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膜结构的核心在于其膜材料的选择，这些材料通常由基布和涂层两部分组成。基布主要使用聚酯纤维和玻璃纤维，而涂层材料以聚氯乙烯（PVC）和聚四氟乙烯（Teflon）为主。根据其种类，膜材料可分为PVC膜材、PTFE膜材和ETFE膜材三大类。
PVC膜材是由聚酯纤维涂覆聚氯乙烯（PVC）制成的。为了提升其性能，常常在表面额外添加一层聚偏四氟乙烯（PVDF）涂层，以增强其抗老化和自洁能力。PVC膜材的使用寿命在25年左右，因此适用于一些半永久性建筑结构。
PTFE膜材是由玻璃纤维涂覆聚四氟乙烯（Teflon）制成，这种材料具有很高的强度、弹性模量以及优良的自洁特性。其耐久性和耐火性能也非常突出，但是相对来说，PTFE膜材的成本较高，且在制作过程中对裁剪的精度要求很高，使用寿命一般可达30年以上。这种膜材适合用于各种高端建筑。
ETFE膜材是乙烯四氟乙烯共聚物，结合了类似聚四氟乙烯的优良性能与乙烯的易加工性，同时具备耐溶剂和耐辐射能力。作为建筑结构的第三大类膜材，ETFE膜材在国外的一些体育场馆和温室中已经得到广泛应用。尽管我国的膜材结构建筑设计与施工起步较晚，目前市场上大多数膜工程仍以PVC膜材为主，偶尔使用PTFE膜材，而ETFE膜材虽然应用较少，但在2008年奥运场馆建设中迅速成为热门材料，展现出良好的市场前景。
