ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК, СОЕДИНЕНИЙ ПЛЁНКИ ETFE ДЛЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2025-138-3-75-83Ключевые слова:
полимерные плёнки, ETFE, одноосное и двухосное испытание, клеевые соединения, механические соединенияАннотация
Современные архитектурные и инженерные задачи требуют применения инновационных материалов, способных обеспечить не только высокие эксплуатационные характеристики, но и соответствие критериям энергоэффективности, экологичности и технологичности. Одним из таких материалов является плёнка из этилен-тетрафторэтилена (ETFE). Изначально она разрабатывалась для нужд авиационной и космической промышленности. Однако уже на протяжении многих лет она успешно применяется в строительстве – в том числе в качестве ограждающих светопрозрачных конструкций.
В рамках разработки биосферного струнного шатра было проведено исследование свойств плёнки ETFE, поскольку данный материал позволяет перекрывать значительные пролёты при минимальном весе и обладает рядом уникальных характеристик, таких как высокая прочность, устойчивость к ультрафиолетовому излучению и высокая светопропускная способность, включая спектр, необходимый для фотосинтеза. Это делает его идеальным кандидатом для создания замкнутых комплексов с контролируемой искусственной экосистемой.
В процессе численного моделирования плёнки как элемента покрытия шатра возник вопрос назначения характеристик материала – учитывать ли плёнку как линейный изотропный материал, что упрощает расчёт, но может искажать реальную картину напряжённо-деформированного состояния, или же учитывать её как нелинейный анизотропный материал, позволяющий более корректно описать работу плёнки под действием различного вида нагрузок.
В настоящем исследовании были определены прочностные характеристики плёнки ETFE в различных направлениях. Была установлена зависимость влияния температуры на прочностные характеристики, а также влияние циклических нагрузок на материал.
С целью выбора наиболее эффективных способов соединения полотен плёнки между собой, в том числе на основе сварки и механических креплений, были выполнены соответствующие испытания, результаты которых легли в основу проектных решений по формированию оболочки шатра.
Библиографические ссылки
Юницкий, А. Э. Конструктивные решения струнного мембранного шатра в рамках объекта «ЭКД-Земля» / А. Э. Юницкий, К. В. Шутько, С. С. Нарейко // Безракетная индустриализация ближнего космоса: проблемы, идеи, проекты: сб. науч. тр. VII Глобальной конференции по индустриализации ближнего космоса, Марьина Горка, 13–14 сент. 2024 г. – Марьина Горка, 2024. – С. 378.
Мороз, А. А. Преимущества новейшего полимерного материала – плёнки ЭТФЭ / А. А. Мороз // Евростройпрофи. – 2015. – 28 мая. – С. 2–4.
Плёнки из фторполимеров. Отличительные особенности фторполимерных плёнок. – URL: https://www.ftorpolymer.ru/ films.html (дата обращения: 19.02.2025).
Zehentmaier, S. Fluorothermoplastics in film applications / S. Zehentmaier. – 2015. – URL: https://multimedia.3m.com/mws/ media/1119313O/article-fluorothermoplastics-in-film-applications.pdf (дата обращения: 18.02.2025).
Polyvinylidene fluoride (PVDF): how to select the right grade? // SpecialChem. – URL: https://www.specialchem.com/plastics/guide/ polyvinylidene-fluoride-pvdf-plastic (дата обращения: 13.03.2025).
What we should know about PVDF (polyvinylidene fluoride) materials // Hony Engineering Plastics. – URL: https://www.honyplastic.com/ news/what-we-should-know-about-pvdf-polyvinylidene-fluoride-materials-262718.html (дата обращения: 16.03.2025).
Овсянников, С. Н. Результаты механических испытаний плёнки из этилен-тетрафторэтилена / С. Н. Овсянников, В. Н. Околичный // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 89–98. – DOI: 10.31675/1607-1859-2022-24-4-89-98.
Surholt, F. Temperature and strain rate effects on the uniaxial tensile behaviour of ETFE foils / F. Surholt, J. Uhlemann, N. Stranghöner // Polymers. – 2022. – Vol. 14, No. 15. – P. 3156. – DOI: 10.3390/polym14153156.
ETFE adhesive tape. Клейкая лента ETFE. – URL: https://www.cmc.de/en/etfe-klebeband (дата обращения: 19.02.2025).
Волков, С. С. Сварка фторопластов / С. С. Волков, В. А. Соколов. – М. : Химия, 1992. – 96 с.
Сварка полимерных материалов: справочник / К. И. Зайцев, Л. Н. Мацюк, А. В. Богдашевский [и др.] ; под ред. К. И. Зайцева, Л. Н. Мацюк. – М. : Машиностроение, 1988. – 312 с.
Плёнки полимерные. Метод испытания на растяжение. Государственный стандарт союза ССР : ГОСТ 14236-81 (ТС СЭВ 1490-79) / Министерство химической промышленности. – Взамен ГОСТ 14236-69 ; введ. 01.07.1981. – М. : Издательство стандартов, 1989. – 9 с.
Обзор методов измерения механической прочности тонких плёнок / В. А. Беспалов, А. В. Беспалова, П. В. Сидоров, А. С. Никитин // Моделирование систем и процессов. – 2022. – Т. 15, № 3. – С. 110–128. – DOI: 10.12737/2219-0767-2022-15-3-110-128.
Galliot, C. Uniaxial and biaxial mechanical properties of ETFE foils / C. Galliot, R. H. Luchsinger // Polymer Testing. – 2011. – Vol. 30, No. 4. – P. 356–365. – DOI: 10.1016/j.polymertesting.2011.02.004.
Yoshino, T. Viscous characteristics of ETFE film sheet under equal biaxial tensions / T. Yoshino, S. Kato // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 155. – P. 442–451. – DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.047.
Jinling, Y. Fracture properties of LPCVD silicon nitride and thermally grown silicon oxide thin films from the load-deflection of 40 long Si3N4 and SiO2/Si3N4 diaphragms / Y. Jinling, G. João, P. Oliver // Journal of Microelectromechanical Systems. – 2008. – Vol. 17, No. 5. – P. 1120–1134. – DOI: 10.1109/JMEMS.2008.928706.
Karádi, D. T. An Extensive Review on the Viscoelastic-plastic and Fractural Mechanical Behaviour of ETFE Membranes / D. T. Karádi, D. Hegyi // Periodica Polytechnica Architecture. – Vol. 52 (2). – 2021. – P. 121–134. – DOI: 10.3311/PPar.18403.
Шах, В. Справочное руководство по испытаниям пластмасс и анализу причин их разрушения / В. Шах ; под ред. А. Я. Малкина. – СПб. : Научные основы и технологии, 2009. – 732 с.
Клеи. Метод определения прочности при сдвиге. Государственный стандарт союза ССР : ГОСТ 14759-69. – Введ. 01.01.70. – М. : ИПК Издательство стандартов. – 14 с.
Двухкомпонентный метакрилатный клей Partite 7400. – URL: https://www.parsonadhesives.com/partite-parbond/adhesives-for-composite-bonding.htm (дата обращения: 18.01.2025).
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. Пользователи не вправе препятствовать другим лицам выполнять действия, разрешенные лицензией.
