2016-12-17 17:21:02
ETFE薄膜：氟塑料是塑料的一個(gè)重要類(lèi)別，通常人們認(rèn)識(shí)氟塑料是從聚四氟乙烯（PTFE）以及聚偏氟乙烯（PVDF）開(kāi)始的。為了改善PTFE的物理性能和加工性能差的缺陷，世界各地的科學(xué)家們作了大量的研究工作，美國(guó)杜邦公司和日本旭硝子株式會(huì)社先后于20世紀(jì)70年代起，研制開(kāi)發(fā)出TEFZEL?和COP?系列的乙烯-四氟乙烯共聚物樹(shù)脂產(chǎn)品。乙烯-四氟乙烯共聚物常簡(jiǎn)稱(chēng)為四氟乙烯（ETFE—ethyltetra fluoro ethylene, 簡(jiǎn)稱(chēng)F40）。ETFE是目前為止最強(qiáng)韌的氟塑料，在保持了PTFE良好的耐熱、耐化學(xué)和電絕緣性能的同時(shí)，它的耐輻射、機(jī)械性能和加工性能有了很大程度的改善，特別是它和金屬表面的附著力表現(xiàn)十分突出，這使氟塑料和鋼緊襯的氟塑料旋轉(zhuǎn)內(nèi)襯工藝真正得以實(shí)現(xiàn)，常作為工業(yè)耐腐、耐磨產(chǎn)品使用。
表觀上看，ETFE薄膜和我們常見(jiàn)的用于包裝的塑料薄膜沒(méi)什么區(qū)別。
自上世紀(jì)九十年代開(kāi)始，建筑師尼古拉斯·格林肖（NicholasGrimshaw ）創(chuàng)新性地將ETFE膜大規(guī)模地應(yīng)用于英國(guó)的伊甸園工程后，這種材料得到了許多建筑師的認(rèn)同，它的建筑用途也日益增多起來(lái)。
現(xiàn)生產(chǎn)的ETFE薄膜幅寬最大可達(dá)2350mm，可通過(guò)裁剪、熱熔焊接制成相應(yīng)的規(guī)格及形狀。理論上可以有各種顏色，現(xiàn)實(shí)中使用較多的未透明、白色、藍(lán)色。
ETFE充氣薄膜結(jié)構(gòu)：充氣薄膜結(jié)構(gòu)是指在以高分子材料制成的薄膜制品中充入空氣后形成的結(jié)構(gòu)。我們常說(shuō)的的充氣膜結(jié)構(gòu)一般指氣承式膜結(jié)構(gòu)（Air-supportedMembrane Structure），即是通過(guò)送風(fēng)向建筑物內(nèi)充氣（常為室外氣壓的1.001～1.003倍），使室內(nèi)外保持一定的壓力差從而支撐覆蓋膜體并保持其穩(wěn)定的形狀。
常見(jiàn)用于體育場(chǎng)館的氣承式膜結(jié)構(gòu)（圖片來(lái)源于“建材U選”網(wǎng)）
另一種充氣膜結(jié)構(gòu)（Inflated Membrane Structure）根據(jù)其外觀形式也稱(chēng)為氣肋式、氣囊式膜結(jié)構(gòu)，即向單個(gè)膜構(gòu)件內(nèi)充氣（常為室外氣壓的2～7倍），使其保持足夠的內(nèi)外壓差。構(gòu)件單個(gè)或組合在一起作為類(lèi)似于梁、拱、平板等受力結(jié)構(gòu)構(gòu)件。這種結(jié)構(gòu)對(duì)膜材自身的氣密性要求很高，需不斷地向膜構(gòu)件內(nèi)充氣以保持必要的內(nèi)壓。
1970年日本大阪世博會(huì)富士館結(jié)構(gòu)模型——多個(gè)彎曲為拱的管狀氣囊組合在一起形成一體化的展示空間
用于建筑中的ETFE充氣薄膜結(jié)構(gòu)即屬于氣囊式（氣肋式）膜結(jié)構(gòu)，只不過(guò)大部分時(shí)候作為屋面或墻體的圍護(hù)材料（表皮），與背后的龍骨形成類(lèi)似于幕墻的系統(tǒng)，本身并不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)荷載。
常見(jiàn)的充氣塑料薄膜避震包裝即是典型的充氣膜結(jié)構(gòu)
ETFE薄膜墻屋面的優(yōu)缺點(diǎn)：以ETFE薄膜制成屋面和墻體的優(yōu)勢(shì)在于：
①質(zhì)輕高強(qiáng)——ETFE密度為1.73~1.77g/cm3，單位面積的ETFE薄膜的重量極輕，只有同等面積玻璃質(zhì)量的1%，這能夠大幅度降低主體結(jié)構(gòu)荷載，特別適合于大跨度結(jié)構(gòu)。ETFE薄膜韌性好、抗拉強(qiáng)度高、不易被撕裂，據(jù)測(cè)試0.2mm厚度的薄膜其拉伸強(qiáng)度可達(dá)到500 N/5cm，拉裂強(qiáng)度可達(dá)約1200 N/5cm，接近PTFE的兩倍。ETFE薄膜的延展性大于400%。
②耐候性和耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)——其使用壽命據(jù)估計(jì)可以長(zhǎng)達(dá)25~30年（由于法律方面的原因，一般廠家提供十年的保證期）。
③防火安全性好——ETFE熔融溫度高達(dá)200℃，并且不會(huì)自燃。
④可見(jiàn)光透過(guò)率高——ETFE薄膜可見(jiàn)光透過(guò)率高達(dá)95%、紫外線透過(guò)率高達(dá)94%（雙層0.2mm厚度的透明薄膜），透明的ETFE薄膜作為一種充氣后使用的材料，它可以通過(guò)絲網(wǎng)印刷鍍點(diǎn)控制薄膜的透明度，對(duì)遮光度和透光性進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效地利用自然光；它可以通過(guò)控制充氣量的多少甚至充入氣體的種類(lèi)來(lái)同時(shí)起到保溫隔熱、節(jié)省能源的作用。
⑤優(yōu)異的自清潔功能——灰塵不易吸附在其表面，據(jù)稱(chēng)其清潔周期大約為5年。
⑥適應(yīng)性好——ETFE薄膜幾乎可以加工成任何尺寸和形狀。
⑦ETFE薄膜可預(yù)制成薄膜氣囊，在現(xiàn)場(chǎng)組裝、充氣，無(wú)濕作業(yè)，施工和維修方便。
⑧綜合成本與傳統(tǒng)的玻璃類(lèi)墻屋面相比有著一定的競(jìng)爭(zhēng)力。
當(dāng)然，任何事物都有其兩面性，ETFE薄膜墻屋面的缺點(diǎn)也是不容回避的：
①由于彈性大、無(wú)剛度，ETFE薄膜常制成氣囊以成型，這就需要準(zhǔn)備空壓機(jī)器補(bǔ)氣，耗費(fèi)額外的固定投資及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。
②任何強(qiáng)韌的材料如果太薄就經(jīng)不起利器的劃傷，雖然薄膜的修補(bǔ)并不復(fù)雜，但ETFE薄膜同樣最好避免設(shè)置于人體易于接觸的范圍內(nèi)以減少損壞的幾率。
③在現(xiàn)階段由于產(chǎn)品生產(chǎn)及安裝廠商少，整體系統(tǒng)的初始投資高，技術(shù)要求也相對(duì)較高。
ETFE充氣薄膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例：ETFE薄膜結(jié)構(gòu)一般較為適用于對(duì)自然光有較高要求的體育場(chǎng)館、植物園溫室、建筑中庭等。赫爾佐格和德·梅隆設(shè)計(jì)的德國(guó)慕尼黑安聯(lián)足球場(chǎng)作為世界聞名的拜仁慕尼黑隊(duì)和慕尼黑1860隊(duì)的主場(chǎng)，于2005年5月交付使用，整體覆蓋了ETFE氣囊的足球場(chǎng)成為至今為止最令人激動(dòng)的體育場(chǎng)館之一，它也是ETFE氣囊式構(gòu)造的典范。
谷歌地球中的德國(guó)慕尼黑安聯(lián)體育場(chǎng)鳥(niǎo)瞰
為了利于球場(chǎng)草皮的生長(zhǎng)，南側(cè)氣囊屋面采用了幾乎全透明的膜材。
如同面包圈的充氣膜整體，形式簡(jiǎn)潔。
不同透明度的氣囊
菱形氣囊單元
氣囊邊緣固定
通過(guò)印刷白色圓點(diǎn)圖案的密度控制膜材的透光度
ETFE氣囊外墻內(nèi)側(cè)直接以金屬網(wǎng)隔開(kāi)以保護(hù)墻體及觀眾安全。
白天和夜晚的燈光對(duì)比（夜晚照片來(lái)源于安聯(lián)球場(chǎng)官網(wǎng)）
典型外墻構(gòu)造詳圖
為了表現(xiàn)抽象氣泡的形式，氣囊形狀種類(lèi)更多、更為隨機(jī)，加工及制造工藝也更為繁復(fù)。雖然建筑整體體塊為方體，材料也較為單一，但形式卻讓人感覺(jué)更加浪漫。這個(gè)極為復(fù)雜的幕墻工程由號(hào)稱(chēng)世界第一幕墻企業(yè)的沈陽(yáng)遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司負(fù)責(zé)深化設(shè)計(jì)、施工。
水立方全景
不同形狀和規(guī)格的ETFE氣囊墻面
ETFE氣囊邊緣夾固件的金屬扣蓋/內(nèi)側(cè)的充氣口/膜材焊接拼縫
夜晚的燈光效果之一
室內(nèi)自然光效果
屋面局部節(jié)點(diǎn)詳圖
墻面局部節(jié)點(diǎn)詳圖
Cloud 9建筑師事務(wù)所設(shè)計(jì)西班牙巴塞羅那的TIC媒體中心也是一個(gè)有特色的ETFE薄膜結(jié)構(gòu)，它以環(huán)保節(jié)能為主要特色。為應(yīng)對(duì)太陽(yáng)輻射，它的南面氣囊采用了三角形的形式，氣囊為三層膜材組合，依靠后兩層薄膜上的遮光印刷形成錯(cuò)位重疊來(lái)調(diào)節(jié)日照量；在日照輻射最強(qiáng)的西南面，氣囊采用了長(zhǎng)條的豌豆莢形，在一天中最熱的時(shí)候充入液態(tài)氮以阻隔輻射熱。
氣囊內(nèi)部壓力不足時(shí)，氣囊呈現(xiàn)萎縮的不佳視覺(jué)效果。
三角形的氣囊形式，氣囊為三層膜材組合，依靠后兩層薄膜上的遮光印刷形成錯(cuò)位重疊來(lái)調(diào)節(jié)日照量。
在日照輻射最強(qiáng)的西南面，氣囊采用了長(zhǎng)條的豌豆莢形，在一天中最熱的時(shí)候充入液態(tài)氮以阻隔輻射熱。
其它：當(dāng)然，除了采用氣囊模式外，單層ETFE薄膜同樣可以用作常規(guī)張拉膜結(jié)構(gòu)中的膜材。由于ETFE薄膜彈性相對(duì)較大，因此支承跨度應(yīng)限制在一定的范圍內(nèi)（國(guó)外資料稱(chēng)跨度≤3m）。北京2008奧運(yùn)主體育場(chǎng)（鳥(niǎo)巢）工程局部墻體及屋面圍護(hù)即運(yùn)用了支承式結(jié)構(gòu)單層ETFE薄膜作為材料，只不過(guò)大家的視線更多地集中在鳥(niǎo)巢的造型上罷了。
（本文關(guān)于ETFE膜結(jié)構(gòu)的介紹只是皮毛而已，現(xiàn)實(shí)中的ETFE膜結(jié)構(gòu)工程涉及的技術(shù)太多，好在國(guó)內(nèi)幕墻領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)沈陽(yáng)遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司已經(jīng)完美地將世界曙目的“水立方”變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，因此也積累了豐富的ETFE膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、研發(fā)和施工經(jīng)驗(yàn)。有興趣更多了解ETFE膜結(jié)構(gòu)知識(shí)的設(shè)計(jì)師可以參閱王雙軍、陳先明先生所著《“水立方”ETFE充氣膜結(jié)構(gòu)技術(shù)》一書(shū)。）
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