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ETFE膜结构建筑材料的介绍

2020-08-18 10:15:51

膜结构


:氟塑料是塑料的一个重要类别,通常人们认识氟塑料是从聚四氟乙烯(PTFE)以及聚偏氟乙烯(PVDF)开始的。为了改善PTFE的物理性能和加工性能差的缺陷,世界各地的科学家们作了大量的研究工作,美国杜邦公司和日本旭硝子株式会社先后于20世纪70年代起,研制开发出TEFZEL和COP系列的乙烯-四氟乙烯共聚物树脂产品。乙烯-四氟乙烯共聚物常简称为四氟乙烯(ETFE—ethyltetra fluoro ethylene,简称F40)。ETFE是目前为止强韧的氟塑料,在保持了PTFE良好的耐热、耐化学和电绝缘性能的同时,它的耐辐射、机械性能和加工性能有了很大程度的改善,特别是它和金属表面的附着力表现十分突出,这使氟塑料和钢紧衬的氟塑料旋转内衬工艺得以实现,常作为工业耐腐、耐磨产品使用。自上世纪九十年代开始,建筑师尼古拉斯·格林肖(NicholasGrimshaw )创新性地将ETFE膜大规模地应用于英国的伊甸园工程后,这种材料得到了许多建筑师的认同,它的建筑用途也日益增多起来。

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现生产的ETFE薄膜幅宽大可达2350mm,可通过裁剪、热熔焊接制成相应的规格及形状。理论上可以有各种颜色,现实中使用较多的未透明、白色、蓝色。
ETFE充气薄膜结构:充气薄膜结构是指在以高分子材料制成的薄膜制品中充入空气后形成的结构。我们常说的的充气膜结构一般指气承式膜结构(Air-supportedMembrane Structure),即是通过送风向建筑物内充气(常为室外气压的1.001~1.003倍),使室内外保持一定的压力差从而支撑覆盖膜体并保持其稳定的形状。另一种充气膜结构(Inflated Membrane Structure)根据其外观形式也称为气肋式、气囊式膜结构,即向单个膜构件内充气(常为室外气压的2~7倍),使其保持足够的内外压差。构件单个或组合在一起作为类似于梁、拱、平板等受力结构构件。这种结构对膜材自身的气密性要求很高,需不断地向膜构件内充气以保持必要的内压。多个弯曲为拱的管状气囊组合在一起形成一体化的展示空间△
用于建筑中的ETFE充气薄膜结构即属于气囊式(气肋式)膜结构,只不过大部分时候作为屋面或墙体的围护材料(表皮),与背后的龙骨形成类似于幕墙的系统,本身并不承担主体结构荷载。常见的充气塑料薄膜避震包装即是典型的充气膜结构△
ETFE薄膜墙屋面的优缺点:以ETFE薄膜制成屋面和墙体的优势在于:
①质轻高强——ETFE密度为1.73~1.77g/cm3,单位面积的ETFE薄膜的重量轻,只有同等面积玻璃质量的百分之1,这能够大幅度降低主体结构荷载,特别适合于大跨度结构。ETFE薄膜韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂,据测试0.2mm厚度的薄膜其拉伸强度可达到500 N/5cm,拉裂强度可达约1200 N/5cm,接近PTFE的两倍。ETFE薄膜的延展性大于百分之400。
②耐候性和耐化学腐蚀性强——其使用寿命据估计可以长达25~30年(由于法律方面的原因,一般厂家提供十年的保证期)。
③防火安性好——ETFE熔融温度高达200℃,并且不会自燃。
④可见光透过率高——ETFE薄膜可见光透过率高达百分之95、紫外线透过率高达百分之94(双层0.2mm厚度的透明薄膜),透明的ETFE薄膜作为一种充气后使用的材料,它可以通过丝网印刷镀点控制薄膜的透明度,对遮光度和透光性进行调节,有效地利用自然光;它可以通过控制充气量的多少甚至充入气体的种类来同时起到保温隔热、节省能源的作用。
⑤优异的自清洁功能——灰尘不易吸附在其表面,据称其清洁周期大约为5年。
⑥适应性好——ETFE薄膜几乎可以加工成任何尺寸和形状。
⑦ETFE薄膜可预制成薄膜气囊,在现场组装、充气,无湿作业,施工和维修方便。
⑧综合成本与传统的玻璃类墙屋面相比有着一定的竞争力。
当然,任何事物都有其两面性,ETFE薄膜墙屋面的缺点也是不容回避的:
①由于弹性大、无刚度,ETFE薄膜常制成气囊以成型,这就需要准备空压机器补气,耗费额外的固定投资及运营费用。
②任何强韧的材料如果太薄就经不起利器的划伤,虽然薄膜的修补并不复杂,但ETFE薄膜同样好避免设置于人体易于接触的范围内以减少损坏的几率。
③在现阶段由于产品生产及安装厂商少,整体系统的初始投资高,技术要求也相对较高。
ETFE充气薄膜结构应用实例:ETFE薄膜结构一般较为适用于对自然光有较高要求的体育场馆、植物园温室、建筑中庭等。赫尔佐格和德·梅隆设计的德国慕尼黑安联足球场作为世界闻名的拜仁慕尼黑队和慕尼黑1860队的主场,于2005年5月交付使用,整体覆盖了ETFE气囊的足球场成为至今为止令人激动的体育场馆之一,它也是ETFE气囊式构造的典范。
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