ETFE薄膜：氟塑料是塑料的一個重要類別，通常人們認(rèn)識氟塑料是從聚四氟乙烯（PTFE）以及聚偏氟乙烯（PVDF）開始的。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，美國杜邦公司和日本旭硝子株式會社先后于20世紀(jì)70年代起，研制開發(fā)出TEFZEL?和COP?系列的乙烯-四氟乙烯共聚物樹脂產(chǎn)品。乙烯-四氟乙烯共聚物常簡稱為四氟乙烯（ETFE—ethyltetra fluoro ethylene, 簡稱F40）。ETFE是目前為止最強韌的氟塑料，在保持了PTFE良好的耐熱、耐化學(xué)和電絕緣性能的同時，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薄膜和我們常見的用于包裝的塑料薄膜沒什么區(qū)別。

       自上世紀(jì)九十年代開始，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。現(xiàn)生產(chǎn)的ETFE薄膜幅寬可達(dá)2350mm，可通過裁剪、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。

常見用于體育場館的氣承式膜結(jié)構(gòu)（圖片來源于“建材U選”網(wǎng)）

另一種充氣膜結(jié)構(gòu)（Inflated Membrane Structure）根據(jù)其外觀形式也稱為氣肋式、氣囊式膜結(jié)構(gòu)，即向單個膜構(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)件單個或組合在一起作為類似于梁、拱、平板等受力結(jié)構(gòu)構(gòu)件。這種結(jié)構(gòu)對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年日本大阪世博會富士館結(jié)構(gòu)模型——多個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)，只不過大部分時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：以ETFE薄膜制成屋面和墻體的優(yōu)勢在于：

①質(zhì)輕高強——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、抗拉強度高、不易被撕裂，據(jù)測試0.2mm厚度的薄膜其拉伸強度可達(dá)到500 N/5cm，拉裂強度可達(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——其使用壽命據(jù)估計可以長達(dá)25~30年（由于法律方面的原因，一般廠家提供十年的期）。

③防火性好——ETFE熔融溫度高達(dá)200℃，并且不會自燃。

④可見光透過率高——ETFE薄膜可見光透過率高達(dá)95%、紫外線透過率高達(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，它可以通過絲網(wǎng)印刷鍍點控制薄膜的透明度，對遮光度和透光性進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效地利用自然光；它可以通過控制充氣量的多少甚至充入氣體的種類來同時起到保溫隔熱、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)場組裝、充氣，無濕作業(yè)，施工和維修方便。

⑧綜合成本與傳統(tǒng)的玻璃類墻屋面相比有著一定的競爭力。

當(dāng)然，任何事物都有其兩面性，ETFE薄膜墻屋面的缺點也是不容回避的：

①由于彈性大、無剛度，ETFE薄膜常制成氣囊以成型，這就需要準(zhǔn)備空壓機(jī)器，耗費額外的固定投資及運營費用。

②任何強韌的材料如果太薄就經(jīng)不起利器的劃傷，雖然薄膜的修補并不復(fù)雜，但ETFE薄膜同樣避免設(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)要求也相對較高。

ETFE充氣薄膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用實例：ETFE薄膜結(jié)構(gòu)一般較為適用于對自然光有較高要求的體育場館、植物園溫室、建筑中庭等。赫爾佐格和德·梅隆設(shè)計的德國慕尼黑安聯(lián)足球場作為世界聞名的拜仁慕尼黑隊和慕尼黑1860隊的主場，于2005年5月交付使用，整體覆蓋了ETFE氣囊的足球場成為至今為止最令人激動的體育場館之一，它也是ETFE氣囊式構(gòu)造的典范。

ETFE氣囊外墻內(nèi)側(cè)直接以金屬網(wǎng)隔開以保護(hù)墻體及觀眾。

        我國北京2008奧運工程的國家游泳館（水立方）同樣是大規(guī)模ETFE氣囊式構(gòu)造的典范。為了表現(xiàn)抽象氣泡的形式，氣囊形狀種類更多、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，但形式卻讓人感覺更加浪漫。這個極為復(fù)雜的幕墻工程由號稱幕墻企業(yè)的沈陽遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司負(fù)責(zé)深化設(shè)計、施工。

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

       Cloud 9建筑師事務(wù)所設(shè)計西班牙巴塞羅那的TIC媒體中心也是一個有特色的ETFE薄膜結(jié)構(gòu)，它以環(huán)保節(jié)能為主要特色。為應(yīng)對太陽輻射，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位重疊來調(diào)節(jié)日照量；在日照輻射最強的西南面，氣囊采用了長條的豌豆莢形，在中最熱的時候充入液態(tài)氮以阻隔輻射熱。

氣囊內(nèi)部壓力不足時，氣囊呈現(xiàn)萎縮的不佳視覺效果。

       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位重疊來調(diào)節(jié)日照量。

在日照輻射最強的西南面，氣囊采用了長條的豌豆莢形，在中最熱的時候充入液態(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薄膜彈性相對較大，因此支承跨度應(yīng)限制在一定的范圍內(nèi)（國外資料稱跨度≤3m）。北京2008奧運主體育場（鳥巢）工程局部墻體及屋面圍護(hù)即運用了支承式結(jié)構(gòu)單層ETFE薄膜作為材料，只不過大家的視線更多地集中在鳥巢的造型上罷了。

（本文關(guān)于ETFE膜結(jié)構(gòu)的介紹只是皮毛而已，現(xiàn)實中的ETFE膜結(jié)構(gòu)工程涉及的技術(shù)太多，好在國內(nèi)幕墻領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)沈陽遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司已經(jīng)地將世界曙目的“水立方”變?yōu)楝F(xiàn)實，因此也積累了豐富的ETFE膜結(jié)構(gòu)設(shè)計、研發(fā)和施工經(jīng)驗。有興趣更多了解ETFE膜結(jié)構(gòu)知識的設(shè)計師可以參閱王雙軍、陳先明先生所著《“水立方”ETFE充氣膜結(jié)構(gòu)技術(shù)》一書。）

本文作者介紹：

褚智勇，東南大學(xué)建筑系工學(xué)學(xué)士，北京建筑工程學(xué)院建筑學(xué)碩士，教授級高級建筑師，一級注冊建筑師。曾著有建筑材料與構(gòu)造類暢銷書《建筑設(shè)計的材料語言》，現(xiàn)為北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院講師。