 0~2 5 0 u m, 共3层, 用200~750Pa的气压充气。如果采用玻璃作为屋顶材料, 下部就需要3倍的钢结构来支撑, 而E T F E膜材的重量只有同等厚度玻璃板的1%, 制造时的能耗也大大降低。E T F E膜材使用寿命长达2 5年, 它透光绝缘, 层与层之间充有空气, 所以有非常好的保暖隔热作用。

西班牙马德里的V i s t a Alegre (图3) 建于2001年, 是集斗牛、剧院等多功能体育场, 屋顶采用双层膜结构, 是当时世界最大的膜结构建筑。直径50m, 膜面积达5 000m 2, 最高点两层膜之间距离1 2 m, 外层采用PVC膜材, 内层采用ETFE膜材。使用年限30年, 前20年可不必维修。E T F E膜材的自重仅为玻璃板的1%, 却能承受多达400倍自重的荷载, 该屋顶还可以在2min内自动开启。

加拿大温哥华1 9 8 6年世博会的Ontario大帐篷 (图4) 由3 437m 2的透明膜材组成, 结构由1 7个按半径排列的张拉整体拱支撑。

Netherlands阿姆斯特丹的Villa Arena购物中心 (图5) , 采用3 890m2的ETFE膜材, 获得IFAI2001年杰出成就奖。

德国Duisburg的Giraffe house动物园 (图6) 位于德国Duisburg, 采用了ETFE膜材, 共500m2。

德国巴伐利亚Chiemsee湖上的Prienavera公共游泳场屋顶 (图7) 采用ETFE膜材, 透光性可以根据膜材进行调节, 其透光率在5 0%到9 6%之间, 又能阻挡冰雹, 非常适合人们在此游泳休闲。光滑的表面使之自洁性很好。E T F E膜材具有阻燃性, 一旦融化会自动熄灭火焰。使用年限一般超过2 0年。

日本Yacht俱乐部Resort中心 (图8) , 位于Nansei, ETFE膜500m2, 由14个双层充气ETFE膜组成, 最长17m, 能承受200km/h的台风。其它一些工程实例如图9~图1 7所示。

Zurich动物园的Masoala雨林下部结构为曲拱桁架, 3层E T F E膜屋顶1 1 4 0 0 m2, 立面3 200m2, 屋顶的三层膜最外层0.2mm, 中间0.1mm, 内层0.18mm, 自重810 g/m2;立面的三层膜最外层0.2 m m, 中间0.1 m m, 内层0.15mm, 自重760 g/m2, 透光率94%。, 应力52N/mm2。5 4个气垫每个4 m×5 2 m。

E T F E膜材在我国的百富策略白菜网发展前景

国家体育场最终的“鸟巢”方案 (图23) 是由瑞士赫尔佐格与德梅隆公司与中国建筑设计研究院合作完成的, 体育场直径分别为300m和500m。在形似一个巨大鸟巢的双层钢结构外层网格之间填充保温隔热的半透明双层充气E T F E膜, 内层再填充单层P T F E膜材。这也将是我国第一个采用E T F E膜材的建筑。

国家游泳中心 (图24) 方案由中国建筑工程总公司、澳大利亚P T W公司、澳大利亚A R U P公司组成的联合体设计, 体现了“水立方”的理念。整体外观是方形的, 由很多五边形构成的多棱体组合在一起构成主要的承重结构, 外面覆盖透明的ETFE膜材。

目前我国膜材的生产还处于初级阶段。由于受到化工技术和机械、电子制造水平的限制, 我们生产的品种还很少, 产量也不大。国外 (美国、德国、法国和日本等) 许多国家生产的膜材品种多、技术含量高。国内现有的膜结构建筑用膜材, 绝大多数依赖进口。2 0 0 8年奥运场馆及相关设施的建设, 为我国新型建筑材料的研发、百富策略白菜网, 提供了机遇也提出了挑战。