高性能含氟聚合物ETFE薄膜材料在建筑中应用

前言：现代建筑设计越来越重视创新技术和材料的整合，以优化能源效率、保护环境和建筑的长期经济效益转向更可持续的材料和技术。ETFE 薄膜具有优良的透明度重量轻、耐用性成为创新建筑设计的理想选择。

1. 高性能含氟聚合物ETFE 薄膜材料应用特性

1.1 安全性

安全是建筑材料使用的基础。没有安全作为保证，具有更好效果的材料很难推广。建筑用ETFE 薄膜的厚度通常在 50～300μm 之间，ETFE 材料本身的密度在 1.75g/cm³ ，所以质量通常很低， ETFE 膜材因其强度高，通常拉伸强度 ，能有效提高建筑本身的效率，降低建筑的自重荷载与地震荷载等与建筑自重关联的荷载效应，一般以气枕或者张拉膜的形式用于建筑中，其质轻的特点几乎不会对人和环境造成伤害。ETFE 适用温度在- 190^∘C 至 +150^∘C ，低温不脆化，高温下性能稳定，在大多数情况下，完全适应外部温度不会因为热和光而产生有害气体。ETFE 薄膜不易燃烧，可达到国家标准防火B1 等级（难燃），熔融温度约 265^∘C ，燃烧时低烟无毒（符合环保要求）。与氟塑料一样，ETFE 薄膜具有优良的耐腐蚀和耐老化特性，可以使用长达 20 年或更长时间，同时能够弥补其他覆盖材料的降解问题。

1.2易加工性

ETFE 薄膜抗拉强度高，单向拉伸强度可达 40-60MPa ，适合大跨度结构，断裂伸长率可达 300%-600% ，能承受较大变形而不破裂，加工方式可多样化，适合复杂几何形状，适应风压、雪载等动态荷载。其良好的焊接性能可通过热合工艺制成复杂气枕单元，并保持弹性恢复，充气式膜结构（如气枕系统）卸载后几乎无残余变形。

1.3 优异的光学性能

ETFE 薄膜的透光率可高达 95% ，与传统玻璃相当。光线可以几乎无损地通过ETFE薄膜，这也保证了用于照明的建筑的自然光强度。ETFE 膜实现的UV 范围传输约为 83% 至 88% ， 因此它允许植被在下面积极生长。 在温室建筑中 ETFE 在体现优异的透光性同时可产生漫射效果，使光线透射更柔和，结构设计中采用弯曲形式可考虑了太阳的定位，以最大限度地提高植物的被动太阳热量增益，这不仅考虑了热量增益，还考虑了设计美学。

1.4 绿色低碳

ETFE 薄膜完全为 100% 可再循环利用绿色材料，可再次回收利用生产新的膜材料，或者分离杂质后生产其它 ETFE 产品，完全契合绿色建筑应采用循环再生建材理念。ETFE 轻质化的特性为运输带来更多便捷性，很好的减少了碳足迹。与采用中空玻璃相比，使用双层 EFTE 气枕的屋顶和墙体围护结构可将钢的重量要求降低 90% ，节材特性突出.

2.高性能含氟聚合物 ETFE 薄膜材料在建筑中应用

ETFE 建筑应用中可以代替玻璃，能有效抵抗各种恶劣的天气环境，同时，ETFE材料的抗污能力，也使得整个屋顶在历经雨雪后，仍然可以保持透明洁净，与其他透明材料不同，ETFE 薄膜与建筑照明设计相结合，可以创造出极其多样化和丰富的具有强烈视觉效果的照明环境。

2.1 ETFE 建筑膜在大型建筑中应用

ETFE 的断裂伸长率 >400%. ，可以加工成任何尺寸、任意形状，满足大跨度的需求，节省了中间支承结构，在大型体育场馆、展览馆、博物馆，植物园膜结构建筑广泛应用。大型建筑中的ETFE 膜结构，高透 ETFE 膜不仅提供自然光， ETFE 膜结构与灯光的结合可以创造出极具视觉冲击力和功能性的建筑效果，其高透光性、轻质柔韧的特性为灯光设计提供了独特的载体。ETFE 建筑膜结构优越的特性， 不仅可以帮助实现其具体功能建筑，同时也让建筑师能够表达自己独特的设计理念，最典型的例子是有国家游泳中心水立方、德国慕尼黑的安联体育场等。

2.2 ETFE 建筑膜在中小型建筑中应用

大型建筑经常使用 ETFE 薄膜，我们周围的小建筑也可以通过 ETFE 薄膜显示出独特的生命力。如在建造采光顶阳光房，街区公共空间中多变多彩的应用可具象化城市特色，反映当地的经济发展、文化氛围和历史背景。我国多处地铁站入口顶棚的设计灵采用ETFE 膜材，结合镂空铝板形成类似地方特色的遮阳通风效果，设计人员使用易于成型的ETFE 薄膜来塑造地铁入口，而不是改变弯道的形状。由于薄膜可良好透射光从入口和出口，照明系统的安装可以通过使用自然光或周围的路灯等光源来减少，这在一定程度上减少了能源消耗。欧洲伦敦举办的第 15 界年度蛇形画廊展览中引入了当下最流行的 ETFE 建筑元素，达到建筑和自然和谐共处的局面，结构、光线、形式、变式、色彩、敏感度和材料透明度这些基本元素完美呈现，被称为世界艺术画廊的里程碑之作。

2.3 光 伏 建 筑 一 体 化 （ B I P V ）

随着人们对绿色建筑和可持续发展的追求，光伏建筑一体化将成为未来建筑领域的重要发展方向，ETFE 在BIPV 中的应用代表了“绿色建筑+智能能源”的前沿方向，尤其适合需要自然采光、文化表达与可持续性兼顾的公共建筑（如地铁站、机场、博物馆）。随着钙钛矿光伏技术的成熟和 ETE 工艺优化，未来或将成为中国低碳城市建设的标志性解决方案。

ETFE 替代光伏玻璃，目前有两种主要结合方式，在多层 ETFE 气枕中间夹嵌薄膜太阳能电池，ETFE 作为外层保护膜覆盖在传统晶硅光伏板表面，增强抗冲击性并保持透光可显着提高光伏组件的功率输出，高透光并具有防眩光作用并且根据客户需求将产品设计成透明，彩色。利用 Pv 光电光热性能将太阳能转化为电能和热能，电能供建筑使用而热能用于改善建筑热性能，进而形成绿色可持续膜建筑，从建筑角度改善能源短缺和环境污染。ETFE 气枕屋顶集成薄膜光伏，兼顾自然采光与发电，年发电量可达建筑能耗的 10% 以上。

3、我国高性能含氟聚合物ETFE 薄膜材料面临的发展问题

由于国内 ETFE 树脂和薄膜材料加工开发起步较晚，与欧美国家相比，ETFE 建筑薄膜的生产技术和设施并不完善，目前大部分还是依赖于进口。

原料树脂方面，建筑用高端ETFE 树脂合成技术早年一直被国外垄断，主要有溶剂法聚合 ETFE 树脂和水相法聚合 ETFE 树脂，随着我国氟化工行业的高速发展，巨化集团、东岳集团等头部氟化工企业导入开发，ETFE 国产高性能树脂的开发迭代加速，已经逐步对国外树脂进行替代，特别是巨化集团开发的溶剂法聚合 ETFE 树脂在材料稳定性、耐温、强度方面展现的特性已可完全媲美国外高性能树脂。

薄膜加工技术方面，依赖于国产 ETFE 树脂的开发，国产 ETFE 建筑薄膜 在2022年始部分企业开始量产，但企业规模小，薄膜加工技术的手段不完善，加工装备能力不足、加工工艺水平弱很大限制了产业的发展，与国际领先水平（如欧美、日本）相比，仍存在部分核心技术和产业化瓶颈，如国内已掌握基础单层 ETFE 薄膜生产（厚度0.05～0.3mm' ），但厚薄均匀性和物理性能稳定性与进口产品存在差距。

当前，国产 ETFE 建筑膜的规格和性能处于对标国外产品阶段，膜材性能指标缺乏量化指标，随着国家大型头部企业的加入，我国 ETFE 薄膜加工技术已从“完全依赖进口”转向“中低端自主+高端攻关”阶段，未来需在 树脂合成工艺、精密加工装备、多功能改性 等环节突破，实现全产业链的自主可控，在大大小小的国内建筑中发展和发挥更好的作用。

结论：

ETFE 薄膜材料在建筑中的应用，不仅代表了材料科学与建筑美学的协同创新，更是绿色低碳城市建设和文化自信表达的重要载体。随着国产化技术的突破与跨学科合作深化，ETFE 有望成为未来“高性能、高感知、高可持续”建筑的核心材料，助力建筑行业向更轻、更智能、更生态的方向演进。

参考文献：

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