ETFE薄膜在高低温环境下的材料性能.pdf

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1、第九届全国现代结构工程学术研讨会ETFE薄膜在高低温环境下的材料性能慕仝吴明儿(同济大学建筑工程系，上海2000192)提要：ETFE薄膜以其高透光性能受到广泛关注，并已在大型体育场以及商业设施中得到应用。但是作为一种高分子材料，ETFg薄膜的力学性能受到环境温度的显著影响。本文通过在-20、0、+20、+4012下的拉伸试验得到了ETFE薄膜的屈服强度、弹性模量、抗拉强度等性能参数，研究了温度对其性能的影响。关键词：ETFE薄膜，高低温，拉伸试验，材料性能一、引言ETFE是EthyleneTetraFluoroEthylene的

2、缩写，为乙烯．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。用于建筑屋面或墙面的ETFE薄膜的厚度通常为50IIm，---250um，抗拉强度约40～60Mpa，断裂延伸率可达400％。ETFE薄膜的透光率高达90％以上，在2008北京奥运会的场馆中，ETFE薄膜凭借其优异的透光性能分别以张拉膜和气枕的形式应用于国家体育馆和国家游泳中心的建设。而借由奥运场馆的巨大成功，ETFE薄膜亦受到建设者们越来越多的青睐。鉴于国内对ETFE薄膜材料性能缺乏了解，笔者等对ETFE薄膜在常温下的性能做了细致的研究【1)；考察了应

3、变速度对ETFE薄膜性能的影响，并给出了拟合公式以计算不同应变速度下的材料性能圆；通过循环拉伸试验和徐变试验研究了ETFE薄膜的变形性能【3)。但是作为一种高分子材料，ETFE薄膜的性能会受到温度的巨大影响【4)。本文在一20℃、0℃、20℃和40℃四个温度下，对ETFE薄膜进行拉伸试验，得到了屈服强度、弹性模量、抗拉强度等材性数据，观察温度对ETFE薄膜材料性能的影响。二、拉伸I一压-T,验一、沮1甲短本试验参考国家标准《塑料薄膜拉伸性能试验方法》【5)进行。(一)ETFE薄膜试样试验选取250um厚的透明ETFE薄膜。考虑到E

4、TFE薄膜的两向性能差异很小u1，本文只制取幅宽方向(TD)的试件。受高低温箱容积限制，本文采用了较小尺寸的试样进行试验，比较材料参数随温度的变换情况。0℃、20℃和40℃下的拉伸试样为宽度为7．5m的长条形；一20℃下，考虑ETFE薄膜抗拉强度的提高，为保证牢固夹持，试样中部宽度取6mm，并对夹持端进行加宽加强。所有试样的标距均为25mm，试样采用冲刀冲制。(二)试验方法在每个温度下，进行一组五根试件的拉伸试验。试验拉伸速度为25mm／m．n，采用夹具问位移计算应变。试验中试验机自动记录荷载和变形数据，而后经过计算得到ETFE薄

5、膜的应力应变曲线。应力计算中使用试样变形前的截面积，未考虑变形后的截面缩小。试验环境温度由高低温箱控制，误差范围为±1℃。根据试验得到的应力应变曲线，计算得到各个温度下ETFE薄膜的抗拉强度、屈服强度、切线弹性模量以及割线弹性模量(1)。三、实验结果402工业建筑2009增刊第九届全国现代结构工程学术研讨会按照以上试验方法进行拉伸试验，得到ETFE薄膜在不同温度下的拉伸曲线。图1为各温度条件下的应力应变曲线。ETFE薄膜材料性能随温度变化的趋势如图2所示。∞5040∞莹＼30穴翅20100O1∞2∞3004005006007008

6、00应变／％(a)一20℃01002∞3∞400500600700800应变／％(c)20℃∞5040日鱼＼∞穴翻20100∞5040日垒＼30R通20’O0O1∞200300400500800700800应变／％(b)O。C01∞2003∞400500600700800应交／％(d)40℃图1不同温度下的ETFE薄膜拉伸曲线-20O2040温度／'c(a)屈服强度与第：屈服强度工业建筑2009增刊·2002040温度／'c(b)屈服应变与第二屈服应变∞佃o∞垦＼R邋∞他侣¨住坩8642％／锹通爱遥嚣∞巧∞侣∞5O西山：＼遥霞警哩

7、第九届全国现代结构工程学术研讨会．2002040四、结果考察温度／'c温度／℃(c)弹性模量(d)抗拉强度图2温度变化对ETFE薄膜材料性能的影响40根据以上试验结果，可知：1．在-20"C至40"C的温度范围内，ETFE薄膜的各项性能均受温度影响显著，但其应力应变曲线的形状保持一致，材料仍具有粘弹性的特点。2．随着温度的增加，屈服强度和第二屈服强度下降。与常温20"(2相比，屈服强度和第二屈服强度在一20℃时增加25’30％，在0"C时增加10％以上，而在40℃时则减小20’25％；由图2(a)可知，屈服强度和第二屈服强度在-2

8、0℃之间近似呈线性下降，升温至40℃时下降速度加快。3．屈服应变随温度的升高呈下降趋势。与常温20"C相比，屈服应变在一20"C时增近20％，在0"C时增加约10％，而在40"C时则减小近20％；屈服应变在-20"C至20"C近似呈线性下降，升温至