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1、第八届全国现代结构工程学术研讨会E T F E 薄膜材料拉伸强度及焊接连接强度吴明儿1 慕仝1 张艳琪2，(1，同济大学建筑工程景，上海加蛇；2、柯沃妻膜结构(上海)有限公司上海2 0 1 6 1 2)捶要：E T F E 薄膜材料以其高透光性能受到广泛关注，并已在大型体育场馆以及商业设施叶1 得到应用，但是目前国内对E I T E 薄膜的力学性能的研究还不多本论文对E T F E 薄膜母材以及焊接连接进行了较大数量的单向托伸试验给H 了屈服强度、第二屈服强度、抗拉强度以及焊接连接强度值。试验结果表明，各强度指标离散性不大，屈服强度和第二屈服强度约为抗拉强度的0 4 倍和0 5 倍E T F
2、E 薄膜焊接连接强度稳定，约为抗拉强度的0 7 倍，焊接连接可以满足强度要求关键词：E T F E 薄膜，材料强度，拉伸试验一、引言奥运场馆水立方的建成使用，极大地刺激了E T F E 薄膜材料在我国建筑结构中的应用。E T F E 薄膜为高分子材料，经挤压加工成形，其力学性能与传统的织物类膜材不同。E n 毛薄膜弹性阶段应变很小，材料屈服后发生很大的塑性变形，断裂延伸率达3 5 0 以上。E T F E 薄膜单向拉伸过程中应力应变曲线经历了两个刚性变化明显的转折点(见图1)，通过循环加载试验可以知道，第一转折点以下材料呈现较好的弹性特性，应力在第一与第二转折点之间进行循环加载时材料产生残余变
3、形，表明材料在该区域发生屈服，当应力超过第二转折点以后材料发生很大的颦性变形。r。目前国内E T F E 薄膜结构设计缺乏标准，对材料强度的取值还不明确，国外研究也不多。日本于2 0 0 5 年公布了E T F E 薄膜单元设计施工草案，将l，2 的屈服应力和1 6 的抗拉强度的较小值作为长期荷载时的许用应力，短期荷载时的许用应力则取长期荷载时的两倍J。鉴于国内目前E T F E 漳膜材料试验研究较少，材性数据缺乏，本论文对厚度2 0 0 p m、2 5 0 p r o 和3 0 0 p m 的三种材料共6 0 根试样进行单向拉伸，得到屈服强度、第二屈服强度以及抗拉强度。E T F E 薄膜材
4、料通常通过加压热合进行焊接连接，本文对焊接连接的抗拉强度进行试验，并于母材抗拉强度进行对比。本文得到的焊接连接强度为母材的O 7 倍以上，焊接连接町以保证唧薄膜结构的强度要求。二、拉伸试验日5 0I 1 5 D：叫；翔姗站04 1 1 口4 翔 一I-图1E T F E 薄膜单向拉伸曲线(一)L q F E 尊膜材料选取2 0 0 内n、2 5 0 p m 和3 0 0 P 蛐三种厚度的透明薄膜以及2 0 0 岫和3 0 0 蛐两种厚度的打点薄膜作为试验用材料，其中2 0 0 肚m 的打点薄膜选用了两个不同批次的材料，因此材料共六种(二)试样及试验方法本文参考塑料薄膜拉伸国家标准进行E T F
5、 E 薄膜的单向拉伸试验。拉伸试样为长条形(图2)，使用冲刀冲制而成。焊接强度试验时采用与母材相同尺寸的试样，焊缝处于试基金项目，罾家自然科学基金项目资助(鲫7 8 1 2 9)工业建筑2 0 0 8 增刊第八届全国现代结构工程学术研讨会表I 屈服点(N P a)厚度组方向试样平均值(u)I2345I曲1 8 21 8 21 7 91 8 1塘31 8 1(透明)T D1 8 O1 7 91 7 81 7 61 7 71 7 82衄1 8 8垆71 8 71 8 61 8 51 8 72 0 0(打点)T D1 8 01 7 81 7 71 8 31 8 11 8 03衄1 8 71 8 81
6、 8 71 8 41 8 11 8 5(打点)T D1 8 91 8 81 8 71 8 81 8 7、1 8 84帅1 8 41 8 21 8 21 8 01 8 51 8 32 5 0(透明)T D1 8 51 8 41 8 21 8 11 8 11 8 30肋1 7 61 7 61 7 61 7 61 8 2_ 1 7 7(透明)T D1 7 41 8 01 8 1l B O1 8 01 7 96l i d1 8 61 8 81 7 81 8 11 8 51 8 43(打点)T D1 8 81 8 71 8 81 8 61 8 61 8 7均值1 8 2 6 1 1 P a，标准差0 4
7、 0 咿a厚度组方向试样平均值(uD I)l2345l锄2 4 32 4 O2 3 92 4 O2 4 42 4 1(透明)T D2 5 42 5 12 5 02 4 92 4 9Z 5 12 0 02M D2 4 52 4 02 4 O2 4 22 4】2 4 2(打点)T D2 5 02 4 82 4 7Z 5 72 5 42 5 13肋2 4 22 4 32 4 2。2 4 12 3 82 4 1(打点)T D2 6 12 6 125 82 6 12 6 12 6 O4胁2 4 52 4 12 4 22 4 42 4 12 4 32 5 0。(透明)T D2 5 92 5 82 5 42
8、 5 5Z 5 32 5 6帅2 4 92 3 72 3 52 3 72 4+42 4 O(透明)”T o2 4 72 5 42 5 32 5 52 5 62 5 36帅2 4 42 4 42 4 O2 4 22 4 22 4 23 0 0(打点)T D2 6 12 5 82 5 82 5 9Z 6 12 5 9均值2 4 8 3 忡a，标准聋0 7 8 k(P a表3 抗拉强度(M P a)厚度组方向一试样平均值(p 皿)l23451岫4 5 9“24 3 14 7 44 6 44 5 4(透明)T D4 3 4“44 2 7“15 0 24 5 02如4 9 04 5 14 9 44 4
9、04 0 74 5 62 0 0(打点)T D4 6 54 4 74 7 34 8 74 9 14 7 34 7 O4 4 54 6 83胁4 8 44 8 24 6(打点)T D5 1 14 3 44 5 74 7 55 0 34 7 64帅4 8 0 3 84 4 74 6 8蚯04 5 9(透明)T D4 8 04 9 24 6 44 5 85 0 74 8 02 5 0a如4 3 34 4 94 3 33 7 84 8 74 3 6(透明)t D4 2 24 6 74 6 45 3 24 1 04 5 96如4 3 14 0 44 3 44 5 54 7 94 4 13 0 0(打点)
10、T D4 9 44 9 24 64 8 _ 94 74 8 1均值4 6 I O M P a。标准差2 9 3-I P a工业建筑2 0 嘴增刊第八届全国现代结构工程学术研讨会表4 焊接连接强度(咿a)厚度试样(um)组方向平均值l2345l胁3 1 82 8 73 1 23 0 6(透明)T D2 9 53 4 93 7 43 6 13 5 53 4 72彻3 7 03 8 23 7 23 7 03 6 93 7 32 0 0+(打点)T D3 3 43 4 83 1 8，3 5 33 6 83 4 43粕3 5 03 7 93 2 73 5 93 2 93 4 9(打点)。T D3 4 0
11、3 3 23 3 33 8 O3 5 63 4 84帅3 6 63 2 93 9 43 7 43 6 73 6 6(透明)T D3 7 73 2 83 0 53 7 23 5 93 4 82 5 0C锄3 2 13 5 83 63 6 23 4 73 5 0(透明)T D3 5 53 4 O3 5 83 3 93 6 33 5 13 0 06帅2 7 43 7 83 5 33 0 13 8 13 3 7(打点)T I 3 3 53 9 23 5 73 8 23 4 73 6 3均值3 4 9 9 肝a，标准j基2 6 5 聍a四、结论根据以上6 0 根母材试样以及6 0 根焊接试样的试验结果，
12、可知1、按本试验得到的E T F E 材料屈服强度、第二屈服强度数值稳定i 数据离散性小，表明按照图2 方法确定的屈服点具有较好的可信度。：2、不同厚度以及不同方向选取的试样得到的各项强度指标无明显差异，表明E T F E 薄膜具有较好的各向同性性能。、3、除个别试样外，焊接连接强度变动不大。焊接质量有保障，但应作检测。4、表5 为屈服强度、第二屈服强度以及焊接强度与母材拉伸强度的比值。E T F E 薄膜材料的屈服强度约为抗拉强度的O 4 倍，第-N 服强度为抗拉强度的0 5 倍左右。本试验得到的E T F E 焊接强度大于母材的第二屈服应力，达抗拉强度的0 7 倍以上。目前我国还没有E I
13、 F-E 薄膜结构的相关规范，材料强度设计值还未确定，但由于应力超过第二屈服点时将产生很人的应变，因此强度设计值应小于第二屈服强度。由此可见，E 1 T E 薄膜结构的焊接连接可以满足强度要求。试样组别强度比平均值l23456屈服强度抗拉强度0 3 80 4 00 4 00 3 90 4 00 4 00 4 0第二屈服强度抗托强度0 5 40 5 30 5 30 5 30 5 5 0 5 40 5 4焊接强度抗拉强度0 7 20 7 70 7 40 7 60 7 80 7 6O 7 6参考文献、(1)日本膜埔造馅会74 儿厶膜，t 奉，。委具会E T F E，_ n 厶j 木m 吾殳针施工指针(案)：膜槽造研究谕文集，2 0 0 5。N o 1 9：1 1 1-1 1 5 1，(2)G B1 3 0 2 2 9 l，塑料薄膜拉伸性能试验方法(3)吴明儿，刘建明蕞全，张其林E T F E 薄膜单向拉伸性能建筑材料学报2 0 0 8。1 1(2)：2 4 1 2 4 7 工业建筑2 0 0 8 增刊