摘要:能撑起摩天穹顶,却轻得随风飘?这就是材料界“六边形战士”——ETFE薄膜!它薄如蝉翼,却耐得住-200℃至150℃极端温度,抗得了风雨紫外线。从大兴机场羽翼到荷兰温室,再到新能源防护层,它早已融入生活。现在,一起解锁它的超强“超能力”!
能撑起摩天穹顶,却轻得随风飘?这就是材料界“六边形战士”——ETFE薄膜!它薄如蝉翼,却耐得住-200℃至150℃极端温度,抗得了风雨紫外线。从大兴机场羽翼到荷兰温室,再到新能源防护层,它早已融入生活。现在,一起解锁它的超强“超能力”!
什么是ETFE薄膜?
ETFE,中文名叫乙烯-四氟乙烯共聚物,是一种由乙烯和四氟乙烯聚合而成的热塑性氟塑料薄膜。在材料界,它就像一颗冉冉升起的新星,凭借独特的性能,逐渐成为众多领域的“香饽饽”。和传统材料相比,它重量轻、强度高,还兼具耐候、防火等特性,妥妥的“别人家的孩子”!
截图自:东岳集团官网
ETFE薄膜的诞生之路
ETFE薄膜的研发历程,堪称一部材料界的“逆袭史”。20世纪70年代,美国杜邦公司率先合成ETFE树脂,最初它主要应用于电线电缆的绝缘层。随着科技发展,人们发现这种材料的潜力远不止于此。
在建筑领域,传统玻璃幕墙笨重且易碎,设计师们一直在寻找更轻便、更灵活的替代材料。ETFE薄膜的出现,让他们眼前一亮。经过不断实验和改进,ETFE薄膜逐渐从工业应用走向建筑舞台。1999年建成的德国慕尼黑安联球场,首次大规模使用ETFE薄膜气枕结构,这座球场就像一个巨大的“充气堡垒”,在阳光下熠熠生辉,成为ETFE薄膜在建筑领域应用的里程碑。此后,ETFE薄膜迅速走红,开启了它在各个领域的“高光时刻”。
德国慕尼黑安联球场
超乎想象的性能
透光性与采光优势
ETFE薄膜透光率高达95%,几乎接近玻璃,而且它还能有效过滤紫外线,减少对人体和室内物品的伤害。在建筑中使用ETFE薄膜,就像给建筑装上了“天然采光系统”。比如北京奥运会的“水立方”,采用ETFE薄膜气枕结构,白天室内光线充足,不仅节省了大量照明用电,还营造出柔和、舒适的空间氛围。
超强的耐候性
无论是严寒的北极,还是酷热的沙漠,ETFE薄膜都能“泰然处之”。它可在-100℃至150℃的温度范围内长期使用,短期可达180℃,还具有出色的抗老化性能,使用寿命长达25年以上。在南极科考站,ETFE薄膜制成的温室大棚,能抵御凛冽寒风和暴雪,为科研人员种植蔬菜提供适宜环境;在中东地区,ETFE薄膜建筑无惧高温和沙尘,依然保持良好性能。
出色的机械性能
别看ETFE薄膜薄如蝉翼,它的抗拉强度却高达40MPa,相当于每平方毫米能承受400公斤的拉力,韧性极佳,可拉伸至自身长度的3-4倍而不断裂。这种出色的机械性能,让它在建筑造型上有了更多可能性。水立方的气枕用到的材料便是ETFE,建成整座水立方前前后后一共用到了3000多个气枕。这些气枕最小的只有1到2个平米,但是大的却能达到70多平米,即便有机会走到上面去踩一踩,甚至把一辆汽车开上去,这个气枕都能毫发无损。正是ETFE薄膜出色的机械性能,使得水立方能够承受各种自然力的考验,成为建筑史上的经典之作。
自清洁与防火特性
ETFE薄膜表面极为光滑,雨水落下就能带走灰尘,实现自清洁功能,大大降低了维护成本。在防火方面,它属于B1级阻燃材料,遇火时不会滴落有害物,而且能在短时间内自行熄灭,为建筑安全增添了一道保障。
无处不在的应用
建筑领域
除了前面提到的“水立方”“安联球场”,还有很多知名建筑都采用了ETFE薄膜。新加坡滨海湾金沙酒店的空中花园,用ETFE薄膜打造的顶棚,既保证了充足采光,又为游客提供了舒适的休闲空间;哈萨克斯坦阿斯塔纳的大汗帐篷娱乐中心,ETFE薄膜与传统建筑结构相结合,营造出光影交错的艺术氛围。ETFE薄膜让建筑不再局限于传统造型,为城市天际线增添了一抹灵动的色彩。
农业领域
在现代农业中,ETFE薄膜也大显身手。传统塑料大棚保温性差、易老化,而ETFE薄膜温室大棚具有透光率高、保温性好、使用寿命长等优点。在荷兰,许多现代化温室采用ETFE薄膜,通过精准控制温室内的光照、温度和湿度,实现了蔬菜、花卉的高效种植,产量和品质都大幅提升。
工业与环保领域
在工业领域,ETFE薄膜常用于化工设备的内衬和防腐涂层,能有效抵御强酸、强碱等腐蚀性物质的侵蚀。在环保设施方面,它可用于污水处理厂的加盖膜结构,既能防止异味扩散,又便于收集处理废气。
新能源领域
在新能源领域,ETFE薄膜在太阳能组件封装中扮演着重要角色,为提升光伏效率做出了重要贡献。太阳能作为一种清洁、可再生能源,近年来得到了广泛的应用和发展。而太阳能组件的封装材料,直接影响着光伏板的性能和使用寿命。ETFE薄膜具有高透光率、良好的耐候性和化学稳定性等优点,使其成为太阳能组件封装的理想材料。
在户外环境中,ETFE薄膜能够承受各种恶劣的气候条件,如高温、低温、紫外线照射等,长期保持性能稳定,有效地保护太阳能电池不受外界环境的影响,延长光伏板的使用寿命。随着光伏产业的不断发展,越来越多的太阳能电站采用ETFE薄膜封装的光伏板。这些光伏板在阳光下闪耀着光芒,将太阳能源源不断地转化为电能,为我们的生活提供清洁、可持续的能源。在一些大型的太阳能发电基地,一望无际的光伏板整齐排列,它们就像一个个绿色的能源卫士,默默地为我们的能源转型和可持续发展贡献着力量。而这其中,ETFE薄膜功不可没。
关键环节:ETFE薄膜的成型加工
ETFE树脂需通过特定成型工艺制成薄膜,核心要求是控制膜的厚度(通常为50-300μm,建筑用膜多为100-200μm)、平整度和力学均匀性,主流工艺为挤出吹塑法和挤出流延法,其中吹塑法因可制备宽幅膜而更常用于建筑领域。
工艺1:挤出吹塑法(主流,适用于宽幅膜)
通过“熔融挤出-吹胀成泡-冷却定型”制备管状膜,再切割为平膜,具体步骤:
树脂熔融挤出
将ETFE树脂颗粒加入单螺杆挤出机,机筒温度分段控制(从进料段200℃逐步升至机头260-280℃),确保树脂完全熔融且不分解;
熔融的ETFE熔体通过环形模具(口模间隙0.5-2mm)挤出,形成管状“泡管”。
吹胀与牵引
从环形模具中心通入压缩空气,将管状熔体吹胀至所需直径(吹胀比通常为2-4,决定膜的横向强度与厚度均匀性);
上方通过牵引辊以稳定速度向上牵引泡管,同时控制吹胀空气压力与牵引速度的匹配,避免泡管破裂或厚度不均。
冷却定型
在泡管外侧设置水环冷却装置或风冷环,使熔融的ETFE快速冷却至结晶温度以下(ETFE结晶温度约220℃),固定泡管形态;
冷却后的泡管通过导向辊进入“剖膜”工序,用刀片沿纵向将管状膜切割为单张平膜。
后处理(提升性能)
拉伸定型:将平膜送入拉伸机,在120-180℃下进行纵向/横向拉伸(拉伸比1.5-3倍),使膜内分子链定向排列,提升力学强度(抗撕裂、抗拉伸)和尺寸稳定性;
表面处理(可选):若需提高膜的抗污性或附着力,可通过等离子体处理或涂层(如含氟涂层)修饰表面;
分切收卷:根据应用需求(如建筑膜需宽幅5-10m),将拉伸后的膜分切为指定宽度,缠绕在纸芯上,形成成品膜卷。
工艺2:挤出流延法(适用于薄型、高精度膜)
与吹塑法的核心区别是“平膜直接成型”,无需吹胀,步骤更简洁:
熔融的ETFE熔体通过T型平口模具挤出,直接流延到表面光洁的冷却辊(温度80-120℃)上;
熔体在冷却辊上快速冷却固化,形成平膜;
经牵引辊牵引、纵向拉伸(部分工艺省略拉伸)、表面处理后,分切收卷。
该工艺的优势是膜的厚度精度更高(误差±5%),但宽幅受限于T型模具尺寸(通常最大宽幅3-5m),更适合电子、医疗等领域的薄型ETFE膜,建筑用宽幅膜较少采用。
工艺3:溶液浸渍法
将ETFE树脂溶解在有机溶剂中,然后将基材浸渍于溶液中,通过挥发有机溶剂使ETFE树脂形成薄膜状。
工艺4:热压法
将ETFE颗粒或薄片置于热压机中,通过加热和压力使ETFE熔融并粘结在一起,形成ETFE膜。
哪些企业在布局?都有什么产品?
科慕
科慕的Tefzel™ ETFE树脂具有多种用途,包括:电气绝缘和热缩管、接线和电缆(例如包裹计算机终端、重型电源电路)、生物医学和实验室器具设备(例如氧气呼吸器部件、血液分析仪阀门)等,Tefzel™ ETFE树脂也适用于膜应用。
日本旭硝子株式会社(AGC)
Fluon® ETFE film是从原料到成品都由AGC生产的高功能氟树脂薄膜。因其具有卓越的耐热性、耐化学品性、透光性、不粘性等特点,使用领域广泛,大到电子、航空航天、太阳能电池,小到厨房周边、壁纸等。
例如,太阳能电池等工业产品的直接原料、电子用离型膜等的间接材料、大型体育场等膜结构建筑物的屋顶、外装材料等。
3M
3M™ Dyneon™ ETFE具备广泛的运作温度范围,对抗摩擦及剪切的能力也相当出色,适合多种应用使用,其中包括配线、管子、管路,以及太阳能模块和建筑薄膜的抗紫外线薄膜。
东岳集团
东岳集团有限公司建成了全球一流的氟硅材料产业园区和完整的氟、硅、膜、氢产业链和产业群。东岳集团为中国最大ETFE生产商,拥有领先生产技术,目前已开发出DS4051、DS405、DS406等多个系列ETFE产品。
巨化股份
巨化集团有限公司主业涵盖氟化工、氯碱化工、石化材料、电子化学材料、精细化工等。氟聚合物产品包括氟树脂PTFE、ETFE、FEP、PFA、PVDF、全氟磺酸树脂产品和氟橡胶产品。巨化股份已与国外GF公司合作完成了建筑膜的规模化生产。
德国NOWOFOL
德国诺沃氟塑料产品有限公司是全球单向高度工业薄膜的著名企业,是全球最大的ETFE膜材生产厂家,全球每年700吨的ETFE膜材产量,其中有一半以上是该公司生产的。
NOWOFOL生产高品质的氟聚合物薄膜(例如ETFE、PFA、FEP、PVDF、THV 等),专为建筑、工业应用以及太阳能和光伏行业而开发。
美国TCI
Textiles Coated International简称TCI,一家氟聚合物薄膜制造商,提供PFA、FEP、ETFE、PVDF、ECTFE、铸造PTFE薄膜和100% PTFE CrossFilm™。
TCI的ETFE薄膜/箔由乙烯和四氟乙烯共聚物树脂采用熔融挤出铸造工艺制成。具有出色的不粘/脱模性能和出色的户外耐候性。TCI的ETFE箔非常适合建筑、光伏太阳能和脱模应用。TCI公司首创了对EFTE膜采取供应再回收的业务,且通过了ISO 9001:2000认证。
孚远新材料
孚远新材料(上海)有限公司主要致力于氟塑料、氟橡胶、特种工程塑料、特种薄膜的订制化产品研发及生产,应用涵盖消费电子、通讯、新能源、半导体、航空航天、医用包装及器械等。
许绝股份
许绝电工股份有限公司(原国营许昌绝缘材料总厂),创建于1958年,旗下许昌许绝新材料有限公司专业从事ETFE太阳能光伏膜/ETFE建筑膜/ETFE半导体封装膜/ETFE农用膜材料、PI电绝缘功能性膜材料研发、制造。
一星材料
安徽一星新材料科技有限公司是一家专业从事高分子特种薄膜材料设计、研发、生产和经营的科技型企业。其主要产品ETFE薄膜被广泛应用于半导体、LED、航空航天、太阳能光伏、医疗、建筑和农业大棚等行业。
聚氟材料
广州聚氟新材料科技有限公司致力于氟塑材料制品的研发与生产。产品广泛应用于:仪器仪表、医疗制药、电子电器、邮电通讯、石油化工、家用电器、灯饰照明、半导体清洗设备;空气净化过滤、电子防水透气,水处理等领域。
正宇新材
在太阳能领域,正宇新材成功研发出了一系列重要的氟塑料薄膜,其中包括VitaFlon™ETFE薄膜,其被应用于太阳能轻质组件和柔性组件。
ETFE具有较高的光学透过率和光学反射率,能够有效地吸收太阳辐射并将其转化为热能,提高光伏组件的能量转换效率,同时,ETFE薄膜还具有良好的耐候性和耐化学腐蚀性,能够抵御外界环境的侵蚀,保证光伏组件的长期稳定运行。
鲁聚化学
鲁聚化学是有机氟类聚合物解决方案供应商。在CHINAPLAS 2024 国际橡塑展上,鲁聚化学携新产品ETFE乙烯-四氟乙烯共聚物精彩亮相。
日氟荣
日氟荣高分子材料(上海)有限公司业务范围包括自主研发、生产、销售ETFE、FEP、PCTFE、PFA薄膜等高性能薄膜以及PTFE等高分子塑料加工制品。
ETFE薄膜的未来蓝图
随着科技的不断进步,ETFE薄膜的应用前景将更加广阔。未来,它或许会应用于太空建筑,为人类探索宇宙提供庇护;也可能与智能材料结合,实现建筑的自适应调节。在可持续发展的大背景下,ETFE薄膜作为一种绿色环保材料,其应用前景更加广阔。它将继续在建筑、农业、工业、新能源等领域发光发热,为推动各行业的可持续发展贡献力量。让我们共同关注这一神奇材料的未来发展,期待它为我们的生活带来更多的惊喜和变革!
文章参考资料:百聚成膜材料研发服务站、孚远新材料、RIO材料说、上海联净
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来源:联净电子