etfe薄膜材料单向拉伸试验

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会ETFE薄膜材料单向拉伸试验4吴明儿刘建明慕仝张其林(同济大学土木工程学院．上海200092)摘要：本文对建筑用ETFE薄膜材料进行了单向拉伸试验，给出了根据拉伸曲线确定屈服点以及弹性模量的方法。通过对三种厚度以及两个不同方向裁取的试样进行拉伸试验，得到了ETFE薄膜的抗拉强度、断裂延伸率、屈服强度、弹性模量以及泊松比。本文的拉仲试验结果显示，ETFE薄膜的材料特性与其厚度无关．材料沿两个方向的特性基本相同．盯FE薄膜材料可以认为是各向同性材料。关键词：ETFE薄膜，材料特性，拉伸试验一、引言ETFE是EthyleneTet

2、raFluoroEthylene的缩写，为乙烯一四氟乙烯共聚物，ETFE簿膜是将基材通过挤压成型等方法加工而成。目前膜结构中常用的织物膜材由基布和表面涂层组成，而ETFE薄膜由于不合基布，因此透光性和延伸性能好，强度较小。。用于建筑屋面或墙面的ETFE薄膜的厚度通常为50uⅢ～250um．抗拉强度40～60MDa，断裂延伸率可达400％。ETFE薄膜的透光率为90％以上，当与其他用于透明建筑的材料相比时：抗老化性能、自洁性能、延伸率和使用极限温度等比农用PVc薄膜高；抗破损性以及变形追随性比玻璃好，且重量比玻璃轻；抗老化性能、耐热性能和自洁性能比聚碳酸酯板

3、好。因此，ETFE薄膜是一种非常优越的透明建筑材料。ETFE薄膜作为屋面材料上世纪80年代在欧洲开始使用，规模最大的为面积3万平方米的温室植物同“伊甸园”，2006年世界杯场馆中位于慕尼黑的安联球场和位于汉诺威的汉诺威AWD球场采用了ETFE气枕结构和单层ETFE薄膜结构。已经建成的2008年奥运会游泳馆，是ETFE薄膜首次在我国建筑结构中的应用。O50l∞150200250300350400应变(％)图1典型的ETFE薄膜拉伸曲线+上海flJ浦江人才计划盗助项目(05pJl加91)760工业建筑2007增刊∞柏∞mO一，／N—R越第七届全围现代结构工程学

4、术研讨会ETFE薄膜的拉伸性能具有比较明显的特点。从拉伸起始到最后断裂为止，应力应变曲线经历了两个比较明显的刚性变化转折点(图1)。材料的屈服点以及弹性模量等殴计中的重要参数需要从拉伸曲线分析得到，国外对ETFE薄膜的拉伸性能进行了较多的研究‘⋯，我国目前对ETFE薄膜材料特性的研究工作还很少。本文对ETFE薄膜进行单向拉伸试验，研究材料的拉伸性能，提出屈服点和弹性模量的评价方法，、为ETFE薄膜结构设计提供依据。二、拉伸试验本文参照迥料薄膜的拉伸试验方法”’，对ETFE薄膜进行单向拉伸试验。(一)唧薄膜试样成卷的ETFE薄膜其长度方向标记为佃(Machi

5、neDirection)，垂直方向为TD(TransverseDirecti。n)。ETFE薄膜在压延制作时，沿m和TD方向的材料应力应变曲线有一定的差异，但对于厚度为20u『。250um的薄膜材料，一般可以认为是各向同性材料。拉伸试验的试样，沿∞方向和TD方向分别进行取样。塑料薄膜拉伸试验中规定的试样有哑铃形试样和长条形试样两种。本文采用长条形试样，试样的宽度取15m，标线间距离为50m，总长度为150【IlⅢ。(二)拉伸速度试验的拉伸速度是试验的一项重要参数。拉伸速度对屈服麻力、断裂强度、延伸率以及弹性模量等都有一定的影响。例如屈服应力将随拉伸速度的增

6、加雨增大。塑料薄膜的拉伸试验方法中给出了l’500∞／min的选择范围，一般情况下，硬质材料和半硬质材料选用较低的速度，软质材料选用较高的速度。本文参考国外的ETFE薄膜拉伸试验方法，选取应变速度为1009b／Ⅲin的拉伸速度，本试验夹具间距离为100田In，选取拉伸速度为loom／min。图2是拉伸试验的照片。三、拉伸试验结果(一)拉伸曲线工业建筑2007增刊图2拉伸试验第七届全国现代结构工程学术研讨会本论文选择厚度250pm的ETFE薄膜材料进行试验．沿如和TD方向分别裁取试样进行拉伸试验，每个方向各得到3组有效数据，共计6组。试验前对ETFE薄膜试样

7、的实际厚度和宽度进行了测试。拉伸试验过程中作用于试样上的拉力与截面面积之比得到应力，截面面积按试样在拉伸前截面计算，束考虑伸长而截面面积的变化。应变按标线间距离变化算出。图3为试验得到的∞方向和TD方向的应力应变曲线。由图3可以看出，ETFE薄膜的应力应变曲线经历了二个比较明显的刚性转折点。第一转折点之前应力应变呈近似直线关系，材料可以认为处于弹性状态，设计荷载下一般应保证材料处于这一状态。第一转折点的应力大约为15肝a～18肝a，应变在2％～3％。经过第一转折点后，应力应变曲线仍保持近似直线，但直线的斜率迅速减小，第一转折点和第二转折点之间可以认为材料发

8、生艋服。当应力超过第二转折点时，材料迅速被拉长，随着应变的大幅度增