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1、材料工程论文样本ETFE薄膜的材料性能及其工程应用综述关键词 膜结构,膜材料,ETFE膜材,材料性能,应用目录1 ETFE薄膜的材料性能2 ETFE膜材的应用形式3 ETFE气垫的工作原理4 ETFE膜材的裁剪与加工制作5 ETFE膜材的典型工程6 结 语近年来,以薄膜为主要材料的膜结构得到了很大的发展。而这一发展在很大程度上取决于薄膜材料技术的进步。用于膜结构的薄膜材料可分为织物类膜材和非织物类膜材两大类。其中织物类膜材常用的有PVC涂层覆盖聚酯纤维织物(以下简称PVC膜材)以及PTFE涂层覆盖玻璃
2、纤维织物(以下简称PTFE膜材)。PVC膜材的价格比较便宜,加工也比较方便,目前国内的膜结构工程绝大部分采用PVC膜材。以上海8万人体育场看台屋盖为代表的几个PTFE膜材工程,其设计、加工及安装指导均由国外公司承担。在非织物类膜材中,以ETFE薄膜最具代表性和竞争性。国内目前尚无ETFE膜材工程,也鲜有介绍ETFE膜材的文献。ETFE是英文EthyleneTetraFluoroEthylene的缩写,中文名称为乙烯-四氟乙烯共聚物。ETFE是一种无色、透明的颗粒状结晶体,具有极好的耐擦伤性和耐磨性,耐
3、高温、耐腐蚀,绝缘性能好,可用作电缆护套或管道护衬。用于建筑工程上的ETFE膜材是由其生料加工而成的薄膜,厚度通常为0•05~0•25mm,非常坚固、耐用,并具有极高的透光性。欣闻2008年北京奥运会国家体育馆等场馆中将采用这种膜材料,因此,本文就ETFE薄膜的材料性能、在膜结构工程中的应用形式、ETFE气垫的工作原理、膜材连接方法、国外典型工程等作一介绍。1 ETFE薄膜的材料性能1•1 ETFE膜材的基本力学性能1)厚度和质量ETFE膜材的厚度通常在0•05
4、~0•25mm。随着厚度的增加,膜材将更硬更脆,难以加工。ETFE的密度约为1•75g/cm3。以0•20mm厚的ETFE膜材为例,其质量约350g/m2。2)抗拉强度ETFE膜材的抗拉强度大于40MPa。3)应力-应变关系常温下张拉应力在20MPa以下时,ETFE膜材呈完全弹性性质,张拉模量达800~1000MPa;当张拉应力在25MPa附近会出现屈服点,此后进入塑性强化阶段,直至破断。4)破断伸长率ETFE膜材的破断伸长率达300%以上。1•2 ETFE膜材
5、的其他性能1)耐久性ETFE膜材具有极佳的抗老化能力,使用年限达25年以上。2)颜色及透光率ETFE膜材通常为无色透明状,也可以做成白色。根据需要可在透明或白色膜材上印制各种图案。以0•20mm厚的ETFE膜材为例,单层透明膜材的透光率高达95%,白色膜材为50%~55%。利用白色膜材或在透明膜材上印制不同的颜色和图案,可调节进入建筑物内的光线。3)防火性能ETFE为阻燃材料。即使在火焰中,ETFE膜材热熔后会收缩,但无滴落物。由于ETFE膜材很薄很轻,万一发生火灾,其危害性较小。4)自洁性
6、能ETFE膜材表面非常光滑,具有极佳的自洁性能。在用ETFE膜材建造的膜结构上,灰尘及污迹会随雨水冲刷而除去。外表的人工清洗一般4年才一次。5)气候适应性能ETFE膜材的工作温度范围为-200~150℃;材料熔点为275℃左右。ETFE膜材具有极好的稳定性和气候适应性。实践表明,暴露在恶劣气候条件中15年以上的ETFE膜材,其力学和光学性能并没有改变。在多雹地区,即使玻璃屋面被冰雹砸碎了,ETFE膜材屋面上也仅留下一些小小的凹痕。6)抗撕裂性能、柔韧性和可加工性ETFE膜材具有良好的抗撕裂性能、柔韧性
7、和可加工性。7)可回收性ETFE膜材可以被热熔成颗粒状并重新整合。2 ETFE膜材的应用形式2•1 单层张拉式ETFE膜材可以像PVC膜材或PTFE膜材一样,以单层张拉方式应用于膜结构中。尽管ETFE材料本身的抗拉强度并不低,但由于做成的膜材很薄(厚度小于织物类膜材的1/5),因而ETFE以单层张拉方式应用于膜结构时,结构的跨度要比采用织物类膜材的结构来得小。2•2 双层或多层气垫式ETFE膜材常被做成双层或多层气垫式而应用于膜结构中,即将ETFE膜材按设计的形状和层数裁剪、拼接在
8、一起,向层间充气使之成为气垫。气垫的形状可以是圆形、椭圆形、三角形、矩形、六边形或其他任意的形状。通过铝合金构架或索网将多个气垫连接在一起,可组成大覆盖空间。3 ETFE气垫的工作原理3•1 ETFE气垫中空气的作用在ETFE气垫中,空气的作用主要有以下几点:1)稳定作用。气垫内的空气使表面的ETFE膜材形成张力,维持形状并提供刚度。2)传递外荷载。将作用于外表面的荷载传递给内表面或将作用于内表面的室内正压传给外表面的膜材料。3)隔热。气垫是良
