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E T F E 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2 0 0 0 1 9 2)提要：E T F E 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，E T F g 薄膜的力学性能受到环境温度的显著影响。本文通过在-2 0、0、+2 0、+4 0 1 2 下的拉伸试验得到了E T F E 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：E T F E 薄膜，高低温，拉伸试验，材料性能一、引言E T F E 是E t h y l e n eT e t r a

2、F l u o r oE t h y l e n e 的缩写，为乙烯四氟乙烯共聚物，E T F E 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E T F E 薄膜的厚度通常为5 0I Im，-2 5 0um，抗拉强度约4 0 6 0 M p a，断裂延伸率可达4 0 0。E T F E 薄膜的透光率高达9 0 以上，在2 0 0 8 北京奥运会的场馆中，E T F E 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，E T F E 薄膜亦受到建设者们越来越多的青睐。鉴于国内对E T F E 薄膜材料性能缺乏了解，

3、笔者等对E T F E 薄膜在常温下的性能做了细致的研究【1)；考察了应变速度对E T F E 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E T F E 薄膜的变形性能【3)。但是作为一种高分子材料，E T F E 薄膜的性能会受到温度的巨大影响【4)。本文在一2 0、0、2 0 和4 0 四个温度下，对E T F E 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E T F E 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)E T F E

4、 薄膜试样试验选取2 5 0um 厚的透明E T F E 薄膜。考虑到E T F E 薄膜的两向性能差异很小u 1，本文只制取幅宽方向(T D)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、2 0 和4 0 下的拉伸试样为宽度为7 5 m 的长条形；一2 0 下，考虑E T F E 薄膜抗拉强度的提高，为保证牢固夹持，试样中部宽度取6 m m，并对夹持端进行加宽加强。所有试样的标距均为2 5 m m，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2 5 m m m n，采用夹具问位移计算应变。试验中试验

5、机自动记录荷载和变形数据，而后经过计算得到E T F E 薄膜的应力应变曲线。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E T F E 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4 0 2工业建筑2 0 0 9 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E T F E 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。E T F E 薄膜材料性能随温度变化的趋势如图2 所示。5 04 0莹3 0穴翅2 01 00O1

6、2 3 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0应变(a)一2 0 01 0 02 3 4 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0应变(c)2 0 5 04 0日鱼穴翻2 01 005 04 0日垒3 0R通2 0O0O1 2 0 03 0 04 0 05 0 08 0 07 0 08 0 0应变(b)O。C01 2 0 03 4 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0应交(d)4 0 图1 不同温度下的E T F E 薄膜拉伸曲线-2 0O2 04 0温度 c(a)屈服强度与第：屈服强度工业建筑2 0 0 9 增刊2 002 04 0温度 c(b)屈服应变与第

7、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：遥霞警哩第九届全国现代结构工程学术研讨会2 002 04 0四、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E T F E 薄膜材料性能的影响4 0根据以上试验结果，可知：1 在-2 0 C 至4 0 C 的温度范围内，E T F E 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2 0 (2 相比，屈服强度和第二屈服强度在一2 0时增加2 5 3 0，在0 C 时增加1 0 以上，而在4 0 时则减小2 0 2 5；由

8、图2(a)可知，屈服强度和第二屈服强度在-2 0 之间近似呈线性下降，升温至4 0 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2 0 C 相比，屈服应变在一2 0 C 时增近2 0，在0 C 时增加约1 0，而在4 0 C 时则减小近2 0；屈服应变在-2 0 C 至2 0 C 近似呈线性下降，升温至4 0 C 时下降速度加快。第二屈服应变随温度变化不明显，在0 C 至4 0 C 的温度区间内，第二屈服应变没有明显的变化；但当温度由0 C 降至-2 0 时，第二屈服应变则减少了约1 0。4 切线弹性模量在-2 0 C 2 0 C 呈线性下降趋势，-2 0 C 时的切线弹性模量比

9、2 0 C 时大约增大1 6。当温度从2 0 升温至4 0 C 时，切线弹性模量下降速度很快，下降幅度达1 5 以上。割线弹性模量在0 C 和2 0几乎没有变化。当温度从0 C 降至一2 0 时割线弹性模量增加约1 0；当温度从2 0 C 升高至4 0 C 时割线弹性模量减小约1 0。5 抗拉强度在一2 0 C 至2 0 C 的范围内随温度下降而略有增加，但变化较小。但当温度从2 0 C 升高至4 0时下降显著，减小量达到约2 0。参考文献(1)吴明儿，刘建明，慕仝，等E T F E 薄膜单向拉伸性能建筑材料学报，2 0 0 8，l l(2)：2 4 1 2 4 7(2)吴明儿，慕仝，刘建明拉伸速度对E T F E 薄膜力学性能的影响建筑材料学报，2 0 0 8，l l(5)：5 7 4-5 7 9(3)吴明儿，慕仝，刘建明E T F E 薄膜循环拉伸试验及徐变试验建筑材料学报，2 0 0 8，1 l(6)：6 9 0-6 9 4(4)尼尔森高分子和复合材料的力学性能 M】北京：轻工业出版社，1 9 8 1(5)G B1 3 0 2 2 9 1，塑料薄膜拉伸性能试验方法，1 9 9 1工业建筑2 0 0 9 增刊加竹。毋也：毯骠甜辖啪啪瑚嘲舌|栅蛳猢伽。西也芝哪辎蛆歌