ETFE薄膜材料在建筑中的应用

目前国际上在建筑使用膜结构时，多用的是PTFE 膜（聚四氟乙烯Poly tetra fluoro ethylene ptfe），这是一种纤维材料，优点是重量轻、强度高、柔韧性好、低维护、使用期限长，缺点是不透明。而ETFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物Ethyl tetra fluoro ethylene copolymer）不但具有这些优点，还是一种透明膜。

ETFE 膜材的厚度通常小于0.20mm，是一种透明膜材。ETFE 膜是透明建筑结构中品质优越的替代材料，使用寿命至少为25～35 年，是用于永久性多层可移动屋顶结构的理想材料。该膜材料多用于跨距为4m 的两层或三层充气支撑结构，也可根据特殊工程的几何和气候条件，增大膜跨距。膜长度以易安装为标准，一般为15～30m。小跨度的单层结构也可用较小规格。

已有研究表明，ETFE 膜在耐腐蚀、耐高低温、耐久性、抗老化、高阻燃性等方面具有优异的特性，其在实际工程应用中所表现出的优异性能使其具有更广阔的应用前景。

1、基本力学性能

ETFE 是一种坚韧的材料，各种机械性能达到较好的平衡—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（约为25-35年）。ETFE 是良好的电解质材料，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。其抗剪切机械强度高，耐低温冲击性能是现有氟塑料中最好的，从室温到﹣80℃都能够有较高的冲击强度，化学性能稳定，电绝缘性和耐辐照性能好。

另外，ETFE 还通过了几项严格的抗燃测试，如IEEE383，并获得UL94V-0 等级。ETFE 膜达到B1、DIN4102 防火等级标准，燃烧时也不会滴落。ETFE 膜质量很轻，每平方米只有0.15 ~0.35kg。

这种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 膜制成的屋面和墙体质量轻，只有同等大小的玻璃质量的1%；韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂，延展性大于400%。

2、耐高低温和透光性

ETFE 的使用温度范围较实用较广，恒定温度通常为-65℃到+150℃之间，在超低温时仍坚硬非凡，其脆化温度低至-100℃。ETFE 膜作为结晶性高聚物，熔点为256℃~280℃。燃烧时可自熄。

根据位置和表面印刷的情况，ETFE 膜的透光率可高达95%。该材料不阻挡紫外线等光的透射，为保证建筑内部自然光线。通过表面印刷处理，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 值可高达2.0W/（m2•K）。耗能指数以一个三层印刷的膜为例可达到0.77。

3、耐腐蚀性和耐候性

ETFE 耐化学腐蚀和耐候性除熔融的碱金属外，几乎不受任何化学试剂腐蚀。例如在浓硫酸、硝酸、盐酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性能均无变化，也几乎不溶于所有的溶剂，只在300℃以上稍溶于全烷烃（约0.1g／100g）。

ETFE 不吸潮，不燃，对氧、紫外线均极稳定，所以具有优异的耐候性。

4、高抗污和可再循环

摩擦系数极小，仅为聚乙烯的1／5，这是全氟碳表面的重要特征，抗黏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。由于其优秀品质，ETFE 膜几乎不需日常保养，清洁周期大约为5 年。可对其由于机械损坏的屋顶进行简单检查，并根据需要就地维修。同时也可检查通风系统，更换过滤装置。

ETFE 膜完全为可再循环利用材料，可再次利用生产新的膜材料，或者分离杂质后生产其他ETFE产品。

5、应用实例及前景

ETFE 膜材常做成气枕应用于膜结构中。

1、英国莱切斯特国家空间科学中心(NSSC)（图1）建于2001年，41m 高的火箭发射塔外面采用ETFE 膜材覆盖，ETFE 膜材共2000m²。部分膜结构表面可以开启以便把火箭和卫星运入展览区。

2、英国新千年庆典工程之一的“伊甸园”有“世界第八大奇观”之美誉。它由4 座穹顶状建筑连接组成的全球最大温室，上面覆盖着由ETFE 薄膜材料制成的透明盖板，其质量只有相同面积玻璃质量的1%，透明薄片可以回收利用，并具有良好的保温性。

3、西班牙马德里的V i s t aAlegre 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 000m²，最高点两层膜之间距离12m，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。

4、加拿大温哥华1986 年世博会的Ontario 大帐篷由3437m² 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。

5、Netherlands 阿姆斯特丹的Villa Arena 购物中心（图5），采用3890m² 的ETFE膜材，获得IFAI2001 年杰出成就奖。

6、日本Yacht 俱乐部Resort 中心，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。

7、2006 年德国世界杯主要赛场之一的慕尼黑安联体育场也使用了ETFE 气枕。体育场的表面由透明的菱形膜结构构成，在阳光下闪烁着微光，有种魔幻的视觉效果。球场的顶棚和外表采用的ETFE 膜，具有清洁、防火、隔热、防冻的功能，让场内一直保持350Pa 的大气压力。

8、在2008 年奥运会建筑设计上，ETFE 膜结构应用就得到完美的体现。北京奥运会的主体育场国家游泳中心—“水立方”，除了地面之外，外表都采用了膜结构——ETFE 材料，蓝色的表面出乎意料的柔软但又很充实。水立方的内外立面膜结构共由3 065 个气枕组成（其中最小的1～2m2，最大的达到70m2），覆盖面积达到10 万m2，展开面积达到26 万m2，是世界上规模最大的膜结构工程，也是唯一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑。ETFE 膜结构具有较强的隔热功能、易修补、轻巧、自洁性、自身就具有排水和排污的功能以及去湿和防雾功能，尤其是防结露功能对游泳运动尤其重要。

9、2008 年北京奥运会的另一主体育场国家体育场，屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构，即固定于钢结构上弦之间的透明的上层ETFE 膜和固定于钢结构下弦之下及内环侧壁的半透明的下层PTFE 声学吊顶。同样是利用了ETFE 膜结构具有较强的隔热功能、易修补、轻巧、自洁性、自身就具有排水和排污的功能。

膜结构建筑是21 世纪最具代表性的一种全新的建筑形式，至今已成为大跨度空间建筑的主要形式之一。它集建筑学、结构力学、精细化工、材料科学与计算机技术等为一体，建造出具有标志性的空间结构形式，它不仅体现出结构的力量美，还充分表现出建筑师的设想，享受大自然浪漫空间。随着大型体育馆、游客场所、候机大厅等的建设，ETFE 更突显自己的优势。但由于氟塑料薄膜加工过程极为复杂，制造难度极高，前生产这种膜材的公司很少。所以多年来氟塑料薄膜生产技术仅掌握在美国杜邦公司和日本旭硝子公司等少数几家公司手里。

本公司通过与国内外多家企业和科研机构合作，经过六年多的潜心研究，攻克了氟塑料成型设备和工艺难题。实现了全套氟塑料薄膜生产设备的国产化。并且拥有多项创新，拥有独立自主知识产权。目前已具备年产百吨氟塑料薄膜生产能力。