新型功能面料材料:ETFE膜和PTFE膜

新型功能面料材料:ETFE膜和PTFE膜

ETFE 化學名稱乙烯-四氟乙烯共聚物，是一種含氟高分子熱塑型材料，是人工高強度氟聚合物，ETFE膜材直接由材料成膜。ETFE膜材具有良好的耐久性、易潔性和穩定性，是一種典型的非織物類膜材，為目前國際上最先進的薄膜材料。國家體育場選用的是0.25毫米厚、無色透明帶印刷點的ETFE 膜材。PTFE膜化學名稱聚四氟乙烯，是種化學惰性材料，是以玻璃纖維為基材形成PTFE膜材。PTFE也具有優良的耐久性、易潔性和穩定性。國家體育場選用的PTFE膜材根據位置的不同，為吊頂區域的吸聲膜材和內環立面的防水膜材。經測試，ETFE膜材和PTFE膜材的防火性能均可達到B1級，為難燃材料。

1. PTFE膜材的特點

（1）PTFE膜材的最大特點是強度高，中等強度的PTFE 膜厚度僅0.8mm，但它的拉伸強度已達到鋼材的水平；而且彈性模量較低，有利于膜材形成復雜的曲面造型；

（2）使用溫度范圍廣，能夠在-70℃～230℃的溫度范圍內使用；

（3）具有獨特的光學性能，白天入射光線成為自然溫射光，防止眩目，無陰影，光線均勻分布；幾乎沒有紫外線透過，防止了內部裝飾材料和設備的褪色；夜間高反射性能使得房間具有卓越的照明效果，減少電能消耗，而且可襯托出夜空中建筑物的輝煌；

（4）自潔性好，雨水可沖刷掉表面的附著物；

（5）具有高透光率，透光率為13%，對熱能反射率73%，熱吸收量很少；

（6）使用壽命在25年以上。

2. ETFE膜材的特點

        “ETFE”是英文Ethylene Tetra Fluoro Ethylene的縮寫，中文名稱為乙烯－四氟乙烯共聚物。ETFE膜材具有較高的抗拉強度、抗沖擊強度及抗撕裂能力。ETFE膜材的厚度通常在0.05～0.25mm。隨著厚度的增加，膜材的硬度將增加，同時也更脆，增大了加工難度。ETFE材料的典型用法是，將兩層或三層膜材“焊接”在一起，運送到工地。然后充氣使它們膨脹成氣枕。

（1）由氟塑料制造的，它也可和織物膜材一樣施加預拉力；

（2）抗溫度變化，能直接暴露于-200℃—150℃的溫度中；

（3）ETFE 膜的透光率可高達95%。該材料不阻擋紫外線等光的透射，以保證建筑內部自然光線。通過表面印刷，該材料的半透明度可進一步降低到50%；

（4）特有抗粘著表面使其具有高抗污，易清洗的特點，通常雨水即可清除主要污垢；

（5）ETFE膜達到B1、DIN4102防火等級標準，燃燒時也不會滴落。厚度通常為0.05mm～0.25mm，且該膜質量很輕，每平方米只有0.15kg～0.35kg。這種特點使其即使在由于煙、火引起的膜融化情況下也具有相當的優勢；

（6）ETFE膜完全為可再循環利用材料，可再次利用生產新的膜材料，或者分離雜質后生產其它ETFE產品；

（7）耐腐蝕特性，同時又有對金屬特有的較強粘著特性，克服了聚四氟乙烯對金屬的不粘合性缺陷，加之其平均線膨脹系數接近碳鋼的線膨脹系數，使ETFE（F-40）成為和金屬的理想復合材料，具有極優良的耐負壓特性；

（8）ETFE膜使用壽命至少為25～35年，是用于永久性多層可移動屋頂結構的理想材料；

（9）通常以氣墊的形式應用于建筑中，氣墊的經濟跨度一般在3~5 m。通過鋼結構、鋁合金結構或索網可以將多個氣墊連接在一起組成大覆蓋空間。就每一個氣墊而言，都是一個充氣結構；而就整個結構而言，每一個氣墊單元又相當于圍護結構。需要不斷的監控和補充氣壓。

        相比來說，ETFE膜比PTFE膜具有更高的透光度和更好的抗化學能力，能抵抗多數的酸和堿；ETFE膜抗自然老化能力強并較好的加工性及機械性，由于ETFE膜是直接由塑料成膜，沒有基材，所以其抗拉強度、抗撕裂強度不如PTFE膜，而且一次性投資高，使用過程中維護費用高，對銳利的物體抵抗能力差。

3.膜材應用情況

        目前世界上有能力生產與加工ETFE膜材的廠家較少，僅德國、美國、日本等國少數幾個公司可生產ETFE膜材，而具有ETFE膜材加工制作、安裝能力的公司更少。ETFE膜材在國外已有20多年的應用歷史。由于其極好的透光性能，特別適合建造需人工模擬自然環境的建筑如植物園以及運動場館等。如荷蘭Arnhiem動物園、英國的Hampshire網球與健身俱樂部、英國的伊甸園、德國的“Moby Dick”游泳池、瑞士蘇黎世的Masoala雨林等建筑均采用ETFE膜。

        纖織物涂層PTFE建筑膜材是在20世紀70年代初期以美國杜邦、康寧玻纖公司為主的幾家公司和設計單位聯合開發研制的。1973年首次將這種建筑膜材應用于美國加利福尼亞大學拉維恩學院的學生活動中心的屋頂上。該建筑在使用了20多年后。經跟蹤檢測其PTFE建筑膜材質基本如初。

        目前，PTFE膜材應用范圍已比較廣泛，包括各類體育建筑、展覽建筑、機場建筑及設施、海濱娛樂休閑建筑及設施等。國際頂級場館有日本的東京穹頂、亞特蘭大的佐治亞穹頂、英國的千年穹頂、韓國的漢城體育場等等。國內也在大量興起：如上海八萬人體育館、上海F1賽車館等。生產這種建筑膜材的國外廠家很多，如德國Mehler公司日本TaiyoKogyo公司、中興化成工業株式會社、美國Chemfab公司，他們都有比較成熟的制備技術。目前國內公司也投入研制生產，但目前國內膜結構公司大多數都是高價從國外購買此種建筑膜材進行膜結構的建設。

        在我國，1997年之前，只建造了少量的小型與中型的膜結構，同年在上海舉行的第七屆全國運動會，PTFE膜結構被用在主體育場的看臺挑篷，總面積達36100m²。這是中國第一次將膜材制成的屋頂用在大面積的永久性建筑上，具有深遠的影響。自此以后，PTFE膜材在我國陸續有應用，如上海新國際展覽中心、廣州花都新國際機場候機廳，以及各地方大量新建的中小建筑中也在廣泛的應用。鳥巢工程采用了53000m²的PTFE膜結構。由于受到技術水平的限制，ETFE膜材在我國的應用相對滯后很多，國家游泳中心“水立方”和國家體育場“鳥巢”使用ETFE膜結構建筑材料還是ETFE膜材在我國的首次大面積應用。

        總的來講，膜結構及材料具有強大的生命力和市場，它將成為21世紀新型建筑工程材料、紡織服裝面料和環保材料等新的經濟增長點。目前，我國膜材的生產和應用還處于初級階段。由于受到化工技術和機械、電子制造水平的限制，我們生產的品種還很少，產量也不大。國外許多國家生產的膜材品種多、技術含量高。國內現有的膜結構建筑用膜材絕大多數依賴進口。“水立方”所使用的建筑膜材料和技術則全部是引進國外的產品和施工設計。

        概括起來，我國與國外發達國家在新型膜材料的應用上的差距體現在：

1）缺少性能優異的膜材的生產技術

        膜結構只有在材料問題得到解決之后才得以大量推廣應用，因此關鍵問題是要提供滿足功能要求、耐久性好與經濟的膜材。目前，我國只有少數廠家可以生產建筑用PTFE和ETFE膜材，而且其性能較國外產品還有較大差距。隨著PTFE和ETFE膜材在鳥巢和“水立方”工程中的應用，我國的膜材市場需求會不斷擴大，這會激勵我國的膜材生產企業加大投入，革新技術，促進膜材生產技術的快速發展。

2）缺少膜材加工及施工技術

        膜材加工及施工技術是制約我國膜材應用的又一瓶頸。現在，大面積應用膜材的工程中，基本都是采用國外的技術，我國還缺乏獨立完成膜材設計和施工的經驗。

        不過，ETFE膜材在“水立方”、和“鳥巢”工程中的應用促進了《國家游泳中心膜結構技術及施工質量驗收標準》、《國家體育場ETFE膜結構施工質量驗收標準》和《國家體育場PTFE膜結構施工質量驗收標準》有關ETFE膜技術及施工的項目標準的出臺，為今后我國提高膜材加工及施工技術打下了很好的基礎。

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